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用。然而，分散在油墨中的功能材料的沉降風險限制了其進一步實施。

氧化鉻 (Cr2O3) 是一種高性能耐火、耐磨、耐腐蝕無機材料，可用于模擬綠葉的太陽光譜反射特性以達到目的。應用以 Cr2O3 為顏料的噴墨打印技術(shù)可以顯著簡化從設計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道，因為基于金屬氧化物顆粒的墨水分散穩(wěn)定性差，容易結(jié)塊和沉淀，導致打印時噴嘴堵塞。

在顏料油墨制備的步驟中，顏料被研磨至納米級并使用如樹脂、分散劑等助劑分散到溶劑中（自上而下的方法）。該類油墨沉降的風險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，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 實驗結(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）的光學圖像。（d）球磨Cr₂O₃油墨（紅色虛線）和膠體Cr₂O₃油墨（藍色點線）的不穩(wěn)定性指數(shù)。

橫坐標對應樣品管的位置，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。隨著實驗的進行，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，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（藍色點線）的不穩(wěn)定性指數(shù)，該指數(shù)的值是一個介于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時不穩(wěn)定指數(shù)約為1，體系分離*，等效的自然時間約為 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下可在約1年的時間內(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，該實驗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險，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。