【知识卡】表面活性剂在油墨中的作用



油墨中的颜料颗粒分散在液相的连结料中,实际上是一种悬浮体。悬浮体可以是稳定的,也可以是不稳定的。不稳定悬浮体,固体分散在流体中往往会产生一种沉淀现象,使分散体系受到破坏。稳定悬浮体可以保持很长时间。因此,这种分散相粒子分散在连结料体系中,要得到稳定的胶体分散体系,还要凭借两相界面的某种特殊物—表面活性剂来使体系稳定。

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表面活性剂是一类溶解并集中在液体表面或液体与不相混溶的物体的界面,其分子能够吸附两种不同性质的物质。表面活性剂可以分为油溶性(如油酸、石油酸、黄花石油酸等)和水溶性(如肥皂)两类。

表面活性剂一般在绝大多数的液体中都能溶解,但溶解度不高。这是因为它具有平衡的极性与非极性结构,分子的一部分溶于极性溶液,而另一部分则在非极性液体中。也就是说,在表面活性剂的分子结构中存在两种相互对立的特性:烃基端对油有亲和力,而极性基一端则对水有亲和力。所以这种分子是整齐地排列在两种不同的,但相互毗邻的介质的分界面上,如油与颜料的分界面,或者两种相互不溶解的液体的分界面。

胶体化学中把固体分散相的总表面积和总体积之比记做固体分散相的比表面积。由于颜料粒子非常细小,它的比表面积是相当大的。例如,炭黑粒子的直径约为0.1nm,每立方厘米油墨中若含有1015个炭黑粒子,则作为油墨中分散相的炭黑粒子的比表面积可以达到6x105cm-1。分散相的比表面积大,分散相粒子会具有很大的比表面自由能,体系不稳定,宏观的表现就是分散相粒子的凝聚和沉降。然而油墨在正常的情况下并没有这样的现象发生,原因是油墨中的颜料粒子有个保护的外壳。油墨中总是存在部分高级游离脂肪酸、醇类等表面活性剂,这些表面活性剂定向地排列在颜料粒子的周围,形成一个牢固的外壳,使颗粒之间不能接触凝聚沉淀。

微细而坚硬的固态颜料粒子,外面包裹着一层由表面活性剂构成的牢固而较软的外壳,稳定地悬浮在黏稠液态的连结料中,形成一个稳定的胶体分散体系,这就是油墨的理想化的结构模型,见图5-1。由于液态的连结料充塞在固态的颜料粒子之间,在印刷过程中,油墨中液态介质的内摩擦便代替了固体粒子间的碰撞,这是油墨具有良好的流动和转移性能的原因。

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