艾海榮

(安徽新聞出版職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗實訓(xùn)中心，安徽 合肥 230601)

高速印刷中潤版液應(yīng)快速潤濕印版空白表面以防上墨帶臟，同時要確保以最少的水與油墨快速達到水墨平衡。實踐證明，油墨的表面張力是30～36mN/m，潤版液的表面張力控制在35～42mN/m時，能夠達到最佳的水墨平衡。［1］對潤版液來說，快速降低其表面張力至35～42mN/m才能滿足上述要求。表面活性劑具有特殊的雙親性分子結(jié)構(gòu)，容易在液固界面吸附而改變界面性質(zhì)，從而大大降低了液體的表面張力。由于潤版液中含有其他電解質(zhì)，而非離子表面活性劑在水溶液中不離解為離子，穩(wěn)定性高，耐硬水性強，無毒性，不揮發(fā)，所以選擇非離子表面活性劑作為其潤濕劑。［2］表面張力是液體的重要性質(zhì)之一。表面張力分為靜態(tài)表面張力和動態(tài)表面張力。靜態(tài)表面張力是指表面活性劑在界面達到吸附平衡時的最低表面張力，一般用臨界膠束濃度 (cmc)時的張力γcmc表示。動態(tài)表面張力是指一定濃度的表面活性劑溶液在達到平衡吸附前某一時刻的表面張力，用dst表示。［3］印刷是高速動態(tài)過程，所以研究潤版液動態(tài)表面張力比靜態(tài)表面張力更有實際意義。在葉面施肥、農(nóng)藥用潤濕劑等應(yīng)用中有較多的關(guān)于動態(tài)表面張力報道，而印刷潤版液中鮮有報道動態(tài)表面張力，楊永剛等研究的環(huán)保型非離子表面活性劑潤版液配方中通過研究靜態(tài)表面張力選擇茶皂素作為表面活性劑。

用最大氣泡壓力法 (MBP)對脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO7)、脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO9)和辛基酚聚氧乙烯醚 (OP－10)三種非離子表面活性劑進行動態(tài)表面張力測試，并分析分子結(jié)構(gòu)、濃度、溫度對動態(tài)表面張力的影響。結(jié)合印刷工藝要求，選擇適合的潤濕劑，得出添加濃度和使用溫度。根據(jù)資料可知，選用的三種活性劑的靜態(tài)表面張力γcmc均小于35mN/m，HLB值也符合作為潤濕劑的要求，［4］濁點在50℃以上，滿足印刷對溫度的要求，符合作為潤版液潤濕劑的初步要求。各種基本參數(shù)見表1。

表1 三種活性劑的基本性能參數(shù)

1 實驗

實驗用最大氣泡壓力法 (MBP法)測量液體動態(tài)表面張力，MBP法可以測出幾毫秒到幾分鐘的動態(tài)表面張力變化，適合印刷這種高速瞬間動態(tài)表面張力變化。［5］

1.1 材料儀器

表面活性劑:脂肪醇聚氧乙烯醚AEO7(碳原子12，乙氧基數(shù)即EO數(shù)7)，海安石油化工廠產(chǎn)品;脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9(碳原子12，乙氧基數(shù)即EO數(shù)9)海安石油化工廠產(chǎn)品;辛基酚聚氧乙烯醚 (OP－10，碳原子8，EO數(shù)10)，廣州樂恒化工有限公司產(chǎn)品;去離子水。

儀器:BPA表面張力儀 (最大氣泡壓力法測量原理)，德國SITA公司。

1.2 實驗方法

對AEO7和AEO9、OP－10在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度下 (0.1%)測量動態(tài)表面張力dst，分析非離子表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)對動態(tài)表面張力的影響;

測量OP－10不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度下的動態(tài)表面張力dst，分析濃度對動態(tài)表面張力dst的影響;

測量不同溫度下OP－10在質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.1%的動態(tài)表面張力dst，分析溫度對dst的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 非離子表面活性劑分子結(jié)構(gòu)對dst的影響

由于表面活性劑分子結(jié)構(gòu)不同，在界面上的吸附速度和溶液的表面張力的降低速度和程度各不相同。［6］由圖 1可以看出，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度的AEO7和AEO9、OP－10三種活性劑溶液動態(tài)表面張力降至最低值所需時間分別是0.3秒、1.5秒、0.5秒。從疏水基即碳鏈的長短來看，AEO9和OP－10比較OP－10動態(tài)表面張力下降速度快，可以看出碳鏈越短 (AEO9疏水基有12個碳，而OP－10只有8個碳)，動態(tài)表面張力下降越快，吸附速度越快，達到平衡吸附的時間越短，潤濕鋪展性能越好。從親水基即EO數(shù)大小來看，AEO7和AEO9比較AEO7動態(tài)表面張力下降速度快，可以看出EO數(shù)越小 (AEO7的EO數(shù)7，AEO9的EO數(shù)9)，活性劑疏水性越強，溶解度減小，吸附到界面的速度增大，動態(tài)表面張力下降就越快，潤濕擴展性能就好。以上分析可以看出低碳鏈、低EO數(shù)的醇醚具有最佳潤濕性能。根據(jù)曲線可以看出，AEO7動態(tài)表面張力下降速度最快，在0.1秒就降至30.88mN/m，單從快速潤濕效果來說，AEO7溶液的潤濕性能最佳，但結(jié)合印刷對潤版液的表面張力35～42mN/m的要求，AEO7控制不好會對油墨乳化產(chǎn)生不利影響。所以O(shè)P－10比較適合作為潤版液的潤濕劑。

圖1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.1%的AEO7、AEO9、OP－10溶液的dst變化曲線

2.2 濃度對dst的影響

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度的OP－10dst變化曲線

由圖2可以看出，隨著濃度的增大，OP－10溶液的動態(tài)表面張力下降越快，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%和0.3%時的高濃度下dst在0.05秒就降低到靜態(tài)表面張力，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%濃度時在0.5秒才降到靜態(tài)表面張力。這是因為濃度增大，吸附到表面的活性劑分子越多，降低張力的能力就強。溶液濃度越大，則表面張力在短時間內(nèi)大幅度下降，因此達到平衡吸附的時間越短。［7］根據(jù)印刷實際，添加過多的表面活性劑會加劇油墨乳化，所以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的濃度比較適合潤版液的要求。

2.3 溫度對dst的影響

圖3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.1%的OP－10在不同溫度下dst變化曲線

由圖3可知，隨著溫度的升高 (小于活性劑濁點，OP－10濁點是65℃)，OP－10溶液的 dst下降速度加快，質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為0.1%時，dst下降至35mN/m，10℃時需要時間5秒，20℃時需要0.1秒，30℃時只需要0.05秒。這是因為非離子表面活性劑溶液隨溫度升高其在水中的溶解度下降，分子熱運動使乙氧基中氧原子與水分子之間的氫鍵遭到破壞，親水性下降，疏水性增強，活性劑分子從水中逃離的趨勢加強，更有利于其在固體表面吸附，動態(tài)表面張力下降快，潤性能好，對于聚環(huán)氧乙烷類非離子表面活性劑，溫度接近濁點時，潤濕性能最佳，［8］結(jié)合印刷工藝實際，當(dāng)溫度升高到一定程度，對紙張和油墨的性能會產(chǎn)生一定影響，也會加劇油墨乳化，所以印刷對環(huán)境溫度有要求，一般要求在18℃～23℃，所以選擇20℃為潤版液的溫度，這樣既能滿足印刷對溫度要求，也能滿足非離子表面活性劑dst下降至35mN/m的較短時間要求。

3 結(jié)束語

用最大氣泡壓力法研究了相同濃度的AEO7、AEO9、OP－10的動態(tài)表面張力變化;OP－10在不同濃度下的動態(tài)表面張力變化及不同溫度下的動態(tài)表面張力變化。分析了分子結(jié)構(gòu)、濃度、溫度對動態(tài)表面張力的影響。對于分子結(jié)構(gòu)來說，低碳鏈、低EO數(shù)的醇醚具有最佳潤濕性能;非離子表面活性劑溶液動態(tài)表面張力隨濃度的增加下降的越快;非離子表面活性劑溶液隨溫度升高其動態(tài)表面張力下降越快。結(jié)合印刷工藝實際，OP－10適合做潤版液潤濕劑;選OP－10作為潤濕劑時其添加濃度控制在0.1%;潤版液使用溫度控制在室溫(20℃左右)即可。以上結(jié)論為潤版液配方中選擇合適的潤濕劑以及在使用潤版液時潤濕劑的添加濃度和潤版液使用的環(huán)境溫度控制提供可靠參考。

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