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油墨干燥的常用方式之参透型干燥

人气:1760 发表时间:2015-08-07 字体大小: 【

1. 渗透型干燥的过程和机理

 

渗透型干燥法主要是一些矿物油溶剂的干燥方法。其干燥原理主要是由于纸张的吸收性能而固化、粘着。矿物油溶剂很容易被吸收性好的纸张吸收,从而遗留在纸面的颜料与树脂迅速固着,但是不能结成坚韧的膜,光泽度也较差,所以这种油墨只适宜印刷报纸和一般期刊。

 

当液体与一个多孔材料表面接触时,由于表面张力的作用,将使一部分液体进入表面结构上有缝隙的部位。纸张是表面由纤维和矿物质填料颗粒组成狭窄的缝隙构成的多孔材料。油墨转印到纸张表面时,由于毛细管作用,油墨连接料很容易进入纸的表面,这样使油墨颜料固结在承印物表面,而完成其“干燥”过程。实际上,油墨并不是由液体转变成固体而完成其干燥过程的,而是液状油墨成为固态纸张的一部分,报版轮转油墨就是以渗透干燥作为油墨主要的干燥形式。与其他干燥方法相比,渗透干燥是纸张印刷的一个很重要的干燥方式。当然,如果在非吸收性材料(如金属箔、塑料薄膜和玻璃纸等)上是不能采用渗透干燥型油墨进行印刷的。

 

油墨对纸张的渗透可分为两个阶段:第一阶段是在压印的瞬间,在印版对纸张的强大压力作用下,油墨迅速渗透进纸张表面的间隙内;在第二阶段,可能发生连接料与颜料分离的现象,颜料不再渗透。如图所示,在毛细管的作用下,油墨中的连接料相对缓慢地渗透到纸张纤维中去,油墨中的颜料颗粒之间越来越紧密,其间的空间越来越小,最后毛细管拉力与纸张纤维对连接料的拉力基本相等,油墨对纸张的渗透才停止下来。

油墨渗透型干燥过程

 

假如纸张吸油性和油墨粘度的平衡关系恰当,那么渗透干燥就能顺利地进行下去。假如渗透不足,那么留在纸张表面上的油墨就不可能很快“干燥”,很可能把下一张纸蹭脏,甚至会使下一张印刷品和该印刷表面枯合在一起。反之,如果纸张吸收的油墨连接料过多,纸张表面仅留下失去连接料保护的颜料,干燥后的油墨不是一层坚硬的膜层,而只是颜料固结物,也很容易被擦去或蹭在下面一张纸张上。这种油墨粉化的现象多发生在涂料纸印刷上。新闻纸表面结构比较粗糙,可有更多的颜料被连接料一同带进纤维的缝隙中,因此粉化现象不那么明显。不过,连接料过多地渗透到纸张缝隙中,会便纸张吸入过多的油而造成不透明度下降,印品发生透印和透影现象,即从纸张背面也能看见印刷的图文。

 

渗透干燥有很多优点:干燥速度快,在高速印刷机上使用的油墨只有采用渗透于燥才能实现正常的操作。由于现代印刷工业朝着采用高效率、高转速的印刷机的方向发展,渗透干燥的油墨将有很广阔的前景。渗透干燥方式也有不足之处,由于油墨被大量吸收到纸张纤维结构内部,印出的图文边界模糊,图文本身暗淡无光,这是因为光线照射到纸张表面后,很少能以镜面反射方式反射回来。如轮转报版油墨主要由矿物油和炭黑颜料组成,压印后油墨迅速渗透到纸张中,表面只留下少量的油和颜料,这层油墨的表面是没有光泽的。为了克服这一缺点,既要产生一个有光泽的印刷表面,又要保持渗透干燥快速的优点,现在采用的油墨含有两种连接料,一种是与干性油溶合在一起的树脂,一种是稀的高沸点溶剂(通常是分馏点为300℃的石油分馏物)。这种油墨印在纸张上之后,稀的溶剂迅速渗透到纸张纤维中去,将剩余的油墨留在纸张的表面上。剩余的部分是树脂、干燥油和颜料的混合物,以氧化聚合的形式慢慢地转化成干操的硬膜。

 

2. 影响油墨渗透干燥的因素

 

(1) 渗透深度 

在油墨的渗透干燥过程中,加压渗透是短暂时间内的急剧变化过程,而自由渗透是较长时间内的缓慢变化过程。油墨的渗透干燥与这两个过程的渗透深度密切相关,加压渗透和自由渗透的深度可分别按奥尔森(Olsson)公式和渥斯宾(Washbum)公式计算:

 

奥尔森公式:               h1  = √ ( (p•r²)/2η•t)

 

渥斯宾公式:               h √ ( (r•γLG•cosθ)/2η•t) 

式中       h1h2——渗透深度;

           γLG——油墨表面张力;

            η——油墨粘度;

            t1——压印时间;

            r——纸张毛细管平均半径;

            θ——油墨连接料对纸张的润湿角;

            P——压印压力;

            t2——自由渗透时间(两张印品印刷的时间间隔)。

若使用凸版轮转印刷油墨在新闻纸上印刷,油墨的粘度为 η=0.6Pa·sθ=0°;r=2.6μmr=0.0388N/mp=480N/cm²;t1=2*10-3st2=2*10-3s,则按上述公式可以算的:

加压渗透深度h1=6.6μm;自由浸透深度h2=4.1μm,这个计算结果与实际印刷的结果大致符合。可以看出,在实际印刷过程中,加压渗透是占主导地位的,而且,油墨粘度越小,纸张越疏松多孔,毛细作用越显著,油墨渗透得越快。


  2)纸张毛细管孔径大小、分布和颜料粒子大小、分布的关系

 

  无论是加压渗透或自由渗透,油墨的渗透过程总是与油墨和纸张的结构和性质有关。从结构上看,影响渗透的重要因素是纸张毛细管孔径的分布状况、油墨颜料粒子大小的分布状况及两者间的关系,这将直接影响渗透干燥型油墨干燥达到平衡时的状态。


研究表明,纸张毛细管孔径的分布和油墨中颜料粒径的分布都近似地符合正态分布规律,如果将两条曲线画在同一坐标系下,相对位置会出现许多不同的情况。图所示为三种有代表性的分布情况。图中:r1为纸张毛细管直径,r2为油墨中颜料颗粒直径。

 

纸张毛细管孔径、颜料粒径与分布情况

(a)表示油墨中颜料粒子平均半径小于纸张毛细孔平均半径。在这种情形下,颜料粒子对连接料的吸引力大于纸张纤维对连接料的吸引力,从而使墨层在平衡状态时,可以含有一定量的连接料,是一种合理的分布状态。

 

(b)表示油墨中颜料粒径大小分布曲线右移的结果,颜料颗粒平均半径与纸张毛细管平均半径相等。这时颜料粒子对连接料的吸引力减弱,达平衡时,可能会有相当多的颜料粒子随同连接料一同渗入纸张中,使纸张表面的墨层暗淡。

 

(c)表示油墨中颜料颗粒平均半径大于纸张毛细管平均半径。这种情形下,较大的颜料颖粒对连接料的吸附力小,纸张则会大量吸收连接料,平衡很难形成,造成连接料过量渗透,使颜料粒子失去介质成为干粉,造成油墨的粉化。

 

因此(b)(c)都是不合理的分布状态。在油墨的渗透干燥中,控制上述平衡是十分必要的。

如上所述,印报油墨在新闻纸上的干燥过程就是完全依靠渗透干燥的实例,这种油墨连接料中只含有沥青和矿物油,新闻纸具有较好的吸收性能,所以是完全依靠渗透干燥的形式来完成油墨干燥的。但是,这样的附着干燥,因墨层不能牢固的结膜,所以不耐摩擦。


有许多种油墨的干燥形式是混合型的,其中包含渗透干燥,例如,书刊印刷油墨主要是依靠渗透干燥,但也包含氧化结膜干煤;亮光快干胶印油墨的固着过程,也可以说是渗透干燥过程,但不同于普通的渗透干燥。胶印树脂油墨的构造不同于渗透干操型油墨,它由大相对分子质量的高粘度相和相对分子质量相对小的低粘度相构成,在纸张表面,低粘度相很快渗透,高粘度相由于其结构特性而迅速凝固,在很短的时间内完成固着;固着后,墨膜成为介于液态和固态之间的半固化状态。严格地讲,固着时油墨仍处于液态,但膜层具有相当高的粘度,这是由于膜层自身的物理变化使之粘度急骤增高所致。固着对于实际印刷的意义在于:在进行下一道工序或成品堆放时,墨膜能够保持原有状态而不被破坏。胶印树脂墨的后期干燥是依靠氧化结膜干燥。

   

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