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油墨(图文)墨膜表面浮色和发花故障

   在正常的包装印刷中,往往会因印刷图文的墨膜浮色和发花使印刷品的质量大打折扣而令操作者大伤脑筋,这种故障主要是因印刷油墨体系里含有一种以上颜料或填料造成的。在批量的包装印刷过程中,偶尔出现不均匀的颜料分离现象,可从油墨(图文)墨膜表面明显观察到浮色或发花——即颜料变化。这是在未干的印刷图文(油墨)墨膜状态下所发生的颜料变化。探究其浮色、发花的表现形式都有不同,易被操作工误认为是在水墨体系消泡剂过量后造成的“缩孔”,因此,笔者根据多年的实践应用试谈以下各点,与包装印刷界同仁商榷。

一、墨膜浮色与发花的表现形式
  浮色是指油墨一经印刷,湿墨膜中的颜料呈水平方向层状分离。这就是墨膜中多种颜料的一种或几种转变的浓度集中在表面而呈均一的分布。但却与刚刚从油墨厂生产出来的前一配方的颜色有明显的差别。
  而发花则是指包装印刷后的油墨墨膜中存在着多种颜色的不均匀分布,通常又呈条斑或蜂窝状。因此,人们常理解为颜料垂直方向的分离。
  除了浮色和发花之外,网纹辊在泵循环输墨或喷印油墨后,包装印刷的墨膜表面能看见条纹状的发花现象则被称为丝纹。
  浮色发花的产生原因,我们知道:在包装印刷油墨体系里所有含有两性颜料或填料的组成物都可能会产生浮色、发花,油墨制造者的生产工艺不当或包装印刷操作工的作业不当也同样会产生浮色和发花。

1、颜料的沉降和絮凝对浮色发花的影响
  我们在多年的实践中已经知道:浮色、发花是因为颜料在包装印刷后墨膜表面分布不匀造成的(包括印版不平、压力不匀等)。虽然涉及的原因是多方面的,但颜料分散的稳定性是非常重要的。例如在多种颜料分散组成的油墨体系里,往往会因某一种颜料的过度絮凝或沉降而造成颜料分散油墨体系的分离,也就是我们常讲的浮色发花的原因。其次我们观察包装印刷油墨沉降全过程后获知:粒径的作用要比密度大,浮色更为严重,通常由颜料的密度差造成,严格地讲是因颜料的粒径作用造成的。在我国包装印刷油墨分散体系里,小粒径的颜料粒子吸附的树脂和溶剂相对要比大的颜料粒子大得多,往往表现为密度变小,大粒径的颜粒粒子密度变大便会造成颜料粒子的下沉;而小粒径的颜料上浮而构成为印刷油墨的浮色现象。因此人们在油墨配方设计上,针对轻微的控制絮凝以防止颜料浮色发花方面曾作过重点调整,为了生产上的简便,在20世纪90年代后,人们将分散剂尤其是偶联剂引入油墨体系则效果十分明显,分散剂的目的是在颜料的表面达到最佳的吸附状态,偶联剂的目的是在连结料与颜料之间架桥,借此增强颜料贮存的稳定性,并能够起到防止浮色发花作用。

2、溶剂对浮色发花的影响
  被称为我国“油墨之星”的杨海蛟教授认为:溶剂对树脂聚合物的溶解性和印刷油墨的流变性及对包装印刷工艺的适应性,特别是墨膜的形成是十分重要的。这代表了我国包装印刷界半个世纪的共同观点。对此,为使溶剂充分发挥作用,一般采用多种溶剂(即混合溶剂)进行搭配,即真溶剂与稀释剂搭配组成。在包装印刷油墨配方设计时,应使溶剂与承印物的氢键相近(相近相粘);溶剂的溶解度与油墨体系中树脂的溶解度相近(相近相溶);溶剂的表面张力与油墨体系中树脂的表面张力相近(相近平整);溶剂的密度与连结料(树脂)密度相近(相近稳定);混合溶剂尽量注意挥发梯度的间隙相近(相近干燥彻底);真溶剂与稀释剂要保持包装印刷油墨需要的适应印刷比例用量。如果我们达到了上述六个基本条件,就不会因溶剂而造成印刷油墨墨膜的浮色或发花。

3、表面张力梯度对浮色发花的影响
  长期以来,人们一直忽视表面张力梯度对墨膜发花的影响,孰不知包装印刷油墨墨膜的表面溶剂挥发后,其印刷图文墨膜上下表面张力差,往往易造成墨膜涡流的形成而导致发花。湿墨膜表面受热或吹风不均而导致的表面张力之差,更会造成墨膜产生平行移动(扦移)——发花的形成。
  溶剂的溶解性过强会使包装印刷油墨的粘度急骤下降,会加速颜料粒子的沉降速度,造成颜料粒径不同而出现沉降层——即涡流的产生,进而出现浮色发花。
另外,在混合溶剂体系里,如果真溶剂挥发过快,不仅会产生表面张力差,而且还会破坏溶剂挥发梯度的平衡。其结果,油墨体系中树脂也就会因真溶剂的减少而带着吸附的颜料析出——发花,同时也会使颜料颗粒凝聚而影响墨膜表面平整度的提高,但如果溶剂挥发过慢,则会造成印刷油墨粘度缓慢上升,从而导致印刷墨膜流动时间过长,出现墨膜涡流,造成油墨发花,浮色以及流挂等。

4、油墨体系里树脂对浮色发花的影响
  树脂种类繁多,润湿的能力也不相同。而对于多个颜料搭配组成来说,各种颜料对树脂(连结料)的吸附能力也就不会相同,未被润湿的颜料极易出现凝聚现象——这也是浮色的一个主要原因。
  在包装印刷油墨体系里,尤其是树脂的分子量和分子量的分布不同时,极性活性基团的大小和分布也不会相同,这些分布不同的差异会造成颜料润湿能力的不相同。其次各种颜料对连结料(树脂)的吸附能力也会有差异,吸附墨膜层薄的颜料很容易出现絮凝——浮色发花。而在小分子量的松香或醇酸树脂油墨里,因极性大,吸附力强,形成的吸附墨层薄,分散稳定性差,极容易产生絮凝而出现浮色。从理论的角度去研究,包装印刷油墨絮凝时,更多地要针对不同颜料和连结料的性能去控制印刷油墨研磨过程中树脂的浓度,强制性使高分子聚合物(连结物)吸附在颜料表面上,其目的是防止单一颜料产生的絮凝现象。
  包装印刷油墨体系中的聚合物(树脂连结料)的溶解性不良也会造成浮色发花之弊。一般来说,使用几种树脂时互溶性差。其次是选用溶剂的溶解力达不到临界值,也就是人们常说的树脂与树脂混合性差,再加上对颜料的亲合力不够,往往在溶解挥发后,就会出现浮色、发花。即使在溶剂的作用下消除了浑浊、浮色,也会在溶剂挥发过程中产生。因为溶剂和稀释剂的挥发破坏了树脂连结料的平衡关系,也就是人们常说的;相溶性不好的树脂连结料析出时会带出吸附的颜料而造成油墨墨膜的浮色及发花等。

5、包装印刷条件对浮色发花的影响
  在我国缺水干燥的地方和水潮湿的南方地区的气侯,也会造成印刷图文成膜后的浮色发花。无论是干燥环境还是湿度高的车间(温湿度控制的车间例外),我们都知道在印刷过程中,由于溶剂的蒸发,墨膜表面温度的下降,水分的凝结等等都会导致包装印刷油墨墨膜涡流的形成,当表面的亲水颜料吸附一定水分,会造成颜料的凝聚分离——因水分一旦被带入墨层和亲水颜料粒子结合后,往往通过非互溶液体的架桥作用而出现凝聚沉降——浮色。这种故障尤其在蒸发速度快且亲水性溶剂的包装印刷油墨中特别易发现。
  这种故障往往多见于水性凸版、水性凹版、丝网版、塑料凸版、塑料凹版及彩色喷绘油墨。
  在印刷油墨中不溶性胶粒的产生而导致缩孔,有时往往与浮色发花混为一谈。我们知道,表面活性物质在印刷油墨成膜过程中,其浓度易发生变化,超出了它的溶解度而生成少量不相溶的液滴会造成缩孔。例如过量加入硅油或粘度过大,易产生缩孔。缩孔与浮色发花的区别是:墨膜上形成不规则的、有如球状的、小的凹陷,常常以一滴或一小块杂质为中心,周围形成一个环形的棱。从包装印刷油墨的流平性来说,它是一种特殊的“点式”的流不平而产生于印刷墨膜的表面(其形状又分平面、火山口、露底、气泡、点式等)。

二、防止和补救浮色发花的措施
  在围绕油墨墨膜浮色发花的表现形式本文粗略地进行了分析和归纳。但我们如何防止和补救既成事实的浮色发花,笔者根据积累的经验分述各例,望同仁批评赐教。
  包装印刷油墨说到底是一个贮丰的稳定性。油墨贮存稳定性又是各组分间相互作用的结果。例如溶剂的极性强度不同,对活性剂颜料表面上的吸附也会有所不同,比如十八烷基胺在各组分溶剂中吸量的顺序是:甲苯>二氯乙烷>混合溶剂。大多数的科学界人士认为,各种溶剂只影响物理吸附而不会影响化学吸附,同时又认为:连结料和活性剂在颜料表面会产生竞争吸附这已被实践证明是正确的。这说明竞争吸附取决于连结料、活性剂与颜、填料表面亲和性的大小。颜料或填料若是亲水的,在非极性溶剂中就选择极性度较大的物质进行吸附。如果是疏水的,在极性溶剂中则要选择疏水性较强的物质进行吸附。表面活性剂的物理吸附不会影响聚合物的化学吸附,这是因表面活性剂在颜、填料的表面物理吸附是不牢固的,在溶剂中容易被树脂从颜料的表面上挤出去。与颜料表面形成化学吸附的表面活性剂是不能被树脂聚合物从颜填料表面挤出去的。表面活性剂在表现上的吸附饱和度越大,聚合物吸附的阻力就越大。另一方面,如果在油墨制造时分散研磨的时间稍短,其油墨在制造过程或油墨贮存时,在溶剂中就不容易被树脂从颜料表面上挤出去了,但可能仍会产生其它现象,有待实践证明。
  在极性溶剂中,超微细的活性钙和醇酸树脂能吸附在铁兰和中铬黄的表面上,这是因为该颜料表面上具有两种活性中心,所以呈微酸性的活性钙和醇酸树脂仍可吸附在其表面上,但其遮盖率较低,故而造成润湿分散性也差,当分散至7.5mm时,其表面就产生了浮色;当分散至1-2mm时则会消失。如在印刷过程中添加稀释剂后,浮色发花又会再次出现。必须选择适当的分散剂,加入润湿分散剂不仅可以减少颜、填料研磨时间,而且还能节省能源、提高工作效率。
  为了防止油墨浮色发花,将润湿分散剂引入包装印刷油墨体系,其目的是:
  (1)增加墨膜的光泽度,改善墨膜的流平性,可大大提高颜填料的细度,保    证油墨贮存的稳定性,预防产生大的絮凝粒子,提高印刷墨膜的平整度;
  (2)降低油墨的粘度,改善油墨的流动性。在相同条件下,能大大提高颜填    料体积的浓度,增加其填充性而降低材料成本;
  (3)提高包装印刷油墨贮存稳定性。包装印刷油墨的贮存稳定性完全取决于    颜料的分散质量,分散不好而沉淀,易造成浮色、发花、着色力下降,其    次流变性也会发生变化,其原因与树脂(基料)和溶剂的比例、树脂的分    散性能有密切的关系。在树脂不能达到很好的润湿分散效果时,只能借助    于润湿分散剂的帮助,如果使用得当,所有润湿分散剂都有此功能。如国    产的P-104S、卵磷脂、CP-88、 TC系列产品,尤其是有偶联架桥的TM-     27、TM-200S等对假塑性流体的包装印刷油墨十分有效,一般用量为0.1-    3%;
  (4)提高颜料的着色力和遮盖力。人们知道:光的散射度和颜料的遮盖力,    往往会随着粒径的变化存在一个最大值,在印刷油墨中以颜料粘度小为宜    。最简单的认定方法是:A、取0.1g油墨滴在刮板细度仪槽中,持刮刀     90°,从上至下迅速刮下去,如果油墨间断或中断则证明着色力达不到     100%,即说明油墨的印刷适性差或太差,上机印刷不是印刷图文拖尾,就    是易出现枯皮斑状等等。B、取0.1g油墨滴在65×195mm晒图原纸上方,持    刮片25°,从上到下迅速刮下(一气呵成),如果晒图样纸的表面颜料达    不到饱和度,则证明其着色力达不到印刷的要求,即印刷适性差,并易浮    色发花;
  (5)能防止浮色、流挂、沉降效果。使用控制絮凝的润湿分散剂可以防止复    色或间色油墨的浮色、发花,增加稳定性;
  (6)提高墨膜的物理性能。在10多年的实践之后,最佳的颜料分散可提高紫    外线的吸收和反射能力,增加颜料的耐候性和耐化学药品性,因此提高了    墨膜的物化性能;
  (7)改变包装印刷油墨的流变性。实践已经证明,采用不同的润湿分散剂有    时会得到近似牛顿流体的低粘度分散体系的包装印刷油墨,颜料粒子能分    散并接近于原生粒子状态(减少了印刷墨膜厚度),得到一种稳定的理想    分散体系。例如在高颜料比油墨吸油量较高易于形成触变结构的油墨中,    降低粘度,改善流动,确保有较高光泽的流平性,但有的润湿分散剂会使    分散体系具有假塑性粘度和触变性粘度,油墨体系形成结构粘性后便使油    墨体系处于稳定状态,这种防沉淀、防流挂、防浮色发花是由于分散剂颜    填料控制了絮凝作用而使油墨性能得到稳定。
  (8)节省时间及能源。添加润湿分散剂可减少颜填料的研磨时间,也节省了    能源,大大提高了工作生产效率。
    
  如果应用不当,则会造成与上述八种功效相反的结果,会使树脂连结料渗入纸张内(甚至透背),将颜料单一留在表面而失去了墨膜光泽。
  在分子中,阴离子和阳离子有机集团大小基本相等的被称为电中性表面活性剂,其与所有溶剂印刷油墨体系具有良好的混溶性,另外,具有超分散能力的高分子分散剂,由一部分具有强亲和力的聚合链的溶剂,一部分是与粒子表面具有强亲合力的锚碇集团组成,在分散系中锚碇部分和粒子表面进行聚合反应,像铁锚一样牢固地扎在粒子表面上,其分散部分伸展在溶剂里而形成了锚碇吸附层。
  润湿分散剂能形成厚的吸附层,产生外力,使颜料分散体系处于稳定状态,有个别分散剂能使颜料粒子产生共絮凝,防止单一颜料过度絮凝,从而起到了防止油墨浮色发花的作用。
  除了上述已谈到的润湿分散剂能使颜料处于稳定的分散状态或分散状态下控制絮凝外,下面着重谈谈流平剂对补救浮色发花的作用。
  按照纳贝德的涡流学说,添加流平剂的目的在于降低油墨的表面张力,防止包装印刷油墨涡流而造成的发花,使油墨表面光滑平整,达到色彩均一。
  在众多流平剂的助剂中,一般有硅油、有机硅树脂、丙烯酸共聚物等等。我们在实践中已经知道:硅油不能解决颜料的发花,它只能使发花变成浮色,形成均一色相、均一色调的表面,解决不了颜料的分离和絮凝。
  硅油和印刷油墨中的有机物不相混溶在空气与墨膜的界面处浓缩,使表面张力下降。而是在表面扩张,形成单分子层,使曲率半径变大,扩展到全表面,形成光滑的表面状态,防止涡流产生——墨膜表面就形面了一个平滑如镜的墨层面。
  聚丙烯酸酯类的流平剂作用大致与有机硅相同,但应注意有机硅聚合物的活性基团,热稳定性和用量。有的会带来再印刷性的障碍,其次过量使用,住往与油墨体系中树脂相溶性不好,产生枯皮和缩孔等弊病。
  触变增粘剂在油墨体系也会使包装印刷油墨具有结构粘性,改进印刷油墨的流变性。油墨粘度的增加往往会降低其体系中颜料的沉降速度,防止颜料的分离,从而达到消除浮色或发花的目的。但这种助剂并不是所有包装印刷油墨都可以使用,因为增粘剂的添加往往会直接影响着油墨印刷后的流平,一般用量要经试印后来确定(或在印刷前采用展色轮打样),否则,会造成油墨发生絮凝。
  增稠剂和触变剂在包装印刷油墨中已广泛的运用,因为这类助剂能使油墨体系产生结构粘度而改变油墨的流动性,控制颜料的运动。
  另外,预先对颜填料进行表面处理,或改性,也是防止浮色发花的常用方法,而且用量又少。

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