中國納米水性油墨的研發技術(三)

第一防腐

納米TiO2是由晶體組元和界面組元構成的晶體組元由晶粒中的Ti和O原子組成，這些原子都嚴格位于晶格位置上；界面組元由處于各晶粒之間的界面原子組成，這些原子由超微晶粒的表面原子轉化而來。超微晶粒內部的有序原子與超微晶粒的界面無序原子各占50％。假定納米TiO2晶格組元的平均晶粒尺寸為6nm，界面的平均寬度為2nm，則經推算納米TiO2晶體單位體積的界面面積高達500m2／cm3，單位體積所含的界面數目為1019個／cm3。可見納米TiO2晶體具有十分奇異的表面結構。在這種表面結構中，Ti原子缺少O原子的配位，使納米處于嚴重的缺氧狀態，造成表面存在大量的懸鍵，導致納米表面具有很高的活性。納米TiO2光學性質、光化學性質以及電化學性質就是這種高活性的表現。

1.2.2.3納米TiO2對油墨性能的改進[5、23]

納米TiO2粒徑只有普通鈦白粒徑的1／10左右，即1~100nm，對入射可見光基本無散射作用，具有很強的屏蔽紫外線能力和優異的透明性，所以又稱透明二氧化鈦。它在光學、力學、電學、催化等方面表現出獨特的性能，作為一種新型材料已廣泛應用于化妝品、食品包裝材料、耐久型塑料薄膜、木器防潮濕、潤滑劑、精細陶瓷、催化劑、電子、涂料等領域。例如將納米TiO2和云母珠光顏料并用時，作為效應顏料可以產生十分迷人的精美雙色效應，這種效應顏料的神秘色彩和獨特的光學性能，很受油墨商的歡迎。

1．作為顏料的納米二氧化鈦對油墨性能的改進

用納米二氧化鈦可制作隨角異色效應的油墨或涂料。隨角異色效應油墨，就是從不同角度觀察墨膜，可以看到不同顏色的墨層，又叫視角閃色效應。該油墨是將納米TiO2與A1粉等混合而制備的，會產生隨角異色效應。產生這種效應的原因，一般認為是納米TiO2一方面具透明的性質，可以讓可見光透過；另一方面又對可見光有一定程度的遮蓋。這樣，透射光在Al粉表面反射了納米TiO2粒子表面反射的光，自然光的連續反射產生了不同的視覺效果。將這種油墨印刷到金屬、塑料等基材的表面，由于隨角異色效應，會產生豐富的顏色變化，顯得現代、氣派，極富裝飾效果。所以納米TiO2在商標印刷油墨、高檔汽車涂料、特種建筑涂料等行業具有很大的應用市場。

2．納米TiO2制作有防護功能的承印物

紫外線是太陽光的重要組成部分，其能量約占日光總能量的6％。人們越來越多地發現紫外線輻射的危害，如可以使人皮膚紅腫，出現水皰，對皮膚細胞具有極強的穿透力等。紫外線能夠使塑料、合成樹脂、有機玻璃等合成材料中的高分子鏈斷而降解，導致老化，使涂層或墨層變色粉化。如何在印刷墨層或裝飾涂膜之上或使其本身具有抗老化作用是人們關注的問題。

納米TiO2、ZnO2、A12O3、SiO2、Fe2O3等，都是優良的抗紫外線吸收劑，用在有機涂料或油墨中，能明顯地提高油墨的抗老化性能。如納米Al2O3這類無機納米材料具有很好的流動性，若加入油墨中可以大大提高墨膜的耐磨性。納米TiO2是永久性的紫外線吸收劑，將其加入到丙烯酸樹脂油墨中，少量的納米TiO2就能使紫外線透過率顯著降低。如納米TiO2含量0.5％時，紫外線透過率降低到50％以下，納米TiO2含量5％時，紫外線透過率降低到30％以下，這種涂料具有良好的紫外線防護功能。

1.2.3納米級SiO2在油墨中的應用

納米級SiO2是無定型白色粉末體，其表面有不飽和的殘鍵及不同鍵合狀態的羥基，其分子狀態呈三維鏈結構。

一般地，表面相互聚集的氫鍵之間的作用力不強，較易以剪切力加以分開。然而，這些氫鍵會在外部剪切力消除后迅速復原，因此使其結構迅速重組，這種依賴時間與外力作用回復原狀的剪切力弱化反應稱為觸變性。觸變性反應是納米SiO2使傳統油墨各項性能提高的主要因素。

納米SiO2是表面帶有羥基的超微細粉末，粒徑小于100nm，通常為20~60nm，化學純度高，分散性好，比表面積大。在化學工業中，又叫白灰黑，是目前世界上大規模工業化生產的產量最高的一種納米粉體材料。納米SiO2為無定型白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料。納米SiO2屬于精細化工產品，具有導電性，對靜電具有很好的屏蔽作用，防止電信號受到外部靜電的干擾，若把它加入油墨就可以制成導電油墨，如大容量集成電路，現代接觸式面板開關等。

當前國產油墨普遍存在著性能方面的不足，諸如懸浮穩定性、觸變性較低的問題，致使每年需進口大量高檔油墨。納米SiO2可提供防結塊、乳化、流化性、消光性、支持性、懸浮、增稠、觸變性等功能。

1.2.4通用納米粉體材料CaCO3

CaCO3是一種普通的無機填料，廣泛應用于紙張和油墨中。平均粒徑小于100nm的CaCO3稱為納米CaCO3。依據其顆粒大小，有不同的應用對象。

納米CaCO3不僅可以起到增白、擴容、降低成本的作用，還具有用于油墨補強作用。納米CaCO3表面有許多羥基，屬于親水疏油性物質。同時由于粒徑大小，比表面能很大，易于團聚，造成分散差，直接應用效果不太好，因此，有必要對納米CaCO3表面進行改性，提高粉體的親油性，防止粉體的團聚性，提高粉體分散性。用于納米CaCO3的表面改性劑有無機改性劑和有機改性劑兩種，如縮合磷酸、鈦酸酯等都是有效的表面改性劑，能夠改善CaCO3粉體的加工性能和物理機械性能，通過形成不可逆的化學鍵作用，可明顯地提高CaCO3粉體的物理穩定性，在油墨的使用中，具有良好的分散性。

納米CaCO3根據其顆粒大小，有不同的應用對象。粒徑為80~100nm的納米CaCO3用于高檔塑料制品及普通油墨；粒徑為15~30nm的納米CaCO3用于高檔油墨、高檔橡膠制品及轎車漆。