紫外光致變色可重復使用紙的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于紙張研制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種紫外光致變色可重復使用紙。
【背景技術(shù)】
[0002] 造紙術(shù)是影響世界文明發(fā)展的最偉大發(fā)明之一，紙張作為文字，文化的載體，給人 們的工作、學習帶來了極大的方便，使文化的傳播更加方便，促進了人類文明的發(fā)展。
[0003] 傳統(tǒng)造紙業(yè)能耗巨大，污染嚴重，紙張的日常使用浪費嚴重。據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯 示，經(jīng)打印或復印的紙質(zhì)文件中，45%左右是"一次性"的，有些文件的存留時間只要短短 幾分鐘，閱讀一次后就被送往廢紙簍，利用率極低，紙張的浪費讓人觸目驚心，通過改變?nèi)?們習慣來減少紙張用量短期沒能見效。如何讓紙張可以重復利用？國內(nèi)外很多研宄機構(gòu)和 企業(yè)都曾經(jīng)開展過研宄，但存在使用成本高、徹底報廢后的紙張難降解和回收利用、制造過 程能耗大和打印精細度低等問題，沒有得到廣泛的推廣應用。
[0004] 重復使用紙張被廣泛研制，下面將技術(shù)概述如下：
[0005] 吉林大學化學學院2014年開發(fā)出"噴水無墨打印"技術(shù)，其相關(guān)研宄成果在英國 《自然》雜志的通訊網(wǎng)刊《自然通訊》上發(fā)表，并引起海外眾多同行、業(yè)內(nèi)專家高度關(guān)注。這 項技術(shù)的核心在于打印紙，目前可以實現(xiàn)紙張在22小時后恢復無色。原理是將水致變色染 料負載于紙基上，當紙遇到水時顯顏色，當水揮發(fā)干時，紙張又恢復到無顏色狀態(tài)，從而實 現(xiàn)重復使用。但該技術(shù)存在如下問題：1、最小打印5號字，無法實現(xiàn)精細打印。2、紙張生產(chǎn) 成本高，難于推廣。3、對使用環(huán)境要求高，使用過程易出現(xiàn)失誤。
[0006]日本凸版印刷公司推出的技術(shù)。這種紙在打印上文字或圖片后可以抹去，并可再 次打印新的文字或圖片，這樣反復使用可達500多次。這種紙在常溫下是無色的，表面有光 澤，比一般紙略厚些。打印機特別配備的加溫器可在瞬間把紙加熱到180攝氏度一一在這 樣的高溫下，紙的記錄層中的染料就與色素催化劑相結(jié)合顯現(xiàn)出色澤來。但該技術(shù)存在如 下問題：1、多層紙，成本高。2、難于多次打印精細文字和圖片。3、使用化學染料制備過程有 污染。4、打印速度較傳統(tǒng)打印機慢。
[0007] 北京大學化學與分子工程學院研制出壓力下變色材料并制造成重復使用紙，這種 紙比一般紙略厚些。打印機的可控微型壓力頭敲擊紙面可留下字跡，經(jīng)處理后可消失再次 打印。但該技術(shù)存在如下問題：1、字跡清晰度差分辨率低，打印速度慢。2、打印機會有針式 打印機噪音，并循環(huán)次數(shù)少。
[0008] 臺灣光寶集團設計的生態(tài)打印機（EcoPrinter)，非常適合需要經(jīng)常打印草稿的 地方，一張紙被重復使用，節(jié)約成本并環(huán)保。配備了一種對紫外光敏感的墨水，可以像普通 墨水那樣使用和打印，需要回收的時候，將打印紙放在紫外燈下照射，墨水就會"消失"。但 該技術(shù)存在如下問題：1、打印與前次重疊部分時質(zhì)量差。2、重復用需專用設備，周期長。3、 目如墨水昂貴。
[0009] 臺灣工業(yè)技術(shù)研宄院2011年開發(fā)出一種液晶紙（e-Paper)。這種液晶紙使用熱敏 型打印機與膽固醇型液晶制造，可多次重復使用。但該技術(shù)存在如下問題：1、成本高，一張 A4紙成本約14元人民幣左右。2、回收難，不環(huán)保.
[0010] 日本東芝公司2013年2月推出一款可重復擦寫的多功能打印機并上市銷售。它 使用了熱敏著色劑的微膠囊封裝技術(shù)制造一種特殊的碳粉，在常溫時呈正常的顏色，但高 溫加熱可使文字和圖案褪色，變成可重復利用的新紙張。但該技術(shù)存在如下問題：1、打印機 成本高。2、多次使用后墨粉疊加使打印質(zhì)量下降。3、最多重復5-8次。4、耗材成本高。
[0011] 美國加州大學河濱分校2014年開發(fā)出重復使用紙，能在保證清晰度、對比度不變 的情況下重復擦寫20次。目前正在努力提高材料的擦寫次數(shù)和應用規(guī)模。由多層塑料與 玻璃組成，表面有涂有光感材料，在紫外線的照射下，氧化油墨會被"印"到材料表面，進而 產(chǎn)生字跡；而把它放到115°C的環(huán)境下一段時間，字跡就全部消失。但依然存在如下問題： 1、塑料和玻璃制成，不可降解難回收。2、成本高，能耗大。3、單張紙厚度大，"紙張"偏硬，不 適合打印。4、"紙"的顏色為藍色。同時目前還沒有開發(fā)出可使用的打印方法，需要靠影印 的方式實現(xiàn)打印。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種使用成本低、可降解和回收利用、打印精細 度高的紫外光致變色可重復使用紙。
[0013] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的紫外光致變色可重復使用紙采用下述兩種技術(shù) 方案。
[0014] 技術(shù)方案一：
[0015] 本發(fā)明的紫外光致變色可重復使用紙由紫外光致可逆變色材料與紙張復合制成； 所述紫外光致可逆變色材料由聚丙烯酰胺與多酸類化合物組成，且多酸類化合物與聚丙烯 酰胺構(gòu)成給體-受體電荷轉(zhuǎn)移化合物，多酸類化合物與聚丙烯酰胺的比例為10~2:1 ;其 中多酸類化合物為Keggin結(jié)構(gòu)磷鶴酸和Keggin結(jié)構(gòu)磷鉬酸中的至少一種。
[0016] 所述紫外光致變色可重復使用紙經(jīng)波長為300~405nm光源輔照5~200ms后被 照射部分變?yōu)樗{黑、黑色或純藍色，空氣中自然放置6~30小時后完全褪色。（權(quán)2)
[0017] 上述紫外光致變色可重復使用紙可采用下述方法制備：
[0018] 將一定質(zhì)量的聚丙烯酰胺粉末溶解在去離子水中或乙醇，配制成一定質(zhì)量百分比 濃度的聚丙烯酰胺溶液；取一定量的多酸類化合物溶解在去離子水或乙醇中，配制成一定 質(zhì)量百分比濃度的多酸類化合物溶液；在攪拌條件下于50~80°將多酸類化合物溶液緩 慢滴入聚丙烯酰胺溶液；反應Ih以上后，將溶液冷卻至室溫，得到透明復合物溶液；將紙張 用該透明復合物溶液浸泡后晾干。
[0019] 所述光源為200~405nm的激光器，其功率為50~200mW。
[0020] 其中聚丙稀酰胺粉末為分析純，Keggin結(jié)構(gòu)磷鶴酸和Keggin結(jié)構(gòu)磷鉬酸均經(jīng)二 次重結(jié)晶提純后得到。
[0021] 所述紫外光致可逆變色材料也可以混入紙漿中直接制成紫外光致變色可重復使 用紙。
[0022] 技術(shù)方案二：
[0023] 本發(fā)明的紫外光致變色可重復使用紙由紫外光致可逆變色材料與紙張復合制成； 所述紫外光致可逆變色材料為聚乙烯醇與多酸類化合物組成，且多酸類化合物與聚乙烯醇 構(gòu)成給體-受體電荷轉(zhuǎn)移化合物，多酸類化合物與聚乙烯醇的比例為10~2:1 ;其中多酸 類化合物為Keggin結(jié)構(gòu)磷鶴酸和Keggin結(jié)構(gòu)磷鉬酸中的至少一種。
[0024] 所述紫外光致變色可重復使用紙經(jīng)波長為200-405nm光源輔照5~200ms變?yōu)樗{ 黑、黑色或純藍色，自然放置6-30小時后完全褪色。
[0025] 上述紫外光致變色可重復使用紙制備方法如下：
[0026] 將一定質(zhì)量的聚乙烯醇粉末溶解在去離子水或乙醇中，配制成一定質(zhì)量百分比濃 度的聚乙烯醇溶液；取一定量的多酸類化合物溶解在去離子水或乙醇中，配制成一定質(zhì)量 百分比濃度的多酸類化合物溶液；在攪拌條件下于50~80°將多酸類化合物溶液緩慢滴 入聚乙烯醇溶液；反應Ih以上后，將溶液冷卻至室溫，得到透明復合物溶液；將紙張用透明 復合物溶液浸泡后晾干。
[0027] 所述光源為200~405nm的激光器，其功