用于噴墨打印的具有長期分散穩(wěn)定性的 Cr2O3 基油墨的一步制備

1 前言

功能材料的噴墨打印在廣告、OLED 顯示器、電子印刷和其他需要高精度、無掩模、直寫沉積技術(shù)的專業(yè)用途中顯示出廣泛的應(yīng)用。然而，分散在油墨中的功能材料的沉降風(fēng)險(xiǎn)限制了其進(jìn)一步實(shí)施。

氧化鉻 (Cr2O3) 是一種高性能耐火、耐磨、耐腐蝕無機(jī)材料，可用于模擬綠葉的太陽光譜反射特性以達(dá)到目的。應(yīng)用以 Cr2O3 為顏料的噴墨打印技術(shù)可以顯著簡化從設(shè)計(jì)到涂覆新迷彩圖案的過程并降低成本。然而，Cr2O3 的噴墨打印卻顯見報(bào)道，因?yàn)榛诮饘傺趸镱w粒的墨水分散穩(wěn)定性差，容易結(jié)塊和沉淀，導(dǎo)致打印時(shí)噴嘴堵塞。

在顏料油墨制備的步驟中，顏料被研磨至納米級(jí)并使用如樹脂、分散劑等助劑分散到溶劑中（自上而下的方法）。該類油墨沉降的風(fēng)險(xiǎn)主要是由于固體顏料顆粒在系統(tǒng)中是人為分散而不是原位生成造成的。為了克服這個(gè)問題，該論文提出了自下而上制備顏料油墨，通過控制生長反應(yīng)，從而可以一步原位制備具有長期分散穩(wěn)定性的油墨。

2 樣品和測試

2.1 樣品：傳統(tǒng)法自上而下制備的球磨Cr2O3油墨，一步低溫溶劑熱法自下而上制備的膠體Cr2O3油墨（如Fig.1）。

Fig.1 膠體Cr2O3油墨

2.2 測試條件：LUMiSizer，4000rpm，25℃ ，5h

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Fig.2（a）球磨Cr₂O₃油墨和（c）膠體Cr₂O₃油墨的透光率圖譜。（b） 離心后球磨Cr₂O₃油墨（左）和膠體Cr₂O₃油墨（右）的光學(xué)圖像。（d）球磨Cr₂O₃油墨（紅色虛線）和膠體Cr₂O₃油墨（藍(lán)色點(diǎn)線）的不穩(wěn)定性指數(shù)。

橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)樣品管的位置，左邊是樣品管的頂部，右邊是樣品管的底部；縱坐標(biāo)是透光率數(shù)值。譜線從初始譜線（紅色）到結(jié)束譜線（綠色）隨著時(shí)間的變化過程。Fig.2(a)中球磨Cr2O3油墨具有較低的初始透光率（接近2%），且未觀察到明顯的相分離界面。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，樣品頂部的透光率逐漸增加到90%，并且相界面由左向右移動(dòng)，最終穩(wěn)定在128mm處，直至測試完成，模擬了從均相到*分離的全過程。相比之下，在Fig.2(c)中，膠體Cr2O3油墨的圖譜在測試過程中相對(duì)穩(wěn)定。測試完成后的樣品如Fig.2(b)所示。從以上結(jié)果推測，從這些結(jié)果可以看出，該膠體Cr2O3墨水在1年內(nèi)避免沉淀并保持其均勻性。

Fig.2(d)顯示了球磨Cr₂O₃油墨（紅色虛線）和膠體Cr₂O₃油墨（藍(lán)色點(diǎn)線）的不穩(wěn)定性指數(shù)，該指數(shù)的值是一個(gè)介于0（非常穩(wěn)定）和1（非常不穩(wěn)定）之間的數(shù)。球磨Cr₂O₃油墨在大約4000s時(shí)不穩(wěn)定指數(shù)約為1，體系分離*，等效的自然時(shí)間約為 100 天。然而，膠體墨水在1年多的模擬過程中具有不穩(wěn)定性指數(shù)幾乎為0。

4 結(jié)論

通過該一步低溫溶劑熱法制備的膠體Cr2O3油墨在等效自然沉降試驗(yàn)下可在約1年的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，由乙醇和乙酰丙酮封端的非晶型Cr2O3顆粒時(shí)形成均勻穩(wěn)定膠體分散體的主要原因。與傳統(tǒng)的自上而下制造工藝相比，該實(shí)驗(yàn)使用的一步自下而上制備方法降低了顏料印刷油墨沉淀的主要風(fēng)險(xiǎn)，為制備具有長期分散穩(wěn)定性的金屬氧化物基顏料油墨提供一種通用方法。