噴墨墨水：種類多樣 前景廣闊

高少紅 胡旭偉

墨水作為噴墨技術(shù)的核心耗材，不僅決定了噴墨印刷的質(zhì)量，還決定了墨滴的形狀以及打印系統(tǒng)的可靠性。作為一種專用墨水，噴墨墨水要求具有性能穩(wěn)定、無(wú)毒、不堵塞噴嘴，且保濕性和噴射性好，對(duì)噴頭等金屬物件無(wú)腐蝕作用等優(yōu)點(diǎn)。由于噴墨墨水種類甚多，技術(shù)更新較快，筆者在此介紹幾種不同種類噴墨墨水的發(fā)展。

1.導(dǎo)電噴墨墨水

近年來(lái)，國(guó)際上興起了研發(fā)噴墨打印用納米導(dǎo)電噴墨墨水的熱潮。而導(dǎo)電噴墨墨水的出現(xiàn)也的確極大地推動(dòng)了噴墨打印在電子行業(yè)的應(yīng)用，為RFID天線和印刷電路板提供了一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的制造方式。

導(dǎo)電噴墨墨水必須具有以下特征：粒徑小于噴嘴直徑的十分之一，以減少堵塞噴頭的可能性；燒結(jié)溫度低，以適應(yīng)多種承印物；在非吸收性承印物上有良好的潤(rùn)濕鋪展性，以保證打印線條的均勻性和導(dǎo)電性；黏度低，符合噴墨頭的噴射要求；具有附著力高，電阻率低等特點(diǎn)。

根據(jù)導(dǎo)電材料的不同，導(dǎo)電噴墨墨水主要分為銀系、銅系和碳系（碳納米管、石墨烯）。其中，研究報(bào)道最多、應(yīng)用最成熟的是納米銀導(dǎo)電噴墨墨水，國(guó)內(nèi)外已有多家企業(yè)生產(chǎn)。其中，NanoMas公司的納米銀導(dǎo)電噴墨墨水的粒徑小于10nm，燒結(jié)溫度可降至70～150℃，適于印刷PI、PET、紙張等承印物。中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所采用納米銀導(dǎo)電噴墨墨水打印出的無(wú)芯片RFID標(biāo)簽天線，達(dá)到了13.56MHz高頻RFID標(biāo)簽的性能要求。

防氧化是制備銅系導(dǎo)電噴墨墨水的難題之一。中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所采用維生素C作為還原劑和修飾劑，獲得的膠體可在空氣中穩(wěn)定存放而不被氧化，為進(jìn)一步制備納米銅導(dǎo)電噴墨墨水打下了良好的基礎(chǔ)。

碳納米管導(dǎo)電噴墨墨水（CNTs）在近幾年發(fā)展較快，應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛。韓國(guó)順天大學(xué)與美國(guó)德克薩斯大學(xué)的課題組利用CNTs所具備的一次性充放電能力，將商品信息記錄在其中，將其打印到商品包裝上，以充當(dāng)芯片的作用，可將成本降低到3美分。該技術(shù)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)后，成本有望降低到1美分。拜耳材料科技公司（BMS）開(kāi)發(fā)的BayinkTPCNT碳納米管導(dǎo)電噴墨墨水，對(duì)聚合物薄膜及傳統(tǒng)的硬質(zhì)基材，如玻璃、硅和銦錫氧化物（ITO）具有較高的附著力，可提供高達(dá)5000S/m的電導(dǎo)率，無(wú)須進(jìn)行燒結(jié)，特別適合生產(chǎn)開(kāi)關(guān)和其他電子元件。

2.UV噴墨墨水

UV噴墨墨水因其承印物適應(yīng)性廣、可瞬間固化、墨層收縮率低等優(yōu)勢(shì)受到了越來(lái)越多企業(yè)的肯定，目前主要應(yīng)用于打印印刷電路板字符、打印包裝條形碼、噴繪廣告等方面。

UV噴墨墨水中不含有機(jī)溶劑，顏料顆粒極小，基本不會(huì)造成噴頭堵塞。但由于UV噴墨墨水中常用的活性稀釋劑——丙烯酸單體的毒性較大，對(duì)皮膚有強(qiáng)烈的刺激性，因此在某種程度上也限制了UV噴墨墨水的廣泛應(yīng)用。為了解決這一問(wèn)題，一方面，可以采用低黏度齊聚物部分替代，如烷氧基化丙烯酸功能單體；另一方面，可使用乙烯基醚類單體活性稀釋劑，因?yàn)槠浼饶馨l(fā)生自由基光固化反應(yīng)，又能進(jìn)行陽(yáng)離子光固化反應(yīng)，可降低UV噴墨墨水的刺激性。

此外，由于UV噴墨墨水中的小分子光引發(fā)劑容易揮發(fā)和遷移，導(dǎo)致光聚合效率低，從而在印品上會(huì)殘留難聞氣味，影響UV噴墨墨水在食品包裝中的使用。目前開(kāi)發(fā)出的高分子光引發(fā)劑具有良好的抗遷移作用和固化性能，且不會(huì)在印品上殘留難聞氣味，可用于食品包裝的印刷。

針對(duì)UV噴墨墨水墨膜深處及有色墨層無(wú)法充分固化的問(wèn)題，汽巴開(kāi)發(fā)出的?；讱浠铮˙APO）型光引發(fā)劑，在400nm紫外光下有很強(qiáng)的吸收峰，引發(fā)效率高，有利于墨層的深層固化，且固化后印品不泛黃。

3.熒光噴墨墨水

熒光噴墨墨水是在紫外光（200～400nm）等光源的照射下，能發(fā)出可見(jiàn)光（400～800nm）的特種墨水。用熒光噴墨墨水噴印后，只有用紫外光照射時(shí)，才會(huì)清楚看到光亮清晰、色彩鮮艷的圖文。當(dāng)紫外光停止照射后，圖文發(fā)光現(xiàn)象消失。不同于一般的噴墨彩色墨水，熒光噴墨墨水的呈色原理是色光加色法（additive mixture）。熒光噴墨墨水分為品、綠、青三種顏色，以不同的比例混合，幾乎可呈現(xiàn)自然界所有的顏色。目前，熒光噴墨墨水已得到了廣泛應(yīng)用，特別是在票據(jù)、證券、刮刮卡、商標(biāo)、書刊封面和煙酒包裝等領(lǐng)域。

美國(guó)皮特尼鮑斯股份有限公司研發(fā)的一種能夠產(chǎn)生深色可讀標(biāo)記的多相水性噴墨墨水，且同時(shí)可形成可見(jiàn)光和熒光圖像。日本SO-KEN公司展現(xiàn)了利用加色法成像原理的熒光噴墨墨水噴繪的彩色圖像的效果圖，極具藝術(shù)效果。

4.陶瓷噴墨墨水

陶瓷噴墨墨水的性能要求較高，首先，其顆粒度、黏度、表面張力、電導(dǎo)率、pH值要滿足噴墨打印的要求；其次，在陶瓷高溫?zé)七^(guò)程中，著色劑應(yīng)保持穩(wěn)定，且具有良好的呈色性和與坯釉的匹配性能，同時(shí)其著色劑還必須能在短時(shí)間內(nèi)以最有效的堆積結(jié)構(gòu)排列，以牢固附著在陶瓷表面，獲得較大密度的墨層；此外，著色劑在溶劑中還必須能保持良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。目前，陶瓷噴墨墨水最大的技術(shù)問(wèn)題為穩(wěn)定性不高，著色劑容易團(tuán)聚、沉降，使用中容易出現(xiàn)拉線現(xiàn)象，陶瓷燒成后色彩偏淡。

國(guó)內(nèi)陶瓷噴墨墨水的研究始于2000年，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，目前已有國(guó)內(nèi)企業(yè)推出了市場(chǎng)化的陶瓷噴墨墨水，在眾多陶瓷生產(chǎn)線上得到了應(yīng)用。