CN102936436A - 抗菌型喷墨水性碳黑墨水 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷墨技术领域，尤其涉及一种碳黑墨水。抗菌型喷墨水性碳黑墨水，包括染料、溶液，染料包括以下比例的组分：5-60%至少一种碳黑色素的组分a、5-45%至少一种中性硫酸盐的组分b、1-20%光触媒粉末。由于采用了上述技术方案，本发明具有良好的长期稳定性，便于保存，且用本发明进行喷墨印刷出的印刷品色相优良、耐光牢度高，且抗菌和抗腐效果佳。

Description

抗菌型喷墨水性碳黑墨水

技术领域

本发明涉及喷墨技术领域，尤其涉及一种碳黑墨水。

背景技术

喷墨印刷，是一种无接触、无压力、无印版的印刷。印刷时，墨滴由小喷嘴喷射到一种介质（纸，纺织品，塑料制品，金属制品），利用电子控制将墨滴聚集成字符或图形。在喷墨印刷中，精细的墨滴通过不同的排列方式，以连续喷墨和按需喷墨的方式进行喷墨，在喷墨过程中，墨水的品质性能直接影响到印刷品最终的质量。

碳黑作为一种黑色涂料，比染料混合物拥有显着较高的耐臭氧和耐光牢度。然而，极好的颜料颗粒分散是经久耐用和稳定贮存的必要条件。为了更好的保存墨水，防止絮凝的发生，需选用墨水配方中的一些相容性很好的水溶性溶剂与碳黑进行相容。

专利号为US5085698和US5320668的美国专利首先提出了颜料碳黑在喷墨打印墨水中的使用，专利中描述了水溶性丙烯酸酯分散剂的使用。其他分散体系包括功能性聚醚多元醇和芳基磺酸的混合物，在德国专利DE 19801759有提到。但是，这些分散体对同样可与颜料相结合的水溶性溶剂敏感，会增加颜料迁移的趋势及降低水处理牢度，存在一定缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种抗菌型喷墨水性碳黑墨水，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

抗菌型喷墨水性碳黑墨水，包括染料、溶液，其特征在于，所述染料包括以下比例的组分：5-60%至少一种碳黑色素的组分a、5-45%至少一种中性硫酸盐的组分b、1-20%光触媒粉末。

在所述染料中，所述组分a和组分b所占的重量比在80%以上，优选95%。在碳黑墨水中，所述组分a占所述碳黑墨水总量的3-55%，优选10-45%，所述组分b占碳黑墨水总量的3-35%，优选10-30%。

所述组分a中的碳黑色素可以采用PH值小于4.5的水分散类型。

所述组分b可以采用酸性黑2，所述酸性黑2为一种在氯化亚铁存在下，硝基苯与苯胺的反应产物。

所述硝基苯与苯胺反应时，控制温度在180-195℃范围内，在氯化亚铁存在的情况下，进行3-15小时的反应。

所述酸性黑2的硫化程度按重量计在15%-20%的范围内。硫化剂可以采用硫酸、发烟硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、三氧化硫中的至少一种，优选采用浓度为98%的硫酸，硫化温度控制在90-95℃。或者采用25%的发烟硫酸进行硫化，具体温度控制在5-10℃。

用98%的硫酸的磺化时间优选1-2小时，而用25%的发烟硫酸的磺化时间优选10小时，然后将得到的磺化产物用碱进行中和。

所述光触媒粉末可以采用纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆、纳米硫化镉中的至少一种，优选采用纳米二氧化钛。

本发明的碳黑墨水中，按重量计所述溶液和染料含量为90%以上，优选98%以上。所述碳黑墨水中含少量的外源盐，所述外源盐为染料在制作过程中产生的盐，所述外源盐在所述碳黑墨水中的含量小于1%，优选小于0.5%。

所述碳黑墨水是碳黑分散体系。所述溶液作为所述碳黑分散体系的分散介质，所述溶液可采用水溶液，也可采用有机溶剂，所述有机溶剂的溶解度大于6g/l。

以所述水溶液作为分散介质时，本发明的水溶液含量为20-98%，优选85-95%。

以所述有机溶液作为分散介质时，所述有机溶液中水含量为0-50%，优选0-30%。

所述有机溶液包括脂肪酮、多元醇、氨甲酰类，尤其是分子量小于200g/mol的物质，优选如下有机溶剂：丙酮、甲乙酮、二丙酮醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇，三羟甲基丙烷、甘油，硫二甘醇、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、1,3-二甲基咪唑烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺。

还包括PH调节剂、染料助剂，所述PH调节剂采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、水溶性胺中的至少一种。优选乙醇胺、氨基乙醇、胺甲基丙醇、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺，二乙醇胺、甲基二乙醇胺、丙醇胺、丁醇胺。所述PH调节剂对本发明的PH值进行调整，使其趋于中性。

所述染料助剂包括亮光浆、助溶剂、分散剂、固色剂。

本发明的碳黑墨水中要求不含粗颗粒，需经由疏水性微孔过滤膜或者熔喷滤芯进行过滤。

本发明在制作过程中，为了确保组分a和组分b在所述溶液中均匀分散，使所述碳黑墨水的色泽更为均匀，需将所述染料倒入所述溶液后，由高能研磨机进行研磨的组分先由高能量研磨机进行研磨，随后将所述染料倒入所述溶液内，以200-300rpm的转速进行充分搅拌，使其能够充分溶解于溶液中制成所述碳黑墨水。

随后将所述碳黑墨水进行过滤，使其通过孔径为3-5微米的熔喷滤芯进行过滤。

所述碳黑墨水也可制成碳黑油墨，所述碳黑油墨包括染料、连结料，所述染料包括以下重量比的组分：1-10%组分a和组分b、0.1-0.5%光触媒粉末。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有良好的长期稳定性，便于保存，且用本发明进行喷墨印刷出的印刷品色相优良、耐光牢度高，且抗菌和抗腐效果佳。

具体实施方式

为了本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

抗菌型喷墨水性碳黑墨水，包括染料、溶液，染料包括以下比例的组分：5-60%至少一种碳黑色素的组分a、5-45%至少一种中性硫酸盐的组分b、1-20%光触媒粉末。在染料中，组分a和组分b所占的重量比在80%以上，优选95%。在碳黑墨水中，组分a占碳黑墨水总量的3-55%，优选10-45%，组分b占碳黑墨水总量的3-35%，优选10-30%。

碳黑墨水也可制成碳黑油墨，碳黑油墨包括染料、连结料，染料包括以下重量比的组分：1-10%组分a和组分b、0.1-0.5%光触媒粉末。

组分a中的碳黑色素可以采用PH值小于4.5的水分散类型，如德固赛的Spezialschwarz4，4a，5，6，100，250，350或550。也可以采用涂料级碳黑类型，如德固赛的FW200,FW2,W2V，FW285,FW1,FW18,S160,S170或V140U。组分b可以采用酸性黑2，酸性黑2为一种在氯化亚铁存在下，硝基苯与苯胺的反应产物。光触媒粉末可以采用纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆、纳米硫化镉中的至少一种，优选采用纳米二氧化钛，纳米二氧化钛分别具有锐钛矿、金红石及板钛矿三种晶体机构，其中锐钛矿结构具有光催化特性，使得二氧化钛可作为调色剂、物理防晒剂、光催化剂使用，其透明性和防紫外线能力高度统一，有效提高染料整体的光学性能、耐腐性，起到防霉杀菌的效果。

本发明的碳黑墨水中，按重量计溶液和染料含量为90%以上，优选98%以上。碳黑墨水中含少量的外源盐，外源盐为染料在制作过程中产生的盐，外源盐在碳黑墨水中的含量小于1%，优选小于0.5%。

碳黑墨水是碳黑分散体系。溶液作为碳黑分散体系的分散介质即可采用水溶液，也可采用有机溶液，所用有机溶剂的溶解度大于6g/l。以水溶液作为分散介质时，本发明的水溶液含量为20-98%，优选85-95%。以有机溶液作为分散介质时，有机溶液中水含量为0-50%，优选0-30%。

所用有机溶剂包括脂肪酮、多元醇、氨甲酰类，尤其是分子量小于200g/mol的物质，优选如下有机溶剂：丙酮、甲乙酮、二丙酮醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇，三羟甲基丙烷、甘油，硫二甘醇、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮、1,3-二甲基咪唑烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺。

还包括PH调节剂、染料助剂，PH调节剂采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、水溶性胺中的至少一种。优选乙醇胺、氨基乙醇、胺甲基丙醇、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺，二乙醇胺、甲基二乙醇胺、丙醇胺、丁醇胺。PH调节剂对本发明的PH值进行调整。染料助剂包括亮光浆、助溶剂、分散剂、固色剂。

酸性黑2的制备：

1）硝基苯和苯胺的反应产物

将1.2mol硝基苯，1.7mol苯胺和0.2mol氯化亚铁在185℃左右反应15小时。苯胺黑融化在过量的苯胺中，然后倒入稀氢氧化钠水溶液中搅拌。水相中含有大量铁盐；苯胺黑从有机相中蒸馏出来并干燥。回收到的固相在以下简称为溶剂黑7。

2）磺化反应

在一个5000ml搅拌容器中加入1600ml98％硫酸。1kg溶剂黑7在搅拌开启下一点点缓慢加入。温度保持在90℃，直到完全溶解。稀释容器中加入19升去离子水，反应混合物在温度为70~80℃时加入。产物（粗制苯胺黑）通过过滤装置隔离。将2.6kg水和180ml浓度为50％氢氧化钠溶液加入搅拌容器，在搅拌开启下加入3.3kg粗制苯胺黑。最终得到酸性黑2。

3）酸性黑2的提纯

首先用一个精度为15微米熔喷滤芯过滤溶液。用去离子水将溶液稀释至所需的浓度，再通过渗透压系统将盐分去除至0.5％以下。这些苯胺黑在下面被用作分散剂。

使用颜料墨水的打印测试

用原溶液稀释至涂料含量为5%的均匀碳黑分散体系，然后打印。

表1

实施例1：

取260g由上述方法制备得到的酸性黑2溶液、1.2g去离子水、30g乙醇胺、30g光触媒粉末倒入1200g去离子水内，并有搅拌机进行充分混合搅拌，在搅拌过程中，将500g德固赛S4碳黑缓缓倒搅拌机内，待搅拌完成后得到碳黑墨水半成品。

将碳黑墨水半成品倒入研磨机研磨1.5小时，随后将碳黑墨水半成品通过3微米的疏水性微孔过滤膜进行过滤，即可得到需要的碳黑墨水原液。

使用时，将碳黑墨水原液进行稀释至染料含量为6%的墨水，即可放入喷墨打印机内进行打印。

实施例2：

取400g上述方法制备得到的酸性黑2、30g氨基乙醇、32g光触媒粉末倒入2600g去离子水内，在搅拌机中混合搅拌，在搅拌过程中，慢慢加入750g德固赛FW2碳黑制成碳黑墨水半成品。

将碳黑墨水半成品倒入研磨机研磨2小时后，将碳黑墨水半成品通过3微米的熔喷滤芯进行过滤，即可得到需要的碳黑墨水原液。

使用时，将该碳黑墨水原液进行稀释至染料含量为6%的墨水，即可放入喷墨打印机内打印，打印得到的印刷品的光密度为1.4-1.5。

以上显示和描述本发明的基本原理和主要特征本发明的优点。本行业的技术人员应该了解本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和说明书中描述的只是说本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护本发明范围内本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.抗菌型喷墨水性碳黑墨水，包括染料、溶液，其特征在于，所述染料包括以下比例的组分：5-60%至少一种碳黑色素的组分a、5-45%至少一种中性硫酸盐的组分b、1-20%光触媒粉末。

2.根据权利要求1所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：在所述染料中，所述组分a和组分b所占的重量比在80%以上，优选95%；

在碳黑墨水中，所述组分a占所述碳黑墨水总量的3-55%，优选10-45%，所述组分b占碳黑墨水总量的3-35%，优选10-30%。

3.根据权利要求2所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：所述组分a中的碳黑色素采用pH值小于4.5的水分散类型。

4.根据权利要求3所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：所述组分b采用酸性黑2，所述酸性黑2为一种在氯化亚铁存在下，硝基苯与苯胺的反应产物。

5.根据权利要求4所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：所述光触媒粉末采用纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化锆、纳米硫化镉中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：在所述碳黑墨水中，按重量计所述溶液和染料含量为98%以上。

7.根据权利要求5所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：所述溶液采用水溶液，所述水溶液含量为85-95%。

8.根据权利要求5所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：所述溶液作采用有机溶剂，所述有机溶剂的溶解度大于6g/l，所述有机溶液中水含量为0-50%。

9.根据权利要求1至8中的任一所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：还包括pH调节剂、染料助剂，所述pH调节剂采用氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、水溶性胺中的至少一种。

10.根据权利要求9中的任一所述的抗菌型喷墨水性碳黑墨水，其特征在于：所述染料助剂包括亮光浆、助溶剂、分散剂、固色剂。