油墨的分散解析（四）

 
         （三）、粘附、浸渍、铺展和分散
　　显然，将固体颗粒浸于液体中(一种分散方法)时所消耗的能量，可以用一个1×1×1厘米的立方体(固体的表面张力=σs) 浸入液体(液体的表面张力=σ1)中的情况来加以解释，其过程就是将这些固体立方体自液体外放人液体内，可以看出，有三个过程：即粘附功，浸渍功和铺展功，这些功的总和就相等于分散功。
　　第一个与立方体有关的能量是在它与液体接触以前：一个立方体有六个面，每一个面的表面积为一厘米2。对一厘米2的表面积来说，固体σs的表面张力和在固体表面中的能量，其数字大小是相等的。所以与固体立方体任何一个面有关的表面能都等于σs。同样，在一厘米2液体表面中的表面能则相等于σ1。
　　1．粘附。当将立方体的一个面与液体表面接触(粘附)时，就会发生消耗能量，其情况是：原在一厘米2固体表面(σs)和一厘米2液体表面(σ1)中储存的能，在它们接触后，存在的能量就只有一厘米2的固—液界面(σs1)了。由于只有在接触过程(粘附)中能量才发生变化。故
　　⊿E= Wa=σs1－σ1－σs （2）
　　式中：Wa=粘附功。
　　2．浸渍。当将立方体放入液体中与液面相平(但不超过液面)时，就会发生另一个能量的变化(浸渍)，此现象是在这个立方体未浸入液体中以前，它有四个面的能量(4σs)。浸入液体中以后，这些能量就失掉了，但生成的表面能则与立方体侧面四个新生成的液—固界面(4σs1)相似。故
　　⊿E= Wi=4σs1－4σs （3）
　　式中：Wi=浸渍功。
　　3．铺展。最后一个过程就是将立方体的顶面也浸入于液体中，这就是铺展。在这个过程中，立方体的顶面被两个新的表面积所替代，即一个液体表面和一个液—固界面。与铺展有关的能量消耗为：
　　⊿E= Ws=σ1+σs1－σs （4）
　　式中：Ws=铺展功。
　　4．分散，一个固体被液体所浸没(与分散相同)的总功，是上述三个功的总和，即
　　⊿E= Wd=6σs1－6σs （5）
　　式中：Wd=分散功。
　　虽然这里用一个一厘米3的立方体来说明分散过程中的各个阶段，但它适用于所有的固体分散在液体(包括颜料分散在连结料)中的情况。
　　（四）、将液体接触角导入各种功的方程式
　　上面提到的各种功的方程式虽然是比较真实的，但却不太切合实际，因为固体表面以及固—液界面的表面张力是不太容易测得的。所以式（5）仅仅是提出了一个破解的方法。因而，在以上有关功的所有方程式中，－σ1cosθ可以取代σs1－σs。则：
　　Wa=－σ1（cosθ－1）
　　Wi=－4σ1（cosθ）
　　Ws=－σ1（cosθ－1）
　　Wd=－6σ1（cosθ）
　　可以看出，在上列四个方程式中，功的消耗可表现为两个可测定的量，即液体的表面张力以及液体和固体表面形成的接触角。通过对这两个量的分析，就可计算出一个颜料分散体的分散难易程度。如在分散过程中的任何一个阶段所需要的功是负数，则这个阶段的过程就会自然发生(因为已经储存在表面中的能量就足以使这个过程发生了)。反之，如果需要的功是正数，则就需要外力的帮助了。如果需要的功是零，则说明在开始和最后的过程之间是平衡的，过程需要的能量也最小。
　　在分散过程中三个阶段不同接触角所消耗的功中可以看出：在粘附功中其过程是不变的。当液体的接触角小于90°时，才可能发生自然浸渍，而接触角为零时，才可能发生自然(或重力)铺展。由于接触角为零的情况会经常遇到，故自然分散也是极平常之事。
　　（五）、连结料渗入到颜料团中的比例
　　在垂直毛细管的情况中，表示了一种平衡条件，其中：围绕着弯月面作用的表面张力正好与悬浮在毛细管柱中的液体的重拉力相平衡，这样，就可以确立液体流过毛细管的比例了，因为表面张力的作用是可以达到一些平衡条件的。为了排除重力(作用)的影响，可假设一个水平毛细管，使开口的一端与液体接触。像垂直的毛细管一样，液体的表面张力会将液体往里拉，并以相等于表面张力的力通过毛细管，阻抗表面张力拉力的是液体的粘度。所以，当颜料团比较松、连接料的表面张力比较高、液体—颜料的接触角等于零或接近于零以及连接料的粘度比较低时，连接料的渗入作用就比较快。
　　（六）、分子在一个界面的定向作用
　　前面提及的关于表面张力的一些情况以及方程式等，都是以纯的或未污染的物质的表面活性为基础的。这里则将讨论少量的外界物质在界面上定向的情况。我们知道，有关颜料分散体的情况，主要是指颜料颗粒在连结料中的表面过程，故主要是讨论直接与分散过程有关的表面分子。在表面以下的分子则只是由于表面分子的活性才留住的。
　　为了简单地评价在假设的球形颜料颗粒中表面分子对总分子数的比例，我们假设颜料颗粒的直径为D单位，颜料分子的有效直径为d。每个颜料分子在颗粒表面上所占的面积为d2，每个颜料分子在颗粒内占有的体积为d3，则表面分子对总分子(包括内部和外部)的比为：
　　лD2/d2 6d
　　—————= ————
　　лD3/6d3 D
　　式中：лD2=表面积，
　　 лD3/6=球形颗粒的体积。
　　设有一颜料颗粒的直径(D)为0．0001厘米，颜料分子的有效直径(d)为(0．00000002厘米)，则表面分子对总分子的比是；
　　6× 0．00000002／0.0001=0．0012=1/833
　　故在这个假设中，颗粒的每一个表面分子要支配在颜料表面以下的833个内部分子。当然，这是一种极为粗略的表面分子控制影响的计算，但它可用以研究较少的分子层在界面的定向以及测定界面的活性。