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油墨和流變學(七)
集萃印花網(wǎng)  2009-11-18

    【集萃網(wǎng)觀察】三、流變性與油墨

    流變學是一門比較復雜的科學,其范疇也很廣。但是就油墨和涂料而言,確是兩個研究流變性比較多的工業(yè),尤其是油墨工業(yè),由于其制造及應用方面的復雜性以及技術要求比較高,所以對流變性的研究更是不遺余力,以期能達到改進、提高和控制質量的目的。但是,至今仍處在探索與實驗階段,從實用觀點看,仍無多大突破。

    在油墨工業(yè)中研究流變學,一般要涉及到油墨的所謂身骨(Body)、粘性(粘度)以及“長”度(流動性)等內容。

    身骨一般可以認為是一個油墨的稀稠度,由于漿狀油墨是有觸變性的,故油墨身骨的變化將會大大影響它的印刷(工作)性能。測定油墨的身骨是一項技術性非常強的工作。從實用觀點看,油墨的身骨一般可由粘性和“長”度來考慮之。

    粘性是粘附或是薄層油墨抗分離(裂)的力。較古老的測定粘性的方法就是所謂“指觸”對比法,這是比較原始的以人的感官與經(jīng)驗來測定油墨粘性的一種方法,在現(xiàn)場沒有儀器的情況下,對一個有經(jīng)驗的油墨制造者來說,這是比較方便而可隨意為之的一種方法。油墨的粘性不夠時,印刷網(wǎng)點就不可能完整、“立”得起,印品也就不會清晰,滿意。但如油墨的粘性太大時,就可能導致拉紙毛、甚至撕破紙張。

    “長”度實際上是油墨流動的性能,也就是當用小刀將油墨挑起來時,它可以形成小絲-俗稱“絲頭"的性能。油墨具有適宜的“長”度時,它可以很好地流向墨斗輥,并有良好的轉移、傳遞性能,不會出現(xiàn)堆墨(俗稱輥子起厚)現(xiàn)象。但是當油墨太“長”時,就可能造成油墨飛色。油墨的表觀粘性和“長”度在用小刀挑動(或在印刷機上經(jīng)傳動摩擦)后是會引起變化的。

    從實用觀點看,目前世界上對油墨的流變特性有如下的要求:

    漿狀(膠、鉛印)油墨。印刷者希望這類油墨的流變性以不加任何助劑而直接使用為好,也就是說越方便越好。

    液體(照相凹版、柔性凸版)油墨。印刷者希望得到粘度稍為大一些的產品,而由他們自己據(jù)情調整之。這樣,既可減少顏料的沉降,又可調節(jié)至所需的應用粘度,并可調節(jié)溶劑平衡,以利干燥。

    (一)油墨的粘度

    1、溫度與粘度以及在液體(溶劑型)油墨中樹脂含量、溶劑和分子量對粘度的關系。

    溫度與粘度的關系是非常密切的,所以粘度的測定必須在嚴格的溫度條件下進行。溫度升高則粘度下降,反之則粘度升高,這是一般規(guī)律。

    對有些流體來說,溫度升高1℃,其粘度可降低20%還多。用可變速的粘度儀在高剪切應力下測定粘度時,長鏈聚合物也有粘度下降的現(xiàn)象,這可能是由于分子定向之故。

    在液體油墨中,樹脂含量是決定其粘度的關鍵,這是一般常識。

    必須指出的是:溶劑對樹脂溶液粘度的影響一般有兩個方面:(1)溶劑溶解或分散樹脂的能力;(2)溶劑本身的粘度。后者對溶液粘度的影響往往被忽略。實際上,溶劑只要有幾個厘泊的粘度差別,就可能影響數(shù)百或更多泊的溶液粘度。

    為了說明情況,我們用三個分子量近似的普通碳氫溶劑(見下表)作例子。

    從分散力觀點看,甲苯(KB值為105,混合苯胺點為52) 比甲基環(huán)己烷和正庚烷都強。

    從粘度觀點看,正庚烷比較理想,因它的粘度值比較小?梢钥闯觯N溶劑之間粘度的差別也很小(最大差別為0.3厘泊)。粘度比是控制樹脂溶液粘度的很重要方面,從三種溶劑的粘度與它們的石灰松香(石灰量為5%)溶液粘度的關系可以看出,以分散能力來看溶劑粘度對溶液粘度的影響是不大的。   

    如果溶劑的類型不變,則在溶劑和溶液粘度之間就有著比較密切的聯(lián)系。

    應當看到,在設計這類連結料時,溶劑粘度像溶劑力一樣是個非常重要的系數(shù)。

    分子量:樹脂溶液的粘度與樹脂(聚合物)的分子量(M或M.W.)有很大的關系。簡單說,樹脂的分子量越大,則粘度亦越大。實際上,測定聚合物分子量最重要的工業(yè)方法就是測定聚合物在稀溶液(一般小于1%)中時的粘度。

    數(shù)均分子量與重均分子量:測定分子量的方法很多(如熔點法、沸點法,滲透壓法以及基團分析法等),這里主要簡單介紹數(shù)均分子量、重均分子量以及粘均分子量。

    數(shù)均分子量(Mn)可以式(1)來定義:

                 ∑NxMx     W

    Mn=————=———               (1)

                 ∑Nx      N

  

    重均分子量(Mw)則可以式(2)來定義:

                ∑NxMx2         ∑WxMx

    Mw=—————=—————                   (2)

                 ∑NxMx         W

    Nx代表重量為Wx的聚合物的克分子數(shù),它們的分子量均為Mx。W和N則代表總的聚合物的總量和總分子數(shù)。   

    設有一種聚合物,有五種組分,每種組分的量是相等的(分子量各為2000,4000,6000,8000,和10,000),計算這些混合聚合物的Mn和Mw。

    解:設W為混合聚合物的總量,則每一組分x在總量W (NxMx=0.2W)中為0.2W,計算NxMx、Mx、Nx以及每一組分x的NxMx2 值并列表。再利用匯總表中的數(shù)值以式(1)和式(2)計算Mn和Mw。

    必須注意,如果只有一種分子量,則Mn和Mw就比較相  似。對任何真實的分子量分配來講,重均分子量Mw一般是指高分子量部分。對以無規(guī)聚合法制造的線型聚合物來講,其Mw一般是二倍的Mn(Mw=2Mn)。

    粘均分子量:式(3)是一個可以接受的測定粘均分子量的公式(即由重均分子量Mw測定極限粘度):

      〔η〕=KMwa                                                       (3)

    一些聚合物的常數(shù)K和9,可見下表。

    來源: 卓創(chuàng)資訊化工網(wǎng)

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