表面活性剂在胶版印刷过程中有很多应用，例如印版的制造、显影、除脏、烤版和再生等过程中需要用到表面活性剂，印刷过程中所使用的润版液含有表面活性剂，印刷后的清洗工作中也需要大量的表面活性剂等。澳达化工先介绍一下胶版印刷过程与胶版印刷原理。
1胶版印刷过程
    胶版印刷过程主要指目前印刷厂大量使用的印版上墨后经中间橡皮辊筒转印的印刷过程。
    胶版印刷过程中印版的图文部分(亲油吸墨部分)及非图文部分(亲水部分)几乎是在同一印版的表面层上，不像凸印或者凹印过程，其图文部分是高于或者低于印版平面的。胶版印刷印版图文部分的表面自由能低，亲墨斥水；非图文部分的表面自由能高，斥墨亲水。胶版印刷就是利用这种表面自由能的差别实现印刷。胶版印刷是间接印刷，印刷过程中，印版空白部分先被润版液润湿，然后经过墨辊，油墨被吸到图文部分，然后通过橡皮布将图文上的油墨转印于承印物。与凸印和凹印相比，胶版印刷过程的优点是对印刷纸张或其它承印物表面平滑度的要求较低、更换印版比较容易、生产周期短、图像质量好、印刷成本低、套色精度高，因此胶版印刷具有较强的竞争力。   
    目前，我国书刊印刷的大部分(超过2／3)采用胶版印刷来实现的。中央和省地级报刊也已经淘汰了铅印印刷，实现了胶版印刷；包装行业中，进口了500多台胶版印刷机，其数量也远远超过了凹版印刷生产线200多台的数量。整个印刷产业中，胶印已成为一种十分重要的印刷方式。
为了了解胶版印刷过程，首先应该了解与胶版印刷过程有关的印届蚴料和印刷机，即印版、润版液、油墨、胶印机和承印物。
(1)印版   
常用的胶版印刷版材是PS版。PS版的版基是铝版，该版经过处理后，版面形成一层氧化膜；然后涂布感光层，经过晒版、显影、修正与烤版，便制成有一定耐印力的印刷版材了。制成印版后，PS版亲水部分的表面自由能高达0．7～0．9J／m2，为高能表面；亲油部分的表面自由能在0．04J／m2，为低能表面。   
(2)润版液
    胶印过程在印刷过程中使用了润版液，又称为水斗液。润版液中通常含有80％的水和20％的其它助剂。．润版液的表面张力应该在3．5 × 10-2～4．2×10-2N／m，为了使润版液的表面张力符合要求，通常在润版液中加入醇类或者表面活性剂。因此润版液不是纯水，而是在水中加入酸性电解质、缓冲液、水溶性树脂和醇类或者表面活性剂等混配制成的。由于润版液中加入了酸性电解质，因此润版液通常是酸性的，其pH通常在3．5～6之间。(最近国外出现了pH值为7即中性的润版液。)
印刷过程中，润版液在印版的非图文部分铺展开，形成水膜，降低胶印版材非图文部分的感脂能力。因为油墨的表面张力约为3．5×10-2N／m，油墨可以在印版的图文部分铺展，造成印版对水和油墨的选择性吸附。     
(3)胶印油墨   
    由于胶印工艺中使用了润版液，这种特殊的印刷工艺要求胶印油墨具有一些特殊的性能。
    首先其连结料要具有很好的抗水性能。印刷油墨的成分可以分为三大部分，其中液体成分称为连结料。由于在印刷过程中有水作为润版液，会引起连结料乳化，造成油墨传递不良，干燥性能下降。过去胶版印刷过程用的连结料主要是亚麻油，其抗水性、干性、光泽度都很差，现在已被性能较好的树脂类所代替，常用的树脂有松香改性酚醛树脂、醇酸树脂和聚氨酯醇酸树脂。除了树脂，连结料中还有各种溶剂，如植物油、矿物油。在一些由丙烯酸类、醋酸类或丁酸纤维素、乙烯、硝酸纤维、氯化橡胶等作连结料的油墨中，甚至要加入强溶剂来溶解这些树脂，但这会侵蚀印版或引起飞墨或拉丝。
    在胶印中，印刷到纸张上的油墨膜厚度很薄，因此油墨中颜料的比例要高，颜料的着色力也要强。同样由于有水的存在，油墨中的颜料必须是抗水性很强的颜料，否则在印刷过程中颜料会在机械摩擦的作用下，脱离连结料，溶于润版液中，使润版液着色，导致非图文部分着上有色的水，影响印刷品质量。
    胶版印刷油墨的粘度是个很重要的性能指标，粘度过高或过低，都会影响印刷适性。粘度过高，油墨在墨辊间的流动性不佳，影响油墨的正常传递；粘度过低，会增加油墨的乳化值，影响印品干燥及印刷质量。胶印油墨的粘性(tack)要比较高，否则油墨在墨辊的剪切下会失去原有结构，影响其质量。
    (4)印刷机
    胶版印刷过程所用的胶印机，可以分为两大类：单张纸胶印机和卷筒纸胶印机，后者又称为轮转胶印机。单张纸胶印机用来印刷各种纸张、纸版和塑料薄膜，轮转胶印机主要用来对纸张进行印刷。
    选用哪种印刷方式，取决于印数多少、承印物的种类等因素。例如，杂志、商品价目表、书和报纸的印刷应该选用轮转胶印机。(5)应用范围
    胶版印刷的应用范围很宽，各类书刊和杂志的印刷、各种包装印刷以及金属薄板的印刷等。
    2胶版印刷过程的润版液
    (1)水墨平衡问题
    胶印过程中使用润版液的目的有以下几点：
    {dy}，在印版的非图文部分(空白部分)形成排斥油墨的水膜，肪止图文部分的油墨向空白部分扩散，造成脏版。
    第二，增补印刷过程中由于机械因素造成印版的非图文部分亲水层的破坏，维持印版非图文部分的亲水性能。在印刷过程中，由于橡皮滚筒、着水辊、着墨辊对印版产生摩擦，均会造成印版的磨损；纸张上脱落的纸粉、纸毛更会加剧印版的磨损。因此，当印刷数量增加时，版面的亲水层便遭到破坏，需要利用润版液中的电解质和裸露出来的版基金属铝或金属锌发生化学反应，形成新的亲水层，维持非图文部分的亲水性。
    第三，降低印版表面的温度。在印刷过程中，墨辊以很高的速度将油墨展布成薄膜，墨辊的温度随之上升，致使油墨粘度下降。当温度从25℃上升到35℃，油墨粘度从50Pa·S下降到38Pa·s，若用粘度倒数表示油墨的流动度(1／η)，则35℃时油墨的流动度比25℃时油墨的流动度大一倍。假如在25℃的印刷车间内，不供给印版润版液，连续开动胶印机30min，印版上的油墨温度会上升到40～50℃，油墨的粘度急剧下降，流动性增强，油墨迅速铺展，造成网点的严重扩大。所以，在印版的空白部分涂布与室温相同或低于室温温度的润版液，能降低印版表面的温度，保持油墨粘度的稳定性，保证印刷质量。
    可见，只有在印版空白部分始终保持一定厚度的水膜，才能保证印刷的正常进行，并获得优质印刷品。因此胶印过程中应该达到所谓的水墨平衡。水墨平衡是指当印版非图文部分表面的水膜和印版图文部分表面的墨膜存在着严格的分界线时，水墨互不浸润，则达到了水墨平衡。-也就是说，在保证油墨正常转移的条件下，印版上水和墨的供应量处于{zj0}状态。然而，印刷过程的条件变化相当复杂，这里所说的水墨平衡只是相对的，需要通过调节润版液的供应量或者油墨供应量来实现这一点。若供水量过小，印版上的非图文部分就会起脏，影响正常印刷；若供水量过大，则会影响油墨正常转移，使得印品墨色不匀，套色精度下降以及油墨乳化等问题出现。因此，选择正确的润版液，严格控制供水量，是胶印过程中保证印品质量的关键。
    实现胶印水墨平衡应该使得在一定的印刷速度和印刷压力下，由于润版液的存在，使印版上的油墨，形成W／O型乳化油墨，所含润版液的体积分数应该低于26％。这时，印版图文部分的墨层厚为2～3μm，空白部分的水膜厚度为0．5～lμm时，油墨中含润版液的体积分数为15％～26％，{zd0}不能超过30％。
    胶印过程中润版液的表面张力应该在3．5×10-2～4．2×10-2N／m，并且现在很多润版液中加入了表面活性剂，为了使润版液的表面张力符合印刷过程的要求，应该从静态和动态两个角度来研究水墨平衡和润版液的表面张力问题。
    图5—2是静态的胶印过程水墨平衡图。胶印印版的空白部分附着有润版液，图文部分附着有油墨，若油墨的表面张力γw小于润湿液的表面张力γw时，在扩散压的作用下，油墨向润版液的方向(印版空白部分)浸润，使印刷品的网点扩大，印版空白部分起脏。   
    若润版液的表面张力γw小于油墨的表面张力γ0时，在扩散压的作用下，润版液向油墨的方向(印版图文部分)浸润(图2b)，使印刷品的小网点、细线条消失。只有当润版液的表面张力和油墨的表面张力相等时，界面上的扩散压为零，润版液与油墨在界面上保持相对平衡，互不浸润(图2c)，印刷效果才较为理想。胶印油墨的表面张力为3．0×10-2～3.6×10-2N／m，那么润版液的表面张力也应降到相同的值。
    降低润版液表面张力的助剂很多，有使用低碳醇，如酒精，也有使用表面活性剂的。
    (2)润版液
    在水中加入各种化学组分，配制成浓度较高的原液，使用时，加水稀释成润版液。
    胶印过程中使用的印版不同，因而润版液的组成也不同。即便是同一厂家生产的印版，因为印刷中使用的胶印机型，油墨纸张的种类，印版版材的品质以及印刷所在地区的气候条件的不伺，其润版液的配方也有差异，但其主要成分基本相同。
    目前，润版液大致可分为普通润版液、醇类润版液、非离子表面活性剂润版液三大类。
    ①普通润版液。普通润版液是一种很早就开始使用的，至今仍然在使用的润版液，配方很多。表1列出了几种典型的配方，以便分析各个组分的作用。
    胶版印刷所用的PS版的空白部分覆盖有一层亲水性氧化铝(A12O3)，润版液依赖亲水层在印版表面进行润湿和铺展。在印刷过程中，随着着水辊、着墨辊、橡皮滚筒对印版的挤压、磨擦，亲水层会被磨损，如果不及时地增补，版面空白部分的润湿性则将遭到破坏，润版液中加入的磷酸，使版面重新生成磷酸铝以保持印版的润湿性能。
    Al+2H3P04=AlP04+3H2↑
    磷酸属于中强酸，还具有xx版面油污的作用。
    磷酸和金属版材铝发生化学反应时，有氢气生成，这些微小的气泡会被版面空白部分吸附，并逐渐汇集成较大的气泡，如果不及时xx，便会影响润版液对版面的润湿。润版液中加入的重铬酸是一种强氧化剂，磷酸和铝反应释放出的原子氢还没有结合成为氢气时，就被氧化成水，xx了印版上的氢气泡。
    Cr2072-+14H++6e→2Cr3++7H20
重铬酸铵的还原产物Cr3+，可以在版面上生成一层致密坚硬的三氧化二铬(Cr203)保护膜，提高了印版抗机械磨损的能力，但是重铬酸铵呈淡橙色，往往印张的空白部分带有淡黄色，同时重铬酸铵毒性很大，所以可以用硝酸铵或硝酸取代。硝酸铵、硝酸均为氧化剂，润版液利用N03-的氧化性不仅破坏了氢气的生成，并解决了印张泛黄的问题。
    磷酸和金属版材铝发生化学反应生成的磷酸铝，对酸、碱的耐受能力很差，润版液需要保持一定的酸度。润湿液中加入磷酸二氢铵，用它和磷酸构成缓冲溶液，以控制润版液的酸度值。磷酸二氢铵在水中的电离过程是：
    NH4H2P04→NH4++H2P04-
H2P04‑→H++HP042-(K1=6．2×10-3)
HP042-→H++P043-(K2=3．6×10-13)
H2P04-的电离常数远比HP042-的电离常数大，H2P04-电离出的H+由于同离子效应时HP042-的电离有明显的抑制作用，所以磷酸二氢铵在润版液中主要电离H+、NH4+、H2P04-、HP042-。H+使润版液显酸性，当润版液中原氢离子浓度[H+]增大时，H+和润版液中的HP042-结合，生成H2P04-，电离平衡向左移动：
当润版液的氢氧根离子浓度[OH-]增大时，0H-便和润版液中的H+结合，生成难电离的H20分子，使H+减少，电离平衡向右移动，H2P04-又离解出H+，从而补充了溶液中的氢离子的浓度。
    印刷过程中，润版液因NH4H2PO4的电离平衡的移动，使[H+]保持恒定值，润版液的酸度也就稳定了。
    桃胶(即阿拉伯胶)是一种亲水性的可逆胶体，不仅对印版的空白部分有保护作用，而且改善了润版液对印版的润湿性。CMC是羧甲基纤维素的缩写，润版液中一般采用羧甲基纤维素钠，性质和桃胶相似，不感脂性比桃胶强，不腐败不变质。作为印版的亲水性保护胶体，可以取代桃胶。
普通润版液中所含的物质，基本上都是非表面活性物质。这些物质加到水中以后，不会使水的表面张力下降，反而会使表面张力略有升高。这类润版液xx是靠版面上的亲水无机盐层和水的亲和作用来润湿的，因而这类润版液的作用大，在版面铺展的液膜也比较厚。过多的水分转移沾到印张上，使纸张变形、起皱，给印刷产品的质量带来一定的危害。版面和墨辊表面带有过多的水分，还会影响油墨的传递，造成严重的油墨乳化，影响正常生产。②醇类润版液。为了提高产品质量，人们用含有乙醇或异丙醇的水溶液作为润版液，这就是醇类润版液。表2列出的几个配方，就是目前国内外所使用的乙醇润版液的配方。
    醇类本身的表面张力很小，只有22．27×10-3N／m(乙醇)和21．7×10-3N／m(异丙醇)(t=20℃)。在润版液中添加醇类后，能够有效地降低润版液的表面张力。当乙醇含量为20％--25％时，异丙醇的含量为10％～l5％时，润版液的表面张力可以达到理想的4．0×10-2N／m左右。润版液的表面张力越小，越有利于水在PS版的非图文部分迅速形成水膜，减少用水量。图3为润版液中添加乙醇或异丙醇后，溶液的静态表面张力随乙醇浓度的变化。其中，系列1为静态表面张力随异丙醇的变化曲线，系列2为静态表面张力随乙醇浓度的变化曲线。由图3可以看出，异丙醇降低静态表面张力的能力比乙醇强，即在同样醇类浓度下，异丙醇润版液溶液的静态表面张力比乙醇的小。因此，润版液中添加异丙醇的用量比乙醇可以少一些。
醇类在常温下能迅速挥发，并且不留下任何残余物质。迅速挥发能够带走热量，有利于印版表面温度的降低，保持印版上油墨温度的稳定，从而保持油墨流变性质的稳定性。
    在润版液中加入异丙醇后，能够增加润版液溶液的粘度。润版液粘度增加可以使水膜的转移更加有效，并且水墨平衡更容易掌握。
    但是，目前在西方发达国家润版液中醇类的用量大大减少，这是从法律和用户的两个角度来考虑的：首先它违反了西方国家关于有机物排放要求的VOC法律，而VOC法律对印刷工业有极其强的针对性。其次，醇类是易燃物质，闪点只有十几摄氏度，通常低于室温；储藏和使用受到严格的限制。醇类的蒸气浓度通常比较高，有害于工人的健康。
    由于醇类在润版液中不断蒸发，需要在润版液中不断补充醇类，因此醇类真正的消耗量远远高于预计的消耗量。因为醇类很贵，从经济角度来看也是很不合算的。
    基于以上原因，20年以来做了各种努力来减少醇类的用量，例如曾经用二甘醇溶液来做替代品，但由于它的使用安全性存在问题而失败。
    现在普遍采用更新的化学物质替代醇类。但是，替代品很难具备醇类的优点。
    首先是醇类的蒸发速度快，由于蒸发快而降低印版温度的效应用其它化学药品是很难达到的，油墨的流变性质对温度很敏感，因此，在润版液中想一点醇类都不加是不可行的，除非对油墨的配方进行改进。
    另外，就是在润版液中采用加入非离子型表面活性剂的方法来降低表面张力。
    ③非离子表面活性剂润版液。非离子表面活性剂润版液是近几年发展起来的新型润版液，是用非离子表面活性剂取代醇类的低表面张力润版液。由于表面张力低，润湿性能好，能减少润版液的用量成为高速多色胶印中最理想的润版液，国外已广为普及，国内许多厂家也已使用。
    非离子表面活性剂润版液一般是把非离子表面活性剂加入到含有其它电解质的润版液中配制而成的。国内一些厂家选用“2080”(二乙醇月桂酰胺)或“6501”(烷基二乙醇酰胺)。把不同量的2080加入磷酸、磷酸二氢铵、硝酸铵配制的润版液中，就得到了不同浓度的2080润版液。当2080质量分数为0．1％时，润版液的表面张力就从7．2×10-2N／m下降到约4．2×10-2N／m.2080质量分数为0.3％时，润版液的表面张力约为3．6×10-2N／m。2080表面活性剂的临界胶团浓度值约为0．3％，欲将润版液表面张力降至4．0×10-2N／m，若用醇类，质量分数在25％左右；但若使用2080，质量分数只要在0．1％就可以了。使用2080非离子表面活性剂润版液，大大降低了生产成本。除成本低外，非离子表面活性剂润版液与醇类润版液相比，还具有xx、无挥发性、无爆炸的危险等优点。
    非离子表面活性剂润版液具有表面张力小，润湿性能好的优点。但是表面张力的降低，在某种程度上，使润版液与油墨之间的界面张力也有所降低；并且它们与油墨的乳化能力比普通润版液高，因此要严格控制非离子表面活性剂浓度，同时，一定要减少对印版的供液量，如果供液量大，也会加剧油墨的乳化。
    使用表面活性剂的润版液还有一个缺点，因为相对分子质量通常比较大，与含醇类的润版液相比，醇类的相对分子质量小多了，因此它们不能在溶液中迅速运动。它们分子呈线形的棒状结构，长度通常为醇类分子长度的5倍以上；在水溶液中，从水溶液内部运动到水溶液表面，需要一定的时间(在1s左右)。因此，在静态表面张力的测量中，也就是平衡态的表面张力中，它能显著降低表面张力(降至4．0×10-2N／m左右)，因为，表面活性剂分子有足够的时间吸附至液体表面；但是，在动态表面张力的测量中，由于表面活性剂分子来不及吸附至溶液表面，表面活性剂分子几乎不能降低表面张力，而即使在动态表面张力的测量中醇类还可以显著降低表面张力。在当今印刷机的速度越来越高速的情况下，对润版液进行动态表面张力的测量才能反映真实的印刷过程。因此要找寻醇类的代用品还需要做大量的工作。
使用6501的另一个缺点是会产生气泡。如用于自动泵吸水的润湿系统，产生许多泡沫，使水管堵塞不畅；故溶液中应加入适量消泡剂。
    澳达化工认为非离子表面活性剂润版液尽管还存在许多不完善之处，但它是润版液的发展方向，随着新的表面活性剂的开发，会逐步得到改进，并可能取代醇类润版液和无机盐类配制的普通润版液。

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