CN101899237B - 非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨，其组分包括：1～15wt％颜料分散液、0.01～2.0wt％表面活性剂、10～40wt％水溶性共溶剂、0.1～30wt％水性聚合物乳液，其余为去离子水；其制备包括：将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下搅拌混合，然后缓慢加入水性聚合物乳液，继续搅拌；最后加入颜料分散液，待各成分充分混合形成均匀分散体系后，过滤，得乳液型水性颜料油墨。本发明的喷墨打印用乳液型水性颜料油墨可适用的基材范围广泛，无论是油墨的制备过程还是打印过程，对环境友好，且打印流畅性好，精度高；打印后的图像在非吸收性基材上具有优良的耐蹭脏、耐刮擦、耐日晒和耐水性，适合户外使用。

Description

非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨及其制备和应用

技术领域

本发明属喷墨打印用颜料油墨及其制备和应用领域，特别是涉及一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨及其制备和应用。

背景技术

大型喷绘机用喷墨打印油墨按照其主要组分的不同，一般可分为三大类：水性油墨、溶剂型油墨和紫外光固化油墨。目前广泛应用的溶剂型油墨普遍存在气味大、可挥发有机物含量高、对环境不友好等缺点。而弱溶剂型油墨虽是一种相对环保的溶剂型墨水，其相对于一般的溶剂型墨水，许多环保问题是降低了，但不是完全解决。紫外光固化油墨解决了VOC和油墨干燥速度的问题，但同时存在着高能耗、单体气味重、成本高等不利之处。水性油墨由于用水作为溶剂或分散载体，具有显著的环保安全等特点，无毒无害、不燃不爆，几乎无挥发性有机气体产生，从根本上改变了上述几种墨水存在的环保缺陷，减少了资源消耗，降低了环保成本。水性油墨按照着色剂的不同，可分为颜料型水性油墨和染料型水性油墨。对于染料型水性油墨，由于染料分子在紫外光的照射下会很快地分解和挥发，所以其耐日晒牢度差，不适于户外使用；对于颜料型水性油墨，由于颜料和非吸收性基材之间无化学键结合或强分子间作用力，油墨不能很好地粘附于非吸收性基材表面，耐刮擦性差，因此在非吸收性基材表面上用颜料型水性油墨，来获得高分辨率且户外耐久的图像则存在一定困难。

丙烯酸乳液是由丙烯酸酯类及其他烯类单体通过乳液聚合的方法共聚而成的聚合物乳胶粒子，这种聚合物乳胶粒子在一定的温度下易成膜，可牢固粘附于基材上。通过选用不同的单体和组成体系，可合成出不同类型、不同性能、以及不同场合使用的丙烯酸乳液。由于丙烯酸聚合物对光的主吸收峰处于太阳光谱范围之外，所以其具有优异的耐光性及户外老化性能，同时具有良好的保光保色性、耐水和耐化学性，因此被广泛地应用于建筑涂料等行业。

惠普公司虽研究将丙烯酸乳液作为粘合剂，应用于疏水性基材喷墨打印用油墨中，以提高墨水对基材的附着力，但所用的打印机喷头是热发泡式喷头。尽管热发泡喷墨技术在20世纪90年代末期得到了比较快速的发展，在1998年达到顶峰，但是当压电式喷墨技术(包括按需喷墨和连续喷墨)出现后，这种喷墨技术的市场份额逐步被取代。到2002年，热发泡喷墨技术在市场上的占有量已非常小；与此同时，压电式喷墨技术得到了快速发展，成为目前喷墨技术的主流。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨及其制备和应用，该喷墨打印用乳液型水性颜料油墨可适用的基材范围广泛，基材不须经过涂层处理；无论是油墨的制备过程还是打印过程，对环境友好，不产生有毒挥发物质，且打印流畅性好，精度高；喷墨打印后的图像在非吸收性基材上具有优良的耐蹭脏、耐刮擦、耐日晒和耐水性，适合户外使用。

本发明的一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨，其组分包括：1～15wt％颜料分散液、0.01～2.0wt％表面活性剂、10～40wt％水溶性共溶剂、0.1～30wt％水性聚合物乳液，其余为去离子水。

所述的乳液型水性颜料油墨，其组分包括：16wt％颜料分散液、1.2wt％表面活性剂、15wt％水溶性共溶剂、10wt％水性聚合物乳液，其余为去离子水。

所述的乳液型水性颜料油墨，其组分包括：15wt％颜料分散液、1.6wt％表面活性剂、17wt％水溶性共溶剂、13wt％水性聚合物乳液，其余为去离子水。

所述的乳液型水性颜料油墨，其组分包括：22wt％颜料分散液、1.1wt％表面活性剂、10wt％水溶性共溶剂、15wt％水性聚合物乳液，其余为去离子水。

所述的颜料分散液为CAB-O-JET^TM 400、CAB-O-JET^TM 300、CAB-O-JET^TM200、CAB-O-JET^TM 480V、CAB-O-JET^TM 465M、CAB-O-JET^TM 265M、CAB-O-JET^TM 260M、CAB-O-JET^TM 270Y、CAB-O-JET^TM 740Y、CAB-O-JET^TM 250C、CAB-O-JET^TM 450C，鲜丽特^RCA21、鲜丽特^RCA41、鲜丽特^RCA28、鲜丽特^RCA42、鲜丽特^RCA50、鲜丽特^RCA52、鲜丽特^RCA60、鲜丽特^RCA65、鲜丽特RCA05，Y74、Y83、Y184、R112、R122、R101V、R254，D71M、D71V、D71C、D71Y、D71K；

其中，CAB-O-JET^TM的产品由美国Cabot公司提供，鲜丽特^R的产品由上海彩名化工有限公司提供，Y74、Y83、Y184、R112、R122、R101V、R254由上海复顿染色科技有限公司提供，D71M、D71V、D71C、D71Y、D71K由英国Diamond Dispersions公司提供；

所述的表面活性剂选自TEGOWetKL245、TEGOWet KL 280、Zonyl

FSO、Zonyl

FSA、ZonylFSN、Zonyl

FSP、Tergitol NP-10、Novec

4430、Novec

4432、Novec

4434、Surfynol 420、Surfynol 440、Surfynol 465、Surfynol 485、Surfynol 104E中的一种或几种的混合物；

其中，TEGO

的产品由Goldschmidt化学公司提供；Zonyl

的产品由杜邦公司提供；Tergitol NP-10由Dow公司提供；Novec

的产品由3M公司提供；Surfynol的产品由美国气体化工产品公司提供。

所述的水溶性共溶剂选自乙醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、正丁醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，2，6-己三醇、1，8-辛二醇、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、聚乙二醇900、聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、二丙二醇、聚丙二醇1000、聚丙二醇2000、山梨醇、季戊四醇、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。

所述的水性聚合物乳液为玻璃化温度(Tg)-40℃～150℃的水性丙烯酸乳液；

优选的水性聚合物乳液为玻璃化温度(Tg)30℃～100℃的水性丙烯酸乳液。

所述的水性丙烯酸乳液选自丙烯酸乳液6163、6180、6756、6766、硅改性丙烯酸乳液G620、G6130、B3100、B3300、百历摩^TMDC-420V、百历摩^TMDC-420、百历摩^TMAS-300E和特洁士^TMK-2、AC-2508、AC-2514、AC-2522、AC-2524、AC-2529A、AC-2782VP、AS-2506、AS-2606、AS-26102、AS-2615、AS-2688、AS-26080VP、MAC-34、WA-128A、WA-2006、WA-2016、WA-2018、WA-13、WA-128B、AC-0304B、AC-0304JW、AC-0350LW、AC-830、AC-830JW、AC-8345LW、AC-5750LW、AC-570JW中的一种或几种的混合物；

其中，丙烯酸乳液6163、6180、6756和6766由广州市合成化学有限公司提供；硅改性丙烯酸乳液G620、G6130、B3100和B3300由旭化成保丽德提供；百历摩^TMDC-420V、百历摩^TMDC-420、百历摩^TMAS-300E和特洁士^TMK-2由陶氏化学公司提供；AC-2508、AC-2514、AC-2522、AC-2524、AC-2529A、AC-2782VP、AS-2506、AS-2606、AS-26102、AS-2615、AS-2688、AS-26080VP和MAC-34由欧宝迪树脂有限公司提供；WA-128A、WA-2006、WA-2016、WA-2018、WA-13、WA-128B、AC-0304B、AC-0304JW、AC-0350LW、AC-830、AC-830JW、AC-8345LW、AC-5750LW和AC-570JW由珠海吉力化工企业有限公司提供。

所述的非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨的粘度为2.0～12.0cP，表面张力26.0～40.0mN/m，颜料颗粒平均粒径50.0～250nm，尤其适用于某些压电/微压电式打印喷头。

本发明的一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨的制备方法，包括：

(1)按上述质量百分比组成将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下混合，用搅拌机于500～1000rad/min的转速下搅拌30～120min，得到混合溶液I；

(2)在继续搅拌的同时，向上述混合溶液I中缓慢加入水性聚合物乳液，再继续搅拌10～60min，得到混合溶液II；

(3)边搅拌边将颜料分散液，缓慢加入到上述混合溶液II中，继续搅拌20～90min；

(4)待各种成分充分混合形成均匀分散体系后，用0.2～2μm的微孔滤膜过滤，即得乳液型水性颜料油墨。

本发明的一种喷墨打印用乳液型水性颜料油墨在非吸收性基材上打印图像的方法包括：

(1)打印前在温度为30～90℃的情况下，对非吸收性基材进行预加热；

(2)将乳液型水性颜料油墨喷射到非吸收性基材上；

(3)在温度为30～90℃的条件下，干燥非吸收性基材表面的图像。

所述的非吸收性基材为聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、铝箔、玻璃、陶瓷或瓷砖等；

所述步骤(3)中的干燥为热空气加热、红外线加热或烘箱加热等干燥方法。

有益效果

(1)本发明提供的喷墨打印用乳液型水性颜料油墨可适用的基材范围广泛，一般的非吸收性基材都可适用，且基材不须经过涂层处理；

(2)无论是油墨的制备过程还是打印过程，对环境友好，不产生有毒挥发物质，且打印流畅性好，精度高；

(3)喷墨打印后的图像在非吸收性基材上具有优良的耐蹭脏、耐刮擦、耐日晒和耐水性，适合户外使用。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

乳液型水性颜料红色油墨的制备

表1乳液型水性颜料红色油墨的配方

注：Cab-O-Jet颜料是一种自分散颜料，购自美国Cabot公司。

按照表1中的红色油墨的配方，将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下混合，用搅拌机在800rad/min转速下搅拌50min，得到混合溶液；继续搅拌并向混合溶液中缓慢加入聚合物乳液AC-570JW，搅拌30min；最后边搅拌边缓慢加入颜料分散液，再继续搅拌60min。待各种成分充分混合形成均匀的分散体系后，用0.2～2μm的微孔滤膜过滤，即得喷墨打印用乳液型水性颜料红色油墨。

此油墨在20℃下的物性指标如下：表面张力28.2mN/m(由BZY-2全自动表面张力仪测定)，粘度3.50cP(由R/S-CC同轴圆柱流变仪测定)，颜料颗粒平均粒径120nm(由Mastersizer 2000英国马尔文激光粒度分析仪测定)。经过测定得到：红色油墨具有良好的热稳定性和打印流畅性，且对非吸收基材具有优良的粘附性。

实施例2

乳液型水性颜料黄色油墨的制备

表2乳液型水性颜料黄色油墨的配方

注：Diamond颜料是一种自分散颜料，购自Diamond Dispersions公司。

按照表2中的黄色油墨的配方，将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下混合，用搅拌机在800rad/min转速下搅拌60min，得到混合溶液；继续搅拌并向混合溶液中缓慢加入聚合物乳液AS-26080VP，搅拌20min；最后边搅拌边缓慢加入颜料分散液，再继续搅拌70min，待各种成分充分混合形成均匀的分散体系后；用0.2～2μm的微孔滤膜过滤，即得喷墨打印用乳液型水性颜料黄色油墨。

此油墨在20℃下的物性指标如下：表面张力29.4mN/m(由BZY-2全自动表面张力仪测定)，粘度3.23cP(由R/S-CC同轴圆柱流变仪测定)，颜料颗粒平均粒径113nm(由Mastersizer 2000英国马尔文激光粒度分析仪测定)。经过测定得到：黄色油墨具有良好的热稳定性和打印流畅性，且对非吸收基材具有优良的粘附性。

实施例3

乳液型水性颜料蓝色油墨的制备

表3乳液型水性颜料蓝色油墨的配方

注：Diamond颜料是一种自分散颜料，购自Diamond Dispersions公司。

按照表3中的蓝色油墨的配方，将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下混合，用搅拌机在700rad/min转速下搅拌55min，得混合溶液；继续搅拌并向混合溶液中缓慢加入聚合物乳液WA-2016，搅拌50min，最后边搅拌边缓慢加入颜料分散液；再继续搅拌90min，待各种成分充分混合形成均匀的分散体系后；用0.2～2μm的微孔滤膜过滤，即得喷墨打印用乳液型水性颜料蓝色油墨。

此油墨在20℃下的物性指标如下：表面张力27.9mN/m(由BZY-2全自动表面张力仪测定)，粘度3.67cP(由R/S-CC同轴圆柱流变仪测定)，颜料颗粒平均粒径94nm(Mastersizer2000英国马尔文激光粒度分析仪测定)。经过测定得到：蓝色油墨具有良好的热稳定性和打印流畅性，且对非吸收基材具有优良的粘附性。

实施例4

乳液型水性颜料黑色油墨的制备

表4乳液型水性颜料黑色油墨的配方

组分	质量百分数(％)
		Cab-O-JetTM 400	14.0
乙二醇	4.0
		2-吡咯烷酮	3.0
二缩三乙二醇	1.0
		季戊四醇	6.0
聚丙二醇1000	2.0
		Tergitol NP-10	0.6
Surfynol 485	0.5
		乳液聚合物AC-2522	18.0
去离子水	50.9

注：Cab-O-Jet颜料是一种自分散颜料，购自美国Cabot公司。

按照表4中的黑色油墨的配方，将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下混合，用搅拌机在900rad/min转速下搅拌25min，得到混合溶液；继续搅拌并向上述混合溶液中缓慢加入聚合物乳液AC-522，搅拌60min；最后边搅拌边缓慢加入颜料分散液，再继续搅拌80min，待各种成分充分混合形成均匀的分散体系后；用0.2～2μm的微孔滤膜过滤，即得喷墨打印用乳液型水性颜料黑色油墨。

此油墨在20℃下的物性指标如下：表面张力26.7mN/m(由BZY-2全自动表面张力仪测定)，粘度3.07cP(由R/S-CC同轴圆柱流变仪测定)，颜料颗粒平均粒径104nm(由Mastersizer 2000英国马尔文激光粒度分析仪测定)。经过测定得到：黑色油墨具有良好的热稳定性和打印流畅性，且对非吸收基材具有优良的粘附性。

Claims (7)

1.一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨，其组分包括：1～15wt%颜料分散液、0.01～2.0wt%表面活性剂、10～40wt%水溶性共溶剂、0.1～30wt%水性聚合物乳液，其余为去离子水；

所述的水性聚合物乳液为玻璃化温度Tg-40℃～150℃的水性丙烯酸乳液；所述的水溶性共溶剂选自乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇、正丁醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2,4-丁三醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、1,8-辛二醇、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、聚乙二醇900、聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、二丙二醇、聚丙二醇1000、聚丙二醇2000、山梨醇、季戊四醇、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物；所述的乳液型水性颜料油墨的粘度为2.0～12.0cP，表面张力26.0～40.0mN/m，颜料颗粒平均粒径50.0～250nm；测定条件及测定方法为：20℃下，所述粘度由R/S-CC同轴圆柱流变仪测定；所述表面张力由BZY-2全自动表面张力仪测定；所述颜料颗粒平均粒径由Mastersizer 2000英国马尔文激光粒度分析仪测定。

2.根据权利要求1所述的一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨，其特征在于：所述的乳液型水性颜料油墨，其组分包括：15wt%颜料分散液、1.6wt%表面活性剂、17wt%水溶性共溶剂、13wt%水性聚合物乳液，其余为去离子水。

3.根据权利要求1～2中任一所述的一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨，其特征在于：所述的颜料分散液为CAB-O-JET^TM400、CAB-O-JET^TM300、CAB-O-JET^TM200、CAB-O-JET^TM480V、CAB-O-JET^TM465M、CAB-O-JET^TM265M、CAB-O-JET^TM260M、CAB-O-JET^TM 270Y、CAB-O-JET^TM 740Y、CAB-O-JET^TM 250C、CAB-O-JET^TM 450C，鲜丽特^RCA21、鲜丽特^RCA41、鲜丽特^RCA28、鲜丽特^RCA42、鲜丽特^RCA50、鲜丽特^RCA52、鲜丽特^RCA60、鲜丽特^RCA65、鲜丽特^RCA05，Y74、Y83、Y184、R112、R122、R101V、R254，D71M、D71V、D71C、D71Y、D71K；

所述的表面活性剂为：TEGO

WetKL245、TEGO

Wet KL 280，Zonyl

FSO、Zonyl

FSA、Zonyl

FSN、ZonylFSP，Tergitol NP-10，Novec

4430、Novec

4432、Novec

4434，Surfynol 420、Surfynol 440、Surfynol 465、Surfynol 485、Surfynol 104E。

4.根据权利要求1所述的一种非吸收性基材喷墨打印用乳液型水性颜料油墨的制备方法，包括：

（1）按上述质量百分比组成将表面活性剂、水溶性共溶剂和去离子水在常温下混合，用搅拌机于500～1000rad/min的转速下搅拌30～120min，得到混合溶液Ⅰ；

（2）在继续搅拌的同时，向上述混合溶液Ⅰ中缓慢加入水性聚合物乳液，再继续搅拌10～60min，得到混合溶液Ⅱ；

（3）边搅拌边将颜料分散液，缓慢加入到上述混合溶液Ⅱ中，继续搅拌20～90min；

（4）待各种成分充分混合形成均匀分散体系后，用0.2～2μm的微孔滤膜过滤，即得乳液型水性颜料油墨。

5.根据权利要求1所述的乳液型水性颜料油墨的应用，其特征在于：所述的应用为在非吸收性基材上打印图像，包括如下步骤：

（1）打印前在温度为30～90℃的情况下，对非吸收性基材进行预加热；

（2）将乳液型水性颜料油墨喷射到非吸收性基材上；

（3）在温度为30～90℃的条件下，干燥非吸收性基材表面的图像。

6.根据权利要求5所述的乳液型水性颜料油墨的应用，其特征在于：所述的非吸收性基材为聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、铝箔、玻璃、陶瓷或瓷砖。

7.根据权利要求5所述的乳液型水性颜料油墨的应用，其特征在于：所述步骤（3）中的干燥为热空气加热、红外线加热或烘箱加热。