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紙張酸鹼性對印刷品質的影響
2009/11/25 23:50
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2007.9.3 科印網
紙的發明是人類進步的重要標誌，是人類文明和科學文化得以記載、積累、傳播和發展的重要物質條件。其中，印刷用紙是紙張中用量最大，最為重要的一類產品，而紙張的各種性能，包括機械性能、物理性能、化學性能、光學性能等，對印刷複製過程及印刷品的品質有較大的影響。因此，了解紙張的這些性能，在印刷時適當調節印刷參數和印刷工藝，是獲得高品質印刷品的關鍵。紙張的酸鹼性是紙張化學性能的一項指標，是影響印刷品質量的重要因素，本文將簡單討論紙張酸鹼性對印刷品質量的影響。
紙張的酸鹼性
紙張的酸鹼性是在造紙過程中產生的。溶液酸鹼性的強弱取決於溶液中氫離子和氫氧根離子的濃度，通常用pH值來表示和衡量。但準確地講，紙張這種固體是不可能具有pH值的，因為紙張是由纖維、添加劑和一定的水分組成的多相體系。因此，我們通常所說的紙張的pH值是指浸泡過紙張的水溶液的pH值。
一般來說，紙張的pH值應以中性為好，但實際上大多數非塗布印刷紙的pH值在4.5-7.0之間，呈弱酸性，塗布印刷紙的pH值在7-9之間，呈弱鹼性。紙張酸性的主要來源於造紙原料中的礬土﹝Al2(SO4)3﹞，由於鋁化合物水解產生大量的氫離子，是使松香施膠紙張呈現酸性的主要原因。紙張製成後，空氣中的SO2、CO2氣體被紙張吸收並進一步氧化成硫酸和碳酸，同時，紙張中纖維素的酸基、碳水化合物膠料、漂白和製漿化學藥品殘留的氯水解生成鹽酸和次氯酸，以及一些塗料的酸性成分等也是使紙張呈酸性的因素。紙張呈鹼性，主要是因為造紙時，分散在填料中的高嶺土、碳酸鈣是呈鹼性的，膠黏劑中的乾酪素，塗料中氰胺──甲醛樹脂或聚乙烯亞胺樹脂等的存在都是使紙張呈鹼性的因素。同時，現代抄紙工藝由原來的酸性抄紙改為鹼性抄紙，也會導致紙張酸鹼性的變化。
紙張酸鹼性對印刷品的影響
1.對印品「耐久性」的影響
這裡所說的印品耐久性實際上指的是印刷所用紙張的耐久性，指經過很長時間，紙張仍能保持其重要的使用性能，特別是耐折度（Folding Endurance）和顏色等特性的程度。對於印刷用紙，耐久性表達了紙張印刷品的使用壽命或可以保存的最長時間。影響紙張耐久性的因素很多，包括造紙時所用紙漿的種類、膠料、塗料、酸和金屬化合物的含量以及存儲或使用時的溫度、濕度、光照等，而pH值是影響紙張耐久性最主要的因素。
若pH值較低，會加快纖維素、半纖維素的降解，因為在酸性紙張中，氫離子促使纖維素大分子的「氧橋」斷裂，從而使纖維素發生水解和氧化反應，造成纖維軟化和斷裂，且這些反應都比較強烈，會使紙張印刷品嚴重退色，酸性越強，這種現象就越嚴重。由於紙張的酸性主要來源於施膠中所用的礬土，所以製造耐久性高的印刷用紙，如具有長期保存價值的檔案文獻和重要檔用紙，都採用了不加礬土的中性施膠方法。用亞硫酸鹽抄製的紙，因為pH值低和酸性蒸煮條件對植物纖維的特殊作用，故耐久性比較差，不如硫酸鹽漿所抄的紙。如果漂白後紙張中殘留的氯含量比較高，則氯離子就會與水作用產生強酸，使紙張的酸性較強，導致耐久性大大下降。對於pH值較高的紙張來說，強鹼性也不利於提高紙張的使用壽命，因為纖維素在鹼性較高的條件下，其氧化降解速度也會大大加快。因此對於印刷用紙來說，強酸、強鹼性對於印刷品的耐久性都有很大的破壞作用。
2.對印刷品質的影響
1)紙張的酸鹼性對印刷品質的影響是非常顯著的。紙張的pH值是影響印刷油墨氧化結膜乾燥速度的重要因素之一，若紙張呈酸性，則酸性物質與乾燥劑中的多價金屬作用，生成不溶於油脂的產物，阻止了油墨的氧化結膜，抑制了油墨的乾燥。因此，當紙張的pH值較低，即紙張酸性較強時，印刷油墨的乾燥時間會明顯延長，當紙張的pH值低於5時，甚至會造成乾燥完全停止。特別是在相對濕度比較高的條件下，紙張中的水含量增加，這些水能夠直接參與纖維素和半纖維素的水解，使紙張中的酸性成分含量增加，嚴重影響油墨的乾燥速度。當紙張呈鹼性時，一般都認為氫氧根離子會加快印刷油墨的乾燥速度，促進乾燥。但事實上，在實際的生產過程中，這種加速劑的作用並不十分顯著。
2）對於平版印刷來說，印刷紙張的酸鹼性還會影響潤版液的pH值。正常情況下，潤版液藥水呈弱酸性，當印刷紙pH值過低時，會進一步降低潤版液的pH值，從而影響印刷油墨的乾燥速度，使印刷品出現乾燥不好和背面粘髒等不良現象。同時，潤版液的酸性過強，必然會加快印版的腐蝕速度，從而降低印版的耐印力，還會破壞印版網點，影響印刷品階調和層次的再現。當印刷紙的pH值過高，即鹼性過強時，印刷過程中，紙張中的鹼性物質會不斷地溶解並傳遞到潤版液當中，與弱酸性的潤版液發生中和反應，使潤版液的酸鹼度發生改變。此外，這些鹼性物質還會減小印版水墨介面上的介面張力，促使油墨乳化，導致非圖文部分上髒，使印品光澤度下降，油墨色澤暗淡等。潤版液的酸性越強，這種影響就會越大。
3)對印刷油墨穩定性的影響。有一些油墨中所含的顏料在強酸或強鹼的條件下非常不穩定，當油墨印刷在一些偏酸或偏鹼性的紙張上時，經過一段時間油墨的顏色就會消退，使印刷品失去原有的光澤和色彩。實際生產中，如果印刷紙的酸性過強，進行金屬油墨印刷後，印刷品上圖案的顏色會漸漸由金色、銀色變為黑色，印品失去金屬光澤。這是由於印刷紙中的氫離子轉移到金屬油墨中，使油墨中的金屬粒子被腐蝕的結果。
另外，一些紙張印刷後用來包裝金屬製品或與金屬接觸，由於紙張的強酸或強鹼性，對金屬製品造成的污染或腐蝕也很嚴重。特別是一些用來包裝食品的紙張，如果其酸性或鹼性較強，會造成對食品的污染，對人體傷害也非常大。對於照相紙和複印紙、濾紙、指示器用紙、膠版紙、電器絕緣用紙等多種紙張來說，其中殘留的酸性物質和鹼性物質的量也是越少越好。
因此，紙張在生產的過程中要儘量控制其酸鹼性，使其呈中性。印刷單位在使用新的紙張時，最好要了解紙張的酸鹼性，對其進行測定，並根據印刷紙的酸鹼性適當調節潤版液的pH值，控制生產車間的溫濕度，改變印刷過程中的相關參數或印刷工藝等，儘量將印刷紙酸鹼性對印刷品質量的影響減到最小，達到印刷的最好效果。
【補充】紙張的酸鹼性對印刷的影響
在印刷過程中，潤版液的Ph值的正常範圍是4.8-5.2，由於印刷所用紙張的酸鹼性不同，會出現不同的現象，對印刷造成不同的影響。紙張的酸性會引起印版的腐蝕和粘版，直接影響印跡的氧化結膜乾燥。從平時印刷不同性的紙張結果可知，酸性越大，油墨的乾燥速度越快，這就是因為呈酸性的紙張會吸收油墨中的乾燥劑，從而抑制印跡氧化結膜作用的結果。反之，紙張呈鹼性，紙張中的鹼性物質就會傳送到水箱中，與水箱中的潤版液中和，直接影響Ph值的控制，從而使油墨乳化，導致印刷產品部分上髒，影響產品品質。
紙張耐久性（Permanence）的定義
根據國際標準化組織（The International Organization for Standardization, ISO）和美國國家標準協會（American National Standards Institute, ANSI）這兩個組織為例。前者對紙張耐久性這個術語的定義是紙張經過一段長時間後依然能保持它在物理及化學上的穩定性（The ability to remain chemically and physically stable over long periods of time），而後者則對紙張耐久性有更詳細和具體的描述，它的定義是紙張於書庫或檔案保管庫的正常使用及存放環境下，於最少數百年的時間後，該紙張不會出現明顯的變壞（The ability of paper to last at least several hundred years without significant deterioration under normal use and storage conditions in libraries and archives）。以上於定義中所提及的紙張變壞，一般會理解為紙張特性上的改變，而較為人認識的，莫過於紙張的強度和紙張的光亮度（Brightness──亮度紙張變黃的指標）。
紙張上的各種物理和化學特性之所以會隨時間而改變，主要是因為紙張中纖維的組合物纖維素（Cellulose）和半纖維素（Hemicelluloses）分子不斷進行水降解（Hydrolytic Degradation）反應。而降解的速度則取決於溫度、紙張的水含量（即存放環境的相對濕度）及紙張的酸鹼度。有研究顯示，酸鹼度在紙張的耐久性上扮演著重要的角色。而我們一般應用於印刷的紙張，大部分都屬於酸性紙張（Acid Paper），它會加快紙張老化的情況。而紙張中酸性成分則來自於造紙過程中的漂白劑；纖維素及半纖維素降解中所產生的化學物質（由於屬於酸性，故此這種化學物質會進一步催化纖維降解）；紙張上的施膠料（Sizing Agent──以為紙張上組成物的黏合劑，並能改善紙張的吸水情況，一般會使用帶有酸性的明礬﹝Alum﹞、松香﹝Rosin﹞。）；紙張上的填充料（Filler──除纖維外，另一種組成紙張的物料，主要用於填滿纖維與纖維的空間，並給予紙張一定重量）；塗劑等（Coating）等。如我們要紙張擁有一定的耐持久性，在造紙過程中，我們可以使用中性或鹼性的施膠料，並同時使用鹼性的填充料如碳酸鈣（Calcium Carbonate）等材料，造出鹼性紙張（Alkaline Paper）。鹼性紙張好處在於能把纖維降解所產生的化學物質、印刷油墨、其他污染物所帶的酸性中和。而對於這些酸堿值（pH value──一個反映物質酸鹼度的指標，數值7代表中性，數值低於7屬於酸性，數值越少，酸性越高；相反，數值高於7屬於鹼性，數值越大，鹼性越高。）高於7的鹼性紙張，亦有人稱為無酸紙（acid-free paper）。而美國國家標準協會亦有明確指出，有耐久性紙張的酸堿值應界定於pH7.5-pH10之間。
紙張的酸鹼性
紙張的酸鹼性是在造紙過程中產生的。溶液酸鹼性的強弱取決於溶液中氫離子和氫氧根離子的濃度，通常用pH值來表示和衡量。但準確地講，紙張這種固體是不可能具有pH值的，因為紙張是由纖維、添加劑和一定的水分組成的多相體系。因此，我們通常所說的紙張的pH值是指浸泡過紙張的水溶液的pH值。
一般來說，紙張的pH值應以中性為好，但實際上大多數非塗布印刷紙的pH值在4.5-7.0之間，呈弱酸性，塗布印刷紙的pH值在7-9之間，呈弱鹼性。紙張酸性的主要來源於造紙原料中的礬土﹝Al2(SO4)3﹞，由於鋁化合物水解產生大量的氫離子，是使松香施膠紙張呈現酸性的主要原因。紙張製成後，空氣中的SO2、CO2氣體被紙張吸收並進一步氧化成硫酸和碳酸，同時，紙張中纖維素的酸基、碳水化合物膠料、漂白和製漿化學藥品殘留的氯水解生成鹽酸和次氯酸，以及一些塗料的酸性成分等也是使紙張呈酸性的因素。紙張呈鹼性，主要是因為造紙時，分散在填料中的高嶺土、碳酸鈣是呈鹼性的，膠黏劑中的乾酪素，塗料中氰胺──甲醛樹脂或聚乙烯亞胺樹脂等的存在都是使紙張呈鹼性的因素。同時，現代抄紙工藝由原來的酸性抄紙改為鹼性抄紙，也會導致紙張酸鹼性的變化。
1.對印品「耐久性」的影響
這裡所說的印品耐久性實際上指的是印刷所用紙張的耐久性，指經過很長時間，紙張仍能保持其重要的使用性能，特別是耐折度（Folding Endurance）和顏色等特性的程度。對於印刷用紙，耐久性表達了紙張印刷品的使用壽命或可以保存的最長時間。影響紙張耐久性的因素很多，包括造紙時所用紙漿的種類、膠料、塗料、酸和金屬化合物的含量以及存儲或使用時的溫度、濕度、光照等，而pH值是影響紙張耐久性最主要的因素。
若pH值較低，會加快纖維素、半纖維素的降解，因為在酸性紙張中，氫離子促使纖維素大分子的「氧橋」斷裂，從而使纖維素發生水解和氧化反應，造成纖維軟化和斷裂，且這些反應都比較強烈，會使紙張印刷品嚴重退色，酸性越強，這種現象就越嚴重。由於紙張的酸性主要來源於施膠中所用的礬土，所以製造耐久性高的印刷用紙，如具有長期保存價值的檔案文獻和重要檔用紙，都採用了不加礬土的中性施膠方法。用亞硫酸鹽抄製的紙，因為pH值低和酸性蒸煮條件對植物纖維的特殊作用，故耐久性比較差，不如硫酸鹽漿所抄的紙。如果漂白後紙張中殘留的氯含量比較高，則氯離子就會與水作用產生強酸，使紙張的酸性較強，導致耐久性大大下降。對於pH值較高的紙張來說，強鹼性也不利於提高紙張的使用壽命，因為纖維素在鹼性較高的條件下，其氧化降解速度也會大大加快。因此對於印刷用紙來說，強酸、強鹼性對於印刷品的耐久性都有很大的破壞作用。
2.對印刷品質的影響
1)紙張的酸鹼性對印刷品質的影響是非常顯著的。紙張的pH值是影響印刷油墨氧化結膜乾燥速度的重要因素之一，若紙張呈酸性，則酸性物質與乾燥劑中的多價金屬作用，生成不溶於油脂的產物，阻止了油墨的氧化結膜，抑制了油墨的乾燥。因此，當紙張的pH值較低，即紙張酸性較強時，印刷油墨的乾燥時間會明顯延長，當紙張的pH值低於5時，甚至會造成乾燥完全停止。特別是在相對濕度比較高的條件下，紙張中的水含量增加，這些水能夠直接參與纖維素和半纖維素的水解，使紙張中的酸性成分含量增加，嚴重影響油墨的乾燥速度。當紙張呈鹼性時，一般都認為氫氧根離子會加快印刷油墨的乾燥速度，促進乾燥。但事實上，在實際的生產過程中，這種加速劑的作用並不十分顯著。
2）對於平版印刷來說，印刷紙張的酸鹼性還會影響潤版液的pH值。正常情況下，潤版液藥水呈弱酸性，當印刷紙pH值過低時，會進一步降低潤版液的pH值，從而影響印刷油墨的乾燥速度，使印刷品出現乾燥不好和背面粘髒等不良現象。同時，潤版液的酸性過強，必然會加快印版的腐蝕速度，從而降低印版的耐印力，還會破壞印版網點，影響印刷品階調和層次的再現。當印刷紙的pH值過高，即鹼性過強時，印刷過程中，紙張中的鹼性物質會不斷地溶解並傳遞到潤版液當中，與弱酸性的潤版液發生中和反應，使潤版液的酸鹼度發生改變。此外，這些鹼性物質還會減小印版水墨介面上的介面張力，促使油墨乳化，導致非圖文部分上髒，使印品光澤度下降，油墨色澤暗淡等。潤版液的酸性越強，這種影響就會越大。
3)對印刷油墨穩定性的影響。有一些油墨中所含的顏料在強酸或強鹼的條件下非常不穩定，當油墨印刷在一些偏酸或偏鹼性的紙張上時，經過一段時間油墨的顏色就會消退，使印刷品失去原有的光澤和色彩。實際生產中，如果印刷紙的酸性過強，進行金屬油墨印刷後，印刷品上圖案的顏色會漸漸由金色、銀色變為黑色，印品失去金屬光澤。這是由於印刷紙中的氫離子轉移到金屬油墨中，使油墨中的金屬粒子被腐蝕的結果。
另外，一些紙張印刷後用來包裝金屬製品或與金屬接觸，由於紙張的強酸或強鹼性，對金屬製品造成的污染或腐蝕也很嚴重。特別是一些用來包裝食品的紙張，如果其酸性或鹼性較強，會造成對食品的污染，對人體傷害也非常大。對於照相紙和複印紙、濾紙、指示器用紙、膠版紙、電器絕緣用紙等多種紙張來說，其中殘留的酸性物質和鹼性物質的量也是越少越好。
因此，紙張在生產的過程中要儘量控制其酸鹼性，使其呈中性。印刷單位在使用新的紙張時，最好要了解紙張的酸鹼性，對其進行測定，並根據印刷紙的酸鹼性適當調節潤版液的pH值，控制生產車間的溫濕度，改變印刷過程中的相關參數或印刷工藝等，儘量將印刷紙酸鹼性對印刷品質量的影響減到最小，達到印刷的最好效果。
在印刷過程中，潤版液的Ph值的正常範圍是4.8-5.2，由於印刷所用紙張的酸鹼性不同，會出現不同的現象，對印刷造成不同的影響。紙張的酸性會引起印版的腐蝕和粘版，直接影響印跡的氧化結膜乾燥。從平時印刷不同性的紙張結果可知，酸性越大，油墨的乾燥速度越快，這就是因為呈酸性的紙張會吸收油墨中的乾燥劑，從而抑制印跡氧化結膜作用的結果。反之，紙張呈鹼性，紙張中的鹼性物質就會傳送到水箱中，與水箱中的潤版液中和，直接影響Ph值的控制，從而使油墨乳化，導致印刷產品部分上髒，影響產品品質。
紙張耐久性（Permanence）的定義
根據國際標準化組織（The International Organization for Standardization, ISO）和美國國家標準協會（American National Standards Institute, ANSI）這兩個組織為例。前者對紙張耐久性這個術語的定義是紙張經過一段長時間後依然能保持它在物理及化學上的穩定性（The ability to remain chemically and physically stable over long periods of time），而後者則對紙張耐久性有更詳細和具體的描述，它的定義是紙張於書庫或檔案保管庫的正常使用及存放環境下，於最少數百年的時間後，該紙張不會出現明顯的變壞（The ability of paper to last at least several hundred years without significant deterioration under normal use and storage conditions in libraries and archives）。以上於定義中所提及的紙張變壞，一般會理解為紙張特性上的改變，而較為人認識的，莫過於紙張的強度和紙張的光亮度（Brightness──亮度紙張變黃的指標）。
紙張上的各種物理和化學特性之所以會隨時間而改變，主要是因為紙張中纖維的組合物纖維素（Cellulose）和半纖維素（Hemicelluloses）分子不斷進行水降解（Hydrolytic Degradation）反應。而降解的速度則取決於溫度、紙張的水含量（即存放環境的相對濕度）及紙張的酸鹼度。有研究顯示，酸鹼度在紙張的耐久性上扮演著重要的角色。而我們一般應用於印刷的紙張，大部分都屬於酸性紙張（Acid Paper），它會加快紙張老化的情況。而紙張中酸性成分則來自於造紙過程中的漂白劑；纖維素及半纖維素降解中所產生的化學物質（由於屬於酸性，故此這種化學物質會進一步催化纖維降解）；紙張上的施膠料（Sizing Agent──以為紙張上組成物的黏合劑，並能改善紙張的吸水情況，一般會使用帶有酸性的明礬﹝Alum﹞、松香﹝Rosin﹞。）；紙張上的填充料（Filler──除纖維外，另一種組成紙張的物料，主要用於填滿纖維與纖維的空間，並給予紙張一定重量）；塗劑等（Coating）等。如我們要紙張擁有一定的耐持久性，在造紙過程中，我們可以使用中性或鹼性的施膠料，並同時使用鹼性的填充料如碳酸鈣（Calcium Carbonate）等材料，造出鹼性紙張（Alkaline Paper）。鹼性紙張好處在於能把纖維降解所產生的化學物質、印刷油墨、其他污染物所帶的酸性中和。而對於這些酸堿值（pH value──一個反映物質酸鹼度的指標，數值7代表中性，數值低於7屬於酸性，數值越少，酸性越高；相反，數值高於7屬於鹼性，數值越大，鹼性越高。）高於7的鹼性紙張，亦有人稱為無酸紙（acid-free paper）。而美國國家標準協會亦有明確指出，有耐久性紙張的酸堿值應界定於pH7.5-pH10之間。
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