印刷中的润湿原理

印刷中的润湿原理目录第一节润湿的基础知识第二节印版表面的润湿第三节墨辊和橡皮布的润湿●什么是润湿润湿就是指物体表面上的一种流体被另一种流体取代的过程。固相液相气相从定义出发，必须涉及到：从这三相出发，又涉及到：气－液界面气－固界面液－固界面液体表面固体表面印刷过程的实质就是：印版印刷机械承印物油墨油墨印刷机械上的墨辊、印版图文部分、承印物表面的气体都要被油墨取代印版印刷机械水印刷机械上的水辊、印版空白部分的气体都要被水取代润湿？物体的界面性质物体的界面能的变化润湿1、表面张力与比表面能2、水和油的化学结构与表面张力3、液体在固体表面附着条件4、接触角与润湿的关系第一节润湿的基础知识●表面张力与比表面能描述物体表面状态的物理量1、两者的物理性质主要原因是物体表面的分子和物体内部的分子能量不同导致的2、形成的机理以液体为例液相气相形成了液体的表面张力从力的角度从能量的角度形成了液体的表面过剩自由能表面自由能：物质表面层分子所具有的位能，称为表面自由能。●表面张力与比表面能●表面张力与比表面能3、表面张力：ABFlh●表面张力与比表面能3、表面张力：F＝2γ×l式中：γ被定义为表面张力系数，简称表面张力表面张力：沿液体表面任一分界面上，垂直作用于单位长度上的力。量纲：[力/长度]，一般用N/m，dyn/cm表示

1N/m=103dyn/cmγ＝F/2·lABFlh●表面张力与比表面能4、比表面能:单位表面积所具有的表面自由能，称为比表面能。W=F·

△x=2l·γ·

△x=γ·

△A

γ=W/△A量纲：[焦尔/平方米]，一般用J/m2,erg/cm2表示g被定义为比表面过剩自由能，简称“比表面能”AM’BDCNM△xN’lF

金属丝自动收缩后处于M’N’的位置，若恢复到MN，则液膜变化面积△A：△A＝2l·△x比表面能：恒温恒压下，增加物质单位表面积所作的功，称为该物质的比表面能。外界须作功：●表面张力与比表面能5、界面张力◢对于固－液或液－液接触面的比表面能γSL或γLL：单位面积界面上两相物质分子，各自比相同数量的本内部分子过剩自由能的加和值。常称之为界面张力。●表面张力与比表面能◢

滴体积法：滴体积测定管读数显微镜6、表面张力的测定吸液管玻璃套管1、的测定：当管口形成的液滴将落而未落时，液体的表面张力与液滴的重量相等：V可读，液体滴落并不完全，引进校正因子φ：可查表●表面张力与比表面能6、表面张力的测定2、的测定：把密度大的液体装入吸液管，把密度小的液体装入套管：●表面张力与比表面能6、表面张力的测定◢毛细管法：rθFγh须已知接触角！●表面张力与比表面能7、影响表面张力和比表面能的因素◢

物质的分子结构；◢

共存另一相的性质；◢

温度的变化；◢

表面活性剂；●水和油的化学结构与表面张力1、水的化学结构与表面张力OHH104°45′2－＋＋H2O水分子之间的作用力：范德华力和氢键水的表面张力大：7.2×10-2N/m水分子是强极性分子●水和油的化学结构与表面张力2、油的化学结构与表面张力CH3－CH2－CH＝CH－CH2－CH＝CH－CH2－CH＝……－C＝O－OH亲油基团亲水基团非极性基团，碳链越长，非极性越强极性基团油为有机化合物的总称，一般说来基本为非极性分子，但若引入了（－OH）、（－COOH）、（－NH2）等，便存在一定的极性。●水和油的化学结构与表面张力3、油墨表面张力的测定印刷油墨中的连结料物质的分子结构很像油的分子结构：如油墨中的树脂、植物油等。因此，油墨是一种带有弱极性的非极性分子。★油墨分子之间的作用力很小，故其表面张力也较小★油墨的表面张力为：3.0×10-2~3.6×10-2N/m选择不同的稀释剂将油墨稀释，然后推断到100%纯油墨的表面张力

水

=7.210-2N/m

油墨=3.0~3.610-2N/m

测定油墨表面张力时，一般选择两种稀释剂（一种表面张力高于纯油墨，另一种则低于纯油墨）分别稀释油墨，测定不同浓度下的表面张力。●液体在固体表面的润湿条件液体在固体表面的润湿类型主要有沾湿、浸湿、铺展三种。1、沾湿定义：液体与固体接触，原有的1m2

固面和1m2

液面消失，形成1m2“液－固”界面的过程。单位面积体系自由能的变化：ΔG＝γSL－γLG－γSG单位面积体系对外所做的功：Wa=－ΔG＝γSG+γLG－γSLWa：称之为粘附功L液相γSLS固相G气相L液相γLGS固相G气相γSG●液体在固体表面的附着条件在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行。沾湿的自发条件：ΔG＝γSL－γLG－γSG≤0或：Wa=－ΔG＝γSG+γLG－γSL≥01、沾湿体系自由能减少得越多，沾湿过程越容易进行，沾附功越大，液－固界面结合越牢。沾湿在印刷中的应用：★平版印刷中油墨能否附着在印版的图文部分。★油墨能否粘结在承印材料上。●液体在固体表面的附着条件2、浸湿G相L相S相γSGG相L相S相γSL定义：固体浸没在液体中，原有1m2固面消失，转变为1m2“液－固”界面的过程。单位面积体系自由能的变化：ΔG＝γSL－γSG单位面积体系对外所做的功：Wi=－ΔG＝γSG－γSLWi：称之浸湿功●液体在固体表面的附着条件2、浸湿在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行。浸湿的自发条件：ΔG＝γSL－γSG≤0或：Wi=－ΔG＝γSG－γSL≥0浸湿在印刷中的应用：Wi的大小表征了液体在固体表面取代气体的能力。或：A=γSG－γSL≥0凹版印刷中，印版滚筒的上墨和柔性版印刷中网纹辊上的网穴能否被油墨附着，便属于浸湿作用。●液体在固体表面的附着条件3、铺展L液相S固相G气相γSG定义：一液滴（表面积忽略不计）在1m2固面上铺展时，原有的1m2的固面和液滴均消失，形成1m2固－液界面和1m2液面。单位面积体系自由能的变化：ΔG＝γSL＋γLG－γSG单位面积体系对外所做的功：S=－ΔG＝γSG－γLG－γSLS称之为铺展系数：S的大小表征了液体在固体表面铺展的能力L液相γSLS固相G气相γLG●液体在固体表面的附着条件3、铺展在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行。沾湿的自发条件：ΔG＝γSL＋γLG－γSG≤0或：S=－ΔG＝γSG－γLG－γSL≥0因为：A=γSG－γSL所以：S=A－γLG

，当S≥0时，则有：A≥γLG

这说明当液体和固体之间的粘附张力大于液体本身的表面张力时，液体能自动在固体表面铺展。铺展在印刷中的应用：平版印刷中的水能否在印版的空白部分铺展●液体在固体表面的附着条件4、液体在固体表面附着条件分析Wa=γSG+γLG－γSL=A+γLGWi=γSG－γSL＝AS＝γSG－γLG－γSL＝A－γLG只要S≥0，Wa、Wi都大于0●接触角与润湿的关系1、接触角

接触角是指在固、液、气三相接触点沿液面画切线，

自“液－固”界面，经液体内部，到达“气－液”界面的夹角。液相固相气相θ接触角●接触角与润湿的关系θγLGL相G相γSLγSGS相2、润湿方程γSG－γSL＝γLG×cosq●接触角与润湿的关系3、润湿方程的应用Wa=γSG+γLG－γSL=γLG（1＋cosq）Wi＝A=γSG－γSL＝γLGcosθS＝γSG－γLG－γSL＝γLG（cosq

－1）根据沾湿、浸湿和铺展的条件，可变换为：只要知道了液体的表面张力和两者之间的接触角，就可以确定它们的附着类型Wa=γLG（1＋cosq）≥0

θ≤180°A＝γLGcosq≥0

θ≤90°S＝γLG（cosq－1）≥0

θ＝0°液体在固体表面各润湿类型的条件为：★★润湿的条件一般采用接触角作为判断的依据γSG－γSL＝γLG×cosq●接触角与润湿的关系3、润湿方程的应用θθq>90°不润湿

γS<γL

q<90°润湿

γS>γL

q=0°铺展

γS»γL

★★

90°是润湿与否的界限小于90°的固体为亲液固体大于90°的固体为憎液固体●接触角与润湿的关系3、接触角的测量接触角的测量常用方法有斜板法和长度法●斜板测量法斜板法测量接触角的方法是最简单的方法，其方法采用的是接触角的定义。αθαθαθ特点：金属板的测量；用液量大●接触角与润湿的关系3、接触角的测量●长度测量法在一光滑的水平固体表面放一小液滴，重力不计，测量出液滴的高度和底宽，利用公试计算R2rhθa根据几何知识知：a＝qsinq＝sina＝r/RR＝(h2＋r2)/2hsinq＝sina＝2hr/(h2＋r2)●接触角与润湿的关系4、接触角的滞后在“液－固”界面扩展之后测量的接触角称之为前进接触角，用θA表示。在“液－固”界面缩小之后测量的接触角称之为后退接触角，用θR表示。θA、θR之间的差值（即θA－θR）称之为接触角滞后θAθRH2OφΦ角越大，接触角滞后越严重表面不均匀或表面不平常用前进接触角表示接触角●印版表面的润湿的概述印版表面的润湿：是指各类印版的图文部分上的气体被油墨取代的过程。对于胶印，是指印版表面的空白部分的气体被润湿液取代的过程。油墨对印版表面图文部分的润湿看成是油对印版图文部分的润湿。润湿液对印版表面空白部分的润湿看成是水对印版空白部分的润湿。第二节印版表面的润湿●凸版的表面结构和润湿性1、凸版的种类铅字版、铅复制版、铜锌版、橡胶版、感光树脂版、高弹性的柔性版等2、凸版的表面结构图文部分凸起、空白部分下凹，且和图文部分有一定的高度差。3、凸版的润湿性金属印版：高能表面，能被油墨润湿高分子材料印版：虽是低能表面，但分子结构相似能能生较强的亲合力要求：Wa≥0

●凹版的表面结构和润湿性1、凹版的种类2、凹版的表面结构3、凹版的润湿性金属印版：高能表面，能被油墨润湿要求：A≥0另一个方面：θ≤180°－φ

化学腐蚀凹版和电子雕刻凹版：但都是铜滚筒，其表面镀铬。图文部分下凹，空白部分凸起，并同处于同一平面或圆周上。φθ●孔版的表面结构和润湿性1、孔版的种类2、孔版的表面结构3、孔版的润湿性金属印版：高能表面，能被油墨润湿不锈钢丝网、尼龙丝网、涤沦丝网图文部分由许多大小相同的网孔组成，空白部分由固化的感光胶组成。高分子材料印版：虽是低能表面，但分子结构相似能能产生较强的亲合力要求：A≥0

●平版表面结构和润湿性高能表面：能被水完全润湿的物质表面即高能表面。低能表面：不能被水完全润湿的物质表面即低能表面。高能表面：金属表面、无机氧化物表面、无机盐表面。低能表面：有机化合物表面平版金属版基的选择：与水的接触角：

Cu>Fe>Zn>Al>Ni>Cr

亲油性亲水性PS版：Al平凹版、蛋白版：Zn多层金属版：Fe,Cu,Cr平版版基润湿性的提高●平版的表面结构和润湿性●版基砂目的形成铝版基：除油－电解－阳极氧化－封孔－干燥－涂布－干燥电解:~HClAlAl阴极：2H++2eH2阳极：Al-3eAl3+Al(OH)3、AlCl3灰质沉于槽中电解后问题：砂目深度不够，吸附性差，耐印力低！铝版基：除油－电解－阳极氧化－封孔－干燥－涂布－干燥阴极：2H++2eH2

控制Al2O3的生成速度大于基溶解速度，形成多孔性的三氧化二铝膜层。阳极氧化：H2SO4AlAlPt水电解：H2OH++OH-

阳极：2OH-H2O+[O]+2eAl-3eAl3+Al2O3Al2O3+3H2SO4Al2(SO4)3+3H2O铝版基：除油－电解－阳极氧化－封孔－干燥－涂布－干燥阳极氧化：

Al2O3分为两层：阻当层：Al2O3致密，厚0.01~0.05um。多孔层：Al2O3厚3~4微米，600孔/um2,吸附力极强。封孔:目的：（1）封去一些微小的孔（2）使大孔的孔壁增厚（3）选择亲水性物质提高版面亲水性Al2O3+NaSiO3，形成硅铝酸盐晶体，极强的亲水性。●平版的表面结构和润湿性●砂目粗面的润湿粗面的润湿方程：

R’（γSG－γSL

）＝γLG×cosθ’cosθ’=R’（γSG－γSL）/γLG=R’

cosθR’=cosθ’/cosθ

所以：θ<90°时，R’越大，θ’越小

θ>90°时，R’越大，θ’越大比表面积大，用粗度R’表示,R’>1R’：1平方为的表面粗面计量时的面积●平版的表面结构和润湿性1、胶印印版的种类●胶印中常用的印版种类有：常规PS版阳图型PS版阴图型PS版重氮类化合物＋版基

叠氮类化合物＋版基

CTP版光聚CTP版热敏CTP版感光物质＋版基

热敏层＋版基

银盐扩散版（银盐乳剂层＋受核层）＋版基2、胶印印版的结构●无论何种胶印印版，其结构基本相同版基（主要是Al2O3）总厚度：0.3mm感光层＋亲墨亲水●版基的砂目

版基砂目（放大2000倍）

感光层●平版的表面结构和润湿性重氮化合物见光分解，显影溶之露出铝基空白图文未见光，感光层不溶于稀碱亲油印刷部分1.阳图型PS版：P（Positive）型版阳图原版片亦称内型版：图文基础牢固，无需加亲油性金属增强。预涂感光版(PS版)制版法

重氮化合物见光交联或聚合，使见光胶层不溶，具有亲油性印刷部分未见光部溶于显影液，露出版基亲水性空白2.阴图型PS版：N（Negative）型版阴图原版片亦称外型版：需涂布补强基漆，以提高印刷部分耐磨性预涂感光版(PS版)制版法3、印版的润湿●胶印版润湿的基础a.油墨能润湿印版的图文部分b.水能铺展印版的空白部分印版图文部分印版非图文部分●平版的表面结构和润湿性●印版图文部分c.印版图文为低能表面a.由感光物质组成b.为弱极性的非极性分子●印版非图文部分a.由版基铝组成，亲水面为氧化铝b.属高能表面：7.0×10-1