Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất bề mặt giấy đến thông số truyền mực trong in offset

Đồ án nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất bề mặt giấy đến truyền mực in offset tại ĐH SPKT TPHCM

• Tác giả: Nguyễn Thị An
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thành Phương
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật In
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất bề mặt giấy đến thông số truyền mực trong in offset
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan bề mặt giấy và truyền mực in offset tại ĐH SPKT TPHCM

In offset là phương pháp in gián tiếp phổ biến nhất hiện nay. Mực in truyền từ bản in sang tấm cao su rồi ép lên bề mặt giấy. Quá trình truyền mực phụ thuộc sâu sắc vào cấu trúc bề mặt vật liệu in. Tại Khoa In Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, đề tài nghiên cứu đã làm rõ bản chất cơ lý này. Nhóm nghiên cứu tập trung đánh giá mối liên hệ giữa đặc tính giấy và các thông số nhận mực. Giấy in gồm cấu trúc xơ sợi đan kết ngẫu nhiên kết hợp chất độn. Bề mặt giấy quyết định lượng mực bám dính và tốc độ thẩm thấu của dung môi. Giấy có độ nhẵn cao tạo diện tích tiếp xúc thực tế lớn hơn với lớp cao su. Nhờ đó, lớp mực truyền sang đồng đều và sắc nét hơn. Ngược lại, giấy nhám làm phân tán ánh sáng và gây tổn hao lượng mực cấp. Việc kiểm soát thông số truyền mực giúp chuẩn hóa chất lượng in công nghiệp. Nghiên cứu mang lại cơ sở khoa học giá trị cho các xưởng in bao bì và xuất bản phẩm hiện đại.

1.1. Cấu trúc mao dẫn và đặc tính bề mặt của giấy in

Giấy in cấu tạo từ mạng lưới sợi cellulose liên kết với nhau qua liên kết hydro. Khoảng trống giữa các sợi tạo thành hệ thống mao quản phức tạp. Chất độn vô cơ như canxi cacbonat hoặc cao lanh lấp đầy các khe hở này. Độ nhám biểu thị sự mấp mô tế vi của bề mặt giấy. Khi cao su tiếp xúc với giấy, áp lực in ép mực vào các mao quản. Bề mặt giấy tráng phủ có lớp khoáng mịn giúp hạn chế mực chìm sâu. Ngược lại, giấy không tráng phủ hút mực nhanh do mao dẫn mở. Hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến độ bóng và mật độ màu in. Độ trắng cùng độ sáng của giấy cũng quyết định độ tương phản thị giác cuối cùng trên tờ in thành phẩm.

1.2. Bản chất vật lý của truyền mực trong in offset

Truyền mực in offset xảy ra tại khe ép giữa trục cao su và trục ép in. Lớp màng mực bị tách đôi tại vùng thoát khỏi khe ép. Một phần màng mực bám dính vào bề mặt giấy, phần còn lại lưu giữ trên cao su. Tỷ lệ phân chia mực phụ thuộc lực mao dẫn, sức căng bề mặt và độ nhớt mực. Năng lượng bề mặt của giấy tác động mạnh mẽ đến góc tiếp xúc của giọt mực. Nếu năng lượng bề mặt cao, mực thấm ướt tốt và trải đều. Tốc độ ép in cùng độ dày màng mực ban đầu cũng quyết định lượng mực nhận thực tế. Hiểu rõ quy luật này giúp kỹ thuật viên điều chỉnh áp lực tiếp xúc tối ưu, hạn chế tình trạng trượt mực hoặc bợt màu trên ấn phẩm.

II. Phân tích ảnh hưởng của bề mặt giấy đến truyền mực in offset

Thực nghiệm tại ĐH SPKT TPHCM chỉ ra sự khác biệt lớn giữa các dòng giấy. Nhóm nghiên cứu khảo sát năm loại giấy với độ nhẵn và độ bóng khác nhau. Giấy tráng phủ như Couche cho hệ số nhận mực vượt trội. Bề mặt giấy phẳng mịn giúp duy trì độ dày lớp mực đồng đều. Nhờ vậy, mật độ quang học đạt mức chuẩn mà không cần cấp dư mực. Ngược lại, giấy Fort và Ivory không tráng phủ có độ nhám bề mặt cao. Cấu trúc xơ sợi gồ ghề hút mạnh thành phần dầu trong mực in. Lượng hạt màu đọng lại trên bề mặt suy giảm rõ rệt. Kết quả đo phổ phản xạ cho thấy độ bão hòa màu bị tụt giảm nghiêm trọng. Sai số màu delta E tăng cao so với dung sai cho phép của tiêu chuẩn ISO 12647-2. Ngoài ra, năng lượng bề mặt thấp gây cản trở lực bám dính của mực. Hiện tượng này dẫn tới sai lệch phân bố mực trên toàn bộ diện tích in. Tình trạng hạt tram bị biến dạng làm giảm độ phân giải của hình ảnh.

2.1. Biến thiên lượng mực truyền và độ dày màng mực

Độ dày màng mực in trên giấy thay đổi theo từng mức cấp mực từ trục cao su. Các phép đo trên thiết bị IGT xác nhận tương quan phi tuyến giữa lượng mực cấp và lượng mực truyền. Khi tăng lượng mực ban đầu, lượng mực lưu lại trên giấy tăng dần đến ngưỡng bão hòa. Với giấy tráng phủ láng bóng, màng mực hình thành nhanh và đồng nhất. Lớp mực giữ nguyên độ phẳng, tạo phản xạ gương rõ nét. Trái lại, giấy có độ nhám cao hấp thụ mực không đồng nhất. Màng mực bị đứt gãy ở các hốc vi mô. Điều này khiến mật độ quang học suy giảm cục bộ. Kỹ thuật viên phải bù thêm lượng mực lớn để che phủ lỗ rỗng. Hành động bù mực quá mức dễ sinh lỗi lem dính và kéo dài thời gian khô.

2.2. Suy giảm độ bão hòa màu và sai số màu in offset

Màu sắc tờ in được xác định qua tọa độ màu CIE Lab và phổ phản xạ. Độ trắng và chất làm sáng quang học OBA của giấy can thiệp sâu vào trị số màu. Khi ánh sáng rọi vào tờ in, bề mặt giấy nhám làm tán xạ ánh sáng khuếch tán. Hiện tượng này rửa trôi sắc độ của lớp mực bốn màu cơ bản CMYK. Độ bão hòa màu sụt giảm đáng kể, đặc biệt ở các tông màu bệt lớn. Khoảng cách màu delta E so với mẫu chuẩn ISO 12647-2 vượt khỏi phạm vi kiểm soát. Tại các vùng chồng màu hai lớp như đỏ cờ, xanh lá hay tím, sai số màu càng nghiêm trọng hơn. Sự suy giảm này làm sai lệch toàn bộ không gian màu của ấn phẩm đồ họa.

III. Giải pháp đo kiểm truyền mực in offset theo chuẩn ISO 12647 2

Nghiên cứu áp dụng quy trình đo kiểm thực nghiệm chuẩn hóa tại phòng thí nghiệm. Thiết bị in thử chuyên dụng IGT được vận hành để mô phỏng chính xác máy in công nghiệp. Quá trình in thử nghiệm được thực hiện trên từng loại giấy với năm mức mực tăng dần. Nhóm nghiên cứu sử dụng kính hiển vi quang học Olympus DP22 nhằm quan sát cấu trúc vi mô bề mặt. Độ phóng đại linh hoạt từ 5x đến 20x giúp ghi nhận độ đồng đều màng mực. Máy đo quang phổ đo trực tiếp mật độ quang học cùng tọa độ màu CIE Lab. Từ dữ liệu thu thập, phương trình truyền mực được thiết lập cho từng mẫu giấy. Phương trình này mô tả chính xác quan hệ giữa lượng mực cung cấp và độ dày lớp mực thực tế. Kỹ thuật viên đối chiếu giá trị màu thực tế với bảng màu chuẩn ISO 12647-2:2013. Điểm cực tiểu của sai lệch delta E xác định chính xác lượng mực cấp lý tưởng. Đây là phương pháp giải quyết triệt để sự thất thoát màu do bề mặt giấy gây ra.

3.1. Ứng dụng thiết bị IGT và kính hiển vi Olympus DP22

Thiết bị in thử IGT đóng vai trò trung tâm trong việc kiểm soát các biến số truyền mực. Máy cho phép cố định tốc độ in và áp lực tiếp xúc giữa trục in và dải giấy mẫu. Người vận hành cấp chính xác từng lượng màng mực từ mức thấp đến mức cao. Kính hiển vi quang học Olympus DP22 hỗ trợ quan sát trạng thái lớp mực sau khi in. Các mẫu giấy được cắt kích thước chuẩn 10x10 mm rồi đặt dưới thấu kính phóng đại. Hệ thống ống kính 5x, 10x và 20x giúp hiển thị sắc nét các vi mao quản chứa mực. Phương pháp quan sát trực quan này bộc lộ rõ hiện tượng mực thẩm thấu vào xơ sợi giấy hoặc đọng thành màng liên tục trên bề mặt tráng phủ.

3.2. Xây dựng phương trình truyền mực và chuẩn hóa sai số màu

Phương trình truyền mực toán học hóa quan hệ giữa lượng mực cung cấp và lượng mực thực tế bám trên giấy. Đề tài xây dựng đường cong truyền mực đặc trưng riêng cho từng chất liệu giấy khảo sát. Qua phương trình, hệ số nhận mực cực đại được nhận diện cụ thể. Kỹ sư kết hợp đo phổ màu với công thức delta E chuẩn mực. Việc xác định giá trị delta E nhỏ nhất giúp tìm ra lượng mực tối ưu của từng trạm màu Cyan, Magenta, Yellow, Black. Khi in phối hợp hai lớp màu tạo đỏ, xanh lá hoặc xanh dương lam, lượng mực lớp lót đầu tiên cũng được chuẩn hóa. Nhờ đó, sản phẩm in luôn đáp ứng tiêu chuẩn màu quốc tế ISO 12647-2 mà không lãng phí vật tư.

IV. Kết luận và ứng dụng bề mặt giấy tối ưu truyền mực in offset

Nghiên cứu của ĐH SPKT TPHCM khẳng định vai trò quyết định của cấu trúc bề mặt giấy trong in offset. Giấy tráng phủ có độ nhẵn và năng lượng bề mặt cao luôn là lựa chọn hàng đầu cho các ấn phẩm mỹ thuật cao cấp. Loại vật liệu này hỗ trợ truyền mực ổn định, tạo màng mực mỏng nhưng đạt mật độ màu chuẩn xác. Ngược lại, đối với giấy không tráng phủ, việc thiết lập đường cong bù trừ dot gain và điều chỉnh lượng mực cấp là bắt buộc. Dữ liệu thực nghiệm từ đề tài cung cấp tài liệu kỹ thuật quý giá cho các doanh nghiệp in bao bì. Doanh nghiệp có thể thiết lập cấu hình màu ICC profile tương thích riêng với từng lô vật tư giấy. Việc áp dụng đúng lượng mực lý tưởng giúp hạn chế tình trạng hao phí mực in đến mức tối đa. Thời gian canh chỉnh máy khi bắt đầu ca in cũng rút ngắn đáng kể. Cuối cùng, giải pháp này nâng cao tính đồng bộ màu sắc trên dây chuyền sản xuất số lượng lớn.

4.1. Khuyến nghị lựa chọn bề mặt giấy trong sản xuất in

Các nhà in cần phân loại vật liệu giấy dựa trên tiêu chí tráng phủ và độ phẳng bề mặt. Khi in các catalogue hoặc bao bì cao cấp đòi hỏi độ sắc nét cao, giấy tráng phủ như Couche bóng hoặc Ivory tráng phủ là ưu tiên số một. Lớp tráng phủ giữ hạt màu cố định trên bề mặt, giảm hiện tượng thẩm thấu quá sâu. Đối với sách báo hoặc ấn phẩm văn phòng dùng giấy Fort nhám, thợ in cần giảm bớt độ nhớt mực và cân nhắc tăng độ dày màng mực. Ngoài ra, việc bảo quản giấy ở độ ẩm cân bằng là yếu tố then chốt. Giấy ẩm làm biến đổi sức căng bề mặt và cản trở truyền mực đều đặn giữa cao su và vật liệu.

4.2. Chuẩn hóa quy trình in offset theo tiêu chuẩn quốc tế

Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý chất lượng in offset giúp nâng cao sức cạnh tranh của doanh nghiệp. Đội ngũ kỹ thuật cần xây dựng quy trình kiểm soát màu độc lập trên máy in thương mại. Trước mỗi ca sản xuất, thông số mật độ mực và tọa độ Lab phải được hiệu chuẩn bằng máy đo quang phổ. Từng loại giấy đưa vào sản xuất cần đi kèm thông số lượng mực cấp danh định tương ứng. Việc tuân thủ dung sai delta E theo ISO 12647-2 giúp khách hàng phê duyệt bài in nhanh chóng. Đồng thời, xưởng in kiểm soát chặt chẽ hiện tượng biến dạng tram và gia tăng độ tương phản hình ảnh. Sự kết hợp giữa lý thuyết hàn lâm và quy chuẩn công nghiệp đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp in thương mại hiện đại, in offset tiếp tục giữ vai trò chủ đạo đối với các đơn hàng xuất bản và bao bì sản lượng lớn nhờ năng suất và chất lượng tái tạo hình ảnh cao. Tuy nhiên, áp lực cạnh tranh kinh tế và yêu cầu bảo vệ môi trường đặt ra bài toán cấp thiết về việc tối ưu hóa chi phí sản xuất, tiết kiệm vật tư và rút ngắn thời gian chuẩn bị máy in. Giấy in là vật liệu dạng tấm có cấu trúc vi mô không đồng nhất; sự khác biệt về bản chất xơ sợi, mức độ tráng phủ và thành phần hóa học dẫn đến những biến động lớn trong khả năng tiếp nhận và cố định màng mực. Thực tế sản xuất cho thấy ngay cả khi sử dụng cùng một loại mực in trên cùng một thiết bị, sự sai khác về tính chất bề mặt của các dòng giấy khác nhau sẽ dẫn đến sự lệch pha nghiêm trọng về tông màu, độ bão hòa và độ dày lớp mực.

Để giải quyết vấn đề kiểm soát chất lượng in trên các bề mặt vật liệu đa dạng, tiêu chuẩn quốc tế ISO 12647-2:2013 đã thiết lập khung kỹ thuật phân loại giấy dựa trên các đặc tính quang học (màu sắc, độ sáng, độ bóng, độ trắng). Nhằm làm sáng tỏ cơ chế tương tác hóa lý và động học giữa bề mặt giấy và màng mực, đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất bề mặt giấy đến thông số truyền mực trong in offset" tập trung vào các nhiệm vụ và mục tiêu cụ thể:

1. Phân tích sự truyền mực (xác định hệ số nhận mực, lượng mực truyền và độ dày lớp mực) và xây dựng phương trình truyền mực bằng thực nghiệm.
2. Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất bề mặt giấy (màu sắc, độ bóng, độ trắng, độ nhẵn) đến quá trình truyền mực và khảo sát độ bão hòa màu trên tờ in.
3. Xây dựng mối tương quan giữa các thông số công nghệ trong quá trình truyền mực nhằm xác định lượng mực cấp tối ưu theo tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013, chứng minh luận điểm tăng lượng mực không đồng nghĩa với việc tăng khả năng phục chế màu sắc.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm:

• Các đặc tính bề mặt giấy in: Độ bóng, độ nhẵn, độ trắng, màu sắc phôi giấy và tác nhân làm sáng quang học (OBA).
• Các thông số truyền mực: Lượng mực truyền, hệ số nhận mực, độ dày lớp mực và phương trình truyền mực thực nghiệm.
• Các chỉ số chất lượng quang học trên tờ in: Giá trị mật độ quang học (Optical Density - D), tọa độ màu trong không gian CIE $L^ab^*$, tọa độ màu trong không gian CIE xyz (1931), phổ phản xạ và độ sai biệt màu ($\Delta E$).

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong điều kiện in offset tờ rời; thực nghiệm in thử nghiệm được thực hiện trên thiết bị in thử chuyên dụng IGT Orange Proofer M tại phòng thí nghiệm chuyên ngành thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng 5 loại giấy đại diện cho các nhóm bề mặt khác nhau và khảo sát ở 5 cấp lượng mực cấp vào hệ thống.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng lý thuyết dựa trên cấu trúc vật lý - hóa học của vật liệu in và các định luật trắc quang học tiêu chuẩn:

• Cấu tạo và tính chất bề mặt giấy: Thành phần chính gồm sợi Xenlulô $((C_6H_{10}O_5)_n)$, Hemi Xenlulô, Lignin và các chất phụ gia tráng phủ. Đề tài khảo sát các thông số cấu trúc (độ dày, định lượng trong khoảng 20 – 200 $\text{g/m}^2$, hướng xớ giấy); tính chất quang học gồm độ sáng (đo sự phản xạ ánh sáng xanh tại bước sóng 457 nm, chịu ảnh hưởng bởi OBA), độ trắng (khả năng phản xạ toàn dải khả kiến, dao động từ 60 – 87%), độ bóng (Gloss); tính chất bề mặt gồm độ nhẵn theo phương pháp Bekk và khả năng thấm hút mao dẫn chất lỏng của giấy đối với hệ dung môi hữu cơ.
• Hệ thống phân loại giấy ISO 12647-2:2013: Tham chiếu 8 phân nhóm điều kiện in chuẩn (từ PS1 đến PS8), bao gồm các bề mặt tráng phủ bóng (WFC), tráng phủ mờ, tráng phủ nhẹ (LWC, MWC, MFC) đến các dòng giấy không tráng phủ (WFU, SC-A, SC-B, SNP, INP).
• Lý thuyết mực in offset và động học truyền màng: Bản chất cấu tạo của mực in gồm hạt chất tạo màu (pigment), pha lỏng dầu liên kết (nhựa, polymer, dung môi) và phụ gia điều chỉnh độ nhớt, độ dính, tốc độ khô. Đồ án phân tích tính chất lưu biến của mực offset – chất lỏng phi Newton có tính xúc biến (thay đổi độ nhớt theo lực trượt cắt và thời gian). Cơ chế truyền mực offset là quá trình phân tách và truyền màng mực gián tiếp từ bản sang lô cao su và ép dính lên bề mặt giấy in.
• Trắc sắc học và kiểm soát chất lượng màng in: Ứng dụng nguyên lý đo mật độ phản xạ (Reflection Density); không gian màu độc lập thiết bị CIE $L^ab^$ (trục độ sáng $L^$, trục màu $a^$ lục – đỏ, trục màu $b^$ lam – vàng); không gian màu CIE xyz (1931); và công thức tính sai biệt màu: $$\Delta E = \sqrt{(\Delta L^)^2 + (\Delta a^)^2 + (\Delta b^*)^2}$$

Về phương pháp thực nghiệm, đề tài triển khai chuỗi phương pháp đo đạc định lượng kết hợp phân tích hình thái bề mặt và cấu trúc vi mô:

Thiết bị / Công cụ	Model / Xuất xứ	Mục đích và phương pháp ứng dụng
Máy in thử offset	IGT Orange Proofer M	Giả lập quá trình in offset với lực ép $350\text{ N/m}^2$, kích thước mẫu in $6 \times 27\text{ cm}$, cấp 5 mức lượng mực tăng dần.
Máy đo quang phổ	TECHKON SpectroDens	Đo phổ phản xạ, mật độ quang học (D), tọa độ màu CIE $L^ab^*$ và xác định khoảng sai biệt màu $\Delta E$.
Máy đo độ bóng	Elcometer 406L	Đo độ bóng bề mặt giấy trắng và màng mực in ở góc tới $60^\circ$ (lặp lại 10 lần/mẫu), kết hợp góc $20^\circ$ và $85^\circ$ theo khuyến cáo.
Kính hiển vi điện tử quét	SEM Hitachi SU 3900	Quan sát cấu trúc mặt cắt ngang màng mực; chụp ảnh mẫu giấy và màng mực ở độ phân giải hiển vi.
Kính hiển vi quang học	OLYMPUS DP22	Quan sát hình thái vi mô bề mặt sợi giấy ở các độ phóng đại 5x, 10x và 20x với kích thước mẫu $10 \times 10\text{ mm}$.
Máy đo độ nhớt	Brookfield LVDV-E	Kiểm tra độ nhớt động lực học của hệ 4 màu mực in thương mại.
Cân phân tích điện tử	SHINKO DJ-600	Cân khối lượng lô cao su ở 3 trạng thái (chưa có mực, trước khi in, sau khi in) để tính lượng mực truyền và hệ số nhận mực.
Phần mềm chuyên dụng	ImageJ & Origin 2022	ImageJ xử lý ảnh SEM tại 20 vị trí vi mô để đo độ dày màng mực; Origin 2022 vẽ đồ thị không gian màu và hồi quy phương trình truyền mực.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

Chương này thiết lập hệ thống khái niệm chuyên ngành công nghệ in:

• Trình bày chi tiết thành phần sợi Xenlulô, liên kết hydro liên sợi và cơ chế trương nở mao quản trong giấy in; định nghĩa các đại lượng cấu trúc (định lượng, độ dày, hướng xớ giấy máy xeo).
• Trình bày bản chất vật lý của các chỉ số quang học: phân tích cơ chế hấp thụ tia cực tím và tái phát xạ ánh sáng xanh khả kiến của chất làm sáng quang học OBA; nguyên lý phân loại góc chiếu của thiết bị đo độ bóng ($20^\circ$ cho bề mặt bóng cao $>70\text{ GU}$, $60^\circ$ cho bề mặt trung bình $10-70\text{ GU}$, $85^\circ$ cho bề mặt nhám mờ $<10\text{ GU}$).
• Tổng hợp bảng tiêu chuẩn phân loại 8 loại giấy theo ISO 12647-2:2013 (PS1 đến PS8).
• Phân tích cơ chế hoạt động của hệ mực in offset: sự phụ thuộc của tính chất màu vào cấu trúc pigment, độ phân tán hạt và nồng độ chất màu; phân tích đường cong phổ phản xạ thực tế so với phổ lý tưởng; định nghĩa độ nhớt theo định luật Newton và tính xúc biến của hệ keo.
• Làm rõ nguyên lý đo mật độ phản xạ ánh sáng đơn sắc, cấu trúc 3 chiều của không gian màu CIE $L^ab^*$, tam giác màu CIE 1931 và công thức khoảng sai biệt màu $\Delta E$.

Chương 2: Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Chương 2 tổng hợp thực trạng nghiên cứu trong ngành in:

• Tình hình trong nước: Việc nghiên cứu tương quan giữa tính chất bề mặt giấy và thông số truyền mực hầu như chỉ dừng lại ở lý thuyết tổng quát trong các giáo trình đại học (như tài liệu của TS. Nguyễn Thành Phương, ThS. Trần Thanh Hà, PGS.TS. Ngô Anh Tuấn); thiếu vắng các công trình thực nghiệm định lượng do tính đa dạng, phức tạp của các nguồn giấy thương phẩm trên thị trường Việt Nam.
• Tình hình ngoài nước: Phân tích các công trình thực nghiệm quốc tế tiêu biểu:
  • Nghiên cứu của nhóm Tomislav Cigula, Tamara Tomašegović và Tomislav Hudika (2019) về ảnh hưởng của năng lượng tự do bề mặt, độ nhẵn và độ bóng đến thông số truyền mực, chỉ ra rằng lượng mực cấp khác nhau gây lệch màu vượt ngưỡng ISO và hiện tượng đốm loang (mottling) suy giảm khi màng mực đủ dày.
  • Công trình của Cem Aydemir, Nemanja Kašiković, Csaba Horvath và Stefan Durdevic (2019/2020) về tương tác giữa độ nhám, độ nhẵn bề mặt giấy với sự thay đổi màu sắc, độ bóng tờ in và độ bền sáng, kết luận sai biệt màu tăng lên khi năng lượng bề mặt và độ nhẵn của giấy giảm.
  • Các nghiên cứu của Pang Yechi và cộng sự (2015) về quan hệ giữa độ dày lớp mực và độ bão hòa màu sắc; nghiên cứu của Gu Lingya và cộng sự (2015) về hiệu suất truyền mực trên giấy offset.

Chương 3: Quy trình và phương pháp thực nghiệm

Chương này mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm gồm 8 công đoạn chuẩn hóa:

1. Chuẩn bị vật liệu: 5 chủng loại giấy có đặc tính bề mặt khác nhau và 4 hộp mực in offset tiêu chuẩn (Cyan, Magenta, Yellow, Black).
2. Phân loại giấy: Cắt mẫu, đo định lượng, độ dày, độ bóng, độ trắng, màu sắc phôi giấy ($L^, a^, b^*$) và giá trị OBA; đối chiếu thông số đo được với Bảng A.1 Phụ lục A tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013 để định danh nhóm giấy.
3. Kiểm tra tính chất mực: Đo độ nhớt của 4 loại mực trên máy Brookfield LVDV-E.
4. Tiến hành in thử nghiệm đơn màu (C, M, Y, K): Sử dụng máy in thử IGT Orange Proofer M; chuẩn bị 20 tờ in kích thước $6 \times 27\text{ cm}$ cho mỗi loại giấy; thiết lập áp lực in $350\text{ N/m}^2$; khảo sát lần lượt với 5 cấp lượng mực từ thấp đến cao (bắt đầu từ mức $0.15\text{ cm}^3$).
5. Phân tích quá trình truyền mực: Cân vi lượng khối lượng lô cao su trước và sau khi in trên cân SHINKO DJ-600 để tính lượng mực truyền ($g$) và hệ số nhận mực (%); đồng thời cắt mẫu màng mực Yellow in ở lượng mực $0.3\text{ cm}^3$ trên giấy loại 1, chụp hiển vi quét bề mặt SEM Hitachi SU 3900 và xử lý đo độ dày màng mực tại 20 vị trí vi mô bằng phần mềm ImageJ để so sánh với phương pháp tính toán từ khối lượng.
6. Đo đạc các chỉ số quang học trên bài in C, M, Y, K: Sử dụng máy TECHKON SpectroDens và Elcometer 406L để ghi nhận giá trị mật độ (D), độ bóng, phổ phản xạ, tọa độ màu CIE $L^ab^*$, tọa độ màu CIE 1931, tính độ bão hòa và tính sai biệt màu $\Delta E$.
7. Thiết lập mối quan hệ tương quan: Xây dựng các đồ thị tương quan hồi quy giữa mật độ và độ dày màng mực; mật độ và lượng mực truyền; độ dày lớp mực và độ bão hòa; lượng mực truyền và sai biệt màu $\Delta E$; lượng mực truyền và độ sáng ($L^*$).
8. Khảo sát in chồng màu thứ cấp (Red, Green, Blue): Dựa trên kết quả sai biệt màu $\Delta E$ đơn màu, chọn ra hai loại giấy tối ưu (giấy loại 1 và giấy loại 3) và cấp lượng mực đạt $\Delta E$ nhỏ nhất để in lớp mực thứ nhất; sau đó in chồng lớp mực thứ hai với 6 cấp lượng mực khác nhau; tiến hành đo đạc độ truyền mực, hệ số nhận mực lớp thứ hai và các thông số trắc sắc học của màng màu RGB.

Chương 4: Kết quả và biện luận

Chương 4 trình bày toàn bộ số liệu và phân tích chuyên sâu:

• Đặc tính vật liệu đầu vào: Công bố số liệu đo đạc quang học và phân loại thành công 5 loại giấy theo tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013; hình ảnh chụp bề mặt dưới kính hiển vi quang học OLYMPUS DP22 (độ phóng đại 10x) cho thấy rõ mạng lưới xơ sợi hở ở giấy không tráng phủ và bề mặt phẳng mịn đồng nhất ở giấy tráng phủ cao cấp.
• Khảo sát hệ số nhận mực và độ dày màng mực: Phân tích bảng dữ liệu khối lượng lô cao su khi in 4 màu C, M, Y, K; chỉ ra rằng hệ số nhận mực của giấy tráng phủ cao hơn đáng kể so với giấy không tráng phủ do năng lượng tự do bề mặt và độ nhẵn tốt hơn. Đồ thị so sánh độ dày màng mực giữa phương pháp cân khối lượng và phương pháp đo trực tiếp trên ảnh chụp SEM (phần mềm ImageJ tại 20 điểm) cho thấy độ tương đồng cao, khẳng định độ tin cậy của mô hình đo lường.
• Mối quan hệ tương quan giữa mật độ, độ bão hòa và độ dày màng mực: Khi tăng độ dày màng mực, mật độ quang học (D) và độ bão hòa màu sắc ban đầu tăng tuyến tính; tuy nhiên, khi đạt tới một ngưỡng giới hạn nhất định, đường biểu diễn tiệm cận trạng thái bão hòa; nếu tiếp tục tăng lượng mực cấp, màng mực bị dày cục bộ làm gia tăng độ tán xạ ánh sáng, khiến giá trị sai biệt màu $\Delta E$ so với chuẩn ISO 12647-2:2013 tăng vọt ra ngoài dung sai cho phép.
• Biện luận kết quả in chồng màu R, G, B: Bảng số liệu khối lượng lô cao su in chồng màu (M chồng lên C tạo Blue, Y chồng lên C tạo Green, Y chồng lên M tạo Red) trên giấy loại 1 và giấy loại 3; chứng minh hệ số nhận mực của lớp mực in thứ hai phụ thuộc chặt chẽ vào độ dính, độ bóng của màng mực thứ nhất và đặc tính mao quản của nền giấy.
• Xây dựng phương trình truyền mực: Từ số liệu thực nghiệm, nhóm tác giả đã xây dựng hệ phương trình toán học truyền mực cho 4 màu in (C, M, Y, K) trên 5 loại giấy khác nhau, thiết lập bảng chú thích biến số chi tiết nhằm phục vụ tính toán định lượng mực cấp tối thiểu.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương này tổng kết toàn diện công trình: khẳng định mục tiêu nghiên cứu đã được hoàn thành đầy đủ; chỉ ra những hạn chế kỹ thuật trong quá trình thực hiện; đề xuất hướng mở rộng nghiên cứu trong môi trường công nghiệp thực tế.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng và phát hiện chính

Đồ án đã ghi nhận các kết quả thực nghiệm có trong văn bản:

• Hệ thống hóa bộ dữ liệu phân loại 5 loại giấy thương phẩm tương ứng với các phân nhóm bề mặt của tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013 dựa trên các phép đo định lượng, độ dày, độ bóng, độ trắng và OBA.
• Xác định chính xác độ nhớt động lực học của hệ 4 màu mực in offset thương mại sử dụng máy đo Brookfield LVDV-E.
• Thu thập và xử lý ma trận số liệu thực nghiệm đồ sộ: Khối lượng lô cao su trước và sau in cho 4 màu đơn sắc (C, M, Y, K) trên 5 loại giấy với 5 cấp lượng mực; dữ liệu in chồng màu tạo màng mực thứ cấp (R, G, B) trên 2 loại giấy chọn lọc (loại 1 và loại 3).
• Kiểm chứng thành công phương pháp đo độ dày màng mực: Phép đo hiển vi trực tiếp trên ảnh chụp mặt cắt ngang bằng SEM Hitachi SU 3900 (đo tại 20 điểm bằng ImageJ cho mẫu Yellow cấp $0.3\text{ cm}^3$ trên giấy loại 1) cho kết quả tương thích chặt chẽ với phương pháp tính toán gián tiếp thông qua cân khối lượng.
• Chứng minh bằng thực nghiệm quy luật truyền màng mực: Sự gia tăng lượng mực in chỉ cải thiện độ bão hòa màu và mật độ quang học trong một khoảng giới hạn nhất định; khi vượt qua lượng mực lý tưởng, sai biệt màu $\Delta E$ tăng cao, làm biến dạng tông màu và không đáp ứng dung sai ISO 12647-2:2013.
• Xây dựng thành công hệ phương trình truyền mực thực nghiệm cho từng màu mực trên từng loại bề mặt giấy, cho phép ước tính lượng mực in tối thiểu cần thiết để đạt chất lượng phục chế màu tối ưu.

Đóng góp về mặt học thuật và thực tiễn

• Về mặt học thuật: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm có độ tin cậy cao về tương quan giữa tính chất vi mô bề mặt giấy (độ nhẵn, độ bóng, độ hấp thụ mao dẫn) với động học phân tách màng mực offset; kết hợp hiệu quả giữa phương pháp đo trắc quang truyền thống với công nghệ hiển vi điện tử quét SEM trong nghiên cứu công nghệ in tại Việt Nam.
• Về mặt thực tiễn sản xuất: Giúp các nhà in xác định được lượng mực cấp tối ưu cho từng loại vật liệu giấy cụ thể, từ đó giảm thiểu sự lãng phí mực in, rút ngắn thời gian canh chỉnh màu khi lên bài in và kiểm soát chất lượng màu sắc theo chuẩn ISO 12647-2:2013 một cách khoa học.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo đánh giá của cán bộ hướng dẫn (TS. Nguyễn Thành Phương), cán bộ phản biện (ThS. Chế Quốc Long) và tự nhận định của nhóm tác giả trong văn bản, đồ án còn tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

• Đề tài chưa tiến hành nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của hiệu suất bề mặt giấy đến quá trình truyền mực; chưa thực hiện đo đạc và phân tích chi tiết, đầy đủ về năng lượng tự do bề mặt giấy (chưa đo góc tiếp xúc chất lỏng để tính toán thành phần cực và không cực của năng lượng bề mặt).
• Quá trình thực nghiệm mới chỉ thực hiện trên thiết bị in thử nghiệm IGT Orange Proofer M trong điều kiện phòng thí nghiệm (tốc độ in thấp, màng mực khô tĩnh), chưa khảo sát tương tác động học nhiều màu liên tục trên máy in offset công nghiệp thực tế có sự tham gia của hệ thống cấp dung dịch làm ẩm (nước làm ẩm, cồn IPA, chất đệm).
• Phần lập luận giữa cơ sở lý thuyết và kết quả thực nghiệm còn mang tính dàn trải các kiến thức giáo trình đại học, chưa phân tích sâu tính kế thừa từ các công trình nghiên cứu quốc tế đã trích dẫn.

Hướng phát triển tiếp theo được đề xuất:

• Mở rộng đo đạc chi tiết năng lượng tự do bề mặt và sức căng bề mặt của các dòng giấy in thương mại.
• Tiến hành thực nghiệm trên máy in offset công nghiệp nhiều màu, khảo sát ảnh hưởng đồng thời của dung dịch làm ẩm, áp lực in động học và tốc độ in cao đến phương trình truyền mực.
• Tích hợp các thuật toán phương trình truyền mực vào hệ thống phần mềm quản lý màu tự động (Color Management System) để tự động hóa việc tính toán dung lượng mực cấp trong giai đoạn chế bản trước in.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ Kỹ thuật In, Công nghệ Bao bì, Thiết kế Chế bản: Nắm vững quy trình thiết kế thực nghiệm chuẩn hóa, phương pháp đối chiếu và phân loại vật liệu giấy theo tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013.
• Kỹ sư vận hành và kỹ thuật viên quản lý chất lượng (QC/QA) tại các nhà in offset: Tham khảo phương pháp định lượng mực cấp tối thiểu, ứng dụng hệ thống đo kiểm quang phổ Techkon SpectroDens kết hợp cân vi lượng để tinh chỉnh hệ thống cấp mực, tiết kiệm chi phí sản xuất.
• Các nhóm nghiên cứu về khoa học vật liệu: Tham khảo quy trình phân tích mặt cắt màng mực in bằng kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi SU 3900 và kỹ thuật xử lý ảnh vi mô bằng phần mềm ImageJ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án sử dụng thiết bị in thử nào và các thông số vận hành cơ bản là gì?
Nhóm tác giả sử dụng máy in thử chuyên dụng IGT Orange Proofer M. Thiết bị vận hành với áp lực in được thiết lập ở mức $350\text{ N/m}^2$, kích thước dải mẫu in là $6 \times 27\text{ cm}$, sử dụng 20 tờ in cho mỗi chủng loại giấy để khảo sát với 5 cấp lượng mực cấp tăng dần.

2. Độ dày lớp màng mực in trên giấy được xác định bằng những phương pháp nào?
Độ dày màng mực được xác định qua hai phương pháp: phương pháp tính toán gián tiếp thông qua cân vi lượng khối lượng lô cao su (trước và sau in) trên cân điện tử SHINKO DJ-600; và phương pháp đo trực tiếp cấu trúc vi mô mặt cắt ngang thông qua ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi SU 3900, xử lý đo tại 20 vị trí vi mô khác nhau bằng phần mềm ImageJ.

3. Việc tăng lượng mực cấp vào hệ thống in có luôn làm tăng khả năng tái tạo màu sắc không?
Không. Dữ liệu thực nghiệm của đồ án chứng minh rằng khi tăng lượng mực, mật độ quang học và độ bão hòa chỉ tăng đến một ngưỡng giới hạn nhất định. Vượt qua ngưỡng này, độ bão hòa không tăng thêm mà sai biệt màu $\Delta E$ tăng cao, làm màu sắc bị lệch ra ngoài vùng dung sai cho phép của tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013.

4. Hai loại giấy nào được nhóm nghiên cứu chọn lọc để thực hiện thực nghiệm in chồng màu thứ cấp (R, G, B)?
Dựa trên kết quả đo sai biệt màu $\Delta E$ của các bài in đơn màu C, M, Y, K, nhóm nghiên cứu đã sàng lọc và lựa chọn giấy loại 1 và giấy loại 3 (hai loại giấy có chỉ số $\Delta E$ đạt chuẩn tốt nhất so với ISO 12647-2:2013) để tiến hành in chồng màng mực thứ hai tạo các màu Red, Green và Blue.

5. Tiêu chuẩn công nghiệp nào được sử dụng làm khung tham chiếu cốt lõi trong toàn bộ đồ án?
Đồ án sử dụng tiêu chuẩn quốc tế ISO 12647-2:2013 (Graphic technology - Process control for the production of halftone colour separations, proof and production prints) làm hệ quy chiếu duy nhất để phân loại các nhóm bề mặt giấy in offset và kiểm soát các dung sai màu sắc, độ bão hòa, tọa độ màu CIE $L^ab^*$.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất bề mặt giấy đến thông số truyền mực trong in offset" đã xây dựng thành công quy trình thực nghiệm khoa học nhằm định lượng hóa mối quan hệ giữa đặc tính bề mặt vật liệu giấy và quá trình phân tách, tiếp nhận màng mực in offset. Thông qua việc kết hợp các thiết bị phân tích hiện đại như máy in thử IGT, máy đo quang phổ TECHKON SpectroDens và kính hiển vi điện tử quét SEM Hitachi SU 3900, đề tài đã chứng minh một cách thực nghiệm rằng việc kiểm soát màng mực in phải gắn liền với cấu trúc bề mặt vật liệu thay vì gia tăng lượng mực một cách cảm tính. Các hệ phương trình truyền mực và bộ dữ liệu tương quan quang học được xây dựng là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, đóng góp thiết thực cho công tác chuẩn hóa quy trình in offset theo tiêu chuẩn ISO 12647-2:2013 và tối ưu hóa chi phí vật tư trong sản xuất công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Cấu trúc của giấy .2 Tính chất giấy .1 Tính chất về cấu trúc .2 Tính chất quang học .3 Tính chất bề mặt .3 Phân loại giấy theo ISO 12647-2: 2013 .1 Thành phần của mực in Offset.2 Đặc tính mực in.1 Tính chất quang học .2 Tính chất vật lí .3 Phân tích sự truyền mực .4 Các giá trị cần kiểm soát trên tờ in .2 Các thuộc tính về màu sắc .3 Không gian màu tham chiếu .1 Không gian màu CIE L*a*b* .2 Không gian màu CIE xyz (1931) .4 Khoảng sai biệt màu (∆𝑬) .19 CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .1 Tình hình trong nước .2 Tình hình ngoài nước .20 CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .1 Tóm tắt quy trình .2 Phân tích quy trình .3 Phương pháp thực hiện .1 Phương pháp đo trên giấy và tờ in .1 Quan sát bề mặt giấy .2 Chụp và phân tích độ dày lớp mực bằng phương pháp chụp bằng kính hiển vi điện tử quét bề mặt .5 Đo mật độ quang học .2 Đo độ nhớt của mực in .3 Phương pháp tính các đặc tính truyền mực.1 Tính hệ số truyền mực .2 Xác định trọng lượng mực .3 Tính độ dày lớp mực .5 Xác định tọa độ màu trong không gian màu .6 Tính độ bão hoà của mực in .4 Thiết bị thực nghiệm.3 Kính hiển vi quang học .4 Kính hiển vi điện tử quét bề mặt.6 Cân điện tử .36 CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN .1 Vật liệu đầu vào .1 Phân loại giấy theo ISO 12647-2:2013 .2 Quan sát bề mặt từng loại giấy in .3 Ảnh chụp mặt cắt giấy bằng kính hiển vi điện tử quét bề mặt .1 Phân tích sự truyền mực .1 Hệ số nhận mực .2 Độ dày lớp mực .2 Khảo sát sự tương quan giữa mật độ và độ dày lớp mực.3 Tọa độ màu và độ bão hòa .4 Đánh giá khả năng tái tạo màu trên 5 loại giấy .5 Đánh giá độ bóng .6 Khảo sát giá trị sai biệt màu và chọn lọc cho in chồng màu .7 Khảo sát sự tương quan giữa các giá trị liên quan đến truyền mực .1 Độ dày lớp mực và độ bão hòa .2 Mật độ và lượng mực truyền .3 Khoảng sai biệt màu (∆𝑬) và lượng mực truyền .4 Độ sáng và lượng mực truyền .1 Phân tích sự truyền mực .1 Hệ số nhận mực .2 Khảo sát giá trị sai biệt màu .3 Tọa độ màu trong không gian màu CIE 1931 .4 Đánh giá khả năng tái tạo màu .4 Xây dựng phương trình truyền mực .68 CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHƯA THỰC HIỆN ĐƯỢC .3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .72 PHỤ LỤC A: PHÂN LOẠI GIẤY VÀ MỰC IN THEO ISO 12647-2: 2013 .72 PHỤ LỤC B: KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ TRUYỀN MỰC BÀI IN C,M,Y,K .73 PHỤ LỤC C: ĐO CÁC GIÁ TRỊ TRÊN TỜ IN C,M,Y,K .81 PHỤ LỤC D: KHẢO SÁT CÁC THÔNG SỐ TRUYỀN MỰC BÀI IN R,G,B 87 PHỤ LỤC E: ĐO CÁC GIÁ TRỊ TRÊN TỜ IN R,G,B .90 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - OBA (Optical Brightening Agents): Chất tác nhân làm sáng quang học - CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black): 4 màu mực in trong in chồng màu - RGB (Red, Green, Blue): Màu được in chồng từ CMY - CIE (Commission International de l’Éclairage) - Ủy ban Đo lường và Chiếu sáng Quốc tế, được thành lập năm 1930 - PS (Printing condition): Điều kiện in trong ISO 12647 – 2: 2013 - CD (CIELAB coordinates): Thông số theo ISO 12647 – 2: 2013 quy định tọa độ L*a*b* thuộc không gian màu CIE - SEM (Scanning Electron Microscope): Kính hiển vi điện tử quét bề mặt.