《印刷工艺及实训》课件-2-润湿

课程名称可修改COURSETITLE 印刷工艺及实训PricinpleandtrianningofGraphicPrinting

绪论润湿润湿分类与特征印刷中的几大理论印刷中的润湿原理1印刷中的压力原理2印刷中的油墨传递原理3印刷中的水墨平衡原理(胶印)4印刷中的润湿问题很多，例如，油墨从印刷机的墨斗传出，经过墨辊、印版、橡皮布等印刷面转移到承印物表面，具备什么样的条件，油墨可以取代各个印刷面上的空气，将固体表面转变为稳定的液－固界面，使油墨传递均匀？怎样改变油墨和印刷面的润湿性能，提高油墨传输、转移效率？如何增强润湿液对平版空白部分的润湿性，防止版面起脏等问题都和润湿有关，可以说润湿作用是油墨传输和转移的基础。由于润湿是固体表面结构与性质、固－液两相分子间相互作用等微观特性的宏观表现，所以探讨印刷过程中的润湿问题，对提高材料的印刷适性以及进行印刷新材料、新工艺的研究，可提供一定的理论依据。●润湿的基本概念润湿作用（wetting）：固体表面的一种流体被另一种流体所取代的过程。在印刷工艺中主要指固体表面的气体被液体取代的过程。在一般的生产实践中，润湿是指固体表面上的气体被液体取代，固体的表面被液体润湿后，就像一滴水滴在固体表面，便形成了气-液，气-固，液-固三个界面，三个界面形成的夹角叫接触角，通常把有气相组成的界面叫做表面，即把气-液界面叫做液体表面，气-固界面叫做固体表面，印刷过程中，油墨，润湿液的传递过程实质就是润湿过程。●印刷知识回顾模拟印刷需要五大要素，它们分别是：原稿印版印刷机械承印物油墨固体表面固体表面固体表面流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是有条件的，润湿能否进行，取决于界面性质和界面能的变化。●表面张力润湿的基本条件表面张力，指的是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。清晨凝聚在叶片上的水滴、水龙头缓缓垂下的水滴，都是在表面张力的作用下形成的。液体具有内聚性和吸附性，这两者都是分子引力的表现形式。让我们动手做一个小小的观察实验吧！●表面张力与表面过剩自由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润湿的基本条件●表面过剩自由能润湿的基本条件表面张力可以通过实验来证实，由于表面分子处于不平衡的合力作用下，所以相对于内部分子处于较高的能量态势，把单位表面积上的分子比相同数量的内部分子过剩的自由能叫作表面过剩自由能。◢滴体积法：既可测量表面张力，还可测量界面张力（润版液和油墨连结料）◢挂环法：要求挂环能完全被测试液所润湿表面张力的测定（实验室）影响表面张力和比表面能的因素◢物质的种类；◢共存另一相的性质；◢温度的变化；◢表面活性剂

表面张力和浓度的关系表面张力系数的基本性质(1)不同液体的表面张力系数不同，密度小、容易蒸发的液体表面张力系数小。如酒精的很小，金属熔化后值很大。(2)同一种液体的表面张力系数与温度有关，温度越高表面张力系数越小。(3)液体表面张力系数与相邻物质的性质有关(与不同物质交界值不同)(4)表面张力系数与液体中的杂质有关。(表面活性物质)●液体在固体表面的附着条件液体在固体表面的附着主要有沾湿、浸湿、铺展三种。1、沾湿（接触润湿）定义：液体与固体接触，将“气－固”界面转变为“液－固”界面的过程。L液相γSLS固相G气相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γLGS固相G气相γSG油墨向印版和纸张上的瞬间转移在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行（热力学定律）。沾湿的自发条件：ΔG＝γSL－γLG－γSG≤0或：Wa=－ΔG＝γSG+γLG－γSL≥0体系自由能减少得越多，沾湿过程越容易进行，粘附功越大，液－固界面结合越牢。L液相γLGG气相L液相γLGL液相γLLG气相L液相Wc=Wa＝γLG+γLG=2γLGWc的大小表征了液体分子间的相互作用力，叫做内聚功。Wc越大，液体本身结合越牢固沾湿在印刷中的应用：★平版印刷中水能否附着在印版的图文部分。★平版印刷中油墨能否附着在印版的空白部分。2、浸湿——浸没润湿定义：固体浸没在液体中，“气－固”界面全部转变为“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1、制版过程中，将感光液涂布于金属版基的作用2、油墨渗透到纸张的毛细管G相L相S相γSGG相L相S相γSL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。在铺展作用中，它是对抗液体收缩表面的能力（表面张力）而产生铺展的力，也称之为粘附张力，常用A表示。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。3、铺展定义：是指液体在固体表面上扩展时，气－固面被液－固界面取代的同时，液体也铺展的过程。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：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γLGS固相G气相γSGL液相γSLS固相G气相γLG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从中还可以看出：（1）“气－固”和“液－固”界面能对液体的附着贡献相同，都以A的形式表现。（2）液体的表面张力对液体的附着所起的作用不同。★★常用铺展系数S作为体系润湿的指标。●接触角与润湿的关系接触角的含义在这个体系中自由能的变化：接触角是指在固、液、气三相交界处，自“液－固”界面，经液体内部，到达“气－液”界面的夹角润湿方程ΔG＝γSG×dA－

γSL×dA－γLG×dA1ΔG＝γSG×dA－

γSL×dA－γLG×dAcosq1ΔG＝γSG×dA－

γSL×dA－γLG×dAcos(q–dq)体系平衡条件下：ΔG＝00＝γSG×dA－

γSL×dA－γLG×dAcos(q–dq)γSG－γSL＝γLG×cosq润湿方程（二）接触角θdA1θ1γLGL相G相dAγSLγSGS相液相固相气相θ接触角接触角θ象征着三个界面张力γSL、γLG、γSG相互作用的平衡状态，当它们之间达到平衡以后，水平方向的力平衡关系如下：γSG－γSL＝γLG·cosθ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°液体在固体表面附着的条件为：★★润湿的条件一般采用接触角作为判断的依据θθq>90°不润湿q<90°润湿q=0°铺展★★

90°是润湿与否的界限大于90°的固体为憎液固体小于90°的固体为亲液固体θ角愈小，润湿性能愈好固体被完全润湿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●长度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sinq＝R/R1R1＝(H2＋R2)/2Hsinq＝2HR/(H2＋R2)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θAθRH2Oφ表面越粗糙，起伏角Φ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思考作业印刷的润湿是什么？印刷过程中的润湿分别是哪种类型？绪论润湿乳化

润湿在印刷中，尤其在四大传统印刷方式中都存在，又有不同，主要是油墨在各种表面上发生的润湿，由于油墨的成分比较多，印刷方式不同，油墨也有不同，所以能否润湿，还需要了解润湿物质本身的性能。印刷过程中的主要物质：油墨、润版液（水）、印版、承印物、墨辊、橡皮布。印刷过程中指的是什么呢？一、油水相斥原理（一）实验油水不相溶的现象物质的相溶是指一种分子分散在另一种分子中的现象。

乳化(emulsify)：使本来不能混合到一起的两种液体能够混到一起的现象称为乳化现象。增溶(solubilize)溶解：solute乳化一、油水相斥原理（二）物质的溶解规律（1）物质的极性与非极性结构（2）水的极性结构（3）有机化合物的结构特点（4）油墨是非极性物质（5）物质的溶解性规律——相似相溶一、油水相斥原理（二）物质的溶解规律

（1）物质的极性与非极性结构极性物质是指分子具有偶极，而非极性分子则没有偶极。当成键的两个原子电负性不同时，就会产生电荷的不均匀分布，正电中心和负电中心不能重合，键就有了极性。

极性分子：分子中正负电荷中心不重合，从整个分子来看，电荷的分布是不均匀的，不对称的非极性分子：分子中正负电荷中心重合，从整个分子来看，电荷分布是均匀的，对称的

但整个分子的偶极是各个极性键偶极的向量和，而不是简单加和。也就是说分子的极性不仅与是否存在极性键有关，还与分子的空间构型有关。例如四氯化碳，每个碳氯键都有极性，但它们的偶极正好相互抵消，整个分子就是非极性分子。因此判断的时候，如果分子中只有一个极性键，那分子一定有极性，要有多个极性键，就要看空间构型了。极性基团脂肪酸结构模型非极性基团，碳链越长，非极性越强水的分子结构：极性（2）水的分子结构润版液：主要是水，添加剂，为极性溶剂

甘油三酸酯结构式（3）有机化合物的分子结构有机化合物指：有机化合物（organiccompound、organicchemical），简称有机物，是含碳化合物，但是碳氧化物（如一氧化碳、二氧化碳）、碳酸、碳酸盐、

碳酸氢盐、氰化物、硫氰化物、氰酸盐、金属碳化物（如电石）等除外。有机化合物有时也可被定义为碳氢化合物及其衍生物的总称。有机物是生命产生的物质基础，例如生命的起源——氨基酸即为一有机化合物。碳氢组成的代表：甲烷（CH4）,其分子结构为非极性。甘油松香改性酚醛树脂非极性分子（4）油墨的分子结构油墨：连接料多为含有长烃链的有机化合物，分子的构型总体上是对称的，所以总体上非极性的。极性分子和非极性分子相互作用时的情况极性分子相互作用时的情况非极性分子相互作用时的情况（5）物质的溶解性规律简单地说：有机溶有机，无机溶无机准确的说相似相溶规则：指物质容易溶解在与其结构相似的溶剂中的规则。如碘、油脂等非极性物质，易溶于四氯化碳、苯等非极性溶剂中，而难溶于强极性的水中；氯化钠、氨等强极性物质易溶于强极性的水中，而难溶于非极性溶剂中。为经验规则，但可运用于推测物质在不同溶剂中的溶解能力。二、乳化（一）乳化液

1.乳浊液，浊液的一种，又称乳化液或乳状液。它的分散相和分散介质是两种互不相溶的液体，一种液体以微细粒子的形状分散在另一种液体中。我们把将两种互不相溶的液体，借助乳化剂或机械力作用，使其中一种液体分散在另一种液体中而形成的乳状液体，这种作用称为乳化。

2.乳浊液的分类——O/W(油/水)，油是分散相，水是分散介质

W/O（水/油）二、乳化（二）乳化剂

促使两种互不相溶的液体形成乳浊液的物质，大多数是表面活性剂（surfactant）。

乳化剂能降低分散相的表面张力，在其微滴的表面上形成薄膜或双电层，来阻止这些微滴的相互凝结。三、表面张力与吸附平版印刷是一个固体表面（印版）被两种互不相溶的液体——水或药水、油墨润湿的过程，在一般情况下，这种润湿的程度也是由固体——液体的界面张力决定的，因此要深入了解和研究平版印刷过程的原理，主要是了解水、墨的表面张力，了解印版与水、墨的界面张力。（一）表面张力的来源分子间存在着将分子聚集在一起的作用力，这种作用力称为分子间作用力，又称为范德华力。我们把液体表面边界单位长度上的力称为表面张力。液相气相三、表面张力与吸附（二）水、墨的表面张力水分子之间的作用力，既有范德华力中的取向力、诱导力和色散力，也有氢键力，水的表面张力是范德华力和氢键力之和，纯水的表面张力在20℃时，约为7.2*10-2N/m。油分子和油分子之间没有氢键的作用，只有范德华力中的色散力，因此，油的表面张力比水的表面张力小。物质分子间的作用力：范德华力和氢键。范德华力一般包括取向力、诱导力和色散力。A氢原子和其他电负性较强的原子（如F、O、N）化合而形成的分子之间，存在氢键。B（一）表面活性剂的结构与性能

1.表面活性剂的结构：由憎水基和亲水基组成

它能吸附在油水相互排斥的界面上，从而降低它们之间的界面张力，产生所谓的乳化和增溶现象。

四、表面活性剂四、表面活性剂（一）表面活性剂的结构与性能

2.表面活性剂的分类（1）非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温）（2）离子型表面活性剂：按极性基团的解离性质分类A、阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠（肥皂类）B、阳离子表面活性剂：季铵化物C、两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型（3）两性表面活性剂

四、表面活性剂（一）表面活性剂的结构与性能

3.表面活性剂的性质不同种类的表面活性剂性质不同，阴离子型表面活性剂遇碱性金属化合物往往会产生沉淀反应；阳离子型表面活性剂遇酸性金属化合物时，往往会产生沉淀反应。

非离子型表面活性剂由于无离子性，故不怕硬水也不受pH值的限制，分子中亲水及憎水部分的效能常常可以用化学方法加以改变，因此是用途较广的一种表面活性剂。四、表面活性剂（二）HLB值

HLB值（Hydrophile-LipophileBalance）,也叫亲憎平衡值，是衡量表面活性剂亲水基团和亲油基团关系的指标。

HLB值从0～18亲水性逐渐增大，而亲油性逐渐减小。当HLB值到14时，表面活性剂具有渗透、洗涤、乳化等多种功能。胶印润版液要求添加剂溶水性要强，即HLB>11，否则固体颗粒不易溶解或在溶液浓度大时形成絮凝状。绪论润湿印版的润湿印版表面的亲油亲水性●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。●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）＋版基无水胶印版阳图型PS版（感光层＋硅橡胶层）＋版基带来的问题很多套准或调色方面有优势网点扩大方面有优势●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：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）＋版基套准或调色方面有优势computertoplate:从计算机直接到印版，脱机直接制版computertopress:从计算机直接到印刷机，在机直接制版，是将印版装在数字印刷机上，通过计算机控制的激光束，将图文信息直接输出到印版上，然后就开机印刷，但是这种印版上是一次性的。computertopaper/print:从计算机直接到纸张或印品。（喷墨打印）computertoproof:从计算机直接得到样张，是数字打样。。（1）干燥纯金属面的油滴接触角氢氧处理面：镍铁铬铜铝锌

小亲油性大（2）水中油滴接触角水中油滴接触角更接近胶印实际状况。铝有良好的亲水性能，常温下有较好延展性，便于压延加工成薄型版材，进而可以通过阳极氧化处理，在表面形成一层可靠的防护氧化膜；金属结构细，制印版解像力强；因而铝版基是理想的平印版材，亲水的空白部分是Al2O3,亲油的图文部分是硬化的重氮感光树脂。

2、胶印印版版基的选择●平版的表面结构和润湿性3、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Al）总厚度：0.3mm感光层＋亲墨亲水●版基的砂目

建立砂目目的：a.提高PS版的比表面积b.提高PS版的亲水能力

版基砂目（放大2000倍）

感光层●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.为弱极性和非极性分子●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：7.0×10-1J/m2PS版结构图印版图文部分印版非图文部分版基Al感光物质的极性分子感光物质的非极性分子●平版的表面结构和润湿性●印刷中的油墨b.表面张力低：3.0-3.6×10-2N/ma.为弱极性/非极性分子●印刷中的水b.表面张力较高：7.2×10-2N/ma.极性分子●结论b.印版的空白部分无选择润湿、吸附性a.印版的图文部分有选择润湿、吸附性c.印刷过程中一定要先上水，后上墨●平版的表面结构和润湿性印版图文部分润版液印版上油墨润版液印版上油墨空白部分油墨胶印版润湿性的提高与保护●粗化印版非图文部分的表面胶印版润湿性的提高与保护主要是指印版非图文的亲水性的提高与保护！在版基上建立砂目印版的亲水性能提高●影响印版亲水性的因素b.亲水部分吸附杂质a.亲水部分的电化腐蚀c.亲水部分的磨损擦胶保护：晒版，印刷停机控制印刷压力、辊压、供水量等注意：只有润湿性的表面，粗化度越大，润湿性能才越好砂目遭到破坏（1）平版印刷中必须使用润版液的主要目的：