凹印油墨表面张力相关的印刷质量问题

      液体的表面张力就是液面在空气中自动收缩的能力，对于印刷而言，它与基材的表面张力同样重要，在印刷中油墨表面张力的变化更大。凹印油墨属液体油墨，容易产生一些与油墨表面张力相关的印刷质量问题。

    表面张力影响因素

    影响凹印油墨表面张力的因素主要有4种：

    1)原墨的配方，如树脂、分散剂等的选用。

    2)原墨的稀释率和所用的稀释剂。一般油墨树脂的表面张力都大于印刷基材的表面张力，而常用稀释剂的表面张力又小于印刷基材的表面张力。如20℃时，甲苯的表面张力为2.85×10-2N/m，乙醇的表面张力为2.28×10-2N/m，丙酮的表面张力为2.37 × 10-2N/m。表面张力低的稀释剂可以降低油墨的表面张力。显然，稀释率高则油墨黏度低，油墨表面张力也低。同样的稀释率，表面张力低的稀释剂比表面张力高的更易于降低油墨的表面张力。

    3)温度。液体温度高，表面张力低；温度低，表面张力高。

    4)助剂。如消泡剂、流平剂等可降低油墨的表面张力。

    表面张力对印刷的影响

    油墨稀释是表面张力降低的过程，稀释率越高，表面张力越低。油墨转移到基材上后，随着溶剂的挥发，油墨的表面张力逐步升高，在干燥时达到最高。

    在印刷过程中油墨表面张力升高的原因有2个：一是低表面张力的溶剂逐步减少，二是溶剂，特别是快干溶剂的挥发，导致油墨的温度降低，从而使油墨的表面张力升高。

    油墨表面张力的变化会对印刷过程产生如下影响：

    1)影响油墨的流平。表面张力低的油墨流平较好。

    2)影响油墨的附着力。油墨对基材的润湿程度会影响与印刷基材的附着力，油墨的表面张力越低，对印刷基材的润湿程度越好。

    3)导致印刷中出现印刷故障，如缩孔等。

    印刷故障分析与解决

    凹印油墨正常稀释后，表面张力较低，有利于油墨的流平和附着；油墨干燥后，墨膜表面张力较高，有利于下一色油墨的叠印或下一工序的顺利进行(如复合、涂胶)。

   1. 油墨转移过程 

    就油墨的润湿来说可分2个阶段，油墨对印版的润湿(即油墨对网穴的润湿)和网穴内油墨对印刷基材的润湿。只要任一阶段润湿不佳，油墨的转移都不能正常进行。油墨"润湿"的界定原则是：   

    接触角θs<90°时可润湿，θs>90°时不可润湿。

    但在印刷过程中还有动态润湿存在，液滴向左运动(或被润湿物向右运动)，这时就会产生两个接触角，即动接触角。一个接触角大于θs，为前进角θa；另一个接触角小于θs，为后退角θr。速度一定时，液滴的表面张力越小，前进角越小；反之则越大。液滴移动的速度越大，前进角θa越大；当速度大到一定程度，动接触角就大于90°，导致可润湿体系变为不能润湿体系(即亲液体系变为不能润湿的憎液体系)。在能够润湿的条件下，所能容许的最大界面运动速度叫做润湿临界速度。

    在印刷过程的第一阶段，墨槽内的油墨是静止的，印版滚筒是转动的，属动态润湿状态。在第二阶段，油墨与基材的运动速度相同，属静态润湿状态。由于黏度高的油墨表面张力高，可能导致动态润湿不能完成，即油墨不能充分润湿网穴；也可能导致静态润湿不能完成，即网穴内油墨不能充分润湿印刷基材，最终使油墨转移不良。

    2．缩孔故障分析

    当印刷基材的表面张力与油墨表面张力不匹配，如基材表面张力较低或油墨的表面张力较高时，油墨在承印材料表面不能完全铺展，形成露珠状，即造成缩孔故障。关于缩孔的原因及相关案例列举如下。

    1)基材的表面张力较低。

    2)基材不干净，有油污。大部分油污的表面张力低于基材的表面张力。

    3)基材可能附有一些低表面张力的异物。

    某一包装厂，挤复车间与印刷车间紧紧相邻，挤复机工作时印刷经常出现缩孔。后来挤复车间搬走缩孔消失。原来此工厂在车间内安装的主动送风装置的进风口正好与挤复机排气口距离较近，在300℃以上的高温环境下生产时，挥发的低分子聚合物刚排出室外，马上又被吸入印刷车间，而印刷机高速印刷产生的静电极易使这些低分子物附在基材上而导致缩孔。

    4)油墨配方不合理。

    5)油墨黏度不适。缩孔的形成需要同时满足热力学和动力学的要求，热力学要求油墨的表面张力高至不能润湿基材；动力学要求油墨有流动性且有足够的时间收缩。印刷图文暗调  和实地墨量大、墨层厚，溶剂在挥发时吸收了大量热量，若此时外在的热量不能弥补墨层损失的热量，油墨表层温度的降低致使油墨表面张力升高，而油墨下层温度较高，表面张力相对较低(或基材表面张力低)。根据贝纳尔涡流学说，表面张力低的油墨向周围表面张力高的墨层铺展，墨膜流平变差，严重时就导致缩孔，如果提高油墨的黏度，油墨内溶剂含量少，挥发量少，温度降低幅度小；油墨流动性变差，从油墨转移到基材上到油墨丧失流动性所需的时间缩短，油墨没有足够的时间收缩，从而使印刷品上出现缩孔故障。

    6)油墨稀释剂干燥速度太快。原因基本同上。可通过降低干燥速度来解决。

    7)外在原因使墨层进入干燥箱前溶剂挥发过快，油墨表面张力升高。

    某一印刷厂同一车间安装有九色凹印机和干式复合机各1台，且干燥箱进风口都在车间内，导致车间负压的风机功率有70kW左右。在晚间工作时，经常出现缩孔，停机30分钟后再次开机缩孔消失，但30分种后缩孔再次产生。产生这种现象主要有两个原因。

    一是因为车间的大负压导致大气流的产生，特别是在只有车间门打开的晚间印刷，印刷机色组处的风非常大，而风在油墨的干燥中起着主要作用。负压产生的风吹到墨膜上，墨层在未进入干燥箱之前溶剂已挥发很多，墨层温度剧烈下降使墨层表面张力升高，而此时墨层尚有流动性，于是印刷品上容易形成缩孔。

    二是晚上气温较低导致油墨温度降低，油墨表面张力较高，也会导致缩孔故障。  

    如果两种情况同时存在更易出现缩孔故障。

    为什么停机后再次开机时缩孔就消失呢?

    因为停机一段时间后，车间内气流减小或消失，而再次开机后，车间又逐渐形成大的负压，气流变大，于是缩孔再次产生。可通过提高油墨的黏度、降低油墨的干燥速度、消除车间气流的方法来解决，但最好的方法是消除负压，如把凹印机和干复机进风口移至室外，再在车间安装主动送风装置。

3．改善油墨的流平性

   油墨的表面张力低有利于油墨流平。降低油墨的表面张力可通过添加流平剂、使用低表面张力的稀释剂、选择黏度合适的油墨来解决。

信息来源：中国印刷港