油墨顏料顆粒尺寸對(duì)印刷質(zhì)量的影響
福州印刷網(wǎng) 2008-5-10 13:02:12 來(lái)源：中國(guó)印刷網(wǎng)
控制印刷油墨色彩的重要因素是顏料的強(qiáng)度和它的不透明性。在平版印刷和柔性版印刷中產(chǎn)生的墨膜非常的薄，大概2個(gè)微米，這對(duì)顏料來(lái)說(shuō)就需要有高的色強(qiáng)度，以便得到最大的顏色色階。同樣，對(duì)多色印刷來(lái)說(shuō)，由于需要進(jìn)行青、品、黃油墨層的疊印，故顏料必須具備較高的透明度（低的不透明性），因?yàn)楣饩�必須穿過(guò)三層油墨然后再反射回人的眼睛，且油墨只是吸收它們補(bǔ)色光。
顏色的強(qiáng)度和不透明度的特性都由顆粒尺寸來(lái)決定；不透明度是散射的函數(shù)。如果散射很強(qiáng)烈以至于沒(méi)有光線通過(guò)材料通常被稱為不透明。很少的顆粒就會(huì)散射很少的光線。散射隨著顆粒尺寸的增加而增加，直到它們的尺寸增加到和光的波長(zhǎng)處于一個(gè)數(shù)量級(jí)，而后，散射又減小了。因此，油墨顏料的最大不透明度是在光波長(zhǎng)的一半附近（200–400 nm），隨后顆粒尺寸圖譜中，該最大不透明度兩面都呈下降的趨勢(shì)（如圖1所示）。顏料的色強(qiáng)度隨著顆粒尺寸的減小而增加，并在0.1µ m附近呈現(xiàn)出顯著上升（漸近式）的趨勢(shì)。從顆粒尺寸的角度來(lái)說(shuō)，這是個(gè)較小的且重要的尺寸。
印刷油墨中顏料晶體的平均寬度和厚度在0.015 和0.04 µm之間。
聚集和晶體尺寸
盡管有很少例外的情況，油墨顏料通常由特殊晶體的混合物、小的部分晶體的聚集體和一些大的聚集體組成。在一個(gè)著色的油墨分散體系中，不只是個(gè)別晶體的尺寸很重要，而且它們聚集的角度也很重要。單個(gè)晶體的尺寸在制造過(guò)程中通過(guò)一種或者多種選擇來(lái)進(jìn)行控制。這包括多種可變參數(shù)，例如沉淀過(guò)程中尺寸的增加、沉淀后的研磨、溫度、濃度，pH值以及后處理（如退火）。
小的晶體尺寸不但對(duì)高的透明度和色彩的強(qiáng)度，而且對(duì)優(yōu)良的光澤面和高黏性也有很大的提升作用。較大的晶體比較容易分散并且有較大的不透明度，但制備的油墨的黏度較低。然而，當(dāng)顆粒尺寸減小的時(shí)候，對(duì)很多給定的材料來(lái)說(shuō)，整個(gè)表面積和相關(guān)的表面能量很快的增加。（例如，邊長(zhǎng)為1cm的顏料的立方實(shí)體，它的整個(gè)的表面積為6cm2，6個(gè)平面每個(gè)平面1cm2。就亞微米尺寸范圍的顆粒而言，它的整個(gè)表面積超過(guò)了100m2）表面能的增加是因?yàn)樵谠黾訌澖�、邊緣和晶體污點(diǎn)的時(shí)候，在分子力之間產(chǎn)生了不平衡性。自然界為了提供一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，總是在尋找一個(gè)較低能量的系統(tǒng)。例如，水滴和肥皂泡都是球形的，因?yàn)檫@種幾何形狀提供了最低的表面積和表面能。在油墨顏料的情形中，如果粒子聚集成較大的，較低的表面積/表面能的構(gòu)型，大的表面積和高的表面能就會(huì)減到最小。
在實(shí)際中，非常小的晶體不得不聚集成一定的程度使得它們?cè)谌魏涡螒B(tài)下都易于控制。另外，尺寸大小在亞微米范圍的煙氣將分散于大氣中。因而，理想的油墨顏料應(yīng)該是在無(wú)水的狀態(tài)下是聚集的，但是在適合的油墨連結(jié)料中它又會(huì)很容易的被分散。
顏料的分散
顏料在油墨連結(jié)料中的分散一個(gè)很重要的要求是液體媒介應(yīng)該能夠在晶體的表面和貼近晶體的區(qū)域之間進(jìn)行滲透，因而在顏料顆粒和液體之間形成了一個(gè)互換的橋梁。為了顏料顆粒能夠很好的潤(rùn)濕，顏料表面的表面能必須比分散劑表面的表面能高些（表面強(qiáng)度）。用一個(gè)非極性或者低極性溶劑媒介來(lái)分散極性顏料是很困難的，反之也是一樣。然而，顏料生成的晶體的結(jié)構(gòu)和聚集體的特性對(duì)顏料的分散性有著顯著的影響。
顏料的聚集結(jié)構(gòu)和分散的容易程度取決于結(jié)構(gòu)內(nèi)顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度。該結(jié)合強(qiáng)度又依賴于晶體間的接觸面積和每單位接觸面積上結(jié)合力的大��；相應(yīng)地，面對(duì)面的接觸會(huì)增大接觸面積。聚集體結(jié)構(gòu)的結(jié)合強(qiáng)度越大，在連結(jié)料中分散得越困難。因此，例如這些包含立方晶體的聚集體結(jié)構(gòu)，有較高的面對(duì)面接觸的機(jī)會(huì)，比桿狀和片狀晶體比較難分散，而桿狀和片狀的聚集體趨向于形成較開(kāi)放的聚集體。我們已經(jīng)知道，立方體態(tài)的β態(tài)銅酞青藍(lán)晶體有較高的底-面的表面平衡性，因而比桿狀的β態(tài)具有較高的極性，并且在非極性媒介中分散比較困難。然而，桿狀β態(tài)開(kāi)放結(jié)構(gòu)的聚集態(tài)在平印油墨內(nèi)使用的低極性溶劑中比較容易分散。
作為顏料，在紅和品紅印刷油墨中使用的鈣4B色粉同樣具有極性的表面。然而，晶體是規(guī)則的像平板式的結(jié)構(gòu)，它用接觸的邊緣和點(diǎn)包裝著，使其成為了一個(gè)開(kāi)放的聚集結(jié)構(gòu).即便如此，表面層的極性力是如此的強(qiáng)烈，以至于鈣4B色粉在低極性溶劑中也是很難分散的，除非它們經(jīng)過(guò)特別的處理減小它們的表面極性。這可以在制備的時(shí)候通過(guò)在晶體表面吸附一層松香酸來(lái)完成。高達(dá)20%的松香樹(shù)脂附著于顏料上不但能夠增加松香樹(shù)脂的分散性，而且能夠防止晶體的增長(zhǎng)；這就使得顏料的色強(qiáng)度有機(jī)會(huì)得到增長(zhǎng)。
松香酸的結(jié)構(gòu)在圖3中展示了出來(lái)。極性羧基群被吸引到顏料晶體的極性表面并且吸附在上面。然后非極性的萜類烴的鏈端就能和低極性的介質(zhì)進(jìn)行締合，例如在平版油墨中使用的石油餾分烴；顏料的潤(rùn)濕劑和分散劑。
這樣，含有極性表面的顏料晶體能在大部分油墨內(nèi)使用的低極性介質(zhì)中分散。對(duì)凹印和柔印來(lái)說(shuō)，油墨使用了例如酒精和基于水的連結(jié)料等較高極性介質(zhì)，這樣子乍一看好像是極性顏料的分散比較容易完成一些。然而，并不總是這樣的情況，因?yàn)楦邩O性的顏料在和極性介質(zhì)也很難分散的干燥相中將很容易聚集。解決的方案也只有去打碎顏料了。通過(guò)把顏料和松香樹(shù)脂放在一個(gè)具有很高剪切速率的兩輥式研磨機(jī)上處理，顏料粒子就會(huì)在熔化的油墨粘合劑松香樹(shù)脂中預(yù)分散。大的剪切作用力對(duì)分離顏料的聚集體和熔化松香樹(shù)脂都有作用，還能讓松香樹(shù)脂去覆蓋分離的顏料粒子。然后所有冷卻的、固化的、熔融的聚集體都會(huì)被粉碎成包含很多分離顏料的碎片。松香樹(shù)脂溶解在極性溶劑中，在分散劑中留下包覆著的顏料顆粒。水基油墨可能用和水溶性分散劑相溶的樹(shù)脂來(lái)制備。樹(shù)脂的存在同樣能加大印刷油墨墨膜的光澤度，這對(duì)在表面缺乏光澤度的水基系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)很特別的優(yōu)勢(shì)。
填充不同晶體形狀的能力：（a）立方晶體形狀的緊密填充；（b）在一開(kāi)放結(jié)構(gòu)的聚集體中類似于桿狀的晶體的填充；（c）在一開(kāi)放結(jié)構(gòu)的聚集體中類似于平板結(jié)構(gòu)晶體的填充
（a）松香酸的結(jié)構(gòu)。（b）松香酸分子吸附在顏料的表面
切碎的樹(shù)脂通常大部分是硝化纖維、乙基纖維素、聚酰胺、丙烯腈系纖維、醋酸纖維素丙酸鹽和聚乙烯基丁縮醛。不得不說(shuō)明的是，盡管它給予了額外的光澤度和不透明度，但現(xiàn)在切碎技術(shù)通常是為高光澤度的工作和困難的系統(tǒng)專門預(yù)定的。原因在于通過(guò)磨碎（很可能有點(diǎn)火的危險(xiǎn)）這樣的方法，使得熔化樹(shù)脂所需要的高能量成本能夠?qū)τ湍闹圃焐虃儺a(chǎn)生影響，讓他們認(rèn)識(shí)到運(yùn)用這種方法所具有的合理利潤(rùn)界限。
分散顏料的絮凝
絮凝是指在液體介質(zhì)中分散的顆粒再次聚集的過(guò)程。對(duì)油墨而言，絮凝作用導(dǎo)致喪失了對(duì)油墨流變特性的控制，并因此無(wú)法控制油墨向印刷機(jī)的轉(zhuǎn)移過(guò)程。
絮凝物是開(kāi)放的、顏料晶體的三維結(jié)構(gòu)聚集的結(jié)果，它能捕獲并固定連結(jié)料的液體相位。顏料濃縮的程度越大，可能發(fā)生絮凝作用的程度也越大，從另一個(gè)極端來(lái)說(shuō)，油墨的分散劑可能變成一個(gè)觸變膠體。
通過(guò)介質(zhì)的機(jī)械剪切作用，晶體的結(jié)構(gòu)可能會(huì)被破壞，但是減小絮凝作用作為最初的手段是通過(guò)用添加劑來(lái)處理顏料的表面完成的，這些添加劑在顏料連結(jié)料的表面上能夠促進(jìn)分子長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的形成。顏料表面適當(dāng)功能物質(zhì)的吸附就構(gòu)建了一個(gè)排斥力，這種斥力會(huì)減小顆粒之間的相互吸引作用（吸引作用首先易導(dǎo)致絮凝）。因此，絮凝結(jié)構(gòu)被弱化，且在尺寸和數(shù)量上減少了。
絮凝作用對(duì)油墨流變性的影響在圖4中顯示了出來(lái)。絮凝的分散劑是剪切變稀的，并且油墨的粘度隨著剪切應(yīng)力的增加而減小的。（粘度系數(shù)η是由剪切應(yīng)力除以剪切應(yīng)變得到的）
例如凹版油墨的低粘度系統(tǒng)，它們近似于牛頓流體，在應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系曲線中它是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線。在這樣的油墨中制備的絮凝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的測(cè)量是通過(guò)從它們正常的牛頓行為偏離的量值來(lái)給定的。因而，在圖4（a）中，絮凝結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是通過(guò)扭轉(zhuǎn)值To來(lái)給定的。剪切變稀特性通過(guò)圖像上曲線的部分來(lái)描述。使用合適的膠體穩(wěn)定劑可以接近牛頓效應(yīng)。
增加的膠體穩(wěn)定劑在油墨流變上的作用：（a）沒(méi)有膠體穩(wěn)定劑
（b）使用膠體穩(wěn)定劑。
絮凝作用同樣會(huì)發(fā)生在粘性的平版印刷油墨中，但在這兒簡(jiǎn)單添加劑的加入是無(wú)效的。然而，在低極性的溶劑中，在顏料的表面摻入松香樹(shù)脂來(lái)增加分散性也被認(rèn)為能降低絮凝物結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。因而，低極性的平版印刷油墨使用的顏料中通常含有松香樹(shù)脂的含量高達(dá)顏料濃度的45%。
本文標(biāo)題：油墨顏料顆粒尺寸對(duì)印刷質(zhì)量的影響
福州印刷網(wǎng)，fzysw.com,福州市印刷廠,印刷公司,印刷報(bào)價(jià),PVC貴賓卡,廣告設(shè)計(jì)制作,光盤印刷制作,企業(yè)畫(huà)冊(cè)設(shè)計(jì)印刷,產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)印刷廠等
福州印刷網(wǎng)，在線福州印刷廠
|
設(shè)計(jì)軟件格式須知
設(shè)計(jì)賞析