第七章 印刷过程中的几个问题

第一节 油墨的叠印

　　在彩色印刷中，后一色油墨在前一色油墨膜层上的附着，叫做油墨的叠印，也叫油墨的乘载转移。彩色印刷品上的颜色，一般是通过面积大小不同的黄、品红、青、黑等色的网点叠合或并列而呈现的。因此，印刷品的色彩再现效果，不仅牵涉到油墨的光学性质，而且也与油墨叠印的先后和油墨叠印的多少有关。

一、叠印率及其测定

　　叠印率，也叫油墨的受墨力，是度量油墨叠印程度的物理量。叠印率的数值越高，叠印效果越好。


　　叠印率可以通过测定各色油墨的密度和油墨叠印的密度值来计算，在研究油墨叠印现象时，常把第二色油墨在第一色油墨膜层上的叠印做为讨论的重点，故用油墨密度表示的叠印率定义为


　　f_D(2/1)=D_2.1/D₂×100%　　　　　　　　　　　(7-1a)


　　式中，f_D(2/1)上用油墨密度表示的第二色墨在第一色油墨上的油墨印率，D₂是印在纸张上的第二色油墨的密度，D_2，1是叠印在第一色油墨上的第二色油墨的密度。


　　在图7-1中，除D₂、D_2，1外，D₁表示印在纸张上的第一色油墨的密度，D_1＋2表示两色油墨叠印的墨层的总密度，由于故


　　D₁₊₂=D₁+D_2,1

D_2,1=D₁₊₂-D₁


　　(7-1a)式可改写为

f_D(2/1)=(D₁₊₂=D₁)/D₂×100%　　　　　　　　　　　　(7-1b)


　　彩色印刷品的颜色，一般由黄(Y)、品红(M)、青(C)3色油墨中的2色或3色叠印而成。测定某一单色油墨的密度时，利用减色法在密度计中安装一只滤色镜，滤色镜的颜色通常和所测油墨的颜色成补色。如，测黄油墨的密度用蓝滤色镜，测品红油墨的密度用绿滤色镜，测青油墨的密度用红滤色镜。


　　如果不用和所测油墨的颜色成补色的滤色镜，测得的单色油墨的密度都偏低。因而在涉及到油墨密度值时，应当说明测定时使用的密度计的型号以及所用滤色镜的颜色。




图7-1 用密度表示的油墨叠印率




图7-2 油墨密度的测定


　　为了按(7-1b)式计算油墨叠印率，要用密度计测定式中的D₁、D₂、D_1＋2。为了实用上的需要，通常选用和第二色成补色的滤色镜。例如，第一色用黄油墨，第二色用品红油墨，叠印出来的墨层则呈红色。若按(7-1b)式计算f_D(M/Y)时，测各墨层的密度D_Y、D_M、D_Y＋M，就要使用品红色的补色-绿色滤色镜。这样做的理由是，品红油墨反射的品红光是由红光(R)和蓝光(B)混合而成的，全部被绿滤色镜所吸收；黄油墨所反射的黄光是由红光(R)和绿光(G)混合而成的，其中的红光亦被绿滤色镜所吸收，如图7-2所示。所以，密度计测得的D_Y＋M(即品红、黄两色油墨叠印起来的墨层的密度)也包含了黄油墨中被绿滤色镜吸收的红光的密度，这个密度值的大小就等于用绿滤色镜测得的直接印在纸张上的黄墨层的密度D_Y、D_Y＋M-D_Y即是消除了黄油墨的干扰，是附着在黄墨层上的品红墨层的密度，即(7-1a)式中D_1＋2了。同样的道理，用红、绿、蓝滤色镜可以分别测得下列计算油墨叠印率公式中的各个密度。


　　使用红滤色片可测：


　　f_D(C/M)=(D_M+C-D_M)/D_C×100%

f_D(C/Y)=(D_Y+C-D_Y)/D_C×100%


　　使用绿滤色片可测：


　　f_D(M/Y)=(D_Y+M-D_Y)/D_M×100%

f_D(M/C)=(D_C+M-D_C)/D_M×100%


　　使用蓝滤色片可测：


　　f_D(Y/M)=(D_M+Y-D_M)/D_Y×100%

f_D(Y/C)=(D_C+Y-D_C)/D_Y×100%

二、干式印刷的油墨叠印

　　先印的油墨固着在承印物上在接近干燥时，后一色油墨才印刷并附于其上，称之为干式印刷。用单色胶印机进行多色印刷以及使用多色凹印机、多色柔性版印刷机的印刷，均为干式印刷。油墨的叠印是以湿压干的方式进行的。


　　承印物上附着上油墨以后，表面原有的性质因被油墨覆盖而改变，墨膜表面性质就成了影响油墨叠印的主要因素。


　　印刷过程是墨膜分裂并转移到相应物面上的过程。当油墨的内聚力(即油墨分子间的力)小于油墨与物面间的附着力时，墨膜在附着力的作用下，先是分裂而后转移，这是墨膜对附着力的一种动态响应。墨膜本身在此动态过程中表现出来的的阻止墨膜破裂的能力，叫做油墨的粘着性。因此，粘着性的实质是油墨内聚力在附着力的作用下的一种表面。如果第一色油墨的粘着性大于第二色油墨的粘着性，第二色油墨能够很好地附着在第一色墨膜上，叠印效果良好。相反，如果第二色油墨的粘着性大于第一色油墨的粘着性，第二色油墨不仅能在第一色墨膜上很好地附着，而且还会把第一色油墨带走，叠印便无法实现。可见，油墨的粘着性对于油墨的叠印有着十分重要的意义。




图7-3 油墨的Tack值与油墨干燥时间的关系


　　图7-3是油墨的粘着度(Tack)和油墨干燥时间的关系曲线。从中可以看出，油墨的Tack值起初随油墨干燥时间的增加而增加，很快达到某一最值，随后便随着干燥时间的增加而缓慢的减小，待油墨完全干燥便失去了粘着性。


　　在干式印刷中，若两色油墨的印刷间隔控制不当，先印的油墨已经干燥才印后一色油墨，则因干燥的墨膜已失去了粘着性，墨层的油墨很难附着上去，这便造成了所谓的"油墨晶化"现象，它是一种印刷故障。为了防止油墨晶化现象的发生，第一色油墨不宜加放燥油，有时为延缓油墨的干燥，还需要在油墨中添加抑制油墨干燥的助剂。


表7-1 f′、b和印刷间隔

印刷间隔(h)	黄上印青		青上印黄		黄上印品红
	f′	b(g/m2)	f′	b(g/m2)	f′	b(g/m2)
2	0.484	0.310	0.435	0.090	0.480	0.380
6	0.500	0.240	0.450	0.032
24	0.488	0.154	0.471	0.017	0.474	0.300

　　油墨转移方程建立了油墨转移量y与油墨供给量χ之间的关系，对研究叠印中的油墨转移问题仍然适用。表7-1列出了两色油墨印的油墨转移方程的参数f′和b的数据。表中的数据f′，b是这样得到的：取黄、品红、青三色油墨，油墨性能的数据如表7-2所列。在印刷适性试验机上，以6.5N/m的印刷压力、0.2m/s的印刷速度进行印刷，用1.5g/m²的墨量先印第一色，经过表中所设定的时间间隔再叠印第二色，叠印的顺序在表7-1中指明。测定出转移第一色墨膜上的第二色油墨的墨量y与印刷第二色之前印刷盘上的墨量χ，利用(4-20)式y(χ)＝f(χ)+b(1－f′),便可计算f′和b来。


　　表7-1给出的实验数据表明，第二色与第一色的印刷间隔对f′值的影响不大，但对b值的影响不容忽视，随着印刷间隔的增大，b值有较大幅度的下降，因此在干式印刷中，叠印效果要受到b值的支配。




表7-2 油墨的流动特性(℃)

油墨	塑性粘度ηp(Pa·s)	屈服值τo(Pa)	墨丝短度τo/ηp
黄墨(Y)	21.5	1500	69.8
品红墨(M)	25.3	2900	114.6
青墨(C)	15.0	1650	110.0

　　凸版彩色图版印刷，印刷间隔较长，第二色油墨叠印时间掌握不当时，就会发生油墨的晶化。如果发生了油墨的晶化，也还可以找到弥补的借施，如果棉布摩擦干燥的油墨表面，使之变得粗糙；或者把油墨晶化的半成品放置在高湿度地方，使油墨吸湿膨胀而变粗；或者把油墨晶化的半成品用红外线照射，使油墨受热膨胀变粗，油墨表面变粗后，印第二色油墨就容易附着了。这些措施实质上都是使b值增大，进而提高第二色油墨与第一第油墨间的附着力，改善油墨叠印的效果。


　　在纸张、油墨、印刷条件固定情况下，提高叠印效果，就需要掌握好印刷间隔。


表7-3 叠合墨层密度、叠印率与印刷间隔

t(h)	0.25	0.5	1	2	3	4	5	5.5	6	7	8	9	10	11	12	13
DY＋C	1.60	1.69	1.70	1.73	1.74	1.76	1.87	1.77	1.91	1.93	1.95	1.92	1.90	1.88	1.76	1.76
fD(C/Y)(%)	17.78	19.07	20.00	21.78	22.90	23.06	24.00	20.01	25.12	26.00	26.78	25.57	24.82	24.50	23.36	20.71

　　表7-3列出了两色油墨叠印的印刷间隔t、叠印墨层的密度D_Y＋C、油墨叠印率f_D(C/Y)的实验数据。使用的第一色油墨是天津中黄3135油墨，墨层厚4μm；第二色油墨是天津孔雀蓝3450油墨。按选定的印刷间隔在AIC2-5型印刷适性试验机上进行印刷，印刷压力是6.25N/m，印刷速度是0.2m/s。印刷完成后，用美国马克贝斯(Macbes)密度计测出D_Y、D_C＋Y、和D_C，进而计算出油墨叠印率f_D(C/Y)。




图7-4 叠印率与印刷间隔的关系


　　按表7-3的数据拟合的f_D(C/Y)-t曲线如图7-4所示。从中可以看出，f_D(C/Y)的最大值出现在t为8h时，即第一色印后，间隔8h再印第二色，油墨叠印率最高，叠印效果最好。但以8h为最佳印刷间隔，在生产实际中不易实现，因为这个时间限定得过于刻板。分析f_D(C/Y)最大值两侧的曲线基本上是对称的，这是第一色油墨的粘着性随时间变化所引起的叠印率变化的结果。因此，在叠印率达到最大值的邻近时间内，第二色油墨的叠印均能获得良好的叠印效果。但必须注意，不同印刷间隔所印得的印刷品的叠印密度之差不应超过±0.1，这是因为人眼对于±0.1以下的密度变化才不敏感。表7-3中所列的D_Y＋C是黄墨和青墨叠印后的墨.层密度。5h之间和11h之后的D_Y＋C与8h的D_Y＋C之间差都超过了0.1，因此，第二色青墨应在第一色黄墨印刷5h后开始印，最迟不能超过11h，这样才能得到墨色均一、叠印率较高的印

刷品，即叠印的是最佳时间范围是5～11h。当然，纸张、油墨、印刷条件不同，最佳叠印时间范围也不一样。上例是从一个特定的情况中得到的结论，5～11h的最佳叠印时间并没有普遍的意义。在生产实际中，要模拟具体的印刷条件，预先测出符合生产实际情况的最佳叠印时间范围，这对防止油墨晶化，提高油墨叠印效率是很必要的。

三、湿式印刷的油墨叠印

　　使用多色胶印机印刷时，每色之间的印刷间隔极短，前面印刷的油墨在几分之一秒内就需要叠印新墨，先印上去的油墨来不及干燥，后一色油墨就要往上叠印，墨膜在湿的状态下相互附着，故称之为湿式印刷。油墨的叠印是以湿压辊的方式进行的。




图7-5 叠印中的油墨转移


　　干式印刷中，后印的油墨是向已经固着并逐渐干燥的先印的油墨上转移，后印的油墨在墨膜的中间分离，即一半转移到前一色墨膜上，另一半仍留在印版表面，如图7-5(a)所示。若叠印前，印版表面的墨膜厚度为A，油墨在A/2处分裂；湿式印刷则不然，后一色油墨一般是在两色油墨叠合的墨膜中间分裂，少部分转移到前一色湿的墨膜上，大部分油墨仍然留在印版表面，如图7-5(b)所示，后印油墨在(A＋B)/2处分裂。


　　显然，湿式印刷的油墨叠印率比干式印刷的油墨叠印率低，油墨转移情况远不如干式印刷的转移情况好，叠印过程中，出现的现象较复杂，影响油墨叠印率的因素也较多。例如，在某种印刷条件下，有时甚至会发生先印的油墨被后印的油墨"粘走"即所谓的"逆叠印"现象。研究湿式印刷的油墨叠印问题，对提高多色高速印刷品的质量是兴足轻重的。


　　用四色胶印机印刷时，先行印刷的油墨尚未固着时，就要接纳新的油墨。这时叠印能否进行，就要看先印的油墨与后印的油墨的粘着性哪一个大了。如果后者比前者大，则先印的油墨便被后印的油墨"剥走"，产生"逆叠印"，这样湿式印刷就无法正常进行。从叠印效果的角度来看，四色胶印机第一机组印版滚筒印在承印物上油墨的粘着性，必须高于第二机组印版滚筒上的油墨粘着性，否则第一机组印版滚筒印上去的油墨将被第二机组的印版滚筒粘走。因此，在四色胶印机上使用的油墨，往往是按照各机组滚筒的顺序，使油墨的粘着性逐渐降低。


　　油墨的粘度，对湿式印刷的叠印效果也有很大的影响。油墨的粘度大，墨层表现出较大的内聚力，如果先印的油墨的粘度比后印的油墨的粘度低，后印的油墨会依赖自身的内聚力，把先印的油墨剥走。因此，四色胶印机上使用的油墨，也应该是按照各机组滚筒的顺序，使油墨的粘度逐渐降低。


　　提高湿式印刷的油墨叠印率，除了需要控制油墨的粘着性、粘度以外，还要考虑印刷油墨的墨膜厚度和印刷色序。


　　油墨的密度和墨膜厚度有一定的关系，一般随着密度值的增大，墨膜厚度也逐渐的增加。国际上许多国家都制定了印刷品密度的标准。我国行业标准CY/T5-91中规定：精细产品(一般用铜版纸印刷)的密度范围黄是0.85～1.15，品红是1.25～1.55，青是1.30～1.60，黑是1.40～1.80。若都按最高密度值计算，实验结果表明：黄墨密度为1.15，墨膜厚度约1.0μm，青墨厚度为1.6，墨膜厚度约0.85μm；黑墨密度为1.8，墨膜厚度约0.75μm。采用上述密度的油墨，按黑→青→品红→黄的顺序印刷，其叠印效果良好。但是，如果印刷顺序改成黑→青→黄→品红时，墨膜厚度的顺序依次变成0.75μm→0.85μm→1.5μm→1.0μm。显然品红油墨的叠印不良。若增加品红墨膜的用量，叠印情况虽然有所好转，但色偏，印刷品上的灰平衡被破坏，而且墨量的增加，也加剧了网点的扩大。


　　明度是表示油墨性能的一项重要指标。明度高的油墨，颜色鲜艳。把明度高的油墨放在最后一色印刷，能使整个画面色彩鲜艳明亮。而明度最低，作为画面轮廓用色较浓重的油墨，应该最先印刷。黄、品红、青、黑四色油墨，其中黄油墨的明度最大，黑油墨的明度最小。如果在四色胶印机上，第一色印墨油墨，最后一色印黄油墨，便能得到色泽艳丽的印刷品。从目前彩色印刷品的制版、印刷工艺条件和油墨呈色的性质来看，多色印刷采用逐渐增加墨膜厚度的黑→青→品红→黄的印刷色序，对提高多色印刷品的叠印效果是有利的。


　　综上所述，为了提高湿式印刷的叠印效果，多色胶印机油墨的粘着性和油墨的粘度，应按照印刷滚筒的排列顺序使第一色＞第二色＞第三色＞第四色，先印明底低的黑或青油墨，后印明度高的黄油墨。表7-4所列上海牡丹牌四色胶印油墨的粘度、明度值数据，就是为适应四色胶印机油墨叠印的色序而设计的。


表7-4 上海牡丹牌四色胶印油墨的粘度、明度值

项目	黑墨	青墨	品红墨	黄墨
粘度(P)	1188.2	488.5	477.1	147
明度	1.91	5.95	5.43	8.68

　　近些年来，底色去除工艺在制版、印刷中逐渐得到应用。这样，黑版在彩色印刷品的复制中，就不只是起到弥补墨色相误差和提高图像轮廓再现性的作用，由原来的辅助印版转变成对图象队调色彩再现具有重要作用的印版，黑墨的用量增加。因此，如果以黑版为主，底色去除量又较大时，大逆叠印的角度分析，四色胶色机采用青→品红→黄→黑的印刷顺序较好。


　　但是油墨的粘着度、粘度、墨膜厚度的变化，仍应符合多色胶印机湿式印刷所应具备的基本要求。遇到这种情况，需要在油墨中加入某种助剂，调节油墨的粘着性、粘度，控制墨膜厚度，使叠印顺利进行。

四、油墨叠印的机理*

　　图7-6是两色油墨叠印的示意图，在叠印过程中，第二色油墨先与第一色油墨粘着，随后分裂，一部分转移到第一色墨层上。前已指出，这叫乘载转移，指的是油墨向墨层的转移，以区别油墨向承印物的直接转移。


　　油墨乘载转移的过程，亦即油墨叠印的机理可以根据油墨分裂和转移的空洞理论加以说明。空洞理论认为：在油墨分裂的过程中，空洞的产生是油墨分裂的肇端，空洞产生的速度和数量可作为油墨分裂难易程度和速度快慢的量度。而空洞产生的速度和数量，首先和墨层内部受到的剪切应力有关，在其它条件一定的情况下，则首先和油墨的粘度有关。如果其它条件都相同，则粘度低的油墨易产生空洞，产生空洞的速度愈快，油墨愈容易分裂。这就是要求第二色油墨的粘度要比第一色油墨的粘度低的主要原因。此外，在形成空洞的核的过程中，油墨中颜料粒子的数量和性质也起着不容忽视的作用，油墨中所含的颜料的粒子愈多，疏油性愈强(即难以被连结料所润湿)，空洞发生的几率愈大，愈是有助于油墨的分裂和叠印。如果叠印的两色油墨具有同样的粘度，则可借助于提高第二色油墨中颜料的含量和疏油性，达到改善油墨叠印效果的目的。第二色墨层分裂的部位，自然与墨层中粘度的分布和颜料粒子浓度的分布有关。沿墨层厚度墨层内油墨粘度的分布，大致是均匀的，这是因为叠印中热效应的影响并不显著。沿墨层厚度墨层内颜料粒子的浓度分布，则因采用印刷方式的不同而不同。如果采用干式印刷，叠印第二色油墨时，第一色墨层表面趋于干燥，第二色油墨中的连结料无法渗入，油墨颜料粒子的浓度仍然是均匀的，墨层内空洞发生的机会也处处均等，墨层便在中间分裂，而后转移。这就是干式印刷中第二色墨层均等地一分为二，分别转移到第一色墨层和印版滚筒上的原因。如果采用湿式印刷，叠印第二色油墨时，第一色墨层外于未干的状态，第二色油墨中的连结料将部分渗入，致使在第二色墨层中靠近第一色墨层的地方，颜料粒子浓度比别处高，这里空洞发生和墨层分裂的机会也就比别处多，于是油墨便在这里分裂，而后转移。这就是湿式印刷中第二色墨层在靠近第一色墨层的地方分裂，大部分被

印版滚筒带走，少部分转移到第一色墨层上的原因。




图7-6 油墨叠印模型


　　从以上的讨论中，得到这样的结论：按照油墨分裂和转移的空洞理论，油墨的粘度和油墨中所含颜料粒子的数量和性质，可以做为估计油墨叠印效果的尺度。但这样的结论是在墨层内部剪切速率一定的前提下得到的。如果考虑到油墨内部效果的尺度。但这样的结论是在墨层内部剪切速率一定的前提下得到的。如果考虑到油墨内部的剪切速率，就必须考虑到由此而引起的墨层的弹性效应。也就是，必须把油墨作为粘弹性物体来处理，特别是当墨层内的剪切速率相当大的，这样做更加必要。


　　油墨的粘着性(即Tack值)和油墨的丝头短度(即油墨的屈服值τO与油墨的塑性粘度μp之比，表征油墨拉丝性能的大小)是两个表征油墨粘弹性等性质的物理量。用粘性和丝头短度来估计油墨叠印的效果，在高剪切速率的条件下更臻合理。以丝头短度为例，当剪切速率较低时，丝头短度大(即拉丝短)的油墨，粘度低，空洞发生的机会多，容易分裂；当剪切速度很高时，丝头短度大的油墨弹性响应非常明显，即使粘度较低，也不会有很多的空洞产生，油墨的分裂就变得困难起来了。


　　从能量的观点看，墨层的分裂必须吸收部分能量(即破坏能)，破坏能来源于印刷过程中的印刷压力所造成的冲击功，冲击功在墨层中是以冲击波的形式传播的。两色油墨叠印时，冲击功从两色油墨的交接面同时向两色墨层传播。两色墨层中，粘着性能密度高的，吸收大部分能量，能承受这个冲击波；粘着性能密度低的，则吸收部分能量而破坏，造成墨层的分裂。


　　因此，当两色油墨叠印时，总是有一色墨层分裂，另一色墨层保持完好，为保证叠印的顺利进行，后一色油墨的粘着性能密度总要比前一色油墨的粘着性能密度低。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第七章 印刷过程中的几个问题]