一、吸附平衡恢複作用在油墨印刷過程中，相關表麵受到不同方麵的幹擾，表麵活性劑試圖通過擴散、傳導和膠束形成過程恢複吸附平衡。膠束的作用如同表麵活性劑分子的倉庫，它們擴散到表麵或從表麵擴散回來。
印刷過程中，當表麵被建立、拉伸或壓縮時，有效的表麵齡或在氣—液界麵流動的特定單元停留時間能大幅度變化。液層表麵在坡流麵上的滯留時間，對於表麵活性劑發揮作用的時間是足夠的。合適的表麵活性劑響應，將會保證穩定的層間潤濕、適當的界麵潤濕以及抑製物料形成的波紋。
二、潤濕作用
潤濕是指在固體表麵上一種液體取代另一種與之不相混溶的流體的過程。因此，潤濕作用必然涉及三相，其中兩相是流體。常見的潤濕現象是固體表麵上的氣體被液體取代的過程。
1.潤濕過程
潤濕過程可以分為三步：沾濕、浸濕和鋪展。具體過程描述，已經在噴墨打印紙部分作了介紹。
由於液體的表麵張力總是正值，對於同一體係，故凡能自行鋪展的體係，其他潤濕過程皆可自動進行。固體表麵能對體係潤濕特性的影響都是通過黏附張力來起作用。它們遵循共同的規律：固-氣界麵能越大，固-液界麵能越小，也就是粘附張力越大，越有利於潤濕。
2.接觸角與潤濕方程
將液體滴於固體表麵上，液體或鋪展而覆蓋固體表麵，或形成一液滴停於其上，這隨體係性質而定。所形成液滴的形狀可以用接觸角描述。接觸角是在固、液、氣三相交界處，做液體表麵的切線與固體表麵的切線，兩切線通過液體內部的角度，即為接觸角，以θ表示。
此式是T·Young於1805年提出的，常稱楊氏方程，亦稱為潤濕方程。它是潤濕規律的基本公式，表達三相交界處，三個界麵張力之間的相互關係，適用於具有固-液、固-氣連續表麵的平衡體係。
S、L、G分別表示固、液、氣三相。接觸角理論上是可以在0°～180°的任何值，一般說θ＜90°可以潤濕；θ＞90°不能潤濕。而θ=0°代表完全潤濕，θ=180°代表完全不潤濕。
用接觸角說明潤濕狀態直觀方便，但為避免作切線的困難，發展了從長度測量數據計算出接觸角的方法，其中比較適用的有滴高法。
3.接觸角滯後
許多測定結果表明，接觸角不僅決定於相互接觸的三相的化學組成和溫度、壓力，而且與形成三相接觸線的方式有關。以固、液、氣三相體係為例，液-固界麵取代氣-固界麵，與氣-固界麵取代液-固界麵後形成的接觸角常不相同，這種現象叫做接觸角滯後。
固-液界麵取代固-氣界麵後形成的接觸角叫做前進角，用θA表示；氣-固界麵取代固-液界麵後形成的接觸角叫做後退角，用θR表示。造成接觸角滯後的主要原因是表麵不平和表麵不均勻。汙染是導致表麵不均勻的一個主要原因，這些現象會導致一係列的印刷成膜弊病。
4.固體的潤濕性質
（1）低能表麵與高能表麵在處理涉及潤濕的實際問題時，總是希望能得出什麼樣的固體容易被液體潤濕，什麼樣的固體不容易被液體潤濕，以及什麼樣的液體具有好的潤濕能力的規律。從潤濕方程來看，隻有表麵能足夠高的固體才可能被液體所潤濕。因為欲使接觸角為0，則γSG必須大於或等於γSL與γLG之和。雖然γSL的數值不容易得到，但可以肯定地說γSG必須大於γLG方有被該液體潤濕之可能。根據這一論斷，考慮到一般常用液體的表麵張力都在100mN/m以下，便以此為界，將固體的表麵能分為兩大類。
凡表麵能高於100mN/m的固體，叫做高表麵能固體，其表麵也叫做高能表麵；表麵能低於100mN/m的固體，稱為低表麵能固體，其表麵也叫做低能表麵。按照這個標準，有機固體和無機固體大致分別屬於這兩類。一般無機固體，如常見的金屬及其氧化物、鹵化物及各種無機鹽的表麵能在500～5000mN/m的範圍，屬於高能表麵。它們與一般液體接觸後，體係表麵能有較大的降低，可為這些液體所潤濕。但是，許多有機固體和高聚物的表麵能則與一般液體相仿，甚至更低，它們的表麵屬於低能表麵。這類固體的潤濕性質，隨固液兩相成分與性質的不同而變化。
（2）高能表麵上的自憎現象前麵說到，通常一般液體可在高能表麵上鋪展。但也有一些低表麵張力的有機液體，在金屬、氧化物等高能表麵上卻不能自動鋪展，而形成有相當大接觸角的液滴。
出現這種情況的原因，是這些有機液體的分子在高能表麵上形成定向排列的吸附膜。被吸附的兩親分子的親水基，固定於高能固體表麵上，而以疏水基構成最外層。這種吸附膜與上麵所說的定向單分子層相同，使高能固體表麵層的組成和結構發生變化，變成了低能表麵。當這樣形成的低能表麵的臨界表麵張力γc比這些液體自身的表麵張力γLG還要低的時候，這些液體便不能在自身的吸附膜上鋪展。因此，把這種現象叫做自憎現象。
（3）固體表麵改性表麵活性劑通過吸附作用可以改變固定表麵的組成和結構，使高能表麵變為低能表麵而不容易被潤濕。這種吸附作用可以是物理吸附，也可以是化學吸附。前者如大多數固體從表麵活性劑中的吸附和轉移到固體表麵上的單分子層。各種表麵活性劑在各類固體上的吸附性不同。形成的吸附層的結構及最外層的基團，不僅因表麵活性劑和固體性質而異，而且隨表麵活性劑溶液濃度、酸堿度及其他環境因素而變。有時形成的吸附層，是以表麵活性劑親水基為最外層，這將有利於水對固體的潤濕。
用甲基氯矽烷處理玻璃、矽膠或其他帶有表麵羥基的固體表麵，甲基氯矽烷與固體表麵上的羥基作用，釋放氯化氫，形成化學鏈（Si—O鍵）。這使原來親水的固體表麵被甲基所覆蓋，而具有疏水性強和長期有效的特點，成為得到良好的防水、抗粘表麵的一個好方法。
有人發現，將聚乙烯、聚四氟乙烯、石蠟等典型的低表麵能固體浸在氫氧化鐵或氫氧化錫溶液中，經過一段時間，水合金屬氧化物在低能表麵上發生相當牢固的黏附。幹燥後可使表麵潤濕性發生永久性改變。原來的疏水固體變成了親水的。例如，最不容易被潤濕的聚四氟乙烯固體，在三價鐵濃度為0.37mmol/L的鐵溶膠中浸泡16min，幹燥後，對水的前進角由105°變為54°，後退角由101°變為0°。
在非極性表麵水性油墨印刷行業裏，除了用底層改變支持體（三醋片基、PET薄膜和塗塑紙基等）的潤濕性和增強與塗層的粘牢度之外，還常用等離子體電暈處理方法。在底層和頂層塗布液裏采用非離子型表麵活性劑，明顯有利於改變水性墨潤濕均勻性。
5.動潤濕
潤濕方程隻是反映了在靜止狀態下，固、氣、液三相間，界麵張力與潤濕角之間的關係。可是印刷過程不是靜止的，它是一個液體薄膜運動的過程。這時，固體與液體間形成隨接觸時間而變的接觸角，叫做動接觸角，與之相關的潤濕現象叫做動潤濕。
動潤濕現象可從下列實驗中觀察到。在玻璃管中充入一段液體，靜止時液體與管壁形成一定的接觸角，這就是靜態接觸角，以θs代表。自左方加壓使液體段向右運動，速度不為0時的接觸角與θs不同。實驗表明，運動著的液體前液麵會凸出，與管壁形成大於θs的接觸角；後液麵則凹進，形成小於θs的接觸角。這說明，動接觸角與靜接觸角相比，前進角變大，後退角變小。動潤濕現象也可以這樣來研究：在管中裝入液體，並擠出一些使之與固體平麵接觸形成靜接觸角θs。使固體平麵以一定速度向右運動，兩者間接觸角隨之改變，顯示(d)的情況。此實驗模擬了印刷塗膜工藝的潤濕特性，實驗結果表明，動前進角隨運動速度加大而變大。
按照流體黏性的理論，可以知道，當承印物向前運動時，在支持體的表麵，由於內摩擦的作用，帶上一層空氣薄層。有人指出，空氣膜的厚度h與支持體運行速度v之間，有這樣的關係：
上式表明，印刷速度越快，那麼h值也就越大。理論分析與實踐均表明，空氣膜的存在給液膜高速印刷帶來一定困難，因為它妨礙了塗液與支持體的充分接觸。當空氣膜產生的壓力，遠大於塗液與支持體之間的壓力時，空氣膜會鍥入彎月麵，良好的潤濕現象被破壞，出現動力不潤濕現象。在保證體係能夠潤濕的條件下，所能允許的最大界麵運動速度，叫做潤濕臨界速度，它對提高生產效率有重大意義。
6.動態表麵張力
上麵介紹的，都是表麵活性劑在溶液表麵吸附平衡的特性和規律,並沒有考慮吸附達到平衡所需時間，或者說吸附速度問題。但是，在實際應用時，吸附速度有時具有決定性的作用。如在液膜塗布過程中新表麵不斷生成，表麵活性劑逐步吸附到表麵上，相應地降低表麵張力使液膜容易生成；所形成的吸附膜能防止液膜收縮和破裂，使塗布均勻。如吸附速度緩慢，則不能發揮表麵活性劑的效能。
（1）動表麵張力在液麵陳化過程中觀察溶液表麵張力時，發現它先隨時間而降低，一定時間後達到穩定值。以有機酸和醇溶液為例，是不同濃度的癸醇水溶液的表麵張力，隨表麵形成時間的變化曲線。圖中虛線與各濃度溶液的表麵張力——時間曲線交點為A、B、C、D，在與此點相應的時間以後，溶液表麵張力基本上不再隨時間改變。這個表麵張力值就是溶液的平衡表麵張力；在此時間以前的表麵張力值稱為動表麵張力。
表麵張力表麵張力現象又叫做表麵張力時間效應。從此實驗結果可總結出一個規律：表麵活性劑濃度越大，達到平衡表麵張力所需時間越短，雖然它的平衡表麵張力較低。
溶液表麵張力時間效應與溶質分子大小有明顯關係。分子小則時間效應小。碳鏈長度小於8的醇類基本上在1s以內就可以達到平衡表麵張力。而分子較大的表麵活性劑水溶液的表麵張力時間效應則更為突出。是十二烷基硫酸鈉水溶液的表麵張力-時間曲線。
溶液中有無機鹽存在，可以大大削弱離子型表麵活性劑水溶液表麵張力的時間效應。例如在5×10-4mo1/L濃度的C12H25SO4Na溶液中有0.3moL/L濃度的NaCl存在時，溶液表麵張力幾乎立即達到平衡,但無機鹽對非離子型表麵活性劑水溶液的表麵張力時間效應影響不大。
（2）吸附速度表麵張力時間效應的直接成因是溶液表麵達到吸附平衡需要時間。溶液的表麵張力是表麵組成的函數。因此，r-t曲線反映了表麵吸附量隨時間的變化，即吸附速度。影響吸附速度的因素很多。吸附作用至少包括溶質分子從溶液內部擴散到表麵，和隨後進入吸附層並定向的過程。每一步都需要一定的時間，分別受到各種物理化學因素的影響。如擴散速度受體相黏度、溶質分子尺寸和形態、溶質與溶劑間的相互作用以及溫度等因素的影響。表麵活性劑離子的吸附還受已吸附離子的電性排斥作用。
（3）動態表麵張力與表麵齡為對比不同類型的表麵活性劑對動態表麵張力的影響作用，采用4%照相明膠水溶液，補加不同量的表麵活性劑，觀察動表麵張力與表麵齡的關係。這兩種表麵活性劑，一個是陰離子型琥珀酸二異辛酯磺酸鈉（1292）；另一個是非離子型聚環氧乙烷異辛基苯醚（1283）。表麵活性劑溶液濃度80g/L，明膠液補加後的表麵活性劑濃度大約控製在0.001～0.005mol/L。
琥珀酸二異辛酯磺酸鈉明膠溶液用量、動態表麵張力與表麵齡關係。為觀察明膠液的動態表麵張力情況，做了一個不加表麵活性劑的對比。
加聚環氧乙烷異辛基苯醚明膠溶液，動態表麵張力與表麵齡關係。
曲線表明，可以通過增加表麵活性劑用量來減小靜態與動態表麵張力的差偏。當表麵活性劑用量小時，動態表麵張力對表麵齡關係曲線的斜率較大，當表麵活性劑用量大時，曲線斜率會減小。下麵是表麵活性劑1292用量對動態σ的影響（4%明膠液）。
需要說明的是，明膠的存在對於動態表麵張力有著深遠的影響，這是由於要麼形成表麵活性劑-明膠複合物，要麼僅僅是黏度的增加。有資料報道，陰離子表麵活性劑在明膠溶液中比在水中的擴散係數值大，非離子型表麵活性劑則表現出相反效應。含氟陰離子表麵活性劑在明膠中的行為與非離子型表麵活性劑相似。
三、表麵活性劑的功能性作用
使用表麵活性劑意味著它存在於塗布前和塗布後的塗液內。實際上表麵活性劑還有助於控製有關宏觀表麵張力之外的缺陷。
1.消泡
表麵活性劑的一個常見問題是起泡和不易消除。當液膜表麵有彈性或由於非平衡的表麵活性劑吸附使得表麵活性劑過剩導致泡沫穩定，泡沫長時間存在。快速吸附的表麵活性劑能很快地恢複吸附平衡和靜態表麵張力，抑製了彈性因而降低了起泡性。一些長碳鏈醇如正辛醇就有類似效應，被用作有效的消泡劑。非揮發性的全氟化烴和高分子矽烷表麵張力很低，更有效。
消泡劑是以低濃度加入起泡液體中，能控製泡沫的物質之總稱。消泡劑是生產過程中不可缺少的助劑，它不僅能除去液麵上的泡沫，還可改善過濾、脫水、洗滌和各種漿體的排液效果，確保各類容器的處理容量，提高工業裝置的生產效率。
消泡劑必須具有低表麵張力和HLB值，能在泡沫體係中產生穩定的表麵張力不平衡，破壞泡沫體係表麵黏度和彈性物質，使之破裂。表麵活性劑屬於化學消泡劑，它不溶於起泡介質，以液滴、包裹固體質點的液滴或固體質點的形式，噴灑於起泡體係中，阻止氣泡生成；同時，具有比起泡介質更低的表麵張力，在氣泡表麵鋪展，降低表麵粘性，並進入液膜，氣泡破裂水溶液消泡原理過程。
常用的消泡物質，大致分為聚矽氧烷、酰胺、聚氧乙烯、羧基化合物及脂肪醇、磷酸醋等。多數消泡劑並非由一種物質組成，而是含多種成分，少則2～3種，多則5種以上，按基本功能分為類主防消泡劑、輔助防泡劑、載體、乳化劑或展開劑、穩定劑或配合劑。
此外，消泡劑還有抑泡和消泡兩種功能，統稱泡沫控製劑。有些泡沫可以通過加某些試劑與起泡劑發生化學作用而破壞。以脂肪酸皂為起泡劑而形成的泡沫可以加入酸類（如鹽酸、硫酸）及鈣、鎂、鋁鹽等形成不溶於水的脂肪酸及相應的難溶脂肪酸鹽,於是泡沫破壞。然而在工業生產中，因為存在腐蝕、堵塞管道的問題，一般不用。
水性墨體係多使用聚氧化烯類、乙二醇矽氧烷以及烴脂肪酸脂肪酸醋混合物的乳液型乳狀液與疏水質點油的混合物構成的乳狀液為消泡劑。醇類也是在一定條件下可以使用的單一構成消泡劑。
抑泡劑用量一般為膠黏劑量的2%~6%，為顏料量的0.01%~0.05%；消泡劑用量一般為總液量的0.1%~0.4%。消泡劑必須稀釋使用，大多以噴霧形式加入，並慢慢攪拌，使氣泡與消泡劑作用後慢慢上升破裂。配好的消泡劑即使不分層，使用前也應適當攪拌；若分層，更需充分攪拌後再用。
必須嚴格控製加入量，過多的消泡劑會帶來針跟、泡痕、魚眼、油點以及條痕等弊病。最好分次添加，在研磨分散顏料階段，用抑泡效果大的消泡劑，配製好後用破泡效果大的消泡劑。
2.控製印刷塗層缺陷
表麵活性劑能避免塗液中雜質造成的局部缺陷，這些雜質可以是未溶解的顆粒、疏水的油滴、不溶解的分子或微氣泡。固態的支持體可以被疏水的雜質玷汙。所有這些缺陷都會引起局部不潤濕或排斥斑。排斥這一術語引自液體從一個疏水帶的縮回現象，推動力是存在著表麵張力梯度，作用就像對鄰近液體的剪切力。
表麵活性劑能夠影響液膜對環境壓力波動的響應。某些程度的表麵彈性，必然可以抑製由於外部幹擾而產生的波動，在一定程度上保留一些彈性與快速擴散，以克服潛在的疏水問題，這與避免氣泡是矛盾的，因此，在實際應用中，必須找到平衡點。
3.解決多層印刷對表麵張力的要求
在水溶液塗布或能互溶的塗層時，其界麵張力為零的情況下，為了使塗布液鋪展，上麵塗層的表麵張力必須小於下麵塗層（或固體）的表麵張力。否則，會發生反潤濕。所謂反潤濕，是不正確的表麵張力引起塗液從支持體或下層收縮回來的過程。
在多層印刷中，上層必須能鋪展在下層上。因此，在所有塗層中上層的表麵張力，必須最小。Valentini等（1991）在研究時發現，最大氣泡壓力法（見Adamson，1982的實例）在每秒為5個的吹泡速度時，給出了在適當表麵壽命時的表麵張力。一般最頂層的表麵張力略小於其他層。
4.影響產品的其他性質
表麵活性劑能夠影響最終產品的表麵性質，某些表麵活性劑（通常是非離子型）會產生易於被加工液潤濕的親水表麵，但是非常親水的表麵也容易為疏水物質所玷汙並且發粘。換而言之，其他表麵活性劑（通常是陰離子型）傾向於產生疏水性表麵，它難於被潤濕或再印刷，但也更難被玷汙。
總之，在印刷過程中，表麵活性劑的主要作用是控製油墨的潤濕行為，同時表麵活性劑也用來改善最終產品的性質，而不僅僅用來改善生產條件。
四、噴墨介質用表麵活性劑
在噴墨介質塗層中應用的表麵活性劑，除常見的磺酸類、羧酸類陰離子表麵活性劑和聚氧乙烯類非離子表麵活性劑外，由於多數塗布涉及聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚酯薄膜PET等低能表麵，有必要采用較特殊的如氟類、有機矽類表麵活性劑以獲得更低的表麵張力；由於很多噴墨介質體係設計成陽離子性，更多情況下，采用非離子和陽離子表麵活性劑複配或者陰離子和陽離子表麵活性劑複配的方法；另外，由於塗布生產過程對細小氣泡敏感，在表麵活性劑的選用上有時還得引入具有一定抑泡能力的表麵活性劑；此外，對於一些流變性能要求高的塗布方式，配方中表麵活性劑的選用，還需要考慮動態潤濕性，如近幾年研究較多的孿連（Gemini）表麵活性劑，就具有更高的表麵活性和更快的動態潤濕性。
1.有機矽表麵活性劑
部分結構的有機矽表麵活性劑可以提高塗膜表麵滑爽性。顯然，具有更好滑爽性的塗膜表麵，抗劃痕性越好，越不易玷汙，更易清潔。滑爽性的提高主要取決於有機矽的化學結構，特別是二甲基基團的比例。二甲基基團的數量越多，滑爽性越好，而甲基烷基聚矽氧烷增進滑爽的效果就明顯地差。如果增進滑爽性是主要目的，那麼可以考慮一些產品如德國BYK化學的BYK-306，BYK-307，BYK-331，BYK-333，BYK-310。有機矽表麵活性劑由於其鏈長比較短，因此在大多數塗料體係中沒有顯示出典型的滑爽性增加。如果需要較好的滑爽性，有機矽表麵活性劑必須與其他有機矽助劑一起使用。
對於陰離子和陽離子表麵活性劑複配使用的方法，從直覺上會認為兩者將因靜電吸引而生成不溶複合物，發生沉澱而失效。實際上這種推斷僅僅在高濃度體係中正確，而在低濃度使用時，兩種表麵活性劑可以並存在溶液中，特別是具有短鏈的表麵活性劑相容性更好。
3.表麵活性劑抑泡
多數的表麵活性劑具有穩定泡沫的作用，泡沫液膜吸附表麵活性劑後，當泡沫液膜受到外力衝擊或重力作用導致局部變薄或液膜麵積增大時，表麵活性劑有使液膜厚度恢複，從而使液膜強度恢複的作用，這可以用張力梯度驅動的馬瑞岡尼效應（Marangoni effect）解釋，馬瑞岡尼效應（Marangoni effect）就是表麵張力梯度驅動流體流動。在裝有較高乙醇濃度葡萄酒的酒杯中，葡萄酒會自動地沿著杯壁向上爬，然後聚集成小酒滴，再返回到杯中的液體中，這種流動方式可多次反複。這是因為乙醇比水具有更快的揮發速度，沿杯壁邊緣向上走的薄酒層乙醇優先揮發，水的比例上升，導致薄酒層的表麵張力上升，這導致較高的表麵張力會從底部拉上更多的酒，最終形成小酒滴。
當液膜受到擾動或重力排液時，局部變薄，此時液膜麵積增加，單位麵積上的表麵活性劑濃度減少，引起表麵張力上升，形成局部的表麵張力梯度，由於馬瑞岡尼效應厚區的表麵活性劑向薄區遷移，使薄區的表麵活性劑濃度恢複，表麵活性劑在遷移過程中會攜帶液體一起遷移，結果使得薄區的表麵張力和液膜厚度同時恢複。這種效應，使得泡沫液膜猶如有彈性似地可收縮實現自我修複，又稱為Gibbs-Marangoni彈性。
當表麵活性劑分子具有下述特征時，抑泡效果明顯。①親水基在分子鏈中央，油性側鏈含有支鏈時，表麵活性劑分子的內聚力大大下降，不易在泡沫液膜形成緊密吸附層；②分子鏈中有雙鍵和叁鍵不飽和鍵，抑泡能力上升；③分子具有過高的擴散係數，表麵活性劑對泡沫的穩定作用不強；④極低的表麵張力，使得表麵張力梯度dy/dx值偏小，表麵活性劑穩定氣泡的能力也不強。
抑泡表麵活性劑的代表產品，有氣體產品有限公司（Air Products）的 EnviroGem AE，和德國科寧公司（Cognis）的Hydropalat140等。
4.低動態表麵張力表麵活性劑和孿連（Gemini）表麵活性劑
動態表麵張力，對於塗布過程尤其重要。低動態表麵張力表麵活性劑在塗布液中發揮重要作用，其分子結構具有如下特點：①疏水性側鏈含有支鏈，親水基在分子鏈中央，如surfynol104和AOT表麵活性劑（俗稱1292表麵活性劑），或者是疏水端含有較短的支鏈，親水基位於末端，此類表麵活性劑不像直鏈表麵活性劑容易形成膠束；②分子量小，遷移速度快；③具有相當憎水性，通常處於水可溶性邊緣。
測量動態表麵張力的方法，有最大氣泡壓力法（MBP）和振蕩射流法。最大氣泡壓力法是將空氣持續吹到浸在溶液中的兩種不同直徑的毛細管中，鼓泡的壓力和毛細管的直徑成反比，而和液體的表麵張力成正比。用兩種毛細管消除測量浸入深度的影響，測量動態表麵張力有時可以到1～10ms。振蕩射流法是液體射流從一個橢圓形的噴口中射出，由於非圓形截麵是不穩定的，噴口中的液體要想達到圓形截麵就會在兩個極大值之間振蕩，振蕩頻率與動態表麵張力有關。