等离子体在印刷包装工业中的应用简介

等离子体在印刷工业中的应用提纲1.印刷包装材料表面等离子表面改性2.印刷机械零件等离子体表面改性------------等离子体渗金属,磁控溅射,维弧氧化,等离子体喷涂3.等离子体制备新型包装材料-----SiO阻隔薄膜----类金刚石阻隔薄膜4.新型印刷版材的制备-----凹版耐磨层的制备印刷材料表面等离子改性1，物理基础A，印刷业中大部分印刷行为的发生在材料的表面和界面，影响界面相互作用的因素有两个：

★

比表面积大小（粗糙度）

★界面相互作用力的大小（表面能大小）印刷材料表面等离子改性

界面相互作用力包括以下几类：※离子结合力（一次结合力）：※共有结合力：物理基础印刷材料表面等离子改性※色散力：※取向结合力（二次结合力）：物理基础印刷材料表面等离子改性※诱导力：※前两项为一次力，后三项为二次力物理基础印刷材料表面等离子改性其中式中：

所以提高材料表面极化程度（活化程度），增大和是提高表面能的方向。物理基础常数分子间距电子能量结合能电离能偶极子能率极化率原子间引力与其他力相互抵消距离分子键C-HC-NC-ClC-FC-OC-CC=CC≡C结合能（eV）4.32.93.44.48.03.46.18.4印刷材料表面等离子改性B，在印刷工业中常用材料主要分子键及键能如下表1。

表1一些分子的键能物理基础印刷材料表面等离子改性C，常用低温等离子体中：电子温度：Te=2-10eV离子温度：Ti=0.2-2eV光子能量：hv=2-10eV因为1eV=10000K所以可以通过等离子体在一个电子或离子尺度内到局部高温，诱发其他条件可不能产生的反应，打断有机材料的分子链，形成活性基团，增加表面能，从而改善吸收性和粘接强度。物理基础印刷材料表面等离子改性D，带电粒子与表面作用时，会引起表面粗糙度的变化，出现大量数十到数百nm的起伏，这种效果使比表面积大大增加，因此它从物理方面改善了材料的表面性能。物理基础印刷材料表面等离子改性2，应用举例（主要是本研究室所做的工作）⑴纸张表面改性等离子处理前后与水接触角的变化Fig.6contactangleoftreated(left)anduntreatedpaper(right)towater印刷材料表面等离子改性

表面粗糙度变化如下图

Fig.2SEMphotoofuntreated(left)andtreated(right)paper此技术已有两个使用方向：应用举例印刷材料表面等离子改性A，用等离子体改善邮票纸印刷适性装置应用举例印刷材料表面等离子改性A，用等离子体改善邮票纸印刷适性改善效果：印刷密度特别是高亮调明显增加，如表2所示。表2.邮票纸等离子体改性前后印刷密度变化应用举例色阶ABCD未处理纸（D1）1.0290.6000.2890.060处理过纸（D2）1.0370.6500.3390.097

0.8%

7.4%

17.3%

61.97%印刷材料表面等离子改性A，用等离子体改善邮票纸印刷适性网点密度照片：应用举例Fig.5Printedmarksonuntreated(right)andtreated(left)stamppaper印刷材料表面等离子改性B，用等离子体改善纸张涂布效果，提高纸张表面强度（在北京造纸七厂）工艺流程：应用举例Fig.7Processofpaper-makingwithandwithoutplasmatreatment(a):Processwithplasmatechnology(b):Processwithoutplasmatechnology

印刷材料表面等离子改性B，用等离子体改善纸张涂布效果，提高纸张表面强度（在北京造纸七厂）处理结果：表面强度提高60%，白度与原工艺的纸相同，印刷适性与原工艺的纸相同应用举例在生产线上等离子体设备纺织品材料表面等离子改性针对印染业中退浆和煮炼工艺长，成本高，污染严重等问题，我们于1989年曾研究过用等离子体技术取代简化原退浆煮炼的问题，取得了较好的实验成果，在北京床单厂进行了中试，并申报了国家发明专利。应用举例纺织品材料表面等离子改性这项成果的具体内容为：对化纤与棉纱比例高于65/35的纺织品，经等离子体处理后毛效明显变化，将原始织物用等离子体处理后，可以直接进行漂白，完全省掉退浆和煮炼工艺，用等离子体处理和不用等离子体处理时，漂染工艺如下图：应用举例纺织品材料表面等离子改性纺纱机纤维褂浆织布退浆煮炼清水漂洗烘干漂白染色……纺纱机纤维褂浆织布漂白染色……等离子体改性两种不同处理工艺路线应用举例纺织品材料表面等离子改性在工厂根据在染整生产线上的实验结果，用等离子体技术后在经济上带来的效益如下表所列。以生产100米混纺布（65/35）成本例算（1989年价格）单位：元所用工艺用电化工原料用水用汽设备合计等离子体工艺0.14///0.110.25化学退浆工艺0.171.030.050.850.823.92煮炼工艺0.171.071.051.820.823.96应用举例纺织品材料表面等离子改性从以上可见，用等离子体技术所花费用仅为传统工艺的3%，且消除了环境污染。对棉线所占比例大于65/35的纺织品，原退浆、煮炼工艺不能全部被等离子体工艺取代，但是可以大大缩短煮炼时间。实验结果表明，对棉含量达82%的混纺布，等离子体处理后，表面果胶含量减少了50%，且表面被打出大量直径为0.4-0.5um的小孔，这种小孔扩大了煮炼的反应截面，有利于提高煮炼效率，促进缩短煮炼时间。应用举例纺织品材料表面等离子改性仍以100米棉/绦=82/18纺织品，用和不用等离子进行处理煮炼，并达到相同效果时所花成本比例估计为：0.053：1。最近此项技术又有新的进展，我们在实验室又开发出了新型等离子枪。应用举例印刷材料表面等离子改性⑵炭黑表面改性目标：解决黑墨不黑问题实验装置：应用举例印刷材料表面等离子改性结果如图所示1：应用举例Fig.1SEMphotographofcarbonblackbefore(left)andafter(right)modifiedinairplasma印刷材料表面等离子改性结果如图所示2：应用举例Fig.2relationshipofacidamountincrementvs.treatmenttime印刷材料表面等离子改性结果如图所示3：应用举例Fig.9patternsofgrindabilityofcarbonblackinbinderbefore(a)andafter(b)modificationinairplasma印刷材料表面等离子改性⑶塑料（PET）表面改性此改性效果：提高了表面自由能，加强了与涂料粘结力，在此基础上制备了激光印字机专用软片和激光印字机直接制版。应用举例印刷材料表面等离子改性应用举例与传统版材的对比如下图：印刷材料表面等离子改性⑷用等离子体离子溅射技术制备计算机直接印刷版材计算机直接印刷（数字印刷）是印刷业发展方向应用举例其中成像层用等离子体磁控溅射技术制备，现在表面斥墨层用化学方法制备。

印刷材料表面等离子改性直接制版和数字印刷与传统胶印印刷工艺比较图应用举例印刷材料表面等离子改性其中版材是关键，版材结构和制版过程如图（激光烧蚀版结构）应用举例23415

1、激光束2、表面斥墨层3、成像层4、基材5、图文斑点（吸墨）图5、热烧蚀型热敏版材制版过程现在版材已经在实验室生产出，并在DI-46机上印刷。印刷材料表面等离子改性版材分辨率如图应用举例印刷材料表面等离子改性⑸用等离子体离子聚合技术制备低表面能薄）膜（D4膜）目标：激光烧蚀型数字制版斥墨层成膜的表面能见表3。表3基材（PET）和D4薄膜表面能比较应用举例印刷材料表面等离子改性⑹用等离子体化学气相沉积（PECVD）制备类金刚石薄膜、硅氧薄膜等。雷达表壳抗磨损保护膜包装材料高阻隔性薄膜

应用举例其它材料表面等离子改性⑺利用等离子体多向离子注入技术改善金属表面硬度和耐磨性原理如图应用举例其它材料表面等离子改性⑺利用等离子体多向离子注入技术改善金属表面硬度和耐磨性

应用举例Mn钢经离子注入等处理后摩擦磨损性能其它材料表面等离子改性⑻利用等离子体技术去除空气中有机溶剂应用举例装置图其它材料表面等离子改性⑻利用等离子体技术去除空气中有机溶剂应用举例处理结果结论等离子体作为一个新的学科，它是一个技术平台，可以开发出多种用途，用于不同行业和方面，包括新材料制备，改性及加工技术。我