中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快和環(huán)保意識的增強(qiáng)，綠色可持續(xù)發(fā)展成為各行業(yè)的核心方向。在油墨領(lǐng)域，傳統(tǒng)溶劑型油墨因高揮發(fā)性有機(jī)化合物排放帶來的環(huán)境和健康問題，逐漸被環(huán)保型油墨取代。水性油墨以水為主要溶劑，能顯著降低揮發(fā)性有機(jī)化合物排放，符合嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，在包裝、印刷、廣告等領(lǐng)域潛力巨大。然而，當(dāng)前水性油墨在多種基材上的穩(wěn)定打印效果及傳感應(yīng)用方面仍有不足，為此，研究人員開發(fā)了環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨，以提升其性能和實(shí)用價(jià)值。

  一、環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的制備工藝

  《2025-2030年全球及中國絲印油墨行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的制備以酪蛋白、己內(nèi)酰胺、γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷、炭黑為主要原料。首先制備己內(nèi)酰胺改性酪蛋白和 γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷改性炭黑，再通過酰胺基團(tuán)和氨基之間的相互作用制備出酪蛋白復(fù)合改性炭黑復(fù)合油墨。

  具體步驟如下：將 18.92g 酪蛋白溶解在 80.00g 水和 4.50g 三乙醇胺的混合溶劑中，置于三頸燒瓶內(nèi)，在 300r/min 轉(zhuǎn)速、65℃條件下加熱 2h，隨后升溫至 75℃，加入 32.50g 水預(yù)分散的 8.11g 己內(nèi)酰胺，繼續(xù)攪拌 2h，得到己內(nèi)酰胺改性酪蛋白乳液。對于改性炭黑的制備，將 0.067gγ- 氨基丙基三乙氧基硅烷分散在 10.00g 無水乙醇和 1mL 乙酸的混合溶劑中，劇烈攪拌 40min，再加入 30.00g 無水乙醇預(yù)分散的 1.000g 炭黑，持續(xù)攪拌 30min 后進(jìn)行 30min 超聲處理，隨后將懸浮液加熱至 80℃并攪拌 4h，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心純化、洗滌、干燥，獲得 0.836g 改性炭黑。最后，將 0.30g 改性炭黑分散在 10.00g 水中，80℃攪拌 2h，加入 20.00g 己內(nèi)酰胺改性酪蛋白，繼續(xù)在 80℃攪拌 2h，冷卻至室溫后得到酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨，即 CA-CPL/SMCB3。此外，還通過調(diào)整改性炭黑加入量，制備了其他不同配比的絲印油墨。

  二、環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的結(jié)構(gòu)表征結(jié)果

  采用傅里葉變換紅外光譜儀、透射電子顯微鏡、納米粒度電位儀對環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨進(jìn)行表征，結(jié)果如下。

  傅里葉變換紅外光譜分析顯示，炭黑表面的羥基與 γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷的硅醇基發(fā)生縮合反應(yīng)，使改性炭黑在 1096cm?1 處形成 Si-O-Si 和 Si-O-C 鍵，并引入氨基;己內(nèi)酰胺改性酪蛋白在 1639cm?1 處有酰胺 I(C=O 伸縮振動(dòng))的特征峰，1523cm?1 處有酰胺 Ⅱ(N-H 彎曲振動(dòng))的特征峰，表明改性成功;而酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨保留了改性炭黑的 Si-O-Si 和 Si-O-C 結(jié)構(gòu)，且在 3120cm?1 處 N-H 和 O-H 伸縮振動(dòng)峰減弱，說明己內(nèi)酰胺改性酪蛋白與改性炭黑通過化學(xué)鍵和氫鍵相互作用形成復(fù)合材料。

  透射電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，未改性炭黑顆粒聚集嚴(yán)重，粒徑 100-1000nm，分散性差;改性炭黑顆粒形貌清晰，平均粒徑 100-400nm，團(tuán)聚程度降低;己內(nèi)酰胺改性酪蛋白顆粒較小，為 50-100nm，單分散性好;酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨粒徑 300-500nm，分散性較未改性及單獨(dú)改性炭黑有所改善。

  納米粒度電位儀分析表明，改性炭黑粒徑較未改性炭黑小，主要集中在 100-400nm;己內(nèi)酰胺改性酪蛋白粒徑更小，分布在 50-100nm;兩者復(fù)合后，酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨粒徑顯著增大，主要集中在 300-500nm。

  三、環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的性能分析

  (一)環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的流變性能

  流變性能是影響絲印油墨印刷適應(yīng)性和圖案質(zhì)量的重要因素。測試發(fā)現(xiàn)，所有酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨均表現(xiàn)出剪切變稀特性，即在外部剪切力作用下，體系內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)破壞，流動(dòng)性增強(qiáng)。加入改性炭黑后，絲印油墨的黏度比未加改性炭黑的顯著提升，尤其在低剪切速率下效果明顯，且隨著改性炭黑加入量的增加，黏度呈穩(wěn)定上升趨勢。其中，CA-CPL/SMCB3 具有最佳流變性能，印刷出的字母邊緣銳利、覆蓋均勻，而黏度過低或過高的絲印油墨印刷效果不佳，表明合適的流變性能對優(yōu)質(zhì)絲網(wǎng)印刷效果至關(guān)重要。

  (二)環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的表面疏水性

  表面疏水性對絲印油墨的流動(dòng)性、圖案清晰度及在傳感器等器件中的穩(wěn)定性和耐久性有重要影響。隨著改性炭黑加入量的增加，酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨的水接觸角先增加后減小。當(dāng)改性炭黑加入量為 0.3g 時(shí)，CA-CPL/SMCB3 的水接觸角最大，為 106.7°，此時(shí)改性炭黑通過引入疏水性官能團(tuán)，提升了顆粒分散性并抑制聚集，從而提高了表面疏水性。

  (三)環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的導(dǎo)電性能

  電導(dǎo)率是絲印油墨在傳感應(yīng)用中的關(guān)鍵性能指標(biāo)。隨著改性炭黑加入量的增加，酪蛋白復(fù)合改性炭黑絲印油墨行業(yè)電導(dǎo)率顯著提升，CA-CPL/SMCB3 的電導(dǎo)率達(dá)到 17.83S/cm。當(dāng)改性炭黑加入量過多時(shí)，由于顆粒團(tuán)聚削弱了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性，電導(dǎo)率增長趨勢趨于緩和。

  四、環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的應(yīng)用效果

  (一)環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的印刷適應(yīng)性

  CA-CPL/SMCB3 在絲網(wǎng)印刷中表現(xiàn)出優(yōu)異的適應(yīng)性，通過絲網(wǎng)開孔區(qū)域施加到基板表面，在橡膠刮刀作用下均勻鋪展，能在紙張、聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜等多種基材上印制出清晰、邊緣銳利的圖案，如 “SUST” 標(biāo)志和校徽。且在彎曲狀態(tài)下，該絲印油墨在柔性基材上仍保持完整，無裂紋、剝落或變形，顯示出良好的附著力、柔韌性和耐用性。

  (二)環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨的傳感性能

  利用 CA-CPL/SMCB3 制備的柔性傳感器具有良好的應(yīng)變傳感性能，能有效監(jiān)測人體多部位的運(yùn)動(dòng)。在手腕處，傳感器信號波動(dòng)性顯著，可敏銳捕捉機(jī)械變化;手肘處信號波動(dòng)幅度較小，與該區(qū)域運(yùn)動(dòng)幅度較低有關(guān);前額區(qū)域信號波動(dòng)小且規(guī)律，穩(wěn)定性好。此外，傳感器對不同折疊角度能做出相應(yīng)響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間為 450ms，且經(jīng)過 1000 次循環(huán)測試后信號仍保持穩(wěn)定，具備快速響應(yīng)和良好的重復(fù)性。

  總結(jié)

  本文圍繞環(huán)保型酪蛋白基改性炭黑絲印油墨展開研究，通過特定工藝制備出該絲印油墨，并對其結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用進(jìn)行了全面分析。結(jié)果表明，γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷改性炭黑能提高其在水性體系中的分散穩(wěn)定性和界面相容性，按特定配比制備的 CA-CPL/SMCB3 具有最佳的流變性能、表面疏水性(接觸角 106.7°)和適宜的電導(dǎo)率(17.83S/cm)。該絲印油墨在多種基材上印刷效果優(yōu)異，且制成的傳感器響應(yīng)快速(450ms)、穩(wěn)定性好(1000 次循環(huán)測試信號穩(wěn)定)，能有效監(jiān)測人體運(yùn)動(dòng)。這一研究為高性能環(huán)保型絲印油墨行業(yè)研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，使其在傳統(tǒng)印刷及智能穿戴、健康監(jiān)測等新興領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

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