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1、印刷与包装材料 第六讲 4.2 油墨的制造与油墨的体系状态及稳定性 l准备配料混合研磨调整检验分装 l 油墨的制造过程即把颜料颗粒均匀分散到连结料之中。同时加 入（填料、助剂、溶剂，经搅拌成为均匀稳定的混合物） l 所用制墨设备：填料机、捏合机、三辊轧墨机、球磨机、砂磨机等 设备。 l 印刷是针对不同承印物，要用不同设备、不同的油墨。如胶印平台 凸印机、丝网印刷机所用的油墨是粘度较高的浆状油墨；照相凹版印 刷、柔版印刷、报纸印刷所用的是粘度很小的液状油墨。 油墨 油墨 l4.2.1 高粘度浆状印刷油墨的制造工艺 浆状油墨 油墨 调墨油炼制混合研磨调整装桶 工艺阶段 原料 三 辊 轧墨机 炼油用
2、 不锈钢锅 行星式 搅拌机 行星式 搅拌机 捏合机 装桶机 辅助剂 树 脂 干性油 溶 剂 粉状颜料 颜料滤饼 浆状油 墨成品 挤水法 油墨 1.配料 这环节很重要，配方直接影 响油墨的性质、品质。 2.混合 按确定好的配方及加料顺 序依次将连结料、颜料等材 料加入料桶中用搅拌机搅拌 。搅拌机以一定转数，使连 结料和颜料在叶片剪切力和 挤压力下初步浸润及分散， 形成糊状物。为了搅拌均匀 ，搅拌叶可上升下降，也可 调转数。不同粘度的墨所用 叶片数不同。 搅拌机 另一种捏合机是类似食品工业中的和面机，多用于分散亲油性的有 机颜料的挤水法生产油墨是一种比较好的方法。 原理：（利用真空除水）将含水量多
3、的颜料湿浆与连结料一起加 入捏合机中，密闭体系，开动真空泵，捏合挤水，用此种方法使水汽 被抽出除去，待含水量很低的墨料。 油墨 捏合机 3.研磨 油墨的研磨采用轧墨机，常用的是三辊 轧墨机。它是将从搅拌机或捏合机中放出 的墨料进一步分散和研磨，使被初步浸润 的物料细度进一步变细和浸润，达到15m 以下的细度。 三辊轧墨机结构简单，三个辊以内转 数不同，从而产生剪切力。辊的转数是从 机器后部到前部逐步增加，转速比常用的 为1：3：9，辊工作是因不同转速产生剪 切力使油墨和辊子发热。（辊内有冷却水 来降温） 后辊、中辊上方有送料斗，将 糊状墨料送入辊子中，经中辊旋转带到前 辊。前辊上有一与前辊成一
4、定角度的刮刀 将油墨刮下，调中、后辊间距，可改变墨 的研轧粘度，墨通常要轧35次，才能达 小于15m的细度。 油墨 三辊轧墨机 油墨 三辊轧墨机的辊子排列方式 油墨 4.调整 将从三辊轧墨机放下的墨料加入辅助剂、溶剂、调墨油、催干剂等 物料放入搅拌机中，使之混合均匀，调到适应粘度后检验。 5.检验与分装 将调好的墨检验合格后，用分装机分装。 l4.2.2 低粘度液状印刷油墨的制造工艺 油墨 1.配料 配料与高粘度浆状印刷油墨相同 2.混合 一般用槽式搅拌，粘度小时可以不混合直接将色料、连结料、调墨油 等一同投入到球磨机中研磨。 3.研磨 球磨机分卧式、立式两种 球磨机主要部分是一个钢滚筒，筒内
5、有瓷球式钢球。经电机带动使筒 沿中轴旋转，内部装的球与油墨原料不断撞出使墨料受剪切、挤压等 ，直到墨料得到充分的分散为止。 球磨机可连续生产，砂磨机也是能实现连续生产的高效率机器。 卧式球磨机示意图 卧式砂磨机 油墨 油墨 立式球磨机示意图 立式砂磨机 4.调整 调整可用槽式搅拌机或高速分散机。 5.检验与分装 将调整好的油墨进行检验，检验合格后即可分装，黏度较小的油墨 分装一般由全自动分装机分装。 油墨 l4.2.3 油墨的体系状态及稳定性 油墨是一个多相分散体系，其中有固固平衡、固液平衡、液 液平衡。其中固固、固液平衡决定了油墨分散体系的稳定，液 液平衡决定了油墨连结料的品质。所以油墨体系
6、为一个多相分散悬 浮平衡的稳定状态。 1.固液状态对油墨稳定性的影响 油墨中颜料粒子是一个分子的聚集体，由于粒子细比表面积大，表 面又有极性，所以表面自由能较高，热力学上是不稳定体系，易自凝 聚形成固体表面不饱和剩余力，有很好的吸附力（表面力），它使颜 料与连结料浸润过程中得到很好的亲合作用。 油墨 颜料的浸湿过程是气-固界面被固-液界面取代的过程. Wi 为浸湿功，反映液体在固体表面取代气体的能力。 *在已定的分散系统中，要改善分散状态，必须设法降低固-液界面的 界面能。 自由能变化为（变化幅度与固-液亲合性程度有关） -G=GS- SL = Wi 结论：*高能表面（ GS 大）的固体颗粒有
7、利于在介质中的分散。 油墨 亲水颜料表面极性力很强，亲水连结料也是如此，所以两者有很强的 相互作用，它使颜料粒子被包围于连结料之中，使颜料粒子的表面能下 降，界面能也下降。两者很好的亲和体系处于低能稳定、分散状态。 亲油性颜料与亲油性连结料分子极性差，无强烈作用，但接触后表面 、界面处于较低的能量状态，两者处于亲和状态，体系分散稳定。 若亲水颜料与亲油连结料相互之间不作用。无法释放能量两者界面有 较大过剩的极性力，界面能量高，体系不稳，这时可借表面活性剂来提 高两者的亲和力，增加润湿，使体系稳定。 油墨 2.表面活性剂的助稳定作用 表面活性剂分子的结构一端为亲油憎水的长链烷基，另一端为亲水憎
8、油的极性基(羧基、醚基、磺酸酯基）。 表面活性剂有四种：阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型。 油墨 油墨 表面活性剂的作用机理： 增加固体粒子间的排斥，保持分散体系的稳定。 油墨 在水基墨中加入离子型表面活性剂，表面活性剂分解成正负离子后吸 附在颜粒表面，相对应了蜡扩散于介质中，形成对颜粒的包围圈，也即 构成了对围同样电荷颜粒的排斥，从而颜粒外围构成双电层，有效地防 止团体粒子凝聚沉降。 水基连结料中颜料粒子的分散保护层 改善连结料的亲和与润湿能力 作为物体材料来讲自身的极性取决于自身的结构和所具有的基团性质，而 两物体之间的相互作用力主要取决于分子之间常见的力取向力、诱导力 、色散力及
9、氢键。 分子间的取向力示意图 分子间的诱导力示意图 分子间的氢键力示意图 油墨 4.3 油墨的理化性能 l4.3.1 油墨的粘附性 LG SL SG G L 油墨的粘附性油墨对承印物的润湿。 润湿是固体表面的气体被液体取代的过程，即液体分子被吸引向固 体表面的现象，润湿衡量参数是接触角。 油墨 液滴接触角示意图 杨氏润湿方程： SG SL COS LG (1)当 SG 0 LG 0 COS 0 900 不能润湿 SL (2)当 SGSL 0 LG 0 COS0 900 油墨可以在承印物上润湿 油墨 油墨 （3）在数值上，SL总是介于SG和LG之间 即或SG SL LG 或SG SL LG 固体
10、表面被液体润湿的条件是：SG LS SG LG 要使液体润湿固体，液体的表面张力必须小于固体的 表面张力。 即： 油墨 l4.3.2 油墨的干燥性 油墨从橡皮带转印到承印物表面形成液态膜层。膜层经过一系列 物理、化学变化而成为固体膜层的过程叫干燥过程。 从原理看，干燥有化学、物理、光化学干燥几种形式。具体又可 分挥发型干燥、渗透型干燥、氧化聚合型干燥、加垫硬化型干燥、二 液反应型干燥、紫外固化型干燥等。 凸版选矿物油与树脂当主体油，干燥方式为：渗透型干燥。 凹版选挥发性溶剂与树脂当主体油，干燥方式为：挥发型干燥 胶印所用连结料以干性植物油为主，干燥方式为：氧化结膜干燥 无溶剂活性预聚树脂，则在
11、能量下产生化学交联固化而干燥，称反应 型干燥 油墨 1.挥发干燥型 特点：树脂溶于有机溶剂中，印后，溶剂与水分溢出。剩下树脂在承印物表 面经过物理交联失去流动性形成固结干燥的墨膜（膜可用制墨的溶剂再度溶 解）。 采用树脂：松香改性的酚醛树脂、丙烯酸、纤维素等。 单一溶剂的挥发速率可按下列公式计算： Er= K P25M d25 常用溶剂的挥发速率 同类溶剂，沸点越低，挥发越快。 油墨 油墨 若是纯的单一溶剂，其挥发速率为直线，如参入了树脂，则 在后期挥发速度减慢。 2.渗透干燥型 连结料是不干性矿油和松香、沥青等构成。特征不用分子量材 料混在一起，印后，小分子部分的连结料渗入纸内，大分子部分连
12、 结料则同颜料一起固着在承印物上。（即干燥是依靠连结料的渗透 和纸张的吸收两种作用完成的） 印刷墨受压先渗透到纤维的缝隙中，剩余的墨则在纸表成膜，其 后由于纸张毛细管的作用，油墨的连结料继续进行自由渗透。而均 匀分散的颜料粒子间的微细缝隙起到了阻碍油墨中较大分子连结料 的渗透，使连结料粘结在颜料粒子周围。一定时间后，纸的毛细管 渗透与颜料微缝的阻渗达到平衡时，干燥基本完成（是物理干燥、 墨膜耐磨性差些）。 油墨 (r) r 油墨 纸张 r2r1 墨中颜料粒子平均半径小于纸张毛细管的平均半径，则颜料 粒子吸引连结料的能力大于连结料的能力。达平衡，墨中含 有一定量连结料存在。 油墨 (r) r 油
13、墨 纸张 r2r1 颜粒平均半径与纸张毛细管的平均半径相等时，颜料粒子对连结 料的吸引减小。平衡时，含有一定量的颜料粒子随连结料一起渗 入纸内导致纸平面墨层暗淡。 = 油墨 (r) r 油墨 纸张 r2 r1 颜料粒子平均半径大于纸张毛细管的平均半径，大粒子颜料对 连结料的吸引力减少，纸张会大量吸收连结料，使平衡难以实 现，由于过量渗透，使颜料粒子周围失去介质而成干粉，使助 剂粉化。 油墨 3.氧化结膜型 此类墨的连结料主要是由干性植物油组成，由于植物油中脂醋酸的 结构特点大分子中具有不饱和双键或共轭双键，因此分子具有很高的反 应适性，易吸氧，形成氧化聚合反应（近邻的双键氢很活泼很容易在 空气
14、中与氧作用，生成氢过氧化物）在较低能量下即可断键，形成自由 基，然后再与大分子双键反应形成网状结构的大分子。 用过氧化物理论解释的氧化结膜过程： （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 油墨 氧化结膜干燥型油墨流动性好，印刷适性也好，形成的墨膜坚韧 光亮、耐磨。 它的干燥速率受多种因素影响，几种主要的影响有： 纸张酸碱度的影响 纸的PH值越小，干燥越慢。 温、湿度的影响 氧化结膜为化学反应，因此温度越高，反映速度越快。 湿度对干燥的影响与颜料有关，彩色颜料影响不大。炭黑的影响大 ，吸附性大，湿度大，要多加干燥剂。 干燥剂的影响 干燥剂多以
15、铅、钴、锰为主的有机酸，通常以离子形态存在，在氧 化干燥中起到氧的载体作用。降低了与氧反应的活化能，促进了氧 化物的形成。 油墨 4.紫外固化型 在紫外线照射下，油墨在光敏剂的作用下发射功能光聚合反应而形成 干燥墨膜的油墨，也称UV油墨。 此种油墨最大特征是不使用溶剂，主要成分是低粘度的预聚物和活性 单体、光敏剂等。 此类墨所用树脂（预聚）环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等改性的丙烯 酸酯类，具有多官能团，反应后成状高分子，从液固固态速度极快。 5.加热固化型 即在加热条件下产生化学反应而硬化结膜。（用于金属类、塑料类印 刷）树脂多为氨基醇酸树脂，凝油性醇酸树脂和丁酰树脂做混合物。加热 时，一般在醇
16、酸树脂的羧基和氨基树脂的羟甲基之间发生反应形成交联结 构的大分子。 油墨 l4.3.3 油墨的流变性能 1.粘度的概念 粘度流体在流动中所表现出来的内摩擦力的表现，即流体分子间相 互作用吸引而导致的运动阻力，流体的这种性质称为粘滞性，度量它的 物理量称为粘度。 油墨 A(cmA(cm 2 2 ) ) X(cm)X(cm) F(dyne)F(dyne) dxdx dydy 上平行板上平行板 ( (移动移动) ) 下平行板下平行板 ( (静止静止) ) 流体层流体层 F(dyne)F(dyne) 油墨 2.液体的流动性质与流动曲线 牛顿流体 符合牛顿流动定律的流体都称为“牛顿流体”，小分子液体 与高分子的稀溶液属于此类。 其特点：流动曲线是一条通过原点的直线，粘度即是该直线的斜率，粘 度不随剪切力和剪切速率的大小而改变，是
