正文 第三節 表麵活性劑在印刷技術中的應用(2 / 3)

毛細管升高法、懸滴法、DuNouy拉環法、Wilhelmy吊片法為靜態表麵張力的測量方法,懸滴法特別適合需要長時間才能達到平衡的表麵張力的測定,如聚合物溶液的測定。

孿連表麵活性劑是近年來研究較多的結構特殊的表麵活性劑,Gemini是雙生子的意思,這種結構的表麵活性劑具有兩個相同或幾乎相同的兩親分子,在其親水基部或靠近親水基部處由連接基團通過化學鍵連接在一起。

化合物1~3是不同連接基團的陽離子型孿連表麵活性劑:化合物1的連接基團是疏水且柔性的,化合物2的連接基團是親水且柔性的,化合物3的是疏水並且具有剛性的。化合物4是一種典型的非離子孿連表麵活性劑,化合物5是與4分子骨架結構相同的陰離子孿連表活性劑。化合物6和7是異種(陰陽離子)孿連表麵活性劑。

由於兩個親水基被連接基團化學鍵連在一起,相當於兩個表麵活性劑單體緊密結合在一起。一方麵親水基(尤其是離子型)之間的排斥作用受到化學鍵限製而大大削弱;另一方麵,疏水基排列更加規整疏水作用增強。與傳統表麵活性劑相比,孿連表麵活性劑的cmc值低1~2個數量級,降低表麵張力的能力更強,並且具有更快的擴散速度和定向排列速度。研究發現連接基團很大程度上影響動態表麵張力,連接基團越長或越柔軟,則降低表麵張力的速度越快。

具有低動態表麵張力的代表產品是美國氣體產品有限公司(Air Products)的Dynol604,該表麵活性劑為基於炔二醇的孿連化學結構,其典型參數為:

①靜態表麵張力。0.05%時,在水中靜態平衡張力為26mN/m。

②動態表麵張力。0.05%時,在水中動態表麵張力為28mN/m。

5.可聚合表麵活性劑及其功能性作用

表麵活性劑在噴墨印刷紙吸墨層塗布液中,具有乳化、穩定、潤濕作用,但在塗布幹燥過程中,需要注意表麵活性劑的表麵富集效應,特別對於塗布液粘度低、幹燥時間長的塗布體係,表麵富集效應對噴墨性能的影響需要引起密切關注。

由於表麵活性劑傾向於集中排列在膜-空氣界麵,疏水鏈指向空氣方向,在幹燥過程中,表麵活性劑易從體相中遷移出來,並富集在塗層表麵。例如,從ESCA譜計算表明,含有1%表麵活性劑濃度的幹燥塗層,其表麵濃度可達50%。當然,與整個膜的厚度相比,富集的表麵區域是非常薄的一層,因而不影響表麵活性劑1%的整體濃度。當進行二次塗布時富集的表麵層將構成一層所謂的弱邊界層,導致二次塗布時出現不易潤濕、附著力差等各種問題。另外,有些場合表麵活性劑還易發生相分離形成局部的富集團塊,這些團塊性能與塗層差異很大。例如很多乳膠漆塗膜防水性差,就是從表麵活性劑團塊溶解於水形成凹坑而開始侵蝕的。

克服表麵活性劑上述缺陷的方法之一,是讓表麵活性劑與塗層組分發生化學鍵合,或者使表麵活性劑在固化階段發生均聚或與其他組分共聚。具有此類性能的表麵活性劑稱之為可聚合表麵活性劑。

自動氧化是物質在常溫或中等溫度(一般小於150℃)下,緩慢吸收空氣中的氧而自動發生氧化但不發生燃燒的化學過程。光、熱等有時會引發這種反應的發生。如暴露在大氣中的金屬生鏽、橡膠老化、油脂酸敗等現象。

利用可聚合表麵活性劑,可以對固體表麵進行表麵改性。例如,對於低密度聚乙烯膜,當吸附含有甲基丙烯酸基團或丁二炔基團的表麵活性劑時,疏水鏈段吸附在聚乙烯表麵,親水鏈段朝外,再經UV輻射形成連續性膜。可以使聚乙烯膜具有親水性。當表麵活性劑分子含有兩個或兩個以上可聚合基團時,效果更加明顯,這可能是因為含有多個可聚合基團的表麵活性劑分子能夠形成高分子量的交聯網絡,交聯網絡完全不溶於水,並牢牢附著在被改性表麵,從而獲得穩定性很好的永久性改性層。

思考題

1.表麵活性劑如何分類?

2.表麵活性劑的主要性能包括哪些方麵?

3.表麵活性作用的基本原理是什麼?

4.表麵活性劑在印刷包裝材料中的功能性作用有哪些?

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