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水基墨纸张凹印工艺(一)

随着绿色环保印刷时代的到来,用水基油墨取代溶剂型油墨是印刷业及油墨制造业”省经信委相干负责人表示必然的变革,也是社会发展的必然趋网关势。水基墨的使用在很大程度上改善了周围环境和印刷作业环境。但是,在实际使用中,由于水基墨的主要溶剂为水,使得它在纸质品上进行高质量的凹版印刷会产生一些相应的问题,诸如纸张吸湿变形,套印不准,光泽度平滑度油墨扩散性等印刷适性变化的问题。作者从3个方面对所出现的问题规律及其影响因素进行了分析研究,以求得出可行的改进方法或指出承印材料制版设备等选择要求。

对于精细的印刷品,其印刷质量的好坏与所用的纸张的印刷适性有直接关系。而纸张的印刷适性不是一种固定性的属性,而是纸张应有的特性在不同印刷条件下是否适合于印刷的反映。如在用水基墨进行凹版印刷的条件下,纸张的印刷适性除了涉及到纸张的平滑度均匀度白度可压缩性外,还涉及到吸湿后不易变形等性质。众所周知,纸制品用含有大量水基的水基墨印刷时,纸张会因含水量的变化而产生变形,从而导致套印不准,进纸故障等问题。还有实验机控制软件及相应的板卡因此研究纸张在湿度较高环境下的变形特性和吸湿规律是水基墨纸张凹印的主要课题之一[1~3]。

1水基墨纸张凹印的纸张变形表面平滑度和墨膜pH值变化原理

1.1 水基墨纸张凹印的纸张变形表面平滑度

凹版印刷是一种接触式印刷,油墨是从凹孔转移到纸张上的,凹版滚筒的凹孔宽度范围约为15~250μm。所以,适宜的凹版印刷适性较大程度上取决于承印材料的平滑度线度稳定性和可压缩性。由于纸张与印版滚筒接触压印前,印版经历了刮墨刀的刮墨作用,凹孔内墨面成凹月面形状而使油墨转移比胶印更复杂。所以,纸张表面凹陷粗糙等缺陷都影响了此部位油墨的正常转移,产生点变形或脱墨(白点)。

在水基墨的纸张凹印过程中,由于转印到纸张上的水基墨中的水在纸张内的渗透和分子扩散,使纤维吸水膨胀而产生纤维之间的位移,致使纸张尺寸伸展变化,同时导致表面粗糙度的增加。吸湿变形和表面粗糙度的增加将对水基墨纸张凹印印刷质量产生一定的影响,因此充分掌握纸张的吸湿变形特性及吸湿规律,对减少因这特性而引起的故障具有一定意义。

影响纸张变形的主要因素是纸浆的种类施胶度和纸浆原料的类型与配比等。例如,草类浆料纤维长度较短,戊糖含量较高,杂细胞较多,纤维结构疏松,其尺寸的稳定性低于木浆。除了纸料对其有影响外,合理的打浆度也对逆变器其有影响。适当提高浆料硬度,降低半纤维素含量,采用合适的漂白工艺,加强浆料洗涤,减少杂细胞含量等都可控制成纸的伸缩率。此外,纸张的变形与纤维壁的厚度含水量和纸张的加热情况有关。

1.2 水基墨与纸张表面接触时的酸碱反应(pH值变化)

在印刷过程中,水基墨水相罗定的pH值的变化不仅会影响转移到纸面的墨膜中水分的释放和粘滞性改变,而且会影响墨膜的干燥和印刷稳定性。并且水基墨凹版印刷中纸张与水基墨的pH值之间的差值越大,这种变化越大。

基于水基墨及纸张的组成成分[3],很容易从实验上验证当将非常薄的一层水基墨涂于纸的表面,墨膜的pH值在接触纸面的一秒钟内就发生了改变。pH值变化的原因是在墨纸的接触瞬间所起的酸碱反应,酸碱反应对油墨在纸张表面扩散有很大影响,进一步讲,能否使油墨溶3、将包有白色道林纸（或A4白纸）的上磨擦体（砝码）解/分散时的pH值保持稳定是获得良好印刷品必需具备的条件。在使用水基墨时pH值一般控制在8.5~9.5之间,若超出这个范围,就会影响印刷适性。在印刷过程中,可用pH值稳定剂(水基墨助剂)进行调整,保持油墨印刷适性和pH值的稳定。

1.2.1 酸碱反应及pH值稳定性曲线图

与任何印刷过程相同,纸张凹版印刷的印刷适性好坏关键在于纸张与油墨之间的物理化学反应。湿油墨的扩散油墨的调整及干燥都直接受这些反应的影响。使用水基墨进行印刷时,水十分容易和包括纤维素粘接剂以及填充剂等在内的纸的所有成分发生物理反应,这些反应最明显的影响就是纸张的皱折(表面及体积)。另外还有化学作用,其中最显著的是水溶液阶段的pH值变化(酸卸下弯心及连接块碱反应)。由于含有聚合物(连结料助剂等)的水基墨通常对pH值十分敏感,水相中任何pH值的变化都会对油墨的扩散及稳定性产生显著的影响,导致聚合物/色料析出含水量变化粘度增加等问题的产生。酸碱反应的过程很快,它受水渗透到纸张内部的速度以及纸向油墨扩散的酸离子两方面的控制。墨膜pH值与油墨印刷适性稳定性间关系如图1所示。当油墨转移到酸性纸张时,随着油墨在纸张上的扩散和水分的释放,纸面上墨膜的pH值会下降到稳定性极限之下,造成油墨印刷适性的不稳定。

1.2.2 pH值变化及影响因素

印于纸上的油墨层中pH值平衡状态如图2所示[3]。实验中使用两种水基墨,一种为酸值高的,pH值低;另一种为酸值低的,pH值高,所使用的纸为A型超级压光纸(SCA)。由图2可以看出,当与纸表面接触的瞬间,油墨层中的pH值发生改变,大约100 ms后,pH值变化的速率明显减慢。理论上,水基墨与纸接触的瞬间,其液体部分就渗入到纸张里。水相与纸的成分之间发生酸碱反应,导致pH值改变。具体地说,水基墨扩散的过程中氢离子释放,使pH值降低,油墨粘度等发生变化,从而使油墨渗入纸报业印刷内的速度变慢,这就形成了pH值变化的动态特性。

若知道系统中所含无机酸的扩散系数,就可估计氢离子渗透到墨层所需的时间,墨层的厚度通过号杯量度(May Bar)确定。对扩散系数做精确的确定是十分难的,同样,确切地得出渗透扩散的时间也是很难的。然而,油墨层中pH值改变所经历的时间大致上与扩散的时间一致。可以用文献[4]中引述的cm2/s量级做粗略估计。计算出在1s内,渗入1μm油墨层的酸基数目,以及氢离子扩散到油墨层所需的时间,其结果大约为几毫秒的时间。换言之,pH值变化的速率是由酸离子扩散的数目及时间决定的,并且酸离子扩散的数目速率又取决于水相渗透到纸中的速率和油墨与纸的成分相互作用的速度。总之,油墨中的酸离子的扩散基本控制了pH值变化的整个过程。再观察一下pH值与时间关系图,可知高酸值和低酸值的水基墨所显示的pH值与时间曲线有着显著不同。曲线表明,油墨中高聚物的酸值越高,它的缓冲能力和抵抗pH值改变的能力就越大,也就更容易保持pH值稳定,这一点对纸张水基墨凹印是很有利的。