奈米复合材料在印刷应用与发展.DOC

奈米複合材料在印刷應用與發展 摘要 奈米科技對於印刷材料有很大的突破，不僅是品質的提升，成本也可以因此而下降。印刷產業在奈米科技的發展下，諸如印墨顏料的奈米化，使得不僅是在傳統印墨，其他數位之噴墨印刷，或特殊印刷等領域亦能廣泛的應用；由於表現階調豐富，可達到色彩飽和的成果。除此之外，被印材料上應用了奈米複合材料更使得塑膠材質的印刷適性，達到對印墨吸收良好，耐磨性高及防水防濕的功效。而奈米複合材料不僅具有奈米微粒尺寸小，還可結合無機/有機高分子兩種複合材料改質的優點；它具備使表面積增大，表面能和表面張力也隨粒徑的減小急劇增大，從而在某一相發揮了奈米尺寸效應、表面介面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，導致了該材料在力學、光學、磁學、電子、催化等許多方面呈現特殊的性能。基於以上許許多多的優點下，奈米複合材料在印刷領域上是相當值得去研究與開發的。 奈米複合材料的發展與在被印材料之應用 （一）、奈米複合材料的發展 奈米複合材料（nanocomposites）一詞首見於1982~1983年間，由RoyKomarneni所提出的新名詞，指的是其中至少有一組成其一維方向的尺寸大小在奈米範圍的複合材料，因此分散相粒徑介於1~100nm之間的複合材料即可稱為奈米複合材料。奈米複合材料之發展最初一般大多使用黏土、蒙脫土（montmorillonite）等相關無機材料去製備，傳統無機／有機高分子複合材料通常皆利用機械方式將無機物分散至高分子基材中。然而以這種方式製備的高分子複合材料，因其分散效果有限，最多只能達到微米級程度的分散，以致於無機材料在高分子基材中不易分散均勻而有聚集的現象發生。另外，一般高分子與無機物之間作用力很弱，界面強度不穩定，易造成兩相間之相分離。如果無機物在高分子中分散情形能達到奈米尺度（nanoscale），則會具有一般傳統複合材料所沒有的特性。因為無機物分散相和高分子基材間的作用力隨著接觸面積的大幅增加而趨於增強，相與相之間分散也更均勻（圖一、圖二）。複合材料的物性、尺寸穩定性、熱穩定性，亦同時具備高分子的韌性、易加工性、低介電性質。由此可知，當複合材料中分散相的粒徑達到奈米級的程度，將可表現出特殊的電氣、磁性、化學、物理、量子等機能特性。而印墨、被印材製程中，改以使用奈米複合材料，也將使得在特殊被印材印刷上的增加印墨的附著力與耐磨性，也使色彩表現更具飽和，印刷品質也相對提高。 （二）、奈米複合材料的特性 由於奈米微粒尺寸小，表面積大，表面能和表面張力隨粒徑的減小急劇增大，從而使某一相表現出了奈米尺寸效應、表面介面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，導致了該材料在力學、光學、磁學、電子、催化等許多方面體現特殊的性能。這種性能在有機無機奈米複合材料中也得到了體現和應用。有機無機奈米複合材料是指無機填料以奈米尺寸分散在有機基體中以形成的複合材料，其分散相至少在一維方向上達到奈米級（ 1 n m —100nm）。一般有機無機奈米複合材料具有下列的優勢： （1）材料剛性、抗拉、抗折性質提昇 添加少量（一般約0.5~5%）即有顯著效果。材料不因奈米層狀材料添加而改變材料外觀質感特性，另外多次回收再利用也無損其機械性質。剛性性質上昇可一併降低材料熱膨脹係數，達到高尺寸安定化效果。 （2）耐熱特性提昇 奈米層狀粘土添加少量可大幅提昇材料耐熱變形溫度，但對於有熔點結晶高分子，熔點不變。顯示材料成形模塑溫度不變，但產品耐溫性上昇。除此之外也提升材料耐熱分解溫度，層狀材料補強提昇材料分解溫度可達10℃~20℃，此現象在空氣中之熱分解上昇較為明顯。 （3）材料自身防燃性上升 奈米層狀材料除可提昇材料熱分解溫度外，高長徑比的微分散可有效阻絕材料燃燒過程間熱釋放率與可燃氣體釋出。燃燒後之灰燼觀察，奈米複合材料經燃燒後會形成灰燼絕緣層，而達防燃效果提昇。 （4）阻絕特性提昇 層奈米分散材料，高長徑比的無機阻絕材分散在塑料基材中可有效阻絕水份、氧氣、溶劑在基材之擴散穿透，有效防止水氣、氧氣、或耐溶劑性上昇。常見的尼龍與聚亞醯胺吸濕性改善，藉由少許粘土約0.5% 添加即可降低約一半水氣穿透性。顯示在水氣阻絕效果上奈米層材的絕佳效 果。 （三）、奈米複合材料的應用 由於奈米複合材料能將分子層級之結構特性充分發揮，達到低補強材含量之輕量化目標，並兼俱高剛性、高強度、高耐熱性、低透氣率、低吸水率等性質，若再加入一些特殊功能的單體或添加劑，如增加導電性或感光性等，則可成為功能性高分子奈米複合材料，故可用於多種產業如： （1）一般民生工業—主要利用奈米材料在剛性、機械強度、耐磨、可回收性、輕量化等特點，可運用工程塑膠及其合膠、彈性體應用等。 （2）纖維工業應用—利用奈米高分子複合材料提昇材料比剛性、強度、耐熱特性等，在衣著纖維則能開發如抗菌、抗紫外線、與增進遠紅