第五章　平版印刷的油墨转移

第二节　平版印刷的水墨平衡

　　目前，平版印刷中还不能没有水，但是印版上的水分过多或过少都会直接影响印刷质量和生产的顺利进行。如果在胶印机运转中改变润湿液的供给量，就会发生下列问题：

　　水分过大时，印刷品出现花白现象，实地部分产生所谓的“水迹”，使印迹发虚，墨色深淡不匀。与此同时，纸张的变形量增大，图文套印不准，还会沾湿滚筒衬垫或使滚筒壳本锈蚀等。

　　水分过小时，先是在印品的空白部分出现墨污，引起脏版。随着印刷时间的延长，油墨渐渐地堵塞了非着墨的部分，出现“糊版”，位于实地之上的网点区的浅底纹渐渐地被油墨堵死。

　　因此，平版印刷中，润湿液的供给量必须适中。一般要求，在不引起版面起脏的前题下，使用最少的水量，达到水量和墨量的平衡。

一、以相体积理论为基础的水墨平衡

　　油墨和水在胶印机上的传递过程中，油墨的乳化是不可避免的，结果是生成水包油型的或者是油包水型的乳状液。

　　一种液体以细小液珠的形式分散在与它不互溶的液体之中，形成的体系叫“乳状液”。这两种不互溶的液体，在一般情况下，一相是水，另一相是“油”——有机液体的统称。若没为分散相，水为分散介质，则所形成的乳状液称为“水包油型乳状液”，用符号“O/W”来表示；若水为分散相，油为分散介质，则所形成的乳状液称为“油包水型乳状液”，用符号“W/O”来表示。符号“O/W”和“W/O”中的“O”代表油，“W”代表水。O/W型乳状液对于平版印刷过程的正常进行和印刷品的质量危害极大，它会使印刷过程发生所谓"水冲现象"，造成墨辊胶墨，油墨无法传递，导致印刷品的空白部分起脏。如果采有树脂型油墨，抗水性能增加，水冲现象极少发生，所形成的乳状液都是W/O型的，除非供给印版的水量过大时才会形成O/W型的乳状液。以下提到的乳化油墨，如不加说明，均指W/O型乳化油墨。

　　润湿液以微细的液珠形式分散的油墨中，形成W/O型乳化油墨。油包水程度轻微的乳化油墨，粘度略有下降，改善了油墨的流动性能，有利于油墨转移。油包水程度严重的乳化油墨，粘度大幅度下降，墨丝变短，妨碍了油墨的顺利转移。混入油墨中的润湿液还会腐蚀金属墨辊，在辊面上形成亲水盐层而排斥油墨，造成墨辊脱墨。只有严格地控制印版的供水量，才能形成油包水程度适中的乳化油墨。

　　胶体化学中形成乳状液的相体积理论指出，若把分散相的液滴看作是大小相等的圆球(参看图5-5)，则可计算出圆球以最密集的方式堆积时，液滴的体积占乳状液总体积的74.02%，其余的25.98%应为分散介质。若分散相体积所上的比例大于74.02%，乳状液便会发生变型或破坏。若水相体积占总体积的26%～74%，形成的乳状液可能是O/W型的，也可能是W/O型的；若小于26%，形成的乳状液只能是W/O型的；若大于74%，形成的乳状液只能是O/W型的。

　　根据上述理论，要形成W/O型乳化油墨，润湿液的体积占乳化液总体积的比例应在26%以下。实验证实，平版印刷机印刷正常时，印版上的油墨中的润湿液含量都在16%以上，当达到21%(相当于在100g油墨中含22ml的润湿液)时，油墨的传递性能很好，能得到质量优良的印刷品。

　　平版印刷中，印版空白部分始终要保持一定厚度的水膜才能使印刷正常进行。印版上水膜的厚度与印版上油墨的含水量有关，水膜愈厚，油墨中的含水量愈大。

　　按照相体积理论，结合印刷过程中水墨传递的规律，平版印刷水墨平衡的含义归结为：在一定的印刷速度和印刷压力下，调节润湿液的供给量，使乳化后的油墨所含润湿液的体积比例在15%～26%之间，形成油包水程度轻微的W/O型乳化油墨，以最不的供液量与印版上的油墨量相抗衡。



图5-5　均匀球形液体所形成的紧密堆积乳状液

　　二、以表面过剩自由能理论为基础的水墨平衡

　　理论上认为，随着在平版空白部分的润湿液和附着在图文部分的油墨，两相之间若存在严格的分界线，水墨便互不浸润，即可达到静态的水墨平衡。实际上，这种静态平衡在印刷，生产中是无法实现的。但是，可以从润湿液和油墨的表面过剩自由能(或表面张力)出发，找出水墨互不浸扰的能量关系，寻找水墨平衡的条件。

　　图5-6是润湿液表面张力和油墨的表面张力间的静态平衡关系图。平版空白部分附着有润湿液，图文部分附着有油墨。若润湿液表面张力γ^w与油墨表面张力γ⁰，如图5-6(b)所示，在扩散压的作用下，润湿液将向油墨一方浸润，使印刷品上的小网点、细线条消失。如果润湿液的表面张力与油墨表面张力，如图5-6(a)所示，在扩散压的作用下，油墨将向润湿液一方浸润，使印刷品的网点扩大，空白部分起脏。只有当润湿液的表面张力等于油墨的表面张力，如图5-6(c)所示，界面上的扩散压才为零，润湿液和油墨在界面上保持相对平衡，互不浸润，印刷品的质量才较为理想。


图5-6　润湿液与油墨的静态平衡关系

　　从以上分析中得知，为满足水、墨静态平衡的要求，润湿液和油墨应当取同样大小的表面张力值，油墨的表面张力约在3.0～3.6×10²N／m的范围内，润湿液的表面张力应在这个范围内。

　　从第一章讲述的液体润湿固体的条件得知，润湿液若要在平版空白部分铺展，必须满足下面的条件：
S＝γ_SG－γ_SL－γ_LG≥0

　　式中，S为铺展系数，γ_SG表示平版空白部分的表面过剩自由能，一般为7.0～9.0×10^-1J／m²，γ_LG表示润湿液的表面张力，γSL表示润湿液和平版空白部分之间的界面张力。上式表明，γ_LG愈小，S愈大，润湿液的铺展性能愈好。

　　按照表面过剩自由能的理论，采用表面张力较低的润湿液，便有可能用较少的水量实现平版印刷的水墨平衡。

　　在实际的生产中，平版印刷中的水墨平衡是在动态条件下实现的。经验表明，润湿液的表面张力略大于油墨的表面张力，一般认为润湿液的表面张力值约为4.0～5.0×10²N／m时，有利于实现水墨平衡。

三、以场型理论为基础的水墨平衡

　　水分子是具有特殊性质的化合物，由氢元素和氧元素组成，分子的偶极矩等于6.17×10³⁰C·ｍ(库仑·米)，分子的结构不对称，是极性很强的分子。

　　水分子由氢原子和电负笥很强的氧原子化合而成。因此，一个水分子中的氢原子具有贡献出电子与另一个水分子中的氧原子结合形成氢键的能力。在常温常压下，液体状态的水分子，常常不是以单个的水分子存在，而是形成二聚体、三聚体或四聚体。氢键是一种弱键，它的键能较小。因此，氢键很容易形成，也很容易断裂，极不稳定。

　　水能够导电，因而可以认为水具有金属导体在电结构方面的特点，即具有自由电子。当水不带电也不受外电场的作用时，水中的负电荷和正电荷相互中和，整个导体都是中性的，水分子排列也杂乱无章。如果将该导体放入静电场中，按照物理学的理论，这个电场将驱使导体内的自由电子在其内移动，从而使导体内正负电荷重新分布，结果使导体的一端带正电荷，而另一端带负电荷，使杂乱无章的水分子按其正负有序的排列起来，而在其周围形成一个“场”。这个场使水分子之间的牵引力增强，有人曾比喻：就像小朋友手拉着手一样，更加紧密。

　　平版，在制版过程中，非图文部分都经过了很好的亲水处理。如阳图PS版，非图文部分有亲水性良好的Al₂O₃(氧化铝)薄膜，当着水辊把强化处理过的水传递到平版的非图文部分时 ，水很快的附着在上面，并在非图文部分形成一个场。在场的作用下，水分子相互之间的牵引力(拉力)增大。因此，水和油墨在接触过程中，非图文部分的水很难进入油墨中，油墨也很难浸入非图文部分的水中，使印版非图文表面的水膜和图文表面的墨膜之间，形成更加接近理论上存在的分界线，达到油水互不浸润的水墨平衡。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第五章　平版印刷的油墨转移]