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(zhǎng)峰值為980nm）激發(fā)下，借助監(jiān)測(cè)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(qiáng)、檢測(cè)簡(jiǎn)單和印刷簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鈔票、有價(jià)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(biāo)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(huì)進(jìn)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(duì)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(shí)驗(yàn)，探討上述幾個(gè)因素對(duì)紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)施

1.實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)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(dòng)攪拌機(jī)（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(guó)Microtrac公司）、機(jī)動(dòng)涂布機(jī)（RK Print Coat Instruments Ltd.，）、MDL-H-980nm-4W紅外激發(fā)器（長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)電子科技公司）、TES1336A型照度儀（臺(tái)灣泰仕工業(yè)股份有限公司）和1號(hào)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(shí)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(dòng)攪拌機(jī)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(dòng)攪拌機(jī)攪拌均勻，制得紅外熒光油墨。

（3）涂布樣品制備。選擇1號(hào)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(zhǎng)方形樣品塊。

4.紅外熒光油墨性能測(cè)試

（1）分散性測(cè)試。用正丙醇作為稀釋劑，采用Microtrac S3500型激光粒度分析儀測(cè)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(jìn)行表征。

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

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

1.分散性對(duì)紅外熒光油墨發(fā)光性能的影響

分散性是評(píng)價(jià)紅外熒光油墨性能的關(guān)鍵指標(biāo)，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(duì)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(jī)中取出少量油墨樣品，放置一定時(shí)間后測(cè)試其粒徑大小及相對(duì)熒光強(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，通過改變研磨時(shí)間可獲得不同的油墨粒徑大小，油墨相對(duì)熒光強(qiáng)度隨著油墨粒徑的減小而增強(qiáng)。這是因?yàn)樵诟咚偌羟凶饔孟拢S著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，剪切力或沖擊力會(huì)將潤(rùn)濕后的顏料粒子聚集體破碎成更為細(xì)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(tuán)聚的幾率，從而提高紅外熒光油墨的發(fā)光效率，使得相對(duì)熒光強(qiáng)度隨之增加；當(dāng)研磨時(shí)間超過1.5小時(shí)后，顏料粒子結(jié)構(gòu)遭到破壞，細(xì)小的顏料粒子通過碰撞重新聚集或絮凝，粒徑增大，相對(duì)熒光強(qiáng)度顯著降低。

2.熒光粉含量對(duì)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(biāo)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(duì)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(cè)試了不同熒光粉含量制得的紅外熒光油墨的相對(duì)熒光強(qiáng)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(duì)熒光強(qiáng)度也逐漸增大。當(dāng)熒光粉含量增加到25%時(shí)，相對(duì)熒光強(qiáng)度達(dá)到最大，為11.8。當(dāng)熒光粉含量超過25%時(shí)，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(shí)發(fā)生淬滅現(xiàn)象，致使相對(duì)熒光強(qiáng)度下降、熒光壽命降低?？梢姡隗w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(shí)，紅外熒光油墨的發(fā)光性能最佳。

3.成膜樹脂對(duì)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(duì)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(cè)試了不同U-335和AZ5391成膜樹脂含量對(duì)紅外熒光油墨相對(duì)熒光強(qiáng)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(duì)熒光強(qiáng)度差異顯著。這是因?yàn)榫郯滨渲琔-335的分子結(jié)構(gòu)中含胺酯鍵，分子間存在很強(qiáng)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(qiáng)，因此制得的紅外熒光油墨的相對(duì)熒光強(qiáng)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(tuán)，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(duì)熒光強(qiáng)度較低。

此外，從圖3可以看出，不同成膜樹脂含量對(duì)紅外熒光油墨的相對(duì)熒光強(qiáng)度也有很大的影響。這是因?yàn)殡S著成膜樹脂含量的增加，油墨體系黏度會(huì)增加，減小了激發(fā)態(tài)分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)熒光強(qiáng)度。當(dāng)成膜樹脂含量增加到12%時(shí)，相對(duì)熒光強(qiáng)度達(dá)到最大。此時(shí)，隨著成膜樹脂含量的增加，相對(duì)熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)槌赡渲璧K了熒光物質(zhì)對(duì)光的吸收，從而削弱了相對(duì)熒光強(qiáng)度。

結(jié) 論

（1）油墨的分散性對(duì)紅外熒光油墨的相對(duì)熒光強(qiáng)度的影響很大，顏料分散程度越好，相對(duì)熒光強(qiáng)度越高。當(dāng)研磨時(shí)間為1.5小時(shí)時(shí)，油墨樣品的粒徑最小，分散性最好，紅外熒光油墨的相對(duì)熒光強(qiáng)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(duì)熒光強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)含量增加到一定比例時(shí)，相對(duì)熒光強(qiáng)度反而下降，當(dāng)含量為25%時(shí)最佳。

（3）成膜樹脂種類不同，紅外熒光油墨的相對(duì)熒光強(qiáng)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(duì)熒光強(qiáng)度逐漸上升，當(dāng)含量超過一定的比例時(shí)，相對(duì)熒光強(qiáng)度反而下降，當(dāng)成膜樹脂含量為12%時(shí)效果最佳。endprint