CN100335572C - 一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，涉及了计算机喷墨打印、彩色喷绘领域。本发明应用一种高分子分散剂，对颜料表面改性，使颜料稳定地分散于水性介质中，再加入多种水溶性共溶剂，制备出了一套彩色墨水，包括红、蓝、黄、黑四色墨水，广泛适用于各种类型的适宜用水性墨水的喷墨打印机、喷绘机、写真机。本墨水具有以下特点：不堵喷头、防水、色彩亮丽、耐光。

Description

一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法

技术领域

一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，涉及了计算机喷墨打印、彩色喷绘领域。

技术背景

随着数字化技术的发展与普及，喷墨打印技术广泛地应用于办公室文件打印、户外广告喷绘、数码照片冲印、纺织品喷墨印花等各个领域。喷墨打印墨水是喷墨打印技术的关键，目前以染料墨水应用为主。染料墨水易于制备，但其耐光牢度差，在光照下容易褪色，难以满足户外广告、重要档案和文件的长期保存要求。染料墨水的这些缺点限制了喷墨打印技术的发展。

与染料墨水相比，水性颜料墨水耐光牢度和耐水牢度大幅度提高。目前国内喷墨打印墨水应用仍然以染料墨水为主，染料分子在紫外线的照射下就会很快地分解和挥发，在户外使用一个月内就会有比较明显的褪色。现在推陈出新的打印机普遍应用的户外墨水-也就是指颜料型墨水，把固体颜料研磨成小颗粒，分散于特殊的水性溶剂中。因表现颜色的为固体颗粒，由于颜料本身耐水，就解决了图像的耐水问题；其次是在紫外线的照射下，比染料分子尺寸更大的颜料颗料不易分解，即使颗粒外层的分子分解了，内层一样会保持颜色，一般情况下在户外会保持一年以上没有明显腿色。因墨水中的色料是固体颗粒，所以此墨水最大的缺点是比较容易堵喷头，因此制备颜料墨水的关键是将颜料颗粒稳定分散在墨水中。由于颜料粒子表面极性低，不易在水介质中稳定分散，使得在配制墨水时分散稳定性问题难于解决，限制了其使用。因此，必须对颜料表面进行改性使颜料粒子表面覆盖某种分散剂，从而改善颜料的应用性能。

国外关于喷墨打印颜料墨水的研究报道较多，但国内比较少，目前在国内的关于颜料墨水的发明专利仅有十余项。日本岩崎敬介、森井弘子等人用胶粘剂包裹颜料颗料，制备了粒径在0.001～0.15□m的耐光性墨水；台湾钱嘉欣、沈昱璋等人利用包覆技术制备了粒径小于1微米的微胶囊磷光颜料/树脂混合体，制备了一种含磷光颜料的喷墨打印颜料墨水，通过添加支链二醇和聚乙二醇脂肪酸酯，改善了墨水的干燥速度和打印产品的耐水性；李会勇、朱良等通过将炭黑酸化，再粉碎处理制得了打印性能良好的黑色喷墨打印墨水；余怡璇、王复兴在墨水媒介物中添加二级醇乙氧基酯类化合物，制备了防水、无晕开的黑色墨水。

发明内容

本发明的目的是提供了一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，采用一种高分子分散剂，通过对颜料的表面改性，使颜料稳定地分散于水性介质中，再加入多种水溶性有机物，制备出了一套彩色墨水，包括红、蓝、黄、黑四色墨水，广泛适用于各种类型的适宜用水性墨水的喷墨打印机、喷绘机、写真机。

本发明的技术方案：一种纳米颜料喷墨打印墨水由颜料、高分子分散剂、水溶性共溶剂、非离子表面活性剂和去离子水搅拌混和，经乳化、高速粉碎制得水性颜料喷墨打印墨水，所配制的墨水粘度2～8cP，表面张力25～35mN/m，颜料颗粒Z均粒径35～300nm，Zeta电位-20～-40mV，pH值7～10。

该纳米颜料喷墨打印墨水的制备方法，其配方为：1-15％颜料，0.5-9％高分子共聚物，10-50％的水溶性共溶剂，0.1-5％非离子表面活性剂，25-75％去离子水，按配方将高分子共聚物加碱，碱用量为共聚物质量的10-20％，加去离子水，加热使聚合物完全溶解，水解成水溶性的高分子分散剂，然后加入颜料、水溶性共溶剂和非离子表面活性剂，用搅拌机500-800转/分搅拌20-50分钟，然后用乳化机8000-30000转/分搅拌30-80分钟，再用砂磨机粉碎20-300分钟，最后调节pH值在7-10后，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料墨水。

墨水中至少包含一种平均粒径在35～300nm的超细颜料、高分子分散剂、非离子表面活性剂、三至八种水溶性共溶剂、去离子水。本发明使用聚羧酸型高分子分散剂改性颜料表面，使纳米颜料颗粒稳定地分散在墨水中，此高分子分散剂与墨水中其它组分有很好的相容性，同时能降低墨水的表面张力；本发明还加入多种水溶性共溶剂，可以改善墨水多项性能，降低墨水的表面张力；改善墨水的起泡性；增加墨水保湿性能，防止墨水在喷头处结膜；调节墨水的粘度；有效地改善了墨水的打印性能。实验表明本墨水具有以下特点：不堵喷头、防水、色彩亮丽、耐光。

(1)墨水中使用的颜料种类

黑色颜料品种有C.I.颜料黑7、C.I.颜料黑11；黄色颜料品种有C.I.颜料黄3、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄17、C.I.颜料黄23、C.I.颜料黄34、C.I.颜料黄42、C.I.颜料黄55、C.I.颜料黄95、C.I.颜料黄100、C.I.颜料黄104、C.I.颜料黄108、C.I.颜料黄120、C.I.颜料黄1 53；红色颜料品种有C.I.颜料红1、C.I.颜料红2、C.I.颜料红5、C.I.颜料红7、C.I.颜料红23、C.I.颜料红38、C.I.颜料红48:2、C.I.颜料红48:4、C.I.颜料红49:1、C.I.颜料红52:2、C.I.颜料红57:1、C.I.颜料红63:1、C.I.颜料红64:1、C.I.颜料红81、C.I.颜料红88、C.I.颜料红92、C.I.颜料红101、C.I.颜料红104、C.I.颜料红105、C.I.颜料红106、C.I.颜料红108、C.I.颜料红112、C.I.颜料红122、C.I.颜料红123、C.I.颜料红146、C.I.颜料红149、C.I.颜料红166、C.I.颜料红168、C.I.颜料红170、C.I.颜料红172、C.I.颜料红185、C.I.颜料红190、C.I.颜料红209、C.I.颜料红219；蓝色颜料品种有C.I.颜料蓝1、C.I.颜料蓝15、C.I.颜料蓝15:1、C.I.颜料蓝15:3、C.I.颜料蓝15:4、C.I.颜料蓝15:6、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝17:1、C.I.颜料蓝56、C.I.颜料蓝63。

(2)颜料改性用的高分子分散剂

本发明制备的高分子分散剂为乙烯类单体的共聚物，组成分散剂的共聚物具有如下所示化学结构式：

上式中M₁＝H⁺、Na⁺、NH₄ ⁺、K⁺，R＝H、CH₃、COOH、COOCH₃、COOCH₂CH₃、COOC₄H₉，R₁＝H、CH₃，R₂＝CN、CONH₂、COOCH₃、COOCH₂CH₃、COOC₄H₉、C₆H₅。

此分散剂的数均分子量为1000-20000，在墨水中的用量0.5-9％，适用的pH范围为5-10。

(3)墨水中的非离子表面活性剂

上述高分子分散剂可以与非离子表面活性剂配合使用，墨水中使用的非离子表面活性剂可以是聚氧乙烯烷基酚缩合物类：如OP-7、OP-10、OP-15；聚氧乙烯脂肪醇缩合物类：如平平加O-10、平平加O-20、平平加O-25、平平加A-20；聚氧乙烯多元醇醚脂肪酸酯：如Tween40、Tween60、Tween65、Tween80；脂肪酸的聚氧乙烯酯类：如SG-10、SE-10、OE-15；这些表面活性剂可以单独使用，也可以混合使用，在墨水中的用量为0.1-5％。

(4)墨水中的水溶性共溶剂

乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、丙三醇、三乙醇胺、季戊四醇、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-甲基吡咯烷酮中的3-8种。

本发明的有益效果：本墨水具有以下特色

(1)墨水中用高分子分散剂改性的颜料颗粒粒径小于300nm，存放过程中不易产生大颗粒不溶物，保证墨水体系长期稳定。

(2)由于共溶剂的加入，调整了墨水的表面张力、粘度、保湿性能、起泡性能，根据不同的打印设备，配制出不同表面张力和粘度的墨水混和物，具有优良的打印性能，不堵喷头，打印性好，并且能有效控制打印图案的线宽，减少羽化现象，提高打印品质。广泛适用于惠普、佳能喷墨打印机，Mimaki喷绘机等多种适合于水性墨水的打印设备。

具体实施方式

实施例1  红墨水的制备

取2g马来酸酐-甲基丙烯酸甲酯共聚物( $\stackrel{\‾}{M_n}=8000\±150,$ 摩尔比马来酸酐∶甲基丙烯酸甲酯＝1∶1)，加入0.25g氢氧化钠，去离子水56g，加热使共聚物完全溶解，然后依次加入5g的C.I.颜料红122，2g的OP-10乳化剂，15g的一缩二乙二醇、10g的乙二醇、10g丙三醇，分别用搅拌机600转/分搅拌20分钟，乳化机10000转/分高速搅拌40分钟，砂磨机粉碎90分钟，最后用氢氧化钠调节pH值至9，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料品红墨水。此墨水20℃的物性指标如下：表面张力σ＝30.5mN/m，粘度η＝3.45cP，颗粒Z均粒径d＝105nm，Zeta电位ξ＝-35.6mV。

实施例2  黄墨水的制备

取3g苯乙烯-马来酸酐共聚物，( $\stackrel{\‾}{M_n}=10000\±150,$ 摩尔比苯乙烯∶马来酸酐＝1.5∶1)，加入0.3g氢氧化钾，去离子水49g，加热使共聚物完全溶解溶，然后依次加入7g的C.I.颜料黄48、1g吐温80，5g的N-甲基-2-吡咯烷酮、5g的1，3-丙二醇、20g的聚乙二醇200、10g异丙醇，分别用搅拌机搅拌600转/分50分钟，乳化机高速10000转/分搅拌60分钟，砂磨机粉碎120分钟，最后调节pH值至8，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料黄色墨水。此墨水20℃的物性指标如下：表面张力σ＝29.3mN/m，粘度η＝6.5cP，颗粒Z均粒径d＝130nm，Zeta电位ξ＝-38mV。

实施例3  蓝墨水的制备

取1g丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物( $\stackrel{\‾}{M_n}=15000\±200,$ 摩尔比丙烯酸∶丙烯酸丁酯＝1∶1.2)，加入20％氨水4g，去离子水57g，加热使共聚物完全溶解，然后依次加入4g的C.I.颜料蓝15:3、2g平平加A-20，6g的异丙醇、20g的一缩二乙二醇、10g的吡咯烷酮，分别用搅拌机搅拌500转/分30分钟，乳化机高速20000转/分搅拌30分钟，砂磨机粉碎80分钟，最后调节pH值至9，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料蓝色墨水。此墨水20℃的物性指标如下：表面张力σ＝27.5mN/m，粘度η＝4.35cP，颗粒Z均粒径d＝98nm，Zeta电位ξ＝-29.6mV。

实施例4  黑墨水的制备

取5g苯乙烯-马来酸酐单甲酯共聚物( $\stackrel{\‾}{M_n}=3000\±100,$ 摩尔比苯乙烯∶马来酸酐单甲酯＝1∶1.5)，加入0.5g氢氧化钠，43g去离子水，加热使共聚物溶解，然后依次加入13g的C.I.颜料黑7、3g SE-10、6g的异丙醇、20g的一缩二乙二醇、10g的吡咯烷酮，分别用搅拌机800转/分搅拌20分钟，乳化机15000转/分高速搅拌40分钟，砂磨机粉碎100分钟，最后调节pH值至8.5，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料黑色墨水。此墨水20℃的物性指标如下：表面张力σ＝33.6mN/m，粘度η＝3.89cP，颗粒Z均粒径d＝175nm，Zeta电位ξ＝-25.5mV。

Claims (6)

1.一种纳米颜料喷墨打印墨水的制备方法，其特征是配方为：1％-15％颜料，0.5％-9％乙烯类单体的高分子共聚物，10％-50％的水溶性共溶剂，0.1％-5％非离子表面活性剂，25％-75％去离子水，按配方将乙烯类单体的高分子共聚物加碱，碱用量为共聚物质量的10％-20％，加去离子水，加热使聚合物完全溶解，水解成水溶性的高分子分散剂，然后加入颜料、水溶性共溶剂和非离子表面活性剂，用搅拌机500-800转/分搅拌20-50分钟，然后用乳化机8000-30000转/分搅拌30-80分钟，再用砂磨机粉碎20-300分钟，最后调节pH值在7-10后，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料墨水。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所用颜料为黑色颜料品种包括C.I.颜料黑7、C.I.颜料黑11；黄色颜料品种包括C.I.颜料黄3、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄17、C.I.颜料黄23、C.I.颜料黄34、、C.I.颜料黄42、C.I.颜料黄55、C.I.颜料黄95、C.I.颜料黄100、C.I.颜料黄104、C.I.颜料黄108、C.I.颜料黄120、C.I.颜料黄153；红色颜料品种包括C.I.颜料红1、C.I.颜料红2、C.I.颜料红5、C.I.颜料红7、C.I.颜料红23、C.I.颜料红38、C.I.颜料红48:2、C.I.颜料红48:4、C.I.颜料红49:1、C.I.颜料红52:2、C.I.颜料红57:1、C.I.颜料红63:1、C.I.颜料红64:1、C.I.颜料红81、C.I.颜料红88、C.I.颜料红92、C.I.颜料红101、C.I.颜料红104、C.I.颜料红105、C.I.颜料红106、C.I.颜料红108、C.I.颜料红112、C.I.颜料红122、C.I.颜料红123、C.I.颜料红146、C.I.颜料红149、C.I.颜料红166、C.I.颜料红168、C.I.颜料红170、C.I.颜料红172、C.I.颜料红185、C.I.颜料红190、C.I.颜料红209、C.I.颜料红219；蓝色颜料品种包括C.I.颜料蓝1、C.I.颜料蓝15、C.I.颜料蓝15:1、C.I.颜料蓝15:3、C.I.颜料蓝15:4、C.I.颜料蓝15:6、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝17:1、C.I.颜料蓝56、C.I.颜料蓝63。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是乙烯类单体的高分子分散剂的结构通式为

上式中M₁＝H⁺、Na⁺、NH₄ ⁺、K⁺，R＝H、CH₃、COOH、COOCH₃、COOCH₂CH₃、COOC₄H₉，R₁＝H、CH₃，R₂＝CN、CONH₂、COOCH₃、COOCH₂CH₃、COOC₄H₉、C₆H₅，此分散剂的数均分子量为1000-20000，在墨水中的用量为0.5％-9％，适用的pH范围为7-10。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所用水溶性共溶剂包括乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、丙三醇、三乙醇胺、季戊四醇、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的三至八种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所用非离子表面活性剂包括聚氧乙烯烷基酚缩合物：OP-7、OP-10或OP-15；聚氧乙烯脂肪醇缩合物：平平加O-10、平平加O-20、平平加O-25或平平加A-20；聚氧乙烯多元醇醚脂肪酸酯：Tween40、Tween60、Tween65或Tween80；脂肪酸的聚氧乙烯酯：SG-10、SE-10或OE-15；所用表面活性剂是上述表面活性剂中的一种或多种。

6.用权利要求1所述方法制备的一种纳米颜料喷墨打印墨水，其特征是由颜料、乙烯类单体的高分子分散剂、水溶性共溶剂、非离子表面活性剂和去离子水搅拌混和，经乳化、高速粉碎制得水性颜料喷墨打印墨水，所配制的墨水粘度2～8cP，表面张力25～35mN/m，颜料颗粒Z均粒径35～300nm，Zeta电位-20～-40mV，pH值7～10。