液晶油墨印刷及其应用

液晶油墨印刷及其应用

    液晶油墨是20世纪70年代起源于美国的一种新型特殊油墨，是指在油墨中加入了具有结晶性能的化合物。液晶油墨，从制作方式上看，属于微胶囊结构油墨类型；从应用上看，属于热敏性的温致变色油墨范畴。

1 液晶油墨的组成

　　液晶油墨主要由水溶性树脂、液晶胶囊、助剂、连结料、消泡剂等组成，是将封闭在微胶囊中的液晶及助剂等分散在连结料中配制而成。其主要成分如下。

　　1)液晶

　　液晶是具有液体流动性，又具有与晶体同等化学性质的物质。对电场、磁场、温度、化学环境及应力等条件非常敏感。

　　2)胶囊

　　由于液晶是介于液体与晶体间的有机化合物，它不像普通油墨可以直接加入连接料。为避免液晶被其它物质污染，以保证呈色效果，需将液晶包裹在微胶囊里，再与连接料混合制成微胶囊油墨。微胶囊的囊壁是由明胶、阿拉伯树胶、甲醛、醋酸、氢氧化钠等组成。

　　3)其它

　　水溶性树脂主要是丙烯酸共聚物乳液，具有较好的耐久性和力学强度；连接料为水基树脂，常用的有水溶性聚乙烯醇、水溶胶性树脂；消泡剂为丙三醇。

2 液晶油墨的配制

　　将1份明胶和12.1份蒸馏水配成水溶液,加热至55℃时加入70%胆甾壬醇盐、25%胆甾醇氯化物、5%胆甾醇肉桂酸盐的液晶熔融物，然后用搅拌机将其分散成直径为15~30μm的粒子。在另一个容器里按质量调和1份阿拉伯树胶和95.6份蒸馏水，温度控制在55℃，慢慢加入明胶水溶液，使pH值调至4.85。当混合液冷却至15℃时，混入25%戊二醇水溶液，用脱水机洗净脱水成为浓缩胶囊料浆，再混合10%聚乙烯醇水溶液，制成液晶微胶囊油墨。

3 液晶油墨的呈色机理

　　液晶整体形成螺旋结构，当光从平行于平面排列的螺旋轴方向入射时，就被分成左旋光和右旋光两种圆偏振光。其中一种成分的光被透射，另一种成分的光则全被反射。这种现象称为圆偏振光二色性。在胆甾型液晶选择光散射频带两侧的波长区域内，具有很强的旋转性，并且在光散射频带左右旋光的方向各不相同。因为大多数胆甾型液晶的螺距对温度都有很强的依赖性，所以，只要温度稍有变化，选择散射光的波长（颜色）就会发生很大的变化。通俗地讲，液晶的成色机理就是：利用其对特定波长光选择性反射而形成的。液晶油墨正是利用了液晶的这种特性，使液晶在微弱电流和温度的影响下，晶格发生变化而显示出明暗图案与色彩，液晶的反应温度是-100℃~700℃。

4 液晶油墨印刷的技术要求

　　液晶印刷技术的关键是能够在不同温度下显示出色彩鲜艳的液晶，且在色温域值上要成系列。液晶微胶囊要做得细小而均匀，囊壁透明且薄，掺入油墨后，要求耐溶剂性稳定、可靠、寿命长；印刷过程中还要保证液晶微胶囊不被破坏；表面覆盖保护膜等。

１液晶油墨印刷时材料的选择

　　供印刷用的承印材料最好是吸水性的纸，合成纸也适用。液晶油墨可采用丝网或凹版印刷，为了减少印刷过程中对胶囊的破坏，常常选用丝网印刷。对于丝网的选择，一般可用尼龙丝网或涤纶丝网。如果印版上需要载墨量大时，可用不锈钢网制版。微胶囊的直径一般在10~30μm之间，所以在选择丝网目数时应根据油墨微胶囊直径和墨层厚度的要求来选择。通常丝网目数以100~175目为好。由于丝网液晶微胶囊油墨是水溶性的，故制版时应采用耐水性强的感光胶。

　　2)液晶油墨印刷时的注意要点

　　●印版上要一次装入足够的墨量，给墨要均匀，中途最好不要补墨，以防起泡，如果印刷承印物上的墨量不足会影响发色效果。

　　●由于微胶囊油墨容易堵塞网版，印刷中如果出现堵网、起泡现象，要立即停机处理，一般用醇水来清洗干净。

　　●选用合适的印刷压力。压力小，印刷承印物上的墨量会不足；压力过大，会破坏液晶胶囊，影响发色效果。

　　●为使印刷部分发色明显，印刷底色应选用黑色或深色调。底层可用水溶性油墨，也可用有机溶剂油墨。当选用有机溶剂油墨时，印完后必须充分干燥，墨膜不得残留有机溶剂，否则会与液晶反应，影响发色效果。刮板硬度以肖氏硬度60~70为宜，刮印角度60°~70°，网距4~5mm。

　　●为了提高发色效果，要保证墨层平滑光洁，墨层厚度一般控制在15~35μm，墨层不平整或过薄均会影响显色效果。

　　●印刷色序安排。可先用黑色或深颜色油墨印刷底色，再用液晶油墨印刷所需图案；也可先用液晶油墨印满底子，再用水溶性黑色或深颜色油墨印刷所需阴图图案进行覆盖。

　　3)印后处理的注意事项

　　●干燥方式最好为自然干燥，也可用40℃左右热风干燥，千万不可以性情急燥、采用快速或高温加热等干燥方法；

　　●印刷品堆放时不要重压。干燥后也尽量不要堆积重叠太多，断裁不宜加过大的局部压力，以免液晶微胶囊被压破；

　　●使用液晶油墨时应根据使用目的确定变色温度范围和液晶的耐用性。为了提高墨层表面耐磨性、耐温性、隔气性以及保持其光泽性，表面可涂布罩光漆或贴保护膜。

5 液晶油墨的应用及其优点

　　液晶油墨印刷的应用范围非常广泛，就其功能而言，主要用于温度显示、发色变化。其优点主要表现为以下几点。

　　1)便于长期保存

　　液晶胶囊能起到保护作用，避免了液晶受到外界污染，提高了印刷适性，延长了使用寿命，便于长期保存。

　　2)检测功能

　　主要是用在温度计、体温计、温度自动记录仪、测试机械及检测仪器等有温度显示要求的承印物上。目前，美国有医院用液晶印刷纸作为一次性体温测试计。还可被利用作为测量人体宽松度的松弛卡以及用于材料的非破坏性检查。

　　3)娱乐功能

  主要用于广告、商标标签、工艺美术品、纪念章、首饰等装饰品及防伪印刷产品等。如果用于印刷日历图画，图画将会随着四季温度的变化而呈现不同的效果；若印成儿童画册，可随儿童指点触摸而改变画面色彩，提高了儿童的阅读兴趣。

　　4)提示功能

　　主要用于商标、包装纸等，贴在一些类似于冷冻食品等怕热的产品上。根据包装图案色彩的变化，可以了解内装物品的质量变化，如糖果包装纸上鲜艳的画面变灰暗，就应尽快将糖果吃掉，否则就要融化了。在容器上印液晶图案，可显示容器内物品温度。在贵重、怕热、怕冷的大件物品上，液晶油墨印刷可作为保持温度的提示卡。

　　5)温度标识

　　可以用于冷、暖器具，室内温度的标志，通过液晶印刷品的颜色变化准确预测温度的范围。该项技术可以用于温室蔬菜培育过程中的温度控制，农民可以通过液晶印刷品的颜色变化正确调节蔬菜大棚内的温度。该技术同样对印刷车间和印刷仓库温度的控制也有一定的指导意义。

　　6)防伪功能

　　利用液晶感温变色的特点，使液晶印刷品具有防伪功能。如今在防伪包装装潢领域中已发挥很大作用。

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