从油墨与润版液的作用分析水墨平衡
2022-07-07 源自：互联网
目前，印刷领域中胶印的应用非常广泛，而胶印中的水墨平衡问题一直是业内人士关注的焦点，在长期的生产实践中操作人员积累了丰富的经验。同时，印刷机在硬件方面也为水墨平衡进一步创造了条件。
在胶印过程中，任何一色油墨若要在铜版纸上达到一定密度值，墨层厚度约为1μm。本文以该数值作为基本依据，讨论橡皮布、印版和墨辊上墨层厚度的控制以及受润版液膜层厚度的影响，以此来说明水墨平衡中基本的墨层和水层厚度问题，及其对水墨平衡的影响。
输墨系统
1.结构
印刷机的输墨系统由墨斗辊、传墨辊、串墨辊、着墨辊等组成，并且橡胶墨辊和金属墨辊交错排列，将墨斗中的油墨输送到印版上。
2.油墨分离
油墨在传输过程中，墨辊上的墨层厚度逐渐减小。如图1所示，相邻两墨辊间（上面的墨辊墨层厚，下面的墨辊墨层薄)的油墨进入辊隙时，其压力开始上升，在离辊隙中央不远的某一点上达到峰值，然后下降到比辊隙出口处大气压低的程度。由于两墨辊中至少有一根是橡胶墨辊，因此两墨辊接触后的变形会增加辊隙间的压力，弹性变形越大，油墨受到的压力越大。在辊隙的出口处墨层开始分裂，分离后每根辊子上的墨层厚度相等，且等于通过辊隙前墨层总厚度的一半，即所谓的半比分离理论。
除传墨辊和墨斗辊之外，所有墨辊的表面速度都基本相同，因此主要是由于油墨的平均分离作用才使得油墨在辊隙间得以传递，这一传墨过程通过两相邻墨辊上墨层的接触和分离来完成。由此可以推算出整个输墨系统的墨层厚度。
3.墨层厚度
假设印刷实地墨色，墨斗辊横向墨带放墨量相同（近似理想状态）。如果到达铜版纸上的墨层厚度为1μm，根据半比分离理论，在进入辊隙（与压印滚筒）前橡皮布上的墨层厚度为2μm，通过辊隙后为1μm；同样印版上墨层厚度通过辊隙（与橡皮滚筒）前为3μm，通过辊隙后为2μm；着墨辊（2根或4根）一次一共要为印版补足1μm的厚度，所以着墨辊的墨层厚度在2.5～3.5μm之间，与之相邻的串墨辊的墨层厚度为4～6μm，这些推算所得的数据已为红外线探测仪实际测量的墨层厚度所证实。
这种按墨辊顺序出现的墨层厚度增减梯度只在油墨传递时才存在，如果这一系列的墨辊不与墨斗辊和印版相接触（非印刷状态），附着在墨辊上的油墨将重新分配，每根墨辊将具有相同的墨层厚度（平均约为4～6μm），所以当重新开印时，着墨辊上的墨层厚度要比所需的稍厚。
当每一个印刷单元的墨辊都覆盖厚度一致、均匀的墨层时，才会获得较为理想的印版着墨效果，即在整个印刷过程中传递到每一个印刷单元的油墨量一致，但实际上要满足这样的要求所需的墨辊数量要多得多。因为传墨辊做间歇摆动，从慢速转动的墨斗辊向快速转动的墨辊传递油墨，造成传递速度不一致，因此需要多根墨辊打匀；印版滚筒上30%的空当也会使油墨传递间断；各个印刷单元印刷图文的分布位置不同，并不是向印版连续传递油墨，因此由墨斗螺钉按照印版图文分布的需要调整横向进墨量；增加附加着墨辊可以减少着墨杠（发生在滚筒圆周方面的图文部分印在纸张上的油墨密度突然变化）；墨辊少时润版液会反传到印刷机的墨斗中去。
润湿系统
1.表面化学理论中的几个基本概念
要想真正理解油墨与润版液之间的相互作用，首先要理解表面化学理论中的几个基本概念。
（1）乳状液
在胶印中油墨与润版液互不相容，但要求其在一定程度上是可混合的，完全拒水的油墨不能应用在胶印中，一定量的润版液（一般要求具有15%～30%的含水量）由于受挤压作用进入油墨中形成微珠分散其间，从而形成油包水型乳状液（乳化油墨）。
（2）界面
例如：润版液与印版非图文部分形成一个界面，油墨与印版图文部分形成一个界面，油墨与润版液之间也形成一个界面等。
（3）表面张力
不同的油墨其表面张力不同；油墨含水后其表面张力会发生变化；润版液的成分和含量不同，其表面张力也不同。例如：加入酒精后，其表面张力显著降低，与印版接触角降低，润湿效果更好。如图2所示。
（4）界面张力
界面张力越小，接触角越小，润湿能力越强。如胶印中润版液滴在印版图文部位，甚至是图文部位的墨层上面后只有细微的改变，基本上是以水珠(接触角大)的形式出现，表明界面张力大；但如果滴在印版的非图文部位，由于润版液与印版非图文部分界面张力较小，所以很快就铺展开了。我们知道如果停止供水，对印版非图文部分来说，也会很快上墨而起脏；如果停止供墨，润版液也很快就会把印版图文部分的油墨洗掉。油墨与润版液的分离条件是两者有足够的界面张力差。
（5）黏性
水进入油墨、环境温度高、给墨单元所产生的热量等都会使油墨黏性降低。如果辊隙间的膜层是由两种不同流体但厚度相同的混合膜层组成，当辊分离时，黏性较低的流体将会被拉开。油墨的黏度为10～20Pa·s，而润版液的黏度却只有0.001～0.002Pa·s，因此假设膜层厚度相同，那么油墨与润版液的混合膜层可由润版液分开。
2.润版液的传输方式
在印刷过程中，润版液源源不断地传送到印版上，各种型号印刷机的供水系统各不相同，各具优、缺点，但总体来说可归纳为以下两种方式。
（1）供版式输水（普通供水式）
该装置包括水斗、水斗辊、传水辊、串水辊及1根或2根与印版滚筒接触的着水辊，是直接将润版液涂布在印版上。旧机型中传水辊可以来回摆动，因此属于非连续供水方式，供水不均匀，着水辊的表面速度与印版相同。而新机型不再设置传水辊，而是水斗辊与着水辊直接接触，水斗辊由电机单独驱动，改变转速即可改变供水量，水斗辊与着水辊间存在表面速度差，属于连续供水方式，提高印刷速度时印版水膜厚度就会变薄，如图3(a)所示。
（2）墨辊供水式
即在多数新机型上采用的达格伦式供水装置。单独电机驱动的可变速传动的镀铬水辊，将润版液涂布在第一根着墨辊上进行连续供水。有的机型在这根着墨辊与水斗辊之间还设置了1根或2根传水辊或调墨辊。由单独电机驱动可无级变速的水斗辊的转速来决定供水量的大小。调墨辊与水斗辊之间的压力决定了传输到印版上水膜的厚度。着墨辊的表面速度与印版相同，如图3(b)所示。
3.润版液的水膜厚度
进入机器中的润版液的消耗主要有以下几个途径：一是在油墨中乳化并传递到纸张的图文部分；二是印版的非图文部分通过与橡皮布的分离并再次与纸张分离从而传到纸张的非图文部分；三是通过辊隙时由于产生的热量而被蒸发掉。其中当辊隙间只有润版液膜层时，其在辊隙出口处分离仍遵循只有油墨时的规律（半比分离原理），分离后每根辊子或滚筒上的膜层厚度是辊隙进口处膜层总厚度的一半。同时由于进入油墨中的适宜的水量是油墨的15％～30％，着墨辊的墨层厚度为2.5～3.5μm，则不难理解印版非图文部分保持的水膜厚度是印版图文部分墨层厚度和着墨辊墨层厚度的1/3～1/2，即为0.5～1μm，这已被红外线探测仪实际测得的数据所证实。
水墨平衡
通过以上分析可知，油墨和润版液为达到正常印刷时各自所具有的基本分离状态和膜层传递厚度，印刷时这两相物质是同时存在和共同起作用的。控制其用量是胶印中水墨平衡的重要因素，因此下面仍以两种基本润版系统来讨论水墨平衡问题。
1.供版式输水
供版式输水方式，如图3(a)所示，涵盖了以下4种不同的辊隙状态。如图4所示。
（1）着水辊与印版非图文部分的辊隙
印版非图文部分由润版液浸湿，这样在着水辊与印版之间只有单一的润版液膜层，在辊隙出口处水膜层分裂，于是在印版上留下一层水膜。
（2）着水辊与印版图文部分的辊隙
印版上含有残留墨膜的图文部分也被润版液浸湿，并发生油墨乳化，剩余的就在着墨辊表面留下有微细水珠的图文而不是墨膜，这样在着墨辊和印版间隙中就存在了润版液和油墨的混合膜层。
（3）着墨辊与印版图文部分的辊隙
表面含有微细水珠的印版图文部分，在着墨辊经过后迫使水滴在油墨中乳化。在辊隙出口处墨层（含乳化的润版液）分裂，然后在图文部分补足油墨。
（4）着墨辊与印版非图文部分的辊隙
经过润湿的印版非图文部分在通过着墨辊时在已经乳化的油墨间隙中产生一种润版液和油墨的混合膜层。在辊隙出口处，较薄的润版液层分裂，在印版非图文部分留下一层更薄的润版液，而在着墨辊上留下一些细水滴，当它再向上传通过其他辊隙时，这些水滴即在油墨中乳化。
以上4个过程或状态完成后，印版滚筒与橡皮滚筒相接触，由于膜层的分裂作用，着墨的图文被转移到了橡皮布上，非图文部分的润版液也一同被转移，此时仍遵循半比分离理论。
以上关于供版式润版系统的解释，依据的是油墨和润版液的相对膜层厚度或相对量与印刷机上实际测得的厚度相符。印版上的水膜厚度可视为印版上墨层厚度的一半，即水膜厚度为１μm，则墨层厚度为2μm，这个比例对胶印尤为重要，即通常所说的水墨平衡。如果加大供水量，图文部分的润版液过量，要么在油墨中乳化，要么留在油墨表面，其后果不是水冲就是发花。反之，如果减少供水量，非图文部分水膜层太薄，就会破坏水墨平衡，必然造成脏版。
2.墨辊供水式
供版式润版装置靠版水辊的材料表面亲水性都很好，但如果改用橡胶辊，由于其亲墨性很好、附着力强，所以首先会被油墨浸湿，大大妨碍了润湿效果。假如降低润版液的表面张力，提高橡胶辊与润版液的附着力，靠版水辊改用橡胶辊就成为可能。如图3(b)所示，第一根着墨辊接受串墨辊上的油墨和镀铬辊上的润版液，只有当润版液在油墨上扩展时，该润版系统才能发挥作用。在润版液中加入酒精，能够降低润版液的表面张力，提高润湿能力，通过着墨辊来提高向印版供水的能力，以快速达到水墨平衡的目的。下面通过图4来分析几种辊隙间的状态。
（1）第一根着墨辊与水斗辊之间的辊隙
着墨辊上有类似聚氨酯的包覆层，使着墨辊被油墨优先浸湿，涂上了一层乳化了的油墨，而水斗辊是镀铬的，优先被润版液浸湿。由于润版液的表面张力和黏度都很低，因此在这两辊隙间的混合膜层上润版液被分裂，其中有一部分传递到了着墨辊上，着墨辊的表面速度比水斗辊快一些。
（2）第一根着墨辊与串墨辊之间的辊隙
这两根辊都能被油墨优先浸湿。串墨辊上传递的一直是乳化了的油墨，而着墨辊上传递的或是油墨，或是乳化墨层表面附着的一层水膜。对润版水膜连续的地方，辊隙间是整个水膜被分裂，对不连续的着墨辊墨层上的水膜不能保持完好，因此润版液就会在油墨中乳化，整个膜层将分裂。这样，这个辊隙状况就能保持恒定，其中间的膜层始终等于乳化油墨的厚度，其成分也只有乳化了的油墨。
（3）第一根着墨辊与印版之间的辊隙
不管印版的图文部分和非图文部分是否通过着墨辊，以上两个辊隙状态均保持恒定不变，因此这里可以简单地只讨论印版与这根着墨辊的状态，即可理解达格伦输水装置的状况。在印版的非图文部分，由于墨辊附着润版液，印版优先被润版液浸湿，水膜层分裂，达到润湿的目的，着墨辊上剩余的润版液通过串墨辊时就会在油墨中乳化，不能再保持完好。在印版的图文部分，润版液由于挤压作用同时进入印版的油墨中而被乳化，在这个辊隙中，整个乳化的油墨膜层被分裂，达到向图文部分供墨的目的。在这两个状态中保持恰当的水墨平衡所需的相应膜层厚度也是成比例的。
（4）其他着墨辊与印版之间的辊隙
在印版的非图文部分与着墨辊的辊隙间，着墨辊上的墨膜从充分润湿的非图文部分沾取水分(水层分裂),再与串墨辊的墨层相接触，从而把水分传到输墨系统中去。在印版图文部分由于已有了第一根着墨辊传递的乳化油墨，其表面并没有水膜层，后面的着墨辊与其形成的辊隙间只有乳化了的油墨膜层，因此墨膜分裂。
从上述分析可看出，与供版式润版系统相比，墨辊供水式具有很多优越性，如反应灵敏度高，用水量小等，其中反应灵敏是指润版装置对印版去脏的能力强。第一根着墨辊上带有连续的水膜，这样可以有较多而充足的润版液通过着墨辊将印版非图文部分的脏污去除掉。而供版式装置以细小水珠的形式通过水辊向脏污表面传递润版液，所以供给印版的润版液较少，去脏速度较慢。
其他因素
1.印版
对于砂目细且深度浅的印版，其储水能力较弱，水膜基本上会浮于表面，这时如果供水量较多就会造成油墨含水量过高，乳化严重，墨迹发浅，甚至出现浮脏；相反，对于砂目粗且深的印版，其储水能力较强，可适量加大用水量。如果用两种不同牌号的印版印同一幅画面，而不改变其输墨和输水系统的用量大小和水墨比例，那么其实地密度、阶调变化及色彩等肯定是不一样的。因此，不同的印版要进行不同的传墨和传水调整。
2.酒精
酒精的加入降低了润版液的表面张力，使印版浸湿良好，大大降低了用水量，减少了油墨乳化和橡皮布上的堆墨现象，提高了印品的干燥速度，降低了印版的表面温度，稳定了油墨的黏性和高速印刷性能。但酒精加入过多也会使油墨品质变差，环境污染严重，使润版液中的阿拉伯树胶易沉淀等又对水墨平衡不利。现在胶印中一般控制酒精用量在10％～15%即可达到要求。
3.温度
在印刷过程中印版表面温度较高，能达到52℃以上。温度的升高使版面水分蒸发较快，油墨黏度下降，传递不佳，尤其当环境温度也较高时会造成脏版现象。因此，降低印版表面温度同样也是维持水墨平衡所必需的。新型印刷机采用水箱进行冷却，过滤后向各机组循环供水，一般冷却润版液在18℃左右，这样可以保证印版表面温度在42～52℃之间。对于无冷却水箱的印刷机要注意降低环境温度，以缓解此现象对水墨平衡造成的影响。
4.纸张
前面所讨论的均是在表面平滑度较高的铜版纸且墨层厚度为1μm的基础上，对于表面粗糙的纸张（如胶版纸、新闻纸），其吸墨性、吸水性都较高，油墨在纸张上渗透量较高，因此要达到一定的密度所需的油墨膜层也较厚，如果不相应地加大润版液和油墨的用量，势必破坏水墨平衡。因此印刷作业中还要根据纸张的变化调整传墨、传水量，以期达到较为理想的水墨平衡。