纳米在油墨涂料上的应用及分散技术

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一、纳米的概念及应用范畴

纳米一词备受关注，但有一个重点是，我们不应拘泥于纳米的尺寸，只强调纳米科技在100nm以下，而要着重的是，尺寸的细致对我们能带来什么益处，如纳米对颜料特性的提升即是可预期的益处。

纳米产品相当多，并且遍及各产业，以2001年来看，全球纳米产业约有265亿美金，其应用在产品方面大多为粉体结构，在应用上会因聚集而受限制，因此要如何突破此应用技术，将粉体分散到我们所需的细度，将是现阶段的重点。再从纳米特化品的范围来看，油墨涂料在整体产值上所占的比例相当大，且各产品间也互有关联性，因此，纳米油墨涂料将是纳米特化品中一非常重要的领域。而纳米特化品的Unit Process主要是在处理粉体，其过程如研磨、制造、加工到成品，皆能显示出产品之特性，而其实例有喷墨墨水、涂料塑料及医药产品等。

二、纳米化分散技术

在纳米的分散技术上主要有两个问题，第一是将大颗粒破碎解聚，提升原本特性；第二是将小的纳米粉体再做分散，以达大宗量产、便宜及应用少量添加有效。在颜料的纳米化分散上，粉体的分散是最具困难点的，也有其必须突破之技术瓶颈。如传统球磨的珠磨能到200nm已是相当不容易，若要达到更小的粒子就必须仰赖研磨分散技术。研磨球的粒子要细，能量传递要足够，才能提升碰撞频率，得到较小的颗粒；颗粒愈小，聚集效果就愈强，因此我们必须利用界面观点将其颗粒安定，应用配方效果需搭配分散安定剂，配成产品如墨水、涂料....等。

传统珠磨机是以珠子在高速碰撞，但分离网会将珠子挡在里面，而分离网的技术仍无法克服，因目前最小的珠子约为0.05mm，磨球不够细小，无法将粒子分的很细，故限制了技术的发展，且因其设备价格昂贵，维护不易，并无法满足更微细之需求，所以必须开发新设备。并且分散设备必须注意：
   1. 研磨槽内部设计。
   2. 研磨槽带动轴之材质。
   3. 研磨介质种类。
   4. 分散液与研磨介质分离机制和孔洞大小。
   5. 操作方式。

纳米微珠磨分散系统采耐磨、高热传效果的材质制造槽体、低成本研磨介质与高能量密度之搅拌轴、叶片及槽体。其原理为采单一搅拌槽放入很细的研磨球，用机械力量>15~30m/s的高叶片速度传送进入搅拌。而微珠磨所创造的分散效果主要有两点：
    (一) 碰撞点的增加：碰撞点和直径关系密切，直径小的研磨介质，其碰撞点也会增加，以0.05mm的研磨介质为例，其碰撞点远比0.5mm的研磨介质多出1000倍。
    (二) 有效剪切力面的增加：珠子愈小，数目愈多，剪切力也将随之增加。

但必须注意一点，虽说研磨介质小对微珠磨的效果好，但若研磨介质与粉体的体积大小相差不远，也无法将粉体分散。一般而言，粉体的大小以研磨介质的1/3 - 1/10最为适当，且同时需注意研磨介质的硬度、ph值、颜色偏差、成本及是否污染等。另外值得注意的是纳米粉体的界面安定技术，当粒子变小的同时，粒子间的距离也缩小，安定性也就随之减小，因此，在分散剂的用量上也必须要增加。

在分散剂的选用标准上，应从应用的观点出发。如以喷墨墨水的应用为例，在研磨分散的需求上，应考虑HLB值与颜料需求的HLB值相近；且需有良好的湿润与分散特性及研磨低起泡性等。在墨水功能的需求上，应考虑储存与添加剂安定性、墨水于墨匣中输送之安定性且具防阻塞的特性、墨水喷于纸上需有良好的抗水性与耐擦性及具抗溶剂及抗热性等等。

三、颜料涂料油墨纳米化应用

在颜料纳米化的实际验证上，纳米化之颜料外观颜色远比次微米的颜料更为深黑，其主要原因为颜料的粒子大，光线透过会打碎，因而光线散射出光来，少部分的光则穿透过去。而纳米颜料粒径小，光散射弱，光谱吸收面积变小，光的反射率小于1%，因此在颜色的外观上就明显较次微米颜料深。

纳米化颜料的应用范围相当广泛，生活上的实例如喷墨墨水、涂料、油墨、光电显示器等，在产品的制造过程中，加入3%-5%等少许比例的纳米颜料，即能改善油墨遮蔽率、饱和度、耐旋光性、耐水性等问题。