表面活性劑的應(yīng)用愈來愈廣，因此，它的品種也已多至不可勝數(shù)的地步，在三十年代還只有數(shù)十種，至七十年代已達(dá)數(shù)干種之多。

    可以毫不夸張地說，目前各行各業(yè)都巳離不開表面活性劑。油墨、涂料，顏料等有關(guān)工業(yè)使用表面活性劑，也已有很長的歷史了。   

    （ 一）、定義

    表面活性劑是指各種用途的各種化合物的總稱，像乳化劑，發(fā)泡劑、潤濕劑，洗滌劑等等，都是表面活性劑。

    表面活性劑可以這樣定義：一種物質(zhì)，它溶解并集中在液體表面或液體和不相混液體(或固體)的界面。溶在液體組成中，或摻于粉狀固體中能使之易于被液體潤濕的，即謂表面活性劑。

    簡單地說，表面活性劑就是在液體－液體、液體－固體、液體－氣體的表面或界面(一般說，物體相界面之間的張力，統(tǒng)稱為界面張力，而特別把液體－氣體相界面之間的張力叫表面張力)之間起作用的物質(zhì)。將它以少量加于液體中后，能被吸附在液體表面，或水一油(或液一固)界面上，從而可降低液體的表面張力和界面張力，使生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量得到大大改進(jìn)和提高的一種助劑。

    大多數(shù)有關(guān)表面活性劑的資料是談含水系統(tǒng)的，一般是講它們降低水的表面張力以及水溶物形成溶解性膠束的能力的。

    表面活性劑是一種有機(jī)化合物，從分子結(jié)構(gòu)看，有兩種基團(tuán)：一種是易在油中溶解；在水中難溶的基團(tuán)－親油基團(tuán)(憎水基團(tuán)－非極性)，以長鏈烷烴為代表的原子團(tuán)。另一種是易在水中溶解，在油中難溶的基團(tuán)－親水基團(tuán)(憎油基團(tuán)－極性)，以羥基、羧基、胺基、硫酸酯、磺酸酯、醚基等為代表的原子團(tuán)。

    根據(jù)表面活性劑親水基團(tuán)和親油基團(tuán)的平衡(即H．L．B．值－Hydropbile－lipophile Balanc。)關(guān)系，表面活性劑制造者就可制出油溶性及水溶性各不相同的無數(shù)產(chǎn)品。

    一般地說，表面活性劑雖在液體中能溶解，但其溶解度是不高的。它們具有平衡的極性－非極性結(jié)構(gòu)，即有一部分分子是溶于極性液體中的，而另一部分分子則在非極性液體中。分子層定向集中在液體表面，故溶解部分的分子是在液體中，不溶解部分則在空氣中。油酸在水面上的單分子層就有此種情況。如果將油酸的苯溶液置于水面，則苯蒸發(fā)后，油酸形成一單分子層，羧基團(tuán)在水中而油酸基團(tuán)則在空氣中。如果將油酸鋪在油面上，則會(huì)發(fā)生相反的定向作用。

    比較一下油酸(C17H33COOH)和肥皂或油酸鈉(C17H33COONa)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有差別，它們之間非極性的油酸基團(tuán)(C17H33COO－)是相同的。但鈉比氫的極性更強(qiáng)，故皂溶于水，不溶于苯和油，而油酸則溶于苯和油而不溶于水。

    表面活性劑在液體表面和液－固界面的極簡單的定向作用圖，實(shí)際上表面活性劑的效果與極性－非極性部分的相對極性有關(guān)。而在很多情況下，表面活性劑層也不一定形成單層，只是分子的厚度不同而已，這取決于表面活性劑的用量及類型。

    當(dāng)然，也不是它的所有分子都是在界面的，它在溶液中與在界面之間的平衡，也取決于它的用量。當(dāng)表面活性劑的用量達(dá)到臨界濃度時(shí)，就形成膠束，或整個(gè)液體中都是它的分子的定向基團(tuán)。由于膠束能吸收難溶性分子，故對一般的難溶性分子來說，膠束是種“溶解劑”。圖還指出了油在水中乳化體內(nèi)的乳化劑的分子排列情況，有單層和多層。

    如果分散相的液滴外面有較多層的乳化劑，則比只有一層的穩(wěn)定性為好。這些膠束會(huì)增加水的稠度，并減少分散液滴的布朗運(yùn)動(dòng)，從而降低聚集傾向，使分散(乳化)更穩(wěn)定。

    表面活性劑的作用是相當(dāng)多的，它們大致有乳化、破乳、發(fā)泡、穩(wěn)泡、消泡、潤濕、分散、凈洗、柔軟、勻染、抗靜電、殺菌、防銹、腐蝕、緩蝕、潤滑、增溶、絮凝、解絮凝、防花浮等等。  

    （二）、分類

    表面活性劑的分類方法很多，但常用的是按離子類型來分類的方法，這是指表面活性劑溶于水中時(shí)，能電離生成離子的叫離子型表面活性劑，反之，就叫非離子型表面活性劑。在離子型表面活性劑中，還要按生成的離子種類來分類，例如：

    1．陰離子型。其活性組分是陰離子(陰電荷)，它能吸引其它大分子的陽電荷而在表面留下陰電荷，從而使水系統(tǒng)具有良好的潤濕性。非極性部分是脂肪酸碳?xì)滏�；陰離子及與之相連的陽離子則是極性部分。這類活性劑溶于水時(shí)，與其憎水基相連的親水基是陰離子。

    故如當(dāng)極性的顏料分散在非極性的連結(jié)料中時(shí)，極性部分就作為一個(gè)單分子層吸附在顏料表面上，使顏料帶陰電荷，而非極性部分則向外伸人連結(jié)料中，形成相互吸引的狀態(tài)。這個(gè)過程就是界面張力降低的過程。在顏料顆粒外圍的電雙層也可有降低絮凝的傾向。皂類、堿金屬、銨鹽、長鏈脂肪酸等都是屬于陰離子型的。

    2．陽離子型。情況與陰離子型的相反，陽電荷吸引陰電荷，這最適合于顏料分散在連結(jié)料中的情況。顏料如果是一個(gè)陽電荷，則它可以很好地分散在非水系統(tǒng)中。這類活性劑溶于水時(shí)，與其憎水基相連的親水基是陽離子。

    脂肪酸季銨鹽類或其硫酸鹽，醋酸鹽類都屬于陽離子型。

    3．兩性表面活性劑。所謂兩性表面活性劑，廣義的說，即同時(shí)具有陰離子、陽離子或同時(shí)具有非離子和陽離子，或非離子和陰離子的，有兩種離子性質(zhì)的表面活性劑的總稱。但習(xí)慣上所說的兩性表面活性劑是指第一類，即由陰，陽兩種離子所組成的表面活性劑，它的結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在著兩種性質(zhì)相反的離子，因此引人注意。烷基二甲基內(nèi)銨鹽類屬于此范疇。

    4．非離子型。這一類是屬于在水中不電離的表面活性劑。它們沒有剩余電荷，分子中一部分親水，一部分憎水。聚乙氧基化任酚屬于非離子型。

    5．其它－高分子型。這一類表面活性劑具有比較高的分子量，其中陰離子和陽離子是彼此平衡的，或至少是近似的。因此，它雖然具有較強(qiáng)的離子性質(zhì)，但并不像真的陰離子或陽離子表面活性劑那樣具有吸附作用。   

    十二、增稠劑

    增稠(厚)劑在涂料工業(yè)中應(yīng)用比較廣，因?yàn)橥苛系男再|(zhì)大多是比較稀的。

    油墨工業(yè)采用增稠劑，主要也是應(yīng)用于比較稀的一類產(chǎn)品中，例如照相凹版油墨，柔性凸版油墨等。

    在比較稀的體系中使用增稠劑，其目的是增加體系的稠度，使體系中的固體粒子懸浮而降低其沉降性。懸浮劑還可消除體系花浮之弊。由于體系中固體粒子(如顏料)的比重不同，凝聚性不同，親液性不同，由于溶劑的揮發(fā)上升，等等，使體系的表面形成花斑浮色現(xiàn)象。

    當(dāng)然，增稠劑由于能改變體系的流變性，因而也可改善油墨的使用性能。

    （一）、顏料的沉降

    根據(jù)司托克(Stokes)定律，對于一種單一的小圓粒子，在大量牛頓液體中的沉降比例，可按下式計(jì)算：

                2r2g(ps-p)                      218r2(ps-p)

    V＝————————＝————————

                    g n                                    n

    式中：V：沉降速度(厘米／秒)；

    r：球狀圓粒子的半徑(厘米)；

    ps：固體粒子的密度(克／厘米3)；

    p：液體的密度(克／厘米3)；

    n：液體的粘度(泊)；

    g：重力加速度(980厘米／秒2)。

    根據(jù)上式可以看出，沉降比例直接與粒子半徑的平方成正比，與粒子及液體的密度成正比，與液體的粘度成反比。故粒子越大、越重則沉降越快，液體的粘度越大，則沉降越慢。

    油墨體系中的粒子是多得無法計(jì)數(shù)的，形狀也不一，加之所用連結(jié)料亦極少屬于牛頓體，故在實(shí)際中應(yīng)用上述公式是有很大  出入的。然而，司托克公式對我們解釋油墨體系中的拉子沉降性能，提供了一個(gè)有助的基本關(guān)系。

    比較稀的油墨存放在容器中，如不加攪拌，則顏料粒子等會(huì)漸漸向下沉積。如果沒有一種力來對抗這種下降運(yùn)動(dòng)，則容器的底部會(huì)沉積成為一層硬而于的沉結(jié)塊，而再也無法分?jǐn)场?/P>

    有三種顏料分散體的沉降形式。(A)是分散(解絮凝)顏料的沉降形式。慢慢堅(jiān)實(shí)的沉降，形成一層硬塊，無法再分散，(B)是絮凝顏料的沉降形式。較快的沉降，形成疏松軟體，極易分散，(c)是膠體結(jié)構(gòu)分散顏料的懸浮體。由于觸變膠體結(jié)構(gòu)而使懸浮體比較理想。

    根據(jù)司托克定律可以看出，要想解決上述弊病，提高粒子的細(xì)度，增加體系的粘度是兩種有助的作法。但是從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)角度出發(fā)，顏料粒子不可能分散到無限細(xì)的程度，從應(yīng)用角度出發(fā)，似乎也無必要。粘度也不可能大到使體系無法使用的程度。所以這兩種做法也是有限度的。

    根據(jù)上述，膠體的聚集作用與顏料的絮凝作用，對改變或防止體系的沉降作用，是更有效的。

    顏料的絮凝作用和膠體形成的疏松結(jié)構(gòu)，對降低顏料的硬度是有助的。但這種結(jié)構(gòu)是比較弱的，稍加攪動(dòng)即可破壞。故如不加攪拌，這種體系能懸浮顏料粒子，盡管在存放初期會(huì)有一定的沉降現(xiàn)象，隨著顏料粒子的向下運(yùn)動(dòng)，顏料的內(nèi)連粒子網(wǎng)就會(huì)受到壓縮。但是由于支撐結(jié)構(gòu)變得更堅(jiān)實(shí)，故沉降作用到最后就停止了。任何沉降作用當(dāng)其達(dá)到停止點(diǎn)時(shí)，體系中的沉降部分還是松軟體，而且是易于分散的。

    由于顏料絮凝作用有許多弊病，故一般還是采用膠體結(jié)構(gòu)來解決沉降問題。膠體結(jié)構(gòu)幾乎沒有什么缺點(diǎn)，這可加入觸變劑或所謂增稠劑來得到。

    （二）、增稠劑的種類及特性

    增稠劑一般分兩大類，即有機(jī)類(如一些表面活性劑，例如胺220-1-Hydroxyethyl-2-heptadecenylglyoxalidine等)和無機(jī)類。

    這里主要討論無機(jī)類。無機(jī)類中，根據(jù)形態(tài)又可分為粉狀、纖維狀及漿狀三種。從化學(xué)上分，它們又可分為：

    (1)用有機(jī)物處理的鋁，硅酸鎂，膨潤土等。

    (2)熱裂解硅(熔融膠體硅，煙霧硅)。

    (3)溫石棉。

    (4)金屬氧化物(如鎂和鋅的氧化物)。

    膨潤土(Bentonite)的水懸浮體的成膠作用是大家了解的，它是一種蒙脫石族層狀結(jié)構(gòu)的硅酸層粘土，帶有電荷，在層和層之間是水和陽離子，它們可以相互交替，層和層之間的距離可由水的多少來收縮和擴(kuò)大，這就是它會(huì)膨脹的原因。

    十三、光滑助劑與防滑劑；

    （一）、光滑助劑(增滑劑)

    所謂光滑助劑就是加在油墨中后能增加油墨結(jié)膜后的光滑性和耐摩擦性的，有利于墨膜的硬度和韌性。

    這一類助劑主要是各種蠟與適當(dāng)?shù)倪B結(jié)料的混合物。

    制造時(shí)一般將蠟與連結(jié)料加熱熔化，冷卻后(不要存放)立即用三輥機(jī)軋一遍，以保證其均勻的分散或懸浮。如果不是作為商品，則可以不經(jīng)三輥機(jī)。

    （二）、防滑劑

    這是與光滑助劑相反的一種助劑，它是用以增加摩擦或滑角系數(shù)的。一般用于縐紋紙和多層紙袋油墨中，這些印好的紙袋在包裝商品后是不希望滑動(dòng)的。

    這些助劑大多是硅材料在不同連結(jié)料中的粗分散體。連結(jié)料的采用則取決于印刷方法，而印這些紙袋的方法則主要是柔性凸照相凹版以及鉛印印刷。

    十四、防針孔劑

    柔性凸版油墨和照相凹版油墨印刷物是比較容易引起針孔的，因?yàn)榈谝唬�這類油墨比較稀。第二，印刷時(shí)給墨量比較多。尤其印在吸收性差的物體上時(shí)，更為明顯。例如以硝酸纖維與醇類制的油墨印在防水玻璃紙上時(shí)，經(jīng)常發(fā)生針孔。在外觀上，干的墨膜上有許多極小而又可見的凹陷口，這就是針孔。

    造成針孔的原因很多，例如溶劑揮發(fā)不一致．干性過快、流平性差、增塑劑從墨膜或被印刷體上遷移，而其中有一個(gè)主要原因是油墨不能完全潤濕承印物體。除此以外，當(dāng)然還有機(jī)械、墨輥調(diào)節(jié)上的問題等等。

    針孔是個(gè)不易克服的弊病，盡管知道了不少造成針孔的原因，但這些原因卻又是比較難以協(xié)調(diào)解決的。

    有一種經(jīng)過特殊改性的多羥基樹脂，它可以像海綿一樣吸收不同的溶劑或增塑劑，井可降低墨膜的表面張力，以更好地潤濕被印刷物體。

    一定規(guī)格的硅酮油類，對克服針孔也是有助的。

    十五、防臟劑

    平印印刷中印版上非圖紋部分起臟是常有的事，造成臟版的因素也很多，有制版的問題，也有平印藥水及油墨的問題。

    這個(gè)弊病較老的克服辦法是在油墨中加入高粘度的連結(jié)料，以使油墨更加抗水。

    新的防臟劑的基礎(chǔ)是：使用以溶劑為基體的助劑或調(diào)墨油(連結(jié)料)，它與油墨的混容性比較差，從而可以防止油墨起臟。這樣就能產(chǎn)生一定的遷移作用和在油墨上產(chǎn)生一表面層，對印刷藥水起選擇性吸收或與之相混，使油墨印刷得更清晰。

    十六、  紫外線吸收劑

    一個(gè)油墨的耐光性，主要取決于顏料，其次是連結(jié)料。

    紫外光是一種破壞性很強(qiáng)的射線，它的有害射線的波長約為290-400毫微米。它對有色體(如顏料、染料等)的顏色具有極大的破壞性，使油墨中的一些色彩很快地褪化。它也可以加速氧化作用，導(dǎo)致高分子連結(jié)料的連續(xù)固化(光固化油墨即是利用此機(jī)理)以及分解（如氯化橡膠，聚氯乙烯樹脂能放出氯化氫)，使這些聚合物的顏色發(fā)生變化并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

    對高分子材料而言，燈光、陽光、空間高能射線都能使它老化、泛黃、龜裂、表面失去光澤等。

    高分子材料的光氧老化，是由于綜合因素作用而發(fā)生的復(fù)雜過程。這些因素中，最重要的是陽光中的紫外線和大氣中的氧。這一復(fù)雜過程一般稱為“光化氧化降解作用”，或稱為光氧老化。

    高分子材料第一階段的光氧老化稱為“初期老化階段”。這個(gè)階段發(fā)生的變化，人的肉眼是觀察不到的。這一階段的光氧老化進(jìn)行得較為緩慢。首先是由于光量子的沖擊，產(chǎn)生了高分子的游離基，接著發(fā)生分子鏈的斷裂和交聯(lián)。這時(shí)，由于氧化作用而生成了羰基、羥基等典型的降解產(chǎn)物。第二階段稱為“后期老化階段”。在此階段中，由于進(jìn)一步的氧化作用，產(chǎn)生了大量著色基團(tuán)，并發(fā)生嚴(yán)重交聯(lián)或降解，于是就可以觀察到高分子材料的物理性質(zhì)發(fā)生了變化，例如，出現(xiàn)了著色、變脆等等。

    由于紫外光的破壞，使許多色彩鮮艷的物質(zhì)變得暗淡無光，使許多漂亮的印刷品在陽光照射下，失去了它本來的面貌。

    當(dāng)然，這種結(jié)果的造成，還是由于物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)所造成的，一個(gè)酞菁藍(lán)顏料的耐光性可達(dá)八級，而一個(gè)所謂的耐曬品藍(lán)顏料的耐光性卻只有四級。也就是說：內(nèi)因是主要的，紫外光只是個(gè)外因。

    紫外光的破壞作用，可以采取在體系中加入紫外線吸收劑的做法來降低其效應(yīng)。

    紫外線吸收劑可以提高有色體的耐曬程度。可以限制高分子聚合物生成游離基，并使之免于分解成氫過氧化物。

    紫外線吸收劑能屏蔽紫外線光波。減少紫外線的透射作用，或能強(qiáng)烈地吸收高能量的紫外線，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以熱能形式或無害的較長波長把能量放出，或能迅速地使已經(jīng)被紫外線激發(fā)的(高)分子回到穩(wěn)定的基態(tài)。

    理想的紫外線吸收劑應(yīng)當(dāng)是：激發(fā)態(tài)的吸收分子應(yīng)當(dāng)能很快地消耗剩余能，而對其它物質(zhì)(如有色體、連結(jié)科等)無害�？梢圆捎脤�基態(tài)進(jìn)行分步回旋的路線，這樣，它能釋放低頻率的能量子。反之，分子結(jié)構(gòu)將遭到相反的重排，而造成像熱能一樣很慢地釋放自由能。這樣，在有色體、連結(jié)料、以及活化的吸收分子之間的振動(dòng)就不理想了。如果激發(fā)分子不能很快地消耗剩余能，則它就可能被分解而失去效用。

    目前常用的紫外線吸收劑按其作用機(jī)理大致可分為四類，即紫外線吸收劑、先驅(qū)型紫外線吸收劑(本身不具吸收紫外線的作用，光照后分子能重排，成為紫外線吸收劑)、消光效應(yīng)(淬滅劑－Quencher)劑和顏料(光屏蔽劑)。

    這里主要介紹紫外線吸收劑。

    紫外線吸收劑主要包括：(1)鄰羥基二苯甲酮類，如UV－9、UV－531等；(2)苯并三唑類，如UV－P，UV－327，UV－326等；(3)水揚(yáng)酸酯類，如BAD、TBS等；(4)三嗪類；(6)取代丙烯氰類等。

    紫外線吸收劑的用量約在0．2—10％之間。

    紫外線吸收劑應(yīng)當(dāng)具備如下幾點(diǎn)：能有效地吸收紫外線，具有良好的光穩(wěn)定性，即使在長期曝曬下，其吸收能力不降低；具有良好的熱穩(wěn)定性，與體系(如聚合物，連結(jié)料)的相溶性好；揮發(fā)性低，無毒或低毒；化學(xué)穩(wěn)定性好，不與體系中其它組分發(fā)生不利反應(yīng)；不污染；耐水解及耐水抽出性優(yōu)良；價(jià)廉；耐溶劑萃取性，無色等等。