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薄膜表面張力檢驗(yàn)

閱讀：1550      發(fā)布時(shí)間：2010-03-26
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對(duì)于薄膜彩印來說，關(guān)系印刷質(zhì)量大的是薄膜的表面處理效果,，即表面潤(rùn)濕張力,。筆者結(jié)合多年生產(chǎn)測(cè)試實(shí)踐,，就了解的潤(rùn)濕張力產(chǎn)生原因和處理探討如下。
一,、潤(rùn)濕的原理
印刷中的所謂潤(rùn)濕性,，這就是諸如油墨、粘合劑,、涂料等對(duì)塑料薄膜,、紙張或金屬箔附著的基礎(chǔ)。潤(rùn)濕性決定一種液體在一種固體表面上的展延性,。如水滴在親水性表面就展延成一薄水層,，而在親油性表面卻形成小水滴。水滴外表層的切線與固體表面間所形成的接觸角（圖一,，夾角θ）,，即表示該表面潤(rùn)濕性能的強(qiáng)弱，接觸角越大,，潤(rùn)濕性能越差,。
物理界關(guān)于潤(rùn)濕的嚴(yán)格熱力學(xué)定義是：固體與液體接觸后,，體系（固體十液體）的自由焓降低時(shí),，稱為潤(rùn)濕。
圖一,，固體－液體相面潤(rùn)濕張力示意圖
如上圖,，考查其物理模型，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看,，當(dāng)液滴落在一個(gè)清潔平滑的固體表面上,，忽略液體的重力和粘度影響時(shí)，則液滴在固體表面上的鋪展是由固-氣（SV）,、固-液（SL）和液-氣（LV）三個(gè)界面張力所決定的,，其平衡關(guān)系如下確定。
                γSV=γSL+γLV cosθ
                 F=γLV cosθ=γSV-γSL+γLV
式中：θ是潤(rùn)濕角,，F(xiàn)是潤(rùn)濕張力,，γ是界面能。顯然,，當(dāng)θ＞90°則因潤(rùn)濕張力小而不潤(rùn)濕,；θ＜90°則潤(rùn)濕；而在θ=0°時(shí),，潤(rùn)濕張力F大,，可以潤(rùn)濕，即液體在固體表面上自由鋪展,。（產(chǎn)生界面能γ的主要原因是范德華力,、化學(xué)鍵力等在界面處不平衡導(dǎo)致的,。這些作用力在固體的內(nèi)部因?yàn)閷?duì)稱，相互抵消,，在界面處因?yàn)闊o法對(duì)稱,，從而顯示了界面作用力，即界面能）,。
可以看出,，達(dá)到我們印刷所說的潤(rùn)濕先決條件是γSV＞γSL ，或者γSL 十分微小,。
二,、常用材料的處理和潤(rùn)濕效果
潤(rùn)濕性視化學(xué)組成、晶體形式及表面結(jié)構(gòu)而異,。對(duì)塑料進(jìn)行印刷時(shí),，塑料表面的潤(rùn)濕性必須比油墨的潤(rùn)濕性高，否則其展延,、轉(zhuǎn)移及附著均會(huì)發(fā)生困難,。幾種聚合物的原始表面張力大致如下：
表一  部分塑料表面張力（mN/m，20℃）
塑   料
表 面 張 力
塑   料
表 面 張 力
PTFE聚四氟乙烯
18.5
PVC
39.0
PVF聚偏二氟乙烯
28.0
PMMA
39.0
PCTFE聚三氟氯乙烯
31.0
PVDC
40.0
PE
31.0
PET
44.0
PS
33.0
 
 
通常用作油墨溶劑的表面能為：乙醇22 mN/m,、醋酸乙酯24 mN/m,，而水為72 mN/m，就難以濕潤(rùn)塑料,，所以水基油墨用來印刷塑料就比較困難,。
以聚乙烯薄膜為例，不同類型油墨印聚乙烯時(shí),，要求聚乙烯薄膜的表面能不低于如下：
    溶劑型油墨     38-42 mN/m
    UV油墨        42-46 mN/m
    水溶性墨       42-48 mN/m
    水基墨          38-42 mN/m
所以,，對(duì)于要印刷的塑料薄膜，因?yàn)槠涑跏急砻鎻埩^小,，必須進(jìn)行電暈處理以增加表面張力,。業(yè)界*對(duì)薄膜進(jìn)行電暈處理會(huì)產(chǎn)生以下作用：
1、移除薄膜表面上被吸收的原子和分子,。
2,、促進(jìn)原子的接觸，增進(jìn)濕潤(rùn),。
3,、增進(jìn)表面能，調(diào)節(jié)極性,。
4,、創(chuàng)造能起化學(xué)反應(yīng)的原子基或功能團(tuán)。
5,、破壞表面部分化學(xué)鍵,。
上述處理,，可以直接導(dǎo)致薄膜表面能降低，極性基團(tuán)的可移動(dòng)性加強(qiáng),。
印刷所用的塑料薄膜是一種復(fù)合物質(zhì),，含一種或多種聚合物及多種小分子添加劑。薄膜的主體聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)（基團(tuán)）決定油墨或底膠的潤(rùn)濕性和附著力,，但處理后的薄膜隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng),，一些極性塑料添加劑會(huì)從薄膜內(nèi)部更容易向表面遷移，從而影響薄膜的表面能,。所以,，薄膜存放的時(shí)間越長(zhǎng)，或某些添加劑的含量（如爽滑劑）越高時(shí),，其表面能的變化也越大,。故薄膜在印刷前還需對(duì)其表面能進(jìn)行薄膜測(cè)厚儀測(cè)試，并作電暈處理,，以免發(fā)生油墨轉(zhuǎn)移或附著力不足的問題,。
三、彩印實(shí)踐中印刷前表面潤(rùn)濕張力的測(cè)定
測(cè)定表面能一般使用張力測(cè)試儀,、光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x或通過電鏡測(cè)量潤(rùn)濕角來計(jì)算,。
在彩印生產(chǎn)應(yīng)用中，由于上述儀器復(fù)雜昂貴,，使用不方便,。塑料薄膜表面能的測(cè)定主要是依據(jù)GB/T14216《塑料 膜和片潤(rùn)濕張力試驗(yàn)方法》來進(jìn)行的,。
將試樣水平放在光滑的試驗(yàn)臺(tái)平面或平板上,，用刷子或棉頭棒涂敷按一定配方配制的試驗(yàn)混合液，順同一方向在試樣上水平移動(dòng)棉棒涂敷,，應(yīng)使混合液立即擴(kuò)散到至少20cm2的面積上,。根據(jù)涂敷混合液2s以上液膜層的狀態(tài)，來判斷潤(rùn)濕張力,。
    如果液膜持續(xù)2s以上不破裂,，用下一較高表面張力的混合液重新涂在一新的試樣上，直到液膜在2s破裂,；如果連續(xù)液膜保持不到2s,，用較低表面張力的混合液，直至液膜能持續(xù)2s為止,。使試樣表面潤(rùn)濕接近2s的混合液,，用這種混合液至少測(cè)定3次，該混合液的潤(rùn)濕張力即為試樣的潤(rùn)濕張力,。
使用上述方法需要注意以下幾點(diǎn)：
1,、                試驗(yàn)混合液配制應(yīng)使用分析純的試劑,，并加入極少量的維多利亞純藍(lán)（濃度在0.03％以下），保存在潔凈的棕色玻璃點(diǎn)滴瓶中,。如果頻繁打開瓶口,，超過3個(gè)月后應(yīng)重新配制。
2,、                對(duì)薄膜取樣時(shí)應(yīng)舍去外面幾層,，并使被測(cè)試薄膜的表面不要接觸任何其他物質(zhì)。
3,、                測(cè)試時(shí)將薄膜試樣水平放在光滑的試驗(yàn)臺(tái)平面或平板上,，所涂試驗(yàn)混合液體量應(yīng)使之形成一薄膜而無積液存在，每次試驗(yàn)應(yīng)使用新的棉頭,。
4,、                如果塑料薄膜內(nèi)含添加劑或覆有涂膜，用測(cè)試液測(cè)試時(shí),，往往會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，影響性。在這種情況下,，宜以蒸餾水作接觸角測(cè)試,。
5、                對(duì)于常用的38,、40,、42、50,、52達(dá)因薄膜測(cè)試,，可以使用標(biāo)準(zhǔn)達(dá)因筆，以便車間操作人員現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制,。目前,，市場(chǎng)上包括英國舒曼等達(dá)因筆測(cè)試技術(shù)已比較成熟。
附：GB/T14216中表面張力試驗(yàn)混合液的配方

潤(rùn)濕張力
mN／m
乙二醇獨(dú)乙醚
％（V／V）
甲酰胺
％（V／V）
甲醇.
％（V／V）
水
％（V／V）
22.6
 
 
100
0
25.4
 
 
90
10
27.3
 
 
80
20
30
100.0
 
 
 
31
97.5
2.5
 
 
32
89.5
10.5
 
 
33
81.5
19.0,，1
 
 
34
73.5
26.5
 
 
35
65.0
35.0
 
 
36
57.5
42.5
 
 
37
51.5
48.5
 
 
38
46.0
54.0
 
 
39
41.0
59.0
 
 
40
36.5
63.5
 
 
41
32.5
67.5
 
 
42
28.5
71.5
 
 
43
25.3
74.7
 
 
44
22.0
78.0
 
 
45
19.7
80.3
 
 
46
17.0
83.0
 
 
48
13.0
87.0
 
 
50
9.3
90.7
 
 
52
6.3
93.7
 
 
54
3.5
96.5
 
 
56
1.0
99.0
 
 
58
 
100.0
 
 
59
 
95.0
 
5.0
60
 
80.0
 
20.0
61
 
70.0
 
30.0
62
 
64.0
 
36.0
63
 
50.0
 
50.0
64
 
46.0
 
54.0
66
 
30.0
 
70.0
67
 
20.0
 
80.0
70
 
10.0
 
90.0
73
 
 
 
100.0

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