油墨的干燥和印刷品的背面蹭臟印刷機輸墨系統(tǒng)中的油墨,轉移到承印物上后迅速凝固,形成耐機械摩擦的墨膜。這種由流體到固體的變化,叫做油墨的干燥。完成這一變化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?! ∮湍母稍镆话惴謨蓚€階段進行。第一階段是油墨中的連結料向紙層內滲透(或油墨中的溶劑揮發(fā)),油墨膜層的粘著性增大,失去流動性的階段,叫做油墨的固著。第二階段是油墨發(fā)生物理、化學變化,牢固的粘結在承印物表面的階段,叫做油墨的固化。油墨的固著和固化在油墨干燥整個過程中是很難嚴格區(qū)分開來的?! ∮≯E的干燥速度對印刷品的印刷質量有很大的影響。干燥過慢,輕則使印品背面蹭臟,重則造成印張粘頁;干燥過快,油墨在版面結皮,堵塞版紋,不僅使圖像清晰度下降,而且使油墨堆積,印品出現(xiàn)"墨斑"。因此,分析研究印跡干燥的規(guī)律,在生產(chǎn)中控制印跡干燥的速度,使印跡適時干燥,才能獲得墨色飽滿、色彩鮮艷、層次豐富、光澤度高的優(yōu)質印刷品。 油墨的干燥過程,是個極其復雜的物理、化學過程。油墨干燥的速度和油墨干燥的形式、承印材料的性能、印刷工藝條件、環(huán)境的溫濕度等因素有關。一、影響印跡干燥速度的因素 油墨的干燥速度,系指印刷品上油墨完全固化所需要的時間,時間愈短,印跡干燥的速度愈快。 1.油墨干燥的形式。在不同的承印物表面,采用不同的印刷方法印刷,油墨的干燥形式也不相同。平版、凸版、凹版以及孔版等普通印刷,印品上的墨跡一般依靠滲透、氧化聚合、揮發(fā)和UV(紫外線)等形式干燥?! 、贊B透型干燥。油墨轉移到多孔性的承印物表面以后,在毛細管作用下,油墨中一部分連結滲入紙張內部,另一部分連結料同顏料一起固著在承印物表面,油墨的干燥主要依靠承印物的毛管吸收作用來完成,這樣的油墨干燥叫做滲透干燥。滲透干燥的過程,即是承印物吸收油墨中連結料的過程。由于油墨顏料粒子間也存在著細微的空隙,這些空隙構成的毛細管作用則是阻止油墨滲透的。當承印物的毛細管作用和油墨顏料粒子間的毛細管作用相平衡時,油墨中的連結料便停止了向承印物內部的滲透,印刷品上的油墨干燥?! ≡趯嶋H的印刷過程中,油墨向承印物的滲透經(jīng)歷了兩個不同的階段,在印版上的油墨和紙張接觸的短暫時間內,油墨在印刷壓力的作用下,滲入承印物的表層,為加壓滲透;當承印物離開壓印區(qū)以后,轉移到承印物上的油墨依靠毛細管的作用力滲入到承印物的內層,為自由滲透,加壓滲透和自由滲透的時間,可以用下面的公式表示: 加壓滲透時間:t加壓=4ηh2加壓/P-2r (7-9) 自由滲透時間:t自由=4ηh2自由/rγ (7-10) 以上兩式的推導參見(7-3)和(7-4)式。式中η為油墨的粘度,h加壓為在壓力作用下油墨向承印物內部滲透的深度,h自由為自由滲透深度,r為多孔性承印物的毛細管平均半徑,γ為油墨的表面張力。(7-9)和(7-10)式表明,使用低粘度油墨,在質地疏松多孔吸收性強的承印物上印刷,油墨干燥速度快。高速凸版輪轉油墨,連結料由礦物油和瀝青樹脂組成,用這種油墨在吸收性良好的新聞紙上印刷,印跡的干燥完全依靠滲透干燥來完成。但是,如果印刷壓力過大,連結料的粘度過小,往往發(fā)生"透印"故障?! 、谘趸酆闲透稍?。以干性植物油為連結料的油墨,與空氣中的氧發(fā)生氧化聚合反應,使呈三度空間分布的干性植物油分子變成立體網(wǎng)狀結構的巨大分子,干固在承印物表面。這種利用氧化聚合反應,使油墨由液態(tài)轉變成固態(tài),在承印物表面形成牢固的印跡,叫做氧化聚合干燥?! ∮湍械母尚灾参镉停梢簯B(tài)轉變成固態(tài)的反應很復雜,一般需要通過過氧橋聚合或通共共軛雙鍵加成聚合,反應均發(fā)生在不飽和酸的雙鍵上。隨著反應的進行,分子鏈逐漸增大,油墨的粘度也逐步上升,直到不飽和酸的雙鍵全部反應完時,油墨也完全干燥。因此,干性植物油墨的雙鍵愈多,氧化聚合干燥的速度愈快。 干性植物油的氧化聚合反應速度比較慢,這是因為干性植物油含有微量磷酯類有機抗氧劑,加上其它阻滯干燥作用的影響,吸收的氧較少,是干燥過程的誘導期,此階段內干性植物油基本上不起變化。因此,干性植物油的氧化聚合干燥時間,一般需要幾小時,甚至長達幾天之久。要加快氧化聚合的反應速度,必須破壞抗氧化劑,使干性植物油吸收空氣中的氧,形成過氧化物,以過氧化物為媒介,引發(fā)雙鍵的聚合反應?! ≡谝愿尚灾参镉蜑檫B料的油墨中,加入催干劑(即干燥油),可以加速油墨的干燥。催干劑的加入,一方面可將油墨中的抗氧劑氧化或與抗氧物質相結合生成沉淀,去除抗氧劑對氧化聚合反應的干擾,縮短誘導期;另一方面催干劑還可以促進聚合作用?! ∑桨嬗∷ⅲ蠖嗖捎觅|地比較緊密、吸收性小的涂料紙印刷,印刷品上的墨跡主要依靠氧化聚合干燥。 ?、蹞]發(fā)型干燥。轉移到承印物表面的油墨,連結料中具有較大能量的有機溶劑分子,克服了油墨中分子間的相互引力逸向空氣,剩余的樹脂、顏料等其它成分迅速增稠、固結。這種依靠溶劑揮發(fā)完成油墨干燥的形式,叫做揮發(fā)干燥。 揮發(fā)干燥的油墨,連結料中均含有揮發(fā)性較強的溶劑,例如:水、苯、二甲苯、酯、低碳鏈的醇等。揮發(fā)干燥的速度,主要取決于溶劑的揮發(fā)速度和溶劑的蒸發(fā)潛熱。表7-16 油墨常用溶劑的沸點、蒸發(fā)潛熱、揮發(fā)速度 溶劑名稱 沸點范圍(℃) 蒸發(fā)潛熱(kcal25/kg) 揮發(fā)速度(s) 乙酸乙酯 72~80 401 85 甲苯 109~112 400 180 乙醇 75~80 810 240 水 100 2291 1120 溶劑的揮發(fā)速度,可以用1ml溶劑在過濾紙上完全揮發(fā)所用的時間秒(s)數(shù)來表示。蒸發(fā)潛熱是指一定量的溶劑,全部變成氣體時所需要的熱能。同一類溶劑,沸點愈低,揮發(fā)速度愈高;但不同類型的溶劑,沸點低,揮發(fā)速度卻不一定就快。表7-16列出幾種油墨中常用的溶劑的沸點、蒸發(fā)潛熱和揮發(fā)速度。表中的乙醇和乙酸乙酯,沸點相近,但乙酸乙酯的揮發(fā)速度卻是乙醇的二倍以上,這是因為乙醇的蒸發(fā)潛熱比乙酸乙酯的蒸發(fā)潛熱高。溶劑的蒸發(fā)潛熱愈小,揮發(fā)干燥速度愈高?! ]發(fā)干燥型油墨,主要成分是溶劑、樹脂和顏料,由于樹脂分子和顏料分子存在于油墨表層,溶劑分子和樹脂分子、顏料分子之間有強的牽引力,使溶劑分子難以向空氣中逸出,故油墨的揮發(fā)速度比溶劑的揮發(fā)速度低?! 〔煌臉渲瑢θ軇]發(fā)速度的減緩程度不同。溶解度愈大的樹脂,溶劑越難從中脫出。使用沸點不同的溶劑,調整油墨的揮發(fā)干燥速度時,油墨中的樹脂必須對選用的溶劑有一定的釋放性。否則,印刷過程中,溶劑脫出困難,印刷品上的墨跡干燥不良,易出現(xiàn)"背面蹭臟"的故障?! 〈送猓軇┑膿]發(fā)速度還與外界的溫度及蒸氣壓有關,外界的蒸氣壓愈大,溫度愈高,溶劑的揮發(fā)速度愈快。 在非吸收性承印物表面印刷,印刷品上的墨跡,主要依靠溶劑的揮發(fā)來完成干燥。 隨著高速、多色、多品種印刷的發(fā)展,印刷中大多使用混合干燥型油墨印刷。例如凸版樹脂書刊油墨,主要依靠滲透干燥,但同時也包含著氧化聚合干燥;快固著樹脂油墨,利用滲透干燥加速油墨的固著,利用氧化聚合干燥來完成油墨的固化;熱固性油墨則是利用揮發(fā)干燥來加速油墨的初期干燥的?;旌闲偷挠湍稍镄问剑褂≯E的干燥變得更為復雜。2.承印物的性能。紙張是印刷中使用最多的承印物。一般來說,非涂料紙的結構疏松、表面粗糙、吸收性強。使用以滲透干燥為主,氧化聚合干燥為輔的油墨在其上印刷,不僅能加速油墨在紙張上的固著,而且與空氣中的氧分子有較多的接觸機會,印跡的干燥速度快;與此相反,結構較緊密、表面光滑的涂料紙,印跡干燥的速度就慢?! ∧壳?,在涂料紙上大多采用亮光樹脂型油墨印刷,利用涂料層的吸收效應,提高印跡的干燥速度。亮光樹脂油墨,主要成分是酚醛樹脂、桐油、亞麻仁油和沸點在250℃~300℃范圍的高沸點煤油。油墨轉移到紙張以后,由于涂料層毛細管作用,高沸點煤油很快地滲入到紙張內部,這樣連結料中的樹脂濃度變大,粘度上升,油墨變稠,顏料粒子之間的二次結合力增加,使滯留在紙張表面的油墨,形成半固態(tài)、平滑的、具有光澤的凝膠狀膜,加快了印跡的干燥速度。 紙張的酸堿度對印刷的干燥有較大的影響。酸性愈大,阻礙破壞氧化聚合的程度愈嚴重。實驗表明,當室內溫度保持在20℃,相對濕度75%時,用pH值為5.4的膠版紙印刷,印跡干燥的時間約為30小時;若用pH值為4.4的膠版紙印刷,需80小時印跡才能干燥。而用pH值高于8的膠版紙印刷,在任何溫濕度的環(huán)境中,印跡均能迅速干燥?! 〖垙埍旧淼暮恳灿绊懹≯E的干燥。含水量高的紙張,強度降低,紙質變得松軟,纖維處于松弛狀態(tài),部分毛細管被水分子堵塞,故分子間的引力減弱,由毛細管作用的油墨向紙張內的滲透力衰減,紙張纖維對氧的吸收性也隨之下降,延緩了印跡干燥的時間。 3.溫濕度。印刷車間的濕度升高,物質分子運動加快,促進了氧化物的生成,縮短了氧化聚合反應的誘導期,使印跡的干燥速度提高。圖7-31是兩種氧化聚合干燥的樹脂油墨,干燥時間和濕度的實驗曲線。從圖中可以看出,隨著溫度的升高,油墨干燥的時間減少,干燥速度加快。在夏天,即使不加催干劑,油墨也能很快干燥。但在冬天,需要加放適量的催干劑,油墨才能及時干燥?! ∮∷④囬g的濕度升高,空氣氧分子的活動性降低,干性植物油對氧的吸入量減少,延緩了氧化聚合干燥的速度。圖7-32是黃、品紅、青、黑四種油墨,干燥時間和相對濕度關系的實驗曲線。從曲線可以看出,當相對濕度低于60%時,濕度的變化對油墨干燥的影響不明顯。但是,當相對濕度太90%時,油墨的干燥時間都有大幅度的增加,油墨干燥緩慢。 此外,車間的濕度上升時,紙張的含水量也相應增加,其結果也妨礙了油墨的干燥。圖7-33是幾種紙張,干燥時間和相對濕度的關系曲線。從圖中可以看出,高級壓光紙和銅版紙,濕度的變化對干燥速度影響不太顯著,但膠版紙和證券紙等非涂料紙,在低濕度下(相對濕度低于50%),尚能迅速干燥,但在高濕度的印刷條件下,油墨中必須加入適量的燥油,否則將發(fā)生油墨干燥不良的印刷故障。 4.其它影響油墨干燥的因素。油墨轉移到具有吸收性的承印物一紙張表面上時,如果墨層較厚,表層的油墨和空氣中的氧作用,迅速形成固態(tài)的皮膜,這層皮膜,阻止了空氣中的氧向油墨層的中部進入。再者,紙張的滲透作用是有一定限度的,墨層過厚時,只有緊貼紙面底層油墨容易滲透,而中間層的油墨僅能依靠氧化聚合干燥,由于氧分子的缺乏,干燥速度緩慢,致使整個墨層難以徹底干燥。因此,控制墨層厚度,不僅關系到印刷品階調、色彩再現(xiàn)的效果,而且對印跡的干燥也十分重要?! “啄蚪袥_淡劑(也叫維利油),是配墨淡色油墨的主要材料,由Al(OH)3(氫氧化鋁)和連結料組成。氫氧化鋁本身不易干燥,對催干劑還具有吸附作用。白墨在沖淡油墨時,往往使油墨中原有的催干劑失去催干作用,降低了印跡的干燥速度?! ∮∷⑦^程中,當紙張發(fā)生掉粉、掉毛故障時,要在油墨中加入一定量的撤粘劑,降低油墨的粘著性。撤粘劑的主要成分是不干性油和蠟類物質,比重比較小,若浮于墨層表面,妨礙了油墨中連結料的氧化聚合反應,油墨干燥速度下降。 印刷好的成品堆碼成垛以后,印張干燥所需要的氧分子,只能從印張邊緣滲入的空氣中獲取。如果印張的面積較大,承印物表面光滑,印張垛碼較高,空氣很難和印張上的墨跡接觸。 因為供氧不足,印跡干燥必須緩慢,尤其是印張的中部,印跡干燥更為困難。所以,面積大的印張,堆垛不宜過高,間隔一定的時間,要將印張輕輕抖動使之透氣,增加墨跡和空氣的接觸,以加速油墨的干燥。二、印刷品的背面蹭臟 從印版或橡皮布轉移到承印物上的油墨,如果固著時間不足,墨層尚未干燥,再與其它承印物接觸時,就可能發(fā)生油墨的再轉移現(xiàn)象。單張紙印刷機,在印刷過程中,一張印刷品的墨跡未干,又有另一張印刷品疊放其上,前一張印刷品上的油墨便有可能轉移到后一張印刷品的背面,這種污染印刷品背面的現(xiàn)象,就叫做印刷品的油墨蹭臟,簡稱背面蹭臟?! ∮湍谋趁娌渑K和油墨的透印,均使印刷品的背面出現(xiàn)污痕,從印刷品的外觀上兩者不易區(qū)分,但從印刷品的斷面上卻容易分辨,前者斷面沒有油污,后者斷面油污顯著。此外,背面蹭臟的污痕可以用橡皮擦去,而透印的則不能。 1.影響背面蹭臟的因素。背面蹭臟的程度與油墨在承印物上的附著力的在大小有關。油墨在承印物上的附著力主要是油墨和承印物分子之間的二次結合力,這個二次結合力愈大,若發(fā)生背面蹭臟現(xiàn)象,其程度愈嚴重。二次結合力包括色散力、誘導力和氫鍵等,其中色散力和誘導力均與油墨、承印物分子距離的6次方成反比,而氫鍵與這個距離的3次方成反比。因此,油墨、承印物分子間距離的微弱減小便可引起二次結合力的劇烈增加。如果印刷品因疊放,在重壓下而緊密貼附,或者在靜電作用下極度靠近,致使一張印刷品上的未干油墨與下一張印刷品背面,分子間的距離變得很小,背面蹭臟便會十分嚴重?! ∫陨嫌懻撝刑岬降母街?,指的是油墨與被蹭臟的印刷品背面之間的附著力。背面蹭臟除了和這個附著力有關之外,還與油墨本身的內聚力、油墨和印刷正面的附著力有關?! D7-34中,承印物A的表面附著的尚未干燥的油墨,承印物B壓在這個墨膜上。設油墨本身的內聚力是Fc,油墨和承印物A的附著力是Fa.A,油墨和承印物B的附著力是Fa.B,則當Fa.A>Fc時,油墨能在承印物A上附著;又當Fa.B>Fc時,油墨能將承印物B的背面蹭臟,但這需要墨膜有足夠的厚度。如果墨膜很薄,F(xiàn)a.A≥FC,以致Fa.A能達到承印物B的背面,那么,即使Fa.B>Fc,也不會發(fā)生背面蹭臟現(xiàn)象。絲網(wǎng)印刷的墨層較厚,印跡干燥速度緩慢,凸版彩色圖版印刷,印刷品的圖案多以實地為主,墨層也較厚,背面蹭臟常常是構成危害絲網(wǎng)印刷和凸版彩色圖版印刷品質量的主要因素。平版印刷,印刷品的墨層較薄,而且多采用以高沸點煤油和合成樹脂為連結料的快干油墨,轉移到承印物上的油墨,低粘度、高沸點的煤油迅速滲入承印物內部,含有顏料的高粘度合成樹脂留在承印物的表面,很快的固著結膜,所以平版印刷和絲網(wǎng)印刷、凸版彩色圖版印刷相比,背面蹭臟較輕?! ∵€有一個影響印刷品背面蹭臟的因素,就是油墨的觸變性。印刷過程中的油墨可看作是塑性流體,且具有觸變化。在印刷機的墨輥之間,油墨被研勻,同時受到持續(xù)的剪切作用,油墨內部的結構崩壞,粘度下降,結果油墨被延展成均勻的薄膜轉移到紙張上。油墨轉移到紙張上后,內部應力趨于緩和,油墨內部結構逐漸回復到原來的狀態(tài),粘度也隨之上升,結果油墨很快地在紙上固著,形成堅硬的墨膜。如果油墨的觸變性小,轉移到印刷品上的墨膜,粘度的回升就緩慢,即不大容易固著結膜,因而容易發(fā)生印刷品的背面蹭臟。 2.背面蹭臟的預防。為了避免背面蹭臟現(xiàn)象的發(fā)生或降低背面蹭臟的程度,生產(chǎn)中一般采用下面的方法:降低印刷品堆碼的高度,減輕印張承受的壓力;消除印張之間的靜電,防止印張間過分的接觸;在印刷品之間放置拒墨性的間隔紙或者將印刷品放在專用的晾架上;使用快干性油墨,例如紫外線干燥油墨等,對減緩背面蹭臟是有效的?! ∧壳?,在印刷生產(chǎn)中,常用噴粉的方法防止印品背面蹭臟。一般是把粒徑10~20μm的CaCO3(碳酸鈣)粉末,裝入噴粉器中,利用壓縮空氣配合印刷速度,有節(jié)奏地將粉未通過噴嘴,噴撒在剛印刷的印張上。粉末在印張之間形成一個個小的空間或隔離層,使空氣流動順暢,供化氧化聚合干燥所需要的氧氣,加速油墨干燥的速度。 噴粉的方式根據(jù)噴粉器的結構有收紙臺上噴粉、通道中噴粉和靜電噴粉三種?! ∈占埮_上的噴粉如圖7-35所示,當印張落在收紙臺上時,由許多可調的噴嘴把粉末噴射到印張上,噴嘴可以根據(jù)尺寸的大小來排列。 通道噴粉,是在印張到達堆紙臺前,經(jīng)過通道時,由排列成直線的噴嘴,如圖7-36所示,把粉末連續(xù)不斷的噴射到印張上,附著有粉末的印張,再疊落在收紙臺上?! §o電噴粉的噴粉器結構如圖7-37所示。B為噴粉箱,A是B中表面呈凹凸形的輥子,C是空氣噴出部分,D是7000~10000V電壓的放電管,E是刮刀。當馬達帶動輥轉動時,由于刮刀E的作用,下部分塞滿粉末,位于放電管前方兩端的噴嘴C噴射出空氣,將粉末吹撒在印張上。靜電噴粉的特點是,因為有一層氣簾子,所以粉末不會飛散,粉未呈線狀向印張運行的方向吹去,故消耗粉末少,粉末散布均勻,用少量的粉末,就能取得防止背面蹭臟的效果,但該裝置的價格較高。
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