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    【集萃網觀察】油墨的觸變性

    一、  概    述

    我們已經知道，假塑性流體的表觀粘度隨切應力的增大而減小，脹流型流體的表觀粘度隨切應力的增大而增大。這里，表觀粘度都對切應力和切變速率具有依賴性。但是，當切應力保持恒定時，切變速率也保持恒定，表觀粘度是個常數，并不隨時間而變化。前面討論過的流體，我們都假定它們具有這樣的性質，即它們的流變特性都與時間無關，因而它們的流變方程中并不顯含時間因子。這樣的流體模型，叫非依時性流體。它們的流變特性只需用τ = f(D)的關系式來描述，切應力τ和切變速率D是一一對應的。

    可是有些流體卻不是這樣，它們的流變特性與時間相關，因而流變方程中含有時間因子，τ、D間不再是一一對應的關系，這樣的流體模型，叫依時性流體。

    依時性流體可以分兩類：在溫度保持恒定的條件下，如果切變速率保持恒定時，切應力和表觀粘度隨時間延長而減小，這樣的流體叫觸變性流體，在溫度保持恒定的條件下，如果切變速率保持恒定時，切應力和表觀粘度隨時間延長而增大，這樣的流體叫震凝性流體。觸變性流體在周期性攪動的持續作用下，表觀粘度會下降——變稀，震凝性流體在有節奏振動的持續作用下，表觀粘度會上升——變稠，而且，在外界的機械作用停止后，經過相當長的時間，又都能恢復到初始的狀態。所以，觸變過程和震凝過程都是等溫下的可逆過程。

    流體的觸變性和假塑性、震凝性和脹流性、有本質上的不同。假塑性和脹流性，表明流體的切應力對于切變速率的依賴關系；而觸變性和震凝性，表明在恒定的切變速率下，切應力對于時間的依賴關系。觸變性流體都具有假塑性，震凝性流體都具有脹流性。但是，假塑性流體卻不一定是觸變性的，脹流型流體也不一定是震凝性的。

    膠印油墨是較為典型的觸變性流體，油漆、牙膏、泥漿都具有明顯的觸變性。震凝流體比較少見，可以舉出堿性的丁腈橡膠的乳膠懸浮液為例，流體的震凝性在工程上也沒有觸變性那么重要。在以后討論中，我們約定：如果流體在恒定的切變速率的持續作用下，表觀粘度下降得明顯，我們就說這種流體的觸變性大；反之，如果流體在恒定的切變速率的持續作用下，表觀粘度下降得并不明顯，我們就說這種流體的觸變性小。

    油墨的觸變性對于印刷工藝有很重要的意義。在給墨過程中，如果油墨的觸變性較大，那么油墨在發生觸變現象之前粘度可能很大，這是在墨斗中形成“堵墨”現象的原因之一。有的印刷機上裝有攪墨裝置，用以使油墨發生觸變現象，降低油墨的表觀粘度，從而使油墨順暢地從墨斗傳遞出去，進入分配行程。在分配行程中，油墨在很多高速旋轉的墨輥間延展和傳遞，把油墨充分地均勻化，再轉移到印版上去。如果油墨的觸變性較大，那么，在分配行程中，油墨的表觀粘度會明顯地下降，這對油墨的均勻化和轉移傳遞是有好處的。油墨從印版上轉移到承印物上的過程叫做轉移行程。進入轉移行程的油墨，是表觀粘度因觸變作用而下降了的，油墨轉移到承印物上以后，外界的機械作用沒有了，表現粘度重又回升，保證了油墨不向四周流溢，使網點清晰，印品的墨色鮮明而濃重。由此看來，某些印刷過程是利用了油墨的觸變特性才得以實現的。

    有關油墨觸變性產生的機理、表征方法、實驗測定的研究，早巳受到普遍的重視。但是，現在人們對油墨觸變性的認識還遠不夠。

    二、  觸變性產生的原因

    一般地說，觸變現象是體系的結構破壞和形成之間的一種等溫可逆轉換過程，而這種過程及其轉換中的體系的機械強度，又明顯地依賴于時間。所以，一般體系的觸變現象，都可以看成是恒溫條件下凝膠狀態和溶膠狀態相互轉化的表現；而且，從凝膠狀態轉化到溶膠狀態，機械作用要持續一定的時間：從溶膠狀態恢復到凝膠狀態，在機械作用停止后，也需要經過一定的時間。油墨的觸變現象也是如此。

    對于油墨觸變現象產生的機理，有下述三種解釋。

    膠印油墨�？煽醋魇琴e哈姆流體。賓哈姆流體的特征是：切應力低于屈服值時，流體不發生流動；切應力大于屈服值時，切變速率與切應力成正比，或者說塑性粘度保持常值。賓哈姆流體的結構模型，可以看作是由無數相互間有牽引力作用的粒子所組成的體系，這種粒子之間的牽引力作用，形成了抵抗外力破壞，保持體系結構狀態穩定的能力，這種能力在數量上的描述，就是屈服值。如果外部切應力超過體系的屈服值，牽引力作用不足以維持體系結構狀態的穩定，結構便會遭到破壞。結構破壞的微觀表現，就是相互間的滑移，而表觀粘度就是表征體系的滑移或流動程度的物理量。另一方面，體系的破壞程度不僅與外部切應力的大小有關，而且與切應力的作用時間有關，這就是油墨在一定的切應力作用下，經過較長的時間，表觀粘度有所下降的原因。如果此后外部切應力消失，遭到破壞的結構在粒子間牽引力的作用下又趨恢復，表觀粘度會重新增加。這是解釋油墨觸變性機理的一種理論。

    其次，按膠體化學的觀點，油墨是由作為分散相的顏料分散在作為連續介質的連結料中所形成的分散體系。因為象膠印油墨之類的油墨，連結料中含有一定數量的極性介質，在表面活性劑加入后，連結料的極性還會有所增加，所以，與油墨中顏料粒子相接觸的界面上總是帶有電荷的，可能是正電荷，也可能是負電荷。界面電荷的存在，影響到連結料中電解質離子的分布，帶相反電荷的離子被吸引到界面附近，帶相同電荷的離子被排斥而遠離界面。由于離子本身的熱運動，在界面附近就形成了有規則的排列，建立起一個所謂擴散雙電層。由于粒子界面附近擴散雙電層的作用，使得油墨粒子間出現了引力和斥力。油墨在靜止狀態下，引力和斥力相平衡，所以呈現凝膠狀態，在外部機械作用下，粒子雙電層部分遭到破壞，粒子的帶電精況因而改變，粒子間引力和斥力失去平衡，擴大了自由運動的范圍，所以呈現溶膠狀態。外部的機械作用時間越長，粒子雙電層被破壞的越嚴重，從凝膠形態到溶膠形態的轉變越徹底。外部的機械作用一旦消失，粒子雙電層重又開始恢復，經過一定的時間，體系再次回到起初的凝膠形態。體系從凝膠狀態轉化到溶膠狀態，粘度有所下降，體系從溶膠狀態回復到凝膠狀態，粘度重又回升，這就是油墨表現出來的觸變現象。

    還有一種看法，認為油墨之類的觸變性體系，在靜止時粒子之間的聯系象搭成的架子，是二種穩定的結構，所以體系呈凝膠形態。外部的機械作用改變了粒子間的聯系，拆散了一部分搭成偽架子，使結構失去了穩定，所以逐漸使體系呈溶膠形態。在外部機械作用消失后，這種觸變性體系具有重新搭起被破壞了的架子的能力，因而重新形成粒子間的聯系，所以可逐漸地恢復到起初的凝膠形態。而且，搭成和拆散架子又都需要一定的時間。這樣，體系就有了觸變特征。這種看法，用來解釋油墨產生觸變性的原因比較合適，因為油墨中的顏料粒子有的是球形的，有的卻是針形、棒形或片形的，假設這樣的粒子在靜止時能搭成架子，形成一定的結構，是比較合理的。當然，這里所說的“粒子”，一般說來，并不單指體系分散相，而且包括體系中的連續介質。

    體系觸變性產生的原因和機理，看法還不一致，所以還不能說有了準確、完整的理論。油墨的觸變性理論更是如此。一般地說，影響油墨觸變性的主要因素是顏料的情況：顏料粒子的形狀，顏料粒子在油墨中所占的體積比，以及顏料粒子與連結料之間潤濕能力等。針狀和片狀的顏料粒子制成的油墨；要比球狀的顏料粒子制成的油墨觸變性大些，顏料粒子在油墨中所占的體積比越大，油墨的觸變性也越大；使用的顏料和連結料之間潤濕能力較強，則制成的油墨觸變性要小些。為了增加油墨的觸變性，可以加入一些膠質油，為了降低油墨的觸變性，可以加入一些低粘度的稀釋油，但效果并不顯著。

    流體觸變性的存在，改變了它的流變曲線的形狀，即產生了所謂“滯后現象”，這是觸變性流體一個重要特征。

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