STUDIUM DEGRADACE TISKU NA TENKÝCH POLYMERNÍCH VRSTVÁCH

Transkript

1 STUDIUM DEGRADACE TISKU NA TENKÝCH POLYMERNÍCH VRSTVÁCH Jiří Stačík, 5. ročík Vedoucí práce: doc. Ig. Michal Veselý, CSc. Vysoké učeí techické v Brě, Fakulta chemická, ústav fyzikálí a spotřebí chemie, Purkyňova 118, 612 Bro, xcstacik@fch.vutbr.cz ÚVOD Cílem práce bylo zkoumáí vlastostí potisků prováděých a polymerích vrstvách s aorgaickými plivy. Jako médium byl použit filtračí papír, polymerím osičem byl modifikovaý polyviylalkohol (dále je PVAL). Do roztoku PVAL byl dispergová modifikovaý oxid titaičitý (TiO 2 ). TiO 2 je často používaým polymerím plivem pro svou sadou dostupost a ízkou ceu. Zlepšuje vlastosti polymerích vrstev při tisku, ale může urychlovat egativí vlivy, které způsobují degradaci použitých ikoustů vlivem sluečího zářeí. TEORETICKÁ ČÁST Na kvalitu výtisku mají vliv tři stěžejí faktory: tisk, skladováí a potiskovaé médium (papír). Kvalita papírů používaých pro tisk je hodocea hlavě z hlediska jejich textury, světlosti a opacity. Textura: může být hrubá ebo hladká. Světlost: vyjadřuje se v jedotkách od 1 do 1, přičemž hodota 1 odpovídá ejsvětlejšímu papíru. Opacita: je mírou eprůhledosti či odrazivosti média. Vypočítá se jako poměr světelého toku dopadajícího a papír ku světelému toku, který papírem projde (odrazí se). Čím je opacita vyšší, tím je papír eprůsvitější (matější), má lepší kvalitu. Opacitu lze zjistit pomocí veličiy průsvitost (ν) podle vztahu 1 ν. Průsvitost lze vypočítat ze vztahu Rb Rč ν = 1, (1) R R b kde R b a R č jsou hodoty reflektace pro referečí bílou a čerou podložku a hodoty R b a R č jsou hodoty reflektací vzorků měřeých a těchto podložkách [1]. Použitý filtračí papír elze azvat kvalitím médiem pro ikoustový tisk, avšak pro studium procesu je výhodé použití osiče složeého z čistých celulózových vláke bez jakéhokoli přídavku pliv a aditiv. Kvalitu výtisku lze mimo jié hodotit podle optické hustoty a ostrosti vytištěých prvků (sledováí árůstu rastrového bodu). Vysoká optická hustota a ostrost jsou zámkami kvalitího výtisku. Skladováí je také velmi důležité. Bledutí výtisku může být způsobeo účikem chemických látek ze vzduchu (ozó), vlhkostí, ale převážě světlem. Největší podíl a degradaci barviv má přímé sluečí světlo, hlavě jeho UV složka. Podobý účiek, i když mohem meších dopadů, má také umělé osvětleí (žárovka). Další egativí faktory představují teplo a vlhko. Žádé médium by se tedy emělo vystavovat příliš vysokým č Sborík soutěže Studetské tvůrčí čiosti Studet 26 a doktorské soutěže O ceu děkaa 25 a 26 Sekce STČ 26, straa 71

2 teplotám a ebo echávat a vlhkých místech Chyba! Nealeze zdroj odkazů.. Všechy uvedeé faktory způsobují bledutí, či ežádoucí změy odstíů vytištěých barev. Světlo odrážející se od pozorovaého objektu je modulovaé vlastostmi tohoto objektu (schopost povrchu pohlcovat či odrážet světlo určitých vlových délek). Takto modulovaé světlo dopadá do oka a ve zrakovém systému vyvolává určitý barevý vjem. Meziárodí komise pro osvětleí (Commisio Iteratioale de l Eclarage CIE) v roce 191 stadardizovala systém měřeí barev a defiovala stadardí zdroje osvětleí (defiice spektrálích charakteristik sady světelých zdrojů, se kterými se ejčastěji pracuje, světelý zdroj A až F, kdy ejpoužívaější pro grafiku jsou D5 a D65), podmíky osvětlováí vzorku a detekce odražeého světla. Defiovala také spektrálí citlivost detektorů zavedeím fukcí stadardího pozorovatele a doporučila způsob vyhodocováí získaých údajů. Stadardí pozorovatel představuje spektrálí citlivost průměrého zdravého lidského oka a tři základí barvy červeou, zeleou a modrou. Fukce stadardího pozorovatele se také ozačují jako CIE trichromatické čleitelé x(λ), y(λ), z(λ) ebo 2 stadardí pozorovatel CIE 191, protože odpovídají pozorováí barevého pole v úhlu 2. V roce 1964 CIE defiovala a doporučila tzv. CIE 1964 doplňkové trichromatické čleitele pro 1 stadardího pozorovatele. Ve smyslu barevého vjemu je možé jedozačě defiovat barvu pomocí tří čísel trichromatických složek X, Y a Z, vypočítaých z remisích křivek barevého vzorku R(λ), spektrálí distribuce osvětleí Φ (λ) a fukcí trichromatických čleitelů x(λ), y(λ) a z(λ). Pro příklad bude uvede výpočet trichromatické složky X, přičemž dvě ostatí trichromatické složky se vypočtou podle stejého vzorce, pouze se zaměěím patřičého trichromatického čleitele 7m 8m X = K Φ ( λ) R( λ) x( λ)dλ, (2) kde kostata K je dáa vztahem 1 K =. () Φ ( λ) y( λ)dλ Normováím těchto trichromatických složek lze získat trichromatické souřadice x, y, z, ze kterých byl vytvoře barevý model CIE xyy. Mohem důležitější pro tuto práci je barevý model, který CIE avrhla v roce 1976 a je ozačová jako barevý prostor CIE 1976 L*a*b*. Hodoty souřadic udávají polohu barvy v třírozměrém barevém prostoru a získají se přepočtem z trichromatických složek dle vzorců * L = 116 Y Y 1, (4) a b * ( ) 16 ( X X ) 1 ( ) 1 Y ( Y Y ) 1 ( Z ) 1 [ ] [ ] = 5 Y, (5) = 2 Z, (6) kde X, Y, Z jsou trichromatické složky pro referečí bílou při zvoleém osvětleí a pozorovateli. Měrá světlost L* reprezetuje vertikálí osu a osy a*, b* tvoří chromatickou roviu. Prostor L*a*b* je téměř uiformí, a proto se používá hlavě k vyhodocováí barevých diferecí a tolerací (Obr. 1). Barevou odchylku ΔE* ab lze vypočítat ze souřadic L*, a* a b* podle vzorce * E ab * 2 * 2 * ( ΔL ) + ( Δa ) + ( Δb ) 2 Δ =. (7) Sborík soutěže Studetské tvůrčí čiosti Studet 26 a doktorské soutěže O ceu děkaa 25 a 26 Sekce STČ 26, straa 72

3 Při měřeí barev prakticky všechy barevé prostory vycházejí při defiici svých souřadic z trichromatických složek X, Y a Z. Každý přístroj používaý pro měřeí barvy by měl zabezpečit: osvětleí měřeého povrchu zvoleým stadardím osvětleím, detekci a měřeí změy vlastostí odražeého světla od měřeého povrchu a samozřejmě vyhodoceí a vyčísleí trichromatických složek ve smyslu jejich defiice [2]. a zeleá L = 1 bílá +b žlutá +a červeá b modrá L = čerá Obr. 1 Chromatická rovia barevého prostoru CIE 1976 L*a*b* a osa světlosti L. POUŽITÉ PŘÍSTROJE Barvivová tiskára Epso R22 obsahující cartridge: C, M, Y, K, LM, LC, soda Spectrolio využívající software Gretag Macbeth Measure Tool 4.1, mikroskop Itrecomicro, fotoaparát Niko D7, UV metr Lutro 4, spektrofotometr Datacolor 89. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Připraveý 5% roztok modifikovaého PVAL byl rozděle a 5 dílů, do těchto 5 dílů byla dispergováa růzá možství modifikovaého TiO 2 se sížeou fotokatalytickou účiostí. K aášeí disperzí a filtračí papír byla použita metoda sítotisku. Prví vzorek byl ovrstve roztokem PVAL bez přídavku TiO 2, u dalších vzorků byl poměr sušiy PVAL k TiO 2 zvole ásledově:,,, a 6. Připraveé vzorky byly poecháy k volému vysušeí. U epotištěých vzorků byla hodocea světlost a opacita. Poté byla a vzorky vytištěa sada barevých škál obsahujících azurovou (C), purpurovou (M), žlutou (Y) a kompozití čerou barvu (K). Škály mají 11 políček a kterých klesá pokrytí ikoustem po 1 % od 1 % po % (Obr. 2). Neexpoovaé vzorky byly vyfotografováy přes mikroskop, a výsledých símcích byla hodocea textura média a ostrost tisku. Obr. 2 Škála odstíů šedé, tištěá také v barvách C, M, a Y. Po proměřeí L*, a*, b* souřadic a optických hustot (D65, 2 pozorovatel) pro jedotlivé barvy byly vzorky připevěy a podložku a umístěy a oko acházející se a slué straě budovy. Byly tedy vystavey extrémím podmíkám pro degradaci potisku. Během 1 dů po které trvala expozice byla v okě se vzorky prováděa měřeí itezity ozářeí. Poté Sborík soutěže Studetské tvůrčí čiosti Studet 26 a doktorské soutěže O ceu děkaa 25 a 26 Sekce STČ 26, straa 7

4 byly u vzorků opět proměřey L*, a*, b* souřadice a optické hustoty. Z výsledků byla vypočítáa barevá odchylka ΔE* ab po prví expozici (7). Vzorky byly poté vystavey druhé expozici a opět proměřey. VÝSLEDKY A DISKUSE Pro fotografováí přes mikroskop byla vybráa políčka s 2% krytím ikoustu, protože jedotlivé rastrové body jsou a ich sado rozlišitelé (eslívají se). S rostoucí kocetrací TiO 2 se zlepšuje ostrost tisku. Podrobějším zkoumáím těchto fotografií bylo zjištěo, že ve stejém směru se zlepšuje také textura a světlost. Měřeí opacity bylo provedeo a přístroji Datacolor 89 tak, že byla ejprve proměřea reflektace referečí bílé a čeré podložky a poté byly proměřey jedotlivé vzorky a těchto podložkách. Ze změřeých reflektací byla vypočítáa průsvitost dle vztahu (1), z této veličiy pak byla spočtea opacita. Vypočteé hodoty opacity shruje Tabulka 1. Itezita ozářeí vzorků byla proměřováa pravidelě ve stejou dobu (1: SLČ) v období od do V rámci jedoho de v daém období byla avíc provedea měřeí itezit ozářeí každou hodiu, aby bylo možo udělat si představu o rozložeí itezit ozářeí v průběhu celého de. Výsledky těchto měřeí jsou zazameáy a Obr.. Itezita ozářeí ( μw cm -2 ) Itezita ozářeí ( μw cm -2 ) Datum Čas (h) Obr. Výsledky měřeí itezit ozářeí a) itezita ozářeí vzorků ve dech experimetu (1: SLČ) b) průměrá itezita ozářeí vzorku během jedoho de Sborík soutěže Studetské tvůrčí čiosti Studet 26 a doktorské soutěže O ceu děkaa 25 a 26 Sekce STČ 26, straa 74

5 5 4 Azurová 5 4 Purpurová : 6 1: 6 Obr. 4 Grafická zázorěí barevých odchylek pro azurovou a purpurovou barvu. Z proměřeých barevých škál byla vyhodocováa pouze políčka se 1% krytím ikoustem. Jejich barevé odchylky ΔE* ab po prví i po druhé expozici byly graficky zazameáy pro všechy kocetrace TiO 2 (Obr. 4, Obr. 5). Tabulka 1 Nárůst hodot opacity s kocetrací TiO 2. Poměr 1: 6 Opacita 57,6 69,4 72,6 74, 81,8 85,9 5 4 Žlutá 5 4 Čerá : 6 1: 6 Obr. 5 Grafická zázorěí barevých odchylek pro žlutou a čerou barvu. Bylo zjištěo, že TiO 2 má jako plivo do polymerích vrstev pozitiví vliv a kvalitu tisku. Naášeím disperzí a filtračí papíry byla zlepšováa jeho textura a světlost, zároveň docházelo k árůstu opacity. Všechy tyto faktory se podepsaly a zlepšeí kvality výtisku Sborík soutěže Studetské tvůrčí čiosti Studet 26 a doktorské soutěže O ceu děkaa 25 a 26 Sekce STČ 26, straa 75

6 což bylo prokázáo pozorováím rastrových bodů a textury papíru pod mikroskopem a ásledým měřeím opacity. ZÁVĚR Použitý TiO 2 měl mít vlastosti potlačující jeho fotokatalytické účiky, i přesto však výrazě přispíval k degradaci potisků což potvrdily vypočteé barevé odchylky. Barevé odchylky arůstaly s rostoucí kocetrací TiO 2. Odchylky také arůstají s počtem expozic, proto byly po 2. expozici větší ež po 1. expozici. Itezita ozářeí v měřeém období vzrůstala, ke koci období její árůst poklesl. Průměrá hodota itezity ozářeí byla 1 μw cm 2. V průběhu jedoho de itezita ozářeí vzrůstala až do 16 hodi, kdy dosáhla svého maxima. Polymerí vrstvy obsahující TiO 2 vykazují zlepšeé tiskové vlastosti, zároveň však dochází k výrazé degradaci potisků. V další práci tedy bude věováa pozorost použití UV stabilizátorů za účelem zvýšeí archiví stálosti výtisků. LITERATURA [1] Nároky a papír při tisku. Uiverzita Pardubice [olie]. [cit. 6. říja 26]. Dostupé a www: [2] Hájek, M., Fade Resistace aeb bledout či ebledout? Fotografováí [olie]. 25, [cit. 6. říja 26]. Dostupé a www: [] Veselý, M., Králová, I., Dzik, P., Zita, J., Vímáí barev a jejich měřeí, Vysoké učeí techické v Brě, Fakulta chemická, Purkyňova 118, 612, Bro 24 Sborík soutěže Studetské tvůrčí čiosti Studet 26 a doktorské soutěže O ceu děkaa 25 a 26 Sekce STČ 26, straa 76