CN101033353A - 一种颜料型水性墨水组合物及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种颜料型水性墨水及其制造方法，特别是解决上述颜料微粒再絮凝现象。本发明颜料型水性墨水组合物的配方为，颜料色浆5～15％重量，溶剂15～35％重量，余量为纯水；所述颜料色浆由颜料、分散剂、去离子水组成，其中，颜料20－40％重量，分散剂10～30％重量，余量为去离子水。所述分散剂优选为柔性聚合物粘合剂：苯乙烯－a－甲基苯乙烯－丙烯酸聚合物。其制造方法，包括在先的颜料色浆制备过程，和在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程。特别是在分散均匀的颜料色浆中加入亲水的柔性聚合物粘合剂，形成纳米级微粒胶囊，制得稳定的颜料色浆。与现有技术相比，因本发明所提供的墨水具有出色的耐水性、耐光性和耐氧化性的优异功能。

Description

一种颜料型水性墨水组合物及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种墨水，特别是一种颜料型水性墨水组合物及其制造方法。

背景技术

水性墨水按其用途可分为专供水性笔用的书写墨水，及专供喷墨打印机用的打印墨水。水性墨水按其色料属性分为染料型水性墨水和颜料型水性墨水。染料型水性墨水系传统的水性墨水，至今仍然是主要的书写与打印墨水。其优点是：因染料易容于水及其他溶剂，染料型水性墨水没有颗粒，出墨流畅，制备工艺简单。其缺点是：因染料易容于水的属性，墨水渗透性过强，书写右打印字迹容易出现渗透现象，还较易导致漏墨，耐光、耐水性差、易氧化褪色等特点；所书写或打印的文件资料与水接触，会使其染料再一次溶解，使文字图案模糊不清；同时，染料型水性墨水耐光性差，经光照后褪色明显；所以染料型水性墨水不适合用于制作需要长期保管的文献资料，在法律观念比较强的欧美国家，在办公文档不使用上述染料型墨水。

颜料型墨水是以不溶于水，而悬浮于水中的颜料颗粒为着色剂，它具有出色的耐水性、耐光性和耐氧化性的优异功能。但目前，颜料墨水在制造工艺上存在以下几个问题：

1、当颜料颗粒不能做到足够细时，由于重力的原因而使墨水产生的分层、沉淀，从而造成堵塞笔头。

2、当颜料颗粒即使能做到足够细时，由于表面能的作用，颗粒也会团聚，导致墨水沉淀分层，也会堵塞笔头。

颜料色浆的理想分散状态，是惰性的颜料粒子经超细分散后稳定悬浮在分散剂溶液中，而实际情况往往是与理想状态有所偏差，因为颜料并不是真正惰性的，颜料和分散剂溶液之间存在着复杂的、物理的、化学的相互作用。颜料微粒在分散剂的体系中存在着很多不稳定情况，其中最关键的就是再絮凝现象，也就是团聚现象。

以下中国专利申请公开说明书分别公开了以下相关技术内容：CN 1609150A公开了一种水性颜料墨水及制造方法，CN1644638A公开了一种染料与颜料复配型水性墨水，CN1687258A公开了一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，CN1749335A公开了一种颜料型书写用具用水性墨水组合物。以上相关专利公开说明书公开了各自的墨水配方，有的也同时公开了其制造方法，但都没有解决上述颜料微粒再絮凝现象。

近年来水性笔发展迅猛，目前我国水性笔产量已达27亿支，因此水性墨水的用量也在逐年上升，主要使用染料水性墨水，染料水性墨水由于使用染料其耐水性、耐光性差，而且易于氧化褪色。

基于上述技术现状及市场需求，研制一种颜料型水性墨水，同时在制造工艺上解决存在问题，具有十分重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是提供一种颜料型水性墨水及其制造方法。特别是解决上述颜料微粒再絮凝现象。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种颜料型水性墨水组合物，包括颜料色浆、溶剂、纯水；其特征在于，所述组份的配方为，颜料色浆5~15％重量，溶剂15~35％重量，余量为纯水；所述颜料色浆由颜料、分散剂、去离子水组成，其中，颜料20-40％重量，分散剂10~30％重量，余量为去离子水。

还包括防腐剂0.1％~1.0％重量，表面活性剂0.1％~1.0％重量。

所述溶剂为乙二醇或甘油。

所述颜料色浆的组成物分散剂为柔性聚合物粘合剂：苯乙烯-a-甲基苯乙烯-丙烯酸聚合物。

所述颜料色浆的组成物颜料可选用各种色泽的颜料，用来制备各色颜料型水性墨水。如：

所述颜料色浆的组成物颜料为黑色颜料碳黑，用来制备黑色颜料型水性墨水。

所述颜料色浆的组成物颜料为蓝色颜料Pigment blue 1，用来制备蓝色颜料型水性墨水。

所述颜料色浆的组成物颜料为红色颜料Pigment red 57，用来制备红色颜料型水性墨水。

所述颜料色浆的组成物颜料为绿色颜料Pigment green 7，用来制备绿色颜料型水性墨水。

所述颜料型水性墨水组合物，组份的优选配方为，颜料色浆10％重量，溶剂25％重量，余量为纯水。

所述的颜料型水性墨水组合物的颜料色浆的组份优选配方为颜料30％重量，分散剂20％重量，余量为去离子水。

所述的颜料型水性墨水组合物的防腐剂含量为0.5％重量，表面活性剂含量为0.5％重量。

最关键的就是再絮凝现象，也就是团聚现象。为解决这一问题，以下两条是本项目的关键技术所在：

(1)解决颜料粒子的分散稳定性

(2)在水作为主要溶剂的基础上，选择各种其它助剂，如分散剂PH调节剂、金属螯合剂、抗褪色剂等以满足各项物化性能

解决这些关键技术的技术途径和方法

①配料：选用优质的颜料，分散剂，柔性聚合物粘合剂等助剂，按照配方确定数量。

②将颜料和分散剂按一定比例加入砂磨机设备利用高温工艺和低温工艺相结合的方法，并配合高速搅拌和高压多级过滤，提高颜料的粉碎性，将不溶于水的颜料采用纳米超微技术粉碎成纳米级粒子(50nm～100nm)。然后采用高转速定子旋盘式分散器，在颗粒被部分浸湿后，利用机械的力量(剪切力)使剩余的聚团破解。

③覆膜：a、添加柔性聚合物粘合剂对颗粒表面润湿性进行调整，颜料颗粒属于强疏水颗粒，分散剂的羟链通过疏水缔合作用在表面吸附，而将极性集团朝外，使表面亲水化，达到润湿效果；b、因颜料颗粒为纳米级使其表面张力极大，降低其表面张力使颜料颗粒间有足够的相互排斥作用使其不能相互直接接触并黏着，然后过滤，即制成纳米微粒胶囊，解决纳米粒子的团聚问题。

④添加其他助剂：按表面活性剂、润滑剂、防腐剂的顺序添加助剂，赋予墨水优异的物理化学稳定性，并且多方面改进墨水的粘度、表面张力、PH值等指标，使其具有手感良好，出墨流畅，开套时间长等优点。

⑤剪切分散：最后通过高速剪切设备对墨水进行常时间搅拌，制成成品，灌装。

所述的颜料型水性墨水组合物的制造方法，其特征在于包括在先的颜料色浆制备过程，和在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程。

上述在先的颜料色浆制备过程包括以下步骤：

a将颜料置于研磨剥片机中，选用合适的研磨介质进行高速研磨；

b控制介质与颜料之比值、研磨时间及转数；

c配合高速搅拌添加润湿剂、分散剂，将不溶于水的颜料采用纳米超微技术利用剪切力的作用破坏颗粒间的范德华力作用使其粉碎成纳米级粒子；

d然后经过高压多级过滤使其颗粒均匀；

e在分散均匀的颜料色浆中加入亲水的柔性聚合物粘合剂，形成纳米级微粒胶囊，制得稳定的颜料色浆。

上述在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程包括以下步骤：

a按墨水配方称量原材料；

b添加纯水、溶剂到搅拌锅；

c开启搅拌机搅拌；

d添加颜料色浆；

e加纯水稀释到配方要求；

f开启搅拌机搅拌；

g自然冷却至常温。

还可以在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程的步骤d与e之间添加防腐剂与表面活性剂。

与现有技术相比，因本发明所提供的颜料型水性墨水具有出色的耐水性、耐光性和耐氧化性的优异功能。同时还提供了一种能解决目前存在的工艺技术难题的有效的制造工艺方法。

附图说明

图1为本发明颜料型水性墨水制造工艺流程图。

具体实施方式

本发明所提供的颜料型水性墨水的制造过程分为颜料色浆的制造和墨水的制造。

其中颜料色浆的制造分为纳米级颜料粒子的制备、纳米微粒胶囊的制备。

颜料型水性墨水的制造为配料、搅拌混合、静止、过滤、检验、灌装、包装等过程组成，参见本发明颜料型水性墨水制造工艺流程图。

步骤及内容

6.1原材料确认

原材料生产厂家，型号、批次等

6.2颜料色浆的制造

6.2.1纳米级颜料粒子的制备

①选用合适的介质，使用MBP-500研磨剥片机在保证研磨介质能较自由地滑动与翻动德条件下，适当提高物料黏度，控制介质与颜料之比值、研磨时间及转数，提高颜料的粉碎性；

②利用高温、低温工艺使颜料颗粒达到纳米级(50nm～100nm)。

③配合高速搅拌添加润湿剂、分散剂将不溶于水的颜料采用纳米超微技术利用剪切力的作用破坏颗粒间的范德华力作用使其粉碎成纳米级粒子；

④最后经过高压多级过滤使其颗粒均匀。

6.2.2纳米微粒胶囊的制备

在分散均匀的颜料色浆中加入亲水的柔性聚合物粘合剂，使其包裹在颜料微粒表面，造成微粒之间的排斥作用，制成纳米微粒胶囊，使颜料色浆稳定达到最好。

6.3.1配料

按墨水配方称量原材料

6.3.2颜料色浆及其它添加剂的投入

项目	纯水	溶剂	颜料色浆	防腐剂	表面活性剂	纯水
							质量分数/％	32	25	10	0.5	0.5	32

以下是每批100kg的添加量：

①添加60±2℃的纯水32.00±0.01kg到SZL-100搅拌锅

②开启搅拌机控制转速为1000rpm/分

③2min后添加溶剂25.00±0.01kg

④2min后添加颜料色浆(控制添加量在1kg/min以下)10.00±0.01kg

⑤5min后添加防腐剂500.0±0.1g

⑥2min后添加表面活性剂500.0±0.1g

⑦1min后加纯水稀释到100L墨水

⑧盖上搅拌锅

6.3.3搅拌

控制搅拌机的转数为1000rpm/min、压力为0.1～0.2MPa，通过电热设备控制搅拌槽温度在60℃左右搅拌3小时。

6.3.4静止

墨水放入中转容器使其自然冷却至常温。

6.3.5过滤

开启不锈钢过滤机(CR-150-10)控制条件

过滤条件：墨水流量：1.5m³/h

          加压：0.05-0.1MPa

          滤布网眼：0.8um

6.4墨水称量灌装

6.4.1将墨水灌装在25kg的铁桶或塑料桶中。

6.5墨水检验

6.5.1抽取200g墨水检测粘度、PH值、表面张力、比重。

6.6墨水入库

6.6.1确认型号、数量、生产批号

以下为基本4色颜料色浆的配方：

黑色：碳黑30％，分散剂20％，去离子水50％。

蓝色：Pigment blue 1蓝色颜料30％，分散剂20％，去离子水50％。

红色：Pigment red 57红色颜料30％，分散剂20％，去离子水50％。

绿色：Pigment green 7绿色颜料30％，分散剂20％，去离子水50％。

用以上基本4色颜料色浆，按上述工艺方法，即可分别制得黑色、蓝色、红色、绿色基本4色的书写用或打印用颜料型水性墨水。当然，用其它各种颜料，按上述工艺方法，同样可以制得各色颜料色浆以及各色书写用或打印用颜料型水性墨水。

按以上具体实施例所所制得的颜料型水性墨水，经测试，其主要技术指标为：

1、水性墨水的技术指标：

序号	检验项目	单位	技术指标
				1	色度	/	≥0.30
2	不溶物	mm	≤2.0
				3	粘度	mpa.s	8～14
4	表面张力	mN/m	30～40
				5	PH值	/	6～8
6	墨水外观	/	表面无悬浮物，无异味
				7	重金属含量	/	按EN 71-3
8	经时稳定性	/	不应出现霉斑、异味

2、水性墨水的书写线条指标：

序号	项目名称	技术要求
			1	颜色	对比颜色封样，无明显色差
2	干燥性	≤20s
			3	复写性能	目测线迹清晰
4	附着力	测试线条无墨线缺损
			5	耐渗化性	≤20％
6	扩散度	≤3(级)
			7	耐水性	≥1.5h，线迹清晰可辨
8	耐晒性	≥24h，线迹清晰可辩

3、水性墨水装成笔后技术指标：

序号	项目名称		技术要求
				1	书写效果		书写流畅、出墨均匀，线条无单边、断线和麻点，手感良好
2	出墨量	0.5mm	50～150mg/100m
				0.7mm	70～180mg/100m
		3	耐高温性(60℃)			≥30天
4	耐寒性(-10℃)				≥1h
			5	间歇书写		高温	≥24h
低温	≥90天

Claims (15)

1、一种颜料型水性墨水组合物，包括颜料色浆、溶剂、纯水；其特征在于，所述组份的配方为，颜料色浆5～15％重量，溶剂15～35％重量，余量为纯水；所述颜料色浆由颜料、分散剂、去离子水组成，其中，颜料20-40％重量，分散剂10～30％重量，余量为去离子水。

2、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于还包括防腐剂0.1％～1.0％重量，表面活性剂0.1％～1.0％重量。

3、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述溶剂为乙二醇或甘油。

4、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述颜料色浆的组成物分散剂为柔性聚合物粘合剂：苯乙烯-a-甲基苯乙烯-丙烯酸聚合物。

5、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述颜料色浆的组成物颜料为黑色颜料碳黑。

6、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述颜料色浆的组成物颜料为蓝色颜料Pigment blue 1。

7、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述颜料色浆的组成物颜料为红色颜料Pigment red 57。

8、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述颜料色浆的组成物颜料为绿色颜料Pigment green 7。

9、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述组份的配方为，颜料色浆10％重量，溶剂25％重量，余量为纯水。

10、如权利要求1所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于所述颜料色浆的组份配方为颜料30％重量，分散剂20％重量，余量为去离子水。

11、如权利要求2所述的颜料型水性墨水组合物，其特征在于防腐剂含量为0.5％重量，表面活性剂含量为0.5％重量。

12、如权利要求1～11所述的颜料型水性墨水组合物的制造方法，其特征在于包括在先的颜料色浆制备过程，和在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程。

13、如权利要求12所述的颜料型水性墨水组合物的制造方法，其特征在于所述在先的颜料色浆制备过程包括以下步骤：

a将颜料置于研磨剥片机中，选用合适的研磨介质进行高速研磨；

b控制介质与颜料之比值、研磨时间及转数；

c配合高速搅拌添加润湿剂、分散剂，将不溶于水的颜料采用纳米超微技术利用剪切力的作用破坏颗粒间的范德华力作用使其粉碎成纳米级粒子；

d然后经过高压多级过滤使其颗粒均匀；

e在分散均匀的颜料色浆中加入亲水的柔性聚合物粘合剂，形成纳米级微粒胶囊，制得稳定的颜料色浆。

14、如权利要求12所述的颜料型水性墨水组合物的制造方法，其特征在于所述在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程包括以下步骤：

a按墨水配方称量原材料；

b添加纯水、溶剂到搅拌锅；

c开启搅拌机搅拌；

d添加颜料色浆；

e加纯水稀释到配方要求；

f开启搅拌机搅拌；

g自然冷却至常温。

15、如权利要求14所述的颜料型水性墨水组合物的制造方法，其特征在于所述在后的颜料型水性墨水组合物的制备过程的步骤d与e之间添加防腐剂与表面活性剂。

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