印刷与包装材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,准备配料混合研磨调整检验分装,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）,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,4.2.1,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,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,按配方及顺序依次将连结料、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,捏合机,类似食品工业中的和面机，多用于分散亲油性的有机颜料,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，得到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,进一步变细和浸润,，达到15,m以下的细度三辊轧墨机结构简单，三个辊的转数不同，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定角度的刮刀将油墨刮下，调中、后辊间距，可改变墨的研轧粒度，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4.2.2,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，粘度小时可以不经过混合步骤而直接将色料、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，筒内有瓷球或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击使墨料受剪切、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,4.2.3,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，由于粒度小、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。

由于颜料表面存在晶格缺陷，有很好的吸附力（表面力），这个力使颜料与连结料之间得到很好浸润（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.,W,i,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,=W,i,结论：,*高能表面（,GS,大）的固体颗粒有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，体系分散稳定油墨,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：,增加固体粒子间的斥力，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，离子基团位于颜料颗粒外侧，形成对颜粒的包围，颜粒外围构成双电层，颜料颗粒带同种电荷，颜粒颗粒相互排斥，有效地防止颜料粒子凝聚沉降水基连结料中颜料粒子的分散保护层,表面活性剂的作用机理,：,改善连结料的亲和与润湿能力,物质的极性取决于,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（范德华力）取向力、诱导力、色散力及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,表面活性剂的作用机理,：,4.3 油墨的理化性能,4.3.1,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，表征润湿的参数是,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,0,90,0,不能润湿,SL,(2)当,SG,SL,0,LG,0,COS,0,90,0,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,4.3.2,油墨的干燥性,油墨从橡皮滚筒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,、,加热硬化型干燥，,、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（水分）溢出树脂在承印物表面经过物理交联后失去流动性而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,P,25,M,d,25,Er溶剂挥发速率 P,25,25,时的饱和蒸汽压,K常数 d,25,25,时的密度,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、沥青等构成不同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,r,2,r,1,墨中颜料粒子平均半径,r,2,小于纸张毛细管的平均半径,r,1,，,则颜料粒子吸引连结料的能力大于纸张吸引,连结料的能力,达平衡时，墨中含有一定量连结料存在油墨,(r),r,油墨,纸张,r,2,r,1,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,r,2,r,1,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，干燥越慢纸张,的pH值,过低，其中的酸性物质会和油墨中的催干剂反应，减缓油墨的干燥）,温、湿度的影响,氧化结膜为化学反应，因此温度越高，反应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,干燥剂多以铅、钴、锰为主的有机酸盐，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产生自由基，引发单体（连接料）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，反应后生成网状高分子，从液相固态速度极快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的混合物加热时，一般在醇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,热固,油墨,不含溶剂，常温下挥发量极小，,加热,到一定温度时，才发生交,联反应而,固化,，,4.3.3,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(cm,2,),X(cm),F(dyne),dx,dy,上平行板 (移动),下平行板 (静止),流体层,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，是一个常。