《与时俱进的Ink》PPT课件.ppt

与 时 俱 进 的 Ink -喷墨打印墨水,沈永嘉 华东理工大学精细化工研究所,市场上已经实现商品化生产的喷墨打印墨水有两种，即染料型（第一代）和颜料型（第二代）。无论是何种，都有水性和溶剂型之分，取决于它们的具体应用场合。喷墨打印墨水不仅仅是一种办公用品，它还可以被用于个性化的纺织品数码印花。第一代和第二代喷墨打印墨水仍各具有自己的弱点，文中就这些弱点的克服提出了两种思路，并就喷墨打印技术的发展给出了一个具体的事例。,第一代喷墨打印墨水,喷墨打印作为一种印刷技术，上世纪90年代初在我国市场上开始出现，当时是作为色带打印技术的升级换代，也是在办公室里用于纸质文件的打印。那时喷墨打印墨水内的着色剂主要是水溶性的染料，具体的品种是酸性染料和直接染料。,?,目前市场上喷墨打印用的染料型墨水品种相当多，用它们打印的制品图像清晰，色彩逼真，同时具有干燥速度快，在喷嘴处不易形成硬壳，长期存放稳定性好的优点。,第一代喷墨打印墨水的制作,1) 为了获得干燥快的效果，需要在墨水中添加有机溶剂，可用的溶剂有：烷基酰胺、酮及酮醇、醚，聚亚烷基二醇、多元醇低碳数单烷基醚，多元醇低碳数二烷基醚，C16的烷基醇，环丁砜、吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1,5-戊二醇、l,2-己二醇。,2) 为了增加染料在墨水中的溶解度，需要添加缓冲剂，如：磷酸盐、硼酸盐、碳酸盐、醋酸盐。,3) 为了调节墨水的流动性，需要添加粘度调节剂，如：聚乙烯醇、各种水溶性纤维素以及水溶性树脂。,4) 为了使墨水保持中性，以免腐蚀喷嘴，就需要添加pH调节剂，如：二乙醇胺、三乙醇胺等。,5) 为了降低墨水的表面张力，以使墨水能迅速地在纸张或其他底物上铺展开，需要添加表面活性剂。,第一代喷墨打印墨水的配方,第一代喷墨打印墨水用于数码喷墨印花,纺织品一般使用染料染色，但是这种染色制品其色调是单一的。为了获得色彩绚丽的图案，就要使用印花技术。传统的印花技术非常复杂，如：筛网印花和滚筒印花。,筛网印花,圆网印花,喷墨印花,第二代喷墨打印墨水,上世纪90年代后期市场上开始出现了第二代喷墨打印墨水，因所用的着色剂为水不溶性的颜料，故也有人称之为颜料型墨水。,因颜料是水不溶的，所以它的耐水性能要优于染料且不易受天气影响，但是正因为颜料不是溶解于水而是分散于水中，它与水组成的液体不是溶液而是一种分散体，因而从热力学上说，颜料型墨水是不稳定的，长时间储存就可使墨水中的颜料颗粒粒径增大，从而造成喷嘴堵塞。为了保证不堵塞喷嘴，所用的颜料必须经过严格的细化加工，一般是先通过机械研磨，再通过高压均质泵处理，最后还要通过一定孔径的膜过滤（一般称作纳滤）。因为细小的固体颗粒具有较大的表面自由能，所以它们很容易自发地发生凝聚或团聚。因此在对颜料进行研磨时，就要在其内加入适当的表面活性剂（分散剂）。颜料的颗粒直径对喷墨墨水体系的稳定性有很大影响。当粒子较大时，运动速度降低。大颗粒比小颗粒的比表面积小，形成的双电层的面积也小，不利于产生足够的排斥力。另外，根据斯托克斯定律，在重力场中颗粒的沉降速度与颗粒直径的平方成正比。所以，颗粒越大，沉降速度越高，容易使体系受到破坏。要提高墨水的储存稳定性，颜料颗粒应控制在0.5以下。同时由于小颗粒有着比大颗粒更大的溶解度，所以要使分散体稳定，其内的颗粒粒径分布要窄，以免小颗粒溶解后在大颗粒的边缘再生长出来。,影响墨水应用性能的一些因素,第二代喷墨打印墨水的制备,喷墨打印墨水的发展,冰染染料的染色原理,这种思路既解决了水溶性染料要除盐的问题，又解决了染料的应用牢度问题，还解决了有机颜料需要磨细和纳滤的问题。只是到目前为止，符合这样要求的重氮盐（色盐）尚未找到，所以就需要开发新一代的、稳定的重氮盐。我们曾经开发了一种如下结构的、稳定性的重氮盐：,它是一种稳定的重氮盐，可以以固体的状态长时间存放，在水中也有适量的溶解度。,暂溶性颜料,颜料是不溶性的，既不溶于水也不溶于应用介质。这样会在使用过程中带来一些麻烦。有些颜料（尤其是有机颜料）分子中含有亚氨基，于是有人想到用一种试剂（例如二碳酸叔丁酯，俗称BOC酐）与该亚氨基反应，反应的结果是在颜料分子上引入了有助于其溶解在有机溶剂的基团（碳酸叔丁酯），成了一种可溶于有机溶剂的衍生物，见下式：,这种衍生物对热不稳定，在一定温度下加热此化合物，可使该取代基脱落，重新成为原来不溶性的颜料：,可以这样设想，选择自己所需要色光和牢度的有机颜料分子（当然含有亚氨基），在制造墨水用的有机溶剂中与BOC酐反应，反应结束后，通过简单的过滤，去掉不溶性的物质就得到喷墨打印墨水原液，再加入各种助剂后，就成为墨水。,这个过程比起对颜料的研磨过程要简单得多，此时由于颜料全部溶解于溶剂，以分子状态存在，所以不存在细度问题，得到的溶液也非常稳定，不会有固体析出或絮凝。将其喷射到底物（例如：织物）上，形成所期望的图案，再送入烘焙室，在某个温度受热一段时间后则BOC取代基脱落，这样留在底物上的就是原先的颜料。,由于目前BOC酐的价格比较昂贵，所以若用于普通的办公文件打印则可能成本过高。但是若用于某些画报的打印，则不存在成本的问题。用于个性化的纺织品印花就更不是问题了。,应用领域的发展,印制电路板（Printing Circuit Board，简称 PCB）常规制造工艺是铜箔蚀刻法，也称减成法。它是用覆铜箔层压板为基板，经网版印刷或光致成像形成抗蚀线路图形，由化学蚀刻得到电路；若是双面或多层PCB还要进行孔金属化与电镀，实现层间电路互连。因PCB制造工艺复杂、工序多，要耗用大量的水与电，也会耗用许多铜与其他化学材料，故会产生大量的废水和污染物。,电子设备的发展趋势是多功能、小型化、环保型和低成本，这就相应要求为其配套的PCB高密度、轻薄化、环保型和低成本。显然，传统的PCB工艺和产品难以达到新一代要求。,日本、韩国以及我国台湾等地正在兴起一项PCB技术革命-印制电子（Printed Electronic）或印制电子电路（PEC：Printed Electronic Circuit），也称为加