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中国纳米水性油墨的研发与创新技术(二)

2006/9/19/16:03 来源:中国包装网

    【慧聪网丝印特印行业频道】1.1.1.3助剂

    助剂(辅助剂)是纳米水墨制造以及印刷使用中为改善水墨本身性能而附加的一些材料。按基本组成配制的水墨,在某些特性方面仍不能满足印刷使用上的要求,或者由于条件的变化而不能满足印刷使用上的要求时,必须加入少量辅助材料来解决。纳米水墨的助剂种类较多,主要有以下几种:偶联剂、中和剂、溶剂(共溶剂)、增稠剂、防沉降剂、防霉剂、润湿剂和分散剂、消泡剂等。

    1.1.2纳米水性油墨干燥机理[6、8、11]

    1.1.2.1水稀释型连结料的干燥

    水稀释型连结料的干燥原理如下:水稀释型连结料之所以能够在水中溶解,是因为这些高分子树脂中含有一COOH(羧基)、一OH(羟基)、一NH2(氨基)、一C一NH2和一C一,这些基团是亲水的。

    经过一定的工艺,把高分子树脂制成有机胺盐类,就可以完全溶解于水了。因此,现在可以利用羧基和氨基的反应形成能溶于水的黏滞状液体。如:

    RC00H+NH2CH2CH2OH→RCONHCH2CH20H+H20

    在水中,上述产物会形成:RCO-N+HCH2CH20H,该产物具有良好的亲水性。由于水的蒸发潜热较大,会减缓水墨的干燥速度,同时,由于胺盐遇热不稳定发生分解反应,所以以挥发干燥为主,兼反应性凝固干燥,一经干燥,墨膜就成为水不复溶的了。干燥过程如下:

中国纳米水性油墨的研发与创新技术

中国纳米水性油墨的研发与创新技术

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    1.1.2.2水分散型连结料的干燥过程

    水分。型乳液连结料的干燥过程可以用一个三阶段的干燥模型来描述:①水从湿膜的面挥发,墨膜整体体积缩小,分散的聚合物颗粒逐渐浓缩;②聚合物颗粒开始相互接触;③颗粒发生凝聚,形成干燥的墨膜。如图2所示。

图2纳米乳液的成膜过程

图2纳米乳液的成膜过程

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    1.1.3纳米水性油墨特性与特点

    纳米半导体粒子表面经化学修饰后,粒子周围的介质可强烈影响其光学性质,表现为吸收光谱发生红移或蓝移。实验证明,Cds纳米微粒的光吸收边有明显的蓝移,TiO2纳米微粒吸收边出现较大幅度的红移。如果把它们分别加到黄色和青色油墨中制成纳米油墨,便可提高其纯度。用添加了特定纳米微粒的纳米油墨来印刷彩色印刷品,层次会更丰富,图像细节表现能力亦会大增

    在颜料上给油墨制造业带来一个巨大的变,它不再依赖于化学颜料,而是选择适当体积的纳米微粒来呈现不同的颜色。因为有些物质处在纳米级时,粒度不同颜色也不同,或不同物质不同颜色,如TiO2、SiO2在纳米粒子是白色,Cr2O3是绿色,Fe2O3是褐色。据此,纳米金属微粒可吸收全部光波而使自身呈黑色,同时对光亦有散射作用。将纳米金属微粒添加到黑色油墨中,可提高黑色油墨的纯度和密度(图3纳米颜料的特性)。

中国纳米水性油墨的研发与创新技术

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    在颜料纳米化的实际验证上,纳米化颜料外观颜色远比次微米的颜料更为深黑,其主要原因为颜料的粒子大,光线透过会打碎,因而光线散射出光来,少部分的光则穿透过去。而纳米颜料粒径小,光散射弱,光谱吸收面积变小,光的反射率小于1%,因此在颜色的外观上就明显较次微米颜料深。纳米化颜料的应用范围相当广泛,生活上的实例如喷墨墨水、涂料、油墨、光电显示器等,在产品的制造过程中,加入3%~5%等少许比例的纳米颜料,即能改善油墨遮蔽率、饱和度、耐旋光性、耐水性等问题。此外,在普通和彩色激光打印机中,碳粉颗粒的粗细是决定输出质量优劣的一个重要因素,也是能否再提高打印机分辨率的一个关键。因此,用纳米材料来制造碳粉用于激光打印,尤其是彩色激光打印,可大大提高输出的质量。此外,在当前彩色喷墨打印中,由于墨水的问题,不仅影响到打印质量,而且时常会因此出现喷嘴堵塞等故障,但一旦开发出纳米材料的墨水,相信这些问题都可以很好地解决,而且彩色激光打印和彩色喷墨打印作为今后数字印刷和按需印刷的主要印刷设备,纳米技术将在这领域中起到重要的作用[7、9、12、19]。

    1.2纳米粉体对油墨的改进

    在油墨的生产方面必须依赖各种添加剂,由于纳米技术的应用,油墨的品性得到了改善和提高。传统添加剂度在毫米与微米级,这是纳米改性的重要出发点。

    纳米添加剂在有机聚合物中的“功能性”表现在许多复合体系中。通过纳米添加剂的组装,调节加入量与加入方式,可以控制纳米复合功能材料的“X光开关”、蓝光传感、光导电、电致光等性能。这种纳米“添加剂开关”已在“纸币”、“防伪标识”之中使用。

    下面将纳米Ag、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3等对油墨性能的改进进行简述。

    1.2.1纳米Ag在油墨中的应用

    有机相有许多选择成分,如高交联密度的丙烯酸类四元共聚物,它提供高模量和高耐刮伤性;又如低交联密度的三元共聚物,它提供良好的成膜性。在上述杂化体系中添加Ag粒子(尺寸为100nm左右),可以得到具有杀菌功能的涂料或油墨,并具有抗紫外线、耐化学腐蚀等特点。另外,在导电油墨中如将Ag制成纳米级而代替微米级Ag,可以节省50%的Ag粉,这种导电油墨可以直接印在陶瓷和金属上,墨膜层薄且均匀光滑,性能很好。

    1.2.2纳米TiO2的特性与应用

    1.2.2.1纳米TiO2的物化特性[34]

    纳米二氧化钛又称超细二氧化钛、透明二氧化钛,是纳米材料中的重要品种之一。纳米二氧化钛除了具有常规二氧化钛的理化特性之外,还具有以下特性。①由于其粒径远远小于可见光波长的一半,故几乎没有遮盖力,是透明状的。②吸收和屏蔽紫外线的能力极高。③化学稳定性和热稳性很好,完全无毒,无迁移性。④以纳米二氧化钛为填充剂,与树脂所制成的涂膜或塑膜,显示悦目的珠光和逼真的陶瓷质感,且其颜色随粒径的大小而改变,粒径越小,颜色越深。为此可选择体积适当且粒径均匀的纳米二氧化钛制备各种颜色的涂料或油墨,以代替常规化学颜料配色工艺。⑤纳米二氧化钛还同时具有云母钛珠光颜料所具有的光学特性。如珠光效应、视角闪色效应、色彩转移效应和附加色彩效应等。

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