PolyGrafia

През първата половина на ХХ век традиционно използваното индиго било неделим, макар и не особено елегантен елемент от все по-организираната и подновяваща се офисдействи­телност. Индигото се използвало лесно, но недостатъците му били очевидни и това давало предпоставка за необходи­мостта от неговото усъвършенстване, което скоро ста­нало реалност, превръщайки го в невидима съставна част на нов вид хартия, наречена „самокопираща“ (химизирана) хартия. Това станало възможноблагодарение на технологи­ята на микрокапсулацията, т.е. създаването надребни кап­сули (с диаметър от няколко микрометра), съдържащивеще­ства с физични и химични свойства, различни от тези на са­мите капсули.

Индигото (Carbon paper — въглеродна хартия) предста­влява едностранно покрита хартия с губещо връзките си с хартията сухо мастило или пигмент, свързан чрез восък. Първите данни за този вид хартия датират от 1806 г., но то навлиза напълно в употреба едва през 1867 г. (1).

Приемникът на индигото — самокопиращата хартия — е представена през 1954 г. в Америка и до 1960 г. от нея са хартии произведени 16 000 тона, след което тя започва да се произ­вежда и в Европа. От 1962 г. започва производство £ в Япо­ния. До 1970 г. производството нараства до 100 000 тона. От 1991 г. този вид хартия е познат и се използва в целия свят (2).

През 1994 г. в Америка били произведени близо 900 000 тона, а световното потребление достигнало 2 милиона тона. Оттогава то започнало постепенно да спада главно по повод нарастващата популярност на лазерните, масти­лените и термичните принтери. Предвижда се, че до 2009 г. продукцията ще намалява с 2-3% годишно, а след това ще се стабилизира. Тъй като на електрониката все още £ е труд­но да елиминира привързаността ни към хартията, харти­ените формуляри все още ще бъдат необходими, но може би благодарение на постиженията на физиката и химията на ХХI век ще станат и по-безопасни за здравето (3, 4).

Самокопиращата хартия била първото успешно про­мишлено приложение на микрокапсулацията. В микрокапсули, прикрепени към „гърба“ на лист хартия, се полага безцветно вещество, което след разкъсване на капсулата, под влияние на натиск, например на химикалка, изтича и влизайки в до­пир с веществото, покриващо „лицевата“ страна на другия лист, лежащ отдолу, се променя в цветно вещество и трай­но оцветява хартията. Ключов елемент в това решение е химичната реакция, в резултат на която безцветното ве­щество, наричано „прекурсор на оцветителя“ или „създател на цвета“ (color former), се променя в цветна форма при съп­рикосновение с киселия проявител, поради промяна на стой­ността на pH или окисление (2, 3, 5).

Самокопиращата хартия (Carbonless paper) представля­ва по своята същност хартия със специално покритие, кое­то подложено на механичен натиск (например от химикалка или матричен принтер), създава повече от едно копие (6).

Една от най-използваните днес системи самокопираща хартия е съставената от три листа хартия (схема 1).

„Първият“ лист притежава покритие върху „гърба“ си (CB — Coated Back), което съдържа в състава си микрокап­сули, които се пукат и свобождават съдържащото се в тях мастило върху долните листове хартия (CFB или CF). „Втори­ят“ лист (CFB — Coated Front and Back) притежава двустран­но покритие, с помощта на което приема като CF и преда­ва съответно като CB. „Третият“ лист (CF — Coated Front) превръща безцветното мастило в отчетлив образ (7).

Хартията основа е с различна маса в зависимост от това за кой от трите типа самокопираща хартия се използва:

• За СВ — от 50 до 70 g/m2
• За CFB — от 40 до 50 g/m2
• За СF — от 70 до 120 g/m2 (6).

Слоят, създаващ цвета, може да бъде изграден от спе­циални материали като клей (Clay) или смола (Resin), които са алкални на повърхността и киселинни във вътрешност­та. Възможни са и други варианти, в зависимст от произво­дителя. Повечето европейски производители (Arjo Wiggins, Mitsubishi, Torras Papel и др.) все още използват „Clay“-техно­логията, докато всички американски и азиатскипроизводи­тели (и някои големи европейски, като Koehler и Zanders) — технологията „Resin“, която е с някои предимства пред пър­вата, а именно: хартията не праши, характеризира се с по-голяма плътност и здравина на основата, с по-висока бе­лота, непрозрачност, твърдост и т.н. Основният недос­татък обаче при това производство е по-бавното взаимо­действие с мастилото на третия лист, заради което отпе­чатъкът върху листа/копието се появява трайно след око­ло 1 минута.

Като адхезиви за микрокапсулите се използват разнообразни вещества: бутадиен стиролен латекс, карбокси ме­тил целулоза, декстрин, нишесте и нетови производни, поли винил ацетат, желатин, полиакрил метил, поливинил алкохол и други (5, 8).

Първото невидимо индиго съдържало естер на метил­виолета, като вещество, създаващо цвета, използван и в традиционното индиго. Много оцветители могат да бъдат променени в безцветна форма, като се прибавят протон, функционална група или допълнителна връзка, а след това се възстанови цветната им форма. Такива безцветни форми на оцветителите са наричани левкооцветители (от гръцки leukos — бял). Те се нанасят върху хартията с концентрация на разтвора от 2% до 6%.

Самата реакция на създаване на цвета не е достатъч­на, за да се изготви трайно копие. Самокопиращата (химизи­рана) хартия, с която се срещаме ежедневно, не е продукт с точно определени съставки. Те са непрекъснато усъвър­шенствани, а самите технологични процеси и използваните химикали най-често са пазени от патентна тайна. Обикно­вената целулозна хартия представлява 80-90% от теглото на самокопиращата хартия. Останалите 10-20% са пълните­ли, свързващи вещества, микрокапсулки с разтвор на пре­курсора на оцветителя, проявители и други съставки, по­добряващи издръжливостта, водоустойчивостта, устойчи­востта на свиване и на омазняване. 70% от покритието са пълнители (каолин, калциев карбонат, талк, титанов диок­сид и др.), 12% бутадиен стиролен латект, 12% смолна дис­персия и 6% колоиден силициев диоксид (2, 5, 7).

Микрокапсулките, заедно със съдържанието, могат да представляват дори няколко десетки процента от нейна­та маса. Те са с различна форма и състав. Трябва да бъдат с диаметър между 5 и 10 μm; по-големите от 20 μmне да­ват контрастни копия, а по-малките от 2 μm проникват в порите на хартията и трудно могат да бъдат разкъсани с натиск. Също така не трябва дасе пукат предварител­но, но пък трябва да се пукат под определен натиск,позво­лявайки нанасянето му върху хартията и да издържат тер­мична обработка,включително сушене на хартията с тем­пература над 150°С.Първоначално били изработвани от же­латин, днес се използват синтетичниполимери, полиурета­нови смоли, меламин формалдехид, полиамид и др., които са много по-устойчиви на натиск.

Прекурсори на оцветителите са хромсъдържащи съеди­нения, които давайки електрони на киселинния проявител, се превръщат в цветни оцветители. Идеалният прекурсор на оцветителя трябва да бъде безцветен, добре да се раз­тваря в разтворител, който не се смесва с вода, да не се окислява от въздуха, и след окисление, чрез проявителя, да придава цвят, неподлежащ на промяна, под въздействието на светлина, въздух и влага. Полученият цвят на копието за­виси от структурата на прекурсора на оцветителя и про­явителя. Първите прекурсори — естер на метилвиолета и метиленов лазур — давали копие със син цвят; през 70-те го­дини били предложени оцветители, даващи черни копия. Про­явителите на цвета са относително неактивни субстан­ции, несъдържащи разтворители. Затова първоначално били използвани активирани глини и ароматни карбоксилови кисе­лини (например салицилова), а днес гамата на тези субстан­ции обхваща различни производни на карбоксиловите кисе­лини или модифицирани фенолови и фенол-формалдехидни смоли.

Достигащият 15-20% дял на различни химични вещества и пълнители в самокопиращата хартия е без съмнение неин недостатък. В литературата се среща повече информация, описваща опасностите за здравето, свързани със самокопи­ращата хартия, отколкото изясняваща нейното действие. Много от споменатите химични съединения или техните прекурсори могат да бъдат вредни, но обикновено в концен­трация по-голяма от използваната в самокопиращата хар­тия. Въпреки това при особено чувствителни хора дори ос­татъчни количества от тези вещества могат да предизви­кат нежелани физиологични или алергични реакции, особено в условията на продължителен контакт с хартията (2, 5, 7).

Въпреки че технологичните данни са достъпни само за неголяма част от веществата, използвани в самокопираща­та хартия, може със сигурност да се твърди, че например изоцианидите, използвани за производството на поликарба­мидни микрокапсули, могат действително да предизвикат дразнене на кожата, очите, дихателните пътища и храно­провода, а също така да предизвикат алергични реакции. Продължителният контакт с формалдехида може да пре­дизвика свръхчувствителност, водеща до контактно въз­паление на кожата,освен това той вероятно е и канцероге­нен. Друг потенциален източник на здравословни проблеми са прекурсорите на оцветителите: доказано е, че естерът на метилвиолета предизвиква алергично контактновъзпа­ление на кожата. Също и разтворителите на прекурсорите наоцветителите, например алкилбентзените, не са напъл­но безопасни.В някои страни дори са разработени препоръ­ки за безопасно използване на индигото.

Цветът на дадена субстанция се определя от погълна­тото от нея излъчване,което след отразяването дости­га до очите. Безцветните съединения са бели, тъй като не поглъщат видимите лъчи от спектъра. В оцветителите електронните преходи протичат в системите на свързва­не на постоянните връзки и цвета на съединението може да бъде променян или дориелиминиран, прекъсвайки или скъ­сявайки системата на тези връзки в молекулата.

В метилвиолета (СV — Сrystal Violet) ценралният атом на въглерода образува три връзки със съседните бензенови пръстени (в хибридизация sp2) и еизточник, който посредни­чи в електронната комуникация между тях, а електроните на връзките са делокализирани върху цялата молекула СV. В резултат, връзките на централния въглероден атом не са единични, а представляват част отсистемата на посто­янните връзки, в чиито обхват протича абсорбцията нави­димата светлина. В естера на метилвиолета (СV — Сrystal Violet) основниятвъглероден атом образува четири единич­ни връзки, което прекъсва връзките на отделните части на молекулата и премества абсорбцията в ултравиолета. Спектърът на абсорбиране на СVL (Crystal Violet Lactones) е сумата от спектрите на неговите структурниподедини­ци. Той се използва за направата на микрокапсулите заедно с висококипящ разтворител или масло, а днес — чрез синте­тични полимерни съединения (7, 9).

СVL е левкооцветител, изграден върху тетраедърния въ­глероден атом, откойто излизат четири връзки: С-С свърз­ващи този атом с диметилоанилиновитегрупи (в СVL), как­то и връзка С-С и С-О, представляващи фрагмент от пет­членния хетероцикличен лактонов пръстен.

Връзката С-О играе ключова роля в създаването на цве­та: съществува вбезцветна форма, а след нейната дисо­циация под влияние на външен фактор,централният въгле­роден атом променя хибридизацията от sp3 на sp2, т.е. от тетраедърен на плосък; тогава се образува система от електрони, обхващащацялата молекула и тя става „цвет­на“. За да бъде постоянна цветна, е достатъчнода се блоки­ра възможността за повторно възникване на връзката С-О, т.е.кислороден атом да се насити с атом водород, доста­вен от проявителя, намиращ се в горната страна на листа, на който се образува копието (схема 2).

Съвременната самокопираща хартия е с много високо качество и многообразно приложение. Хартията е с висо­ки показатели за белота или меки нюанси на светли цвето­ве (използвани предимно за счетоводни формуляри), със за­щитни свойства (за банкови чекове и специални дакументи) и със специфични свойства (за лазерни принтери, кредитни карти и др.). Всички те се предлагат удобно разфасовани, пакетирани в екологичнощадящи опаковки. Притежават от­лична печатопроходимост и печатопригодност, добра ин­тензивност на копието с висок контраст, функционалност над 5 години и издръжливост на копието над 10 години.