ผลิตภัณฑ์ลูกกลิ้งยางกับหมึกออฟเซทฐานน้ำมันพืช

ข้อมูลจาก บริษัท เบิ้ตท์เชอร์ (ประเทศไทย) จำกัด

ในช่วง 2-3 ปีที่ผ่านมานี้ มีสัญญาณการเปลี่ยนแปลงการใช้หมึกที่น่าสนใจคือ มีการเปลี่ยนตัวทำละลายในหมึกสำหรับงานพิมพ์ออฟเซทแบบป้อนแผ่น โดยการใช้ น้ำมันพืช (Vegetable oils) อาทิเช่น น้ำมันถั่วเหลือง (Soy oil) ทดแทนน้ำมันจากแร่ (Mineral oil) หรือที่เรารู้จักกันดีในชื่อ "หมึกออฟเซทฐานน้ำมันถั่วเหลือง (Soy Ink)" และหมึกพิมพ์ที่ว่านี้ ก็ให้คุณภาพงานพิมพ์ที่ดีเท่าเดิมแต่มีความปลอดภัยกว่า อย่างไรก็ดีช่างพิมพ์แทบไม่ทราบเลยว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีนั้นเป็นการปลี่ยนแปลงที่มีผลต่อความมีขั้ว (Polarity) ของหมึกออฟเซทด้วย และมีผลกระทบโดยตรงต่อยางที่ใช้ทำลูกกลิ้ง ซึ่งแต่เดิมออกแบบให้ทนทานต่อน้ำมันจากแร่เท่านั้น โดยมีผลทำให้ลูกกลิ้งยางหดตัวและแข็งตัวเร็วขึ้น

ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น?
เพื่อความเข้าใจกับผลกระทบที่เกิดขึ้น เราจำเป็นต้องทราบถึงพฤติกรรมความมีขั้วทางเคมี (Polarity) ที่แตกต่างกันของตัวทำละลายหมึกทั้ง 2 ประเภทนี้เสียก่อน

ความมีขั้วและไม่มีขั้วทางเคมีหมายถึงอะไร?
เราจำเป็นต้องพูดถึง "โมเลกุล" ของสารประกอบต่างๆ ซึ่งสร้างมาจากอนุภาคเล็กที่เราเรียกว่า "อะตอม" ซึ่งเมื่ออะตอม 2 อะตอมทำพันธะเคมีร่วมกัน อะตอมก็จะใช้อิเล็กตรอนร่วมกันด้วย เพื่อความเสถียรของโมเลกุลนั้นๆ แต่ไม่ได้หมายความว่า จะมีอิเล็กตรอนในแนวความยาวของพันธะนั้นเท่ากันหมด เราจะพบว่าโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนใกล้อะตอมหนึ่งมากกว่าอีกอะตอมหนึ่ง ขึ้นอยู่กับค่าแรงดึงดูดอิเล็กตรอนของอะตอมหรือค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีของอะตอมทั้งสอง เมื่อเป็นดังนี้ก็จะทำให้อะตอมหนึ่ง มีสมบัติทางไฟฟ้าค่อนข้างเป็นลบมากกว่า (ถ้ามีอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงกว่า) ยกตัวอย่าง เช่น โมเลกุลของเมทานอล (CH3OH)

จากรูป อะตอมของออกซิเจน (O) มีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนได้มากกว่า จึงแสดงสมบัติทางไฟฟ้าออกมาเป็นลบ ส่วนอะตอมคาร์บอนนั้นสูญเสียอิเล็กตรอนจึงแสดงสมบัติทางไฟฟ้าออกมาเป็นบวก และเรียกพันธะแบบนี้ว่า พันธะโคเวเลนต์มีขั้ว (Polar covalent bond) หรือ โมเลกุลมีขั้วนั่นเอง

ทำไมความมีขั้วจึงสำคัญต่อลูกกลิ้งยางและการออกแบบยาง?
ในทางเคมีความคล้ายคลึงของความมีขั้วในสารละลาย 2 ชนิด จะสามารถเกิดปฎิกิริยาต่อกันได้ง่าย เช่น เมื่อนำน้ำมันเบนซิน (สารละลายไม่มีขั้ว) ผสมกับน้ำ (สารละลายมีขั้ว) จะพบว่าสารละลายทั้ง 2 ชนิดนี้ไม่ผสมซึ่งกันและกัน ไม่ว่าจะเขย่าหรือตั้งไว้นานเพียงใด แต่เมื่อนำ "ไอโซโพรพิวแอลกอฮอล์" หรือที่เรารู้จักกันในชื่อ "ไอพีเอ, (I.P.A.)"มาผสมกับน้ำนั้นจะละลายเข้าหากันได้ดี นั่นเพราะทั้งสองเป็นสารละลายที่มีขั้วเหมือนกัน ซึ่งไม่ต่างไปจากยางที่ใช้ผลิตลูกกลิ้งยางกับหมึกที่ใช้พิมพ์ที่หากมีความเป็นขั้วเหมือนกันก็จะทำให้ยางและหมึกละลายเข้าหากันได้และนั่นก็ไม่ใช่ผลดีเลย

โดยทั่วไป มาตรฐานของลูกกลิ้งยางเพื่องานพิมพ์ที่ใช้หมึกพิมพ์ออฟเซทธรรมดา (Conventional Ink) แบบป้อนแผ่นจะใช้ยางตระกูล เอ็นบีอาร์ (NBR, Acrylonitrile-Butadiene Rubber) ซึ่งมีหมู่อะคิโร-ไนไตร์ด (Acrylo-nitrile Group) เป็นส่วนที่มีขั้ว และจะมีปฏิกิริยาได้ดีกับสารละลายที่มีขั้ว อาทิเช่น น้ำมันพืช (Vegetable oils) ซึ่งมีหมู่ อัลไคด์เรซิน (Alkyd Resins) แสดงความเป็นขั้ว หรือก็คือน้ำมันพืชสามารถละลายเข้าสู่เนื้อยางได้นั่นเอง

เพื่อความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อลูกกลิ้งยางสัมผัสกับหมึก เราจำเป็นต้องมองลึกถึงระดับโครงสร้างโมเลกุลของยาง ที่เปรียบเสมือนสายโซ่โมเลกุล (Polymer Chains) หลายๆ เส้นมายึดติดกันแบบ "ครอสลิงค์ (Cross linked)" ด้วยสารเคมีที่เรียกว่า "ซัลเฟอร์" เกิดเป็นโครงสร้างร่างแห และจะมีสารประกอบทางเคมีที่มีชื่อว่า "พลาสติกไซเซอร์ (Plasticisers)" ซึ่งมีหน้าที่ทำให้ยางนิ่มกระจายแทรกอยู่ตามช่องว่างของโครงสร้างร่างแหนั้นๆ โดยไม่ได้ใช้พันธะเคมีร่วมกับโครงสร้างโมเลกุลของยาง ซึ่งในกรณีของยางที่มีความแข็งที่ 25 ชอว์เอ (Shore A) จะมีปริมาณของพลาสติกไซเซอร์อยู่ร้อยละ 20 ถึง 40 โดยปริมาตร

ดังนั้นเมื่อหมึกออฟเซทฐานน้ำมันพืชชนิดต่างๆ สัมผัสกับลูกกลิ้งยางชนิดเอ็นบีอาร์ ด้วยความมีขั้วที่เหมือนกันจะทำให้หมึกสามารถละลายเข้าสู่โครงสร้างร่างแหของยาง และความมีขั้วของหมึกนี้จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อความมีขั้วของพลาสติกไซเซอร์โดยจะเกิดอาการผลักกันของขั้วขึ้นเป็นผลให้พลาสติกไซเซอร์หลุดออกจากช่องว่างในโครงสร้างของยางสู่ผิวด้านนอกและถูกชะล้างด้วยหมึกหรือน้ำยาล้างหมึกต่อไป และลูกกลิ้งยางก็จะหดตัวและแข็งขึ้นอันเนื่องมาจากการสูญเสียพลาสติกไซเซอร์ไป ดังรูปตัวอย่างด้านล่างนี้

ปรากฎการณ์ดังกล่าวข้างต้นนี้ จะมีอัตราการเกิดไม่เท่ากันตลอดความยาวลูกกลิ้งยาง โดยอัตราการเกิดจะมากที่สุดตรงกลางของลูกกลิ้งยาง ซึ่งดูได้จากเส้นนิปของลูกกลิ้งที่ริมสองข้างจะกว้างกว่าตรงกลาง หรือตรงกลางจะหดตัวมากกว่าตรงริม เป็นไปตามรูปที่ 3 ด้านล่าง และเมื่อนำลูกกลิ้งมาตรวจจะพบว่าลูกกลิ้งยางจะมีความแข็งที่เพิ่มขึ้น ผิวลูกกลิ้งไม่แนบสนิทกับผิวลูกไฟเบอร์หรือเพลทเมื่อใช้งาน เป็นผลให้การส่งหมึกไม่สม่ำเสมอ ส่งผลกระทบต่อการควบคุมงานพิมพ์และในไม่ช้าลูกกลิ้งยางนี้ก็จำเป็นต้องเปลี่ยนออกจากเครื่องพิมพ์ในระยะเวลาอันสั้น

ผลิตภัณฑ์ลูกกลิ้งยางสมัยใหม่สำหรับเครื่องพิมพ์ออฟเซทแบบป้อนแผ่นที่ใช้หมึกฐานน้ำมันพืช
ด้วยความต้องการทางตลาดเกี่ยวกับหมึกฐานน้ำมันทำให้บริษัทผู้ผลิตลูกกลิ้งจำเป็นต้องคิดค้นผลิตยางที่เหมาะสมและสามารถตอบสนองความต้องการของตลาด ซึ่งที่มาของข้อมูลที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นนั้นมาจาก ส่วนหนึ่งของการประกันคุณภาพและการออกสำรวจกลไกความต้องการของตลาดจากทางบริษัทเบิ้ตท์เชอร์ โดยเราได้ทำการทดลองผลกระทบของหมึกดังกล่าวกับลูกกลิ้งยางของบริษัทฯ มามากกว่า 30,000 การทดลอง ซึ่งเป็นการทดลองที่เฝ้าติดตามปริมาตรความแข็ง และคุณสมบัติอื่นๆ ของยางที่เปลี่ยนแปลงไปหลังจากได้สัมผัสกับหมึกออฟเซทฐานน้ำมันพืช ยางชนิดใหม่นี้ (Böttcher Stabilis 257 30) ได้ทำการดัดแปลงให้สามารถใช้งานได้กับทั้งหมึกพิมพ์ออฟเซทฐานน้ำมันจากแร่ (Mineral oil) และฐานน้ำมันพืช (Vegetable oils)

เราทำให้เกิดการเสถียรภาพได้อย่างไร

คุณสมบัติทางเคมีของยางชนิดต่างๆ ขึ้นอยู่กับชนิดของพอลิเมอร์ที่ใช้ผลิตยางนั้น (เช่น เอ็นบีอาร์(NBR) อีพีดีเอ็ม (EPDM) และยางอื่นๆ) และสารเติมแต่งอื่นๆ ที่ใส่ลงไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทั้งสมบัติทางฟิสิกส์และเคมี (เช่น พลาสติกไซเซอร์ ฟิลเลอร์และสารเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชั่น เป็นต้น) ที่ผสมลงไปในสูตรยางนั้นๆ ด้วยความชำนาญและประสบการณ์ที่สั่งสมมานาน ทำให้บริษัทฯ สามารถควบคุมสมดุลของสารเคมีที่มีคุณสมบัติต้านทานหมึกออฟเซทได้ทั้งสองแบบ ดังรูปที่ 4 ซึ่งแสดงให้เห็นว่ายางชนิดใหม่นี้มีความต้านทานทางเคมีต่อการหดตัวได้มากกว่ายางแบบเดิมๆ

          จากรูป เปอร์เซนต์ของปริมาตรที่เปลี่ยนแปลงไป (Volume change in %) นี้จะวัดเมื่อยางได้สัมผัสกับหมึกที่ต้องการทดสอบเป็นไปตามระยะเวลาที่ได้กำหนดไว้ โดย
          ค่าเป็น ศูนย์ คือ ยางไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลย
          ค่าเป็น บวก คือ ยางมีปริมาตรที่เพิ่มขึ้นหรือยางบวมขึ้น และยิ่งตัวเลขเป็นบวกมากก็แสดงให้เห็นถึงปริมาตรที่เพิ่มขึ้นมากหรือยางบวมขึ้นมากๆ นั่นเอง
          ค่าเป็น ลบ คือ ยางมีปริมาตรลดลงซึ่งจะตรงกันข้ามกับในกรณีที่เป็นบวก และยิ่งค่าที่ได้ติดลบมากๆ นั่นก็คือยางหดตัวมากขึ้น
          ในทุกวันนี้ แนวทางการอนุรักษ์และรักษาสิ่งแวดล้อมได้แพร่หลายไปในทุกอุตสาหกรรม ไม่เว้นแม้แต่ อุตสาหกรรมการพิมพ์ ที่ได้มีการทดแทนหมึกออฟเซทแบบเดิมที่ใช้น้ำมันแร่เป็นตัวทำละลายด้วยหมึกออฟเซทที่รักษาสิ่งแวดล้อม (Biological Inks) ที่ใช้น้ำมันพืชเป็นตัวทำละลาย
          Stabilis 257 30 จึงเป็นคำตอบที่เหมาะสมกับงานพิมพ์ประเภทนี้ ยางชนิดใหม่นี้มีการเปิดตัวอย่างเป็นทางการในงาน "Drupa 2008" อย่างไรก็ดียางชนิดนี้ไม่ได้ออกแบบมาเพื่องานพิมพ์ที่ใช้หมึกพิมพ์แบบ ยูวีและไฮบริด (U.V. and Hybrid Inks ซึ่งหมึก ทั้ง 2 ประเภทนี้เหมาะกับยางตระกูลแคเมอรอนมากกว่า (Chameleon series, 471 38 & 171 25)

ด้วยความแข็งยางที่ 30 ชอว์เอ จะแข็งเกินไปไหม?
Stabilis 257 30 มีความแข็งยางที่ 30 ชอว์เอ โดยจะมีความแข็งที่เพิ่มขึ้นจากความแข็งเดิม (25 ชอว์เอ) ที่กำหนด
โดยผู้ผลิตเครื่องพิมพ์เช่น Heidelberg หรือ MAN Roland เป็นต้น ซึ่งจากประสบการณ์ที่ผ่านมา เราสามารถพูดได้ว่าความแข็งยางที่เปลี่ยนไปเพียงเล็กน้อยนี้จะไม่มีผลกระทบใดๆ กับลูกกลิ้งยางด้วยเหตุผลหลัก 2 ข้อ กล่าวคือ

1. ความแข็งยางที่เปลี่ยนเพียงเล็กน้อยหลังการใช้งาน
           จากการทดลองที่ผ่านการใช้งานมาพิสูจน์ได้ว่ายาง Stabilis 257 30 มีปฏิกิริยาเคมีกับน้ำมันพืชในหมึกพิมพ์ออฟเซท
น้อยมาก และมีปริมาณพลาสติกไซเซอร์เพียงเล็กน้อยที่ถูกผลักให้หลุดออกจากเนื้อยาง และลูกกลิ้งยางที่หุ้มด้วยยางชนิดนี้
จะสามารถรักษาความแข็งยางได้นานกว่าลูกกลิ้งยางแบบเดิมๆ โดยจะมีความแข็งที่เพิ่มขึ้นเพียง 5 ชอว์เอ หรือมากกว่านี้
เล็กน้อยในช่วงปีแรกของการใช้งาน

2. พลศาสตร์ความแข็ง
           พลศาสตร์ความแข็งของยางจะถูกกำหนดโดยโครงสร้างโมเลกุลและสัดส่วนของสารเติมแต่งที่เพิ่มคุณสมบัติในด้านความเหนียวและความยืดหยุ่น (Visco-elastic material)
           "พลศาสตร์ความแข็ง" เป็นหลักการที่มีความขัดแย้งกันอยู่ในหลักการนี้ กล่าวคือ ไม่มีทางเป็นไปได้เลยที่เราจะสามารถวัดค่าแรงที่กระทำต่อกันในแนวเส้นนิปของลูกกลิ้งยางขณะเครื่องพิมพ์กำลังทำงาน แรงที่กล่าวถึงนี้จะสามารถวัดได้ด้วยการทดสอบที่จัดทำขึ้นโดยเฉพาะในสภาวะเสมือนจริงในการพิมพ์เท่านั้น
           ด้วยเครื่องมือและห้องแล็ปที่ทันสมัยในส่วนงานวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ ทำให้เราทราบถึง พลศาสตร์ความแข็งที่เกิดขึ้นได้และนำค่าที่ได้นี้ไปใช้ในการพัฒนายาง Stabilis 257 30 นี้ให้มีความเหมาะสมขณะเครื่องพิมพ์ทำงานด้วยความเร็วรอบสูง
          ยาง Stabilis 257 30 มีการใส่สารเติมแต่งที่มากกว่ายางแบบเดิมๆ ที่เป็นผลให้ พลศาสตร์ความแข็งของยางมีค่าใกล้เคียงหรือดีกว่ายางแบบเดิมที่มีความแข็งของยางที่ 25 ชอว์เอ ถึงแม้ว่าแรงที่ใช้กดลูกกลิ้งยาง Stabilis 257 30 จะใช้มากกว่าลูกกลิ้งยางแบบเดิม เพื่อให้ได้ความกว้างเส้นนิปเท่ากันเป็นไปตามมาตรฐานของเครื่องพิมพ์ แต่เมื่อเครื่องพิมพ์ทำงานหรือลูกกลิ้งหมุนตัว แรงที่ใช้กดในแนวเส้นนิปนั้นจะลดลง อันเนื่องมาจากสารเติมแต่งชนิดพิเศษ ทำให้ความร้อน แรงอัดจากเครื่องจักรที่เกิดขึ้นบนตลับลูกปืนและส่วนรองรับลดลงตามไปด้วย หรืออาจพูดได้ว่าเมื่อเครื่องพิมพ์ทำงานยาง Stabilis 257 30 จะให้ความแข็งยางที่ลดลงหรือให้ผลดีกับเครื่องพิมพ์มากกว่ายางแบบเดิมด้วยซ้ำไป

สรุปได้ว่า
ประโยชน์ที่ช่างพิมพ์จะได้รับจากยาง Stabilis 257 30
           -  ไม่จำเป็นต้องตั้งนิปของลูกกลิ้งยางบ่อยๆ
           -  อัตราที่ลูกกลิ้งยางแข็งขึ้นจะน้อยและช้าลง
           -  ให้สภาวะการถ่ายทอดหมึกที่คงที่และสม่ำเสมอในขณะพิมพ์
           -  อายุการใช้งานลูกกลิ้งที่นานขึ้น