CN112986130A - 一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法 - Google Patents

一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，采用接触角测定法，以极性液体和非极性液体分别作为标准测试液体，测量不同支撑体和感光弹性体的接触角，分别计算得到二者的表面能，并进一步计算出界面之间的界面张力和粘附功。根据界面张力越大，粘附功越小，粘结强度越低；反之，界面张力越小，粘附功越大，则粘结强度越高的理论，判断支撑体配方的优劣。本发明将界面粘接性能分析应用于印刷柔性树脂版技术领域，用于表征印刷用柔性树脂版支撑体与感光弹性体之间的表面性质及界面之间的相互作用，对改善支撑体与感光弹性体界面粘接特性以及解决柔性树脂版生产过程中的“脱底”现象等方面的研究具有重要的指导意义。

Description

一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法
技术领域
本发明涉及印刷柔性树脂版技术领域，尤其涉及一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法。
背景技术
近几年，随着人们环保意识的增强，绿色环保型的印刷方式得到了更广泛的关注。以“环境友好型”著称的柔性树脂版由于采用环保型水性印刷油墨、制版速度快、分辨率高等特点，在印刷市场上所占的份额呈现逐年增加的趋势。但由于柔性版具有较高的粘弹性、质地柔软等特点，在印刷过程中压力稍有改变，便会造成印版变性，进而影响油墨转移，使得印品的网点扩大严重，影响印刷效果。这也成为制约柔性版进一步发展的重要因素之一。
当前市场上主流柔性树脂版为单层版，其一般由聚酯保护层，支撑体和感光弹性体三部分组成。其中，感光弹性体是柔性版的核心部分，它决定着整体的印刷性能和印品的质量，而支撑体的作用则主要是减小柔性版感光弹性体层的变形，从而保持柔性版尺寸的稳定性。在实际应用中，柔性版经曝光制版后，支撑体与感光弹性体需紧密粘接在一起，方能进行上机印刷。若经曝光值班后，支撑体与感光弹性体界面之间的粘接力过小或直接而脱开，即发生所谓的“脱底”，则支撑体失去对感光弹性体的固定和支撑作用，印版报废，印刷过程无法进行。“脱底”是柔性版生产过程中常见的现象，也是制约柔性版质量的重要瓶颈之一，因此，开展相关的基础理论研究，对于解决柔性版支撑体和感光弹性体之间粘附性能不佳的现象具有重要的指导意义。
柔性树脂版支撑体与感光弹性体之间的粘附性，是指支撑体在感光弹性体表面的附着能力和抗剥落能力。两相物质的粘接是通过界面作用进行的，该种作用既可以是分子间的相互作用，也可以是发生的化学键合作用，同样也可能是界面上微观的机械连接作用。支撑体通常由PET膜、打底层和粘层组成，所使用的原料主要是一些胶乳及具有功能活性的小分子类。弹性体则主要由粘合剂、感光液、光引发剂、功能性单体等组成。所涉及到的原料种类较多，相互之间的极性也存在较大的差异，因此想要使支撑体和感光弹性体之间具有良好的匹配性和粘结性能。首先需要了解支撑体和感光弹性体之间的表界面特性。目前为止，尚缺乏支撑体和感光弹性体之间的表界面相互作用的定量表征方法，支撑体和感光弹性体之间的作用机理也难以确定，难以使用现有理论进行评价。
因此，需要建立一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体之间表界面作用表征方法，可为准确表征柔性版支撑体与感光弹性体界面粘接特性，改善柔性树脂版生产过程中的“脱底”现象提供相关技术参数，为柔性树脂版支撑体和弹性体配方的设计、合成和筛选等科研工作奠定理论基础。
发明内容
本发明的目的是建立本发明提供一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，本发明将界面粘接性能分析应用于印刷柔性树脂版技术领域，用于表征印刷用柔性树脂版支撑体与感光弹性体之间的表面性质及界面之间的相互作用，对改善支撑体与感光弹性体界面粘接特性以及解决柔性树脂版生产过程中的“脱底”现象等方面的研究具有重要的指导意义。
本发明的目的是以下述方式实现的：本发明提供一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，采用接触角测定法，以极性液体和非极性液体分别作为标准测试液体，测量不同支撑体和感光弹性体的接触角，分别计算得到二者的表面能，并进一步计算出界面之间的界面张力和粘附功。根据界面张力越大，粘附功越小，粘结强度越低；反之，界面张力越小，粘附功越大，则粘结强度越高的理论，判断支撑体配方的优劣。
采用的极性测试液体可以为无CO2的去离子水、甲酰胺或乙二醇，非极性测试液体可以为二碘甲烷、α-溴萘或环己烷。
以无二氧化碳的去离子水和二碘甲烷作为标准测试液体，测量不同支撑体和感光弹性体的接触角。
所述接触角测定法采用静态接触角测定仪，所采用的接触角计算方法为L-Young法。
所述标准测试液体的用量为1μL~5μL，标准测试液体与固体表面的接触时间为10s~180s。
标准测试液体与固体表面的接触时间为10s~60s。
本发明提供的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，可以应用于不同印刷用柔性树脂版之间支撑体和弹性体粘接性能优劣的预测和对比。本发明提供的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其预测和对比的准确性可与印刷用柔性树脂版经背曝光处理后测试其粘结力的大小相配合予以印证。为了尽可能降低固体材料表面能测试的相对误差，测试中必须选择极性-非极性标准测试液组合，且同一系列实验需采用相同的标准测试液组，不宜更换。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
首次建立了一种全新的柔性树脂版支撑体与感光弹性体之间表界面作用表征方法，填补了柔性树脂版支撑体与感光弹性体表界面性能测试技术的空白，且该方法仪器条件简单，操作简便快捷，测试数据误差小，重复性好，精确度高。因此，可为后续表征柔性版支撑体与感光弹性体界面粘接特性，改善印刷用柔性树脂版生产过程中的“脱底”现象提供相关技术参数，为柔性树脂版支撑体和弹性体配方的设计、合成和筛选等科研工作奠定理论基础。
附图说明
图1为采用本发明对柔性树脂版粘接性能进行表征的过程示意图。
具体实施方式
参见本发明实施例所示的附图，对本发明作进一步的阐述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，并非全部的实施例。在没有做出创造性劳动的前提下，所有获得的等价变化的实施例，均属于本发明权利要求书所保护的范围。
一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，
本发明实施例中，支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，主要包含以下步骤：
不同柔性版的制备：即在现有基础配方的基础的，按照实际情况，调整打底层和粘结层中胶乳及功能性小分子的类型及比例，经涂布、干燥等工艺后，制得不同的柔性版支撑体；选取经检测印刷制版性能优良的柔性版弹性体配方，采用常规的柔性版生产工艺，经混匀炼制，弹性体挤出、聚酯保护层覆合，支撑体覆合等步骤，制得具有不同界面粘接性能的柔性树脂版产品。放置约一周后，达到平衡期，将支撑体与弹性体分离后分别测试，支撑体的测试面为分离前与弹性体接触的表面，弹性体的测试面为分离前与支撑体接触的表面，测试前需保持剥离开的支撑体和弹性体测试面表面平整洁净，不受灰尘、指纹等的污染。测试面即为与或要与标准测试液体接触测量的表面。
支撑体和弹性体之间的粘接性能，是指支撑体在感光弹性体表面的附着能力和抗剥落能力。支撑体与弹性体之间极性的匹配性，以及二者之间通过机械结合、互相扩散、物理吸附、感光交联聚合、形成氢键和化学键等作用结合在一起，由这些作用综合产生的粘附能力决定最终的粘接效果。
测试：采用接触角测定法，以极性测试液体和非极性测试液体作为标准测试液体，测量不同支撑体和感光弹性体的接触角，分别计算得到二者的表面能，并进一步计算出界面之间的界面张力和粘附功。根据界面张力越大，粘附功越小，粘结强度越低；反之，界面张力越小，粘附功越大，则粘结强度越高的理论，判断支撑体配方的优劣。
根据实际，常用的采用的极性测试液体可以为无CO2的去离子水、甲酰胺或乙二醇，非极性测试液体可以为二碘甲烷、α-溴萘或环己烷，这些标准测试液的表面特性及分量数据见表1。为了尽可能降低固体材料表面能测试的相对误差，测试中必须选择极性-非极性标准测试液体组合，且同一系列实验需采用相同的标准测试液组，不宜更换。本发明的标准测试液体选择极性的无二氧化碳去离子水以及非极性的二碘甲烷。
表1常用标准测试溶液表面张力及分量数据
Figure 347916DEST_PATH_IMAGE001
具体测试操作步骤如下：(1)调节接触角测量仪的光源旋钮，调整光源亮度以及镜头焦距，使液滴成像清晰，边缘轮廓线条不发虚，尽量使效果处于最佳状态；(2)校准仪器样品台的水平位置，实现水平校准；(3)校准进样器针头界面，使针头位于成像界面的中央，实现垂直校准；(4)控制测试液滴的释放量/滴出量为1～5μL，并将其缓慢转移至固体样品表面；(5)测试液滴与固体界面接触10s~60s之后进行图像抓拍：将液滴与固体接触处的水平线进行微调，并通过仪器软件逐步操作对液滴形状进行识别（固定），最后采用L-Youngs方法得到接触角数据。
按照以上测试方式分别测量无CO2的去离子水和二碘甲烷在柔性版感光弹性体和几种不同的支撑体样品表面的接触角，每组样品平行测试6~8次，去掉异常数据后，取接触角平均值，误差不大于5°。
按照下列公式（1）计算感光弹性体和不同支撑体表面的极性力色散力。
Figure 668039DEST_PATH_IMAGE002
式中，
θ：测得的接触角，取平均值，单位为°；
γL：标准测试液体的表面张力，mN/m；
Figure 379774DEST_PATH_IMAGE003
：不同标准测试溶液的表面张力的色散分量，mN/m；
Figure 418138DEST_PATH_IMAGE004
：不同支撑体或感光弹性体表面的表面自由能的色散分量，mN/m；
Figure 224420DEST_PATH_IMAGE005
：不同支撑体或感光弹性体表面的表面自由能的极性分量，mN/m；
Figure 399049DEST_PATH_IMAGE006
：不同标准测试溶液的表面张力的极性分量，mN/m。
Figure 514641DEST_PATH_IMAGE007
……（公式2）
式中，
γs：感光弹性体和不同支撑体的表面能，mN/m。
Figure 774721DEST_PATH_IMAGE008
：不同支撑体或感光弹性体表面的表面自由能的极性分量，mN/m；
Figure 384694DEST_PATH_IMAGE009
：不同支撑体或感光弹性体表面的表面自由能的色散分量，mN/m。
按照下列公式（3）计算感光弹性体和不同支撑体之间的界面张力。
Figure 148251DEST_PATH_IMAGE010
……（公式3）
式中，
Figure 201789DEST_PATH_IMAGE011
：支撑体和弹性体之间的界面张力 ，mN/m；
γ1：支撑体的表面张力，mN/m；
γ2： 弹性体的表面张力，mN/m；
Figure 683586DEST_PATH_IMAGE012
：支撑体表面张力的色散分量，mN/m；
Figure 831670DEST_PATH_IMAGE013
: 弹性体表面张力的色散分量，mN/m；
Figure 715313DEST_PATH_IMAGE014
: 支撑体表面张力的极性分量，mN/m；
Figure 923440DEST_PATH_IMAGE015
: 支撑体表面张力的极性分量，mN/m。
按照下列公式（4）计算感光弹性体和不同支撑体之间的粘附功。
Figure 410310DEST_PATH_IMAGE016
（公式4）
结合实施例的操作步骤对本发明进一步的描述。
按照乐凯华光现有柔性树脂版产品配方，分别制备柔性版感光弹性体与三种不同配方的支撑体。其中，柔性版感光弹性体的制备方法，依照本课题组已申请的专利CN201510856962.1《一种耐老化柔性版及其制备方法》中所述实施例2中柔性版感光体层的制备方法进行。柔性版感光支撑体的详细制备方法，依照本课题组已申请的专利CN200610107057.7《感光树脂版支持体及其制备方法》中所述实施例1中柔性版支撑体的制备方法进行，区别在于：在实施例1基础上调整底层中NPR-4#的含量、KOH的用量，具体分别如下表表2，从而形成三种不同性能的支撑体1#、2#及3#。
表2
Figure 96506DEST_PATH_IMAGE017
将柔性版感光弹性体与支撑体紧密覆合，然后在同样的条件：温度23℃~27℃，湿度40%~60%的条件下放置一周。将支撑体与弹性体分离后，分别测试并测得感光弹性体、支撑体与标准测试溶液的接触角，取平均值，具体如下表表3：
表3
Figure 100234DEST_PATH_IMAGE018
根据公式（1）及公式（2），计算表面张力数值如下表表4：
表4
Figure 479263DEST_PATH_IMAGE019
根据公式（3）及公式（4），计算界面张力数值如下表表5：
表5
Figure 935652DEST_PATH_IMAGE020
根据“界面张力越大，粘附功越小，粘结强度越低；反之，界面张力越小，粘附功越大，则粘结强度越高”的理论，判断感光弹性体与支撑体3#具有最优的粘结性能。
对于三个不同支撑体配方与感光弹性体结合制成的柔性树脂版，经过同样的背曝光处理时间3min后，利用微机控制电子万能试验机测定将同样制备方法和同样条件下放置一周处理后的支撑体与弹性体拉开的所用的力作为粘结力。一般认为粘结力≥25N为合格。最终实测结果如下表表6：
表6
Figure 441851DEST_PATH_IMAGE021
曝光后粘结力的测试结果仍然表明感光弹性体与支撑体3#具有最优的粘结性能具有最佳粘结性能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其特征在于：采用接触角测定法，以极性液体和非极性液体分别作为标准测试液体，测量不同支撑体和感光弹性体的接触角，分别计算得到二者的表面能，并进一步计算出界面之间的界面张力和粘附功。
2.根据权利要求1所述的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其特征在于：采用的极性测试液体可以为无CO2的去离子水、甲酰胺或乙二醇，非极性测试液体可以为二碘甲烷、α-溴萘或环己烷。
3.根据权利要求2所述的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其特征在于：以无二氧化碳的去离子水和二碘甲烷作为标准测试液体，分别测量其在不同支撑体和感光弹性体表面的接触角。
4.根据权利要求1所述的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其特征在于：所述标准测试液体的用量为1μL~5μL，标准测试液体与固体表面的接触时间为10s~180s。
5.根据权利要求1所述的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其特征在于：标准测试液体与固体表面的接触时间为10s~60s。
6.根据权利要求1所述的柔性树脂版支撑体与感光弹性体界面特性的表征方法，其特征在于：所述接触角测定法采用静态接触角测定仪，所采用的接触角计算方法为L-Young法。
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