第六章 纸张的吸湿性与酸碱性

第六章纸张的吸湿性与酸碱性•纸张的吸湿性纸张的水分纸张的吸湿性对印刷的影响纸张的调湿处理•纸张的酸碱性纸张的酸碱性对印刷的影响纸张的酸碱性对纸张耐久性的影响纸张周围环境的温湿度变化对纸张水分含量的影响非常大，因此了解其对环境变化的反应非常重要。一、纤维与纸张的水分•纸的水分含量：是以纸中含水的质量与纸的质量的百分比来表示的，一般印刷纸的水分大约在4%~8%左右。•纸张所含水分的形式：1）吸附水分（纸张粗糙表面吸附的水）2）毛细管水分（靠纸页毛细管作用附着的水分）3）润胀水（存在于纤维细胞壁中）第一节纸张的吸湿性•纸中水分含量的多少对印刷的影响水分太低的纸张发脆，而且会在印刷机上产生过多的静电，如果水分含量过高，将会使油墨难于干燥。纸中水分的增减变化对纸的各种性质影响更大，随着水分的变化，纸的定量、抗张强度、柔韧性、表面强度等都将发生变化，纸的尺寸将发生伸缩。•为什么水分会对纸张的性能影响这么大呢？可从纸浆结合成纸张的过程中，纤维与水的关系进行分析。纸张在它的最佳性能下有一个恰当的水分含量。二、水分的平衡1、湿度概念所谓湿度就是表示空气中含有的水分或水蒸气，或者说潮湿与干燥的程度。湿度有几种表示方法：1）绝对湿度：1m3空气中实际上含有的水蒸气的质量2）饱和湿度：空气中能够含有最大限度水蒸气的数量3）相对湿度（relativehumidity），RH：指1m3空气中实际所含有水蒸气的质量与相同温度下饱和状态时所含水蒸汽质量的百分比。2、平衡水分环境湿度变化时，纸张便会从空气中吸收水分或把水分传到空气中而失去水分，经过一定时间，吸湿速率与失水速率相等，保持动态平衡，水分达到饱和状态，我们把在一定湿度状态下，水分不再发生变化的状态叫做水分平衡状态，这时的含水量叫做平衡水分。1）在同一相对湿度下，纸质的不同有不同的平衡水分。在不同相对湿度下，各种品种的纸张都有其相应的平衡水分。不同种类的纸张，对于相同的含水量变化，尺寸稳定性会不一样。掌握这个平衡水分值，可制定各种纸张的含水量的管理目标。也为防止纸张吸湿或脱湿发生伸缩变形提供参考。纸种不同相对湿度下的平衡水分%40%55%65%75%新闻纸7．88．69．0510．4胶版印刷纸6．16．87．58．3涂布纸5．55．86．52）在同一相对湿度下，环境温度变化会引起平衡水分发生变化。在一定RH下，温度每变化±5℃，纸含水量变化为0.15%，车间的温度必须控制,一般温度变化不要超过3℃。被带入印刷车间的纸堆温度必须考虑到。假如较低温度的纸张被转移到温度更高一些的印刷车间，那么纸堆周围的空气就会冷却，局部相对湿度就会上升，纸堆将吸收水分，产生润胀，如果该温度低于露点（降低温度能使具有一定质量和体积的未饱和水汽变为饱和水汽，而这个温度称为露点），湿气将会凝聚在纸堆的外表面。三、纸张的吸湿性1、概念：纸张的吸湿、脱湿与滞后现象•吸湿：当把一湿含量小于其平衡水分的纸页放在空气中时它会吸湿，至与空气达到平衡。•脱湿：当把一湿含量大于其平衡水分的纸页放在空气中时，它会脱湿，至与空气达到平衡。•滞后现象：是指在同一相对湿度下，吸附时的吸着水量低于解吸时的吸着水量的现象。表现为在某一湿度条件下达到平衡水分的纸张，如果再经吸湿（脱湿）后，重新回到原有相对湿度环境时，其含水量比原来的要有所增加（减少）。例：两张相同的纸张A和B，在相同的空气湿度下达到平衡，但A纸是由高含水量放在空气中，B纸是由低含水量放在空气中，当达到平衡时，比较A纸与B纸的含水量？滞后现象的原因：氢键不可逆吸湿：无定形区氢键不断打开，游离出羟基吸着水。仍保持着纤维素分子间的部分氢键。解吸：润湿了的纤维脱水收缩，部分羟基重新形成氢键，但受到纤维凝胶结构的内部阻力的抵抗，使已被吸着的水分不易蒸发（即纤维素与水分子之间的氢键不能全部可逆地打开），形成的氢键相对较少。而吸着中心相对较多，吸着水的量相应也较多，产生滞后现象。图纸的吸湿与脱湿曲线2、纸张变形的特性、规律（伸缩性或形稳性）由单根纤维的伸缩产生1）方向性纸张沿纵向的伸缩率小，沿横向的伸缩率大。（正因为如此在进行彩色胶印时，套色不准的毛病往往出在伸缩率大的横向上。）2）两面性当纸张厚度上（z向）的组成成分不太均匀时，纸张的一面可能收缩的比另一面大，纸张将卷曲，朝向收缩更大的那面。卷曲现象通常是纸张与液态水接触引起，而不是相对湿度的变化造成的。纸张会以纵向为轴心发生卷曲，造成输纸不匀、套印不准。一张787×1092的全张纵向纸，从RH50%变化到65%，若纸张在横丝方向伸长率为0.15%，纵丝方向的伸长率为0.05%，请问短边伸长与长边伸长之比X为多少?若该纸为横向纸呢？•以纸张的伸缩性小为好•纸张的纵向印刷为宜四、纸张的吸湿性对印刷的影响1、纸张吸湿性对纸张强度的影响纸张变湿会使纤维之间交织形成的氢键作用力变弱。主要通过纤维间结合形成的强度如抗张强度、表面强度、耐破度等随纸张水分的增加而下降；与纤维间的结合与松软性有关的强度如耐折度、撕裂度等随水分的增加而增加，但水分过高强度重新下降。2、纸张的吸湿性与静电1）静电的产生：在环境比较干燥时，纸张由于水分少而绝缘性提高，所以摩擦产生电荷的纸张很难得到中和。静电问题与环境的相对湿度与纸张的湿含量有关（水分低于3.5%，相对湿度＜40%)。2）静电危害：吸附粉尘、纸毛，影响输纸，加剧飞墨。•卷筒纸，在连续进纸时纸张静电影响小，经过印刷吸收水分，使纸张的导电性能提高，静电大大减少。一般不会影响下面的工序。•单张纸印刷机在输纸装置分离纸张时会因纸张之间静电的吸引作用而难以分离，很容易造成双张多张起褶等纸张故障。在收纸时，会因为纸张带静电造成纸张收不齐，为下面的印刷和裁切带来麻烦。3）静电消除方法：一是增加车间的湿度，在地面洒些水，在车间吊晾纸张。二是采用空气离子化方法。3、纸张的吸湿变形引起印刷故障1）由润版液引起纸张伸长而发生套印不准在橡皮布转印图文的过程中，橡皮布的水分将被纸张吸收，版面水量越大，纸张产生的变形越大，由此造成的套印不准越严重。因此润版液的用量必须控制在最小量。2）由于纸边波浪形弯曲和紧边所造成的套印不准。荷叶边：这是由于吸湿，湿气从纸堆边缘扩散至中心部位是相对较慢的，使纸张边缘发生了润胀，而没有进一步扩展到内部，纸边的润胀产生了垂直于纸张的应力，纸边产生了波浪形变形（俗称荷叶边）。有荷叶边的纸张很难通过单张纸印刷机上的叼纸系统进行输纸。紧边：纸张所处环境的相对湿度高于其将要运送进入的印刷车间的相对湿度。纸堆边缘水分的脱除会引起纸边收缩，发生紧边现象。一般在纸张堆码的情况下发生。如果将这两种发生波浪形弯曲或紧边严重的纸张，其边缘或中间部分的波纹和紧边被滚筒碾压后，不但会在纸张尾部较大的范围发生套印不准，甚至可能产生褶皱。3）印刷褶皱印刷品上出现褶皱是十分难看的，使印刷品失去美观，成为废品。褶皱的外观：荷叶边的纸张在较强的印刷压力下左右两边向中间部位挤压产生皱褶，一般发生在纸张尾部的两边，呈倾斜状，由边上向内部逐渐减小以至消失。紧边的纸，皱褶一般发生在纸张的中部，紧边程度越严重，起始位置与叨口离的越近五、纸张的调湿处理及对变形故障的预防和补救方法问题：如何使纸张在印刷时的吸湿变形降低到最小程度？对纸张不可避免的伸缩变形哪些措施可以减少和避免套印不准？1、合理保管和储存纸张是十分重要的，合理保管和储存纸张是十分重要的，必须对存放纸张的仓库温湿度进行控制（温度15~25℃，相对湿度40%~60%），纸张使用要根据“先进先出”的原则。1）把纸张所处的环境温度设定为印刷车间的温度，在该环境中至少保存24小时。如果条件限制，不可能提高白纸准备车间的温度，那么可以先测量纸堆的温度，并计算温差，在未达到露点温度时，将白纸运到印刷车间。例如不要一清早运纸，而在中午两个车间温差较小的时候运纸.2）印刷车间和纸库的空气条件统一调节和控制。3）纸张的调湿处理（conditioning）纸张的调湿所谓纸张的调湿就是在印刷前将纸张吊晾在晾纸间（也可以是车间）或调湿室，经过一段时间，使纸张达到或接近其温、湿度条件下的平衡水分量。调湿的作用除了使纸张的含水量达到与晾纸间温湿度条件下的平衡水分量以外，还能使纸张的含水量在整个纸幅上保持均匀一致，从而消除因局部吸湿或脱湿而造成的卷曲、紧边和荷叶边，并且能使纸张与印刷车间的温湿度相适应，同时使纸张对环境温湿度变化的敏感程度降低，也使纸张因润版液而发生的伸长程度降低，以适于印刷。方法自然调湿：在印刷车间进行调湿处理（两天左右）强制调湿：用比室内高的温湿度，在几小时调湿完毕。对经过不同调湿处理的纸张在多色胶印中含水量的变化分析可见C、D两种情况含水量基本不变，因而使纸张尺寸稳定，这是因为纸张在高出车间相对湿度下晾纸，使其含水量较高，在印刷时将向车间散失一部分水分，又在胶印过程中吸收一部分润版液，由于两者量都不大，得失相抵，使纸张含水量的变化基本处于滞后效应的范围之内，所以不发生套印不准的故障。•按习惯B是不够理想的。2、给印刷车间提供一个稳定的纸张湿度适性。实践证明：•印刷作业适于在中湿度条件（含水量变化平稳）下进行•尽量给印刷车间提供一个稳定的温湿度条件季节夏季冬季春秋两季温度（℃）26～3016～2021～25相对湿度（%）60～6545～5053～58•对于一台没有配备监测空气条件的印刷机来说，最有效的预测程序就是要了解印刷车间的相对湿度、纸堆的温度和用纸张平衡水分测试仪测定的纸张尺寸的可能变化程度。这样一套控制系统可以减少因运行性能差、套印问题和未曾印刷的单张纸浪费等问题而造成的停工期。•如果为了减少昂贵的储存成本而采用及时传送系统，那么保证纸张含水量与其要到达的印刷环境的湿度相平衡就很重要。3、纸张纵向与横向的选择单张纸胶印选择“长丝缕纸张”，因含水量引起的纤维尺寸的变化导致纸张规格的最大变化发生在滚筒的周向而不是轴向。在连续印刷时可能出现套印不准，要做一些补偿措施，如增加衬垫来加大橡皮布滚筒的周长，因此增加了印刷方向图文的长度，这样可以与印张增加的尺寸吻合起来。数字印刷技术对纸张性能提出了新的要求。静电照相和喷墨印刷的纸张需要丝缕方向与纸张走纸方向平行，以便给予纸最大的刚性。色粉呈色系统的纸张要求：低导电性、阻热性。纸张含水量的变化会导致阻隔性能产生变化。4、纸张波浪形弯曲与紧边的矫正纸张的这种变化对胶版纸可通过正常晾纸方法解决。除吊晾纸张外矫正波浪形弯曲：可把纸张按原来的状态整垛送入密封的小房子，备几个电热器提高室温就行，这样空气的相对湿度大幅下降，被吸收的水分就可以较快释放出来，弯曲得以消除。还有一简单方法就是在送纸台上直接用红外线照射纸垛的侧面。对于发生紧边的纸张，可以采用蒸汽喷雾的方法向纸垛周围喷放适量水蒸气。第二节纸张的酸碱性一、酸碱性对印刷的影响1、纸张的酸碱性对印刷质量的影响是非常显著的。酸性纸张会引起印版的腐蚀和粘版，抑制油墨的干燥速度,碱性纸张,加快油墨干燥2、对于胶版印刷来说，印刷纸张的酸碱性还会影响润版液的pH值。胶印工艺要求润版液的pH值的正常范围是4.8~5.2。若纸张的碱性过强：纸中的碱性物质会不断地溶解并传递到润版液中，直接影响润版液的酸碱度。影响油墨正常转移，颜色不鲜艳，无光泽。这些碱性物质还会减小印版水墨界面上的界面张力，促使油墨乳化，导致非图文部分上脏，影响产品质量。3、对印刷油墨稳定性的影响当油墨印刷在一些偏酸或偏碱性的纸张时，经过一段时间油墨的颜色就会消退，使印刷品失去原有的光泽和色彩。另外，包装食品的纸张，如果酸、碱性较强，会对食品造成污染。•小结纸张在生产的过程中要尽量控制其酸碱性，使其呈中性。印刷单位在使用新的纸张时，最好要测定纸张的酸碱性，适当调节润版液的pH值，尽量降低印刷纸酸碱性对印品质量（使油墨均匀地干燥）的影响。二、纸张酸碱性对纸张耐久性的影响纸的耐久性是指经过很长时间，纸能保持其重要的使用性能的程度，特别是强度和颜色特性。影响纸的耐久性因素：内部和外部(温度、湿度、光照风化)在诸多因素中，纸本身的pH值是影