一種用於噴墨列印的二氧化釩油墨及其製備方法和應用與流程

2023-04-25 13:26:56

本發明屬於油墨領域，尤其涉及一種用於噴墨列印的二氧化釩油墨及其製備方法和應用。

背景技術：

二氧化釩是一種具有熱致相變性質的功能材料，其相變溫度在68℃左右，溫度低於68℃時，vo2為單斜相結構，表現絕緣體的特性；溫度高於68℃時，vo2轉變為金紅石結構，表現金屬特性。vo2相變前後電阻率突變量可達4個數量級，紅外波段發射率突變量可達0.6，在智能窗和紅外偽裝隱身等領域具有重要的研究價值。二氧化釩主要包括薄膜和粉體兩種，與薄膜相比，二氧化釩粉體可通過與有機介質調漿製備成塗料，採用塗刷或噴塗在形狀不規則或不易貼膜的器件表面上成膜，適宜於批量生產且使用方便，具有廣闊的應用前景。liu等人(參見劉東青,程海峰,鄭文偉,等.二氧化釩在紅外自適應隱身技術中的應用[j].紅外與雷射工程,2012,41(11):2898-2902.)將合成出的vo2粉體與樹脂混合製備成漿料，然後通過刮塗的方法製得vo2塗層，研究其紅外熱致變色性能，該方法無法得到圖案化的vo2塗層，且製備塗層過程中對材料的利用率較低。相比刮塗、噴塗等方法，噴墨列印技術可以精確地按所需量將油墨沉積在所需要的位置，對材料的利用率高，製造商也可以降低生產成本，簡化製作工藝，容易大批量生產，並且具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。然而噴墨列印技術對油墨的要求性非常高，目前並無研究人員成功地研究出適合油墨列印的二氧化釩油墨。

因此，有必要開發使用納米二氧化釩調配的噴墨列印油墨，實現其高利用率、數位化和圖案化的需求。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種用於噴墨列印的二氧化釩油墨及其製備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種用於噴墨列印的二氧化釩油墨，所述二氧化釩油墨包括以下組分：納米二氧化釩粉體、分散劑、粘合劑和稀釋劑；其中，所述稀釋劑為二甲苯和醋酸乙酯的混合液或二甲苯和醋酸丁酯的混合液。

上述的二氧化釩油墨，優選的，所述二甲苯和醋酸乙酯的體積比為(3～5):1；所述二甲苯和醋酸丁酯的體積比為(3～5):1。選擇這樣的稀釋劑既可以滿足其和粘合劑、二氧化釩粉體的相容性，同時通過控制其比例，還能調控油墨的表面張力或粘度使其滿足噴墨列印的需要。

上述的二氧化釩油墨，優選的，所述分散劑為含酸性基團的共聚物。選擇含酸性基團的共聚物的分散劑可通過空間位阻使二氧化釩納米粉體解絮凝，由於解絮凝的二氧化釩顆粒很小，從而增加了遮蓋力，而含酸性基團的共聚物的分散劑用於穩定二氧化釩納米粉體能大大降低研磨粘度。

上述的二氧化釩油墨，優選的，所述分散劑型號為disperbyk-110或disperbyk-111。

上述的二氧化釩油墨，優選的，所述粘合劑選自氟碳樹脂和三元乙丙橡膠中的任一種。

上述的二氧化釩油墨，優選的，所述納米二氧化釩粉體的平均粒徑為30～80nm。採用30～80nm的納米二氧化釩粉體，在分散之前無需機械研磨或手工研磨，並且由於噴墨列印的噴頭孔徑在30μm左右，申請人發現將粒徑控制在30～80nm，既可以保證噴墨列印的順利進行，又能避免納米二氧化釩粉體不堵塞噴頭。

上述的二氧化釩油墨，優選的，所述納米二氧化釩粉體和稀釋劑的質量比為1:(15～40)；所述納米二氧化釩粉體和分散劑的質量比為(16-32):1；所述納米二氧化釩粉體和粘合劑的質量比為1:(3～6)。選擇這樣的比例範圍可以最佳的調控二氧化釩油墨的分散性、粘度和表面張力使其達到油墨的要求。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的二氧化釩油墨的製備方法，包括以下步驟：

(1)將納米二氧化釩粉體和稀釋劑混合超聲分散後，得到二氧化釩分散液；

(2)將所述二氧化釩分散液和分散劑在砂磨機中進行混合分散研磨；

(3)向步驟(2)後的分散液中加入粘合劑，繼續在砂磨機中研磨至混合均勻，即得到所述用於噴墨列印的二氧化釩油墨。

上述的製備方法，優選的，所述步驟(1)，超聲分散時間為10-30min；

所述步驟(2)中，分散研磨的時間為8-24h；

所述步驟(3)中，研磨時間為1-4h。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的或由上述製備方法獲得的二氧化釩油墨在光電開關和偽裝隱身領域中的應用。

本發明基於二氧化釩噴墨列印要滿足穩定出墨和穩定鋪展，採用粒徑大小為30～80nm納米二氧化釩粉體，且表面採用特定的分散劑進行改性表面，使二氧化釩納米粉體穩定地分散在油墨中；同時該分散劑與油墨中其他組分具有很好的相容性，可以降低油墨的表面張力。本發明中還選擇特定的稀釋劑，可以降低油墨的表面張力，調節油墨的粘度，有效改善油墨的列印性能。本發明採用氟碳樹脂或三元乙丙橡膠為粘合劑，不僅其與稀釋劑、納米二氧化釩粉體的相容性好，而且二者皆為紅外透明粘合劑，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身領域。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

(1)本發明通過調控納米二氧化釩油墨的粒徑、分散穩定、粘度和表面張力，從而成功製備出適合油墨列印的二氧化釩油墨，本發明的納米二氧化釩油墨保障了噴墨過程的流暢性，以及列印的時候可以形成液滴狀，列印效果好，滿足印表機成膜性的要求。

(2)本發明製備的用於噴墨列印的二氧化釩油墨可以精確地按所需量將二氧化釩材料沉積在所需要的位置，對材料的利用率高，可以降低生產成本，簡化製作工藝，容易大批量生產，並且具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

(3)本發明採用具有熱致變色特性的二氧化釩納米粉體和紅外透明性較好的氟碳樹脂或三元乙丙橡膠，通過噴墨列印的手段製備的塗層，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身等領域。

綜上，本發明納米二氧化釩油墨的粒徑小、分散穩定、粘度適宜和表面張力低，易於列印；本發明納米二氧化釩油墨具有不堵噴頭、容易大批量生產，並且具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

附圖說明

圖1為本發明實施例1採用的二氧化釩納米粉體的sem圖。

圖2為本發明實施例1製備得到的用於噴墨列印的二氧化釩油墨的粒徑大小分布圖。

圖3為本發明實施例1製備得到的用於噴墨列印的二氧化釩油墨的sem圖。

圖4為本發明實施例1中噴墨列印製備得到的二氧化釩塗層照片。

圖5為本發明實施例2製備得到的用於噴墨列印的二氧化釩油墨的粒徑大小分布圖。

具體實施方式

為了便於理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本文發明做更全面、細緻地描述，但本發明的保護範圍並不限於以下具體實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，並不是旨在限制本發明的保護範圍。

除非另有特別說明，本發明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法製備得到。

實施例1：

一種本發明的用於噴墨列印的二氧化釩油墨，包括以下組分：8g平均粒徑為50nm的納米二氧化釩粉體、0.4g分散劑disperbyk-110、24g粘合劑氟碳樹脂和120g稀釋劑(體積比為4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)。

本實施例的用於噴墨列印的二氧化釩油墨的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)將8g二氧化釩納米粉體和120g稀釋劑(體積比為4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)混合超聲分散30min，得到二氧化釩分散液；

(2)向步驟(1)得到的二氧化釩分散液中加入0.4g分散劑disperbyk-110，並在砂磨機中混合分散研磨8h；

(3)向步驟(2)後的分散液中加入24g氟碳樹脂，繼續在砂磨機中混合2h，即得到用於噴墨列印的二氧化釩油墨。

圖1為本實施例所採用的二氧化釩納米粉體的sem圖，從圖中可以看出二氧化釩納米粉體為近似球形顆粒，粒徑大小為50nm左右。

圖2為本實施例製備得到的二氧化釩油墨的粒徑大小分布圖，其分布圖採用納米粒度儀測試得到；從圖2中可以看出二氧化釩油墨的平均粒徑大小為77.23nm，尺寸分布均勻，粒徑大小遠遠小於噴墨印表機的噴頭大小，不堵塞噴頭。

圖3為本實施例得到的噴墨列印用的二氧化釩油墨的sem圖，從圖3中可以看出二氧化釩油墨在樹脂中分布均勻，分散性較好。

採用表面張力儀和粘度儀測試本實施例得到的二氧化釩油墨的表面張力和粘度。經檢測，其表面張力為26mn/m，粘度為7cps，該表面張力和粘度滿足印表機成膜性的要求。

將本實施例得到的用於噴墨列印的二氧化釩油墨通過噴墨印表機，在紙上和紡織布上列印成「vo2」字樣的二氧化釩塗層，見圖4，從圖4中可以看出製備的用於噴墨列印的二氧化釩油墨可以精確地按所需量將二氧化釩材料沉積在所需要的位置，具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

本實施例的用於噴墨列印的二氧化釩油墨採用具有熱致變色特性的二氧化釩納米粉體和紅外透明性較好的氟碳樹脂，通過噴墨列印的手段製備得到的塗層，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身等領域。

實施例2：

一種本發明的用於噴墨列印的二氧化釩油墨，包括以下組分：8g粒徑為平均粒徑大小為50nm的納米二氧化釩粉體、0.5g分散劑disperbyk-110、48g粘合劑氟碳樹脂和320g稀釋劑(體積比為3:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)。

本實施例的用於噴墨列印的二氧化釩油墨的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)將8g納米二氧化釩粉體和320g稀釋劑(體積比為3:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)混合超聲分散10min，得到二氧化釩分散液；

(2)向步驟(1)得到的二氧化釩分散液中加入0.5g分散劑disperbyk-110，並在砂磨機中混合分散研磨12h；

(3)向步驟(2)後的分散液中加入氟碳樹脂48g，繼續在砂磨機中混合2h，即得到用於噴墨列印的二氧化釩油墨。

經檢測，本實施例製備得到的二氧化釩油墨平均粒徑大小為75.42nm，如圖5所示，從圖中可以看出油墨尺寸分布均勻，粒徑大小遠遠小於噴墨印表機的噴頭大小，不會堵塞噴頭。

採用表面張力儀和粘度儀測試本實施例得到的二氧化釩油墨的表面張力和粘度。經檢測，二氧化釩油墨的表面張力為26.3mn/m，粘度為6cps，滿足印表機成膜性的要求。

將本實施例製備得到的二氧化釩油墨通過噴墨印表機，在紙上和紡織布上可以列印成二氧化釩塗層，且二氧化釩油墨可以精確地按所需量將二氧化釩材料沉積在所需要的位置，具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

本發明採用具有熱致變色特性的二氧化釩納米粉體和紅外透明性較好的氟碳樹脂，通過噴墨列印的手段製備的塗層，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身等領域。

實施例3：

一種本發明的用於噴墨列印的二氧化釩油墨，包括以下組分：8g平均粒徑為50nm的納米二氧化釩粉體、0.25g分散劑disperbyk-110、36g粘合劑氟碳樹脂和120g稀釋劑(體積比為5:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)。

本實施例的二氧化釩油墨的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)將8g納米二氧化釩粉體和120g稀釋劑(體積比為5:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)混合超聲分散20min，得到二氧化釩分散液；

(2)向步驟(1)得到的二氧化釩分散液中加入0.25g分散劑disperbyk-110，並在砂磨機中混合分散研磨24h；

(3)向步驟(2)後的分散液中加入36g氟碳樹脂，繼續在砂磨機中混合4h，即得到用於噴墨列印的二氧化釩油墨。

經檢測，本實施例製備得到的二氧化釩油墨尺寸分布均勻，粒徑大小遠遠小於噴墨印表機的噴頭大小，不堵塞噴頭。

採用表面張力儀和粘度儀測試本實施例得到的二氧化釩油墨的表面張力和粘度。經檢測，二氧化釩油墨的表面張力為25.7mn/m，粘度為7cps，滿足印表機成膜性的要求。

將本實施例製備得到的二氧化釩油墨通過噴墨印表機，在紙上和紡織布上可以列印成二氧化釩塗層；二氧化釩油墨可以精確地按所需量將二氧化釩材料沉積在所需要的位置，具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

本發明採用具有熱致變色特性的二氧化釩納米粉體和紅外透明性較好的氟碳樹脂，通過噴墨列印的手段製備的塗層，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身等領域。

實施例4：

一種本發明的用於噴墨列印的二氧化釩油墨，包括以下組分：8g平均粒徑為30nm的納米二氧化釩粉體、0.40g分散劑disperbyk-111、24g粘合劑三元乙丙橡膠和160g稀釋劑(體積比為3:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)。

一種本發明的二氧化釩油墨的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)將8g納米二氧化釩粉體和160g稀釋劑(體積比為3:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)混合超聲分散30min，得到二氧化釩分散液；

(2)向得到的二氧化釩分散液中加入0.40g分散劑disperbyk-111，並在砂磨機中混合分散研磨12h；

(3)向步驟(2)中加入24g三元乙丙橡膠，繼續在砂磨機中混合2h，即得到用於噴墨列印的二氧化釩油墨。

經檢測，本實施例製備得到的二氧化釩油墨尺寸分布均勻，粒徑大小遠遠小於噴墨印表機的噴頭大小，不會堵塞噴頭。

採用表面張力儀和粘度儀測試本實施例得到的二氧化釩油墨的表面張力和粘度。經檢測，二氧化釩油墨的表面張力為25.0mn/m，粘度為8cps，滿足印表機成膜性的要求。

將本實施例製備得到的二氧化釩油墨通過噴墨印表機，在紙上和紡織布上可以列印成二氧化釩塗層；二氧化釩油墨可以精確地按所需量將二氧化釩材料沉積在所需要的位置，具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

本發明採用具有熱致變色特性的二氧化釩納米粉體和紅外透明性較好的三元乙丙橡膠，通過噴墨列印的手段製備的塗層，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身等領域。

實施例5：

一種本發明的用於噴墨列印的二氧化釩油墨，包括以下組分：8g平均粒徑為80nm的納米二氧化釩粉體、0.40g分散劑disperbyk-111、24g粘合劑三元乙丙橡膠和240g稀釋劑(體積比為5:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)。

本實施例的二氧化釩油墨的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)將8g納米二氧化釩粉體和240g稀釋劑(體積比為5:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)混合超聲分散30min，得到二氧化釩分散液；

(2)向步驟(1)得到的二氧化釩分散液中加入0.40g分散劑disperbyk-111，並在砂磨機中混合分散研磨12h；

(3)向步驟(2)後的分散液中加入24g三元乙丙橡膠，繼續在砂磨機中混合4h，即得到用於噴墨列印的二氧化釩油墨。

經檢測，本實施例製備得到的二氧化釩油墨尺寸分布均勻，粒徑大小遠遠小於噴墨印表機的噴頭大小，不堵塞噴頭。

採用表面張力儀和粘度儀測試本實施例得到的二氧化釩油墨的表面張力和粘度。經檢測，二氧化釩油墨的表面張力為25.3mn/m，粘度為7cps，滿足印表機成膜性的要求。

將本實施例製備得到的二氧化釩油墨通過噴墨印表機，在紙上和紡織布上可以列印成二氧化釩塗層；二氧化釩油墨可以精確地按所需量將二氧化釩材料沉積在所需要的位置，具有數位化、圖案化和適用於不同基材等優點。

本發明採用具有熱致變色特性的二氧化釩納米粉體和紅外透明性較好的三元乙丙橡膠，通過噴墨列印的手段製備的塗層，可以廣泛應用於光電開關和偽裝隱身等領域。