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。

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℃）

塑   料	表 面 张 力	塑   料	表 面 张 力
PTFE聚四氟乙烯	18.5	PVC	39.0
PVF聚偏二氟乙烯	28.0	PMMA	39.0
PCTFE聚三氟氯乙烯	31.0	PVDC	40.0
PE	31.0	PET	44.0
PS	33.0

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，以免发生油墨转移或附着力不足的问题。

三、彩印实践中印刷前表面润湿张力的测定

精确测定表面能一般使用张力测试仪、光学接触角测量仪或通过电镜测量润湿角来计算。

在彩印生产应用中，由于上述仪器复杂昂贵，使用不方便。塑料薄膜表面能的测定主要是依据GB/T14216《塑料 膜和片润湿张力试验方法》来进行的。

将试样水平放在光滑的试验台平面或平板上，用刷子或棉头棒涂敷按一定配方配制的试验混合液，顺同一方向在试样上水平移动棉棒涂敷，应使混合液立即扩散到至少20cm2的面积上。根据涂敷混合液2s以上液膜层的状态，来判断润湿张力。

    如果液膜持续2s以上不破裂，用下一较高表面张力的混合液重新涂在一新的试样上，直到液膜在2s破裂；如果连续液膜保持不到2s，用较低表面张力的混合液，直至液膜能持续2s为止。使试样表面润湿最接近2s的混合液，用这种混合液至少测定3次，该混合液的润湿张力即为试样的润湿张力。

使用上述方法需要注意以下几点：

1、 试验混合液配制应使用分析纯的试剂，并加入极少量的维多利亚纯蓝(浓度在0.03％以下)，保存在洁净的棕色玻璃点滴瓶中。如果频繁打开瓶口，超过3个月后应重新配制。

2、  对薄膜取样时应舍去外面几层，并使被测试薄膜的表面不要接触任何其他物质。

3、  测试时将薄膜试样水平放在光滑的试验台平面或平板上，所涂试验混合液体量应使之形成一薄膜而无积液存在，每次试验应使用新的棉头。

4、 如果塑料薄膜内含大量添加剂或覆有涂膜，用测试液测试时，往往会发生化学反应，影响准确性。在这种情况下，宜以蒸馏水作接触角测试。

5、  对于常用的38、40、42、50、52达因薄膜测试，可以使用标准达因笔，以便车间操作人员现场质量控制。目前，市场上包括英国舒曼、意大利ＤＹ－Ｌ系列等达因笔测试技术已比较成熟。