紅外熒光油墨的制備及發(fā)光性能的研究

楊玲+魏先福+黃蓓青

紅外熒光油墨是通過在透明油墨體系中加入紅外上轉(zhuǎn)換材料（一種在紅外光激發(fā)下能發(fā)出可見光的發(fā)光材料）而制成的，其在紅外光（波長峰值為980nm）激發(fā)下，借助監(jiān)測儀器可觀察到鮮艷的熒光效果。該油墨具有防偽程度高、保密性強、檢測簡單和印刷簡便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于鈔票、有價證券、煙包等高檔印品的印刷。

盡管紅外熒光油墨作為功能性油墨在防偽領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，且國內(nèi)外對其也做了大量的基礎(chǔ)理論研究，卻鮮有人從油墨組分和制備工藝方面研究影響紅外熒光油墨發(fā)光性能的因素。發(fā)光性能是紅外熒光油墨最重要的性能指標之一，決定了其防偽性能的優(yōu)劣。由于紅外上轉(zhuǎn)換材料的光-光轉(zhuǎn)換效率較低，在制成油墨后，轉(zhuǎn)換效率還會進一步減小，因此，探討如何改變油墨分散程度、調(diào)整熒光粉含量、選用合適的成膜樹脂及含量對研發(fā)綜合性能優(yōu)異的高發(fā)光性能紅外熒光油墨具有重要意義。在此，筆者通過實驗，探討上述幾個因素對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響。

實驗準備和實施

1.實驗材料

實驗所用溶劑為正丙醇，成膜樹脂為U-335、AZ5391，顏料為綠色紅外熒光粉（工業(yè)產(chǎn)品）。

2.實驗儀器

實驗儀器為HJ-6A型數(shù)顯恒溫多頭磁力攪拌器（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）、D2004W型電動攪拌機（上海司樂儀器有限公司）、IGT-2S型高速攪拌分散器（上海司樂儀器有限公司）、Microtrac S3500型激光粒度分析儀（美國Microtrac公司）、機動涂布機（RK Print Coat Instruments Ltd.，）、MDL-H-980nm-4W紅外激發(fā)器（長春新產(chǎn)業(yè)電子科技公司）、TES1336A型照度儀（臺灣泰仕工業(yè)股份有限公司）和1號絲棒。

3.紅外熒光油墨樣品制備

（1）色漿制備。首先將成膜樹脂U-335或AZ5391預(yù)先分散在溶劑正丙醇中，采用HJ-6A型數(shù)顯恒溫多頭磁力攪拌器攪拌至完全溶解，靜置一定時間，形成分散均勻的穩(wěn)定載體，然后將綠色紅外熒光粉加入該載體中，在D2004W型電動攪拌機上預(yù)分散30分鐘后，置于IGT-2S型高速攪拌分散器上研磨，即可制得所需的色漿。

（ 2 ）成墨制備。將成膜樹脂（U-335或AZ5391）和溶劑正丙醇加入色漿中，用D2004W型電動攪拌機攪拌均勻，制得紅外熒光油墨。

（3）涂布樣品制備。選擇1號絲棒，將紅外熒光油墨均勻地涂布在承印物上，并裁切成4.5cm×13cm的長方形樣品塊。

4.紅外熒光油墨性能測試

（1）分散性測試。用正丙醇作為稀釋劑，采用Microtrac S3500型激光粒度分析儀測試紅外熒光油墨的粒徑及其分布，以95%的油墨顏料顆粒的最大粒徑進行表征。

（2）發(fā)光性能測試。在暗室中，使用MDL-H-980nm-4W紅外激發(fā)器和TES1336A型照度儀測定紅外熒光油墨的相對熒光強度。

實驗數(shù)據(jù)及分析

1.分散性對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響

分散性是評價紅外熒光油墨性能的關(guān)鍵指標，直接影響到油墨的印刷適性及防偽效果。為了研究分散性對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響，控制研磨工藝參數(shù)不變，每隔30分鐘從研磨機中取出少量油墨樣品，放置一定時間后測試其粒徑大小及相對熒光強度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，通過改變研磨時間可獲得不同的油墨粒徑大小，油墨相對熒光強度隨著油墨粒徑的減小而增強。這是因為在高速剪切作用下，隨著研磨時間的延長，剪切力或沖擊力會將潤濕后的顏料粒子聚集體破碎成更為細小的顏料粒子聚集體，降低顏料粒子聚集體間相互碰撞和團聚的幾率，從而提高紅外熒光油墨的發(fā)光效率，使得相對熒光強度隨之增加；當研磨時間超過1.5小時后，顏料粒子結(jié)構(gòu)遭到破壞，細小的顏料粒子通過碰撞重新聚集或絮凝，粒徑增大，相對熒光強度顯著降低。

2.熒光粉含量對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響

熒光粉是紅外熒光油墨中最重要的成分之一，是顯現(xiàn)防偽標記的關(guān)鍵因素，直接影響紅外熒光油墨的發(fā)光性能及防偽效果。為了探討熒光粉對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響，基于體系黏度的限制，我們分別測試了不同熒光粉含量制得的紅外熒光油墨的相對熒光強度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著熒光粉含量的增加，介質(zhì)中顏料粒子百分比增加，紅外熒光油墨的相對熒光強度也逐漸增大。當熒光粉含量增加到25%時，相對熒光強度達到最大，為11.8。當熒光粉含量超過25%時，熒光粉在油墨體系中的分散性欠佳，導(dǎo)致熒光分子在濃度高時發(fā)生淬滅現(xiàn)象，致使相對熒光強度下降、熒光壽命降低?？梢?，基于體系黏度、成本最低以及材料的分散性限制，熒光粉的含量為25%時，紅外熒光油墨的發(fā)光性能最佳。

3.成膜樹脂對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響

作為顏料的載體，成膜樹脂的作用是把粉末狀的固體顏料粒子連結(jié)起來，并使之最終附著在承印物上。為了考察成膜樹脂對紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響，基于體系黏度的限制，我們分別測試了不同U-335和AZ5391成膜樹脂含量對紅外熒光油墨相對熒光強度的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，成膜樹脂種類不同，紅外熒光油墨的相對熒光強度差異顯著。這是因為聚氨酯樹脂U-335的分子結(jié)構(gòu)中含胺酯鍵，分子間存在很強的氫鍵作用力，在受到紅外光激發(fā)前易與基態(tài)下的熒光體形成氫鍵，使得摩爾吸光系數(shù)增大，即吸收增強，因此制得的紅外熒光油墨的相對熒光強度較高；丙烯酸樹脂AZ5391的分子結(jié)構(gòu)中含有-COOH熒光消色團，能夠抵消或抑制熒光的產(chǎn)生，因此制得的紅外熒光油墨的相對熒光強度較低。

此外，從圖3可以看出，不同成膜樹脂含量對紅外熒光油墨的相對熒光強度也有很大的影響。這是因為隨著成膜樹脂含量的增加，油墨體系黏度會增加，減小了激發(fā)態(tài)分子振動和轉(zhuǎn)動的速率，從而降低了其與其他顏料粒子的碰撞率，提高了紅外熒光油墨的相對熒光強度。當成膜樹脂含量增加到12%時，相對熒光強度達到最大。此時，隨著成膜樹脂含量的增加，相對熒光強度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，這是因為成膜樹脂阻礙了熒光物質(zhì)對光的吸收，從而削弱了相對熒光強度。

結(jié) 論

（1）油墨的分散性對紅外熒光油墨的相對熒光強度的影響很大，顏料分散程度越好，相對熒光強度越高。當研磨時間為1.5小時時，油墨樣品的粒徑最小，分散性最好，紅外熒光油墨的相對熒光強度最高。

（2）在一定范圍內(nèi)，隨著紅外熒光粉含量的增加，紅外熒光油墨的相對熒光強度逐漸增大，當含量增加到一定比例時，相對熒光強度反而下降，當含量為25%時最佳。

（3）成膜樹脂種類不同，紅外熒光油墨的相對熒光強度有顯著差異，其中聚氨酯樹脂U-335的效果優(yōu)于丙烯酸樹脂AZ5391。隨著成膜樹脂含量的增加，相對熒光強度逐漸上升，當含量超過一定的比例時，相對熒光強度反而下降，當成膜樹脂含量為12%時效果最佳。endprint