油墨領(lǐng)域中,液晶溫變材料是目前人們最感興趣的。它主要通過晶格的變化而引起光學(xué)性能的變化。
液晶的組成及特點(diǎn)
一般固體物質(zhì)加熱至熔點(diǎn)就變成液體,然有些分子結(jié)構(gòu)特殊的物質(zhì)不是直接從固體變?yōu)橐后w,而是先要經(jīng)過一種中間狀態(tài)。這種不屬於普通固體、液體和氣體的任何一種中間狀態(tài)被稱為物質(zhì)的第四態(tài),其外觀是流動(dòng)性的混濁液體,具液體的流動(dòng)性及表面張力,同時(shí)又有晶體所特有的光學(xué)各向異性的雙折射性。這種能在某個(gè)溫度范圍內(nèi)兼液體和晶體二者特性的物質(zhì)就叫做液晶,一般分向列型、近晶型、膽甾型和異型型。
向列型:用偏光顯微鏡觀察,可以看到許多類似絲狀的光學(xué)圖案。此種液晶仍然顯示正的折射性,其黏度小,富於流動(dòng)性。
近晶型:棒狀分子形成層狀結(jié)構(gòu),分子之間均互相平行地排列。這種排列的分子層之間作用力比較弱,相互間容易滑動(dòng),故近晶型液晶呈現(xiàn)二維流體性質(zhì),具高黏度特性。
膽甾型:大多數(shù)是由膽甾醇衍生而來的化合物,液晶整體形成螺旋結(jié)構(gòu),具雙折射性質(zhì),是制造液晶油墨的主要類型。
異型液晶:又分為重入液晶和圓盤型液晶。重入液晶是在相變過程中又再次出現(xiàn)相同相的液晶。圓盤型液晶是分子結(jié)構(gòu)呈圓盤狀的液晶。
液晶是某些有機(jī)物質(zhì)在一定的溫度范圍內(nèi),所呈現(xiàn)的一種中間狀態(tài)。在這種狀態(tài)下,由於分子排列有特殊取向,分子運(yùn)動(dòng)也有特定規(guī)律,如濕度高於液晶相溫度的上限,液晶就變成普通透明液體,失去光學(xué)性質(zhì),如溫度低於液晶相溫度的下限,它就會(huì)變成普通晶體,失去流動(dòng)性。
液晶油墨的組成及工藝
液晶油墨於二十世紀(jì)七十年代源於美國。后來隨著其技術(shù)逐漸成熟和印刷市場的不斷拓展,液晶油墨印刷便在美國、日本等國家迅速發(fā)展起來,應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。液晶油墨從制作方式上看,屬於微膠囊結(jié)構(gòu)油墨類型,從應(yīng)用上看,屬於防偽印刷油墨上熱敏性的溫致變油墨范疇,但從液晶油墨的特點(diǎn)來講,主要利用液晶感溫變色的特點(diǎn)。
液晶油墨主要由水溶性樹脂、液晶膠囊、助劑、連結(jié)料、消泡劑組成,是將封閉在微膠囊中的液晶及助劑等分散在連結(jié)料中配制而成的。它是以墨層中的液晶感溫而引起有序排列分子方向的改變,從而有選擇性地反射特定波長的可見光,吸收其他波長光的光學(xué)特性呈現(xiàn)色彩變化,而不是以墨層顏料構(gòu)成彩色圖文的。液晶受自然光和人工白光,以及某波長的色光照射時(shí),由於折射現(xiàn)象而加強(qiáng)反射,隨著溫度上升,由長波長的顏色變?yōu)槎滩ㄩL的顏色(即按紅色-綠色-青色而變化),其液晶的成色機(jī)理是由於液晶對特定波長的光有選擇性地反射而成的。液晶必須印在黑色或暗色的底色上,現(xiàn)在液晶能反映-100~+700攝氏度。精度是0.50攝氏度。由於液晶分子的排列并不像晶體結(jié)構(gòu)那樣牢固,故很容易受電場、磁場、溫度、應(yīng)力及吸附雜質(zhì)等外部刺激的影響,使其各種光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。液晶油墨下應(yīng)用了液晶所具有的這種特性。
由於液晶是介於液體與晶體間的有機(jī)化合物,它不能像普通油墨般,直接加入連接料中。為免液晶被其化物質(zhì)污染,以保證呈色效果,故需將液晶包裹在微球狀膠囊,再與連接料混合制作所謂'微膠囊'型油墨。液晶油墨中的微膠囊與發(fā)泡、香味油墨中的微膠囊不同。發(fā)泡油墨的微膠囊內(nèi)是發(fā)泡劑(或低沸點(diǎn)液化氣體),經(jīng)加熱,微膠囊內(nèi)的發(fā)泡劑放出大量氣體(或低沸點(diǎn)液化氣體膨膠)使微囊體積增大起發(fā)泡作用。此外,發(fā)泡油墨中加有顏料,印刷成各色發(fā)泡圖文,并具發(fā)泡成色雙重功能。香味油墨中的微膠囊特點(diǎn),是在印刷時(shí)不被壓潰損壞,印刷成產(chǎn)品后卻要求用指甲、鉛筆等按壓及撕扯使之很容易破壞,從而達(dá)到散發(fā)出香味的目的。而液晶油墨內(nèi)的微膠囊則是通過連接料將膠囊里的液晶固附在墨層里。
液晶油墨的印刷技術(shù)要求
液晶油墨可采用絲網(wǎng)或凹版印刷,但以絲印更佳。液晶印刷技術(shù)的關(guān)鍵,是能夠在不同溫度下顯示出鮮艷色彩的液晶,且在色溫域值上要成系列。液晶微膠囊要做得小而勻,囊壁透明且薄,摻入油墨,要求耐溶劑穩(wěn)定、可靠、長壽命;印刷過程中還要保證液晶微膠囊不被壓破;表面覆蓋保護(hù)膜等。
1.制版
絲網(wǎng)目數(shù)以100-175目為好,根據(jù)油墨微膠囊直徑和墨層厚度的要求來選擇。由於絲網(wǎng)液晶微膠囊油墨是水溶性的,故制版時(shí)應(yīng)采用耐水性強(qiáng)的感光膠。
2.印刷
液晶油墨印刷時(shí)要注意以下幾點(diǎn):
(1)印版上要一次裝有足夠墨量,給墨要均勻,中途最好不要補(bǔ)墨,以防起泡;
(2)印刷中發(fā)現(xiàn)堵網(wǎng)、起泡時(shí),要立即停機(jī)排除,用醇水徹底清洗乾凈;
(3)印刷壓力大小要適中。壓力小,印刷承印物上的墨量不足;壓力過大,會(huì)造成液晶膠囊破裂,影響發(fā)色效果;
(4)為使印刷部分發(fā)色明顯,印刷底色要選用黑色或深色調(diào)。底層可用水溶性油墨,也可用有機(jī)溶劑油墨。印刷方法可用網(wǎng)印、膠印、凹印。當(dāng)用有機(jī)溶劑油墨時(shí),印后必須充分乾燥,墨膜不得殘留有機(jī)溶劑,否則會(huì)與液晶反應(yīng),影響發(fā)色效果;
(5)要注意墨層要平滑光潔,墨層厚度要控制到15~35μm,以提高發(fā)色效果;
(6)印刷色序安排?上扔煤谏(或深顏色)油墨印刷底色,再用液晶油墨印刷所需圖案;也可先用液晶油墨印滿底,再用水溶性黑色(或深顏色)油墨印刷所需陰圖圖案進(jìn)行覆蓋。
3.印后處理
(1)乾燥方式最好為自然乾燥,也可用40攝氏度左右熱風(fēng)乾燥,千萬不可以加速、加熱的高溫急劇乾燥;
(2)印刷品堆放時(shí)不要重壓。乾燥后也盡量不要堆積重疊太多,斷裁等時(shí)也不宜加過大的局部壓力,以免液晶微膠囊被壓破;
(3)使用液晶油墨時(shí)應(yīng)根據(jù)使用目的確定變色溫度范圍和根據(jù)用途考慮液晶的耐用性。為了提高墨層表面耐磨性、耐溫性、隔氣性以及保持其光澤性,表面可涂布罩光漆或貼保護(hù)膜。
液晶油墨的市場前景
液晶油墨是一種很有生命力,有待開發(fā)的新型油墨材料。其印刷應(yīng)用范圍非常廣泛,就其功能而言,主要用於溫度顯示、發(fā)色變化兩大方向。
溫度顯示:主要是溫度計(jì)、體溫度、溫度自動(dòng)記錄儀、測試機(jī)械及檢測儀器等有溫度顯示要求的承印物。目前,國外還用液晶印刷紙帶作為一次性的體溫測試計(jì)。
發(fā)色變化。廣告、商標(biāo)標(biāo)簽、工藝美術(shù)品、紀(jì)念章、首飾等裝飾品及防偽印刷產(chǎn)品等。如用於印刷日歷圖畫,將隨四季溫度的變化而呈現(xiàn)不同色彩;若印成兒童畫冊,可隨兒童指點(diǎn)觸摸而改變畫面色彩;印成商標(biāo)、包裝紙等,貼在一些怕熱的產(chǎn)品上,可以根據(jù)圖案色彩的變化,了解內(nèi)裝物品的質(zhì)量變化,如糖果包裝紙上鮮艷的畫面變灰暗,就應(yīng)盡快將糖果吃掉,否則要溶化了。在容器上印液晶圖案,可顯示容器內(nèi)物品濕度,在貴重、怕熱、怕冷的大件物品上,液晶印刷可作為保存溫度的提示卡。至於將液晶油墨作為防偽油墨使用時(shí),主要是利用液晶感溫變色的特點(diǎn),如今在防偽包裝裝潢領(lǐng)域中也已發(fā)揮很大作用,其防偽效果也是比較理想的。