第一章　印刷过程中的润湿

第三节 橡皮布、墨辊的润湿性

　　橡皮布和墨辊固有润湿性，在印刷过程中润湿性的变化，对印刷的正常进行尤其是胶印生产的正常进行非常重要。

一、 橡皮布的润湿性及其变化

　　橡皮布是胶印机油墨转移的中间体。印刷时，橡皮布与印版图文部分油墨接触的同时，也与印版空白部分的水相接触。因此，橡皮布主要由非极性材料橡胶构成，以保证橡皮布最大限度地吸附油墨并转移油墨，最小限度地吸附水分；还要求橡皮布具有最佳的耐油、耐酸、耐氧化和抗老化等性能。为使橡皮布具有良好的印刷性能，除选择适宜的橡胶材料制作橡皮布以外，印刷过程中，在工艺操作上还必须尽量维护橡皮布的润湿性。

　　1．橡皮布的润湿性。橡皮布由胶层和底布组成。胶层包括粘结底布的内胶层和用于转移油墨的表面胶层。胶层的主要组分是天然橡胶和合成橡胶。

　　天然橡胶可以看做是顺式异戊二烯单体的聚合物，即


　　经实验测定，天然橡胶的分子量约为20～50万。因此，聚合度n是个千位数。在平常状态下，天然橡胶是由数千个顺式异戊二烯聚合而成的长线形分子，柔顺的分子链卷曲在一起，使其富有很高的弹性。但是，天然橡胶的耐磨、耐冲击等机械性能较低，湿度效应较差，受热容易发粘、变脆，并且容易发生塑性变形和老化。为了克服天然橡胶在物理性能方面的不足，在天然橡胶中加入硫化剂（一般是硫磺），对橡胶进行硫化处理，使线形结构橡胶分子的一些双键打开，以硫磺作"桥梁"，形成硫桥，发生交联反应，成为立体网状结构。

　　硫化以后的橡胶结构模型如图1－21所示。从图中可以看到，硫原子将线形结构的橡胶分子连结起来，形成了许多网状格子，从而提高了橡胶的机械和物理性能。


图1-21　橡胶硫化后的结构模型

　　经过硫化的橡胶，机械物理性能虽然提高了，但是，一般弹性下降，硬度增大。这是因为硫化剂加的愈多，交联愈多，由硫原子联结起来的网状格子也愈多而造成的。含硫量少的为软橡胶，含硫量达10％以上的就成了硬橡胶。用于橡皮布的橡胶含硫量较少，弹性好，硬度低。印刷用的橡胶墨辊，其硬度的不同，是利用加硫量的多少来实现的。

　　硫化的天然橡胶，耐油性仍然较差，尤其是和煤油等有机溶剂长期接触，就会逐渐溶胀变形。因此，天然橡胶用于橡皮布的表面胶层并不合适。由于天然橡胶具有较大的粘结力，能把橡皮布的底布牢固地粘合在一起，一般作为橡皮布的内胶层使用。但在印刷过程中或清洗橡皮布时，要严防煤油等有机溶剂的渗入，以避免天然橡胶溶胀而使橡皮布“起泡”或“脱壳”。

　　目前，平版印刷普遍使用树脂型油墨，其树脂型连结料中含有一定量的高沸点煤油，这就要求橡皮布的表面胶层耐油性相当好，故橡皮布的表面胶层一般采用耐油性能好的合成橡胶作原料。

　　制作橡皮布表面层的合成橡胶有氯丁橡胶、丁腈橡胶等。

　　氯丁橡胶是由氯丁二烯聚合而成的，即

氯丁橡胶由于氯原子的存在，除弹性耐寒性稍比天然橡胶差以外，耐磨性、耐油性、耐热性耐有机溶剂性、耐臭氧怀、气密性均比橡胶优良，尤其是耐老化性特别好，长时间受到光、以及空气中氧的作用，化学结构不易破坏，仍能保持较好的物理机械性能。

　　丁腈橡胶是丁二烯和丙烯腈在引发剂存在的条件下，共聚而成的，即

丁腈橡胶中由于有氰基（－C≡N或－CN）的存在，因而耐油和耐溶剂的性能特别好，是天然
橡胶无法相比的。

　　氯丁橡胶和丁腈橡胶的分子中，由于存在着氰基和氯原子（－CI）等极性基团，有呈极性的倾向，但仍然以非极性为主，能够被油墨很好地润湿。为了进一步增强橡皮布表面胶层亲油疏水的性能，有的橡皮布表面胶层原料中加入一定量的醋酸乙烯－氯乙烯共聚体。尽管如此，橡皮布在使用过程中，润湿性还是要发生变化的。

　　2．橡皮布表面润湿性的变化。橡皮布包覆在胶印机的橡皮滚筒上，在滚筒相互滚压的过程中，橡皮布每一徽小单元体要周期性地和印版、承印物相接触。印版上的油墨、润湿液，承印物（主要是纸张上脱落下来的纸粉）和橡皮布将发生物理、化学作用，其结果会改变原来橡皮布的润湿性。

　　印刷过程中，由于物理吸附，在橡皮布的表面胶层上会形成掩盖层，这层掩盖层主要是纸粉涂料粒子、植物纤维、油墨中的颜料颗粒等物质堆积而形成的。掩盖层中的物质大部分是极性的，故使橡皮布的非极性减弱、极性增加，亲油性下降、亲水性上升。这样，印版图文部分上的油墨，尤其是微小网点上的油墨，在高速压印时，不能正常地通过橡皮布转移到承印物上，造成印刷品的印迹发虚、网点丢失。另一方面，因为橡皮布的亲水性增加，它将从印版表面吸附较多的润湿液传递给纸张，使纸张的含水量增加，尺寸伸长，套印不准，与此同时，纸张的表面强度下降，纸粉、纸毛堆积橡皮布的程度加剧，致使生产无法进行，这就需要清洗橡皮布，恢复其橡皮布原有的润湿性。

　　天然橡胶分子链上的双键很多，这些不饱和的双键很容易和氧发生反应，使橡胶的分子结构改变，从而发生“老化”现象。

　　天然橡胶硫化处理以后，大部分的双键因为形成“硫桥”而被破坏，但还剩下少量双键。氯丁橡胶、丁腈橡胶等合成橡胶，它们分子结构的主链上也有多个双键，因而由硫化橡胶和合成橡胶为原料制造的橡皮布内胶层、表面胶层也很容易氧化，发生老化现象。

　　橡皮布是在有光线照射的情况下工作的，日久天长橡胶发生老化，表面生成玻璃状的光老化膜。由于这层膜非常光滑，不仅掩盖了橡皮布原来的表面性质，而且使表面的毛细管作用完全消失，亲油传墨性能降低。

　　橡皮布受热以后，产生热老化，使表面胶层变硬、发粘，甚至出现裂纹，不能再使用。此外，橡皮布在转移油墨的过程中，受到印版滚筒和压印滚筒周期性的应力作用，这种交变应力的频度很高（尤其是高速胶印机），因而橡胶的内耗较大，放出的热量使橡皮布胶层的温度上升，又加剧了橡皮布胶层的热老化。为了减缓橡皮布热老化的程度，印刷车间应严格地控制温湿度的变化，实现恒温恒湿的作业环境。印刷中提倡采用适宜的印刷压力转移油墨，在超高速的胶印机上，采用水、墨辊冷却散热的方法，维持橡皮布表面的润湿性。

二、 墨辊的润湿性及其变化

　　墨辊在印刷机上主要是传输油墨的。为了使油墨在墨辊间迅速地展布均匀，印刷机一般采用软质和硬质墨辊交替的方式配置，使相邻的墨辊产生良好的接触。

　　1.油墨润湿墨辊的条件。具有良好亲油性的每一根墨辊，都是从前一根墨辊接受油墨，然后把接受的油墨传递给下一根墨辊。在这个过程中，油墨先润湿墨辊表面，而后附着在墨辊上。若墨辊表面的比表面能为γSG，油墨的表面张力为γ_LG，墨辊和油墨之间的表面张力为γ_SL，则墨辊对油墨的粘附功W_a为：
W_a=γ_SG+γ_LG-γ_SL
　　　　　　　(1-23)

　　油墨本身的内聚功W_c为
W_c=2γ_LG　　　　　　　(1-24)
当油墨的内聚功W_c小于墨辊对油墨的粘附力W_a，即W_c＜W_a时，油墨润湿墨辊表面并附着在墨辊上；当油墨的内聚功大于墨辊对油墨的粘附功，即W_c＞W_a时，油墨不能润湿墨辊表面而从墨辊上脱落下来。考虑到（1－23）和（1－24）两式，得到油墨在墨辊表面附着和脱落的条件分别为
γ_SG＞γ_LG+γ_SL（油墨附着）

γ_SG＜γ_LG+γ_SL（油墨脱落）

　　印刷机上使用的软质墨辊，一般是用经过硫化处理的天然橡胶、合成橡胶、明胶以及聚氨酯等高聚物材料制作的。软质墨辊的辊面虽然是低能表面，但墨辊材料均具有良好的亲油性，所以油墨能很好的润湿辊面并附着在上面。

　　印刷机上使用的硬质墨辊，一般用铁、铜等金属材料制作。金属墨辊的辊面为高能表面，γ_SG＞＞γ_LG＋γ_SL，显然油墨能很好地润湿辊面并附着在上面。

　　2．墨辊润湿性的变化。软质墨辊大多是由橡胶材料制作的，润湿性以及其它的性能基本上和橡皮布相同。但是，墨辊的直径比印版滚筒的直径小数倍，因此，墨辊的角速度约比印版滚筒的角速度大数倍，所以在频度很高的滚压摩擦状况下，发热升温的现象十分显著，热老化首先在墨辊表面发生，造成表面硬化、龟裂，甚至小块小块地脱落。只有磨掉已经形成的热老化层，才能恢复墨辊原来的亲油传墨性能。为了减缓橡胶的热老化速度，印刷机输墨装置中的串墨辊，应该配备有冷却降温的设施。印刷过程中，还要防止油墨在墨辊表面干结成膜和油墨在墨辊上的早期干燥，及时清除墨辊上残留的墨皮，印刷结束时，必须把墨辊清洗干净。

　　硬质墨辊，由于制作材料的不同，在印刷过程中润湿性能的变化也不相同。

　　某些胶印机的串墨辊是用金属铁制作的，例如J2101型胶印机，铁本身的亲油性较差，当润湿液的供应量较大，油墨乳化严重时，润湿液中的电解质或亲水性的胶体，随同润湿液以细小的微珠分散在油墨中被铁吸附，串墨辊上生成亲水薄膜，亲油能力下降，油墨难以附着在墨辊表面，常常出现"脱墨"现象，只有采用物理或化学方法去除亲水膜层，墨辊才能恢复原来吸附油墨、传递油墨的性能。

　　在铁质墨辊表面镀上一层金属铜，制作成金属铜辊，代替铁质的串墨辊。例如，J4102型胶印机采用铜质串墨辊，显然传墨的性能优于铁质串墨辊。但是，铜是容易被氧化的金属，特别是在被乳化的油墨中，润湿液的微滴中含有氧化剂，铜辊面会被氧化生成CuO（氧化铜）。另一方面，印刷机输墨系统中的软质橡胶在传墨中会慢慢地脱硫，铜质墨辊与它长期接触，会在接触的部分生成黑色的条痕，这是铜与硫发生化学反应生成了Cu₂S（硫化亚铜）和CuS（硫化铜）的缘故。被CuO、Cu₂S、CuS覆盖的铜表面，亲油吸墨性下降，导致“脱墨”现象的发生，通常用10％的稀硝酸来清除铜墨辊表面上的这一膜层。

　　合成树脂和塑料等高分子聚合物是非极性物质，具有良好的亲油性能。若将坚固、耐磨的高分子聚合物，浇注到金属墨辊的辊芯上，制成硬质胶辊，不仅传墨性能增强，而且辊面上不会沉积亲水的无机盐层或吸附亲水胶体，墨辊很少发生脱墨现象。现在一些新型的印刷机竞相采用高聚物材料制成串墨辊。但是，这类墨辊的机械强度不如金属，使用中应避免敲击碰撞、墨刀铲刮。

　　高聚物硬质墨辊和橡胶软质墨辊、橡皮布一样，耐溶剂性差，清洗墨辊时，一定要选择合适的溶剂配制成清洗剂，否则墨辊表面将溶胀和溶解，胶层受损而无法使用。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第一章　印刷过程中的润湿]