【集萃網(wǎng)觀察】油墨的附著與干燥

    一、  概    述

    油墨從印刷機(jī)墨斗經(jīng)墨輥輾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到承印物表面。在這樣的過程中，油墨的流變性質(zhì)對油墨的延展，轉(zhuǎn)移有很大的影響。

    印刷的瞬間，印版或橡皮布上的油墨被分成兩部分，一部分殘留在印版或橡皮布上，另一部分附著在承印物表面。

    油墨的附著現(xiàn)象很復(fù)雜，紙張類承印物表面有凹洼、空隙的，油墨可以流人其間而被固定，所以被看作是利用機(jī)械的“投錨效果"而附著的。對于表面光滑而又投有吸收性的承印物，如金屬箔、塑料薄膜等，油墨的附著一方面取決于油墨對承印物的潤濕作用，即液體對固體表面的親合狀態(tài)；另一方面取決于油墨與承印物分子之間的作用力。   

    油墨附著在承印物上之后，便從液態(tài)的膠狀物變?yōu)楣虘B(tài)的皮膜，粘結(jié)在承印物表面，這一變化過程稱為油墨的干燥，完成這一過程所需要的時間叫做干燥時間。干燥時間短，油墨干燥速度快，干燥時間長，油墨干燥速度慢。

    油墨干燥的快慢對印品質(zhì)量有很大的影響，干燥過快，油墨會在印版表面結(jié)皮、糊版，使印刷品油墨堆積，光澤不良，出現(xiàn)“墨斑”；干燥過慢，印刷品背面可能發(fā)生粘臟現(xiàn)象。

    油墨的干燥分兩個階段完成。油墨由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍虘B(tài)，不能再流動轉(zhuǎn)移，這是油墨的“固著”階段，是油墨的初期干燥，用初干性表示。半固態(tài)油墨中的連結(jié)料的主體部分，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，完全干固成膜，這是油墨的徹底干燥階段，用徹干性表示。油墨的固著階段和徹底干燥階段，籠統(tǒng)地被稱為油墨的固著干燥。

    油墨的干燥速度與油墨的干燥形式有關(guān)。油墨的干燥形式又取決于油墨連結(jié)料的組分。以不干性礦物油為連結(jié)料的油墨，干燥是滲透型的，以干性植物油為連結(jié)料的油墨，干燥是氧化結(jié)膜型的，以有機(jī)溶劑為連結(jié)料的油墨，干燥是揮發(fā)型的。某種印刷方式所使用的油墨，連結(jié)料往往不是單一的，因而油墨的固著干燥是以某種干燥形式為主，同時伴隨其它的干燥形式來完成的。

    不同的印刷方式、承印物、印刷機(jī)械，對油墨的固著干燥有不同的要求。凸版輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)使用吸收性好的新聞紙印刷時，是利用油墨的滲透固著干燥。平板紙膠印機(jī)進(jìn)行多色高速印刷時，油墨要在瞬間固著，使用快固著膠印樹脂油墨，利用高沸點(diǎn)煤油滲透并迅速固著，再利用氧化聚合反應(yīng)使油墨完全干固結(jié)膜。這樣既避免了紙上“調(diào)墨”的“合泥”現(xiàn)象，又可使后一色墨跡能在前一色上得到完整的復(fù)制。卷筒紙膠印機(jī)的印刷速度約為平板紙膠印機(jī)的印刷速度的三倍以上，絕大多數(shù)附裝折頁機(jī)，印好的書頁立即被加壓折疊，使用快固著膠印油墨仍不能滿足印刷、裝訂的工藝要求，油墨要有更高的快干性。若用涂料紙印刷彩色印品，必須使用熱固型膠印油墨，利用高沸點(diǎn)煤油的熱揮發(fā)及樹脂受熱進(jìn)行熱固化反應(yīng)，迅速結(jié)膜干燥。

    油墨的固著干燥還與油墨粘著性有關(guān)。隨著干燥時間的增加，油墨的粘著性逐漸增加到某個最大值，再下降到零。如果油墨很快地干燥，墨膜表面光潔干滑，    失去了粘著性，第二色油墨就難以附著，油墨會產(chǎn)生“晶化現(xiàn)象”。理想的疊印應(yīng)在油墨開始固著而又未完全干燥的時間內(nèi)進(jìn)行。因此通常總是在全面考慮影響干燥的眾多因素的基礎(chǔ)上，印刷工藝的要求，在油墨中加入適當(dāng)?shù)母稍镎{(diào)整劑，使油墨適時干燥。

    油墨的附著與干燥，是油墨能否在承印物上形成印跡，并達(dá)到較為理想的復(fù)制效果的重要因素。這里將要討論油墨的附著、油墨的三種類型的干燥問題。  

    二、  油墨的附著

    油墨與承印物的附著，要從油墨與承印物的潤濕和油墨皮膜與承印物間的“二次結(jié)合”兩方面來討論。

    潤濕是指固體表面的氣體被液體所取代，衡量潤濕程度的參數(shù)是接觸角。接觸角是從固／液界面經(jīng)過液體內(nèi)部到氣／液界面的夾角，用θ來表示。用接觸角表示潤濕性時，一般是將90°角定為潤濕與否的界限。θ>90°為不潤濕，θ<90°為潤濕；θ角越大潤濕越差，θ角越小潤濕越好，θ=180°為完全不潤濕，θ=0°為完全潤濕。

    若γSG為氣／固界面的自由能(或固體的臨界表面張力，簡稱固體的表面張力)，γLG為氣／液界面的自由能(或液體的表面張力)，γSL為液／固界面的自由能(或界面張力)，則平衡接觸角θ與γSG、γLG、γSL的關(guān)系可用楊氏(T．Young)方程來表示：

    γSG-γSL=γSG·cosθ

    楊氏潤濕方程是氣、液、固三相交界處的三個界面張力平衡的結(jié)果，從方程中可以看出：   

    (1) γSG-γSL <0時，cos<θ，則0>90°，固體不能被液體潤濕。這是因?yàn)榇藭r了γSG<γSL，氣／固界面被液／固界面取代時，將引起界面能的增加，這是個非自發(fā)的過程。

    (2) γSG-γSL >0時，cosθ>0，則0<90°，固體能被液體潤濕。這是因?yàn)榇藭rγSG>γSL，氣／固界面被液／固界面取代時，界面能要降低，這個過程是自發(fā)的。隨著γSG的增加，θ會越來越小，當(dāng)θ=0°時，固體表面被液體完全潤濕。

    (3)用同一種液體來潤濕兩種表面自由能不同的固體表面時，高能表面比低能表面容易被潤濕。

    在數(shù)值上，γSL總是界于γSG和γLG之間，即γSG>γSL>γLG或γSG<γSL<γLG，而按楊氏潤濕方程，固體表面被液體潤濕的條件是γSG＞γSL，所以有γSG>γLG。即是說，要使液體潤濕固體，液體的表面張力必須小于固體的臨界表面張力。

    紙張是由纖維物質(zhì)和非纖維物質(zhì)所組成的薄膜。紙張中的非纖維物質(zhì)包括填料、膠料、染色劑等，大多是金屬氧化物或無機(jī)鹽。非纖維物質(zhì)的加入使紙張表面成為高能表面，表面張力都在100dyn／cm以上。一般油墨的表面張力為30—36dyn／cm，所以紙張是容易被油墨潤濕的。

    由有機(jī)物或高聚物組成的固體，表面是低能表面，表面能的大小和一般液體相差不多，能否被潤濕取決于固體和液體表面張力的大小。

    用表面張力為36—42dyn／cm的聚酰胺油墨印刷時，承印物的表面張力不同，潤濕情況自然不同，油墨的附著性能也不相同，如下表所示：

    承印物       表面張力（dyn／cm）       附著性能

    聚—氟乙烯       28                     不  良

    聚丙烯           29                     不  良

    聚乙烯           31                     不  良

    聚氯乙           39                        良

    滌綸             43                        良

    玻璃紙           45                        良

    尼龍66           46                        良

    從潤濕的角度考慮，油墨要很好地附著在承印物的表面上，可以設(shè)法降低油墨的表面張力，使它低于承印物的表面張力；也可以設(shè)法提高承印物的表面張力，使它高于油墨的表面張力。在使用的油墨確定的情況下，對于聚乙烯之類的低能表面的承印物，印刷前可以進(jìn)行表面處理，提高其表面能，改善油墨的附著性能。不同承印物的油墨附著性能 。  

    油墨與承印物的兩相分子間，若具有較強(qiáng)的異性極性時，會產(chǎn)生牽引力，叫二次結(jié)合力，油墨與承印物因二次結(jié)合力而附著，叫二次結(jié)合。

    一般地說，二次結(jié)合力是由分子間的配向效應(yīng)、分散效應(yīng)和誘發(fā)效應(yīng)引起的。配向效應(yīng)是由于極性分子內(nèi)電荷不平衡，分子雙極子的正負(fù)異端相互牽引所形成結(jié)合的效應(yīng)，如結(jié)合能約為O—2cal／mol。氫鍵結(jié)合也屬于配向效應(yīng)，結(jié)合能約為4—10cal／mol。分散效應(yīng)是由于非極性分子在電子淆亂運(yùn)動中產(chǎn)生瞬間雙極子，使得分子間產(chǎn)生牽引力而形成結(jié)合的效應(yīng)，結(jié)合能約為0．2—2cal／mol。誘發(fā)效應(yīng)是由于極性分子的永久雙極子誘發(fā)其它鄰近分子的雙極子，使分子間產(chǎn)生永久的牽引力所形成的結(jié)合，結(jié)合能約為0—0．5cal／mol。這三種效應(yīng)的綜合結(jié)果，便在分子之間產(chǎn)生了二次結(jié)合力。

    在油墨的分子結(jié)構(gòu)中，有極性部分，也有非極性部分。例如，以亞麻仁油為連結(jié)料的油墨，極性部分含有游離脂肪酸的羧基、脂肪酸甘油酯中的酯鍵等，非極性部分主要是剩余的碳鏈部分。紙張的分子結(jié)構(gòu)也是如此，有極性和非極性兩部分。油墨分子結(jié)構(gòu)中的極性部分和紙張分子結(jié)構(gòu)中的極性部分能夠發(fā)生配向效應(yīng)；油墨分子結(jié)構(gòu)中的非極性部分和紙張分子結(jié)構(gòu)中的非極性部分能夠發(fā)生分散效應(yīng)。油墨和紙張分子間的配向效應(yīng)和分散效應(yīng)是產(chǎn)生油墨和紙張間的二次結(jié)合力的主要原因。油墨和紙張間的二次結(jié)合力越大，二次結(jié)合就越牢，油墨的附著性能也越好。

    二次結(jié)合力的大小隨分子間距離的減小而迅速增大。配向效應(yīng)所引起的結(jié)合力與分子間距離的三次方成反比，分散效應(yīng)所引起的結(jié)合力與分子間距離的六次方成反比。在高速印刷時，印張的堆積和密附會使紙張和油墨的分子間距離急劇地減小，二次結(jié)合力明顯的增加，未干的油墨便會附著在后一印張的背面，造成所謂“背面映著現(xiàn)象”。所以，在不影響油墨與承印物附著的前提下，應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档陀湍�的附著能力，或者設(shè)法如快油墨的固著干燥，以期達(dá)到減少印品背面蹭臟的目的。