1、胶版印刷中油墨粘附失效的机理研究 摘要 文章叙述了预涂和工业印刷试验目的是获得对涂布纸的油墨附着力失效的基本知识。我们发现，油墨附着失效引起白斑由于油墨没有印刷在纸张上，称为裸露区域和印刷斑点问题。白色斑点是由于两种根本不同类型的油墨附着力的失效。一种是众所周知的油墨排斥，这仅仅指的是油墨不转移到纸张表面。另一个是一个新的油墨粘附失效类型，确认先前的假设，从实验观察来看。我们将此称为油墨剥离粘附失效，即油墨最初沉积在纸张表面随后的飞离打印单元的表面。这种黏附失效的机制被认为是通常都说的拒墨的原因。 关键词 ：油墨粘附；粘附失效；空白区域；胶印； GCC 基涂层；印刷斑点 1.简介 胶印要控制油
2、墨，润版液和各表面，包括印刷机零部件和承印物之间的平衡调节。流体是由在印刷压辊转移到印版上形成印刷图像。然后，油图从印版转移到包覆着橡皮布的滚筒，被称为偏置滚子，因为它需要断墨印刷板，并将其设置在纸张上。墨膜的分裂包括气穴，长丝形成，其延伸率和断裂。这些现象已通过各种摄影技巧研究小组和 MacPhee 评论的文章得以研究。它遵循着油墨对各种表面和内聚分裂薄膜油墨和润版液的密合性因此可用于胶印过程。这些过程是由各种表面的化学组成以及界 面现象和两种流体的流动性高度控制的。该印版的承印方式是承载油墨（图像区域）的区域是光滑的低能疏水表面制备的，而被设计成可自由在油墨（非图像区域）区域，是从由多孔亲
3、水表面氧化铝与和像阿拉伯树胶或羧甲基纤维素吸附的亲水性聚合物。图像上墨膜厚度的图像印版通常是2-3 微米，润版液在非图像区域的薄膜的厚度通常是 0.5-1 微米。 胶印油墨被称作是浆状油墨，它有很高的粘性但是却有很高的 剪切稀化 。已报告显示的数据值大约是 10Ps/s。基本上，油墨是一种粘合剂和油的媒介分散颜料。油墨的附着几乎是在干燥的表面甚至是没有图文干燥的区域。如今润版液，通常在墨缸中，是一种水溶液与表面张力降低剂如异丙醇等等，现在更多的是非离子表面活性剂为主要溶质。它主要的目的是阻止油墨附着在非图文区域。在油墨上的特殊要求是 它必须能够把有限的油包水型乳状液的 润湿液得以解决 。 如
4、果失效，油墨就不能从墨腔转移到印版上，这些 乳状液 就不具有高稳定的剪切力，这表明只有少量甚至没有墨水缸吸收存储在橡皮布的油墨。 润版液形成了非图像区和墨辊上油墨之间的弱边界层，因而防止油墨被传递到该区域。麦克菲提出了使用斯特凡定律，该定律需要将分裂的流体膜所需要的力正比于薄膜的粘度，反比于膜厚的三次方。该分析得出的结论是如果此厚度膜超过一定值时，引起了在印版和墨辊之间的辊隙的双层薄膜（即非图像区域 /润版液 /油墨 /墨辊）将发生水膜分裂的结论。低于此值，分裂发生在墨膜和非图像区域开始印刷油墨时，这种现象通常被称为 浮渣或调色。事实上，墨水可以被转移到一个表面覆盖了一层薄薄的水的结论后来被沈
5、等人用实验证实了。利用这一结论，冰的表面比散装冰表面具有更低的冰点，这样薄薄的一层表面的水可以在冰下面的散装冻结点温度中发现。使用 MacPhee 的方法和工业样本结论计算表明膜的临界厚度大约是 40-80 纳米，在一个完全光滑的表面分离得到一个非常真实的数值，虽然表面粗糙度和表面孔隙率预计要求更高的平均膜厚度。 文字是需要在常规胶版中印刷，以防止油墨粘附到非图像区域，但可能产生问题，因为它也能转印到纸张上。当水在其表面上的纸张进入后续的印 刷压印区，可能会出现拒墨现象。这是传统上认为油墨的附着力失效，虽然实际上的故障是在润版液层内聚力的破坏。更好的定义是油墨转印失效，即在该油墨沉积到纸张上失
6、效，其结果是印刷白点和印刷质量不良。已经确定的其他类型的印刷斑点和背面凹陷斑点是最常见的。这种斑点是由纸由于油墨不均匀的吸收，形成粘性差的纸墨，因此捕获不同的印刷橡皮布。在这项工作中，从分割的位置看到对纸张界面的高粘度的实验进展，在某些情况下，从表面分离的墨水观察到随着时间的推移高粘性区域的测试或偶尔粘性几乎已经完全腐烂。作者分别称这种油墨表面粘附失效和后 粘着粘合力失效。到目前为止被认为油墨在潮湿的纸张表面遭到拒绝是由于在油墨转移的时，油墨的附着力差油墨转移失效，但我们发现，它更有可能是一个后转移油墨附着力出现问题。由此，油墨附着力最初够转移到潮湿的表面，但是后来油墨从随后的印刷单元的纸张表
7、面剥离。初始图像墨膜分离凝聚力弱使得粘附抑制表面 ,但表面的粘附性是不够墨水留在表面受到分裂力量的增加然后继续印刷的，由于逐步油墨增加粘性的表面和那个地域更高的已经分裂油墨粘性的作用，再加上一个薄的薄膜被分裂（斯特凡定律）。我们将此新的粘附现象称为“油墨剥离”粘合失效。 在 对油墨的附着力失效问题上实验室采用 ISIT 设备在潮湿 /预湿的涂布纸后续工作模型系统，我们认识到，粘合不良造成的白色斑点。那时候，我们真的不确定它是一种新的粘连现象是由于水也在测试中起了作用，并且假定水干扰效应占主导地位。现在，我们重新研究在一个专门设计的试验涂料和工业印刷试验来区分水的干涉效应对油墨转移粘附失效之间（
8、油墨剥离）影响的现象。这里的工作报告表明，在胶印印刷中该油墨的剥离现象是最主要影响油墨附着力失效。 2.实验材料及方案 2.1 涂料配方 所研究的涂层的制备过程中，使用两种不同的研磨碳酸钙颜料。所述两 种颜料 Hydrocarb 90（ HC90） 和 Covercarb 75（ CC75） ，由 OMYA 既供给，不同点仅在于相对颗粒大小分布（见表 1）。 HC90 比 CC75 有更广泛的粒度分布 ,因此涂料基于 HC90 名字从 B 和 CC75 标有一个 N。这些商业产品（ HC90 和 CC75）分散使用的聚丙烯酸酯分散剂在生产之前加入。 配方中所用粘合剂是苯乙烯 -丁二烯胶乳（由
9、STYRON 供给 DL920）和极性较大的苯乙烯 -丙烯酸类胶乳（由 BASF 提供的 Acronal S728）。粘合剂的性能在表 2 中可以看到的。配方中的粘结剂含量相当高（ 11 PPH）在印刷表面选择的风险降到最低。根据所使用的粘合剂，分别用涂层制剂标注下标 SB（苯乙烯 -丁二烯胶乳）或 SA（苯乙烯 -丙烯酸）。 表 1.GCC 颜料性能 表 2.乳胶性能 四种不同的涂层的颜色根据表 3 中的制剂，其中在 pph 的构成量其比例基于100 pph的颜料制备的。一种涂料含有分散剂（聚丙烯酸钠，由 BASF 提供 DISPEX N40）的附加量（ 0.2 PPH）。该配方标有字母 “
10、E”（ BSBe）。在 BSBE 期间，稀释聚丙烯酸酯溶液，其中该丙烯酸酯链的羧基被部分钙中和形成的钙丙烯酸酯其比率是 0.3（ 的 Ca2+ / A-），加入到颜料浆液中。在加入颜料浆前添加聚丙烯酸酯溶液含有 5%的总酯盐，其 pH 值调整为 10.5。然后添加粘结剂后水达到所需的固体含量。最终涂层颜色的 pH 值为 8.8。固体的含量 HC90-based 颜色是 67 w/w-%,即为 BSB,BSBe BSA,和 CC75-based 颜色是 63 w/w%。 2.2 预涂和压光 所制备的涂层颜色涂覆膜用刮刀涂布机（模块化组合刮刀由福伊特造纸生产），该试验涂装工艺参数可以在附录 1 中
11、看到。涂料试验的顺序如下： BSA，BSB， BSB e 和 NSB。纸是超级压 光机 (SK 14/12-90 由 Bruderhaus Maschinen GmbH是一家制造 ,德国工艺参数见附录 1)通过一个 300 米 11 夹每分钟的线速度。这些纸张被压延达到 69%光泽（用 TAPPI 标准 t480 确定）。 表 3.涂料配方2.3 全尺寸印刷 预涂布纸在印刷时使用单张纸胶印印刷机既未压光和压光处理（由曼罗兰单张纸 GmbH， Germany 供给曼罗兰 -R706 LTTLV，参见工艺参数附录 1）。 纸张是使用传统的印刷单元序列，即黑（ K），青色（ C），品红（ M），黄色
12、（ Y）的印刷。在这项研究中，这四个（ K， C， M 和 Y）印刷单元也和两个附加青色印刷单元（ C5 和 C6）。在本文中，仅单独在区域印有三个青色单元，分别是用于青色印刷区域。布局可以从图 1 中可以看到，显示出印在涂布纸的三个区域。墨水是不会特意印在已经印刷面积的区域，而是印在未印刷的纸张上。因此，所有的测试区域唯一一次印刷在第二，第五或第六的青色印色单元上，见图 1。其余的非图像区域根源的解决方案适用于所有的印刷区域。两个抑制剂 (4%的异丙醇 ,5% Subtifix(由 Huber 集团 )提供 )被添加到使用润版液的印刷试验中。墨斗供墨量保持恒定在 70%。但是，在 印刷时涂上
13、 BSB 未压光纸，两级墨斗供墨中使用。标准（本研究）供墨（ 70）和降低供墨量（ 30）进行比较。未压光的纸进行第一次印刷，随后压光纸的印刷顺序是： NSB, BSB, BSBe, BSA。 2.4 纸张表面特性 2.4.1形貌 用两种不同敏感性的仪器对涂布纸的表面粗糙度程度进行分析。所使用的不同敏感的仪器是 PPS，其检测约 0.6-6.0 微米的范围内的表面粗糙度 (PPS-10, Parker Print-Surf supplied by Lorentzen & Wettre,瑞典）。光学仪器 OptiTopo（由Innventia AB，瑞典提供）进行了形貌的更加敏感的分析。与后者的
14、仪器相比，图像和频率分析是用来计算表面形貌的。 2.4.2扫描电子显微镜 颜料填料，孔隙率和表面上的有机成分（粘合剂，复合粘结剂，分散剂等）更加仔细的检查与扫描电子显微镜 SEM（ Quanta FEG 650 由 FEI，美国提供）。电子通过 10kV 和 15kV 加速电压及工作距离约 10 毫米的电子枪产生。电子枪工作在真空样品室减压至 0.8 毫巴。在这些研究中使用的放大倍率为 1250，范围高达 20000，这导致空间分辨率为 75-100 纳米 。同心背散射电子探测器（ CBS）用于成像及 X 射线分析。 2.4.3色散能及 X光谱学 定性和定量的元素分析来纸张的表面可以用 X 射
15、线光谱仪（ EDS）探测器（ x-Max 硅探测器 374 H.卡马尔 Alm 等人，由牛津仪器提供）结合 SEM。仪器的工作条件与扫描电镜成像 ,即 10 毫米的工作距离和 10 kV 以及 15 千伏加速电压产生电子。 图 1.青色区域印刷 2.4.4接触角 水滴和涂布纸表面之间的表观接触角的测定使用纤维原 -DAT 仪（由纤维原系统 AB，瑞典提供）。用于分析关于时间的函数的接触角检测是和在 0.5s 内记录静态的角度。 2.5 印刷质量特性 2.5.1空白区域 图像分析软件， STFI 斑点，量化在印刷表面暴露区域（ UCA）的量，即油墨未被转移到或者油墨薄膜厚度认为是非常低的区域。软
16、件使用光反射在灰度图像中。这些图像校准反射率，和量化 UCA 是通过确定反射阈值（相对于图像的平均反射率），并计算所有较高的反射率比阈值作为有助于计算 UCA 的区域。所分析的图像的分辨率为 600 dpi，它指的是 42.3 微米的像素尺寸。 2.5.2纸张的墨色浓度 用反射密度计测定青色印刷密度，印刷表面在曝光波长范围（ 500520 nm）测量漫反射光的量。印刷密度之间的比率被定义为从一个表面的漫反射光印刷。 2.5.3印刷污点 STFI 也被用来评估打印刷斑点的纸张的软件。 STFI 软件检测印刷斑点在灰度图像（校准反射）和在光的反射变异系数（ COV）。 3.结论与讨论 3.1 涂层
17、的形貌和水的润湿性 该文章有四种不同的涂料配方在未压光及压光之后。因此，八篇论文被列入试点。涂布颜料是在任何情况下研磨碳酸钙与任一宽（ B）或窄（ N）的粒径分布。粘合剂是苯乙烯 -丁二烯（ SB）胶乳或苯乙烯丙烯酸酯（ SA）的胶乳。在一个涂层载量（ 0.2， PPH）的超额部分 钙中和的碳酸剂（ PA）。实验涂布纸的形貌使用两台仪器，用 PPS 和 OptiTopo 进行了分析。两种分析表明不同表面之间的差别不大，见表 4 和 5。与 PPS 和 OptiTopo 测定的平均粗糙度为 0.580.04 和0.250.01，分别对压光表面 1.50.1 微米和 0.550.02 微米，及未压
18、光表面。在这些不同的亲水性表面，水滴和涂布纸表面之间的接触角有关，见表 4 和表 5。因此，在压光表面，亲水性，表面的极性，增加与过量的 PA（ BSAe），使用极性的粘合剂（ BSA）并用粒度分布窄的颜料（ NSB） ， 视为较低的接触角值 。然而，同样的趋势在未压光的纸上没有观察到。因此，表面粗糙度对比接触角的值较大的冲击（气孔率差，由于不同的粒径分布）或化学（粘合剂极性差），为不同的涂覆颜色配方结果的影响。然而，不幸的是，接触角测量，一年后测试涂层，由于有机物的疏水喜欢空中接口的迁移，该文章当测量印刷过程中的接触角可能会显示更多的疏水表面。据报道，涂布纸的表面上的疏水性随着时间而增加。此
19、外，在多孔粗糙基材接触角测量有许多不确定性，如关联吸附到表面，如果该值低于90减小接触角是由于粗糙度，并增加使其高于 90。因此，对于压光和未压光纸获得的 数据之间的差异最有可能是涂层结构，而不是在表面化学的差异。 3.2 印刷特性 预涂纸印刷在六单元的单张纸印刷机。第二，第五和第六印刷单元印刷品进行了评价。 3.2.1空白区域 在图 2（ a），在 UCA 印刷的显微图像中可以看出。图像显示，在 UCA 被检测出的区域，涂层表面是完整的。这表明， UCA 发生是由于墨纸涂层粘合失效的结果，而不是由于涂层表面失效，即不调用表面拾取机制。压光的纸张显示更多的 UCA 当印刷在第五单元比未压光的纸
20、张，而其他两个印刷单元印刷的内容不是由 UCA 影响的，参见图 2（ b）和（ c）。一篇文章显示了 相对较低的值，纸张已被涂上了一层具有广泛的粒度分布性能好的碳酸钙和常见的丁苯胶乳。这是作为一个低极性涂层，因为我们从试验经验表明，在极性较大的涂料 UCA 更频繁出现。 表 4.PPS,OptiTopo 灵敏度和在压光纸及未印刷纸张表面的接触角 表 5.PPS,OptiTopo 灵敏度和在未压光纸及未印刷纸张表面的接触角 改变丁苯胶乳粘合剂的极性苯丙乳液或添加额外的分散 LED，主要是印刷在第五单元，但也从第六单元印刷。这是可以预料的，因为这些变化会使得涂层更具极性。更改更窄的颜料颗粒大小分布
21、在 C5 中也有所增加的 UCA，如果单独使用润版液引起排水不佳是本来的原因，这是意想不到的。 图 2.（ a） UCA 的印刷的显微镜相片（ 50放大倍率） （ b） UCA 的量（）压光纸印刷在不同的印刷单元 （ c） UCA 的量（）未压光纸印刷在不同的印刷单元 印刷在 C6 的 UCA，这是最后的印刷单元，是由于油墨转移失效（墨水拒绝），而这又是由于纸张太厚层的原因。油墨转印失效似乎不受到压光的原因，因为C6 在压光纸与未压光纸上的 UCA 是相同的。 UCA 在从第二印刷单元（ C2）和第五印刷单元（ C5）可能是 由于两个油墨转印失效和最初墨水在压印区被固定在纸张上，但随后从表面清
22、除。 事实上， UCA 中的 C5 总是比 UCA 中的 C6 高得多，表明显著的墨水量首先转移到纸上，然后从涂层表面剥离在随后的印刷辊隙中。我们把这种油墨粘合失效现象为 “油墨剥离 ”粘合失效。该机制将在部分讨论中涉及。 可能解释这一现象有两个显着的差异。一是在纸可能有更多的字印刷在第五单元，因为在印刷前的图像遇到了四个橡胶辊表面。另一种是，印刷在第二单元中的表面将满足橡皮布背部陷入墨在随后的两个印刷单元向离开压印接触之前进一步施加青色墨水。因此，油墨可能已经沉积在前面的压印区中产生未覆盖的区域。 图 3（ a）和（ b），所检测到的 UCA 大小分布情况。大多数（ 90%）的确定由 UCA
23、 的小正方形的边 1-3 像素，等于 42.3-126.9M。一些（约 10%）较大的区域（ 415 像素）进行检测。 为了确定墨水缸对 UCA 的影响，纸上印有墨 水缸的进给速度。结果如图 4所示。单元 C2 的 UCA 几乎不存在比较，本研究中所用的是标准进给。同时，在这种低水平中，更多的 UCA 在 C5 C6 相比较中发现，因此，越来越多的 UCA由于飞墨油墨转移失效。本文讨论的印刷质量结果是基于应用在标准供墨量。 图 3（ a）压光纸分为大小两个（ 13 和 415 像素）不同的印刷单元的 UCA 粒度分布（ %）（ b）未压光纸分为大小两个（ 13 和 415 像素）不同的印刷单元
24、的 UCA 粒度分布（ %） 图 4.印品量在每一个青色印刷单元的 UCA 量（ %）。 SF=标准供墨量， RF=减少供墨 量。 3.2.2 印刷的墨色浓度 在粒度分布中，粘合剂或加入过量的分散剂的极性的差别似乎没有影响到C2 或 C6 印刷在压光纸的印刷浓度，参见图 5（ a）和（ b）。然而，在 C5 处印刷时，在所有研究的涂料配方中印刷密度下降。对于未压光纸印刷密度结果显示C5 为 BSBe 减少后的印刷密度。另三种纸张（ BSB， BSA 和 NSB），然而得到的C5 和 C6 的印刷密度颇为相似。 3.2.3 印刷斑点 观察者观察到用非均匀浓度印刷得到印刷斑点。这是一个严重的印刷缺
25、陷。背面陷阱斑点扩散由于油墨薄膜的不均匀分割在压印区附近当墨液最初沉积在纸张。 这种不均匀的分裂是由于不均匀的油墨枯竭，也是由于涂层不平坦的孔隙结构。水干涉斑点是由于不正确的吸收或润版液或成涂层，它可以因墨转印不良引起的白斑。 图 6（ a）和（ b）显示与印刷斑点和在实验中的 UCA 印刷的关系。相关性是相当大，但几个点位于曲线上方。 这是合理的假设，在印刷中 UCA 有强烈的白斑如果白斑分布在低印刷密度大的地区，如果白斑是均匀分布的表面，并具有较低的影响。这个假设是金格和赫勒的工作，回陷阱斑点的强烈影响不可渗透（闭）区，以及它们分布在表面上。在 SEM 观察到，在印刷斑点曲线上都印上 BS
26、Be，最高发 生闭合区域为纸。一个可能的原因是较高的印刷斑点，因此，更多的非均匀部分分布的 UCA 在纸张上。 曲线截取 y 轴。这表明，没有 UCA 的部分仍然有斑驳。它的打印表明在打印标识的斑点不仅仅是 UCA 的结果。 图 5.（ a）印刷在 C2， C5 和 C6 压光纸印刷浓度 （ b）印刷在 C2， C5 和 C6 未压光纸印刷浓度 图 6（ a）印刷斑点 COV（），为 UCA（）对印刷在压光纸不同的印刷全色调 （ b）印刷斑点 COV（），为 UCA（）对印刷在未压光纸不同的印刷全色调 3.2.4多孔涂布表面的不均匀性 UCA 由涂料配方，压光， 印刷部分和水供给所确定观察到，导致假设均匀性涂层的孔隙率和吸收性的各种形式的油墨附着力失效。而且，众所周知，该涂层的表面的孔隙率的非均匀性是一个主要因素，且导致印刷质量下降。因此，涂层表面使用高分辨率扫描电镜检查。 压光表面有许多具有低孔隙率的补丁，它们被认为是几乎不透水，并称以下为封闭区或紧凑区域。一个封闭的区域以外的表面上，具有正常的孔隙率，因此
