隐形红外油墨的制备及其性能测试

•                 【内容提要】隐形红外油墨有两种：一种是红外吸收油墨，利用特殊物质对红外光的吸收性能进行检测，油墨中的染料（或颜料）不吸收可见光或有微弱吸收，对红外光却能充分吸收，主要用于光学字符阅读器进行信息读取。
•                                                                                  
                    　　目前，可供光学字符阅读器识别的油墨有可视油墨和隐形油墨两种。用隐形油墨印出的图案通常用肉眼难以识别，但在特定波长的光照射下，可以用肉眼看到或被仪器检测出来。在隐形条形码的印刷中，现有的方法主要是利用了物质的紫外荧光性，油墨中的染料（或颜料）被紫外光激发，发出荧光从而被检测出来。本文将介绍一种新型隐形防伪油墨—隐形红外油墨，是利用特殊物质对红外光的吸收性能或荧光性能进行检测。隐形红外油墨中含有能够吸收700～1500nm波长光并激发出可见荧光的特殊物质，它的防伪特征主要是用红外线鉴别时会显示隐形图文或发光，由于特殊物质吸收红外线范围较宽广，所以红外检测仪应具有一定的灵敏度才能准确地辨别其真伪，其主要应用于票据、证券等防伪印刷中。
  　　隐形红外油墨有两种：一种是红外吸收油墨，利用特殊物质对红外光的吸收性能进行检测，油墨中的染料（或颜料）不吸收可见光或有微弱吸收，对红外光却能充分吸收，主要用于光学字符阅读器进行信息读取；另一种是红外荧光油墨，主要利用物质的荧光性，油墨中的颜料可被红外光激发，发出更长波长的红外荧光，从而被检测出来。本文将介绍利用稀土材料的荧光性制备的隐形红外油墨。
  　　隐形红外油墨的性能要求
  　　（1）必须在红外光区有强吸收性，但在可见光区不吸收或弱吸收。
  　　（2）油墨中的各种材料可以共存，且能够很好地混合在一起。
  　　（3）油墨的物理、化学和机械性能必须能适应特殊的印刷工艺和印刷机械的要求。
  　　（4）油墨印到承印物表面后的一段时期内，必须保证图文有一定程度的耐抗性能，如耐磨、耐晒等。
  　　隐形红外油墨的制备
  　　本实验将制备好的纳米发光粒子ZrO2、Er3+、Yb3+添加到油墨中，主要考察发光粒子的添加比例对油墨的发光性以及印刷特性的影响。隐形红外油墨一般要具有良好的流动性、干燥速度快、对承印物的抗粘连性好、稳定性好，因此在设计隐形红外油墨中发光粒子的添加量时，既要充分考虑油墨的特性，也要考虑油墨的成本。
  　　本次实验的具体配方如表1所示。
  
  表1 实验油墨配方
  
  
  　　根据油墨配方，用电子天平分别称取定量的纳米发光粒子，并分别与一定量的连结料树脂混合，分散均匀。然后对混合物进行仔细研磨，并测试其细度，满足要求后，停止研磨，制成油墨。
  　　隐形红外油墨制造的工艺过程可简化为：配方准备-混合-研磨-制备油墨。
  　　隐形红外油墨的性能测试
  　　随着发光粒子添加量的增加，隐形红外油墨主要性能指标的测试结果如表2所示。
  
  表2 实验油墨主要性能指标
  
  
  
• （1）油墨颜色逐渐与标样颜色的差距变大。这是由于随着发光粒子和溶剂量的增加，油墨被稀释，使得油墨颜色逐渐与标样油墨的颜色产生差距。
  　　（2）油墨的光泽度逐渐降低。这主要是由于添加发光粒子后，油墨的分散效果越来越差，导致其光泽度下降。
  　　（3）油墨的细度基本没有变化。这是由于添加的是纳米粉体，基本对油墨的细度没有影响。
  　　（4）油墨黏度增加。这是由于发光粒子使油墨变稠，但是随着溶剂量的增多，油墨的黏度又随之下降。
  　　（5）油墨的初干性降低。这主要是发光粒子的加入阻碍了油墨的流动性，导致初干性下降，同时C、D、E配方中溶剂的加入使得溶剂挥发，阻碍了油墨的干燥。　　（6）油墨的着色力下降。这主要是由于发光粒子着色力较弱，影响了油墨的着色力，导致油墨着色力下降；同时溶剂的加入稀释了油墨，也会导致油墨的着色力下降。
  　　（7）油墨的附着牢度逐渐下降。这是由于随着发光粒子的添加增多，油墨黏度下降，从而导致附着牢度下降。
  　　（8）油墨的抗粘连性略有增高，变化不太明显。这主要是由于纳米发光粒子在油墨中分散得较为均匀，对油墨的抗粘连性基本没有影响。
  　　（9）不同配方对油墨发光性能的影响如图1所示。随着ZrO2、Er3+、Yb3+纳米发光粒子的添加，油墨的发光性能逐渐增强，但同时也影响了油墨的颜色、光泽度、细度、黏度、初干性、附着牢度、着色度以及抗粘连性。当纳米发光粒子的添加量为5%时，发光相对较弱；当添加量为10%、15%时，用肉眼即可观察到较强的可见光，并且分别通过对红、白、蓝色油墨的实验，用980nm红外激光测试后都可观察到可见光，并没有被油墨颜色所覆盖。综合考虑，纳米发光粒子在油墨中的添加量为10％～15%。
  
  
  图1 不同配方的油墨发光性能