CN107141889B - 一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨，包括以下组分：纳米二氧化钒粉体、分散剂、粘合剂和稀释剂；其中，稀释剂为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。本发明的制备方法：将纳米二氧化钒粉体和稀释剂混合超声分散后，得到二氧化钒分散液；将二氧化钒分散液和分散剂在砂磨机中进行混合分散研磨；再加入粘合剂，继续在砂磨机中研磨至混合均匀，即得到所述用于喷墨打印的二氧化钒油墨。本发明通过调控纳米二氧化钒油墨的粒径、分散稳定、粘度和表面张力，从而成功制备出适合油墨打印的二氧化钒油墨，本发明的纳米二氧化钒油墨保障了喷墨过程的流畅性，以及打印的时候可以形成液滴状，打印效果好，满足打印机成膜性的要求。

Description

一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于油墨领域，尤其涉及一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨及其制备方法和应用。
背景技术
二氧化钒是一种具有热致相变性质的功能材料，其相变温度在68℃左右，温度低于68℃时，VO2为单斜相结构，表现绝缘体的特性；温度高于68℃时，VO2转变为金红石结构，表现金属特性。VO2相变前后电阻率突变量可达4个数量级，红外波段发射率突变量可达0.6，在智能窗和红外伪装隐身等领域具有重要的研究价值。二氧化钒主要包括薄膜和粉体两种，与薄膜相比，二氧化钒粉体可通过与有机介质调浆制备成涂料，采用涂刷或喷涂在形状不规则或不易贴膜的器件表面上成膜，适宜于批量生产且使用方便，具有广阔的应用前景。Liu等人(参见刘东青,程海峰,郑文伟,等.二氧化钒在红外自适应隐身技术中的应用[J].红外与激光工程,2012,41(11):2898-2902.)将合成出的VO2粉体与树脂混合制备成浆料，然后通过刮涂的方法制得VO2涂层，研究其红外热致变色性能，该方法无法得到图案化的VO2涂层，且制备涂层过程中对材料的利用率较低。相比刮涂、喷涂等方法，喷墨打印技术可以精确地按所需量将油墨沉积在所需要的位置，对材料的利用率高，制造商也可以降低生产成本，简化制作工艺，容易大批量生产，并且具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。然而喷墨打印技术对油墨的要求性非常高，目前并无研究人员成功地研究出适合油墨打印的二氧化钒油墨。
因此，有必要开发使用纳米二氧化钒调配的喷墨打印油墨，实现其高利用率、数字化和图案化的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨，所述二氧化钒油墨包括以下组分：纳米二氧化钒粉体、分散剂、粘合剂和稀释剂；其中，所述稀释剂为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。
上述的二氧化钒油墨，优选的，所述二甲苯和醋酸乙酯的体积比为(3～5):1；所述二甲苯和醋酸丁酯的体积比为(3～5):1。选择这样的稀释剂既可以满足其和粘合剂、二氧化钒粉体的相容性，同时通过控制其比例，还能调控油墨的表面张力或粘度使其满足喷墨打印的需要。
上述的二氧化钒油墨，优选的，所述分散剂为含酸性基团的共聚物。选择含酸性基团的共聚物的分散剂可通过空间位阻使二氧化钒纳米粉体解絮凝，由于解絮凝的二氧化钒颗粒很小，从而增加了遮盖力，而含酸性基团的共聚物的分散剂用于稳定二氧化钒纳米粉体能大大降低研磨粘度。
上述的二氧化钒油墨，优选的，所述分散剂型号为DISPERBYK-110或DISPERBYK-111。
上述的二氧化钒油墨，优选的，所述粘合剂选自氟碳树脂和三元乙丙橡胶中的任一种。
上述的二氧化钒油墨，优选的，所述纳米二氧化钒粉体的平均粒径为30～80nm。采用30～80nm的纳米二氧化钒粉体，在分散之前无需机械研磨或手工研磨，并且由于喷墨打印的喷头孔径在30μm左右，申请人发现将粒径控制在30～80nm，既可以保证喷墨打印的顺利进行，又能避免纳米二氧化钒粉体不堵塞喷头。
上述的二氧化钒油墨，优选的，所述纳米二氧化钒粉体和稀释剂的质量比为1:(15～40)；所述纳米二氧化钒粉体和分散剂的质量比为(16-32):1；所述纳米二氧化钒粉体和粘合剂的质量比为1:(3～6)。选择这样的比例范围可以最佳的调控二氧化钒油墨的分散性、粘度和表面张力使其达到油墨的要求。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的二氧化钒油墨的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化钒粉体和稀释剂混合超声分散后，得到二氧化钒分散液；
(2)将所述二氧化钒分散液和分散剂在砂磨机中进行混合分散研磨；
(3)向步骤(2)后的分散液中加入粘合剂，继续在砂磨机中研磨至混合均匀，即得到所述用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)，超声分散时间为10-30min；
所述步骤(2)中，分散研磨的时间为8-24h；
所述步骤(3)中，研磨时间为1-4h。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的或由上述制备方法获得的二氧化钒油墨在光电开关和伪装隐身领域中的应用。
本发明基于二氧化钒喷墨打印要满足稳定出墨和稳定铺展，采用粒径大小为30～80nm纳米二氧化钒粉体，且表面采用特定的分散剂进行改性表面，使二氧化钒纳米粉体稳定地分散在油墨中；同时该分散剂与油墨中其他组分具有很好的相容性，可以降低油墨的表面张力。本发明中还选择特定的稀释剂，可以降低油墨的表面张力，调节油墨的粘度，有效改善油墨的打印性能。本发明采用氟碳树脂或三元乙丙橡胶为粘合剂，不仅其与稀释剂、纳米二氧化钒粉体的相容性好，而且二者皆为红外透明粘合剂，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身领域。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过调控纳米二氧化钒油墨的粒径、分散稳定、粘度和表面张力，从而成功制备出适合油墨打印的二氧化钒油墨，本发明的纳米二氧化钒油墨保障了喷墨过程的流畅性，以及打印的时候可以形成液滴状，打印效果好，满足打印机成膜性的要求。
(2)本发明制备的用于喷墨打印的二氧化钒油墨可以精确地按所需量将二氧化钒材料沉积在所需要的位置，对材料的利用率高，可以降低生产成本，简化制作工艺，容易大批量生产，并且具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
(3)本发明采用具有热致变色特性的二氧化钒纳米粉体和红外透明性较好的氟碳树脂或三元乙丙橡胶，通过喷墨打印的手段制备的涂层，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身等领域。
综上，本发明纳米二氧化钒油墨的粒径小、分散稳定、粘度适宜和表面张力低，易于打印；本发明纳米二氧化钒油墨具有不堵喷头、容易大批量生产，并且具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1采用的二氧化钒纳米粉体的SEM图。
图2为本发明实施例1制备得到的用于喷墨打印的二氧化钒油墨的粒径大小分布图。
图3为本发明实施例1制备得到的用于喷墨打印的二氧化钒油墨的SEM图。
图4为本发明实施例1中喷墨打印制备得到的二氧化钒涂层照片。
图5为本发明实施例2制备得到的用于喷墨打印的二氧化钒油墨的粒径大小分布图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的用于喷墨打印的二氧化钒油墨，包括以下组分：8g平均粒径为50nm的纳米二氧化钒粉体、0.4g分散剂DISPERBYK-110、24g粘合剂氟碳树脂和120g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)。
本实施例的用于喷墨打印的二氧化钒油墨的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将8g二氧化钒纳米粉体和120g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)混合超声分散30min，得到二氧化钒分散液；
(2)向步骤(1)得到的二氧化钒分散液中加入0.4g分散剂DISPERBYK-110，并在砂磨机中混合分散研磨8h；
(3)向步骤(2)后的分散液中加入24g氟碳树脂，继续在砂磨机中混合2h，即得到用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
图1为本实施例所采用的二氧化钒纳米粉体的SEM图，从图中可以看出二氧化钒纳米粉体为近似球形颗粒，粒径大小为50nm左右。
图2为本实施例制备得到的二氧化钒油墨的粒径大小分布图，其分布图采用纳米粒度仪测试得到；从图2中可以看出二氧化钒油墨的平均粒径大小为77.23nm，尺寸分布均匀，粒径大小远远小于喷墨打印机的喷头大小，不堵塞喷头。
图3为本实施例得到的喷墨打印用的二氧化钒油墨的SEM图，从图3中可以看出二氧化钒油墨在树脂中分布均匀，分散性较好。
采用表面张力仪和粘度仪测试本实施例得到的二氧化钒油墨的表面张力和粘度。经检测，其表面张力为26mN/m，粘度为7cps，该表面张力和粘度满足打印机成膜性的要求。
将本实施例得到的用于喷墨打印的二氧化钒油墨通过喷墨打印机，在纸上和纺织布上打印成“VO2”字样的二氧化钒涂层，见图4，从图4中可以看出制备的用于喷墨打印的二氧化钒油墨可以精确地按所需量将二氧化钒材料沉积在所需要的位置，具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
本实施例的用于喷墨打印的二氧化钒油墨采用具有热致变色特性的二氧化钒纳米粉体和红外透明性较好的氟碳树脂，通过喷墨打印的手段制备得到的涂层，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身等领域。
实施例2：
一种本发明的用于喷墨打印的二氧化钒油墨，包括以下组分：8g粒径为平均粒径大小为50nm的纳米二氧化钒粉体、0.5g分散剂DISPERBYK-110、48g粘合剂氟碳树脂和320g稀释剂(体积比为3:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)。
本实施例的用于喷墨打印的二氧化钒油墨的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将8g纳米二氧化钒粉体和320g稀释剂(体积比为3:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)混合超声分散10min，得到二氧化钒分散液；
(2)向步骤(1)得到的二氧化钒分散液中加入0.5g分散剂DISPERBYK-110，并在砂磨机中混合分散研磨12h；
(3)向步骤(2)后的分散液中加入氟碳树脂48g，继续在砂磨机中混合2h，即得到用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
经检测，本实施例制备得到的二氧化钒油墨平均粒径大小为75.42nm，如图5所示，从图中可以看出油墨尺寸分布均匀，粒径大小远远小于喷墨打印机的喷头大小，不会堵塞喷头。
采用表面张力仪和粘度仪测试本实施例得到的二氧化钒油墨的表面张力和粘度。经检测，二氧化钒油墨的表面张力为26.3mN/m，粘度为6cps，满足打印机成膜性的要求。
将本实施例制备得到的二氧化钒油墨通过喷墨打印机，在纸上和纺织布上可以打印成二氧化钒涂层，且二氧化钒油墨可以精确地按所需量将二氧化钒材料沉积在所需要的位置，具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
本发明采用具有热致变色特性的二氧化钒纳米粉体和红外透明性较好的氟碳树脂，通过喷墨打印的手段制备的涂层，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身等领域。
实施例3：
一种本发明的用于喷墨打印的二氧化钒油墨，包括以下组分：8g平均粒径为50nm的纳米二氧化钒粉体、0.25g分散剂DISPERBYK-110、36g粘合剂氟碳树脂和120g稀释剂(体积比为5:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)。
本实施例的二氧化钒油墨的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将8g纳米二氧化钒粉体和120g稀释剂(体积比为5:1的二甲苯和醋酸丁酯混合液)混合超声分散20min，得到二氧化钒分散液；
(2)向步骤(1)得到的二氧化钒分散液中加入0.25g分散剂DISPERBYK-110，并在砂磨机中混合分散研磨24h；
(3)向步骤(2)后的分散液中加入36g氟碳树脂，继续在砂磨机中混合4h，即得到用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
经检测，本实施例制备得到的二氧化钒油墨尺寸分布均匀，粒径大小远远小于喷墨打印机的喷头大小，不堵塞喷头。
采用表面张力仪和粘度仪测试本实施例得到的二氧化钒油墨的表面张力和粘度。经检测，二氧化钒油墨的表面张力为25.7mN/m，粘度为7cps，满足打印机成膜性的要求。
将本实施例制备得到的二氧化钒油墨通过喷墨打印机，在纸上和纺织布上可以打印成二氧化钒涂层；二氧化钒油墨可以精确地按所需量将二氧化钒材料沉积在所需要的位置，具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
本发明采用具有热致变色特性的二氧化钒纳米粉体和红外透明性较好的氟碳树脂，通过喷墨打印的手段制备的涂层，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身等领域。
实施例4：
一种本发明的用于喷墨打印的二氧化钒油墨，包括以下组分：8g平均粒径为30nm的纳米二氧化钒粉体、0.40g分散剂DISPERBYK-111、24g粘合剂三元乙丙橡胶和160g稀释剂(体积比为3:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)。
一种本发明的二氧化钒油墨的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将8g纳米二氧化钒粉体和160g稀释剂(体积比为3:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)混合超声分散30min，得到二氧化钒分散液；
(2)向得到的二氧化钒分散液中加入0.40g分散剂DISPERBYK-111，并在砂磨机中混合分散研磨12h；
(3)向步骤(2)中加入24g三元乙丙橡胶，继续在砂磨机中混合2h，即得到用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
经检测，本实施例制备得到的二氧化钒油墨尺寸分布均匀，粒径大小远远小于喷墨打印机的喷头大小，不会堵塞喷头。
采用表面张力仪和粘度仪测试本实施例得到的二氧化钒油墨的表面张力和粘度。经检测，二氧化钒油墨的表面张力为25.0mN/m，粘度为8cps，满足打印机成膜性的要求。
将本实施例制备得到的二氧化钒油墨通过喷墨打印机，在纸上和纺织布上可以打印成二氧化钒涂层；二氧化钒油墨可以精确地按所需量将二氧化钒材料沉积在所需要的位置，具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
本发明采用具有热致变色特性的二氧化钒纳米粉体和红外透明性较好的三元乙丙橡胶，通过喷墨打印的手段制备的涂层，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身等领域。
实施例5：
一种本发明的用于喷墨打印的二氧化钒油墨，包括以下组分：8g平均粒径为80nm的纳米二氧化钒粉体、0.40g分散剂DISPERBYK-111、24g粘合剂三元乙丙橡胶和240g稀释剂(体积比为5:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)。
本实施例的二氧化钒油墨的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将8g纳米二氧化钒粉体和240g稀释剂(体积比为5:1的二甲苯和醋酸乙酯混合液)混合超声分散30min，得到二氧化钒分散液；
(2)向步骤(1)得到的二氧化钒分散液中加入0.40g分散剂DISPERBYK-111，并在砂磨机中混合分散研磨12h；
(3)向步骤(2)后的分散液中加入24g三元乙丙橡胶，继续在砂磨机中混合4h，即得到用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
经检测，本实施例制备得到的二氧化钒油墨尺寸分布均匀，粒径大小远远小于喷墨打印机的喷头大小，不堵塞喷头。
采用表面张力仪和粘度仪测试本实施例得到的二氧化钒油墨的表面张力和粘度。经检测，二氧化钒油墨的表面张力为25.3mN/m，粘度为7cps，满足打印机成膜性的要求。
将本实施例制备得到的二氧化钒油墨通过喷墨打印机，在纸上和纺织布上可以打印成二氧化钒涂层；二氧化钒油墨可以精确地按所需量将二氧化钒材料沉积在所需要的位置，具有数字化、图案化和适用于不同基材等优点。
本发明采用具有热致变色特性的二氧化钒纳米粉体和红外透明性较好的三元乙丙橡胶，通过喷墨打印的手段制备的涂层，可以广泛应用于光电开关和伪装隐身等领域。

Claims (6)

1.一种用于喷墨打印的二氧化钒油墨，其特征在于，所述二氧化钒油墨包括以下组分：纳米二氧化钒粉体、分散剂、粘合剂和稀释剂；其中，所述稀释剂为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；所述二甲苯和醋酸乙酯的体积比为(3～5):1；所述二甲苯和醋酸丁酯的体积比为(3～5):1；所述纳米二氧化钒粉体的平均粒径为30～80nm；所述纳米二氧化钒粉体和稀释剂的质量比为1:(15～40)；所述纳米二氧化钒粉体和分散剂的质量比为(16～32):1；所述纳米二氧化钒粉体和粘合剂的质量比为1:(3～6)；
所述分散剂为含酸性基团的共聚物。
2.如权利要求1所述的二氧化钒油墨，其特征在于，所述分散剂型号为DISPERBYK-110或DISPERBYK-111。
3.如权利要求1所述的二氧化钒油墨，其特征在于，所述粘合剂选自氟碳树脂和三元乙丙橡胶中的任一种。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的二氧化钒油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纳米二氧化钒粉体和稀释剂混合超声分散后，得到二氧化钒分散液；
(2)将所述二氧化钒分散液和分散剂在砂磨机中进行混合分散研磨；
(3)向步骤(2)后的分散液中加入粘合剂，继续在砂磨机中研磨至混合均匀，即得到所述用于喷墨打印的二氧化钒油墨。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，超声分散时间为10-30min；
所述步骤(2)中，分散研磨的时间为8-24h；
所述步骤(3)中，研磨时间为1-4h。
6.一种如权利要求1-3任一项所述的或由权利要求4-5任一项制备方法获得的二氧化钒油墨在光电开关和伪装隐身领域中的应用。
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