【集萃网观察】油墨的附着与干燥

    一、  概    述

    油墨从印刷机墨斗经墨辊辗转转移到承印物表面。在这样的过程中，油墨的流变性质对油墨的延展，转移有很大的影响。

    印刷的瞬间，印版或橡皮布上的油墨被分成两部分，一部分残留在印版或橡皮布上，另一部分附着在承印物表面。

    油墨的附着现象很复杂，纸张类承印物表面有凹洼、空隙的，油墨可以流人其间而被固定，所以被看作是利用机械的“投锚效果"而附着的。对于表面光滑而又投有吸收性的承印物，如金属箔、塑料薄膜等，油墨的附着一方面取决于油墨对承印物的润湿作用，即液体对固体表面的亲合状态；另一方面取决于油墨与承印物分子之间的作用力。   

    油墨附着在承印物上之后，便从液态的胶状物变为固态的皮膜，粘结在承印物表面，这一变化过程称为油墨的干燥，完成这一过程所需要的时间叫做干燥时间。干燥时间短，油墨干燥速度快，干燥时间长，油墨干燥速度慢。

    油墨干燥的快慢对印品质量有很大的影响，干燥过快，油墨会在印版表面结皮、糊版，使印刷品油墨堆积，光泽不良，出现“墨斑”；干燥过慢，印刷品背面可能发生粘脏现象。

    油墨的干燥分两个阶段完成。油墨由液态转变为半固态，不能再流动转移，这是油墨的“固着”阶段，是油墨的初期干燥，用初干性表示。半固态油墨中的连结料的主体部分，发生物理、化学反应，完全干固成膜，这是油墨的彻底干燥阶段，用彻干性表示。油墨的固着阶段和彻底干燥阶段，笼统地被称为油墨的固着干燥。

    油墨的干燥速度与油墨的干燥形式有关。油墨的干燥形式又取决于油墨连结料的组分。以不干性矿物油为连结料的油墨，干燥是渗透型的，以干性植物油为连结料的油墨，干燥是氧化结膜型的，以有机溶剂为连结料的油墨，干燥是挥发型的。某种印刷方式所使用的油墨，连结料往往不是单一的，因而油墨的固着干燥是以某种干燥形式为主，同时伴随其它的干燥形式来完成的。

    不同的印刷方式、承印物、印刷机械，对油墨的固着干燥有不同的要求。凸版轮转印刷机使用吸收性好的新闻纸印刷时，是利用油墨的渗透固着干燥。平板纸胶印机进行多色高速印刷时，油墨要在瞬间固着，使用快固着胶印树脂油墨，利用高沸点煤油渗透并迅速固着，再利用氧化聚合反应使油墨完全干固结膜。这样既避免了纸上“调墨”的“合泥”现象，又可使后一色墨迹能在前一色上得到完整的复制。卷筒纸胶印机的印刷速度约为平板纸胶印机的印刷速度的三倍以上，绝大多数附装折页机，印好的书页立即被加压折叠，使用快固着胶印油墨仍不能满足印刷、装订的工艺要求，油墨要有更高的快干性。若用涂料纸印刷彩色印品，必须使用热固型胶印油墨，利用高沸点煤油的热挥发及树脂受热进行热固化反应，迅速结膜干燥。

    油墨的固着干燥还与油墨粘着性有关。随着干燥时间的增加，油墨的粘着性逐渐增加到某个最大值，再下降到零。如果油墨很快地干燥，墨膜表面光洁干滑，    失去了粘着性，第二色油墨就难以附着，油墨会产生“晶化现象”。理想的叠印应在油墨开始固着而又未完全干燥的时间内进行。因此通常总是在全面考虑影响干燥的众多因素的基础上，印刷工艺的要求，在油墨中加入适当的干燥调整剂，使油墨适时干燥。

    油墨的附着与干燥，是油墨能否在承印物上形成印迹，并达到较为理想的复制效果的重要因素。这里将要讨论油墨的附着、油墨的三种类型的干燥问题。  

    二、  油墨的附着

    油墨与承印物的附着，要从油墨与承印物的润湿和油墨皮膜与承印物间的“二次结合”两方面来讨论。

    润湿是指固体表面的气体被液体所取代，衡量润湿程度的参数是接触角。接触角是从固／液界面经过液体内部到气／液界面的夹角，用θ来表示。用接触角表示润湿性时，一般是将90°角定为润湿与否的界限。θ>90°为不润湿，θ<90°为润湿；θ角越大润湿越差，θ角越小润湿越好，θ=180°为完全不润湿，θ=0°为完全润湿。

    若γSG为气／固界面的自由能(或固体的临界表面张力，简称固体的表面张力)，γLG为气／液界面的自由能(或液体的表面张力)，γSL为液／固界面的自由能(或界面张力)，则平衡接触角θ与γSG、γLG、γSL的关系可用杨氏(T．Young)方程来表示：

    γSG-γSL=γSG·cosθ

    杨氏润湿方程是气、液、固三相交界处的三个界面张力平衡的结果，从方程中可以看出：   

    (1) γSG-γSL <0时，cos<θ，则0>90°，固体不能被液体润湿。这是因为此时了γSG<γSL，气／固界面被液／固界面取代时，将引起界面能的增加，这是个非自发的过程。

    (2) γSG-γSL >0时，cosθ>0，则0<90°，固体能被液体润湿。这是因为此时γSG>γSL，气／固界面被液／固界面取代时，界面能要降低，这个过程是自发的。随着γSG的增加，θ会越来越小，当θ=0°时，固体表面被液体完全润湿。

    (3)用同一种液体来润湿两种表面自由能不同的固体表面时，高能表面比低能表面容易被润湿。

    在数值上，γSL总是界于γSG和γLG之间，即γSG>γSL>γLG或γSG<γSL<γLG，而按杨氏润湿方程，固体表面被液体润湿的条件是γSG＞γSL，所以有γSG>γLG。即是说，要使液体润湿固体，液体的表面张力必须小于固体的临界表面张力。

    纸张是由纤维物质和非纤维物质所组成的薄膜。纸张中的非纤维物质包括填料、胶料、染色剂等，大多是金属氧化物或无机盐。非纤维物质的加入使纸张表面成为高能表面，表面张力都在100dyn／cm以上。一般油墨的表面张力为30—36dyn／cm，所以纸张是容易被油墨润湿的。

    由有机物或高聚物组成的固体，表面是低能表面，表面能的大小和一般液体相差不多，能否被润湿取决于固体和液体表面张力的大小。

    用表面张力为36—42dyn／cm的聚酰胺油墨印刷时，承印物的表面张力不同，润湿情况自然不同，油墨的附着性能也不相同，如下表所示：

    承印物       表面张力（dyn／cm）       附着性能

    聚—氟乙烯       28                     不  良

    聚丙烯           29                     不  良

    聚乙烯           31                     不  良

    聚氯乙           39                        良

    涤纶             43                        良

    玻璃纸           45                        良

    尼龙66           46                        良

    从润湿的角度考虑，油墨要很好地附着在承印物的表面上，可以设法降低油墨的表面张力，使它低于承印物的表面张力；也可以设法提高承印物的表面张力，使它高于油墨的表面张力。在使用的油墨确定的情况下，对于聚乙烯之类的低能表面的承印物，印刷前可以进行表面处理，提高其表面能，改善油墨的附着性能。不同承印物的油墨附着性能 。  

    油墨与承印物的两相分子间，若具有较强的异性极性时，会产生牵引力，叫二次结合力，油墨与承印物因二次结合力而附着，叫二次结合。

    一般地说，二次结合力是由分子间的配向效应、分散效应和诱发效应引起的。配向效应是由于极性分子内电荷不平衡，分子双极子的正负异端相互牵引所形成结合的效应，如结合能约为O—2cal／mol。氢键结合也属于配向效应，结合能约为4—10cal／mol。分散效应是由于非极性分子在电子淆乱运动中产生瞬间双极子，使得分子间产生牵引力而形成结合的效应，结合能约为0．2—2cal／mol。诱发效应是由于极性分子的永久双极子诱发其它邻近分子的双极子，使分子间产生永久的牵引力所形成的结合，结合能约为0—0．5cal／mol。这三种效应的综合结果，便在分子之间产生了二次结合力。

    在油墨的分子结构中，有极性部分，也有非极性部分。例如，以亚麻仁油为连结料的油墨，极性部分含有游离脂肪酸的羧基、脂肪酸甘油酯中的酯键等，非极性部分主要是剩余的碳链部分。纸张的分子结构也是如此，有极性和非极性两部分。油墨分子结构中的极性部分和纸张分子结构中的极性部分能够发生配向效应；油墨分子结构中的非极性部分和纸张分子结构中的非极性部分能够发生分散效应。油墨和纸张分子间的配向效应和分散效应是产生油墨和纸张间的二次结合力的主要原因。油墨和纸张间的二次结合力越大，二次结合就越牢，油墨的附着性能也越好。

    二次结合力的大小随分子间距离的减小而迅速增大。配向效应所引起的结合力与分子间距离的三次方成反比，分散效应所引起的结合力与分子间距离的六次方成反比。在高速印刷时，印张的堆积和密附会使纸张和油墨的分子间距离急剧地减小，二次结合力明显的增加，未干的油墨便会附着在后一印张的背面，造成所谓“背面映着现象”。所以，在不影响油墨与承印物附着的前提下，应适当地降低油墨的附着能力，或者设法如快油墨的固着干燥，以期达到减少印品背面蹭脏的目的。

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