(Rheology And Printability of Water Washable Waterless Ink)

连续流动性
　　普通无水油墨——用于普通无水平版印刷的四种印刷原色油墨(黄、品、青、黑)的流变曲线如图1所示。通过观察粘度曲线（n 对γ），我们可以得出这四种油墨(也许黑墨除外)在0.01—10S-1时都表现出牛顿流体的性质，接着在剪切速率较大(>10 S-1)的部分粘度下降。另外，由于胶印油墨中树脂型连接料的不同或高分子链的解链，10—1000 S-1之间的剪切速率也会变小。黑墨的曲线在10 S-1之后就下降，也许是因为树脂中颜料的浸湿性较差。

应力曲线在整个测试范
　　围内几乎是线性的。每一条曲线都符合Herschel-Bulkley模型δ=δy+Kγη，其中δy是指变形应力(能观察到流动所需的最小应力)，K是粘性系数，η是比例系数。δy的值在表1中列出。所有的δy值都是0（×10-12）Pa时测得的值。然而，在剪切率很小时，流动是没有阻力的。这一特点在油墨转移到纸张上，并且初步涂匀的过程中是极其重要的。颜料在树脂中均匀分布，无摩擦、无阻力、被树脂充分润湿，整个过程，油墨中只产生很小的应力。




　　图1 传统无水油墨（K、C、M、Y）的流变曲线

表1：Herschel-Bulkley模型中的应力屈服值
四色油墨 δy（×10-12）Pa （对于普通的油墨） δy（Pa）（对于A类油墨）
K 17500 131
C 5.9 448
M 0.11 513
Y 5.2 785

　　低光泽度的水基、可水洗无水油墨（A型）——低光泽度的可水洗油墨A对四种印刷原色的流动曲线如图2所示。比较一下剪切率在0.01—10 S-1这一区间的粘度曲线，从图1看：普通无水印刷油墨没有牛顿停滞。假设停滞现象的出现是因为所选的树脂对颜料的浸润不好，这样就必须寻找新的树脂型连接料以提高对颜料的浸润，从而提高了印品上油墨的平滑度和光泽度。而两图在剪切速率较高（>10S-1）的剪切带都很窄。

　　在应力-剪切率曲线中，符合 Herschel-Bulkley的模型δ=δy+ Kγη在剪切率不高（从131Pa的黑色油墨到785Pa的品红油墨）时会产生很大的屈服应力。在印刷品上，要想获得较高的平滑度必须克服这些屈服应力。这种应力不仅影响A油墨的光泽度，印刷过程中还观察到会影响油墨在墨斗辊上的流动性。事实上，具有高屈服应力的品红油墨在墨斗中的流动性是很差的。




　　图2. 低光泽度可水洗油墨A的流动曲线




　　图3. 无水A油墨与普通油墨的品色流动性曲线

　　对图3中同种颜色(品红)的A油墨与普通油墨1:1比例的流动性曲线比较发现：在剪切速率较低(<0.1S-1)时，二者的粘性值差别很大：A型品红油墨的屈服压力很高，流动性很差，而且没有牛顿停滞；而在100 S-1时，两种品红油墨有相同的粘度值。A型油墨(低光泽度)在剪切率不高的情况下应力变化出现在屈服应力为785Pa时，而普通油墨出现在0Pa时。剪切率不高时，油墨在开始流动或均匀上墨之前必须克服颜料粒子之间的作用力，然后才能转移到承印材料上。要减少油墨颜料粒子之间的相互作用力就必须找到一种新的树脂型连接料,更好的浸润颜料。这种连接料使颜料分布得均匀而且稳定，改善了油墨的流动性，在印量较大的印刷中就大大减少了墨辊上堆墨的现象。

　　高光泽度的水基，可水洗无水油墨(B型)——由于有时需要用A型油墨印制高光泽度的印品，便产生了第二种可水洗胶印浆状油墨(B型) 。以下将其流动性与普通的无水油墨相比较。图4是油墨的粘性和应力曲线。由图可知，品红B型油墨和普通油墨的粘度在0.01S-1时是相同的，都有很小的牛顿停滞。从停滞点开始就出现了偏差，而且B型品红油墨的偏差越来越大，这一偏差是由树脂型连接料的性质不同造成的。从S-R曲线可知，两者的屈服应力很低，而且实际上是一致的。在剪切率不高的情况下，屈服应力逐渐减小，光泽度逐渐提高。配方适合的树脂型连接料能提高颜料的浸润性和分散稳定性。




　　图4. 油墨的粘性和应力曲线

粘弹特性
　　在串墨测定中，弹性模量定义为G′=(τ0/γ0)cosδ，粘性模量定义G″= (τ0/γ0 )sinδ，tan δ= G″/ G′。tan δ是胶印油墨的弹性与粘性的量度，与串墨频率有关。高串墨频率对应于印刷过程中研磨颜料等情况，低串墨频率对应于油墨涂匀和在容器内的流动。

　　品红色的传统油墨和A型油墨的串墨曲线如图5所示。弹性模量G′和tanδ通过不同的频率表示出来。在频率较低时(<0.1HZ) ，新型品红油墨的弹性比普通油墨好。随着频率的增高，两种油墨的G′相近，而且都表现为弹性。tanδ曲线显示，A型品墨在0-100Hz时tanδ<1,而普通油墨的要在3-2之间。A型品墨的塑性流动性较差，导致在匀墨过程中其光泽度不理想(在0.1HZ时品红A油墨的G′大于普通油墨) 。这个结论又进一步验证了我们在连续流动测试中所得的结论。




　　图5. 品红色的传统油墨和A型油墨的振动曲线




　　图6是B型品红油墨(即高光、可水洗品红油墨)与普通品墨的振动曲线。

　　图中显示，G′曲线在整个频率范围内是一致的。两种油墨 tanδ的值在10-100HZ区间内大约为2（在整个频率范围内都大于1.5），这就说明两种油墨的流变性质和高光特性是一致的。图六. B型品红油墨与普通品墨的振动曲线

耐摩擦性
　　普通型与B型 的无水品墨用Prufbau的印刷设备以相同的密度进行印刷。这个印刷品在Sutherland Rub Tester上进行耐摩擦性测试。测量时重量是4lbs ，50个摩擦周期，测试结果如图7所示。上面的两幅图是普通油墨（左）与可水洗无水油墨（右）在印后5分钟所做测试的比较图，用于比较的每种油墨的两种印刷品都代表不同的产品。由图中可以看出：可水洗无水油墨印出的印品的耐摩擦性比普通无水油墨印出的印刷品的耐磨性高出很多。下面的两幅图是普通型（左）和可水洗型无水油墨在印后24小时耐磨性比较。和上图一样，用于比较的每种油墨的两个印刷品代表不同的产品。同样，可水洗油墨印出的印刷品性能比普通油墨的好。此外，用可水洗油墨印出的印品在5分钟后测得的耐磨性（右上）比普通油墨印出的印刷品在印后24小时测得的耐磨性（右下）好。





　　图7. 普通油墨与可水洗无水油墨耐摩擦性比较
　
结论
　　两种类型的无VOC水基、可水洗无水油墨已经登上平版印刷的舞台。这将会改进印数在5000到10000份的无水平版彩色按需印刷，而且会随着数字化革命很快的发展。

　　反映新型油墨粘弹性的参数已经得到了。印刷适性的一个重要方面--高光泽度，与以下性质有关：1）在低剪切率（<1S-1）和牛顿停滞时，屈服应力低（由流动性测试得出）。2）在0.1HZ时tanδ大约为2（由震动性测试得出），在低剪切率情况下，屈服应力低，并表现为牛顿流体，油墨流动性较好，同时，在印刷机的墨斗辊上润湿性好。

　　高光油墨的粘性模量（G”）与弹性模量(G’)的比值与普通的浆状油墨相近。在振动频率不高时，可以观察到特种油墨的平滑度和光泽度。在高振动频率下，则可以观察到更多的弹性行为。光泽度的变化是一个复杂的过程，而像粘性等一些重要性质都不在目前的工作范围之内。与普通无水油墨相比，可水洗油墨在耐磨性方面也显示出很大的优越性。它在印刷后5分钟测得的耐磨性就比普通无水油墨在印后一天测得的耐磨性还好。

　　高分子化学材料的使用使胶印油墨的配方更加灵活、多样。它决定了油墨的粘弹性和性能特征。