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納米技術(shù)在油墨涂料上的應(yīng)用
一、納米的概念及應(yīng)用范疇
「納米」一詞備受關(guān)注,但有一個(gè)重點(diǎn)是,我們不應(yīng)拘泥于納米的尺寸,只強(qiáng)調(diào)納米科技在100nm以下,而要著重的是,尺寸的細(xì)致對我們能帶來什么益處,如納米對顏料特性的提升即是可預(yù)期的益處。
納米產(chǎn)品相當(dāng)多,并且遍及各產(chǎn)業(yè),以2001年來看,全球納米產(chǎn)業(yè)約有265億美金,其應(yīng)用在產(chǎn)品方面大多為粉體結(jié)構(gòu),在應(yīng)用上會因聚集而受限制,因此要如何突破此應(yīng)用技術(shù),將粉體分散到我們所需的細(xì)度,將是現(xiàn)階段的重點(diǎn)。再從納米特化品的范圍來看,油墨涂料在整體產(chǎn)值上所占的比例相當(dāng)大,且各產(chǎn)品間也互有關(guān)聯(lián)性,因此,納米油墨涂料將是納米特化品中一非常重要的領(lǐng)域。而納米特化品的Unit Process主要是在處理粉體,其過程如研磨、制造、加工到成品,皆能顯示出產(chǎn)品之特性,而其實(shí)例有噴墨墨水、涂料塑料及醫(yī)藥產(chǎn)品等。
二、納米化分散技術(shù)
在納米的分散技術(shù)上主要有兩個(gè)問題,第一是將大顆粒破碎解聚,提升原本特性;第二是將小的納米粉體再做分散,以達(dá)大宗量產(chǎn)、便宜及應(yīng)用少量添加有效。在顏料的納米化分散上,粉體的分散是最具困難點(diǎn)的,也有其必須突破之技術(shù)瓶頸。如傳統(tǒng)球磨的珠磨能到200nm已是相當(dāng)不容易,若要達(dá)到更小的粒子就必須仰賴研磨分散技術(shù)。研磨球的粒子要細(xì),能量傳遞要足夠,才能提升碰撞頻率,得到較小的顆粒;顆粒愈小,聚集效果就愈強(qiáng),因此我們必須利用界面觀點(diǎn)將其顆粒安定,應(yīng)用配方效果需搭配分散安定劑,配成產(chǎn)品如墨水、涂料....等。
傳統(tǒng)珠磨機(jī)是以珠子在高速碰撞,但分離網(wǎng)會將珠子擋在里面,而分離網(wǎng)的技術(shù)仍無法克服,因目前最小的珠子約為0.05mm,磨球不夠細(xì)小,無法將粒子分的很細(xì),故限制了技術(shù)的發(fā)展,且因其設(shè)備價(jià)格昂貴,維護(hù)不易,并無法滿足更微細(xì)之需求,所以必須開發(fā)新設(shè)備。并且分散設(shè)備必須注意:
1. 研磨槽內(nèi)部設(shè)計(jì)。
2. 研磨槽帶動軸之材質(zhì)。
3. 研磨介質(zhì)種類。
4. 分散液與研磨介質(zhì)分離機(jī)制和孔洞大小。
5. 操作方式。
納米微珠磨分散系統(tǒng)采耐磨、高熱傳效果的材質(zhì)制造槽體、低成本研磨介質(zhì)與高能量密度之?dāng)嚢栎S、葉片及槽體。其原理為采單一攪拌槽放入很細(xì)的研磨球,用機(jī)械力量>15~30m/s的高葉片速度傳送進(jìn)入攪拌。而微珠磨所創(chuàng)造的分散效果主要有兩點(diǎn):
(一) 碰撞點(diǎn)的增加:碰撞點(diǎn)和直徑關(guān)系密切,直徑小的研磨介質(zhì),其碰撞點(diǎn)也會增加,以0.05mm的研磨介質(zhì)為例,其碰撞點(diǎn)遠(yuǎn)比0.5mm的研磨介質(zhì)多出1000倍。
(二) 有效剪切力面的增加:珠子愈小,數(shù)目愈多,剪切力也將隨之增加。
但必須注意一點(diǎn),雖說研磨介質(zhì)小對微珠磨的效果好,但若研磨介質(zhì)與粉體的體積大小相差不遠(yuǎn),也無法將粉體分散。一般而言,粉體的大小以研磨介質(zhì)的1/3 - 1/10最為適當(dāng),且同時(shí)需注意研磨介質(zhì)的硬度、ph值、顏色偏差、成本及是否污染等。另外值得注意的是納米粉體的界面安定技術(shù),當(dāng)粒子變小的同時(shí),粒子間的距離也縮小,安定性也就隨之減小,因此,在分散劑的用量上也必須要增加。
在分散劑的選用標(biāo)準(zhǔn)上,應(yīng)從應(yīng)用的觀點(diǎn)出發(fā)。如以噴墨墨水的應(yīng)用為例,在研磨分散的需求上,應(yīng)考慮HLB值與顏料需求的HLB值相近;且需有良好的濕潤與分散特性及研磨低起泡性等。在墨水功能的需求上,應(yīng)考慮儲存與添加劑安定性、墨水于墨匣中輸送之安定性且具防阻塞的特性、墨水噴于紙上需有良好的抗水性與耐擦性及具抗溶劑及抗熱性等等。
三、顏料涂料油墨納米化應(yīng)用
在顏料納米化的實(shí)際驗(yàn)證上,納米化之顏料外觀顏色遠(yuǎn)比次微米的顏料更為深黑,其主要原因?yàn)轭伭系牧W哟,光線透過會打碎,因而光線散射出光來,少部分的光則穿透過去。而納米顏料粒徑小,光散射弱,光譜吸收面積變小,光的反射率小于1%,因此在顏色的外觀上就明顯較次微米顏料深。
納米化顏料的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛,生活上的實(shí)例如噴墨墨水、涂料、油墨、光電顯示器等,在產(chǎn)品的制造過程中,加入3%-5%等少許比例的納米顏料,即能改善油墨遮蔽率、飽和度、耐旋光性、耐水性等問題。
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