隨著綠色環(huán)保印刷時(shí)代的到來(lái),用水基油墨取代溶劑型油墨是印刷業(yè)及油墨制造業(yè)必然的變革,也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。水基墨的使用在很大程度上改善了周圍環(huán)境和印刷作業(yè)環(huán)境。但是,在實(shí)際使用中,由于水基墨的主要溶劑為水,使得它在紙質(zhì)品上進(jìn)行高質(zhì)量的凹版印刷會(huì)產(chǎn)生一些相應(yīng)的問(wèn)題,諸如紙張吸濕變形,套印不準(zhǔn),光澤度､平滑度､油墨擴(kuò)散性等印刷適性變化的問(wèn)題。作者從3個(gè)方面對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題､規(guī)律及其影響因素進(jìn)行了分析研究,以求得出可行的改進(jìn)方法或指出承印材料､制版､設(shè)備等選擇要求。
對(duì)于精細(xì)的印刷品,其印刷質(zhì)量的好壞與所用的紙張的印刷適性有直接關(guān)系。而紙張的印刷適性不是一種固定性的屬性,而是紙張應(yīng)有的特性在不同印刷條件下是否適合于印刷的反映。如在用水基墨進(jìn)行凹版印刷的條件下,紙張的印刷適性除了涉及到紙張的平滑度､均勻度､白度､可壓縮性外,還涉及到吸濕后不易變形等性質(zhì)。眾所周知,紙制品用含有大量水基的水基墨印刷時(shí),紙張會(huì)因含水量的變化而產(chǎn)生變形,從而導(dǎo)致套印不準(zhǔn),進(jìn)紙故障等問(wèn)題。因此研究紙張?jiān)跐穸容^高環(huán)境下的變形特性和吸濕規(guī)律是水基墨紙張凹印的主要課題之一[1~3]。
1水基墨紙張凹印的紙張變形､表面平滑度和墨膜pH值變化原理
1.1 水基墨紙張凹印的紙張變形､表面平滑度
凹版印刷是一種接觸式印刷,油墨是從凹孔轉(zhuǎn)移到紙張上的,凹版滾筒的凹孔寬度范圍約為15~250μm。所以,適宜的凹版印刷適性較大程度上取決于承印材料的平滑度､線度穩(wěn)定性和可壓縮性。由于紙張與印版滾筒接觸壓印前,印版經(jīng)歷了刮墨刀的刮墨作用,凹孔內(nèi)墨面成凹月面形狀而使油墨轉(zhuǎn)移比膠印更復(fù)雜。所以,紙張表面凹陷､粗糙等缺陷都影響了此部位油墨的正常轉(zhuǎn)移,產(chǎn)生網(wǎng)點(diǎn)變形或脫墨(白點(diǎn))。
在水基墨的紙張凹印過(guò)程中,由于轉(zhuǎn)印到紙張上的水基墨中的水在紙張內(nèi)的滲透和分子擴(kuò)散,使纖維吸水膨脹而產(chǎn)生纖維之間的位移,致使紙張尺寸伸展變化,同時(shí)導(dǎo)致表面粗糙度的增加。吸濕變形和表面粗糙度的增加將對(duì)水基墨紙張凹印印刷質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響,因此充分掌握紙張的吸濕變形特性及吸濕規(guī)律,對(duì)減少因這特性而引起的故障具有一定意義。
影響紙張變形的主要因素是紙漿的種類､施膠度和紙漿原料的類型與配比等。例如,草類漿料纖維長(zhǎng)度較短,戊糖含量較高,雜細(xì)胞較多,纖維結(jié)構(gòu)疏松,其尺寸的穩(wěn)定性低于木漿。除了紙料對(duì)其有影響外,合理的打漿度也對(duì)其有影響。適當(dāng)提高漿料硬度,降低半纖維素含量,采用合適的漂白工藝,加強(qiáng)漿料洗滌,減少雜細(xì)胞含量等都可控制成紙的伸縮率。此外,紙張的變形與纖維壁的厚度､含水量和紙張的加熱情況有關(guān)。
1.2 水基墨與紙張表面接觸時(shí)的酸堿反應(yīng)(pH值變化)
在印刷過(guò)程中,水基墨水相的pH值的變化不僅會(huì)影響轉(zhuǎn)移到紙面的墨膜中水分的釋放和粘滯性改變,而且會(huì)影響墨膜的干燥和印刷穩(wěn)定性。并且水基墨凹版印刷中紙張與水基墨的pH值之間的差值越大,這種變化越大。
基于水基墨及紙張的組成成分[3],很容易從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證當(dāng)將非常薄的一層水基墨涂于紙的表面,墨膜的pH值在接觸紙面的一秒鐘內(nèi)就發(fā)生了改變。pH值變化的原因是在墨紙的接觸瞬間所起的酸堿反應(yīng),酸堿反應(yīng)對(duì)油墨在紙張表面擴(kuò)散有很大影響,進(jìn)一步講,能否使油墨溶解/分散時(shí)的pH值保持穩(wěn)定是獲得良好印刷品必需具備的條件。在使用水基墨時(shí)pH值一般控制在8.5~9.5之間,若超出這個(gè)范圍,就會(huì)影響印刷適性。在印刷過(guò)程中,可用pH值穩(wěn)定劑(水基墨助劑)進(jìn)行調(diào)整,保持油墨印刷適性和pH值的穩(wěn)定。
1.2.1 酸堿反應(yīng)及pH值穩(wěn)定性曲線圖
與任何印刷過(guò)程相同,紙張凹版印刷的印刷適性好壞關(guān)鍵在于紙張與油墨之間的物理化學(xué)反應(yīng)。濕油墨的擴(kuò)散､油墨的調(diào)整及干燥都直接受這些反應(yīng)的影響。使用水基墨進(jìn)行印刷時(shí),水十分容易和包括纖維素､粘接劑以及填充劑等在內(nèi)的紙的所有成分發(fā)生物理反應(yīng),這些反應(yīng)最明顯的影響就是紙張的皺折(表面及體積)。另外還有化學(xué)作用,其中最顯著的是水溶液階段的pH值變化(酸堿反應(yīng))。由于含有聚合物(連結(jié)料､助劑等)的水基墨通常對(duì)pH值十分敏感,水相中任何pH值的變化都會(huì)對(duì)油墨的擴(kuò)散及穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的影響,導(dǎo)致聚合物/色料析出､含水量變化､粘度增加等問(wèn)題的產(chǎn)生。酸堿反應(yīng)的過(guò)程很快,它受水滲透到紙張內(nèi)部的速度以及紙向油墨擴(kuò)散的酸離子兩方面的控制。墨膜pH值與油墨印刷適性穩(wěn)定性間關(guān)系如圖1所示。當(dāng)油墨轉(zhuǎn)移到酸性紙張時(shí),隨著油墨在紙張上的擴(kuò)散和水分的釋放,紙面上墨膜的pH值會(huì)下降到穩(wěn)定性極限之下,造成油墨印刷適性的不穩(wěn)定。
1.2.2 pH值變化及影響因素
印于紙上的油墨層中pH值平衡狀態(tài)如圖2所示[3]。實(shí)驗(yàn)中使用兩種水基墨,一種為酸值高的,pH值低;另一種為酸值低的,pH值高,所使用的紙為A型超級(jí)壓光紙(SCA)。由圖2可以看出,當(dāng)與紙表面接觸的瞬間,油墨層中的pH值發(fā)生改變,大約100 ms后,pH值變化的速率明顯減慢。理論上,水基墨與紙接觸的瞬間,其液體部分就滲入到紙張里。水相與紙的成分之間發(fā)生酸堿反應(yīng),導(dǎo)致pH值改變。具體地說(shuō),水基墨擴(kuò)散的過(guò)程中氫離子釋放,使pH值降低,油墨粘度等發(fā)生變化,從而使油墨滲入紙內(nèi)的速度變慢,這就形成了pH值變化的動(dòng)態(tài)特性。
若知道系統(tǒng)中所含無(wú)機(jī)酸的擴(kuò)散系數(shù),就可估計(jì)氫離子滲透到墨層所需的時(shí)間,墨層的厚度通過(guò)號(hào)杯量度(May Bar)確定。對(duì)擴(kuò)散系數(shù)做精確的確定是十分難的,同樣,確切地得出滲透擴(kuò)散的時(shí)間也是很難的。然而,油墨層中pH值改變所經(jīng)歷的時(shí)間大致上與擴(kuò)散的時(shí)間一致?？梢杂梦墨I(xiàn)[4]中引述的10-5cm2/s量級(jí)做粗略估計(jì)。計(jì)算出在1s內(nèi),滲入1μm油墨層的酸基數(shù)目,以及氫離子擴(kuò)散到油墨層所需的時(shí)間,其結(jié)果大約為幾毫秒的時(shí)間。換言之,pH值變化的速率是由酸離子擴(kuò)散的數(shù)目及時(shí)間決定的,并且酸離子擴(kuò)散的數(shù)目､速率又取決于水相滲透到紙中的速率和油墨與紙的成分相互作用的速度?？傊?油墨中的酸離子的擴(kuò)散基本控制了pH值變化的整個(gè)過(guò)程。再觀察一下pH值與時(shí)間關(guān)系圖,可知高酸值和低酸值的水基墨所顯示的pH值與時(shí)間曲線有著顯著不同。曲線表明,油墨中高聚物的酸值越高,它的緩沖能力和抵抗pH值改變的能力就越大,也就更容易保持pH值穩(wěn)定,這一點(diǎn)對(duì)紙張水基墨凹印是很有利的。
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