CN101597445A - 一种品红纳米水性颜料分散液 - Google Patents

Abstract

一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于它由品红颜料、丙烯酸聚合物类分散剂、保湿剂和去离子水组成，分别占总重量百分比的3～30％、5～50％和3～30％，余量为去离子水；所说的品红纳米水性颜料分散液的粒径D₅₀控制在40.0～150.0nm之间。制备方法为：将分散剂和去离子水混合于容器并搅拌，加入品红颜料，用高速剪切机剪切0.5~8小时，然后进行循环研磨分散，每隔15分钟进行粒度检测，直到分散液的粒径达到要求。添加保湿剂后的颜料分散液经高低温循环后粒径变化百分比小于50.0％，提高了颜料分散液在高低温循环条件下的稳定性，且对其在常温和高温加速条件下的稳定性无不良影响。

Description

一种品红纳米水性颜料分散液

(一)技术领域：

本发明涉及一种颜料分散液，特别是一种用于喷墨领域的品红纳米水性颜料分散液及其制备方法。

(二)背景技术：

目前市场上的喷墨打印用品红墨水基本上分为品红染料型墨水和品红颜料型墨水，品红染料型墨水中的染料是以分子状态存在的，获得的印刷品图像清晰，色阶过渡均匀，但是容易褪色且耐水性差。另外一种品红颜料型墨水中的颜料是以颗粒状态存在，由此获得的印刷品具有耐光、耐水等优点，所以品红颜料墨水正在逐步替代品红染料墨水。其中品红颜料墨水的制备中，以制备稳定的品红纳米水性颜料分散液的制备最为关键，其难点在于品红颜料粒子的超细化、粒径分布的均匀化以及品红纳米水性颜料分散液的稳定性。由于品红颜料粒子特别是纳米级品红颜料粒子具有较大的比表面积和较高的表面能，彼此之间极易产生自发凝聚和团聚现象，形成粒径较大的二次粒子，从而使品红纳米水性颜料分散液的稳定性下降。一般来说通过添加分散剂的方法可得到常温下分散效果比较稳定的品红纳米水性颜料分散液，但品红纳米水性颜料分散液在温差大的条件下却易凝胶或分层，给品红纳米水性颜料分散液的运输带来不便。因此，研制耐高低温循环的稳定性好的品红纳米水性颜料分散液是十分必要的。

(三)发明内容：

本发明的目的在于设计一种品红纳米水性颜料分散液，它通过添加保湿剂使品红纳米水性颜料分散液在高低温循环条件下的稳定性提高，而且不会影响颜料分散体系在常温和高温加速条件下的稳定性，解决了品红纳米水性颜料分散液运输困难的问题。

本发明的技术方案：一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于它由品红颜料、丙烯酸聚合物类分散剂、保湿剂和去离子水组成，其中品红颜料占总重量百分比的3～30％，丙烯酸聚合物类分散剂占总重量百分比的5～50％，保湿剂占总重量百分比的3～30％，余量为去离子水；所说的保湿剂取正丙醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、1，2，6-己三醇、二乙二醇、二缩三乙二醇、聚乙二醇400和聚乙二醇600以上高沸点、难挥发醇类中的至少一种；所说的品红纳米水性颜料分散液的粒径D₅₀控制在40.0～150.0nm之间。

上述所说的组成配方还可以包括pH调节剂和杀菌剂，其占分散液总重量的重量百分比分别为0.0～0.2％和0.0～0.2％。

上述所说的品红颜料占分散液总重量的重量百分比优选8～15％。

上述所说的丙烯酸聚合物类分散剂占分散液总重量的重量百分比优选6～20％。

上述所说的保湿剂占分散液总重量的重量百分比优选6～20％。

上述所说的品红颜料选用大日本油墨化学工业公司(DIC)的C.I.颜料紫19。

上述所说的丙烯酸聚合物类分散剂选用德国明凌公司(MUNZING)的EDAPLAN 482。

上述所说的保湿剂优选1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、聚乙二醇600一种或一种以上的组合。

上述所说的杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉3-酮，取科莱恩公司(Clariant)的Nipacide BIT-20。

上述所说的pH调节剂为氨水、三乙胺、三乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠、N，N-二甲基乙醇胺中一种或一种以上的组合。

一种品红纳米水性颜料分散液的制备方法，其特征在于包括分散液的配制与墨水的配制，其中：

(一)分散液的配制包括以下步骤：

①将分散剂、保湿剂和去离子水按照上述比例混合于容器中，并搅拌均匀；

②按比例加入品红颜料，充分润湿；

③用高速剪切机将步骤②所得的分散液高速剪切0.5～8.0小时，转速为1000～10000rpm，剪切完成后放置10～20分钟；

④将步骤③所得的剪切分散液泵入研磨机中进行研磨分散：

⑤将步骤④中研磨机出料口所得的分散液进入研磨机的储料槽，再次泵入研磨机进行循环研磨0.5～24.0小时，优选1.0～3.0小时；

⑥研磨过程中，每隔15分钟采用动态激光散色粒度仪进行粒度检测，直到分散液的粒径达到要求。

(二)制得的分散液配制墨水的过程为：

按重量百分比取上述步骤⑥所制得的分散液10～50％，保湿剂5～30％，表面活性剂0.1～2％和余量去离子水，制成喷墨墨水；

所说的制成的墨水能够用于对分散液定期定温下的稳定性检测。

上述步骤①-③为剪切分散步骤：其中步骤③中的高速剪切主要作用是使分散剂分散乳化均匀，打碎部分品红颜料中的较大粒子，但时间过长其效果不再显著，所以剪切时间优选1.0～2.0小时。

上述步骤④-⑥为研磨分散步骤：其中步骤④中的研磨机为销棒式研磨机、珠磨机和新型纳米性能研磨机--MILL NPM中的一种，研磨介质采用锆珠、氧化锆珠和高性能硅酸锆珠中的一种，平均直径在0.05～1.00mm之间，优选转速为600～4000rpm的销棒式研磨机和直径在0.05～0.20mm之间的氧化锆珠；所说的步骤⑤中的出料口温度控制在20～40℃之间；所说的步骤⑥为颜料粒度检测。

上述所说的步骤⑥中的颜料粒度检测步骤为：

a、用滴管取出一滴待测样品，放入规格为18mm×180mm的试管中，加入去离子水高至1/2试管高，振荡摇匀；

b、将稀释过的样品，放入超声波仪器内超声2mins，频率设定为40kHz×80％，温度为25℃；

c、在3个比色皿中分别放入超声过的样品，液面低于比色皿外沿0.5cm；

d、双击电脑桌面上LB-550应用程序；

e、轻轻打开LB-550型动态光散射纳米粒度分析仪的盖子，在样品池中放入盛有样品的比色皿；

f、点击Temp Panel，待温度控制到25℃后，点击Meas.Panel，屏幕上出现Measurement Panel后，点击Measure，开始测试；

g、等待机器测试完毕，记录数据。每个样品的粒径为三次测量值的加权平均。

本发明的优越性在于：

相比较无保湿剂的颜料分散液经高低温循环后分层的情况，添加保湿剂后的颜料分散液经高低温循环后粒径变化百分比小于50.0％，提高了颜料分散液在高低温循环条件下的稳定性，且对其在常温和高温加速条件下的稳定性无不良影响。

注：D50：一个样品的累计粒度分布体积百分数达到50％时所对应的粒径。

(四)具体实施方式；

为了检测产品质量，有如下对产品性质的实验检测过程：

实验1.常温一个月稳定性实验：

把待测样品(本发明所涉品红纳米水性颜料分散液)放入玻璃容器中，在恒温(25℃)恒湿(35％RH)的环境中放置一个月，测定一个月前后样品的粒径D₅₀变化情况。

实验2.高低温循环实验：把待测样品放入玻璃容器中，在高温60℃的环境中放置24小时，然后取出在低温-20℃的环境中放置24小时，此为一个周期，一共循环三个周期，共计用时为6天，测定循环前后样品的粒径D₅₀变化情况。

实验3.高温加速测试实验：把待测样品放入玻璃容器中，在高温60℃的坏境中放置2周，测定2周前后样品的粒径D₅₀变化情况。

实施例及比较例中的“份”以重量计。

实施例1：

将12.00份大日本油墨化学工业公司(DIC)的品红颜料C.I.颜料紫19，6.30份德国明凌(MUNZING)公司的分散剂EDAPLAN 482，其有效成分含量85.5％，0.20份科莱恩(Clariant)公司的杀菌剂Nipacide BIT-20，0.05份pH调节剂三乙醇胺，3.15份保湿剂1，2-丙二醇、3.15份保湿剂丙三醇和75.15份去离子水用高速剪切搅拌器混合1小时至均匀后得剪切分散液，再在0.14L容积的研磨机中对300.00g的剪切分散液研磨2小时，得到水性颜料分散液。将制备的水性颜料分散液在常温下进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

实施例2：

将12.00份大日本油墨化学工业公司(DIC)的品红颜料C.I.颜料紫19，6.30份德国明凌(MUNZING)公司的分散剂EDAPLAN 482，其有效成分含量85.5％，0.20份科莱恩(Clariant)公司的杀菌剂Nipacide BIT-20，0.05份pH调节剂三乙醇胺，6.30份保湿剂1，3-丙二醇和75.15份去离子水用高速剪切搅拌器混合1小时至均匀后得剪切分散液，再在0.14L容积的研磨机中对300.00g的剪切分散液研磨2小时，得到水性颜料分散液。将制备的水性颜料分散液在常温下进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

实施例3

将12.00份大日本油墨化学工业公司(DIC)的品红颜料C.I.颜料紫19，6.30份德国明凌(MUNZING)公司的分散剂EDAPLAN 482，其有效成分含量85.5％，0.20份科莱恩(Clariant)公司的杀菌剂Nipacide BIT-20，0.05份pH调节剂三乙醇胺，1.00份保湿剂1，3-丙二醇、4.70份保湿剂1，4-丁二醇、0.60份保湿剂聚乙二醇600和75.15份去离子水用高速剪切搅拌器混合1小时至均匀后得剪切分散液，再在0.14L容积的研磨机中对300.00g的剪切分散液研磨2小时，得到水性颜料分散液。将制备的水性颜料分散液在常温下进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

实施例4

将12.00份大日本油墨化学工业公司(DIC)的品红颜料C.I.颜料紫19，6.30份德国明凌(MUNZING)公司的分散剂EDAPLAN 482，其有效成分含量85.5％，0.20份科莱恩(Clariant)公司的杀菌剂Nipacide BIT-20，0.05份pH调节剂三乙醇胺，6.30份保湿剂丙二醇和75.15份去离子水用高速剪切搅拌器混合1小时至均匀后得剪切分散液，再在0.14L容积的研磨机中对300.00g的剪切分散液研磨2小时，得到水性颜料分散液。将制备的水性颜料分散液在常温下进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

实施例5

将12.00份大日本油墨化学工业公司(DIC)的品红颜料C.I.颜料紫19，6.30份德国明凌(MUNZING)公司的分散剂EDAPLAN 482，其有效成分含量85.5％，0.20份科莱恩(Clariant)公司的杀菌剂Nipacide BIT-20，0.05份pH调节剂三乙醇胺，6.30份保湿剂聚乙二醇600和75.15份去离子水用高速剪切搅拌器混合1小时至均匀后得剪切分散液，再在0.14L容积的研磨机中对300.00g的剪切分散液研磨2小时，得到水性颜料分散液。将制备的水性颜料分散液在常温下进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

比较例1：

将12.00份大日本油墨化学工业公司(DIC)的品红颜料C.I.颜料紫19，6.30份德国明凌(MUNZING)公司的分散剂EDAPLAN 482，其有效成分含量85.5％，0.20份科莱恩(Clariant)公司的杀菌剂Nipacide BIT-20，0.05份pH调节剂三乙醇胺和81.45份去离子水用高速剪切搅拌器混合1小时至均匀后得剪切分散液，再在0.14L容积的研磨机中对300.00g的剪切分散液研磨2小时，得到水性颜料分散液。将制备的水性颜料分散液在常温下进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

比较例2-6均按照上述比较例1的步骤和下述配方配比配制颜料分散液，并和实施例同时进行一个月稳定性实验、高低温循环实验和高温加速实验。

表1比较例2～6的品红纳米水性颜料分散液配方

表2品红纳米水性颜料分散液的粒径D₅₀变化情况

所说的比较例中分散剂为：

比较例1、2、3、4：分散剂EDAPLAN 482为德国明凌公司(MUNZING)产品；

比较例5、6：分散剂Solsperse 47000为美国路博润公司(Lubrizol)产品。

从上表可以看出，实施例1-5所得分散液，是使用了分散剂EDAPLAN 482并添加了保湿剂的.品红纳米水性颜料分散液，颜料分散体系在高低温循环条件下的粒径变化百分比小于50.0％，且无凝胶或分层现象，稳定性明显提高，在常温和高温加速条件下，粒径变化百分比小，说明添加保湿剂对在此条件下的分散液的稳定性无影响；比较例1、5所得分散液使用了与实施例相同和不同的分散剂，在都没有添加保湿剂的情况下，高低温循环实验后分散液出现分层和凝胶现象；比较例2-4使用了和实施例相同的分散剂，添加了不同的保湿剂.，在高低温循环实验后，比较例2粒径变化百分比大于50.0％，比较例3、4出现分层现象，均不稳定。比较例6使用了与实施例2不同的分散剂和相同的保湿剂，在高低温循环实验后，比较例6出现凝胶现象，不稳定。由此得出结论，在使用特定分散剂的情况下，在品红颜料分散液中添加特定保湿剂有利于得到耐高低温循环的易于运输的稳定分散液。

Claims (10)

1.一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于它由品红颜料、丙烯酸聚合物类分散剂、保湿剂和去离子水组成，其中品红颜料占总重量百分比的3～30％，丙烯酸聚合物类分散剂占总重量百分比的5～50％，保湿剂占总重量百分比的3～30％，余量为去离子水；所说的保湿剂取正丙醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、1，2，6-己三醇、二乙二醇、二缩三乙二醇、聚乙二醇400和聚乙二醇600以上高沸点、难挥发醇类中的至少一种；所说的品红纳米水性颜料分散液的粒径D₅₀控制在40.0～150.0nm之间。

2.根据权利要求1所说的一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于颜料分散液的组成配方还可以包括pH调节剂和杀菌剂，其占分散液总重量的重量百分比分别为0.0～0.2％和0.0～0.2％。

3.根据权利要求2所说的一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于所说的杀菌剂为1，2-苯并异噻唑啉-3-酮，取科莱恩公司(Clariant)的NipacideBIT-20；所说的pH调节剂为氨水、三乙胺、三乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠、N，N-二甲基乙醇胺中一种或一种以上的组合。

4.根据权利要求1所说的一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于所说的品红颜料占分散液总重量的重量百分比优选8～15％；所说的丙烯酸聚合物类分散剂占分散液总重量的重量百分比优选6～20％；所说的保湿剂占分散液总重量的重量百分比优选6～20％。

5.根据权利要求1所说的一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于所说的品红颜料选用大日本油墨化学工业公司(DIC)的C.I.颜料紫19。

6.根据权利要求1所说的一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于所说的丙烯酸聚合物类分散剂选用德国明凌公司(MUNZING)的EDAPLAN 482。

7.根据权利要求1所说的一种品红纳米水性颜料分散液，其特征在于所说的保湿剂优选1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、聚乙二醇600一种或一种以上的组合。

8.一种品红纳米水性颜料分散液的制备方法，其特征在于包括分散液的配制与墨水的配制，其中：

(一)分散液的配制包括以下步骤：

①将分散剂、保湿剂和去离子水按照上述比例混合于容器中，并搅拌均匀；

②按比例加入品红颜料，充分润湿；

③用高速剪切机将步骤②所得的分散液高速剪切0.5～8.0小时，转速为1000～10000rpm，剪切完成后放置10～20分钟；

④将步骤③所得的剪切分散液泵入研磨机中进行研磨分散；

⑤将步骤④中研磨机出料口所得的分散液进入研磨机的储料槽，再次泵入研磨机进行循环研磨0.5～24.0小时，优选1.0～3.0小时；

⑥研磨过程中，每隔15分钟采用动态激光散色粒度仪进行粒度检测，直到分散液的粒径达到要求。

(二)制得的分散液配制墨水的过程为：

按重量百分比取上述步骤⑥所制得的分散液10～50％，保湿剂5～30％，表面活性剂0.1～2％和余量去离子水，制成喷墨墨水；

所说的制成的墨水能够用于对分散液定期定温下的稳定性检测。

9.根据权利要求8所说的一种品红纳米水性颜料分散液的制备方法，其特征在于所说的步骤①-③为剪切分散步骤：其中步骤③中的高速剪切主要作用是使分散剂分散乳化均匀，打碎部分品红颜料中的较大粒子，但时间过长其效果不再显著，所以剪切时间优选1.0～2.0小时；所说的步骤④-⑥为研磨分散步骤：其中步骤④中的研磨机为销棒式研磨机、珠磨机和新型纳米性能研磨机--MILL NPM中的一种，研磨介质采用锆珠、氧化锆珠和高性能硅酸锆珠中的一种，平均直径在0.05～1.00mm之间，优选转速为600～4000rpm的销棒式研磨机和直径在0.05～0.20mm之间的氧化锆珠；所说的步骤⑤中的出料口温度控制在20～40℃之间；所说的步骤⑥为颜料粒度检测。

10.根据权利要求9所说的一种品红纳米水性颜料分散液的制备方法，其特征在于所说的步骤⑥中的颜料粒度检测的步骤为：

a、用滴管取出一滴待测样品，放入规格为18mm×180mm的试管中，加入去离子水高至1/2试管高，振荡摇匀；

b、将稀释过的样品，放入超声波仪器内超声2mins，频率设定为40kHz×80％，温度为25℃；

c、在3个比色皿中分别放入超声过的样品，液面低于比色皿外沿0.5cm；

d、双击电脑桌面上LB-550应用程序；

e、轻轻打开LB-550型动态光散射纳米粒度分析仪的盖子，在样品池中放入盛有样品的比色皿；

f、点击Temp Panel，待温度控制到25℃后，点击Meas.Panel，屏幕上出现Measurement Panel后，点击Measure，开始测试；

g、等待机器测试完毕，记录数据。每个样品的粒径为三次测量值的加权平均。