无墨生态技术的开发

2014-04-11
1.开发的背景
现行激光,喷墨打印机在打印过程中往往会产生含有大量微粒的气体。它不仅影响身体健康,而且墨的存在也严重影响了纸的再生循环利用及环保问题。对此,本技术原本不受欢迎的打印纸泛黄变色的指标,巧妙地应用到打印技术上,用看似有悖于常理的“火”(热能)形成打印所需的文字图案。从而提出了不用墨粉或墨水,能在单一的普通打印纸上实施打印的生态打印技术的理念,并彻底改变了打印需要“墨”和“纸”的传统的打印观念。
 
2.生态打印的原理及其研究进展
经手工模拟打印实验可知,在实验的350°C到480°C温度区间内均能在打印纸上热烤出颜色(图1a)。其色度x,y虽然有一定的变化,但变化幅度不大,x多在0.40到0.38,y多在0.39到0.37之间变化,主要分布在黄色调的区间内。不过,热烤温度对明度L*的影响比较大,在本实验条件下,L*值在26%到14%之间(图1a ,b) ,并且在开始阶段随着热烤温度的增加快速下降,后面阶段则基本趋向于稳定。由此可知,通过本技术确实能得到打印所需要的泛黄变色。图1同时给出利用本原理进行模拟热烤打印的实验结果与商用打印结果的效果对比情况。
  

需要说明的是,纸的热失重(TG)实验表明当温度达到500°C时,打印纸已经严重失重。那么为什么600°C热烤打印时,打印纸不会产生严重损坏呢?这是由于TG实验和热烤打印的受热作用的时间有很大不同:例如在TG曲线上升温10°C往往需要十余秒时间,而在450°C高温热烤30毫秒,约为前者的1/500!更何况 1) TG实验中受热是连续,累加的;2) 热烤打印时打印纸中的水分汽化能起到缓冲作用。因此,就受热作用的程度而言,热烤打印技术与TG实验至少相差2个数量级。可见,通过控制热烤温度和时间等技术参数,不论在打印效果上,还是在打印速度都应该具有实用价值。打印时,每个打印点的热烤时间约为
 
3.生态打印技术的重大意义
自古以来,打印通常是由一种或多种颜色的材料(涂层涂(书写)在另一种不同颜色为基底的材料上来形成文字或图案的。也就是说,至今为止所有的打印几乎都基于最原始的通过“颜色涂料”+“基底材料”的方向发展起来的。而本文则开辟了只需要单一“基底材料”就能实现打印效果的一种崭新的打印技术。从而彻底消除了墨的不利影响,具有绿色环保,容易产业化等特点;为净化居住环境,提高再生纸的品质提供了保障。具有极好的低碳节能效果,社会效益及经济效益。
   无墨生态打印技术不仅涉及生物质的热解(生物学,传热学,化学)与色彩学,而且还涉及到其它许多学科的交叉研究。例如纳米科学(打印纸表面纳米层次热解碳化),光化学(光致氧化变色,光降解变色),造纸科学(包括对生物质的水解或酶处理,或接枝改性等化学处理,以便开发更加适合热烤打印技术的打印纸),高温材料科学,机械与传动(打印头需要精密的传动与电控)等等。
总之,无墨生态热烤打印技术无论从基础学科的研究上,还是实际应用上均具有非常诱人的发展前景;深信若干年内它就能造福于人类,人们还将去挑战全色彩热烤打印技术。这一技术与中国古代的四大发明中的造纸术和活字印刷一脉相承,梦想无墨生态热烤打印技术能成为中国古代四大发明后的一大发明。
 
4.主要成果
代表论文
[5] JX. Chen*, L. Pan, J. Xie, G. Wu, H. Ren, Y. Wang, pyrolysis volatiles and environmental impacts of printing paper in air, Cellulose , (in press, SCI IF=3.4).
[4] L. Pan, JX. Chen*, CF. Wan,H. Ren, HM. Zhai,Y. Wang, Pyrolysis volatiles and environmental protection of printing paper, Cellulose Chemistry and Technology, 47:(in press, SCI ).
[3] JX. Chen*, J. Xie, L. Pan, X. Wang, LN. Xu, Y. Lu, The Microstructure of Paper after Heat-induced Inkless Eco-printing and its Features, Journal of Wood Chemistry and Technology, (2014) 34:202-210 ( SCI IF=1.7).
[2] J. Xie, JX. Chen*, Y. Wang, YF. Liu, M.N. Noori,L. Pan, Weight Loss Phenomenon of Paper and the Mechanism for Negligible Damage of Heat-induced Inkless Eco-printing,Cellulose Chemistry and Technology, 47(in press,SCI).
 [1] J. Chen*, J. Xie, Y. Wang, C. Meng, G. Wu, C. Gu, Q. Zu, The Concept of a Heat-induced Inkless Eco-printing, Carbohydrate Polymers, 91 (2013) 659– 665 ( SCI IF=3.6).
主要的国际或国家发明专利:
[4] 陈锦祥,吴智深,吴刚,谢娟,一种无墨生态热烤打印方法及打印头装置,韩国申请号:(2012.11.30提交).
[3]陈锦祥,吴智深,吴刚,谢娟,一种无墨生态热烤打印方法及打印头装置,美国申请号:(2012.1.4提交).
[2] 陈锦祥,吴智深,吴刚,谢娟,一种无墨生态热烤打印方法及打印头装置,申请号:PCT/CN2011/076509。
[1] 陈锦祥,谢娟,陈放,一种生态打印方法及打印头装置,201010218623.8,2010-07-06。
 
    (谢娟)   
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