水基柔性版油墨配方设计的要素

    【集萃网观察】一、水基柔性版油墨概念
   
    水性油墨由水性高分子树脂和乳液、有机颜料、溶剂（主要是水）和相关助剂经物理化学过程混合而成。水性油墨具有不含挥发性有机溶剂，不易燃，不会损害油墨制造者和印刷操作者的健康，对大气环境无污染等特性。水性油墨作为一种新型印刷油墨，没有溶剂性油墨中某些有毒、有害物质在印刷品中残留和对包装商品的污染，改善了总体环境质量。

　　水基柔性版油墨，是根据油墨按印版版型的分类方法并与油墨的干燥机制相结合命名而得。

　　二、水性柔性版油墨配方的技术依据

　　1.水性连结料的中和成盐机制

　　水性油墨采用水性连结料。水性连接料基本分为三类:胶态分散体、乳液聚合物、水稀释型聚合物。目前油墨行业主要采用的还是稀释型连接料。许多高分子（水溶性）原来并不溶于水或仅部分溶于水，只有添加一种酸或碱，才因电离作用而溶于水。典型的例子是聚丙烯酸和聚酰胺分别是阴离子和阳离子型电解质。这些物质水溶液的pH值与它的粘度、絮凝效果、稳定性、分散性等密切相关。故在水溶性聚合物的分子链上含有一定数量的强亲水性基团，如羧基、羟基、胺基等，但这些极性基团与水混合时多数只能形成乳浊液。而羧酸盐能溶于水，因此水溶性连结料的制造往往是使用高酸态的合成树脂，再以胺中和成盐。

　　2.挥发、渗透、固化反应或三者兼有的干燥成膜机制

　　一般来说，印刷工艺以及相应的干燥方式决定所用的油墨配方体系。为满足柔性版印刷的工艺要求及水性油墨自身的特点，根据不同的印刷基材，水基柔性版油墨的干燥方式有挥发、渗透、固化反应或三者兼有。

　　（1）挥发干燥机制

　　对于承印物为非吸收性基材的柔性版印刷，其干燥方式主要以挥发干燥为主，即采用树脂/溶剂的油墨体系。因为：

　　①柔印机速度很快，80m/min到200m/min以上都有，一般来说第一色印完到第二色印刷，其间隔仅几秒到零点几秒。对于非吸收性基材，在所有的干燥类型中，仅挥发干燥可满足这一要求。

　　②只有墨膜中的液体尽快脱出墨膜，例如利用沸点不高的溶剂有瞬间挥发的特性，才能使油墨迅速干燥。快干性也要求油墨为低粘度而且烯薄的液体。

　　③对于胶印油墨、铅印油墨而言，可以通过墨辊之间的调和，使油墨均匀地涂布在印版上，而柔印油墨仅靠本身的流动性、粘附性填充在网纹辊网眼中并传墨到印版上，只有较低的粘度即较烯薄的液体才能赋予这样的性质。而且油墨必须在很短的时间内填满凹眼，如果粘度太大则难以填入凹眼中，同时刮刀也难以圆滑地刮去网墙部分的油墨。所以柔性版油墨一般为粘度较低的流体形式，大量的溶剂或水只有通过挥发或渗透的方式进行。当然粘度太低也不行，否则压印会造成网点中的油墨易变形，使图文再现性变差。

　　油墨的干燥速度首先取决于油墨中溶剂的挥发速度。油墨中溶剂的挥发，主要存在如下影响因素：

　　①不同的树脂对溶剂挥发速度的减缓程度不同。溶解度越大的树脂，溶剂越难以脱出，挥发速度越低。

　　②颜料在油墨中所占的比例越大，溶剂的挥发速度越低；颜料粒子的半径越小，比表面积越大，溶剂的挥发速度越低；不同种类的颜料对溶剂的脱出性不相同。

　　（2）渗透吸收干燥

　　对于吸收性基材的柔印，其干燥方式以渗透吸收干燥为主。吸收性基材如纸张对油墨具有吸收性。油墨中的连接料是液体成膜物质，同时能粘结色料粒子并使之粘着在纸张表面上。连结料转移到纸张后，就向纸张内部渗透，直到油墨中的色料粒子之间变得足够紧密，粒子间的间隙不断缩小所产生的颜料颗粒间毛细管拉力与纸张内吸收连结力相等时完成吸收渗透过程。连接料向纸张内部渗透的程度与纸张内毛细管拉力成正比，即纸张的吸墨性取决于其内部的疏松程度，也就是纸张的紧度和组织匀度。实际印刷时，还应考虑印刷压力、压印时间、油墨粘度的影响。Olsson公式基本上归纳了以上因素对油墨被压入纸张深度的关系：

　　d=(p×r2×t/2η)1/2

　　d:油墨压入纸张深度

　　p:印刷压力

　　r:纸张毛细管半径

　　η:油墨粘度

　　由于印刷压力远比毛细管引力大得多，故后者忽略不计。

　　油墨对吸收性基材的渗透吸收对油墨固化和干燥过程很重要。渗透量太少或太浅，油墨粘着不牢，也不易干燥。但是，渗透量太大或太深，就会造成透印问题，也会降低油墨光泽。

　　另外，对于吸收性基材，还同时存在挥发干燥机制。故对吸收性承印物的柔印，干燥方式是挥发和渗透双重成膜机制。

　　在某些特殊要求的油墨配制中，还引入一些反应基团进一步改进其成膜性能。

　　三、影响水基柔性版油墨配方设计的诸多因素

　　1.印刷适性的要求

　　油墨从墨槽到印版辗转到承印物的过程是油墨的传输和转移分离过程。首先要求在印刷过程中能够始终向印版稳定地传输油墨，其次希望版面上的油墨始终以一定的状态有效地转移到承印物上。传输和转移的质量与印刷机的性能和精度有关，又同时要求油墨具有相应的印刷适性。油墨本身的流变性成了支配油墨适性的重要因素。流变性包括粘度、屈服值、触变性、流动度、粘着性、墨丝长短等。

　　粘度油墨内聚力的大小，必须适合印刷全过程的要求。

　　（1）印速越高，要求油墨的粘度就越小。快速印刷，要求转移快，干燥快，即油墨粘滞力小，易分离，且溶剂易从墨膜表面逸出。实践证明，油墨塑性粘度对油墨的转移率影响显著，在同一印刷机速度相同的条件下，粘度小的油墨层分裂状态比粘度大的对油墨的转移有利。如图1所示。

　　（2）承印物要求：对于比较光滑的铜版纸，在供墨量充足时，转移率较高，所以要求油墨的粘度稍高；对于胶版纸等结构松软的纸张所用油墨粘度应稍低。

　　触变性触变性即“剪切稀化”。油墨应具有一定的触变性，在印刷过程中油墨在墨辊上受到机械的转动作用后，油墨的流动性就产生了变化，粘度有所下降，流动性增强，其延展性也在增加，有利于油墨的顺利均匀转移。油墨转移到承印物后，失去外力作用，因其触变性很快由稀变稠而不向周围流溢，保证了印迹的准确性。特别是网点和文字线条版印刷，可以避免油墨在纸张上浸润和铺展所造成网点扩大，线条变粗。油墨的触变性与下列因素有关：

　　（1）颜料的性质表面吸附性强的颜料制成的油墨触变性大。

　　（2）颜料颗粒的形状颜料粒子呈针状时，比球状粒子制成的油墨触变性大。

　　（3）颜料的用量一般地，油墨中颜料所占比例越大，粒子相互作用越强，油墨的触变性越大。

　　（4）颜料粒子与连接料的润湿能力润湿能力低，油墨触变性大。

　　（5）树脂的分子量连接料中的树脂分子量越大，触变性越大。

　　印刷适性对触变性的要求：印刷作业要求油墨具有适当的触变性，但如果油墨的触变性过大，油墨在墨斗中会造成供墨不流畅，甚至会出现供墨中断的现象，影响连续印刷时供墨量的均匀和准确程度。不同类型的印刷对油墨的触变性会有差异。一般网线版、文字版和线条版的印刷要求油墨的触变性略大些；大面积的实地版则略小些为宜。

　　粘着性在印刷过程中，使墨膜分裂并转移到相应的物面(墨辊表面、印版表面或承印物表面)上的力是附着力，也就是油墨与墨辊、印版、承印物表面间的连接力。油墨在附着力的作用下，先是分裂而后转移，这是油墨对附着力的动态响应。油墨本身在这一动态过程中表现出来的阻止墨膜分离的能力，称油墨的粘着性，实质上是油墨的内聚力（油墨分子间的连接力）在附着力的作用下的一种表现。油墨的粘着性对印刷适性的影响在于：

　　（1）油墨的粘着性较大时，油墨的分离困难，造成印刷机上油墨延展不均匀。油墨墨层在纸张或橡皮布间分离时，如果此阻力大大超过纸张的结合力，就会产生拉毛现象甚至剥皮现象。

　　（2）多色印刷时，在前色的油墨未干的状态下迅速印刷后一色，一般要求第一色油墨的粘着性要大一些，后面各色油墨均要逐渐降低粘着性，否则，就有可能出现后面的印不上去，并把前面的墨层粘走。

　　油墨的附着与干燥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，粘结在承印物上，这一变化的过程称为油墨的干燥。这一过程分两个阶段完成：油墨由液态变为半固态，不能再流动转移，是油墨的初期干燥阶段，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或化学反应完全干固成膜，是油墨的彻底干燥阶段，用彻干性表示。油墨的初干阶段和彻干阶段统称为油墨的固着干燥。油墨的干燥速度与油墨的干燥方式有关。油墨的干燥方式取决与油墨连结料的组分。不同的印刷方式、承印物以及印刷机械对油墨的干燥有不同的要求。油墨的固着干燥性能对印刷适性的影响有以下两点：

　　（1）对于纸张类承印物，油墨可以流入其凹洼、空隙而被固定，这是利用机械的“投锚效果”而附着；对于表面光滑无吸收性的承印物，油墨的附着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作用，还取决油墨与承印物分子间的作用力。但高速印刷时由于纸张的堆积和密附会使分子间距离急剧减小，导致油墨和承印物分子间结合力明显增大，未干的油墨会映到后一印张的背面。所以，一般地，在不影响油墨与承印物附着的前提下，应适当降低油墨的附着能力，或加快油墨的固着干燥，以避免印品的“背面蹭脏”。

　　（2）油墨的干燥速度影响油墨的粘着性。如图2所示，随着干燥时间的增加，油墨的粘着性逐渐增加到最大值，再下降到零。如果油墨很快干燥，墨膜表面很快光洁干滑而失去粘着性，第二色油墨就难以附着，油墨就产生“晶化现象”。理想的叠印应在油墨初干到彻干的时间内进行。

　　干燥过快，油墨会在印版表面结皮、糊版、使印品油墨堆积，光泽不良，出现“墨斑”；干燥过慢，印品背面可能发生“蹭脏”现象。

　　2.包装物使用性能的要求

　　遮盖力单位重量的原墨能够印刷的面积通常称为油墨的遮盖力，单位为m2/g。遮盖力取决于以下因素：

　　（1）油墨的比重比重大的油墨的印刷面积要少于同等重量的比重小的油墨。

　　（2）油墨的转移量转移量受墨斗辊和印版材料的硬度、网纹传墨辊着墨孔的载墨能力和磨损情况、刮墨刀的安装位置等影响。

　　（3）油墨中着色剂的含量决定了油墨遮盖力的大小。

　　（4）油墨在非涂层纸或其它吸收性承印材料上的遮盖力比在非吸收性承印物上的遮盖力差，因为油墨能渗入吸收性材料使颜色的明度降低。在印刷纸张时，水基油墨渗入纸体的速度比溶剂油墨慢，遮盖力比同样色强度的溶剂墨高。

　　耐性耐化学性、耐刮擦性、耐热封性、耐油脂性、耐冷冻性、耐久性等。

　　以上论述了影响水基柔性版油墨性能的诸多因素。在此基础上可进一步确定其基础配方、连结料体系及其原材料的选定和准备工作，并且预定开发品种的一般性能要求和技术指标。