四、分子之间力的作用以及在印刷中的应用

物质的聚集状态通常情况下是可以明显区分的，因为不同的物质相之间存在界面，在物质相界面之间也会出现许多界面问题。液体与气体相接触时，会形成一个表面层，在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力，它能使液面自动收缩。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的。处于液体表面层中的分子比液体内部稀疏，所以它们受到指向液体内部的力的作用，使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜，有收缩趋势，从而使液体尽可能地缩小它的表面面积。表面张力的方向与液面相切，并与液面的任何两部分分界线垂直。

液体与固体器壁之间也存在着“表面层”，这一液体薄层通常叫做附着层，它也一样存在着表面张力。这一表面张力决定了液体和固体接触时，会出现两种现象：不浸润和浸润现象。水银掉到玻璃上，呈现出球形，也就是说，水银与玻璃的接触面具有收缩趋势，这种现象为不浸润。而水滴掉到玻璃上，是慢慢地沿玻璃散开，接触面有扩大趋势，这种现象为浸润。

其实，对于印刷复制者而言，人们对单纯的物质聚集状态并不感兴趣，人们关心的重点一般都在物体界面聚集态的变化，接下来我们将介绍一下印刷复制过程中的界面问题。

（1）在通常印刷工艺中的界面张力问题

在印刷工艺中最重要的承印材料就是纸张，纸张在印刷过程中涉及无数的界面张力问题，当干燥纸堆放在潮湿的车间内时，纸张内的纤维素和水蒸气一起发生复杂的化学反应，植物纤维通过与水分子形成氢键而紧紧黏附在一起，接着就出现纸张纤维吸水膨胀现象，从而导致纸张边缘和纸堆中间吸水量不一样，也就是出现荷叶边现象。

（2）在凸版印刷中的界面张力问题

在印刷机的墨斗中凸版印刷油墨通常涉及无数的界面张力和作用效果问题，印刷油墨一方面必须在墨路上不断分离，从而形成均匀的墨膜；另一方面在分离过程中油墨的两种主要的组成物质——颜料和连结料之间的内聚力必须发挥作用，同时内聚力不被破坏。

（3）在平版胶印中的界面张力问题

在平版印刷中涉及的最重要的界面张力就是胶版印刷中印版、油墨、润版液之间的相互作用，胶印师傅通常所说的“水墨平衡”就是多个物理问题的综合运用。对于润版液的界面问题至少应该涉及两种界面张力。水分子必须具有足够的铺展能力，以便使其能够在印版表面润湿，同时，水分子又必须具有足够的内聚力，以使其不能与油墨相互溶解，即使相互溶解，也必须在一定范围内，如果互溶值在极限值范围内，将得到人们希望的适合胶印的稳定乳状液体，即油分子把水分子包裹起来，否则，将得到不希望得到的水包油分子。这种油分子和水分子互相包容的现象就叫做乳化。

（4）在图像复制技术中的界面张力问题

在图像复制领域使用的感光胶片材料通常由多个涂层构成：支持片基和感光涂层，为了能够让这两种涂层牢固地附着在一起，就必须选择一种合适的黏结材料，并且这种黏结材料的内聚力和扩散力之间的关系对胶片尺寸的稳定性能具有重要的意义，此时界面张力对于胶片的作用能力有着明显的影响，黏结层材料对于明胶的扩散能力必须均匀一致，对于支持片材料又必须显现出很强的扩散能力，才能确保感光涂层在整个片基上保持很强的黏附能力。

（5）在铅字排版技术中的界面张力问题

在铅活字排版中，铅合金材料的选择将涉及界面张力问题，为了确保铅字印刷过程中具有良好的亲墨性能和去墨性能，就必须使用合适的合金组成元素和组成比例。同样，合金材料在凸版印刷中应该具有足够强的耐冲击力，以确保其可以重复使用。合金与油墨之间的界面张力和油墨与承印材料之间的界面张力具有同样的重要意义。

（6）在印后加工中的界面张力问题

在书刊胶订和糊盒工艺中，在黏结材料和承印材料之间界面张力扮演着重要角色，黏结强度不仅仅取决于黏结材料和承印材料的扩散力大小，同时还与黏结材料分子之间的内聚力大小有关。

【操作训练】

训练：用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数

拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。

现将一洁净 Π 型金属丝浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属丝时，在 Π 型金属丝框内就形成双面水膜。如图3-5所示，设 Π 型金属丝的直径为d，内宽为L，重力G，受浮力f，弹簧向上的拉力P，液体的表面张力为Fα。则 Π 型丝的受力平衡条件为：

设接触角为φ，由于水膜宽度为（L+d），则表面张力为：

缓慢拉起 Π 型丝至水面时，接触角φ趋近于零，上式中cosφ→1。

这里，水膜自身的重力G′ 很小可忽略。由于金属丝框很细，即体积很小，所以其在水中部分所受的浮力也可以忽略不计。如取 Π 型丝上边缘恰与水面平齐时为弹簧的平衡位置x0，则 Π 形丝的重力G对弹簧从该平衡位置算起的伸长量 ∆x也将没有贡献。于是可得，当缓慢拉起 Π 型丝至水膜刚好破裂的瞬间，表面张力Fα与弹簧的弹力P的大小相等。即有：

由式（3-2）得Fα=2α（L+d），由胡克定律知P=k·∆x，代入上式整理得：

式中k——焦利弹簧秤的倔强系数，可由实验测出；

∆x——拉膜过程中焦利弹簧的最大伸长量，可由游标的位置计算出来；

L——Π型丝的宽度；

d——Π 型丝的直径。

通常，与L相比d是很小的，以至于可以忽略不计，故上式可改写为：

由上式可知，此实验主要有两项内容：一是测量焦利弹簧的倔强系数k，二是通过拉膜过程测出 ∆x。