【CPP114】：0 前言

  印刷产业是我国重要产业之一，截至2008年底，我国印刷企业数已达10万家，从业人员约340万，2008年我国印刷产业gdp约4800亿元人民币，约占全国gdp的2%，在国民经济中占有举足轻重的作用。印刷油墨是印刷产业的重要原材料之一，据统计数据，2008年我国油墨产量已经突破40万吨。目前在我国，胶印仍然是最主要的印刷方式，占据着印刷产业的主流位置，胶印油墨的消耗量也最多。

  众所周之，油墨是由颜料、连结料和各种助剂通过研磨分散形成的一种分散体系。由于用于油墨的颜料粒子粒径很小，其表面活性高，在油墨分散体系中极易相互作用形成凝聚结构，同时，用于胶印油墨的连结料树脂通常都是高聚物，因此，胶印油墨表现出极为复杂的流变学特性。从本质上来说，胶印油墨的流变学性能主要受颜料粒子分散性的影响，而颜料粒子的分散性则取决于颜料粒子的粒径大小、形状、粒子间的相互作用以及颜料粒子与连结料树脂间的相互作用。胶印油墨的流变学性能直接影响到油墨的印刷适性，进而影响到印刷品质量。因此，研究胶印油墨的流变学性能，解明油墨体系中颜料粒子的分散状态，对油墨体系的设计、油墨的生产工艺、改善油墨的印刷适性、提高印刷品质量具有重要意义。

  1 胶印油墨流变学与印刷适性

  1.1 胶印油墨的流变学

  流变学是研究物质流动与变形的一门科学，主要探究物质在受到外界刺激时的流动与变形的规律。胶印油墨在生产制备以及使用过程中均会受到极为强烈的外界刺激，并表现出复杂的流动与变形特征。

  油墨流变学性能主要有包括粘度、应力、屈服值等在内的稳态力学性能、包括储存弹性率（动态弹性率）、动态粘性率、损失正切等在内的动态力学性能以及触变性、逆触变性、剪切变稀、剪切增稠等与作用时间相关的性能。这些流变学性能主要受颜料粒子的浓度、粒径、形状和作用时间、作用历程等因素的影响。颜料粒子在油墨体系中的分散状态主要受粒子的浓度、粒径、界面活性、粒子间以及粒子与连结料间的分子作用力等因素的影响。

  比较影响油墨流变学性能和影响颜料粒子分散性的参数可以看出，油墨的流变学性能主要取决于颜料粒子分散状态，因此，影响油墨印刷适性的主要因素实质上也是颜料粒子的分撒状态。这也正是油墨生产企业将解决油墨中颜料粒子分散性和分散稳定性作为永恒课题的原因所在。

 

  1.2 胶印油墨的印刷适性

  印刷适性是指油墨作为一种印刷材料，必须具有良好的印刷适性。油墨的印刷适性包括油墨的粘度、粘性、乳化性能、对承印材料的附着性、干燥性等。油墨的印刷适性对油墨的在机印刷性能有很大影响，如：油墨的流动曲线变化趋势决定着油墨的粘度变化特征，反映着随印刷速度变化的粘度变化规律；粘性大小决定着油墨在各种载体间的分配与转移，影响着油墨的转移率；乳化性能反映出油墨与润湿液的混溶能力；干燥性及墨层成膜特性关系着印刷速度以及印刷品的使用性能等。油墨的印刷适性与油墨分散体系的流变学性质以及各油墨组分的物化性质有关。因此，从一定程度上说，油墨印刷适性的根源在于油墨的流变学特性，研究油墨的流变学性能对油墨印刷适性的理论研究以及改善油墨的印刷适性具有极为重要的支撑作用。

  2 油墨的粘度与粘性

  2.1 油墨粘度

  油墨粘度是指油墨在受到外力作用时抵抗油墨发生变形的阻力，分为剪切粘度和拉伸粘度。剪切粘度指油墨受到剪切作用时表现出的墨层间的摩擦阻力，拉伸粘度指油墨受到拉伸应力作用时抵抗油墨发生拉伸变形的阻力。从能量的观点看，油墨的粘度实质上是一种能量的耗散，即油墨受到外力作用时，由于摩擦作用而产生热量导致温度升高，并以热的方式被消耗。油墨粘度与所受的应力、应力作用时间等有关。

  油墨样品表现出典型的分散体系的剪切变稀的流变学特征，在剪切速率为0.1-100s-1的测试范围，uv油墨样品的粘度随剪切速率的增加而下降。这种现象说明随着剪切速率的增大，油墨受到的剪切应力增大，油墨中颜料粒子形成的凝聚结构逐渐被破坏，形成更小的凝聚体，表观上改善了颜料粒子的分散状态。在其它条件相同的情况下，颜料粒子分散状态良好的油墨粘度比存在凝聚结构的粘度要小。粘度下降速率的快慢（曲线的形状），可以表征颜料粒子形成的凝聚结构被破坏的难易程度，高剪切速率领域能否趋于平衡，可以表征凝聚结构的残余程度，或凝聚结构被破坏与结构恢复处于动态平衡所需的条件。实验油墨样品在高剪切速率领域，粘度一直呈现下降趋势，说明在测试范围内，凝聚结构的被破坏程度大于结构恢复的速度，未达到动态平衡状态。对其它油墨（包括常用的各种胶印油墨）的测试结果也表现出类似的变化趋势。

 

  通常所说的油墨粘度，如胶印油墨的粘度应控制在200-400poise范围，那么所给出的粘度指标究竟指的是哪个粘度。粘度通常有零剪切粘度、塑性粘度、表观粘度、平衡粘度、相对粘度等多种，即使对于同一种油墨，这些粘度的数值也都不一样。许多测试结果能够证明胶印油墨不是塑性流体、也不具备假塑性流体的流动特征，因此，用塑性粘度的说法也不一定科学。

  2.2 油墨的粘性

  油墨的粘性是指油墨抵抗墨层分裂的力，粘性影响着油墨由一个载体向另一载体传递，如墨辊间、墨辊向印版、印版向橡皮布的传递等。从润湿的角度看，油墨的粘性可以看成是油墨与油墨间的自结合力。油墨的粘性及对载体的附着性之间必须满足一定关系，粘性太大附着力低则容易产生纸张拉毛印刷故障，反之粘性太小附着力过强则会影响油墨的转移、并易导致“飞墨”等印刷故障。目前，油墨的粘性一般利用油墨粘性仪进行测试，通过拍摄油墨分裂瞬间的“墨丝”形态，也可以分析油墨的粘性，并可以深入进行理论研究。

 

  2.3 调墨油及撤粘剂对胶印油墨粘度的影响

  用调墨油稀释油墨，可以降低油墨的粘度。图4为在油墨中加入不同百分比的6号调墨油测试的各样品的粘度与剪切速率的关系曲线，图5为相同样品的粘性与调墨油含量的关系，图中曲线从上至下分别为调墨油或撤粘剂含量0%、1%、3%、5%和8%。调墨油及撤粘剂加入量对油墨的粘度均有影响，且调墨油对粘度的影响更大。调墨油主要用于调整油墨的粘度，理所当然，其加入量越多，对粘度的影响越大，而且，随着调墨油含量的增加，油墨粘度随剪切速率增大而下降的趋势变缓。撤粘剂主要用于减小油墨的粘性，但从测试结果可以看出，撤粘剂用量对油墨的粘度影响也较大，但撤粘剂的加入量对油墨粘度随剪切速率增加而降低的趋势影响不大。

 

 

  2.4 调墨油及撤粘剂对胶印油墨粘性的影响

  调墨油及撤粘剂的加入量对油墨的粘性均有影响，含量越多粘性越低。撤粘剂对油墨粘性的影响比调墨油对油墨粘性的影响更大。

  调墨油及撤粘剂对油墨的粘度和粘性都有影响，随着加入量的增加两者都表现出下降的趋势。调墨油不仅可以降低油墨的粘度，也降低油墨的粘性；同样，撤粘剂不尽减小油墨的粘性，同时也降低油墨的粘度，并非调墨油不改变油墨粘性、撤粘剂不改变油墨的粘度。

 

  3 油墨分散体系的粘度模型

  胶印油墨是一种典型的分散体系，表现出显著的剪切变稀的流变学特征。油墨的粘度与诸多因素有关。但当油墨组分确定以后，则粘度只受颜料粒子的分散状态以及由颜料粒子形成的凝聚结构密度的影响。颜料粒子的浓度、施加的剪切速率，直接影响到粒子的分散状态和结构密度。分散体系中，影响粒子形成凝聚结构的因素很多，因此，分散体系的粘度模型很少。比较典型的有einstein模型、ellis模型等。但这些粘度模型的适用条件都很苛刻，基本上都不能实际应用。因此，笔者研究团队在这方面进行了一些粗浅研究。

  油墨分散体系粘度数学模型的研究，主要是为了建立粘度与颜料粒子浓度和剪切速率之间的数学关系。具体研究方法为：利用实验室研磨分散设备制备颜料粒子浓度不同的uv胶印油墨样品，用ares流变仪（美国ta流变公司）测试各油墨样品的粘度与剪切速率的关系曲线。对实验数据进行分析、整理、研究，选择适当的变量代换，采用多次分步非线性回归的方法，建立油墨分散体系的粘度数学模型。

 

  4 油墨分散体系的动态粘弹性

  油墨在实际印刷过程中，在受到墨辊旋转等产生的剪切作用以外，还会受到因机械振动产生的动态刺激作用。g‘呈现出低应变区域平坦、略有上升，在高应变区域急剧下降的变化趋势。低应变区域总体来说g‘取值较大，且上升变化缓慢，表明颜料粒子形成的网状结构仍然具有一定的强度。将g‘开始急剧下降所对应的应变称为临界应变，应变值大于临界应变后，g’迅速下降，说明超过临界应变后，应变的大小对网状结构密度影响增大。在不同角频率的测试条件下，临界应变几乎位于同一位置，本体系油墨样品的临界应变为1%。

 

 

  5 结束语
  研究油墨流变学性能无论理论层面还是实用层面都很重要，国外油墨生产厂商都设有相关研究机构，购置流变仪，从事油墨流变学的研究工作。研究油墨流变学性能，解析颜料粒子形成的凝聚结构，对油墨生产和使用具有指导意义：
  （1）可以根据印刷工艺条件对油墨性能的要求，设计、制备新型油墨用树脂，达到一些油墨的特殊性能，如高粘度、低粘性油墨用树脂。
  （2）可以通过油墨流变学的研究成果，改进油墨用颜料粒子的表面性能，调整颜料粒子间的相互作用和连结料对颜料表面的润湿性能。
  （3）油墨流变学性能的研究成果，可以用于指导印刷生产工艺条件的设定与改善，最大限度地利用油墨的印刷适性。
  （4）深入研究油墨流变学性能，将有可能在分散体系流变学的理论研究领域有所突破，从而完善流变学学科的基础理论。

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