Flekso- painatus

Yleistä

Fleksopaino on kohopainomenetelmä, jossa painolaattana käytetään joustavaa materiaalia. Fleksopaino oli pitkään varsin karkea painomenetelmä, jota käytettiin esimerkiksi aaltopahvipakkausten painamiseen.

1900-luvun loppuvuosina tekniikkaa kehitettiin monin tavoin. Tänään fleksopainon voidaan sanoa olevan nykyaikainen versio vanhasta kohopainomenetelmästä.

Fleksolla voi painaa hyvin monenlaisille materiaaleille, jopa metalli- ja muovilevyille. Painopinta voi olla sileä tai karhea. Se voi olla myös päällystetty tai päällystämätön.

Toiminta periaate

Toisin kuin syväpainossa, fleksopainossa painojäljen tuottava pinta on koholla. Mustealtaan ja painotelan välissä on niin sanottu anilox-tela. Kyseisen telan tehtävä on siirtää muste mustealtaasta painotelalle.

Anilox-telan pintaan on kaiverrettu pieniä kuppeja mustetta varten. Anilox-telan pinnalta poistetaan ylimääräinen muste kaavinterän avulla ennen anilox-telan ja painotelan välistä kontaktia. 

Kaapimisen jälkeen mustetta on ainoastaan anilox-telan pinnan kupeissa. Tämän jälkeen muste siirtyy anilox-telan kupeista painotelan pinnalle. Lopulta kuva siirretään painotelalta substraatille puristussylinterin tuottaman paineen avulla. 

Fleksopainolle on tyypillistä pehmeästä materiaalista valmistettu painotela. Pehmeällä materiaalilla pyritään musteen tasaisempaan ja parempaan levittymiseen painotelan kuvapinnoilla, kun muste siirretään anilox-telalta painotelalle. Pehmeä materiaali heikentää myös silti hieman painojälkeä.

Puristustelan paino voi aiheuttaa painotelan geometrian muuttumisen ja vääristyneen kuvan substraatilla. Lisäksi kuvien reunat ovat fleksopainatuksella valmistetuissa tuotteissa usein epätasaiset, mikä musteen leviämisestä. Laatua on silti mahdollista parantaa esimerkiksi pienentämällä painotelan ja puristustelan välistä painetta 

Painopinnan rakenne ja valmistus 

Fleksossa painopintana käytetään polymeerilaattaa. Painopinnanvalmistuksessa fotopolymeerilaattaa valotetaan filmin läpi ja kehityksen jälkeen painoaiheen muodostavat alueet jäävät laatassa ei-painavaa aluetta korkeammalle. Taipuisa laatta kiinnitetään painosylinterin pinnalle.

Laatta voidaan myös valottaa suoraan digitaalisesta aineistosta (computer to plate).

Painovärin siirtyminen nipissä painettavalle pinnalle 

Fleksopainokoneen värilaite on yksinkertainen. Värikaukalossa pyörivä tela nostaa väriä kuppitelalle (anilox-tela), ja telan pyöriessä raakeli pyyhkii ylimääräisen värin takaisin kaukaloon. Anilox-telan kupeista väri siirtyy painolaatalle ja siitä paperiin paino- ja vastasylinterin muodostamassa nipissä. 

Uudemmissa koneissa käytetään kammioraakelijärjestelmää, missä painoväri levitetään suoraan anilox-telalle.

Painettavat tuotteet 

Fleksoa käytetään tyypillisesti pakkauspainatuksessa, jolloin painettavat materiaalit vaihtelevat tuotteen mukaan. Fleksolla painetaan usein tuotteita, joissa saavutettava painojäljen laatutaso on tarkoitukseen riittävä, eli käytetään harvaa rasteria tai sävykuvia ei paineta lainkaan. Esimerkkituotteita tästä ovat erilaiset kotelot, kääreet, pussit sekä aaltopahvi. 

Sanomalehtien painatuksessa fleksoa on käytetty jonkin verran ja konelinjojen valmistus on keskittynyt vain muutamille painokoneenvalmistajille. Käytännössä neliväripainatuksen yleistyttyä fleksolla saavutettava nelivärilaatu ei pärjää kilpailussa offsetia vastaan, mutta on silti kehittynyt viime aikoina.

Fleksopainomenetelmän vaatimukset

Fleksopainomenetelmällä on erilaisia vaatimuksia; toiminnallisia, prosessiteknisiä ja tuoteteknisiä.

Toiminnalliset vaatimukset 

• Paperilta vaaditaan tasaista painoväriabsorptiota.
• Väristä riippuen paperilta vaaditaan sopivaa pinnan huokoisuutta. 
• Paperilta vaaditaan riittävää pölyämättömyyttä.  

Prosessitekniset vaatimukset 

• Paperin tulee kestää usean värin "märkänä märälle" painatus.
• Paperilla tulee olla riittävät lujuusominaisuudet.  

Tuotetekniset vaatimukset 

• Paperilta vaaditaan hyvää painojäljen tasaisuutta, jotta täyspeitteiset pinnat toistuvat luonnollisina ja rasterikuvat terävinä. 
• Paperi tulee pystyä painamaan haluttuun tummuustasoon.  
• Elintarvikepakkauksissa myös painovärin tulee olla elintarvikekelpoista, jolloin paperin/kartongin on toimittava ko. värin kanssa. 
• Tuote itsessään voi mahdollisesti asettaa erityisvaatimuksia: esim. elintarvikepakkauksiin käytettävän paperin ja kartongin tulee olla elintarvikekelpoista.

Painokonerakenteet 

Flexopainolaitteet ovat melko yksinkertaisia. Yhdessä painoyksikössä on vain  yksi painolaite. Ratapainokoneisssa yksiköt ovat usein päällekkäin, jotta säästettäisiin tilaa. Fleksomenetelmän joustavan painolevyn ja kovan vastatelan vuoksi molempien puolien samanaikainen painatus samassa nipissä ei ole mahdollista. Suurin tuoteryhmä on pakkauspainotuotteet ja tästä johtuen painatus tehdäänkin usein vain yksipuolisesti.

Fleksopainokoneen nipissä painetaan yksi väri yhdelle puolelle paperia. Kun painetaan useampia värejä, käytetään useita yksiköitä. Keskussylinterirakenteessa  yhden suuren vastasylinterin ympärillä on useita painosylintereitä värilaitteineen. Tällä menetelmällä saadaan hyvä osavärien kohdistus.

Painojäljen laadun ja painamisen hallinta 

Etuja offsettiin verrattuna fleksolla ovat yksinkertaisemmat toiminnot: alkumakulatuuri on vähäistä (kun vesi/väri-tasapainon säätäminen jää pois) ja vyöhykekohtaista värinsäätöä ei ole. Kuppitelan valinnalla voidaan vaikuttaa siirtyvän värin määrään.

Pehmeä kohopainolaatta rajoittaa käytettävää rasteritiheyttä. Lisäksi puristuksen säätö on tarkkaa. Liika puristus lisää pisteen kasvua, mikä häiritsee sävyntoistoa.

Painotuotteiden jälkikäsittely 

Jälkikäsittely on usein sidottu pakkausten valmistuksessa itse pakkausprosessiin. Esimerkiksi yleensä kartonkipakkaukset painatuksen jälkeen stanssataan eli leikataan koteloaihion muotoon. Painettu materiaali myös nuutataan samalla eli kartongin jäykkyyttä lasketaan pakkausaihion taitoskohdista. Pakkausaihiot kuljetetaan pakkauskoneille, missä aihiosta muodostetaan pakkaus, tuote pakataan ja pakkaus suljetaan.

Vichyveden Ca- pitoisuus, pH ja sähkönjohtokyky ennen ja jälkeen tislauksen

Yleistä

Tislaus

Tislaus on toisiinsa liuenneiden aineiden erottamiseksi käytetty menetelmä, joka perustuu seoksessa olevien aineiden eri haihtuvuuksiin. Tislaamalla saadaan erotetuksi toisiinsa liuenneet nestemäiset aineet sekä haihtumattomat aineet haihtuvista aineista. Tislauksen tuotetta kutsutaan tisleeksi ja haihtumatonta osaa pohjatuotteeksi. Tislaus on energiaa runsaasti kuluttava prosessi, mutta siitä huolimatta tislausta käytetään paljon teollisuudessa. 

Tislauslaitteisto

Titraus 

Titraus perustuu tutkittavaan näytteeseen lisättävän titranttiliuoksen ja näytteen väliseen reaktioon, jota tarkastellaan indikaattorin tai jonkin mittalaitteen, kuten pH-mittarin avulla. Reaktion tasapainotilassa tapahtuu selvästi indikoitava äkkinäinen muutos, esim. happo-emäsindikaattorin värinmuutos pH-arvon muuttuessa. 

pH- arvo

pH- arvo kuvaa kemikaalin happamuutta tai emäksisyyttä ja on siten yksi tärkeimmistä kemiallisista suureista. pH- arvon mittaamista ja muuttamista tarvitaan useissa prosessin vaiheissa niin vedenkäsittelyssä, teollisuudessa kuin nesteiden laadunvalvonnassa.

Sähkönjohtokyky

Veden sähkönjohtokyky kuvaa erilaisten liuenneiden suolojen määrää vedessä. Sähkönjohtavuutta lisäävät esim. natrium, kalium, magnesium, kalsium sekä kloridit ja sulfaatit. 


Työn tarkoitus

Työn tarkoituksena on määrittää tislaamalla vichyveden pH ja sähkönjohtokyky ennen ja jälkeen tislauksen. Työssä määritetään myös Ca- pitoisuus titraamalla ennen ja jälkeen tislauksen. 

Tarvittavat välineet ja reagenssit

Byretti (lukematarkkuus 0,01ml) eli 10ml byretti tai 25ml byretti
Statiiveja, kouria ja muhveja
50ml täyspipetti
Magneettisekoittaja ja namu
250ml:n erlenmeyerkolvi
Tislauslaitteisto jäähdytysvesiletkuineen
Linnunpesähaude
Laboratorionostimet
Lämpömittari
Näytepurkki
Suppilo

Kannettava pH- mittari ja pH- standardit (pH4, pH7)
Johtokykymittari sekä siihen standardiksi 0,01M KCl- liuos

Indikaattoriseos
NaOH- liuos (2mol/l)
EDTA- liuos (0,01mol/l) --> Itse käytin 0,05M EDTA- liuosta, jota laimensin ja tein liuosta kokonaisuudessaan 100ml (20ml EDTA- liuosta ja 80ml ionivaihdettua vettä)


Työn suoritus

- Aluksi määritin vichystä pH:n ja sähkönjohtokyvyn niille tarkoitetuilla laitteilla. 

- Tämän jälkeen valmistin 0,01mol/l EDTA-liuoksen ja kaadoin sen suppilon avulla byrettiin

- Päästin hiukan EDTA-liuosta tyhjään dekantterilasiin ja täytin byretin uudelleen nollaan asti

- Mittasin erlenmeyerkolviin 50ml vichyä ja lisäsin sekaan 2ml natriumhydroksidi- liuosta ja hetken kuluttua lisäsin vielä lusikan kärjellisen indikaattoriseosta.

- Sekoitin näytteen ja aloitin titraamisen

- Laskin EDTA- liuosta tippa kerrallaan koko ajan näytettä sekoittaen.

- Titraus oli valmis kun näyte muuttui violetista puhtaan siniseksi.

- Byretistä luin EDTA- liuoksen kulutuksen, mikä oli 2,7ml.


Seuraavaksi oli vuorossa tislaus.

- Kasasin tislauslaitteiston.

- Laitoin 100ml:n tislauskolviin n. 70ml tislattavaa vichyä ja lisäsin sekaan muutamia kiehumakiviä. (Kiehumakivien tarkoituksena on estää veden ylikuumeneminen ja siitä mahdollisesti johtuva äkillinen kiehuminen. Kiehumakivet tulee aina lisätä kylmään liuokseen!)

- Kun näyte oli kolvissa ja laitteisto kasassa nostin laboratorionostimella linnunpesähauteen tislauskolvin alle. 

- Kolvin ollessa pesässä käynnistin pesä ja tämän jälkeen vain odotin. 

- Tislasin näytettä kunnes tislettä oli muodostunut noin 25ml.

- Sammutin pesän ja laskin sen alas. 

- Otin tisleen näytepurkkiin, josta määritin jälleen pH:n ja sähkönjohtokyvyn.

- Lopuksi lisäsin sekaan näyte purkkiin 1ml EDTA- liuosta ja lusikan kärjellisen indikaattoriseosta. Väri muuttui siniseksi sekoittaessa ja näin ollen työ oli onnistunut. Vichyssä ei ollut enää kalsiumia.

Tulosten laskeminen

Kalsiumpitoisuus näytteestä lasketaan kaavasta missä:

X = 40,08 x a x c x (1000/V)

X = näytteen Ca- pitoisuus (mg/l)
40,08 = kalsiumin atomipaino (g/mol)
a = titrauksen EDTA- kulutus (ml)
c = EDTA- liuoksen konsentraatio (mol/l)
V= alkuperäinen näytetilavuus (ml)

Kalsiumpitoisuuden lisäksi täytyi laskea virheprosentti vertaamalla omaa tulosta vichyn valmistajan ilmoittamaan Ca- pitoisuuteen. 

Virheprosentin laskeminen:

(oma tulos) - (oikea tulos) / (oikea tulos) x 100%

Laskut

Ca- pitoisuus

X = 40,08 x 2,7 x 0,01 x (1000/V)
X = 40,08 x 2,7 x 0,01 x 20
X = 21,6432mg/L

Virheprosentti

21,6432mg/l - 27mg/l / 27mg/l x 100%

= -5,3568/27 x 100%
= 0,1984 x 100% 
= -19, 84 
= 19,84%

Tulokset

Paperin vetolujuus

Itse olen tehnyt vetolujuus työn vuosi pari sitten. Tulokset ovat blogissani olleet aiemmin näkyvissä, mutta oman sähläykseni vuoksi tuli vahingossa poistettua. Nyt kerron siis vain yleisesti vetolujuudesta, sen mittaamisesta ja siihen vaikuttavista tekijöistä.

Yleistä

• Vetolujuus on suurin kuormitus, jonka kartongista tai paperista leikattu näytliuska pystyy hajoamatta kestämään kun sitä vedetään pinnan suuntaisesti. Eli toisin muotoiltuna, vetolujuus siis ilmoittaa kuormituksen, jonka paperi kestää murtumatta vedettäessä sitä eri suuntiin molemmista päistä.

• Paras vetolujuus saadaan kuiduilla, joilla on hyvät sitoutumisominaisuudet ja jotka ovat lujia ja suoria.

• Vetolujuuskokeessa murtuneen näytteen murtumiskohtaa katsoessa on mahdollista huomata, että osa kuiduista on katkennut ja osa kuiduista on yhä edelleen ehjiä.

• On myös papereita, joilla ei ole juuri minkäänlaista lujuutta, tämmöistä on esimerkiksi  lasikuidusta valmistettu "paperi".

• Lujuuden maksimitason määrää yksittäisen kuidun lujuus. Kuituverkostossa pitkään kuituun mahtuu enemmän kuitusidoksia. Tämä lisää kuituverkoston sitoutumista ja sen myötä myös verkoston lujuutta.

• Kuidun pituusmassa vaikuttaa kuidun lujuuteen, ominaispinta-alaan ja mukautumiskykyyn. Kuidun ollessa hyvin ohutseinäinen jää sen lujuus alhaiseksi. Kuitu, jolla on suuri pituusmassa on myös ominaispinta-ala todennäköisesti suurempi kuin pienen pituusmassan omaavalla kuidulla. Kuituverkoston vetolujuuden kannalta yksittäisen kuidun pituusmassa ei saa olla myöskään liian suuri, koska tällöin kuidun mukautumiskyky pienenee. 

• Kihartuneista kuiduista muodostunut paperi omaa hyvän venymän, mutta vetolujuus sellaisella jää pieneksi, koska kuitusidokset murtuvat todennäköisemmin yksitellen kuin suorista kuiduista tehdyssä paperissa.

Vetolujuuden mittaaminen

Paperin tason suuntainen vetolujuus määritetään sellaisena maksimaalisena viivakuormituksena, jonka näyteliuska kestää katkeamatta. Suositettava yksikkö on kN/m. Testaus tapahtuu vetokojeissa, joissa näytteeseen kohdistunut rasitus merkitään joko elektronisesti tai mekaanisesti.

Vetolujuuteen vaikuttavat tekijät 

Vetolujuuteen paperin ominaisuuksista vaikuttvat merkittävimmin

• Kuituorientaatio
• Neliömassa 
• Formaatio
• Tuhkapitoisuus
• Kosteus 

Kuidut

• Kun tarkastellaan vetolujuuskokeessa murtuneen näytteen murtumiskohtaa voidaan haivaita, että osa kuiduista on katkennut ja osa kuiduista on edelleen ehyitä, niinkuin jo aiemmin mainitsin. On selvää, että yksittäisten kuitujen lujuus vaikuttaa vetolujuuteen. Paperissa yksittäiset kuidut muodostavat kuituverkoston. 50 - 60 % kuiva-ainepitoisuuteen saakka rainan lujuus on pääasiassa kuitujen välistä kitkaa ja veden pintajännityksen aiheuttamia yhteensitovia voimia. Tämän jälkeen lujuusominaisuudet kehittyvät nopeasti vetysidosten syntyessä. Eli yksittäisten kuitujen lujuuden lisäksi paperin vetolujuuteen vaikuttaa voimakkaasti kuitujen sitoutuminen. Paperin murtokohdassa katkenneiden kuitujen lujuus on ollut pienempi kuin kuitujen välisten sidosten lujuus.
• Paras vetolujuus saadaan lujilla hyvät sitoutumisominaisuudet omaavilla suorilla kuiduilla. Yksittäisen kuidun lujuus määrää lujuuden maksimitason. Kuituverkostossa pitkään kuituun mahtuu enemmän kuitusidoksia, mikä lisää kuituverkoston sitoutumista ja siten myös sen lujuutta. Kuidun pituusmassa vaikuttaa kuidun lujuuteen, ominaispinta-alaan ja mukautumiskykyyn. Mikäli kuitu on hyvin ohutseinäinen sen lujuus jää alhaiseksi. Suuren pituusmassan omaavan kuidun ominaispinta-ala on todennäköisesti suurempi kuin pienen pituusmassan omaavalla kuidulla. Kuituverkoston vetolujuuden kannalta yksittäisen kuidun pituusmassa ei saa olla myöskään liian suuri, koska tällöin kuidun mukautumiskyky pienenee. Kihartuneista kuiduista muodostuneen paperin venymä on hyvä, mutta vetolujuus jää pieneksi, koska kuitusidokset murtuvat todennäköisemmin yksitellen kuin suorista kuiduista tehdyssä paperissa.

Kuidutusmenetelmä

• Puussa puukuitujen välissä oleva ligniini pitää yksittäiset puukuidut kiinnin toisissaan. Puukuidut irrotetaan puumatriisista mekaanisen rasituksen ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun avulla (mekaaninen massan valmistus) tai käyttämällä kemikaaleja ja korkeaa lämpötilaa kuitujen välisen ligniinin liuottamiseen (kemiallinen massanvalmistus). Selluloosassa ja hemiselluloosassa on vetysidosten muodostumisessa tarvittavia hydroksyyliryhmiä (OH- ). Mekaanisessa massanvalmistuksessa kuitujen pintaan jäävästä ligniinistä johtuen mekaanisen massan sitoutumiskyky on huonompi kuin kemiallisella massalla. Kemiallisen massan kuidut irtoavat myös ehyempinä ja siis keskimäärin pidempinä kuin mekaanisen massan kuidut. Mekaanisessa massanvalmistuksessa kuituihin syntyy myös rakenteellisia vaurioita, jotka heikentävät kuitujen lujuutta.

Jauhatus 

• Jauhatuksessa parannetaan kuitujen sitoutumiskykyä lisäämällä kuitujen mukautumiskykyä ja ominaispinta-alaa. Kuituja ei saa kuitenkaan jauhaa liian pitkälle, koska tällöin kuitujen lujuuspotentiaali alenee johtuen yksittäisten kuitujen lujuuden heikkenemisestä.

Lisäaineet

• Paperinvalmistuksessa käytetään erilaisia lisäaineita, joilla paperiin saadaan sellaisia ominaisuuksia, joita ei voida pelkästään kuitumateriaalin avulla saada aikaan.
• Täyteaineiden avulla pyritään parantamaan paperin painettavuutta, mutta samalla lujuusominaisuudet heikkenevät.
• Massaliimana käytettävät kuivalujaliimat lisäävät suhteellisesti voimakkaammin palstautumislujuutta kuin paperin tason suuntaisia ominaisuuksia, koska ne parantavat vain kuitujen välistä sitoutumista, eivätkä juurikaan lisää kuormitettavien kuitusegmenttien määrää.

Perälaatikko ja viiraosa

• Lyhyeen kiertoon tulevassa sakeassa massassa kuitukomponenttien osuus ja niiden ominaisuudet määrää massaseoksen lujuuspotentiaalin. Lyhyessä kierrossa sakeamassa laimennetaan perälaatikkosakeuteen. Jos massan sakeus on liian suuri, kuidut tarttuvat toisiinsa kiinni eli muodostavat nk. flokkeja. Tällöin paperikoneen viiraosalla muodostuvan rainan formaatiosta tulee huono. Tällöin rainaan jää kohtia, joissa kuituja on vähän. Paperin kuormitettaessa murtuminen lähtee liikkeelle mitattavan näytteen heikoimmasta kohdasta. Tietyn neliömassan omaavalla paperilla vetolujuus on huonoin näytteellä, jonka formaatio on huonoin.
• Formaation lisäksi paperin kuitujen orientoituminen määräytyy paperikoneen viiraosalla. Paperin vetolujuus mittaussuunnassa on sitä suurempi mitä voimakkaammin kuidut ovat suuntautuneet mittaussuuntaan.

Märkäpuristus

• Märkäpuristus vie kuituja lähemmäksi toisiaan ja lisää siten kuitujen sitoutumista. Märkäpuristuksen lisäämistä rajoittaa raian rikkoutumisen riski ja paperin ominaistilavuuden eli bulkin pieneneminen.

Kuivatus 

• Kuitujen väliset vetysidokset muodostuvat, kun rainan kuiva-ainepitoisuus on 50-60 % eli paperikoneen kuivatusosalla. Vetolujuuden kannalta merkittävää on se kuinka paljon rainan annetaan kutistua kuivatuksen aikana. Mikäli raina saa kutistua vapaasti kuidut kutistavat kuivuessaan ja kutistuessaan niihin sitoutuneita kuituja, jolloin kutuverkostossa kuivuneista kuiduista tulee "mutkaisia". Vetolujuutta mitattaessa mutkat oikenevat ja yksittäiset kuidut ja kuitujen väliset sidokset joutuvat kantamaan kuormitusta, jolloin murtovenymästä tulee suuri, mutta vetolujuus jää alhaiseksi. Mikäli kuivumiskutistumaa estetään venyttämällä rainaa mekaanisesti kuidut paperissa ovat suorempia. Kun tällaisesta näytteestä mitataan vetolujuutta, useampi kuitu ja kuitusidos kantaa kuormitusta samanaikaisesti, jolloin murtovenymä on pienempi ja vetolujuus suurempi kuin vapaasti kuivuneella paperilla. Mikäli rainaa venytetään kuivatuksen aikana liiaksi kuitusidosten muodostuminen estyy ja vetolujuus alenee.

Pintaliimaus, päällystys ja kalanterointi

• Pintaliimauksella parannetaan paperin ominaisuuksia lisäämällä kuitujen välisiä sidoksia vesiliukoisilla sideaineilla, tavallisesti tärkkelyksellä. Liimausvaikutus perustuu siihen, että tärkkelyksessä on glukoosiyksiköitä, joissa on OH-ryhmiä, jotka kykenevät muodostamaan vetysidoksia ja siten "liimaamaan" kuituja toisiinsa.
• Päällystyksessä parannetaan paperin optisia ominaisuuksia lisämällä paperin pinnalle päällystekerros. Päällystekerroksen lujuus on alhaisempi kuin pohjapaperin, joten saman neliömassan omaavista papereista päällystämättömän vetolujuus on suurempi.
• Kalanteroinnilla pyritään parantamaan pääasiassa paperin sileyttä ja kiiltoa. Jos kalanteroinnissa on riittävän suuri kosteus ja joustava tela, kuitujen välille syntyy sidoksia ja sitoutuneisuus kasvaa. Esimerkkejä tällaisista papereista ovat glassiini- ja release-paperit.