印刷材料及适性-油墨(四)

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印刷材料及适性第十二章油墨的干燥性质BIGC第十二章第十二章油墨的干燥性质油墨的干燥性质12007年4月23日星期一 印刷材料及适性第一节概述BIGC在印刷的瞬间，印版或橡皮布上的油墨被分成两部分，一部分留在印版或橡皮布上，另一部分附着在承印物上。油墨的附着对于纸张类承印材料，表面具有凹洼、空隙，油墨可以流入其间被固定，这种附着是利用机械的“抛锚效应”而实现的。对于表面光滑又没有吸收性的承印物，如塑料薄膜、铝箔等，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和状态，另一方面取决于油墨与承印物分子间的作用力。22007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC油墨的干燥油墨的干燥分为两个阶段完成：1、油墨由液态转变为半固态，不再流动和转移—固着阶段。用油墨的“初干性”表示。2、油墨中连结料的主体部分发生物理、化学反应，完全干固结膜—干燥阶段。用“彻干性”表示。32007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC油墨的固着、干燥与油墨粘着性的关系随着干燥的进行，油墨的粘着性逐渐增大到某个最大值，再下降为零。tackt理想的叠印应该选择在油墨开始固着而又没有完全干燥的时间内进行。42007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC油墨的附着1、润湿γLGGLγθγSGSL可以用润湿角的大小或自由能的变化作为判据52007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC杨氏润湿方程：γSGγSLγLGCOSθγ(1)当γSGSL＜0γLG≠0COSθ＜0θ＞900不能润湿从自由能的变化，因为新形成界面的能量γSL大于原来的能量γSG，使体系的自由能变化大于零，所以不能自发进行。62007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC(2)当γSGγSL＞0γLG＞0COSθ＞0θ＜900油墨可以在承印物上润湿从能量变化的角度，新形成界面的能量γSL小于原来界面的能量γSG，体系自由能变化小于零，可以自发进行。72007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC（3）在数值上，γSL总是介于γSG和γLG之间即或γSG＞＞γSLγLG或γSG＜＜γSLγLG要使液体(油墨)润湿固体（承印材料），液体的表面张力必须小于固体的表面张力。即：γ＞γSGLG82007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC承印物的表面能：纸张类：100dyn/cm属于高能表面塑料薄膜类：30--42100dyn/cm属于低能表面一般油墨的表面张力：30--36dyn/cm从润湿的角度，欲使油墨很好地附着在低能表面的承印物上，可以设法降低油墨的表面张力，使其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。92007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC塑料类承印材料的表面能-3承印物表面张力（10N/m)附着性能聚-氟乙烯28不良聚丙乙烯不29良聚乙烯不31良聚氯乙烯良39涤纶良43玻璃纸良45尼龙6646良102007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC2、“二次结合”力“二次结合力”是由分子间的配向效应（极性力）、诱导力和色散力（分散效应）引起的。极性力：结合能约为0-2cal/mol,（氢键结合属于配向效应）配向效应示意图（极性力）112007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC色散力：（分散效应）是非极性分子在电子淆动运动中产生的瞬间偶极，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诱导力：是由于极性分子的永久偶极诱发临近其他分子的偶极，使分子间产生永久的牵引力而形成的结合。结合能约为0-0.5kal/mol。这三种效应的综合结果,便在分子间产生二次结合力.油墨和纸张之间的极性力和色散力是纸张和油墨间产生二次结合力的主要原因.122007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC二次结合力的大小随分子间距离的增大而迅速降低.二次结合力的存在使纸张与油墨之间产生一定的结合力，但如果印张过多堆积和密附会使分子间距离急剧减小,造成“背面蹭赃”。132007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC第三节油墨的渗透干燥一.渗透干燥的机理油墨的渗透干燥是一个从不平衡到平衡的过程。•首先发生加压渗透•然后发生自由渗透•与此同时，油墨中颜料粒子之间的空隙构成的无数毛细管是阻止油墨渗透的，使连结料包围在颜料颗粒表面。•当这些力达到平衡时，油墨的渗透过程趋于完成。142007年4月23日星期一 印刷材料及适性二.影响干燥的因素BIGC1.渗透深度•加压渗透:短暂时间内的急剧变化.油墨整体渗入纸张.渗透深度用Olsson(奥尔森)公式计算:Pr2ht114ηP:印刷压力t加压时间1η油墨黏度r纸张平均孔半径h：加压渗透的深度1152007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC•自由渗透:自由渗透是比较长时间内的缓慢变化过程,油墨中的连结料和颜料分离,一部分连结料继续渗透,另一部分连结料在承印物表面固着或结膜干燥.自由渗透的深度用Washburn(渥斯宾)公式计算hrγLGCOSθ2t24η162007年4月23日星期一 实验结果：印刷材料及适性BIGCh(μm)h(μm)h(μm)BBAA000t(s)1(Pa.s)P(Pa)η172007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC2、纸张和油墨中颜料粒子毛细孔的大小及分布无论是加压渗透或自由渗透，影响渗透的重要因素是纸张毛细孔的大小及分布、颜料颗粒的大小及分布、二者间的关系。研究表表明：纸张毛细孔的分布和颜料颗粒的分布都近似符合正态分布。182007年4月23日星期一 油墨Φ(r)印刷材料及适性BIGC纸张rrrΦ(r)2＜1油墨纸张rrrΦ(r)2=1油墨纸张rrr1＜2192007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC第四节油墨的挥发干燥一、挥发干燥型油墨的干燥过程和机理•首先有机溶剂脱离树脂的束缚游离出来，依靠自身的挥发能力脱离墨膜进入气相。•树脂分子重新靠近，逐渐从溶胶状态转变成凝胶状态，结膜干燥。202007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC二、影响油墨挥发干燥的因素1、溶剂的挥发速度单一溶剂的挥发速率可按下列公式计算：PM25℃Er=Kd25Er---溶剂的相对挥发速率P---25℃时溶剂的饱和蒸汽压25℃d25---25℃时溶剂的密度M---溶剂的分子量K---常数=1.64（以甲苯的Er定为100）212007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC常用溶剂的挥发速率溶剂类别溶剂名称挥发速率Er沸点范围（℃）苯28879-81芳香烃类甲苯100109-112二甲苯34135-143甲醇25464-65乙醇11775-80醇类异丙醇9681-83正丁醇19116-119醋酸甲酯50052-58酯类醋酸乙酯26072-80醋酸正丁酯42115-130222007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC常用溶剂的挥发速率、蒸气压和蒸发潜能溶剂类别挥发速率（s）蒸汽压（mmHg/20℃）沸发潜热（kcal/kg25℃）醋酸乙酯85120401甲乙酮100119400甲苯18036389乙醇24079810水1120312291232007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC混合溶剂的挥发过程挥发量agb(min)a:恒定沸点的溶剂b:在一定沸点范围内的溶剂242007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC纯溶剂、连结料中的溶剂、油墨中的溶剂的挥发挥发量abg10080c60402010203040(min)a纯溶剂b连结料中的溶剂c油墨中的溶剂252007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC2、树脂对溶剂挥发速率的影响树脂的品种和在油墨中的数量都会影响溶剂的挥发速率。树脂的种类和溶剂的挥发速率树脂挥发速率（mg/cm2.min）200℃酚醛树脂3.1石灰松香2.94石油树脂2.8聚合松香2.45262007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC3、颜料对溶剂挥发速率的影响颜料的表面特性、比表面的大小及在油墨中的含量都会对溶剂的挥发产生明显影响。颜料浓度对溶剂挥发速率的影响碳黑挥发速率（mg/cm2.min）200℃03.5452.21102.01151.78201.51272007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC颜料的种类对溶剂挥发速率的影响颜料密度颗粒平均粒径挥发速率（mg/cm2.min）200℃碳黑1.77301.81铁蓝1.51651.75铬红5.92103.49立索尔红1.59702.25颜料的密度越小，颗粒越细小，溶剂的挥发速率越低。282007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC４、温度、湿度对油墨挥发干燥的影响凹版印刷机、柔性版印刷机的加热干燥装置292007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC第五节油墨的氧化结膜干燥一、氧化结膜干燥的过程及机理•氧化结膜干燥的主要特征是连结料组分发生聚合或缩合反应而形成固体。•氧化结膜的过程：（1）诱导阶段（2）氢过氧化物生成阶段（3）氢过氧化物分解，自由基生成阶段（4）聚合阶段302007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC化学反应是：氢过氧化物的生成：RCHCH=CH-(CH2)-COOH+ORCH-CH=CH-(CH)COOH27227O-OHCH(CH)CH=CH-CH-CH=CH-(CH)COOH+O3242272CH(CH)CH=CH-CH-CH=CH-(CH)COOH32427O-O-H312007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC氢过氧化物分解，游离基生成阶段RCH=CH-CH-CH=CH-RR1CH=CH-CH-CH=CH-R2+·OH12O-OHO·(游离基）或RCH=CH-CH-CH-CH=CH-R+·OOH12用RO·表示RCH=CH-CH-CH=CH-R12O·用R·表示RCH=CH-CH-CH=CH-R1·2322007年4月23日星期一 印刷材料及适性聚合阶段BIGC当RO·、R·或·OH相互碰撞时，就会生成新的化合物：RO·+·ORRO-O-R1212R·+·OHROH11RO·+R·R-O-R1212R·+R·R-R12.12RCH0·+·OCHRRCH-O122212RCH-OR2CH2-O12CH-R3RCH-O-CH-R13R2CH2-OCH-R4RCH-O-CH-R24332007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC含有共轭双键的干性植物油，可以和氧直接生成过氧化物，然后通过分子重排产生氧桥相连的高分子。OH…-CH=CH-CH=CH-CH-CH-……-CH=CH-CH=CH-CCH-…OO分子重排OOOO…-CH=CH-CH=CH-CH-C-……-CH=CH-CH=CH-CH-CH-…OH342007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC二、影响氧化结膜干燥的因素（1）干燥剂的影响（2）颜料的影响促进干燥的颜料：铁蓝、铬黄延缓干燥的颜料：碳黑（3）温度、湿度的影响：对化学反应而言，温度每升高10℃，化学反应的速度提高一倍。湿度对干燥的影响与颜料的品种有关。铬黄、立索尔红、罗平红等在湿度高达95%时，墨膜的干燥仍不受影响；而碳黑受湿度影响严重。352007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC（4）纸张pH值的影响不同温度、湿度下油墨的干燥时间（h）纸张的PH值RH65%,18℃RH75%,20℃6.96.112.45.96.614.15.56.723.15.4730.14.97.338.14.77.6604.47.680362007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC（5）润版液的影响酸性润版液形成的油包水乳化油墨会对墨膜的干燥产生阻滞作用。主要由于钴干燥剂和酸性润版液发生化学反应，生成不溶于油的钴盐，使干燥剂失活。润版液pH值与油墨的干燥时间干燥时间（h）纸张PH值=7PH值=3.8PH值=3.6PH值=3PH值=2胶版纸正面12161722.570证卷纸正面1521223284372007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC讨论：胶印亮光快干油墨的干燥机理—渗透和氧化结膜承印材料：胶版纸、铜版纸油墨印到承印材料上以后，油墨连结料中的两相快速分离，首先依靠低黏度相的快速渗透实现快固着，再依靠干性植物油氧化结膜，同时树脂逐渐从溶胶转变为凝胶，在承印物表面形成有光泽、耐摩擦的墨膜。382007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC第六节ＵＶ固化干燥一、干燥机理在紫外光的照射下，体系中的光引发剂发生均裂，产生自由基，自由基与活性单体反应，产生单体自由基，进一步发生自由基的链增长和链传递反应；同时，单体自由基与体系中的预聚物发生交联，这种由自由基引发的光聚合和光交联反映使油墨在非常短的时间内彻底结膜固化。392007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC二、影响因素１、光引发剂的结构、性质及含量。２、活性单体、预聚物的结构和含量。402007年4月23日星期一 印刷材料及适性BIGC油墨干燥性的测量方法1、油墨干固仪（胶印亮光快干油墨）2、对墨样进行摩擦或压印（渗透干燥型油墨）3、使用刮板细度计（挥发干燥型或挥发与渗透相结合）可以测量初干性和彻干性。412007年4月23日星期一 印刷材料及适性第十一章、第十二章复习思考题BIGC•1.写出杨氏方程，从表面自由能变化的角度分析油墨在承印物上附着的条件。•2.表面活性剂在油墨制造中主要作用对油墨性质的主要影响.•3.分析胶印亮光快干油墨、塑料凹印油墨、新闻油墨连结料的主要组成，干燥机理和影响干燥的主要因素。•4.如何测量氧化结膜干燥、挥发干燥油墨的干燥性？（自学）•5.油墨的细度对油墨的性质有什么影响？•6.如何评价三原色油墨的颜色？油墨为什么会产生色差和灰度？422007•年47.月23分析可能影响墨膜光泽度的因素。日星期一