用于喷墨打印的具有长期分散稳定性的 Cr2O3 基油墨的一步制备

1 前言

功能材料的喷墨打印在广告、OLED 显示器、电子印刷和其他需要高精度、无掩模、直写沉积技术的专业用途中显示出广泛的应用。然而，分散在油墨中的功能材料的沉降风险限制了其进一步实施。

氧化铬 (Cr2O3) 是一种高性能耐火、耐磨、耐腐蚀无机材料，可用于模拟绿叶的太阳光谱反射特性以达到伪装目的。应用以 Cr2O3 为颜料的喷墨打印技术可以显着简化从设计到涂覆新迷彩图案的过程并降低成本。然而，Cr2O3 的喷墨打印却显见报道，因为基于金属氧化物颗粒的墨水分散稳定性差，容易结块和沉淀，导致打印时喷嘴堵塞。

在颜料油墨制备的步骤中，颜料被研磨至纳米级并使用如树脂、分散剂等助剂分散到溶剂中（自上而下的方法）。该类油墨沉降的风险主要是由于固体颜料颗粒在系统中是人为分散而不是原位生成造成的。为了克服这个问题，该论文提出了自下而上制备颜料油墨，通过控制生长反应，从而可以一步原位制备具有长期分散稳定性的油墨。

2 样品和测试

2.1 样品：传统法自上而下制备的球磨Cr2O3油墨，一步低温溶剂热法自下而上制备的胶体Cr2O3油墨（如Fig.1）。

Fig.1 胶体Cr2O3油墨

2.2 测试条件：LUMiSizer，4000rpm，25℃ ，5h

3 实验结果

Fig.2（a）球磨Cr₂O₃油墨和（c）胶体Cr₂O₃油墨的透光率图谱。（b） 离心后球磨Cr₂O₃油墨（左）和胶体Cr₂O₃油墨（右）的光学图像。（d）球磨Cr₂O₃油墨（红色虚线）和胶体Cr₂O₃油墨（蓝色点线）的不稳定性指数。

横坐标对应样品管的位置，左边是样品管的顶部，右边是样品管的底部；纵坐标是透光率数值。谱线从初始谱线（红色）到结束谱线（绿色）随着时间的变化过程。Fig.2(a)中球磨Cr2O3油墨具有较低的初始透光率（接近2%），且未观察到明显的相分离界面。随着实验的进行，样品顶部的透光率逐渐增加到90%，并且相界面由左向右移动，最终稳定在128mm处，直至测试完成，模拟了从均相到完全分离的全过程。相比之下，在Fig.2(c)中，胶体Cr2O3油墨的图谱在测试过程中相对稳定。测试完成后的样品如Fig.2(b)所示。从以上结果推测，从这些结果可以看出，该胶体Cr2O3墨水在1年内避免沉淀并保持其均匀性。

Fig.2(d)显示了球磨Cr₂O₃油墨（红色虚线）和胶体Cr₂O₃油墨（蓝色点线）的不稳定性指数，该指数的值是一个介于0（非常稳定）和1（非常不稳定）之间的数。球磨Cr₂O₃油墨在大约4000s时不稳定指数约为1，体系分离完全，等效的自然时间约为 100 天。然而，胶体墨水在1年多的模拟过程中具有不稳定性指数几乎为0。

4 结论

通过该一步低温溶剂热法制备的胶体Cr2O3油墨在等效自然沉降试验下可在约1年的时间内保持稳定，由乙醇和乙酰丙酮封端的非晶型Cr2O3颗粒时形成均匀稳定胶体分散体的主要原因。与传统的自上而下制造工艺相比，该实验使用的一步自下而上制备方法降低了颜料印刷油墨沉淀的主要风险，为制备具有长期分散稳定性的金属氧化物基颜料油墨提供一种通用方法。