中国报告大厅网讯，随着全球工业化进程的加快和环保意识的增强，绿色可持续发展成为各行业的核心方向。在油墨领域，传统溶剂型油墨因高挥发性有机化合物排放带来的环境和健康问题，逐渐被环保型油墨取代。水性油墨以水为主要溶剂，能显著降低挥发性有机化合物排放，符合严格的环境法规，在包装、印刷、广告等领域潜力巨大。然而，当前水性油墨在多种基材上的稳定打印效果及传感应用方面仍有不足，为此，研究人员开发了环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨，以提升其性能和实用价值。

  一、环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的制备工艺

  《2025-2030年全球及中国丝印油墨行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的制备以酪蛋白、己内酰胺、γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷、炭黑为主要原料。首先制备己内酰胺改性酪蛋白和 γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷改性炭黑，再通过酰胺基团和氨基之间的相互作用制备出酪蛋白复合改性炭黑复合油墨。

  具体步骤如下：将 18.92g 酪蛋白溶解在 80.00g 水和 4.50g 三乙醇胺的混合溶剂中，置于三颈烧瓶内，在 300r/min 转速、65℃条件下加热 2h，随后升温至 75℃，加入 32.50g 水预分散的 8.11g 己内酰胺，继续搅拌 2h，得到己内酰胺改性酪蛋白乳液。对于改性炭黑的制备，将 0.067gγ- 氨基丙基三乙氧基硅烷分散在 10.00g 无水乙醇和 1mL 乙酸的混合溶剂中，剧烈搅拌 40min，再加入 30.00g 无水乙醇预分散的 1.000g 炭黑，持续搅拌 30min 后进行 30min 超声处理，随后将悬浮液加热至 80℃并搅拌 4h，反应结束后经离心纯化、洗涤、干燥，获得 0.836g 改性炭黑。最后，将 0.30g 改性炭黑分散在 10.00g 水中，80℃搅拌 2h，加入 20.00g 己内酰胺改性酪蛋白，继续在 80℃搅拌 2h，冷却至室温后得到酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨，即 CA-CPL/SMCB3。此外，还通过调整改性炭黑加入量，制备了其他不同配比的丝印油墨。

  二、环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的结构表征结果

  采用傅里叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜、纳米粒度电位仪对环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨进行表征，结果如下。

  傅里叶变换红外光谱分析显示，炭黑表面的羟基与 γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷的硅醇基发生缩合反应，使改性炭黑在 1096cm⁻¹ 处形成 Si-O-Si 和 Si-O-C 键，并引入氨基;己内酰胺改性酪蛋白在 1639cm⁻¹ 处有酰胺 I(C=O 伸缩振动)的特征峰，1523cm⁻¹ 处有酰胺 Ⅱ(N-H 弯曲振动)的特征峰，表明改性成功;而酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨保留了改性炭黑的 Si-O-Si 和 Si-O-C 结构，且在 3120cm⁻¹ 处 N-H 和 O-H 伸缩振动峰减弱，说明己内酰胺改性酪蛋白与改性炭黑通过化学键和氢键相互作用形成复合材料。

  透射电子显微镜观察发现，未改性炭黑颗粒聚集严重，粒径 100-1000nm，分散性差;改性炭黑颗粒形貌清晰，平均粒径 100-400nm，团聚程度降低;己内酰胺改性酪蛋白颗粒较小，为 50-100nm，单分散性好;酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨粒径 300-500nm，分散性较未改性及单独改性炭黑有所改善。

  纳米粒度电位仪分析表明，改性炭黑粒径较未改性炭黑小，主要集中在 100-400nm;己内酰胺改性酪蛋白粒径更小，分布在 50-100nm;两者复合后，酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨粒径显著增大，主要集中在 300-500nm。

  三、环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的性能分析

  (一)环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的流变性能

  流变性能是影响丝印油墨印刷适应性和图案质量的重要因素。测试发现，所有酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨均表现出剪切变稀特性，即在外部剪切力作用下，体系内部微观结构破坏，流动性增强。加入改性炭黑后，丝印油墨的黏度比未加改性炭黑的显著提升，尤其在低剪切速率下效果明显，且随着改性炭黑加入量的增加，黏度呈稳定上升趋势。其中，CA-CPL/SMCB3 具有最佳流变性能，印刷出的字母边缘锐利、覆盖均匀，而黏度过低或过高的丝印油墨印刷效果不佳，表明合适的流变性能对优质丝网印刷效果至关重要。

  (二)环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的表面疏水性

  表面疏水性对丝印油墨的流动性、图案清晰度及在传感器等器件中的稳定性和耐久性有重要影响。随着改性炭黑加入量的增加，酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨的水接触角先增加后减小。当改性炭黑加入量为 0.3g 时，CA-CPL/SMCB3 的水接触角最大，为 106.7°，此时改性炭黑通过引入疏水性官能团，提升了颗粒分散性并抑制聚集，从而提高了表面疏水性。

  (三)环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的导电性能

  电导率是丝印油墨在传感应用中的关键性能指标。随着改性炭黑加入量的增加，酪蛋白复合改性炭黑丝印油墨行业电导率显著提升，CA-CPL/SMCB3 的电导率达到 17.83S/cm。当改性炭黑加入量过多时，由于颗粒团聚削弱了导电网络的连续性，电导率增长趋势趋于缓和。

  四、环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的应用效果

  (一)环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的印刷适应性

  CA-CPL/SMCB3 在丝网印刷中表现出优异的适应性，通过丝网开孔区域施加到基板表面，在橡胶刮刀作用下均匀铺展，能在纸张、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜等多种基材上印制出清晰、边缘锐利的图案，如 “SUST” 标志和校徽。且在弯曲状态下，该丝印油墨在柔性基材上仍保持完整，无裂纹、剥落或变形，显示出良好的附着力、柔韧性和耐用性。

  (二)环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨的传感性能

  利用 CA-CPL/SMCB3 制备的柔性传感器具有良好的应变传感性能，能有效监测人体多部位的运动。在手腕处，传感器信号波动性显著，可敏锐捕捉机械变化;手肘处信号波动幅度较小，与该区域运动幅度较低有关;前额区域信号波动小且规律，稳定性好。此外，传感器对不同折叠角度能做出相应响应，响应时间为 450ms，且经过 1000 次循环测试后信号仍保持稳定，具备快速响应和良好的重复性。

  总结

  本文围绕环保型酪蛋白基改性炭黑丝印油墨展开研究，通过特定工艺制备出该丝印油墨，并对其结构、性能及应用进行了全面分析。结果表明，γ- 氨基丙基三乙氧基硅烷改性炭黑能提高其在水性体系中的分散稳定性和界面相容性，按特定配比制备的 CA-CPL/SMCB3 具有最佳的流变性能、表面疏水性(接触角 106.7°)和适宜的电导率(17.83S/cm)。该丝印油墨在多种基材上印刷效果优异，且制成的传感器响应快速(450ms)、稳定性好(1000 次循环测试信号稳定)，能有效监测人体运动。这一研究为高性能环保型丝印油墨行业研发提供了理论基础和技术支持，使其在传统印刷及智能穿戴、健康监测等新兴领域具有广阔应用前景。