復合表面活性劑對銅金粉印金光澤度的影響

白艷霞, 惠 濤, 趙麥群, 金 莉

(1. 榆林學院 化學與化工學院，榆林 719000；2. 陜西神木化學工業有限公司 儀表車間，神木 719319；3. 西安理工大學 材料科學與工程學院，西安 710048)

復合表面活性劑對銅金粉印金光澤度的影響

白艷霞1,3, 惠 濤2, 趙麥群3, 金 莉3

(1. 榆林學院 化學與化工學院，榆林 719000；2. 陜西神木化學工業有限公司 儀表車間，神木 719319；3. 西安理工大學 材料科學與工程學院，西安 710048)

采用物理化學法，用5種不同配比的復合表面活性劑對銅金粉進行表面改性處理。通過對銅金粉的凹印印金光澤度、潤濕性測試和微觀形貌觀察，分析復配比例和添加量對銅金粉印金光澤度的影響機理。結果表明：經硬脂酸與線性高分子聚合物SA以1:0.1復配的復合表面活性劑在添加量為0.2%時改性的銅金粉的光澤度最高，其光澤度值達 99.67。銅金粉的凹印印金光澤度與銅金粉在連接料中的潤濕性有關，可通過降低銅金粉的潤濕性和提高銅金粉在連接料中的漂浮性來進一步提高銅金粉的凹印印金光澤度。

銅金粉；表面改性；印金光澤度；潤濕性

銅金粉作為金屬顏料，光澤度是其重要的性能指標[1]。通過對銅金粉印金光澤度的影響機理的研究，發現銅金粉印金光澤度的提高主要取決于加工過程中所使用的表面活性劑及其在銅金粉表面的吸附排列狀況[2-5]。對于單一表面活性劑改性銅金粉表面性能的作用機理。文獻[6-8]分子結構角度進行了深入的分析。在采用單一表面活性劑對銅金粉印金光澤度的改性方面，國內已經作了許多研究并取得了一定的效果[9-13]。由于復合表面活性劑產生的加和增效作用，能夠更有效地提高產品的表面活性并減少表面活性劑的用量，成為改善銅金粉印金光澤度方面最有前景的方法[14]。但是，復合表面活性劑對銅金粉表面處理時產生的加和增效效果及最佳復配比例的確定尚未見研究報道。

本文作者選用硬脂酸、線性高分子聚合物SA兩種表面活性劑以不同比例進行復配制備復合表面活性劑，通過物理化學法對銅金粉進行表面改性。根據改性后銅金粉的印金光澤度、潤濕性、微觀形貌，分析復合表面活性劑的復配比例及添加量對銅金粉印金光澤度的影響及復合表面活性劑的加和增效作用，最終確定這種復合表面活性劑的最佳配制比例和最佳添加量，為使用復合表面活性劑提供依據。

圖1 不同比例配比復合試劑添加量對銅金粉光澤度的影響Fig.1 Effect of proportion and quantity of composite reagent influence on print gloss of bronze powder

1 實驗

1.1 試劑與儀器

主要試劑如下：表面活性劑為硬脂酸和線性高分子聚合物SA，銅金粉(19 μm)。主要儀器如下：BP-6801小型旋轉拋光機，KGZ-IC型智能化光澤度儀；AMRAY 1000B掃描電鏡。

1.2 實驗方法

將線性高分子聚合物SA與硬脂酸按5種不同比例分別為(1∶0.1、1∶0.2、1∶0.4、1∶0.5、1∶1，質量比)復配，以不同添加量加入到銅金粉中進行預處理。將預處理銅金粉在小型旋轉拋光機中進行改性處理，使復合表面活性劑在銅金粉表面產生物理化學吸附。

1.3 潤濕性測試法

采用潤濕平衡高度法測量銅金粉的潤濕性。通過測量一定緊密粉體柱中液體的上升高度隨時間的變化，作液面上升高度 l與所用時間 t的關系(l2—t圖)制得相應直線。通過直線斜率可求出液體與銅金粉的潤濕角，進一步判斷液體與銅金粉的潤濕性。直線斜率越小，接觸角越大，粉末的潤濕性越差。

1.4 光澤度測試法

將改性處理后的銅金粉與連接料混合制成相應的金墨，通過刮樣方法在銅版紙上制成刮樣。采用KGZ-IC型智能光澤儀，選擇60°光澤度角測量印金光澤度。同時配合掃描電鏡觀察改性銅金粉的微觀形貌。

2 結果與分析

2.1 改性銅金粉的印金光澤度

圖1所示為不同復配比例的復合表面活性劑在不同添加量時對銅金粉凹印印金光澤度的影響結果。由圖1可以看出，在同一復配比例時，銅金粉的凹印印金光澤度隨復合改性劑添加量的增加呈現先升高后降低的變化趨勢，均存在一個最佳添加量。但是，不同復配比例復合表面活性劑的最佳添加量不同，且對銅金粉凹印印金光澤度的影響也有較大差別。隨著 SA在復合表面活性劑中比例的增加，改性銅金粉的最高光澤度降低。

圖1 中硬脂酸、SA按復配比1∶0.1添加0.2%(質量分數)時改性銅金粉達到最高光澤度，光澤度值達99.67%，其印金光澤度達到最佳，超過英國紅金的光澤度(英國紅金的光澤度為 85)。硬脂酸、SA以 1∶0.2復配，改性銅金粉的最高光澤度達93.17%。硬脂酸、SA按1∶0.4復配，改性銅金粉在添加0.4%時出現最高光澤度91.32%。硬脂酸、SA按1∶0.5復配時，改性后銅金粉的最高光澤度是 84.35%。硬脂酸、SA 以 1∶1復配時，改性后銅金粉的最高光澤度降低至83.70%。

從銅金粉印金光澤度的結果看，經硬脂酸、SA以 1∶0.1配比的復合表面活性劑改性后銅金粉的光澤度最高，其次是1∶0.2改性后的銅金粉光澤度，1∶1改性后銅金粉的光澤度最低。硬脂酸與SA以1∶0.1復配改性銅金粉的最高光澤度比以 1∶1復配改性銅金粉的最高光澤度高15.97%，比以1∶0.5時改性銅金粉的最高光澤度高15.32%。在相同復配比例時，不同添加量對銅金粉印金光澤度的影響不同，如1∶0.1復配的表面改性劑，添加量從 0.1%增至 0.2%，光澤度提高25.29%，添加量從0.2%增至0.6%時光澤度從99.67%降至70.45%。

2.2 改性銅金粉的潤濕性

圖所示2為不同比例添加量的復合表面活性劑對銅金粉潤濕性的改性結果。為了進一步分析復合表面活性劑對銅金粉表面性能的影響規律，在表面活性劑復配比例為1∶0.1時，研究不同添加量(0.1%、0.2%、0.6%)對銅金粉潤濕性的影響；添加量為 0.2%時，研究不同復配比 1∶0.1、1∶0.5、1:1對銅金粉潤濕性的影響。由圖2可以看出，硬脂酸與SA以1∶0.1復配時，隨著添加量的增加潤濕性降低到一定值時，繼續添加，潤濕性升高。添加量為 0.2%時，復配比例從 1∶0.1、1∶0.5、1∶1依次改性銅金粉的潤濕性呈現增大趨勢；硬脂酸與SA以1∶0.1復配時，改性后銅金粉的潤濕性明顯低于硬脂酸和SA單獨改性銅金粉的效果。其余不同復配比例和不同添加量的復合表面活性劑對銅金粉潤濕性改性產生的影響規律與圖2中體現出的規律一致。可見，經5種復合表面活性劑改性后銅金粉的潤濕性降低效果最佳的添加量及復配比例為0.2%(1∶0.1)。從上述結果可以總結出：對于硬脂酸與SA的復合表面活性劑，復配比例一定，銅金粉的潤濕性隨添加量的增加呈現先降低后升高的趨勢，存在一個最佳添加量；添加量一定時，潤濕性隨著SA在復合表面活性劑中所占比例的增大而增大，存在最佳復合配比比例。

2.3 微觀形貌

圖3所示為復合表面活性劑改性銅金粉后的表面形貌。對比圖3(a)、(b)和(c)可以看出，當復合表面活性劑的復配比例為1:0.1時，添加0.1%復合表面活性劑處理的銅金粉在連接料中出現了嚴重的團聚現象，分散不理想，反光性能差，光澤度低；添加量增加至0.2%時，改性后的銅金粉鱗片漂浮于連結料表層，分散較好，表現出良好的光學特性，印金光澤度最高；添加量增至 0.6%，銅金粉片在連接料中的漂浮性降低，反光性能降低，印金光澤度降低。可以得出，復合表面活性劑復配比例不變，隨著添加量的增加，銅金粉的漂浮性呈現先升高后降低的趨勢，表現出一個最佳添加量。

圖2 復配試劑不同復配比和添加量對銅金粉潤濕性的影響Fig.2 Effect of proportion and quantity of composite reagent on wetting property of bronze powder

對比圖3(b)、(d)和(e)可以看出，在添加量為0.2%時，經1∶0.1復配的復合表面活性劑改性后，銅金粉片在連接料中體現出良好的漂浮性；經1∶0.5復配的復合表面活性劑改性后，仍然有大量的銅金粉片被連結料覆蓋，但連接料覆蓋層較薄，大多數漂浮于連結料表層，表現出較好的光澤度；采用1∶1復配比例的復合表面活性劑對銅金粉進行改性時，達到最高光澤度時的微觀形貌中只有少量的銅金粉片漂浮于連接料表層，呈現出的印金光澤度較差。可以得出，添加量一定時，隨著SA添加比例的增加漂浮性呈現先升高后降低的趨勢，復合表面活性劑對銅金粉漂浮性的影響存在一個最佳的復配比例。

綜合圖3結果可知，以添加量為0.2%(1∶0.1)改性銅金粉的漂浮性最佳，要獲得高的印金光澤度必須保證良好的漂浮性和分散性。

2.4 復合表面活性劑作用機理

單一的高分子表面活性劑對銅金粉的光學性能有所改善，單一的硬脂酸也對銅金粉的光學性能有所提高，經常被用作改善銅金粉的傳統改性劑[15-17]。復合表面改性劑的疏水基團和親水基團在表面改性過程中不僅可形成牢固的交聯作用，而且可以在銅金粉的表面或界面上形成混合單分子吸附層，所以在溶液內部形成混合膠束并產生加和增效作用。因此，不同類型的表面活性劑復合后得到的混合物的性能比原來單一組分的性能更加優越[14]。本研究證明，所選線性高分子聚合物SA與硬脂酸復配可產生良好的協同效應，使鱗片狀的銅金粉片定向排列于連結料的表層，產生鏡面效應，有效地提高了銅金粉的光澤度。但是，不同比例復配形成的臨界混合膠束濃度不同，對銅金粉的微觀形貌及光澤度的影響也不同。

圖3 復合表面活性劑改性銅金粉后的表面形貌Fig.3 Micrographs of bronze powder modified by composite reagent: (a) 0.1%, 1∶0.1;(b) 0.2%, 1∶0.1; (c) 0.6%, 1∶0.1; (d) 0.2%, 1:0.5;(e) 0.2%, 1:1

圖4 連接料層的厚度對銅金粉反射光的影響Fig.4 Effect of thickness of varnish layer on reflect of bronze powder

2.5 復配比例對銅金粉光學性能的影響

從光學角度分析漂浮性與光澤度之間的關系，研究連接料層對銅金粉光澤度的影響，其結果如圖4所示。從圖 4(a)可以看出，連接料的覆蓋使入射光在連接料中產生反射、漫反射，減少了到達銅金粉表面的有效入射光，產生反射的幾率減小，銅金粉的光澤度降低。如果銅金粉在連接料中的漂浮性好，連接料層薄，入射光幾乎全部照射到銅金粉的表面產生反射，如圖4(b)，銅金粉表現出的印金光澤度高。綜合圖1、圖2、圖3(b)、(d)和(e)可見，采用硬脂酸、SA復配比例為 1∶0.1、1∶0.5、1∶1 改性銅金粉時，潤濕性升高，漂浮性降低，銅金粉的光澤度依次為99.67%、84.35%、83.70%；因此，通常復配比為1∶1并不是改性銅金粉光澤度最佳的復配比。

2.6 復合表面活性劑加入量的影響

綜合圖 1、圖 2、圖 3(a)、(b)和(c)可以看出，選用1:0.1復配的復合表面活性劑，添加量為0.1%時，銅金粉片出現大量的團聚現象。因為表面活性劑加量的不足，銅金粉片沒有完全分散，不能完全反映銅金粉片的光澤，因此光澤度較低；添加量增加至0.2%時，改性后的銅金粉，片徑分布均勻，整齊定向排列于連結料的表層，使入射光產生鏡面反射，表現出很高的光澤度；繼續增加添加量至0.6%，過量的表面活性劑與改性后的銅金粉片之間產生絞連，又出現新的團聚，銅金粉的光澤度降低。可見，硬脂酸與SA的復合表面活性劑的最佳添加量為0.2%。

3 結論

1) 硬脂酸與高分子聚合物SA復配的復合表面活性劑在提高銅金粉光學性能方面有優良的效果。

2) 復合表面活性劑的復配比例及添加量對銅金粉的印金光澤度有較大影響。本研究中硬脂酸與高分子聚合物SA的最佳配比為1∶0.1，最佳添加量0.2%。改性銅金粉的光澤度最高達99.67%。

3) 銅金粉的漂浮性、潤濕性和印金光澤度存在相關性。

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Influence of composite surfactant on print gloss of bronze powder

BAI Yan-xia1,3, HUI Tao2, ZHAO Mai-qun3, JIN Li3
(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Yulin University, Yulin 719000, China;2. Instrument Workshop, Shaanxi Shenmu Chemical Industry Co., Ltd., Shenmu 719319, China;3. School of Materials Science and Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China)

Five kinds of composite reagents were used to modify the bronze powder by physiochemical method at different proportions and quantities. By testing the print gloss, wetting property and morphology of the bronze powder,the influence mechanism of the different proportions and quantities of the composite reagents on print gloss of bronze powder was analyzed. The results show that the print gloss of the bronze powder modified by 0.2% composite reagent composed of stearic acid and linear polymer SA at proportion of 1:0.1 has the largest value, reaching 99.67. The gravure print gloss of the gold ink is affected by the wetting property and floating of the bronze powder in the acrylic resin, and the composite reagent can improve the gravure print gloss of the gold ink through reducing the wetting property and raising the floating of bronze powder in the acrylic resin.

bronze powder; modification; print gloss; wetting property

TF12；TQ624

A

1004-0609(2011)11-2875-05

榆林學院高層次科研啟動基金資助項目(08GK042)

2010-12-16；

2011-03-20

白艷霞，講師，博士；電話：15191422037；E-mail：baiyanxia-2007@163.com

(編輯 龍懷中)