柔版印刷中油墨和涂布間的相互作用及其對(duì)印刷質(zhì)量的影響

為了提升印刷質(zhì)量，該文研究了中等涂布量的紙板試樣的涂層結(jié)構(gòu)變量，包括紙板涂層中乳膠含量和乳膠顆粒尺寸對(duì)柔版印刷質(zhì)量的影響：將顆粒尺寸分別為120 nm和160 nm這2種乳膠添加到涂料配方中，添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%或18%；采用實(shí)驗(yàn)室柔版印刷機(jī)及水性油墨對(duì)紙板試樣進(jìn)行全色調(diào)區(qū)印刷，印刷壓力分別為25 N和50 N。研究表明：含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%乳膠的紙板試樣在印刷壓力為25 N時(shí)，檢測(cè)到存在高比例的未覆蓋區(qū)域（UCAs）；當(dāng)印刷壓力增加，涂料配方中乳膠含量降低時(shí)，UCAs比例降低；乳膠含量為12%的試樣，涂層表面乳膠覆蓋區(qū)域的比例估計(jì)為0.35～0.40；乳膠含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%的試樣，涂層表面乳膠覆蓋區(qū)域的比例估計(jì)為0.70～0.75；油墨在涂層中的滲透深度與涂層表面不含乳膠區(qū)域的比例大小存在關(guān)系；光學(xué)截面顯微鏡檢測(cè)表明，較高的印刷壓力絲毫不能增加油墨的滲透深度；較高的印刷壓力確實(shí)能夠增加印版和承印物之間接觸，從而改善油墨在承印物上的分布，反過(guò)來(lái)這也增加了印刷密度，減少了UCAs；進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，由較大的表面形貌變化導(dǎo)致的UCAs可以分類(lèi)，當(dāng)UCAs出現(xiàn)在其他位置時(shí)，其更可能是由表面潤(rùn)濕不良所導(dǎo)致的。為理解涂層表面的潤(rùn)濕行為，該文還比較了復(fù)合表面的觀測(cè)接觸角和計(jì)算接觸角。

涂布被廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)中，旨在提高紙和紙板的光學(xué)性能和印刷適性。為進(jìn)一步提高紙張表面的光滑度，經(jīng)常對(duì)紙張進(jìn)行壓光處理。然而，盡管紙張經(jīng)涂布和壓光處理后光滑度、光澤度和印刷適性得到提高，但是相對(duì)粗糙的紙基會(huì)導(dǎo)致局部涂布厚度差異的產(chǎn)生，并進(jìn)一步導(dǎo)致光散射和光澤度出現(xiàn)亞毫米級(jí)別的變化。

紙張的孔隙率會(huì)影響涂層的吸收能力。對(duì)于膠版印刷，這將影響油墨干燥速率。研究表明，紙張表面的粗糙度和孔隙率會(huì)顯著影響油墨的遷移，而油墨遷移會(huì)反過(guò)來(lái)影響紙張印刷質(zhì)量。有研究提出了一個(gè)模型用以描述油墨從印版遷移到印刷輥間紙張上的過(guò)程。油墨的固化能力取決于紙張表面的粗糙度和油墨吸收能力，而且能顯著影響遷移到紙張上的油墨量。已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，膠版印刷過(guò)程中紙張表面較小的孔洞由于能創(chuàng)造更大的孔隙體積，從而增加油墨干燥速率。液體流入孔隙結(jié)構(gòu)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和模擬已經(jīng)表明，小且窄的孔洞通過(guò)毛細(xì)管力對(duì)液體的吸收速率比尺寸大的孔洞對(duì)液體的吸收速率要快，盡管使用三維模型模擬真實(shí)、復(fù)雜的涂層結(jié)構(gòu)存在困難。有的研究還表明，使用尺寸分布范圍較大的顏料進(jìn)行涂布獲得的表面較為封閉的涂層，能夠增加紙張表面的油墨濃度，進(jìn)一步增加印刷密度，減少印刷斑點(diǎn)。有研究闡述了涂層結(jié)構(gòu)和油墨黏度（受油墨類(lèi)型和溫度變量影響）是如何影響網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大和印刷斑點(diǎn)的。通過(guò)改變油墨黏度發(fā)現(xiàn)，涂層結(jié)構(gòu)變量的影響可以被否定，油墨干燥的局部差異已考慮在內(nèi)。前人研究了柔版印刷中掛面紙板表面形貌對(duì)未覆蓋區(qū)域（UCAs）和網(wǎng)點(diǎn)缺失的影響，表明紙張凹陷處的深度和開(kāi)放尺寸是影響UCA出現(xiàn)頻率的重要因素。

涂料配方中的乳膠含量和最終出現(xiàn)在涂層表面的乳膠片段能夠影響紙張表面的結(jié)構(gòu)和孔隙率。已有幾項(xiàng)研究考察了紙張表面形貌和乳膠顆粒的分布的影響。

因此，從印刷密度、斑點(diǎn)、網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)大和視覺(jué)形貌等方面來(lái)看，油墨向涂層表面的遷移和滲透會(huì)影響印刷質(zhì)量。不同的乳膠含量和乳膠顆粒尺寸賦予涂層不同的力學(xué)性能，水性柔版印刷油墨會(huì)滲透到這些涂層中，而本研究的目的在于將印刷質(zhì)量和油墨滲透聯(lián)系起來(lái)。利用實(shí)驗(yàn)室柔版印刷機(jī)對(duì)中等涂布的紙板進(jìn)行印刷，實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同的印刷壓力。按照前人描述的方法，通過(guò)光學(xué)截面顯微鏡的光學(xué)評(píng)估，結(jié)合軟件處理輔助方法，檢測(cè)油墨的滲透深度。前期的研究結(jié)果表明，承印物的粗糙度和孔隙率會(huì)影響油墨的遷移和分布。本研究還發(fā)現(xiàn)涂層的表面能也會(huì)影響油墨的滲透和印刷質(zhì)量。

理解表面性能和印刷參數(shù)之間的平衡關(guān)系對(duì)于提出一種改善印刷質(zhì)量的科學(xué)方法是來(lái)說(shuō)重要的。本研究將UCAs的測(cè)量值和表面乳膠比例聯(lián)系起來(lái)，后者由Cassie’s和IsraelachviliGee’s關(guān)系法測(cè)定，進(jìn)而更好地理解油墨和涂布間相互作用及其對(duì)印刷質(zhì)量的影響。

1 材料和方法

承印物為定量179 g/m2、雙面涂布的3層復(fù)合的盒用卡紙板；紙板芯層為未漂硫酸鹽漿，面層為漂白漿，底層為未漂漿。

采用挺硬的陶瓷刮刀對(duì)紙板進(jìn)行預(yù)涂，涂料由95/5比例的沉淀碳酸鈣（GCC）和高嶺土顏料組成，涂布量為11 g/m2。4種不同的涂布顏料，每種包含100%GCC，用于面層涂布。顏料Hydrocarb 90的顆粒尺寸分布范圍較廣，90%含量的顆粒尺寸小于2μm。將2種苯乙烯-丁二烯（SB）乳膠分別添加到涂料中，2種乳膠的玻璃化溫度Tg為24℃，平均顆粒尺寸分別為120 nm和160 nm，添加量分別為12%或18%。試樣分別標(biāo)記為120-12、120-18、160-12及160-18，每個(gè)標(biāo)記的2個(gè)數(shù)字分別用以表示乳膠顆粒的尺寸和用量。仔細(xì)篩選2種乳膠以使其包含存在顯著差異的顆粒直徑，以此專(zhuān)門(mén)研究乳膠顆粒尺寸對(duì)油墨和涂布間相互作用的影響。

與傳統(tǒng)的紙板顏料涂布配方相比，選擇18%這一相對(duì)較高的添加量來(lái)放大紙板表面性能差異的影響。一種丙烯酸共聚物的水相分散液被用作增稠劑添加到涂料分散液中，添加量為0.3%（相對(duì)于整個(gè)涂料分散液質(zhì)量）。將涂料分散液稀釋到1 000 mPa·s Brookfield黏度（4號(hào)主軸，轉(zhuǎn)速1 000 r/min），最終4種分散液的固含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)67%。面層涂布采用曲式陶瓷刮刀進(jìn)行，涂布作用角度為19°，涂布速度為500 m/min，涂布量為12 g/m2。保持涂布速度、計(jì)量參數(shù)、固含量及涂布量不變，以明確研究乳膠顆粒尺寸和乳膠含量對(duì)表面結(jié)構(gòu)及油墨和涂布間相互作用的影響。涂布盒用卡紙板的微米級(jí)表面粗糙度采用PPS粗糙度儀測(cè)定，夾緊壓力為1.0 MPa。涂布和印刷表面的光澤度采用Zehntner光澤度儀進(jìn)行測(cè)定（根據(jù)ISO 8254-1標(biāo)準(zhǔn)《紙和紙板——拋光光澤度的測(cè)量——第一部分：帶匯聚光束的75°光澤度》，TAPPI方法）。

考慮到孔隙率和彎曲度的評(píng)估，采用AutoPoreⅢ型孔隙率儀測(cè)定涂布表面的孔徑尺寸分布。設(shè)置用于測(cè)量平均孔隙半徑的孔徑尺寸為0.05～0.5μm。

利用Jeol JSM-6700F型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM），研究涂布的盒用卡紙板表面顏料和乳膠的分布情況。通過(guò)軟件分析分別檢測(cè)覆蓋乳膠和顏料區(qū)域的百分比。將SEM照片中乳膠的特定灰色色調(diào)從其余的表面形貌中分離出來(lái)，然后將覆蓋乳膠的區(qū)域染為黑色，其余的區(qū)域染為白色。黑色區(qū)域的百分比可以通過(guò)Image J1.47圖像分析軟件創(chuàng)建柱狀圖來(lái)確定。

涂布的盒用卡紙板的表面能通過(guò)測(cè)量接觸角來(lái)確定，接觸角的測(cè)量采用FT?200型動(dòng)態(tài)接觸角分析儀測(cè)量。3種測(cè)試液分別為水（10μL）、乙二醇（10μL）和二碘甲烷（3.5μL），小液滴的接觸角θ通過(guò)VCB-3512TCCD型照相機(jī)捕捉，捕捉時(shí)間的跨度為0 s到約60 s。接觸角隨時(shí)間變化，從初始鋪展時(shí)表現(xiàn)出較大的陡坡。特定時(shí)間（由每種測(cè)試液決定）后，當(dāng)液體顯著滲入承印物，曲線變得平緩。通過(guò)將平滑區(qū)外推至?xí)r間0軸，可以從測(cè)量數(shù)據(jù)中獲得接觸角。液體的表面能（表1）用于確定涂層的表面能γlv。根據(jù)等式（1）計(jì)算涂層的表面能：

式中：字母s表示固體；字母l表示液體；γLW為范德瓦爾斯分量；γl+為電子受體，為電子給予體化合物。

表1 接觸角測(cè)量中所用液體的表面能組成mJ/m2

采用Cassie等式研究水接觸角和涂層表面乳膠面積比例間的關(guān)系，如等式（2）所示。

式中：θc是變化后接觸角；θ1是乳膠面積比例為f1的組分1的接觸角；θ2是乳膠面積比例為f2的組分2的接觸角。

前人考慮到原子能級(jí)表面微觀異質(zhì)性，進(jìn)一步完善了這個(gè)等式，如等式（3）：

涂布組分的水接觸角通過(guò)2種不同乳膠涂布過(guò)的薄膜測(cè)定，涂布是在聚酯薄膜承印物上涂畫(huà)完成的。在鋁鍋中干燥一定量的顏料以形成含有GCC顏料的表面，干燥后可獲得厚度約為5 mm的干的純GCC薄片。純?nèi)槟z的水接觸角為70°，GCC的水接觸角為0°。

采用水性青色油墨對(duì)涂布后紙板進(jìn)行印刷。采用裝配有鉑金環(huán)的Sigma 70型張力計(jì)測(cè)得油墨的表面張力為37 mJ/m2。用去離子水將油墨稀釋至黏度為23 s，用2號(hào)蔡恩杯檢測(cè)其黏度。采用IGT-F1型實(shí)驗(yàn)室柔版印刷機(jī)進(jìn)行印刷，網(wǎng)紋輥的體積為3.2mL/m2，網(wǎng)目線數(shù)為180根/cm，印版的肖氏硬度為70°，厚度為1.7mm。印刷過(guò)程中使用恒定速度（0.3 m/s）和不同的印刷壓力（25 N或50 N）進(jìn)行全色調(diào)區(qū)印刷。

利用裝備有ColorView 111柔和成像系統(tǒng)的Olympus BX51型顯微鏡獲得印刷表面的顯微圖像。根據(jù)相關(guān)方法，利用印刷表面橫截面的顯微鏡分析、評(píng)價(jià)平均油墨滲透深度。

采用GretagMacbeth密度計(jì)D19C評(píng)價(jià)印刷密度。利用愛(ài)普生Perfection V750 PRO掃描儀掃描全色調(diào)印刷區(qū)域來(lái)評(píng)價(jià)斑點(diǎn)和未覆蓋區(qū)域的百分比，掃描區(qū)域面積為43.3 mm×43.3 mm，分辨率為600 dpi，然后用STFIMottling Expert 1.2軟件進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。結(jié)果以尺寸間隔為0.13～4mm區(qū)間上的變化系數(shù)（CV，%）的形式給出。

利用Red Wipe圖像分析方法模擬印刷壓力為0的印刷情況。通過(guò)Prüfbau印刷機(jī)將油性品紅油墨應(yīng)用到試樣上。印刷過(guò)后在一個(gè)預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)，用布將多余的油墨擦掉。通過(guò)肉眼和掃描愛(ài)普生Perfection P500照片分析印刷區(qū)域，掃描選用24位RGB彩色掃描模式，掃描分辨率200 dpi。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂布結(jié)構(gòu)及性能分析

主要的孔隙半徑可從孔隙直徑范圍為0.05～0.5μm的曲線峰點(diǎn)中計(jì)算得到，見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，隨著乳膠含量的增加，孔隙率（ε）下降，計(jì)算得到的彎曲度（τ）增加，這意味著一個(gè)更加封閉的結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。

表2 4種試樣的孔隙半徑、孔隙率及彎曲度

圖1為涂布表面的SEM照片[圖中的圓圈照片是軟件處理后的部分SEM照片，以此來(lái)確定乳膠（黑色）覆蓋區(qū)域的比例]。

圖1 涂布表面的SEM照片

由圖1可見(jiàn)，乳膠含量較高的試樣120-18和160-18的表面乳膠覆蓋率更大。試樣120-18中完全被乳膠覆蓋的區(qū)域被用白色虛線圈出。乳膠含量為12%的面層SEM照片表明，這一主要包含GCC顏料的結(jié)構(gòu)是粗糙多孔的。當(dāng)乳膠含量增加到18%時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)靠近表面（觀察到的表面為具有平滑紋理的灰色區(qū)域）的乳膠覆蓋區(qū)域的尺寸變得更大。當(dāng)黏合劑用量增加時(shí)，GCC顆粒明顯變得更加嵌入乳膠薄膜中，同時(shí)也構(gòu)成了一個(gè)更加封閉（孔隙更少）的表面結(jié)構(gòu)。

用掃描電鏡圖像評(píng)估乳膠覆蓋區(qū)域的面積百分比表明，其值會(huì)由乳膠含量為12%時(shí)的0.35～0.40，增加至乳膠含量為18%時(shí)的0.70～0.75（圖2，在標(biāo)準(zhǔn)誤差允許范圍內(nèi)平均測(cè)量12次）。當(dāng)涂布所用的乳膠顆粒直徑為160 nm時(shí)，乳膠覆蓋區(qū)域面積百分比會(huì)稍有下降。

圖3顯示了添加到涂料中的乳膠用量與表面乳膠含量的關(guān)系[將圖線外推至涂料中乳膠添加量為0%處，亦即表面沒(méi)有乳膠存在；將圖線外推至乳膠全部覆蓋表面處（根據(jù)圖1的定義）]。

圖2 表面乳膠覆蓋率估計(jì)值

圖3 添加到涂料中的乳膠用量與表面乳膠含量的關(guān)系

由圖3可見(jiàn)，表面乳膠的覆蓋比例與添加到涂料中的乳膠比例是不成正比的。推論表明，大約17%～18%（對(duì)應(yīng)于20%～21%）的乳膠添加量可獲得100%的表面覆蓋比例（如圖1中圓圈區(qū)域所示）。圖3也表明，盡管存在細(xì)微差別，但是當(dāng)乳膠顆粒尺寸為120 nm時(shí)能較快獲得總的表面覆蓋率（即乳膠添加比例降低）。

涂層孔隙率ε隨著乳膠含量的增加而降低（表2）。同時(shí)，主要孔隙半徑減小的事實(shí)表明，要么乳膠填充較大孔隙的程度比填充較小孔隙的程度大，要么乳膠本身能夠形成孔隙較小的結(jié)構(gòu)。乳膠含量增加可能會(huì)導(dǎo)致彎曲度上升，但是乳膠含量對(duì)計(jì)算得到的彎曲度的影響是很小的。

表3顯示了乳膠含量及乳膠顆粒尺寸對(duì)光澤度、表面粗糙度和表面能的影響（數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)偏差下6次測(cè)量結(jié)果的平均值）。

由表3可見(jiàn)：光澤度隨著乳膠含量的增加而降低，但是光澤度幾乎不受乳膠顆粒尺寸的影響；表面粗糙度（PPS）也隨著乳膠含量的增加而降低，且當(dāng)乳膠顆粒尺寸為120 nm時(shí)下降得更快；表面能隨著乳膠含量的增加而降低。表面能較低的部分原因是，粗糙度上升會(huì)導(dǎo)致接觸角變大，進(jìn)而導(dǎo)致表觀自由能較低。然而，由表面乳膠覆蓋率的不同所導(dǎo)致的局部可潤(rùn)濕性的差異可能是自由能降低的主要原因。

表3 乳膠含量及乳膠顆粒尺寸對(duì)光澤度、表面粗糙度和表面能的影響

圖4表示的是測(cè)量的水接觸角與SEM照片（圓圈）評(píng)估得到的表面乳膠覆蓋率之間的關(guān)系[圖中：等式（2）用實(shí)線表示；等式（3）用虛線表示]。

將測(cè)量數(shù)據(jù)與等式（2）和等式（3）的計(jì)算值相比，可以發(fā)現(xiàn)二者存在良好的相關(guān)性，其中純?nèi)槟z的接觸角為70°，GCC的接觸角為0°，乳膠和GCC的比例為0～1。

2.2 印刷質(zhì)量分析

圖4 試樣接觸角平均值圖像

當(dāng)印刷壓力為25 N時(shí)，視覺(jué)印刷質(zhì)量會(huì)隨著涂膠用量的增加而降低。2種乳膠顆粒尺寸下，印刷中均出現(xiàn)大量UCAs（圖5中箭頭所指）。隨著印刷壓力增加，檢測(cè)不到UCAs存在。應(yīng)當(dāng)注意到，軟件處理過(guò)程中為提高UCAs可見(jiàn)性而對(duì)其進(jìn)行了放大處理，使試樣中乳膠含量較高的未覆蓋區(qū)域清晰可見(jiàn)。

圖6是印刷壓力為25 N時(shí)印刷表面（試樣160-18）的顯微圖像（印刷壓力25 N下對(duì)試樣160-18進(jìn)行全色調(diào)區(qū)印刷。圖6（a）為受纖維擾動(dòng)的涂布表面附近的UCAs，圖6（b）為沒(méi)有明顯表面擾動(dòng)的區(qū)域內(nèi)的UCAs）。

圖5 印刷壓力25 N下的印刷試樣

由圖6（a）可見(jiàn)，靠近表面的一根纖維附近可以看見(jiàn)有UCAs存在，進(jìn)而導(dǎo)致局部粗糙度增加，涂層變薄。因此這也表明，UCAs是由表面結(jié)構(gòu)變亂導(dǎo)致的，當(dāng)施加印刷壓力時(shí)，局部增加的粗糙度會(huì)阻礙油墨到達(dá)較低的區(qū)域。然而同樣在印刷壓力為25 N時(shí)，在沒(méi)有發(fā)生明顯表面形貌擾動(dòng)的區(qū)域[表面平滑，沒(méi)有可見(jiàn)纖維，圖6（b）]也有UCAs存在。這表明，除結(jié)構(gòu)擾動(dòng)外，涂布表面上還存在可潤(rùn)濕性的局部變化。對(duì)試樣120-18而言也有相同的作用效果。

圖6 以亮（白）斑形式出現(xiàn)的UCAs的顯微照片

進(jìn)一步詳細(xì)研究了UCAs的數(shù)量和來(lái)源。試樣120-18表面上30mm×30mm區(qū)域范圍內(nèi)61個(gè)確定的UCAs（印刷壓力為25 N）中，30%和結(jié)構(gòu)變化有關(guān)系，如表面附近的纖維。另外的70%UCAs與其附近的任何纖維都無(wú)直接關(guān)系。試樣160-18也存在相同的趨勢(shì)。與纖維相關(guān)的試樣的UCAs趨于更小，平均面積約為1 500μm2，而其余的UCAs的平均面積約為3 000μm2。所研究的UCAs中，與纖維相關(guān)的UCAs的最大面積約為6 000μm2，與纖維無(wú)關(guān)的UCAs的最大面積約為10 000μm2。與纖維相關(guān)的UCAs常以狹長(zhǎng)區(qū)域的形式出現(xiàn)在纖維表面，或者以1個(gè)或者2個(gè)更大區(qū)域的形式出現(xiàn)在纖維旁邊[圖6（a）]。當(dāng)同一試樣以50 N印刷壓力進(jìn)行印刷時(shí)，將檢測(cè)不到與纖維無(wú)關(guān)的UCAs。能檢測(cè)到的UCAs均與所有明顯形貌擾動(dòng)[圖6（b）]無(wú)關(guān)。

圖7顯示了UCAs百分比（a）及不同尺寸UCAs的數(shù)量（b）。

印刷壓力為25 N時(shí)，隨著乳膠含量從12%增加至18%，表面的UCAs百分比出現(xiàn)一個(gè)大的增長(zhǎng)[圖7（a）]。同時(shí)也觀察到涂膠顆粒尺寸之間存在顯著差別。顏料中乳膠添加量為18%時(shí)，若乳膠顆粒尺寸為120 nm，其UCAs增加至約0.45%，而乳膠顆粒尺寸為160 nm時(shí)，表面的UCAs超過(guò)1%。

圖7（b）展示了不同尺寸UCAs的數(shù)量。UCAs的數(shù)量隨其尺寸的變小而增加，隨著乳膠含量的增加而圖7也表明，當(dāng)使用的乳膠顆粒尺寸更大時(shí)，UCAs的數(shù)量增加，而其尺寸并未增加。

圖7 UCAs百分比（a）及不同尺寸UCAs的數(shù)量（b）增加。

圖8為印刷壓力分別為25 N和50 N時(shí)的印刷密度。

由圖8可見(jiàn)，印刷壓力為25 N時(shí)，印刷密度隨著乳膠含量的增加而減小，印刷壓力為50 N時(shí)效果相反。印刷壓力為25 N時(shí)印刷密度隨乳膠含量增加而減小，這很可能是因?yàn)橛湍趬毫^小時(shí)的遷移量較小，以及油墨遷移行為中的黏附力較低（表面能較低）。

圖9顯示了印刷壓力分別為25 N和50 N下的油墨滲透深度估計(jì)值。

圖8 印刷壓力分別為25 N和50 N下的印刷密度

圖9顯示的油墨滲透深度估計(jì)值是在印刷壓力分別為25 N和50 N下，對(duì)4種試樣印刷材料的橫截面進(jìn)行分析得到的。盡管不是特別明顯，還是能夠確定某些趨勢(shì)。印刷壓力為25 N時(shí)，試樣的油墨滲透深度隨乳膠含量的增加而減小。這可以被看作是由表面能（表3）不同及表面存在乳膠（圖2）所導(dǎo)致的結(jié)果，也有可能是較低的印刷壓力減小了印版和承印物之間的接觸面積。隨著乳膠含量的增加，表面粗糙度升高（表3），進(jìn)而可能會(huì)使總的油墨遷移量減少而降低油墨滲透深度。另一方面，當(dāng)印刷壓力為50 N時(shí)，不同試樣的油墨滲透深度基本相同，而且似乎與表面存在的乳膠含量及承印物的表面粗糙度無(wú)關(guān)。這種情況下，較高的印刷壓力會(huì)使壓印線上印版和承印物的接觸面積增大，這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致油墨遷移量增加，印刷密度增大。

圖9 印刷壓力分別為25 N和50 N下的油墨滲透深度估計(jì)值

圖10顯示了印刷壓力25 N下油墨滲透深度的估計(jì)值與不含乳膠的表面分?jǐn)?shù)的關(guān)系圖，即和乳膠覆蓋（圖2）的表面分?jǐn)?shù)的反關(guān)系。

由圖10（a）表明，乳膠含量越高則表面結(jié)構(gòu)越封閉，這將阻礙油墨向涂層結(jié)構(gòu)的滲透。圖10（b）表明，當(dāng)表面乳膠含量增加時(shí)，乳膠顆粒尺寸為160 nm的試樣的UCAs的數(shù)量增加值較乳膠顆粒尺寸為120 nm的試樣的UCAs數(shù)量增加值要大。

圖11顯示了Red Wipe圖像分析（以黑白的形式再現(xiàn)）：將油墨轉(zhuǎn)移到試樣上，在印刷完成后的設(shè)定時(shí)間內(nèi)將多余的油墨擦掉，陰影越暗說(shuō)明轉(zhuǎn)移到試樣區(qū)域的油墨越多。

IGT-FI型實(shí)驗(yàn)室印刷機(jī)可設(shè)置的最小印刷壓力為10 N，因而很難模擬印刷壓力為0的條件。然而由

圖10 印刷壓力25 N下，油墨滲透深度估計(jì)值與不含乳膠表面區(qū)域分?jǐn)?shù)的關(guān)系（a）及未覆蓋區(qū)域百分比與表面乳膠分?jǐn)?shù)的關(guān)系（b）

圖11獲得的結(jié)果驗(yàn)證了印刷壓力25 N下的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。試樣120-12和試樣160-12明顯獲得了更多油墨，這印證了前面的檢測(cè)結(jié)果。例如印刷壓力為25 N時(shí)，試樣120-12的印刷密度更大，但當(dāng)印刷壓力增加時(shí)，承印物的乳膠含量越大則試樣的印刷密度更大。這和前人的研究結(jié)果是一致的。比較圖11和圖8中的結(jié)果可知，很有可能是較大的壓強(qiáng)克服了試樣表面局部變化的影響，否則這些局部表面變化會(huì)導(dǎo)致印刷密度下降，UCAs數(shù)量增加。

3 結(jié)論

圖11 Red Wipe圖像分析

研究結(jié)果表明，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中研究的涂層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，面層表面存在的乳膠并不能在其上均勻鋪展。乳膠覆蓋的局部區(qū)域和不含乳膠的區(qū)域?qū)τ湍倪w移有不同的影響，進(jìn)而影響油墨干燥和印刷質(zhì)量。乳膠含量增加會(huì)導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)更加封閉，這從孔隙半徑和孔隙率的變化可以看出；反之，油墨的滲透減少了。在較小印刷壓力下，乳膠顆粒尺寸并未顯著影響油墨滲透。

結(jié)果表明，隨后出現(xiàn)的表面粗糙度增加及局部區(qū)域可潤(rùn)濕性的變化會(huì)降低印刷質(zhì)量，增加UCAs的存在。隨著印刷壓力增大，印刷密度增加，UCAs減少至幾乎為0。不含乳膠區(qū)域的比例變大將增加油墨的滲透量。印刷壓力的增加并不能顯著促進(jìn)油墨滲透。然而對(duì)所有承印表面而言，印刷密度均會(huì)隨著印刷壓力的升高而增大。承印物中乳膠含量越高則印刷密度存在的差別就越大，這些情況表明更多的油墨從印版轉(zhuǎn)移到了涂布承印物上。這可能是因?yàn)?，較大的印刷壓力增加了壓印線上印版和承印物之間的接觸面積。表面粗糙度和表面積增加可能也發(fā)揮了作用。

有些區(qū)域會(huì)由于纖維，如位于涂布表面正下方纖維的存在而導(dǎo)致局部粗糙度增加，在印刷壓力增大時(shí)這些區(qū)域也會(huì)接觸到油墨。這能使毛細(xì)管力和潤(rùn)濕力更有效地發(fā)揮作用，促使油墨薄層分布得更加均勻，進(jìn)而導(dǎo)致印刷密度增大，UCAs比例下降。此外印刷壓力較小時(shí)，表面可潤(rùn)濕性會(huì)影響油墨的遷移。印刷壓力增大的作用效果會(huì)迅速超過(guò)這個(gè)影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)印刷壓力從25 N增加至50 N時(shí)，和粗糙度相關(guān)的UCAs的下降速度較乳膠覆蓋區(qū)域?qū)е碌腢CAs的下降速率更快。

研究發(fā)現(xiàn)，乳膠含量似乎是涂布承印物表面能最大的影響因素。疏水性乳膠添加量的增加會(huì)使表面能下降。表面能的減小反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致UCAs的增加。其次，盡管乳膠顆粒尺寸的增加對(duì)表面形貌的影響程度小得多，但是增加的表面粗糙度也會(huì)促進(jìn)UCA的出現(xiàn)。因此，表面的不均勻性對(duì)印刷質(zhì)量是有害的。對(duì)測(cè)量接觸角（最好和表面形貌分析結(jié)合起來(lái)）的詳細(xì)闡述被證明是利用Cassis’s和IsraelachviliGee’s關(guān)系將印刷質(zhì)量的改善和基本表面性能的變化聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)有效工具。

（申正會(huì)編譯）