表4為各種比例的通用性油墨與普通商用油墨的接觸角對(duì)比。由表4可知，乙氧基官能團(tuán)的增加對(duì)接觸角的大小變化和穩(wěn)定性都有一定程度的改善，配比達(dá)到3∶1∶1后接觸角幾乎沒有變化。以3∶1∶1配比的通用油墨為例，這款油墨在不同承印紙張上的接觸角變化相比普通商用油墨有顯著的減小，對(duì)不同承印紙張的浸潤(rùn)性也十分相近，從而大大增強(qiáng)了其通用性。

表4不同比例通用性油墨與普通商用油墨的接觸角對(duì)比

首先，將乙氧基類丙烯酸酯作為油墨的主要成分，其分子結(jié)構(gòu)使得油墨具有較低的表面張力，有利于油墨在紙張表面擴(kuò)散和附著。其次，苯氧基類丙烯酸酯分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)，增加了與紙張表面芳香族物質(zhì)的共軛作用，使得油墨在紙張表面容易形成更穩(wěn)定、黏附更強(qiáng)的附著層。最后，多元醇丙烯酸單體也有富羥基，可與紙張形成氫鍵相互作用，調(diào)節(jié)黏附性。

綜上所述，通過控制3類丙烯酸酯單體的比例，能夠成功制備出具有優(yōu)異通用性和綜合性質(zhì)的油墨。這款油墨可以在不同承印紙張上實(shí)現(xiàn)接觸角變化的減小和浸潤(rùn)性的相近，從而滿足對(duì)不同紙張的表面浸潤(rùn)性和綜合性能的要求。

2.3油墨的綜合性能

在制備油墨時(shí)，需關(guān)注黏度、分散穩(wěn)定性和固化速度，確保噴碼順利。炭黑是關(guān)鍵組分，為避免炭黑團(tuán)聚導(dǎo)致穩(wěn)定性下降和打印堵塞，選擇粒徑適中的炭黑。粒徑過小易團(tuán)聚，過大可能堵塞，所選炭黑粒徑在50 nm左右，HRTEM圖像如圖2a所示。對(duì)所選炭黑進(jìn)行XPS分析，發(fā)現(xiàn)其氧含量高達(dá)1.2%，如圖2b所示。這一特性有望改善炭黑與油墨中極性液體的相互作用，從而進(jìn)一步提升油墨的穩(wěn)定性。炭黑的良好分散性不僅有助于提高油墨的穩(wěn)定性，還有助于降低油墨的黏度。如圖2c所示，通用油墨的黏度降至13.0 mPa·s，相比商用油墨的15.5 mPa·s下降約17%，黏度的降低更有利于噴墨打印的流暢進(jìn)行。

商用油墨的引發(fā)劑含量約為4%，為了提升油墨的固化速度，在符合油墨正常使用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提高引發(fā)劑含量，分別制備了通用油墨1和通用油墨2，其引發(fā)劑的含量分別為商用油墨的2倍和3倍，即8%和12%。如圖2d所示，觀察油墨在UV燈下的固化厚度，發(fā)現(xiàn)高引發(fā)劑含量的通用油墨2在20 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)了商用油墨60 s才能達(dá)到的固化量，固化速率提升近3倍。得益于通用油墨穩(wěn)定的浸潤(rùn)性、稍低的黏度和高固化速率，通用油墨在噴碼實(shí)驗(yàn)中切換不同承印紙張后仍能清晰噴碼，而普通商用油墨由于接觸性質(zhì)的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致噴碼圖案右上角缺陷，如圖3所示。

進(jìn)一步對(duì)2種油墨的噴碼及圖案綜合性能對(duì)比，結(jié)果如表5所示。可以看到：在固體顆粒大小以及流體黏度上，本通用油墨具有顯著優(yōu)勢(shì)；在2種承印紙張上分別進(jìn)行噴碼，本通用油墨具有更小及更窄的表面張力分布。隨后使用3M長(zhǎng)膠帶對(duì)噴碼圖案表面進(jìn)行反復(fù)黏接，2種噴碼油墨的圖案均無墨跡脫落，體現(xiàn)出優(yōu)秀的附著力。最后，將圖案樣品均放置30 d，所有噴碼圖案均未出現(xiàn)形變、褪色和毛邊，證明具有良好的穩(wěn)定性。

圖2油墨中炭黑的結(jié)構(gòu)以及油墨的流動(dòng)性和固化性

圖3普通油墨和通用油墨在不同承印紙張上的噴碼

表5普通噴碼油墨與商用噴碼油墨噴碼圖案綜合性能對(duì)比

進(jìn)一步探索通用油墨功能化的可能性。在通用油墨的配方中引入熱敏黑材料，以檢驗(yàn)其熱變色防偽性能。如圖4所示，二維碼的黑色邊框采用熱敏黑復(fù)合通用油墨。當(dāng)溫度>40℃時(shí)，中間的普通商用油墨顏色保持不變，而熱敏黑復(fù)合通用油墨邊框則逐漸變?yōu)榈S色。

這一溫變變色特性的機(jī)理源于熱敏黑材料的獨(dú)特性質(zhì)，該材料在特定的溫度條件下分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致顏色轉(zhuǎn)變。這一變化是可逆的，當(dāng)溫度恢復(fù)到常溫時(shí)，邊框的顏色又會(huì)變回黑色，如此可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的防偽驗(yàn)證。

圖4油墨的熱敏變色照

結(jié)語

通過接觸角、界面張力和表面張力測(cè)試，評(píng)估了UV油墨對(duì)不同承印紙張的表面浸潤(rùn)性差異。結(jié)果表明，使用低表面張力的乙氧基單體有利于得到浸潤(rùn)性變化較小、承印紙張通用性更佳的通用性油墨。進(jìn)一步選取適中粒徑高氧化度的炭黑粒子和高含量引發(fā)劑，通用性油墨同時(shí)展現(xiàn)較低黏度、良好分散穩(wěn)定性和高固化速度。最終的噴碼圖案清晰，對(duì)不同紙張噴碼適應(yīng)性擴(kuò)大，還具有熱致變色功能。通過本文研究，有望給高普適性UV油墨研發(fā)提供借鑒。