【CPP114】訊：1 在日本發(fā)現(xiàn)的光催化劑

　　研究發(fā)現(xiàn)，以氧化鈦為代表的光催化劑一旦遇到陽光或螢光燈等光照時(shí)，即具有氧化分解能力和很強(qiáng)的親水性能。近年來，應(yīng)用這一性能的光催化劑產(chǎn)品在廣泛的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商品化，市場(chǎng)得到快速地增長。光催化劑是在日本發(fā)現(xiàn)的（1967年，本多•藤島效果）。其產(chǎn)品市場(chǎng)主要在日本形成和發(fā)展，可以說是一種出自日本的原創(chuàng)技術(shù)。

　　為促進(jìn)光催化劑技術(shù)的全面發(fā)展和普及，在神奈川科學(xué)技術(shù)研究所，由被稱為'光催化劑之父'的藤島昭理事長提供基金，在使光催化劑開放式實(shí)驗(yàn)室和光催化劑博物館運(yùn)轉(zhuǎn)使用的同時(shí)，還進(jìn)行基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，并開展與企業(yè)聯(lián)合研究開發(fā)。其中，與東京應(yīng)化工業(yè)株式會(huì)社進(jìn)行了一項(xiàng)聯(lián)合研究開發(fā)，即'運(yùn)用光催化劑的膠印用PS版開發(fā)'。

　　2 光催化劑的特性

　　光催化劑的定義是:通過吸收光能，本身不發(fā)生變化，但能引發(fā)各種化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。現(xiàn)在使用最為廣泛的光催化劑是氧化鈦。研究發(fā)現(xiàn)，氧化鈦在光線（陽光、螢光燈光）照射下，具有氧化分解能力和很強(qiáng)的親水性能。氧化分解能力可以通過與植物的光合作用的比較來說明。光合作用是葉子中的葉綠素吸收陽光中的能量，將水和二氧化碳合成有機(jī)物（淀粉），再排出氧氣；而氧化鈦等光催化劑通過吸收太陽光等光能，將有機(jī)物分解為水和二氧化碳，也即是說，光合作用與光催化劑引發(fā)完全相反的反應(yīng)。葉綠素也可以說是光催化劑的一種。

　　利用光催化劑的氧化分解功能可將臭氣或VOC氣體分解除去，還能將排出的氮氧化物除去實(shí)現(xiàn)空氣的凈化，或者除去水池中的有機(jī)污物實(shí)現(xiàn)水的凈化，也能用于病毒、細(xì)菌等微生物的抗菌殺菌方面。

　　此外，光催化劑還顯示出其另一個(gè)性能，即在光照條件下與水的親和性能--超強(qiáng)的親水性。也即光催化劑在光照條件下，處于光催化劑表面的水會(huì)擴(kuò)展成很薄的水膜。欲使鏡子不起霧或被油臟污時(shí)，在鏡子上鍍一層氧化鈦，在光照條件下，水會(huì)進(jìn)到油污下面使其浮起并與水一起被沖走。

　　利用該超強(qiáng)的親水性能推出了許多應(yīng)用，如汽車后視鏡防水霧涂層，大樓或住宅外墻及窗玻璃防臟涂層，防臟屋頂材料（帳篷）等等。

　　目前，利用光催化劑所具有的氧化分解能力和超強(qiáng)親水性能，在廣泛的領(lǐng)域正在開展應(yīng)用研究開發(fā)。神奈川科學(xué)技術(shù)研究所與東京應(yīng)化工業(yè)株式會(huì)社攜手，利用光催化劑的性能，致力于膠印方面的應(yīng)用研究開發(fā)。

　　3 在膠印PS版上的應(yīng)用

　　普通的膠印印刷，是在涂有光致抗蝕劑的陽極氧化鋁板上（PS版）上使用軟片進(jìn)行曝光，由親水部分和斥水部分形成圖像。膠印印刷是將PS版裝到印版滾筒上，通過印版親水部分著水、斥水部分著墨，將油墨轉(zhuǎn)印至橡皮滾筒上進(jìn)行印刷的。

　　膠印制版工藝是在曝光以后，進(jìn)行顯影和涂布樹膠，這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生顯影液和樹膠廢液而需進(jìn)行處理。此外，印刷之后的PS版由于不能再利用而作廢棄處理，從而產(chǎn)生大量廢棄的鋁板。

　　利用氧化鈦光催化劑所具有的氧化分解能力和超強(qiáng)親水性能，神奈川所與東京應(yīng)化株式會(huì)社進(jìn)行了可以對(duì)PS版重復(fù)利用的'光催化劑型膠印PS版'研究開發(fā)。首先采用傳統(tǒng)的PS版制作工藝和軟片，進(jìn)行了光催化劑親水 / 斥水圖像制作試驗(yàn)。具體的工藝是:首先在陽極氧化鋁板上涂布氧化鈦光催化劑涂料，以替代原來的光致抗蝕劑；然后在其上制作一層由斥水性有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的自我組織單分子膜SAM（Self Assembled Monolayer）。接下來使用曬版軟片，通過紫外線照射使其曝光。軟片上允許紫外線通過部分下方的SAM成分在光催化劑氧化分解機(jī)理作用下被分解除去，裸露出氧化鈦涂層。該氧化鈦涂層顯示出具有極強(qiáng)的親水性能。此外，被曬版軟片遮擋住紫外線的印版部分的SAM則原樣保留下來，成為斥水部分。這樣一來，就形成了通過光催化劑得到的具有親水 / 斥水性的圖像。

　　在該工藝中，傳統(tǒng)的曝光之后的顯影、涂膠工藝已無必要，因而不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的廢液。

　　對(duì)于選用的印刷試驗(yàn)圖案，在相同條件下與平版印刷進(jìn)行印刷試驗(yàn)，得到了肯定的結(jié)果:使用該印版的印刷完全成功可行。

　　接下來將試驗(yàn)范圍擴(kuò)大，進(jìn)行了印刷工廠的卷筒紙膠輪機(jī)印刷試驗(yàn)。該試驗(yàn)使用570mm×309mm尺寸的印版，進(jìn)行了分辨率為45線/ 英寸的單色印刷試驗(yàn)。在所進(jìn)行的5000頁的印刷試驗(yàn)中，獲得了良好的印刷質(zhì)量。

　　4 噴墨技術(shù)的應(yīng)用--光催化劑型膠印印版的無軟片化

　　目前，印刷領(lǐng)域計(jì)算機(jī)化進(jìn)程正在推進(jìn)之中。通過數(shù)據(jù)的數(shù)字化，使制版工序得以進(jìn)入通過計(jì)算機(jī)直接對(duì)印版掃描來生產(chǎn)印刷版材的所謂CTP化階段。由此取消了傳統(tǒng)使用的曬版軟片，而且使制版工序大幅減少，帶來短交期的實(shí)現(xiàn)和成本的削減。

　　第二步，以CTP化為目標(biāo)，對(duì)光催化劑型膠印印版的無軟片化進(jìn)行了探討。其工藝是，在印版上涂布氧化鈦光催化劑涂層和SAM自我組織單分子膜層后，使用噴墨方式將水性墨水噴在印版上形成圖像，以取代原來的軟片。在紫外線照射下，印版上未噴上水性墨水的SAM經(jīng)光催化劑的作用被分解去除并裸露出光催化劑層，成為親水部分。而噴有水性墨的印版部分則因水性墨將紫外線遮擋而使SAM得以保留。接下來通過水洗將水性墨除去，就制成了具有親水/ 斥水性的光催化劑型印版。使用該印版（印版尺寸為570mm×309mm）在印刷工廠的打樣機(jī)上進(jìn)行彩色印刷試驗(yàn)，獲得了良好的印刷效果。

　　5 PS版的再生利用

　　第三步，對(duì)本項(xiàng)技術(shù)的目的--PS版的再生利用進(jìn)行了探討。將前述的彩色印刷試驗(yàn)用過的PS版，經(jīng)全面的紫外線照射，徹底除去其表面的SAM層。接著再次涂布SAM→噴墨形成水性墨圖像→紫外線照射→水洗，制作出再生PS版，然后送到印刷廠進(jìn)行彩色印刷試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果確認(rèn)，再生后的印版的印刷質(zhì)量與新版的印刷質(zhì)量是完全一樣的。由此實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化目標(biāo)的構(gòu)建。

　　6 面向?qū)嵱没?br />
　　本次開發(fā)的光催化劑PS版與傳統(tǒng)PS版相比，制版工序得到簡化，廢液量大量減少，同時(shí)還可對(duì)其進(jìn)行再生利用，因此，光催化劑PS版作為一種與印刷工藝低成本化和環(huán)境負(fù)荷大幅降低相關(guān)聯(lián)的技術(shù)而得到期待。此外，該技術(shù)與現(xiàn)在正在普及的CTP工藝并無不同，使用噴墨打印機(jī)而無須配置昂貴的激光曝光機(jī)，因而設(shè)備投資小，購進(jìn)容易。

　　目前存在的問題是，PS版的再生次數(shù)以及在印刷過程中對(duì)PS版的磨損導(dǎo)致的使用壽命問題等。這些問題現(xiàn)正在致力解決中。

　　PS版版基材料--鋁板耐印能力差，成為再生利用的不利因素，因此目前正在開發(fā)鈦板基PS版。鈦金屬板表面經(jīng)熱處理或陽極氧化等處理，在其表面將形成氧化鈦光催化劑化層。現(xiàn)在已制成了這種鈦基PS版。使用這種鈦基PS版進(jìn)行與前述相同的印刷試驗(yàn)和再生試驗(yàn)，確認(rèn)可以用于印刷，奠定了其技術(shù)基礎(chǔ)。可以期待，光催化劑PS版的再生利用次數(shù)也能大幅提高。



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