将液体在固体表面上的辅展系数定义为附着功WA与内聚功WC的差值,即S=WA-WC=YS-YL-YI。由此可知,润湿性能良好可以增加两相间的粘附功,从而提高其粘附强度;反之,润湿性能差,则会导致两相界面产生不少的缺陷,而使粘附强度降低。另外,若体系中二者极性相匹配,其两相的润湿能力*强,粘附作用势必达到*大。
具体而言,纸张的主要成分是纤维素、胶料、填料等。纤维素是带有很多羟基的长链环行结构的聚合物,结构式为:n是聚合度,天然纤维素的n值很大,分子量可达50万以上。羟基(-OH)是极性基团,剩余的环氧烷基(O)是非极性基团,纸张纤维素的分子是由不对称的两部分组成的。
松香是纸张中常加的胶料,分子结构为:HOOCCH3CH3CH3CH3分子里含极性基羧基(-COOH)和剩余的碳原子结合的非极性基,分子也是非对称型的。
油墨的流体部分是连接料,油墨靠连接料在纸张表面结膜干燥而附着,常用的连接料是干性植物油和合成树脂。以干性植物油为例,主要成分是甘油三酸酯,结构式为:CH2OCOR1CHOCOR2CH2OCOR3分子里R1、R2、R3是17个碳原子以上的非极性烷基,因而甘油三酸酯显示出很强的非极性。但分子中碳氢结合的剩余部分,因有-O-CO存在,仍显示出一定的极性。所以,甘油三酸酯的分子也是不对称的。
纸张由纤维交织而成,表面凸凹不平且有孔隙,油墨又具有较好的流动性能。所以,当油墨转移到纸张上后,便有一部分油墨填入凹陷处或空隙中,使油墨附着于纸面。一般平滑度较高的纸张,油墨主要依赖分子间的二次结合力附着;较为粗糙的纸张,油墨则更多借助于机械投锚效应。
影响粘附强度的因素分子量及其分布当油墨连接料分子量足够大时,油墨本身的力学模量和强度都会提高。然而随着分子量的提高,易于扩到纸张表面层内的分子,其自由末端基数目减少,而大分子的中间链段向纸张扩散成为主要形式,但由于空间位阻,链段较难扩散而渗入纸张分子间隙,致使粘附强度不一定随之相应增强。只有采用适当分子量的油墨,才能获得较高的粘附强度。
油墨分子量降低有利于增加其分子扩散的能力,但分子量过低,会使油墨分子内聚力明显下降,因此,油墨分子量应适中。另外,分子量分布大小也会影响粘附强度。油墨分子量分布较窄,意味着高分子链端基数目减少;反之,即分子量分布较宽,其高分子链端数目增加,导致聚合物自由体积与高分子链及链段可动性增加,因此,其内聚强度下降。
由此可见,粘性与粘附性并非同时满足。一般粘性很大时,粘附性却不一定*佳。所以必须综合考虑具体问题具体分析。纸张表面粗糙度由润湿体系中方程i=cosHicosH(i为粗糙度因子,Hi为油墨与粗糙表面接触度,H为油墨与光滑表面接触角),当i>1时,则粗糙表面的接触角余弦函数的绝对值比光滑表面的大。这就说明,H>90°时,表面粗化使H变大。而H<90°时,表面粗化使H变小。这提示,对于可润湿体系,纸张表面粗糙时,会使两相接触的表面积增加,以促进油墨在纸张表面上的润湿作用,而产生机械粘附作用。
(完)