從油墨與潤(rùn)版液的相互作用分析膠印水墨平衡
目前，印刷領(lǐng)域中膠印的應(yīng)用非常廣泛，而膠印中的水墨平衡問(wèn)題一直是業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中操作人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，印刷機(jī)在硬件方面也為水墨平衡進(jìn)一步創(chuàng)造了條件。
在膠印過(guò)程中，任何一色油墨若要在銅版紙上達(dá)到一定密度值，墨層厚度約為1μm。本文以該數(shù)值作為基本依據(jù)，討論橡皮布、印版和墨輥上墨層厚度的控制以及受潤(rùn)版液膜層厚度的影響，以此來(lái)說(shuō)明水墨平衡中最基本的墨層和水層厚度問(wèn)題，及其對(duì)水墨平衡的影響。
輸墨系統(tǒng)
1.結(jié)構(gòu)
印刷機(jī)的輸墨系統(tǒng)由墨斗輥、傳墨輥、串墨輥、著墨輥等組成，并且橡膠墨輥和金屬墨輥交錯(cuò)排列，最終將墨斗中的油墨輸送到印版上。
2.油墨分離
油墨在傳輸過(guò)程中，墨輥上的墨層厚度逐漸減小。如圖1所示，相鄰兩墨輥間（上面的墨輥墨層厚，下面的墨輥墨層薄)的油墨進(jìn)入輥隙時(shí)，其壓力開(kāi)始上升，在離輥隙中央不遠(yuǎn)的某一點(diǎn)上達(dá)到最大值，然后下降到比輥隙出口處大氣壓低的程度。由于兩墨輥中至少有一根是橡膠墨輥，因此兩墨輥接觸后的變形會(huì)增加輥隙間的壓力，彈性變形越大，油墨受到的壓力越大。在輥隙的出口處墨層開(kāi)始分裂，分離后每根輥?zhàn)由系哪珜雍穸认嗟�，且等于通過(guò)輥隙前墨層總厚度的一半，即所謂的半比分離理論。
除傳墨輥和墨斗輥之外，所有墨輥的表面速度都基本相同，因此主要是由于油墨的平均分離作用才使得油墨在輥隙間得以傳遞，這一傳墨過(guò)程通過(guò)兩相鄰墨輥上墨層的接觸和分離來(lái)完成。由此可以推算出整個(gè)輸墨系統(tǒng)的墨層厚度。
3.墨層厚度
假設(shè)印刷實(shí)地墨色，墨斗輥橫向墨帶放墨量相同（近似理想狀態(tài)）。如果到達(dá)銅版紙上的墨層厚度為1μm，根據(jù)半比分離理論，在進(jìn)入輥隙（與壓印滾筒）前橡皮布上的墨層厚度為2μm，通過(guò)輥隙后為1μm；同樣印版上墨層厚度通過(guò)輥隙（與橡皮滾筒）前為3μm，通過(guò)輥隙后為2μm；著墨輥（2根或4根）一次一共要為印版補(bǔ)足1μm的厚度，所以著墨輥的墨層厚度在2.5～3.5μm之間，與之相鄰的串墨輥的墨層厚度為4～6μm，這些推算所得的數(shù)據(jù)已為紅外線探測(cè)儀實(shí)際測(cè)量的墨層厚度所證實(shí)。
這種按墨輥?lái)樞虺霈F(xiàn)的墨層厚度增減梯度只在油墨傳遞時(shí)才存在，如果這一系列的墨輥不與墨斗輥和印版相接觸（非印刷狀態(tài)），附著在墨輥上的油墨將重新分配，每根墨輥將具有相同的墨層厚度（平均約為4～6μm），所以當(dāng)重新開(kāi)印時(shí)，著墨輥上的墨層厚度要比所需的稍厚。
當(dāng)每一個(gè)印刷單元的墨輥都覆蓋厚度一致、均勻的墨層時(shí)，才會(huì)獲得較為理想的印版著墨效果，即在整個(gè)印刷過(guò)程中傳遞到每一個(gè)印刷單元的油墨量一致，但實(shí)際上要滿(mǎn)足這樣的要求所需的墨輥數(shù)量要多得多。因?yàn)閭髂佔(zhàn)鲩g歇擺動(dòng)，從慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的墨斗輥向快速轉(zhuǎn)動(dòng)的墨輥傳遞油墨，造成傳遞速度不一致，因此需要多根墨輥打勻；印版滾筒上30%的空當(dāng)也會(huì)使油墨傳遞間斷；各個(gè)印刷單元印刷圖文的分布位置不同，并不是向印版連續(xù)傳遞油墨，因此由墨斗螺釘按照印版圖文分布的需要調(diào)整橫向進(jìn)墨量；增加附加著墨輥可以減少著墨杠（發(fā)生在滾筒圓周方面的圖文部分印在紙張上的油墨密度突然變化）；墨輥少時(shí)潤(rùn)版液會(huì)反傳到印刷機(jī)的墨斗中去。
潤(rùn)濕系統(tǒng)
1.表面化學(xué)理論中的幾個(gè)基本概念
要想真正理解油墨與潤(rùn)版液之間的相互作用，首先要理解表面化學(xué)理論中的幾個(gè)基本概念。
（1）乳狀液
在膠印中油墨與潤(rùn)版液互不相容，但要求其在一定程度上是可混合的，完全拒水的油墨不能應(yīng)用在膠印中，一定量的潤(rùn)版液（一般要求具有15%～30%的含水量）由于受擠壓作用進(jìn)入油墨中形成微珠分散其間，從而形成油包水型乳狀液（乳化油墨）。
（2）界面
例如：潤(rùn)版液與印版非圖文部分形成一個(gè)界面，油墨與印版圖文部分形成一個(gè)界面，油墨與潤(rùn)版液之間也形成一個(gè)界面等。
（3）表面張力
不同的油墨其表面張力不同；油墨含水后其表面張力會(huì)發(fā)生變化；潤(rùn)版液的成分和含量不同，其表面張力也不同。例如：加入酒精后，其表面張力顯著降低，與印版接觸角降低，潤(rùn)濕效果更好。如圖2所示。
（4）界面張力
界面張力越小，接觸角越小，潤(rùn)濕能力越強(qiáng)。如膠印中潤(rùn)版液滴在印版圖文部位，甚至是圖文部位的墨層上面后只有細(xì)微的改變，基本上是以水珠(接觸角大)的形式出現(xiàn)，表明界面張力大；但如果滴在印版的非圖文部位，由于潤(rùn)版液與印版非圖文部分界面張力較小，所以很快就鋪展開(kāi)了。我們知道如果停止供水，對(duì)印版非圖文部分來(lái)說(shuō)，也會(huì)很快上墨而起臟；如果停止供墨，潤(rùn)版液也很快就會(huì)把印版圖文部分的油墨洗掉。油墨與潤(rùn)版液的分離條件是兩者有足夠的界面張力差。
（5）黏性
水進(jìn)入油墨、環(huán)境溫度高、給墨單元所產(chǎn)生的熱量等都會(huì)使油墨黏性降低。如果輥隙間的膜層是由兩種不同流體但厚度相同的混合膜層組成，當(dāng)輥分離時(shí)，黏性較低的流體將會(huì)被拉開(kāi)。油墨的黏度為10～20Pa·s，而潤(rùn)版液的黏度卻只有0.001～0.002Pa·s，因此假設(shè)膜層厚度相同，那么油墨與潤(rùn)版液的混合膜層可由潤(rùn)版液分開(kāi)。
2.潤(rùn)版液的傳輸方式
在印刷過(guò)程中，潤(rùn)版液源源不斷地傳送到印版上，各種型號(hào)印刷機(jī)的供水系統(tǒng)各不相同，各具優(yōu)、缺點(diǎn)，但總體來(lái)說(shuō)可歸納為以下兩種方式。
（1）供版式輸水（普通供水式）
該裝置包括水斗、水斗輥、傳水輥、串水輥及1根或2根與印版滾筒接觸的著水輥，是直接將潤(rùn)版液涂布在印版上。舊機(jī)型中傳水輥可以來(lái)回?cái)[動(dòng)，因此屬于非連續(xù)供水方式，供水不均勻，著水輥的表面速度與印版相同。而新機(jī)型不再設(shè)置傳水輥，而是水斗輥與著水輥直接接觸，水斗輥由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，改變轉(zhuǎn)速即可改變供水量，水斗輥與著水輥間存在表面速度差，屬于連續(xù)供水方式，提高印刷速度時(shí)印版水膜厚度就會(huì)變薄，如圖3(a)所示。
（2）墨輥供水式
即在多數(shù)新機(jī)型上采用的達(dá)格倫式供水裝置。單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可變速傳動(dòng)的鍍鉻水輥，將潤(rùn)版液涂布在第一根著墨輥上進(jìn)行連續(xù)供水。有的機(jī)型在這根著墨輥與水斗輥之間還設(shè)置了1根或2根傳水輥或調(diào)墨輥。由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可無(wú)級(jí)變速的水斗輥的轉(zhuǎn)速來(lái)決定供水量的大小。調(diào)墨輥與水斗輥之間的壓力決定了傳輸?shù)接“嫔纤さ暮穸�。著墨輥的表面速度與印版相同，如圖3(b)所示。
3.潤(rùn)版液的水膜厚度
進(jìn)入機(jī)器中的潤(rùn)版液的消耗主要有以下幾個(gè)途徑：一是在油墨中乳化并傳遞到紙張的圖文部分；二是印版的非圖文部分通過(guò)與橡皮布的分離并再次與紙張分離從而傳到紙張的非圖文部分；三是通過(guò)輥隙時(shí)由于產(chǎn)生的熱量而被蒸發(fā)掉。其中當(dāng)輥隙間只有潤(rùn)版液膜層時(shí)，其在輥隙出口處分離仍遵循只有油墨時(shí)的規(guī)律（半比分離原理），分離后每根輥?zhàn)踊驖L筒上的膜層厚度是輥隙進(jìn)口處膜層總厚度的一半。同時(shí)由于進(jìn)入油墨中的適宜的水量是油墨的15％～30％，著墨輥的墨層厚度為2.5～3.5μm，則不難理解印版非圖文部分保持的水膜厚度是印版圖文部分墨層厚度和著墨輥墨層厚度的1/3～1/2，即為0.5～1μm，這已被紅外線探測(cè)儀實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)所證實(shí)。
水墨平衡
通過(guò)以上分析可知，油墨和潤(rùn)版液為達(dá)到正常印刷時(shí)各自所具有的基本分離狀態(tài)和膜層傳遞厚度，印刷時(shí)這兩相物質(zhì)是同時(shí)存在和共同起作用的�？刂破溆昧渴悄z印中水墨平衡的重要因素，因此下面仍以?xún)煞N基本潤(rùn)版系統(tǒng)來(lái)討論水墨平衡問(wèn)題。
1.供版式輸水
供版式輸水方式，如圖3(a)所示，涵蓋了以下4種不同的輥隙狀態(tài)。如圖4所示。
（1）著水輥與印版非圖文部分的輥隙
印版非圖文部分由潤(rùn)版液浸濕，這樣在著水輥與印版之間只有單一的潤(rùn)版液膜層，在輥隙出口處水膜層分裂，于是在印版上留下一層水膜。
（2）著水輥與印版圖文部分的輥隙
印版上含有殘留墨膜的圖文部分也被潤(rùn)版液浸濕，并發(fā)生油墨乳化，剩余的就在著墨輥表面留下有微細(xì)水珠的圖文而不是墨膜，這樣在著墨輥和印版間隙中就存在了潤(rùn)版液和油墨的混合膜層。
（3）著墨輥與印版圖文部分的輥隙
表面含有微細(xì)水珠的印版圖文部分，在著墨輥經(jīng)過(guò)后迫使水滴在油墨中乳化。在輥隙出口處墨層（含乳化的潤(rùn)版液）分裂，最后在圖文部分補(bǔ)足油墨。
（4）著墨輥與印版非圖文部分的輥隙
經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕的印版非圖文部分在通過(guò)著墨輥時(shí)在已經(jīng)乳化的油墨間隙中產(chǎn)生一種潤(rùn)版液和油墨的混合膜層。在輥隙出口處，較薄的潤(rùn)版液層分裂，在印版非圖文部分留下一層更薄的潤(rùn)版液，而在著墨輥上留下一些細(xì)水滴，當(dāng)它再向上傳通過(guò)其他輥隙時(shí)，這些水滴即在油墨中乳化。
以上4個(gè)過(guò)程或狀態(tài)完成后，印版滾筒與橡皮滾筒相接觸，由于膜層的分裂作用，著墨的圖文被轉(zhuǎn)移到了橡皮布上，非圖文部分的潤(rùn)版液也一同被轉(zhuǎn)移，此時(shí)仍遵循半比分離理論。
以上關(guān)于供版式潤(rùn)版系統(tǒng)的解釋?zhuān)罁?jù)的是油墨和潤(rùn)版液的相對(duì)膜層厚度或相對(duì)量與印刷機(jī)上實(shí)際測(cè)得的厚度相符。印版上的水膜厚度可視為印版上墨層厚度的一半，即水膜厚度為１μm，則墨層厚度為2μm，這個(gè)比例對(duì)膠印尤為重要，即通常所說(shuō)的水墨平衡。如果加大供水量，圖文部分的潤(rùn)版液過(guò)量，要么在油墨中乳化，要么留在油墨表面，其后果不是水沖就是發(fā)花。反之，如果減少供水量甚至低于極限水平，非圖文部分水膜層太薄，就會(huì)破壞水墨平衡，必然造成臟版。
2.墨輥供水式
供版式潤(rùn)版裝置靠版水輥的材料表面親水性都很好，但如果改用橡膠輥，由于其親墨性很好、附著力強(qiáng)，所以首先會(huì)被油墨浸濕，大大妨礙了潤(rùn)濕效果。假如降低潤(rùn)版液的表面張力，提高橡膠輥與潤(rùn)版液的附著力，靠版水輥改用橡膠輥就成為可能。如圖3(b)所示，第一根著墨輥接受串墨輥上的油墨和鍍鉻輥上的潤(rùn)版液，只有當(dāng)潤(rùn)版液在油墨上擴(kuò)展時(shí)，該潤(rùn)版系統(tǒng)才能發(fā)揮作用。在潤(rùn)版液中加入酒精，能夠降低潤(rùn)版液的表面張力，提高潤(rùn)濕能力，通過(guò)著墨輥來(lái)提高向印版供水的能力，以快速達(dá)到水墨平衡的目的。下面通過(guò)圖4來(lái)分析幾種輥隙間的狀態(tài)。
（1）第一根著墨輥與水斗輥之間的輥隙
著墨輥上有類(lèi)似聚氨酯的包覆層，使著墨輥被油墨優(yōu)先浸濕，涂上了一層乳化了的油墨，而水斗輥是鍍鉻的，優(yōu)先被潤(rùn)版液浸濕。由于潤(rùn)版液的表面張力和黏度都很低，因此在這兩輥隙間的混合膜層上潤(rùn)版液被分裂，其中有一部分傳遞到了著墨輥上，著墨輥的表面速度比水斗輥快一些。
（2）第一根著墨輥與串墨輥之間的輥隙
這兩根輥都能被油墨優(yōu)先浸濕。串墨輥上傳遞的一直是乳化了的油墨，而著墨輥上傳遞的或是油墨，或是乳化墨層表面附著的一層水膜。對(duì)潤(rùn)版水膜連續(xù)的地方，輥隙間是整個(gè)水膜被分裂，對(duì)不連續(xù)的著墨輥墨層上的水膜不能保持完好，因此潤(rùn)版液就會(huì)在油墨中乳化，整個(gè)膜層將分裂。這樣，這個(gè)輥隙狀況就能保持恒定，其中間的膜層始終等于乳化油墨的厚度，其成分也只有乳化了的油墨。
（3）第一根著墨輥與印版之間的輥隙
不管印版的圖文部分和非圖文部分是否通過(guò)著墨輥，以上兩個(gè)輥隙狀態(tài)均保持恒定不變，因此這里可以簡(jiǎn)單地只討論印版與這根著墨輥的狀態(tài)，即可理解達(dá)格倫輸水裝置的狀況。在印版的非圖文部分，由于墨輥附著潤(rùn)版液，印版優(yōu)先被潤(rùn)版液浸濕，水膜層分裂，達(dá)到潤(rùn)濕的目的，著墨輥上剩余的潤(rùn)版液通過(guò)串墨輥時(shí)就會(huì)在油墨中乳化，不能再保持完好。在印版的圖文部分，潤(rùn)版液由于擠壓作用同時(shí)進(jìn)入印版的油墨中而被乳化，在這個(gè)輥隙中，整個(gè)乳化的油墨膜層被分裂，達(dá)到向圖文部分供墨的目的。在這兩個(gè)狀態(tài)中保持恰當(dāng)?shù)乃胶馑璧南鄳?yīng)膜層厚度也是成比例的。
（4）其他著墨輥與印版之間的輥隙
在印版的非圖文部分與著墨輥的輥隙間，著墨輥上的墨膜從充分潤(rùn)濕的非圖文部分沾取水分(水層分裂),再與串墨輥的墨層相接觸，從而把水分傳到輸墨系統(tǒng)中去。在印版圖文部分由于已有了第一根著墨輥傳遞的乳化油墨，其表面并沒(méi)有水膜層，后面的著墨輥與其形成的輥隙間只有乳化了的油墨膜層，因此墨膜分裂。
從上述分析可看出，與供版式潤(rùn)版系統(tǒng)相比，墨輥供水式具有很多優(yōu)越性，如反應(yīng)靈敏度高，用水量小等，其中反應(yīng)靈敏是指潤(rùn)版裝置對(duì)印版去臟的能力強(qiáng)。第一根著墨輥上帶有連續(xù)的水膜，這樣可以有較多而充足的潤(rùn)版液通過(guò)著墨輥將印版非圖文部分的臟污去除掉。而供版式裝置以細(xì)小水珠的形式通過(guò)水輥向臟污表面?zhèn)鬟f潤(rùn)版液，所以供給印版的潤(rùn)版液較少，去臟速度較慢。
其他因素
1.印版
對(duì)于砂目細(xì)且深度淺的印版，其儲(chǔ)水能力較弱，水膜基本上會(huì)浮于表面，這時(shí)如果供水量較多就會(huì)造成油墨含水量過(guò)高，乳化嚴(yán)重，墨跡發(fā)淺，甚至出現(xiàn)浮臟；相反，對(duì)于砂目粗且深的印版，其儲(chǔ)水能力較強(qiáng)，可適量加大用水量。如果用兩種不同牌號(hào)的印版印同一幅畫(huà)面，而不改變其輸墨和輸水系統(tǒng)的用量大小和水墨比例，那么其實(shí)地密度、階調(diào)變化及色彩等肯定是不一樣的。因此，不同的印版要進(jìn)行不同的傳墨和傳水調(diào)整。
2.酒精
酒精的加入降低了潤(rùn)版液的表面張力，使印版浸濕良好，大大降低了用水量，減少了油墨乳化和橡皮布上的堆墨現(xiàn)象，提高了印品的干燥速度，降低了印版的表面溫度，穩(wěn)定了油墨的黏性和高速印刷性能。但酒精加入過(guò)多也會(huì)使油墨品質(zhì)變差，環(huán)境污染嚴(yán)重，使?jié)櫚嬉褐械陌⒗畼?shù)膠易沉淀等又對(duì)水墨平衡不利�，F(xiàn)在膠印中一般控制酒精用量在10％～15%即可達(dá)到要求。
3.溫度
在印刷過(guò)程中印版表面溫度較高，能達(dá)到52℃以上。溫度的升高使版面水分蒸發(fā)較快，油墨黏度下降，傳遞不佳，尤其當(dāng)環(huán)境溫度也較高時(shí)會(huì)造成臟版現(xiàn)象。因此，降低印版表面溫度同樣也是維持水墨平衡所必需的。新型印刷機(jī)采用水箱進(jìn)行冷卻，過(guò)濾后向各機(jī)組循環(huán)供水，一般冷卻潤(rùn)版液在18℃左右，這樣可以保證印版表面溫度在42～52℃之間。對(duì)于無(wú)冷卻水箱的印刷機(jī)要注意降低環(huán)境溫度，以緩解此現(xiàn)象對(duì)水墨平衡造成的影響。
4.紙張
前面所討論的均是在表面平滑度極高的銅版紙且墨層厚度為1μm的基礎(chǔ)上，對(duì)于表面粗糙的紙張（如膠版紙、新聞紙），其吸墨性、吸水性都較高，油墨在紙張上滲透量較高，因此要達(dá)到一定的密度所需的油墨膜層也較厚，如果不相應(yīng)地加大潤(rùn)版液和油墨的用量，勢(shì)必破壞水墨平衡。因此印刷作業(yè)中還要根據(jù)紙張的變化調(diào)整傳墨、傳水量，以期達(dá)到較為理想的水墨平衡。