幾種特殊絲印油墨介紹

文 肖永清

幾種特殊絲印油墨介紹

文 肖永清

絲印作為印刷設備行業(yè)中的一大特色產(chǎn)業(yè)，在印刷行業(yè)中有著舉足輕重的地位。絲網(wǎng)印刷是所有印刷方式中最古老的，憑借承印材料廣泛、油墨選擇寬廣、在現(xiàn)代所有的印刷方式中油墨厚度傳遞最好等特點，在近年的印刷市場上持續(xù)預熱。隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展及人們對印刷產(chǎn)品的更高需求，科研人員不斷開發(fā)出適用于不同印刷領域的特種油墨，下面介紹幾種發(fā)展前景良好的特種油墨。

石墨烯導電油墨

導電性油墨是指印刷在非導電承印物上，使之具有傳導電流和排除積累靜電荷能力的油墨，一般是印在塑料、玻璃、陶瓷或紙板等非導電承印物上。印刷方式很多，如絲網(wǎng)印刷、凸版印刷、柔性版印刷、凹版印刷和平板印刷等均可采用?？筛鶕?jù)膜厚的要求選用不同的印刷方法，膜厚不同則電阻、阻焊性及耐磨擦性等亦各異。導電油墨按其結(jié)構(gòu)不同可分為結(jié)構(gòu)型和填充型兩類，目前應用于電子行業(yè)的導電油墨主要是復合型導電油墨，所用的導電填料一般為無機填料，如金、銀、銅、鎳、炭黑、石墨、碳纖維等，而連結(jié)料樹脂通常選用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。其中環(huán)氧樹脂因性能優(yōu)良及原料廉價易得而在導電聚合物中廣為應用，但也存在粘度大、脆性大、彈性小、耐沖擊性差等缺點，所以有必要對其改性增韌?；ゴ┚酆衔锞W(wǎng)絡（IPN）是聚合物改性的新領域，使聚氨酯和環(huán)氧樹脂復合、共混形成IPN體系，是近年來研究較多的課題。IPN結(jié)構(gòu)可通過強迫互容與協(xié)同效應使聚氨酯的高彈性與環(huán)氧樹脂的良好耐熱性與粘接性有機結(jié)合在一起，以取得良好的增韌效果。以端異氰酸酯聚氨酯為增韌劑，通過端異氰酸酯基與環(huán)氧樹脂上的仲羥基反應，在環(huán)氧樹脂上引入柔韌性的醚鍵，從而改善環(huán)氧樹脂的韌性，并用改性后的環(huán)氧樹脂加入導電填料制得導電油墨。在其應用方面它可應用在柔性電路和RFID上。柔性電路是實現(xiàn)電子信息產(chǎn)品多功能化、集成化、小型化和低成本的關鍵部件。隨著電子產(chǎn)品與設備向輕、薄、小、低成本、多功能、高可靠性等方向發(fā)展，柔性電路的用量越來越大，利用導電油墨或?qū)щ娔ㄟ^印刷或打印的方式，在柔性絕緣基板上形成導電線路引起了廣泛關注。通過檢測表明改性環(huán)氧樹脂基導電油墨有良好的附著力，印制的導電線路抗彎折性達到10000次，滿足柔性印要求。

使用石墨印刷電路板并不是什么新技術(shù)，但現(xiàn)在是研究人員找到一種新方法，該方法可以用于生產(chǎn)消費級噴墨打印機。通過一臺愛普生Stylus 1500，搭配S020049墨盒，在一個硅膜上生產(chǎn)了一個電路，并且其成本遠遠低于普通的工業(yè)生產(chǎn)成本。該裝置的真正創(chuàng)新在于其所使用的獨特“墨水”。研究人員通過創(chuàng)造了一種叫NMP的溶劑，來增大石墨片大小，并且所生產(chǎn)出的液體不會堵塞打印機。通過使用這種技術(shù)成功地打印出膜晶體管——一種構(gòu)成OLED和LCD顯示器以及數(shù)碼相機中所使用的CMOS和CCD成像傳感器的基礎組件。該研究表明，這項技術(shù)可以用以生產(chǎn)靈活、透明的電路，制造成本遠低于現(xiàn)有生產(chǎn)方法。如若這項研究最終獲得成功，未來的柔性電子產(chǎn)品價格將會更加合理。

石墨烯油墨打印出高導電柔性電極可用于生產(chǎn)低廉、大幅、可折疊精美細致電子設備。據(jù)日前報道，美國西北大學材料科學與工程學院研究人員使用含有微小石墨烯薄片油墨，以噴墨打印模式，打印出導電性能提高250倍、折疊時電導率僅有輕微下降的柔性電極，未來有可能生產(chǎn)低廉、大幅、可折疊且精美細致的電子設備。噴墨打印可低成本、大面積地打印出柔性基底，是生產(chǎn)電子元件的一個有吸引力的方法。先前的研究已經(jīng)噴墨打印出晶體管、太陽能電池、發(fā)光二極管、傳感器等各種元器件，但打印高導電電極仍然是一個挑戰(zhàn)，因為其要求非常精細的分辨率。而新研究轉(zhuǎn)向具有高導電性、化學性穩(wěn)定的石墨烯，希望石墨烯可作為油墨打印出電極。在智能包裝和印刷電子市場，銀漿和銅漿導電油墨已經(jīng)占據(jù)主導地位，但在近年，石墨烯導電油墨開始產(chǎn)生影響力，并為市場帶來新的希望。

石墨烯打印最重要步驟之一是獲得大量的石墨烯，通過剝離生產(chǎn)純凈石墨烯的方法中通常使用的溶劑和表面活性劑會留下殘余物，從而降低其導電率。另一個問題是，小的石墨片對印刷穩(wěn)定性的要求很高，且其大量片狀交界處也降低了導電性。為克服這些問題，研究人員開發(fā)出一種新方法，可在室溫中使用乙醇作為溶劑和乙基纖維素作為穩(wěn)定的表面活性劑，乙醇和乙基纖維素都不會產(chǎn)生殘留物。新方法產(chǎn)生出的石墨烯黑色粉末中石墨烯薄片的尺寸約為50nm×50nm，厚度約為2nm。雖然這種小片狀尺寸的石墨烯間會有無數(shù)雪花狀的連接，但與其他表面活性劑相比，乙基纖維素聚合物的高穩(wěn)定大大減少了薄片之間的電阻。研究人員把石墨烯黑色粉末分散到溶劑中創(chuàng)建液體墨汁，發(fā)現(xiàn)石墨烯油墨在印刷中表現(xiàn)出優(yōu)良的形態(tài)和導電性，打印的精確模式很適合印刷電極。他們還以聚酰亞胺為基板評估了石墨烯油墨的機械性能，發(fā)現(xiàn)油墨的導電性能很高，即使基板發(fā)生很大彎曲甚至開始出現(xiàn)裂痕，導電性仍維持不變。當他們將基板折疊該油墨的導電性僅減少了5%。機械性能試驗表明，石墨烯油墨在未來可被用于生產(chǎn)折疊式電子設備。石墨烯導電油墨具有優(yōu)異的導電性能，同時也具有銀漿導電油墨不具備的其他優(yōu)勢，如價格更低，更柔軟——材料可以褶皺或彎曲而不會影響到性能。正因為具有非常突出的優(yōu)勢，石墨烯導電油墨將成為導電油墨市場一個新的生力軍。

從本質(zhì)上講，所有的電子設備和電路需要高導電性和高解析度的電子接點和互連。因此，石墨烯油墨有可能影響到很寬廣的應用范圍，特別是柔性電子產(chǎn)品、折疊式電子設備。這些類型的電子設備的應用包括智能電話、平板電腦、平板顯示器和太陽能電池。未來的重點是把石墨烯打印用于電子設備和電路的組裝之中，包括上面列出的應用領域中的各種產(chǎn)品。

石墨烯油墨是一類由功能化石墨烯、連接料、助劑和溶劑等組成的具有導電等特殊功能的油墨產(chǎn)品，具有導電性能優(yōu)異、圖案質(zhì)量輕、印刷適性好、固化條件溫和以及成本低廉等優(yōu)勢，可在塑料膜、紙張及金屬箔片等多種基材上實現(xiàn)印刷。與現(xiàn)有的納米金屬導電油墨相比，石墨烯油墨具有巨大的成本優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的碳基導電油墨產(chǎn)品相比，石墨烯油墨在導電性能方面又具有顯著的優(yōu)勢。石墨烯油墨適用于網(wǎng)印、凹印、柔印、膠印和噴墨印刷等方式，可應用于印刷線路板(PCB)、射頻識別(RFID)、顯示備、電極傳感器等方面，能潛在應用于有機太陽能電池、印刷電池和超級電容器上面。因此石墨烯油墨有望在射頻標簽、智能包裝、膜開關、導電線路以及傳感器等下一代輕、柔性電子產(chǎn)品中得到廣泛應用市場前景巨大。

納米印刷

納米印刷即納米圖像印刷技術(shù)，是一種新型的壓印轉(zhuǎn)印技術(shù)，由美國普林斯頓大學電機系華裔教授周郁發(fā)明的，它融合了納米技術(shù)、精細加工技術(shù)、接觸印刷技術(shù)、界面科學及新材料等諸多學科的精華，運用納米制造學原理，通過原子、分子級別的轉(zhuǎn)移而獲取超精細圖形的加工技術(shù)。它不需苛刻的加工環(huán)境要求，也不需要嚴格的條件控制（如恒溫、恒濕、高真空度等），就能高精度地加工出各種納米凹凸圖形來，且可大批量、低成本地制作此類產(chǎn)品。

納米圖像印刷技術(shù)，說到底是一種新型的壓印轉(zhuǎn)印技術(shù)，它將被廣泛用于納米凹凸圖形的加工制作。納米圖像印刷技術(shù)就是將具有納米凹凸圖像的模具作“印版”，用預先涂有聚合物涂層的硅片或玻璃片等作基板，在相應的設備和器具配合下，通過精確壓印并定型以后，再把模具與基板分離開來。這時人們會發(fā)現(xiàn)，存在于模具表面的納米凹凸圖像便準確無誤地被轉(zhuǎn)印到基板表面的聚合物膜上了。這個被轉(zhuǎn)印出的圖像與模具表面的凹凸圖形大小相等，深淺一致。但形狀正好相反，即前者的凸起處恰是后者凹下去的地方，反之亦然。我們把這種利用印刷壓模的原理轉(zhuǎn)印出具有納米凹凸圖形的技術(shù)，叫做納米圖像印刷技術(shù)。

納米印刷摒棄了傳統(tǒng)感光成像思路，無需暗箱操作而且制版流程簡單，不僅消除了環(huán)境的污染同時大大降低了成本，并且使圖文質(zhì)量大幅提高。該技術(shù)吸納了納米技術(shù)、精細加工技術(shù)、接觸印刷技術(shù)、界面科學及新材料等眾多科學技術(shù)之精華，并深入研究才開發(fā)出來的。

納米技術(shù)其實就是一種用單個原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。它屬于一門交叉性很強的綜合學科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領域。所以當納米遇到印刷就引發(fā)了強烈的“化學反應”。印刷摒棄了傳統(tǒng)感光成像思路，無需暗箱操作而且制版流程簡單，這就是所謂的納米圖像印刷技術(shù)。在印刷業(yè)，細節(jié)的表現(xiàn)能力是判斷印品質(zhì)量的重要標準之一，這就為納米技術(shù)的潛在應用提供了可能。實際上從drupa 2012展會來看，蘭達公司展示的所謂的“納米印刷技術(shù)”其實是展會上最引人矚目的一項數(shù)字印刷新技術(shù)。納米印刷機集成了數(shù)字印刷靈活性強以及傳統(tǒng)膠印高效率和經(jīng)濟性的特點，不但能達到較高的生產(chǎn)效率，而且能與印刷企業(yè)已有的工作環(huán)境進行無縫銜接。

納米圖像印刷技術(shù)作為一門實用性很強的應用技術(shù)，它在納米電子器件、納米光學元件、納米技術(shù)中可以用來制造更先進的電腦芯片的納米線。在醫(yī)學上納米印刷技術(shù)可以用繪圖形式來表現(xiàn)病人體內(nèi)癌細胞的準確位置。納米印刷技術(shù)能夠廣泛地采用各種高分子有機材料制造微米乃至納米尺寸的器件。該技術(shù)發(fā)展非常迅速，目前已經(jīng)可以達到小于10nm的水平。其應用范圍非常廣泛，包括顯微鏡頭、微射流元器件以及未來幾個工藝時代的主流芯片生產(chǎn)，另外該技術(shù)在制造高密度磁性記錄器件方面也具有很大的潛力。隨著科學的發(fā)展，從生物醫(yī)學到信息技術(shù)領域都要求所使用的元器件的體積不斷縮小、復雜性不斷增加，這些要求激勵著科學家們努力朝著具備高分辨率、高通量的納米印刷技術(shù)方向進行研究。

熱壓印納米圖像印刷工藝簡稱熱壓印工藝。它是在微納米尺度獲得并行復制結(jié)構(gòu)的一種成本低而速度快的方法，僅需一個模具，完全相同的結(jié)構(gòu)可以按需復制到大的表面上。在基板上涂布熱可塑性樹脂，當基板溫度升高至105℃以上時，樹脂就變得柔軟而富于可塑性。這時把模具壓印在基板的樹脂膜上，樹脂被擠壓并完全填滿模具與基板間的所有縫隙。當溫度冷卻并重新返回其玻璃化溫度以下時被擠壓成型的樹脂膜就固化定型。取出模具納米凹凸圖像就被轉(zhuǎn)印到基板的樹脂膜上了。我們把這種熱壓印、冷定型的圖像轉(zhuǎn)印工藝稱為熱壓印納米圖像印刷工藝。熱壓印法的工藝過程分壓模制備、壓印過程、圖案轉(zhuǎn)移。熱壓印納米圖像印刷工藝特點具有工藝簡單，可大批量加工產(chǎn)品；在大面積基板上能制作出各部位都均勻的納米凹凸圖像；模具與基板在壓印中的定位精度不夠高，另外，在圖像轉(zhuǎn)印過程中，由于熱膨脹、冷收縮的原因，圖形的轉(zhuǎn)印精度也不很理想，因此，常常在圖像精度沒有太高要求的領域而獲得應用；因在圖像熱壓轉(zhuǎn)印中，加熱與冷卻的時間較長，高效率地轉(zhuǎn)印圖像較困難；在基板上既可制作單層，也可制作多層納米結(jié)構(gòu)圖形。

納米圖像印刷技術(shù)之所以引人注目，是因為該技術(shù)與傳統(tǒng)精細加工不同，它既無需苛刻的加工環(huán)境要求，又無需嚴格的條件控制，就能高精度地加工出各種納米凹凸圖形來。并且還可大批量、低成本地制作此類產(chǎn)品。納米圖像印刷技術(shù)作為一門實用性很強的應用技術(shù)，它在納米電子器件、納米光學元件、納米生物傳感器及其他具有納米結(jié)構(gòu)的功能圖形制作方面，將顯現(xiàn)出其獨特的技術(shù)優(yōu)勢。今天，人們也毫不懷疑納米圖像印刷技術(shù)，將為IT與微電子產(chǎn)業(yè)、生物與生命科學、環(huán)境與新能源技術(shù)等領域的加速發(fā)展帶來重大的影響。

生物降解油墨及環(huán)保水性油墨

地球環(huán)境的惡化程度已經(jīng)開始威脅到了人類的生活環(huán)境，就減輕地球環(huán)境負擔而言，油墨生產(chǎn)廠商能夠采用生物降解的凹印油墨。塑料在自然環(huán)境下進行廢棄處理，會使其積聚在自然界中，而作燃燒處理的話，又會伴隨產(chǎn)生導致全球變暖的二氧化碳氣體，從而引起一定環(huán)境問題。生物降解的機制受環(huán)境影響，雖然不能用一種情況對之加以概括說明，但都可通過微生物的酶使之降解。可降解性聚合體（基質(zhì)）并非采用任何微生物都會降解，它取決于微生物的特殊性。目前，可通過微生物的作用加以降解，可融入到自然界物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中的生物降解性塑料正備受關注，并即將進入普及階段。采用源自于植物原料而生產(chǎn)的生物降解性塑料，由于可以解決石油資源有限這一問題，作為可持續(xù)使用的循環(huán)材料而備受關注。

日本在塑料薄膜上印刷所采用的印刷方式主要是凹印。在印刷中使用的凹印油墨用途廣泛，基本上是由著色劑(顏料)、展色料（展色料=樹月旨+溶劑）和添加劑（助劑）三種成分組成。在上述組成成分中加入生物降解樹脂，即定義為生物降解性凹印油墨。用生物不可降解性凹印油墨印刷的印刷品，即使置于有利于生物降解的環(huán)境下，也不會出現(xiàn)形狀變化、重量減少等情況，因此可以預測出其在自然環(huán)境下的堆肥化設備中也不會降解，從而成為一大問題。

作為著色劑而使用的顏料是1μm以下的生物不可降解性顆粒，目前已得到證實，這種顏料有時會推遲油墨中樹脂的生物降解性?？梢酝茢?，這是由于印刷的油墨層是由以顏料為核心的樹脂聚合體干燥物形成皮膜，從而妨礙數(shù)“微生物的運動，因顏料而產(chǎn)生了抗菌作用的緣故。聚異氰酸鹽是作為油墨的粘附、耐印性等方面的改良劑而使用的，但在油墨中添加了聚異氰酸鹽而印制的印刷品其生物降解性會推遲發(fā)生，而添加量多的話則不具備生物降解性了。生物降解性塑料薄膜已應用到包裝、標簽、農(nóng)業(yè)等諸多方面。盡管印刷油墨的樹脂在燃燒過程中所產(chǎn)生的碳酸氣體量非常低，但還是會對環(huán)境造成負擔，這就要求我們堅持不懈地作出周密細致的努力來應對這一切。

環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當今世界的生產(chǎn)主題，環(huán)保油墨性能的改進給印刷和包裝行業(yè)注入了新的活力，無論是水性油墨、可降解油墨還是UV固化油墨，這些環(huán)境友好型產(chǎn)品都將為印刷包裝行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。隨著包裝行業(yè)不斷努力降低自己的環(huán)境影響力，水性油墨和印刷技術(shù)的使用也在不斷增加。各國政府紛紛通過法律法規(guī)的形式對油墨的成分做出了限制，例如歐盟出臺了針對包裝可堆肥性標準。盡管這些標準目前還不會對中國等重要制造業(yè)大國產(chǎn)生制約，但它們已經(jīng)給這些國家的包裝企業(yè)帶來了一定壓力，并促進了水性油墨技術(shù)在亞太地區(qū)的發(fā)展。隨著相關規(guī)定的日益嚴格和公眾環(huán)保意識的增強，環(huán)保產(chǎn)品的市場需求將不斷增長。因此，水性油墨市場在最近幾年經(jīng)歷了持續(xù)的增長，并有望繼續(xù)保持增長。油墨化學和印刷技術(shù)的進步為高性能和環(huán)保印刷技術(shù)的誕生作出了巨大的貢獻。雖然它們不會直接催生最環(huán)保的印刷方式，但這些技術(shù)能在幫助企業(yè)實現(xiàn)環(huán)保目標的同時確保印刷質(zhì)量不受影響。UV柔印技術(shù)在印刷包裝市場上的應用不斷擴大，即便是在敏感的包裝領域，也得到用戶的認可。通過覆膜保護表現(xiàn)，從而避免與食物的接觸，最大限度地降低UV油墨污染食品的可能性。除了UV固化以外，電子束技術(shù)也常被用來對無溶劑油墨進行干燥。這項技術(shù)的支持者們認為，電子束的固化效果要好于UV，但它較高的成本和復雜的技術(shù)也是妨礙其在包裝市場上不斷擴大市場份額的主要原因。在所有水性油墨中，生物降解油墨是最受包裝領域歡迎的。因為它的成本效益較高，而且更便于人們對紙張進行回收。

隨著技術(shù)的不斷進步，可生物降解油墨將成為可降解包裝理念中的一個重要組成部分。環(huán)保型油墨技術(shù)的發(fā)展總是要經(jīng)歷一個漫長而曲折的過程，現(xiàn)在所使用的技術(shù)主要是用來改善印刷流程的可持續(xù)性，而且它們對印刷質(zhì)量也有了很大提升。隨著技術(shù)的不斷革新，它們在環(huán)保方面的潛力也將不斷被釋放出來。在這個所有企業(yè)都不愿意為環(huán)保而影響印刷質(zhì)量的市場上，水性油墨無論是對整個行業(yè)還是環(huán)境都變得比以往更加重要。

水性印刷工藝已使用了幾十年時間，它能通過消除或減少對以石油為基礎的溶劑的使用來降低印刷過程中揮發(fā)性有機化合物的排放和能源的消耗量。此外，去掉油墨配方中的溶劑還能降低印刷行業(yè)對石油的依賴以及對高成本污染治理方案的需求。直到最近，水性油墨還被認為是不適合在食品包裝領域使用，因為它的干燥速度較慢，很難與食品領域中常用的非吸收性包裝材料相兼容。但水性柔印技術(shù)在近年來所取得的進步幫助人們擺脫了一定的限制。例如跨國企業(yè)富林特公司推出水性柔印油墨，采用了富林特專有的自交聯(lián)技術(shù)，能使墨膜在塑料等包裝材料相接觸時表現(xiàn)出更好的粘著性。這類技術(shù)創(chuàng)新為無溶劑印刷進入充滿挑戰(zhàn)的軟包裝市場奠定了基礎。很多成功的油墨技術(shù)都是與整體的包裝理念相輔相承的。以前的塑料薄膜無法使用打印機進行直接打印，因為塑料薄膜不能吸收水性墨水。施賴納公司找到了一種解決方法，在塑料薄膜表面使用了一種能夠吸水的涂層。使用水性墨水在這種材料上進行直接打印，干燥時間還不到1s。同時，這種材料可設計成在條碼薄膜再加一層保護膜的雙層結(jié)構(gòu)，從而保護標簽免受機械磨損、潮濕和腐蝕的損害。這表明，任何阻礙水性油墨向前發(fā)展的問題最終都會得到解決。隨著綠色環(huán)保呼聲的不斷高漲，可持續(xù)發(fā)展在包裝業(yè)備受關注，其重要性也日益突出。和包裝業(yè)一衣帶水的印刷和油墨市場對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展也更加重視。所以，新一代的環(huán)保油墨和印刷工藝不斷涌現(xiàn)，其中最有代表性的就是由印度油墨制造商EnNatura公司生產(chǎn)的有機生物降解油墨ClimaPrint。

結(jié)束語

總之，隨著絲網(wǎng)印刷應用領域的不斷擴大，許多新技術(shù)應運而生。當前包裝印刷市場增勢非常強勁，絲網(wǎng)印刷工藝只體現(xiàn)在包裝的表面，這是因為目前市場上銷售的商品琳瑯滿目，超市和商場的貨架儼然已經(jīng)演變成了品牌激烈競爭的“戰(zhàn)場”，先進的絲網(wǎng)印刷技術(shù)能使商品包裝變得更加栩栩如生，更能迅速吸引消費者的眼球，絲印工藝及其油墨創(chuàng)新技術(shù)具有廣闊的開發(fā)前景。未來絲網(wǎng)印刷市場，多元化、多層次、多樣式將是主流，而且家庭市場、個人市場逐漸成長也必將帶動市場的新變化。而對于印刷廠商來說，個性化的印刷方案和技術(shù)將是擴展市場的重要因素，未來印刷市場前景非常可觀，廠商想要在需求多樣化的市場中脫穎而出，絲印工藝及其油墨技術(shù)創(chuàng)新顯然成為關鍵。