【集萃网观察】三、  油墨的渗透干燥

    如果在油墨的干燥过程中，油墨的一部分连结料渗入纸张内部，另一部分连结料同颜料一起固着在纸张表面，那么，油墨的干燥是依靠纸张的吸收作用和油墨的渗透作用来完成的。这样的油墨干燥形式，叫做渗透干燥。

    油墨渗透干燥的机理可以这样解释。纸张是由纤维交织成的多孔性物质，孔径很微小。当油墨转移到纸张上的时候，由于纸张纤维空隙的毛细管作用便开始吸收油墨中的连结料。在纸张吸收油墨连结料的过程中，油墨的成分和流变特性逐渐改变，油墨的液体成分逐渐减少，颜料粒子间的凝聚力逐渐增大，油墨逐渐失去流体的性质而呈现固体的形态。可见，纸张吸收油墨中的连结料的过程(亦即油墨向纸张中的渗透过程)就是油墨在纸张上固着干燥的过程。另方面，油墨颜料粒子之间也存在着细微的空撩，构成了无数个毛细管。在油墨向纸张的渗透过程中，油墨颜料粒子空隙的毛细管作用是阻止渗透的。当纸张纤维间的毛细管作用和油墨颜料粒子间的毛细管作用相平衡时，油墨中的连结料便停止了向纸张中的渗透。

    使用不同的油墨，以不同的印刷方式在不同的承印物上进行印刷，油墨的干燥形式也不相同。完全依靠渗透干燥的实例，可以举出印报凸版轮转油墨在高速卷筒纸上印报的干燥过程。印报凸版轮转油墨的连结料中只含矿物油和沥青，而印报用的新闻纸又具有较好的吸收性能，所以是完全依靠渗透干燥的形式来完成油墨的干燥的。但是，这样的附着干燥，因墨层还没有牢固地结膜，所以不耐摩擦。有许多油墨的干燥形式是混合型的，其中包含渗透干燥。例如，凸版书刊油墨主要是依靠渗透干燥的，但还包含氧化结膜干燥，快固着树脂油墨是利用渗透干燥来加速初期干燥的，但后期干燥是依靠氧化结膜干燥，还有许多主要依靠氧化结膜干燥的油墨，如铜版油墨，丝网印刷油墨等，还同时利用渗透干燥来加速油墨的干燥。油墨的渗透干燥是一种重要的油墨干燥形式。

    油墨的渗透干燥与油墨在纸张中的渗透深度密切相关。在印刷实际过程中，油墨向纸张中的渗透经历了两个不同的阶段。在印版和纸张接触的短暂时间内，油墨是在印版的压力作用下渗入纸张表层的，这叫加压渗透，在印版离开纸张以后，留在纸面上的油墨是依靠纸张纤维间的毛细管作用渗入纸张内层的，这叫自由渗透。加压渗透是个短暂时间内的急速变化过程；自由渗透则是个较长时间内的缓慢变化过程。实验和计算都表明，在实际印刷过程中，加压渗透是占主导地位的。加压渗透的深度可按奥尔森(01sson)公式计算，自由渗透的深度可按渥斯宾(Washburn)公式计算。如果使用凸版轮转油墨在新闻纸上印刷，若油墨的粘度为η=6泊，油墨中的连结料对纸张的润湿角为θ=0°，纸张纤维毛细管的平均半径为r=2．6微米，油墨表面张力为γ=38．79达因／厘米，印刷压力为p=50公斤力／厘米2；压印时间为t1=2×10-3秒，两张印品印刷的相隔时间(即自由渗透时间) t2=2×10-3秒，则按上述公式可以算得：加压渗透深度h1=16．6微米，自由渗透深度h2=4．1微米。若纸张厚度约为100微米，则总的渗透深度(h1+ h2=20．7微米)，约占纸张厚度的20％，这与实验结果大致符合。

    无论是加压渗透还是自由渗透，渗透过程总是与油墨和纸张两方面的结构和性质相关。从上述奥尔森公式和渥斯宾公式可以看出，油墨的粘度越小，渗透越快；纸张越是疏松多孔，毛细管作用越是显著，油墨也就渗透得越快。在渗透时间(即油墨转移时间)为定值的条件下，油墨渗透越快，渗透深度也就越大。从结构上看，影响渗透的重要因素是纸张毛细管孔径的分布状况、油墨颜料粒子大小的分布状况以及两者间的关系。

    纸张毛细管孔径的分布状况和油墨颜料粒子大小的分布情况，都近似地符合正态分布的规律，不过，前者的曲线低而平缓，后者的曲线高而陡峻。如果把这两条曲线画在同一个坐标系中，相关位置会出现许多不同的情况，三种有代表性的情况是：(a)表示两条曲线有一定的重叠区域，说明大于纸张毛细管孔径的颜料粒子不太多，是个合理的分布情况。(b)是颜料粒子大小分布曲线右移的结果，两条曲线的重叠区域很大，说明大于纸张毛细管孔径的颜料粒子很少，这时会有相当多的颜料粒子随同连结料一起填入纸张凹处，使墨层色泽暗谈。(c)是颜料粒子大小分布曲线进一步右移的结果，两条曲线的重叠区域很小，说明大于纸张毛细管孔径的颜料粒子很多，这时纸张会大量吸收连结料，大量的颜料颗粒积存在纸张的表面上，产生油墨的粉化。(b)和(c)都是不合理的分布状态。

    四、  油墨的挥发干燥

    如果在油墨的干燥过程中，油墨连结料中的溶剂被挥发，剩下的树脂和颜料形成固体膜层固着在承印物表面上，那么，油墨的干燥是依靠挥发作用来完成的。这样的油墨干燥形式，叫做挥发干燥。

    油墨的挥发干燥，是油墨中具有较大能量的溶剂分子克服了油墨中分子间的相互引力从油墨表面逸向空气，而使留下的油墨成分干结固着在承印物表面的过程。

    照相凹版油墨、橡皮凸版油墨的连结料里都含有一些沸点较低的有机溶剂，油墨转移到承印物上以后，溶剂很快挥发，剩余的树脂—颜料集团迅速变稠，固结干燥。所以，这两种油墨是典型的挥发干燥油墨。热固型胶印油墨的连结料里含有高沸点煤油，油墨转移到承印物上以后，要用加热方法使煤油迅速挥发。这种油墨利用挥发干燥来加速油墨的初期干燥，可以防止或减少印品的背面映着。

    油墨挥发干燥的速度首先取决于油墨中溶剂的挥发速度。溶剂的挥发速度，可以用每分钟内每平方厘米面积上溶剂挥发的毫克数来表示，即用毫克／厘米2·分来表示，也可以用1毫升溶剂在过滤纸上完全挥发所用时间的秒数来表示。单一溶剂的挥发速度可按下列公式计算：

    Er = Q×V25×M／d25

    式中，Er是挥发速度；V25是25℃时溶剂的饱和蒸气压；M是溶剂的分子量；d25是25℃时溶剂的比重，Q是假定甲苯的挥发速度为100时所取的常数，Q=1，64。所以按上式算得的溶剂的挥发速度是个相对值。  

    同类溶剂，沸点越低，挥发速度越高；但不同类型的溶剂，沸点低，挥发速度却不一定就高，如乙醇和醋酸乙酯的沸点相近，但醋酸乙酯的挥发速度却是乙醇的二倍以上。这是因为乙醇的蒸发潜热比醋酸乙酯高。蒸发潜热是指一定量的溶剂全部变成气体时所需要的热能。溶剂的蒸发潜热越小，挥发速度越高。溶剂的挥发速度还与外界的蒸汽压和温度有关，外界的蒸汽压越大，温度越高，溶剂的挥发速度越高。

    照相凹版油墨和橡皮凸版油墨，使用沸点不同的几种溶剂来配制连结料，调整溶剂的挥发速度。热固型油墨采用高沸点窄馏程的煤油溶剂，加热后油墨皮膜中留存的高沸点馏分很少，避免了油墨的残留粘着性。

    油墨中的溶剂的挥发，要比纯溶剂的挥发情况复杂。树脂溶于有机溶剂以后，使溶剂的挥发速度降低。可以看出，纯溶剂的挥发速度最高，连结料的挥发速度次之，而油墨的挥发速度最低。这是由于树脂分子和颜料粒子存在于油墨表层，溶剂分子和树脂分子、颜料粒子之间有较大的牵引力，使溶剂分子难以脱出而造成的。

    不同的树脂对溶剂挥发速度的减缓程度不同。溶解度越大的树脂，溶剂越难从中脱出，挥发速度越低。用70%的不同树脂和30％的石油系溶剂配制的连结料，挥发速度如下表所示。

    树  脂  种  类     挥发速度（毫克／厘米2·分）

    酚  醛  树  脂         3.10

    聚  酰  胺  树  脂     2.80

    聚  合  松  香         2.45

    配制挥发干燥型油墨时，选用的树脂要对溶剂有一定的释放性，否则，溶剂脱出困难，会使印品干燥不良，易造成背面蹭脏。

    颜料在油墨中所占的比例越大，溶剂的挥发速度越低。

    颜料粒子的半径越小，比表面积越大，溶剂的挥发速度越低。

    不向种类的颜料对溶剂的脱出性也不相同，黑墨、蓝墨的脱出溶剂性较差，挥发速度低。 

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