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塑料薄膜印前润湿张力的检验
对于薄膜彩印来说,关系印刷质量最大的是薄膜的表面处理效果,即表面润湿张力。笔者结合多年生产测试实践,就了解的润湿张力产生原因和处理探讨如下。
一、润湿的原理
印刷中的所谓润湿性,这就是诸如油墨、粘合剂、涂料等对塑料薄膜、纸张或金属箔附着的基础。润湿性决定一种液体在一种固体表面上的展延性。如水滴在亲水性表面就展延成一薄水层,而在亲油性表面却形成小水滴。水滴外表层的切线与固体表面间所形成的接触角(图一,夹角θ),即表示该表面润湿性能的强弱,接触角越大,润湿性能越差。
物理界关于润湿的严格热力学定义是:固体与液体接触后,体系(固体十液体)的自由焓降低时,称为润湿。
图一,固体-液体相面润湿张力示意图
如上图,考查其物理模型,从热力学观点看,当液滴落在一个清洁平滑的固体表面上,忽略液体的重力和粘度影响时,则液滴在固体表面上的铺展是由固-气(SV)、固-液(SL)和液-气(LV)三个界面张力所决定的,其平衡关系如下确定。γSV=γSL+γLV cosθ
F=γLV cosθ=γSV-γSL+γLV
式中:θ是润湿角,F是润湿张力,γ是界面能。显然,当θ>90°则因润湿张力小而不润湿;θ<90°则润湿;而在θ=0°时,润湿张力F最大,可以完全润湿,即液体在固体表面上自由铺展。(产生界面能γ的
主要原因是范德华力、化学键力等在界面处不平衡导致的。这些作用力在固体的内部因为对称,相互抵消,在界面处因为无法对称,从而显示了界面作用力,即界面能)。
可以看出,达到我们印刷所说的润湿先决条件是γSV>γSL ,或者γSL 十分微小。
二、常用材料的处理和润湿效果
润湿性视化学组成、晶体形式及表面结构而异。对塑料进行印刷时,塑料表面的润
湿性必须比油墨的润湿性高,否则其展延、转移及附着均会发生困难。几种聚合物的原始表面张力大致如下:
表一部分塑料表面张力(mN/m,20℃)
通常用作油墨溶剂的表面能为:乙醇22 mN/m、醋酸乙酯24 mN/m,而水为72 mN/m,就难以湿润塑料,所以水基油墨用来印刷塑料就比较困难。
以聚乙烯薄膜为例,不同类型油墨印聚乙烯时,要求聚乙烯薄膜的表面能不低于如下:
溶剂型油墨 38-42 mN/m UV油墨 42-46 mN/m 水溶性墨 42-48 mN/m 水基墨 38-42 mN/m
所以,对于要印刷的塑料薄膜,因为其初始表面张力较小,必须进行电晕处理以增加表面张力。业界公认对薄膜进行电晕处理会产生以下作用:
1、移除薄膜表面上被吸收的原子和分子。 2、促进原子的接触,增进湿润。
3、增进表面能,调节极性。
4、创造能起化学反应的原子基或功能团。 5、破坏表面部分化学键。
上述处理,可以直接导致薄膜表面能降低,极性基团的可移动性加强。
印刷所用的塑料薄膜是一种复合物质,含一种或多种聚合物及多种小分子添加剂。薄膜的主体聚合物的化学结构(基团)决定油墨或底胶的润湿性和附着力,但处理后的薄膜随着放置时间的延长,一些极性塑料添加剂会从薄膜内部更容易向表面迁移,从而影响薄膜的表面能。所以,薄膜存放的时间越长,或某些添加剂的含量(如爽滑剂)越高时,其表面能的变化也越大。故薄膜在印刷前还需对其表面能进行测试,并最好作电晕处理,以免发生