CN103242694B - 低气味环保型纳米颜料喷墨墨水组合物 - Google Patents

Abstract

一种低气味环保型纳米颜料喷墨墨水组合物，具有良好的储存稳定性、喷墨稳定性与打印质量，喷头喷孔不易堵塞，打印图像具有高光泽度、耐刮擦性与耐候性，采用低毒性与低气味原料，墨水具有高闪火点，对人体与环境的安全性高，能兼具环保与维持打印质量的需求。该喷墨组合物包含1～10％N-乙基吡咯烷酮、1～20％碳酸丙烯酯、50～80％醚醇类溶剂、颜料、分散剂、树脂、塑化剂、界面活性剂与作为酸调整剂的环状叔胺化合物。

Description

低气味环保型纳米颜料喷墨墨水组合物

技术领域

本发明涉及一种喷墨墨水组合物，尤其是涉及一种低气味环保型纳米颜料喷墨墨水组合物，可使用于溶剂型压电式喷墨打印机，该墨水使用低气味、低毒性的溶剂，无添加任何有害物质，墨水具有良好的储存稳定性与喷墨稳定性，打印图像具有高光泽、耐刮擦性与耐候性，更重要的是该墨水对喷头喷孔不易堵塞，能兼具环保与维持打印质量的要求。

背景技术

数码喷墨是通过软件操控，利用喷头将墨水喷射到打印介质上来形成文字或图像，此液体喷墨方式依喷头的作用机制又可区分为热气泡式(Thermalhead)与压电式(Piezo head)，压电技术利用信号的控制下，将压电元件产生变形收缩，将墨滴推出狭窄的喷嘴，墨滴可以精确的控制，使每次喷出的墨滴都有完美的形状和正确的飞行方向。在喷印过程中，为了能将墨水通过狭小的喷头通道，会产生极大的剪切力，墨水必须有较低黏度的需求，因此，喷墨墨水中溶剂占有最大的比例。因此，根据溶剂使用的不同，墨水大致上可以区分为水性、油性与紫外光固化三种，其中颜料型油性墨水主要是直接喷印于聚氯乙烯(PVC)材质，应用于户外宽幅广告，又可区分为强溶剂墨水(solvent inks)、弱溶剂墨水(mild solvent inks)与环保溶剂墨水(ECO-solventinks)三种。

强溶剂墨水溶剂的腐蚀性强，能渗入无涂层的聚氯乙烯等物料中，附着力较佳，图案的解析度较高，常会使用一些腐蚀性强的酮类溶剂，如环己酮、异佛尔酮等具有刺激性臭味且对人体及环境有较大伤害的化学物质。

弱溶剂墨水则将原先墨水所使用的酮类溶剂，改为较温和的酯类溶剂为主要原料，例如：乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯等溶剂为主，使用该溶剂的优点为：对颜料的分散性佳，能缩短分散研磨时间，颜料呈现较好的展色性与光泽，成为较易跨入分散颜料型喷墨墨水的首选。缺点是溶剂的挥发速度快，具强刺激性气味，根据美国专利US 5371279指出，乙二醇丁醚醋酸酯在含水量较高或湿气较重的环境下分解，会产生酸性物质；根据美国专利US 2009/0139432A1中指出，此种酸性物质很容易造成喷头的腐蚀，使喷头产生斜喷、断孔现象，影响喷墨的品质，利用添加醇胺类化合物来抑制酸性物质；同样，欧洲专利EP 2284226A1也指出墨水酸蚀问题，其改为使用环己胺与咪唑类化合物作为酸的调节剂，但该醇胺类、咪唑等调节剂均具有较高的毒性与腐蚀性，在操作使用上有安全的疑虑。

第三种类型为环保型墨水，是以醚醇类作为主要溶剂，例如使用二乙二醇二乙醚为主要墨水组成溶剂与颜料分散溶剂成分，使用该类溶剂的优点是毒性较低且不含刺激性气味，安全性大幅提升；缺点则是溶剂的沸点稍低，有机性挥发气体高(VOCs，Volatile organic compounds)，此外该等溶剂极性较低，高分子分散剂溶解较差，较不易于分散，墨水制作的门槛较高。此外，溶剂本身的表面张力较低，过低的表面张力除了打印图像容易有晕墨现象外，长期打印使用会造成喷头的积墨，对喷墨的流畅性会有影响，该类溶剂对聚氯乙烯材质无任何腐蚀性，因此，使用该类溶剂必须搭配适当的溶剂或添加剂，来提升墨水的表面张力，并增加对材质的腐蚀性。如世界专利WO2010/133889A2中，在墨水中在醚醇类溶剂中添加25～45％碳酸丙烯酯，用以降低墨水中的有机性挥发气体含量，但是含量过高又容易造成图像干的慢，无法提升打印速度；在美国专利US 7125447B2中指出，在油性喷墨墨水醚醇类溶剂中添加γ-丁酸内酯(γ-Butyrolactone)溶剂，除对聚氯乙烯材质有很好的渗透反应力外，还能提升墨水的流平与干燥速度，该类配方能提供高沸点、低蒸气压的工作环境。但是随着环保法规日益的严格与对化学品的研究透彻下，根据最新CLP/GHS Annex VI to Regulation  (EC)No 1272/2008内查询显示，γ-丁酸内酯溶剂的安全性由原先标示为警示(Xi：Warning)的R22吞食有害与R36对眼睛具有刺激性的标示，修正为R22吞食有害、R41对眼睛具有严重伤害与R67蒸气会造成睡意与头昏的危险(Danger)标语。在美国专利US2005/0148689A1专利中，则提出在醚醇类溶剂中添加1～30％甲基或乙基吡咯烷酮，有低刺激性气味，并对聚氯乙烯材质有非常好的溶解力。但根据最新的欧盟REACH法规，甲基吡咯烷酮对生殖能力有所影响，已经被新增加为高度关切物质(SVHC，Substances ofVery High Concern)。此外，添加过多高极性的吡咯烷酮类溶剂，会溶解并破坏喷头材质。总体来看，酮类、酯类溶剂对聚氯乙烯材质有较好的腐蚀性，溶剂气味较重，相对的该类溶剂的安全性就下降。另外随着化学安全法规的变迁，适时合宜地选用化学溶剂，提升墨水的安全性，还必须兼具有好的解析度，是本发明的重点，也是最困难的地方。

发明内容

为解决公知技术上的缺点，本发明的目的在于提供一种低气味环保型纳米颜料喷墨墨水组合物，该喷墨组合物包含1～10％N-乙基吡咯烷酮、1～20％碳酸丙烯酯、50～80％醚醇类溶剂、颜料、分散剂、树脂、塑化剂、界面活性剂与作为酸调整剂的环状叔胺化合物。

为达成本发明的目的，本发明结合使用N-乙基吡咯烷酮与碳酸丙烯酯溶剂来替代γ-丁酸内酯，能调节喷墨墨水的表面张力，并增加对聚氯乙烯材质的溶解性，提升墨水的喷墨流畅性、流平性与干燥速度，该类配方也能提供高沸点、低蒸气压的安全工作环境。N-乙基吡咯烷酮溶剂对聚氯乙烯有非常好的溶解力，表面张力为39dyne/cm，蒸气压在20℃时小于1.0hPa，碳酸丙烯酯的表面张力为42dyne/cm，蒸气压在20℃时为0.17hPa，通过调节溶剂的比例，可以达到调节墨水表面张力的作用，有良好的流平性、喷墨流畅性与打印解析度，作用与添加γ-丁酸内酯的效果相同，且该类溶剂闪火点高于90℃以上，可以降低VOCs与提升墨水的闪火点，无任何刺激性气味，不具危险警示(Danger)，提升墨水整体的安全性。N-乙基吡咯烷酮的添加量占该喷墨墨水组合物总重量的1～10％，最优选为5～10％。碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯的添加量占该喷墨墨水组合物总重量的1～20％，最优选为5～15％。

酸调整剂为叔胺哌啶、叔胺哌啶醇、叔胺哌啶酮、叔胺吡咯烷、叔胺吡咯烷醇、叔胺吡咯烷酮、叔胺哌嗪化合物，该酸调整剂占该喷墨墨水组合物总重量的0.1～3.0％。更进一步，上述酸调整剂可为：1-甲基-3-哌啶甲酸乙酯、1-(2-羟乙基)-4-(3-羟丙基)哌啶、3-(1-哌啶基甲基)苯酚、1-甲基哌啶-3-甲醇、1，3-双-[1-(2-羟乙基)-4-哌啶基]丙烷、N-甲基-3-羟基哌啶、N-乙基-3-羟基哌啶、4-乙酰氨基-1-苄基哌啶、1-甲基-2-哌啶甲醇、N-羟乙基哌啶、3-(1-哌啶基)-丙酸乙酯、哌啶戊醇、托品醇、1-(2′-羟乙基)-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶醇、5-甲基哌啶醇、N-甲基-4-哌啶酮、N-乙基-4-哌啶酮、N-(2-苯乙基)-4-哌啶酮、N-苄基哌啶酮、1，3-二甲基-4-哌啶酮、托品酮、N-(2-羟乙基)-吡咯烷、3-二甲氨基吡咯烷、1-(1-吡咯烷)环戊烯、1-(1-吡咯烷)环己烯、1-乙基-3-羟基-四氢吡咯、1-异丙基-3-羟基吡咯烷醇、1-苄基-3-吡咯烷酮、1-乙酰基-4-(4-羟基苯基)哌嗪，可单独或混合使用，通过该酸调整剂可使水萃取该喷墨墨水组合物的酸碱值介于pH 6.0～9.0。

醚醇类溶剂为公知用来制备喷墨墨水的主要溶剂，适合的溶剂有乙二醇醚类，具有如结构通式(1)或(2)，其中R1～R6可以为氢原子或烷基，n为2～5的重复单元数：

R₁-O(CH₂CH-R₂O)_n-R₃(1)

R₄-(C＝O)-O-(CH₂CH-R₅O)_n-R₆(2)

该类溶剂例如：乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、单甲基醚丙二醇、单丙基醚丙二醇、单丁基醚丙二醇、单异丁基醚丙二醇、二丙二醇单甲醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇单丁醚、二丙二醇异丁基醚、二丙二醇单丙醚、二乙二醇二丁醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、四乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯等，其中，二丙二醇单甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲乙醚、四乙二醇二甲醚有较低的气味，最适合使用，醚醇类溶剂添加量占该喷墨墨水组合物总重量的50～80％，最优选为60～75％。

能使用于溶剂型喷墨墨水的树脂的研究已经很多，树脂除了用来调整墨水的黏度特性，以符合各式喷头与机型规格的要求外，还必须兼具有对材质的密接性、耐刮、耐磨性、防水性、增加亮度及提升色料耐候度等功能，更重要的是不能破坏色浆的分散性。另外，为了避免喷头因墨水挥发造成树脂成膜硬化后干掉，形成斜喷或永久性堵塞，因此，必须搭配使用该树脂的塑化剂，使膜面具有弹性，不会完全硬化，有很好的回溶性。可使用的树脂有聚醋酸乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、苯酚树脂、醛酮树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、纤维素树脂，可单独使用或混合使用。为了在聚氯乙烯材质上有最佳的密接效果，最优选使用的是聚醋酸乙烯树脂，可使用分子量5000～100000的树脂，最优选分子量为10000～60000，且玻璃转化温度介于40～80℃(Tg)，例如，树脂包含：道氏化学公司(Dow Chemical)所生产的UCARTM溶液聚合的乙烯基树脂系列：VYHH、VYNS-3、VYNC-P、VMCH、VAGD、VAGF、VAGC、VAGH、VYLF-X、VROH、VERR-40、VMCA；瓦克公司(Wacker)所生产的表涂树脂系列：E15/40A、E15/45、E15/45M、E15/48A、E20/45、E22/48A、H11/59、H14/36、H15/42、H15/45M、H15/50、H40/50、H40/55、H40/60、H30/48M、H40/43。而上述树脂可单独添加或混合使用，视耐刮度、防水性与亮度而定。并添加邻苯二甲酸酯类、烷基磺酸酚酯类、己二酸或癸二酸酯类、蓖麻油、磷酸酯类、柠檬酸酯类塑化剂，最优选添加环保型塑化剂，例如：柠檬酸三丁酯、乙酰化柠檬酸三丁酯、己二酸二异壬脂，添加量相对于树脂重量份为约0.01～5倍的量，必须使成膜后的树脂能对墨水完全回溶，若能达到此要求，则既使使用挥发性较高的溶剂，在喷墨头高压高热的环境下仍处于软化状态，喷墨头也不会堵塞，而喷出后在常温下会硬化，具有耐刮防水特性。针对使用基材的不同，可以将树脂搭配混合使用，有较佳的附着性，形成的薄膜强度佳，使用该系列树脂能达到最优选的效果。

本发明中，使用以二乙二醇二乙醚为主溶剂的分散颜料，使用颜料的初始粒径为50～500nm，最优选为50～200nm，使用对有机溶剂溶解系数为8～11市售分散剂产品，例如：毕克公司(BYK Chemie)系列：BYK-161、BYK-162、BYK-167、BYK-168、BYK-2000、BYK-2164；路博润公司(Lubrizol)系列：Solsperse-32000、Solsperse-32500、Solsperse-35100、Solsperse-37500、Solsperse-71000、Solsperse-76500；赢创公司(Evonik)Dispers系列：TEGO Dispers-650、TEGO Dispers-651、TEGO  Dispers-652、TEGO  Dispers-655、TEGO  Dispers-670、TEGODispers-685、TEGO Dispers-710，分散剂的使用量相对于颜料重量份约0.1～2倍的量，较优选为0.2～0.8倍的量，墨水可使用白色或有色的无机或有机颜料，例如：无机颜料或有机颜料，可举出例如二氧化钛、葱醌、嘧啶、二酮吡咯基吡咯、苯并咪唑酮、偶氮系颜料、酞青系颜料、异(吲哚)酮系颜料、(喹吖啶)酮系颜料、二恶(嗪)系颜料、阴丹士林系颜料、苝系颜料、苝酮系颜料、硫靛系颜料、醌酮系颜料、或金属络合物颜料，颜色包含：黄(Yellow)1、黄(Yellow)3、黄(Yellow)12、黄(Yellow)13、黄(Yellow)14、黄(Yellow)17、黄(Yellow)65、黄(Yellow)73、黄(Yellow)74、黄(Yellow)75、黄(Yellow)81、黄(Yellow)83、黄(Yellow)97、黄(Yellow)126、黄(Yellow)127、黄(Yellow)139、黄(Yellow)150、黄(Yellow)151、黄(Yellow)154、黄(Yellow)174、黄(Yellow)176、黄(Yellow)180、黄(Yellow)183、黄(Yellow)188、橙(Orange)5、橙(Orange)13、橙(Orange)16、橙(Orange)34、橙(Orange)36、红(Red)2、红(Red)3、红(Red)4、红(Red)8、红(Red)9、红(Red)12、红(Red)14、红(Red)21、红(Red)22、红(Red)23、红(Red)31、红(Red)48:1、红(Red)48:2、红(Red)48:3、红(Red)48:4、红(Red)49:1、红(Red)49:2、红(Red)52:1、红(Red)52:2、红(Red)53:1、红(Red)53:3、红(Red)57:1、红(Red)63:1、红(Red)81、红(Red)112、红(Red)122、红(Red)144、红(Red)146、红(Red)166、红(Red)170、红(Red)171、红(Red)175、红(Red)176、红(Red)177、红(Red)179、红(Red)184、红(Red)185、红(Red)208、红(Red)210、红(Red)243、红(Red)266、紫(Violet)1、紫(Violet)3、紫(Violet)19、紫(Violet)23、紫(Violet)27、蓝(Blue)1、蓝(Blue)15:1、蓝(Blue)15:2、蓝(Blue)15:3、蓝(Blue)15:4、蓝(Blue)56、蓝(Blue)61、绿(Green)7、以及黑(Black)7。无机分散性颜料(inorganic pigment)包含：分散黄(PigmentYellow)32、分散黄(Pigment Yellow)34、分散黄(Pigment Yellow)36、分散黄(Pigment Yellow)42、分散红(Pigment Red)101、分散红(PigmentRed)104、分散蓝(Pigment Blue)27、分散蓝(Pigment Blue)29、分散绿(Pigment Green)17、分散黑(Pigment Black)11、以及分散橙(PigmentOrange)21，这些色料可单独使用也可混合来使用。研磨方式可采用公知的方法来制造色料分散墨水组合物。例如：掺合上述各成分，并且利用快速搅拌机混合搅拌，利用球磨机、辊磨机、滚珠研磨机、砂磨机或针状研磨机等混合粉碎后，通过离心分离方式或过滤除去色料较大颗粒与未溶解物质后，通过过滤速度与粒径分析仪来判别分散色浆的品质。

界面活性剂与添加剂方面：利用界面活性剂来调节墨水的表面张力与消泡性，墨水表面张力必须低于基材，才能有好的覆盖涂布效果，表面张力太低喷头容易有积墨现象，因此表面张力调整至25～40dyme/cm，最优选为28～30dyme/cm之间。可使用的界面活性剂包括：Wet KL 245、Wet250、Wet 260、Wet 265、Wet 270、Wet 280；F3、F40、F41、F45、S4、S43；1211、1300、1706、1757、1770、2400、2810、3500、3501、3503、3505、3509、3573；3030、3033、3232、3288、3600、3777、3883；141、302、307、310、331、333、337、410、1752、9077，可单独添加或混合使用。墨水中也可添加二苯甲酮类、苯并三唑类、苯酚类紫外线吸收剂与丁基羟苯甲醚(BHA)或二丁基羟甲苯(BHT)抗氧化剂，其能有效减缓光线中的紫外线对色料产生的破坏作用，防止树脂氧化变酸等功能，添加量为0.1～3％。

喷头的喷孔很容易受到墨水中化学物质腐蚀而造成破坏，呈现斜喷或堵头现象，最常见的原因是因为墨水中的成分，如溶剂、树脂等，受到环境中水气的影响造成水解现象，产生出酸性物质，会与喷头上的涂层反应，造成涂层的剥离，因此必须添加酸的调节剂。常用的酸调节剂为醇胺类与咪唑类化合物，该类调节剂均具有较高的毒性与腐蚀性，多数标示为危险符号，在操作使用上有安全的疑虑外，使用该类碱基很容易与分散剂做竞争反应，造成颜料色浆的稳定性变差。本发明使用环状叔胺化合物，如：哌啶(Piperidine)、哌啶醇(Piperidinol)、哌啶酮(Piperidone)、吡咯烷(Pyrrolidine)、吡咯烷醇(Pyrrolidinol)、吡咯烷酮(Pyrrolidinone)、哌嗪(Piperazine)等化合物，腐蚀性与化学毒性较低，环状的结构有较大的立体障碍，不会造成与分散剂和颜料之间做竞争反应，墨水存放的稳定性高，能有效地控制水萃取墨水后的酸碱值在6～9之间，最优选酸碱值在7～8之间。适合的酸调节剂有：1-甲基-3-哌啶甲酸乙酯、1-(2-羟乙基)-4-(3-羟丙基)哌啶、3-(1-哌啶基甲基)苯酚、1-甲基哌啶-3-甲醇、1，3-双-[1-(2-羟乙基)-4-哌啶基]丙烷、N-甲基-3-羟基哌啶、N-乙基-3-羟基哌啶、4-乙酰氨基-1-苄基哌啶、1-甲基-2-哌啶甲醇、N-羟乙基哌啶、3-(1-哌啶基)-丙酸乙酯、哌啶戊醇、托品醇、1-(2′-羟乙基)-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶醇、5-甲基哌啶醇、N-甲基-4-哌啶酮、N-乙基-4-哌啶酮、N-(2-苯乙基)-4-哌啶酮、N-苄基哌啶酮、1，3-二甲基-4-哌啶酮、托品酮、N-(2-羟乙基)-吡咯烷、3-二甲氨基吡咯烷、1-(1-吡咯烷)环戊烯、1-(1-吡咯烷)环己烯、1-乙基-3-羟基-四氢吡咯、1-异丙基-3-羟基吡咯烷醇、1-苄基-3-吡咯烷酮、1-乙酰基-4-(4-羟基苯基)哌嗪，可单独添加或混合使用，添加量为0.1～3％，最优选为0.1～1％。

上述的低气味环保型纳米喷墨墨水组合物，其墨水闪火点在大气压下≥60℃，是在聚氯乙烯材质上记录使用。

上述的低气味环保型纳米喷墨墨水组合物中，其黏度范围在25℃时介于3.0～20cps之间；表面张力介于25～40dyne/cm之间，最优选调整至28～30之间。

根据本发明的下述详细说明，将使本发明的前述及其他目的、特征、观点及优点更加清楚。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，请参阅以下所列举的实施例。以下实施例仅为本发明中较优选的实例，不能用来限定本发明的权利要求的范围。

(纳米颜料分散液的制备)

在68重量份二乙二醇二乙醚中，添加20重量份碳黑(日本三菱化学，MA-100R)与12重量份分散剂(德国赢创公司，TEGO Dispers-652)，以高速搅拌分散机，转速设500rpm，搅拌1小时后，加入50％体积锆珠(2.0mm)于珠磨机中进行预分散。所得的粗磨颜料分散液的平均粒径为1μm以下。将粗磨颜料分散液输送至纳米研磨机中进行分散，经由粒径分析与过滤而得到黑色颜料分散液，平均粒径为80nm，黏度为10cps。

在78重量份二乙二醇二乙醚中，添加15重量份C.I.分散黄(Pigment Y)150(德国拜耳公司，Yellow E4GN)与6重量份分散剂(德国路博润公司，S76500)，以高速搅拌分散机，转速设500rpm，搅拌1小时后，加入50％体积锆珠(2.0mm)于珠磨机中进行预分散。所得的粗磨颜料分散液的平均粒径为1μm以下。将粗磨颜料分散液输送至纳米研磨机中进行分散，经由粒径分析与过滤而得到黄色颜料分散液，平均粒径为150nm，黏度为20cps。

在78重量份二乙二醇二乙醚中，添加15重量份C.I.分散红(Pigment R)122(日本DIC公司，Magenta RG)与6重量份分散剂(德国路博润公司，S32000)，以高速搅拌分散机，转速设500rpm，搅拌1小时后，加入50％体积锆珠(2.0mm)于珠磨机中进行预分散。所得的粗磨颜料分散液的平均粒径为1μm以下。将粗磨颜料分散液输送至纳米研磨机中进行分散，经由粒径分析与过滤而得到品红色颜料分散液，平均粒径为120nm，黏度为15cps。

在68重量份二乙二醇二乙醚中，添加20重量份C.I.分散蓝(Pigment Blue)15:3(日本DIC公司，Blue 5412SD)与12重量份分散剂(德国毕克公司，BYK-2164)，以高速搅拌分散机，转速设500rpm，搅拌1小时后，加入50％体积锆珠(2.0mm)于珠磨机中进行预分散。所得的粗磨颜料分散液的平均粒径为1μm以下。将粗磨颜料分散液输送至纳米研磨机中进行分散，经由粒径分析与过滤而得品蓝色颜料分散液，平均粒径为120nm，黏度为10cps。

低气味环保型纳米颜料喷墨墨水实施例如表1所示。

(墨水评价测试项目)

1.喷墨墨水组合物的黏度测试

利用Brookfield DV-E型号的旋转黏度计，恒温控制定在25℃。

2.喷墨墨水组合物的表面张力测试

利用日本协和界面科学株式会社CBVP-A3制的表面张力仪。

3.喷墨墨水组合物的粒径测试

利用日本HORIBA的LA-950粒径分析仪，检测墨水D50与D90粒径。

4.喷墨墨水组合物的酸碱值测试

墨水存放于45℃恒温烘箱内，每二星期取出墨水15g，加入蒸馏水85g，于室温下搅拌30分钟后，过滤取出液体部分，以pH计检测溶液酸碱值，连续8星期并纪录酸碱值的变化。

评价A：pH值测量大于7。

评价B：pH值测量介于6～7。

评价C：pH值测量小于6。

5.喷墨墨水组合物的高温稳定性测试

将墨水注入广口瓶中，在45℃恒温环境下放置8星期后，恢复至室温进行黏度与粒径分析。

评价A：墨水黏度与粒径测量值变化小于5％。

评价B：墨水黏度与粒径测量值变化小于10％。

评价C：墨水黏度与粒径测量值变化大于10％。

6.喷墨墨水组合物的低温稳定性测试

将墨水注入广口瓶中，在-10℃恒温环境下放置8星期后，恢复至室温进行黏度与粒径分析。

评价A：墨水黏度与粒径测量值变化小于5％。

评价B：墨水黏度与粒径测量值变化小于10％。

评价C：墨水黏度与粒径测量值变化大于10％。

7.喷墨墨水组合物的喷绘稳定性测试

利用日本EPSON DX5喷头，连续喷印观察有无断孔、斜喷、飞墨情形。

评价A：12小时连续试验期间，断孔、斜喷、飞墨情形发生不足5次。

评价B：12小时连续试验期间，断孔、斜喷、飞墨情形发生5至10次。

评价C：12小时连续试验期间，断孔、斜喷、飞墨情形发生10次以上。

8.喷墨墨水组合物的喷嘴测试

利用EPSON DX5喷头进行喷嘴测试，喷印10米完成后，检查喷嘴情形，喷头放置吸墨座停机3天后，启动机器一般清洁喷头功能，再做喷嘴测试打印，喷嘴需完全出墨，无塞嘴、斜喷现象，重复观察3个月。

评价A：喷嘴需完全出墨，无塞嘴、斜喷现象。

评价B：喷嘴需完全出墨，有斜喷现象。

评价C：喷嘴有塞嘴、斜喷现象。

9.喷墨墨水组合物的喷绘图像表现测试

喷绘打印晕墨测试线条与色块交错图像于光面聚氯乙烯材质上，打印完成后，观察图案表现情形。

评价A：无晕墨现象，图案表现清晰。

评价B：重墨区些许晕墨现象，图案表现尚可。

评价C：晕墨严重，图案表现不良。

10.喷墨墨水组合物的耐磨耗测试

以BYK 5005耐磨耗测试机，在图面作1000次来回交叉刷洗，观察打印物图像脱落的状况。

评价A：图案无明显剥落，图像维持完好。

评价B：图案部份剥落，图像维持尚可。

评价C：图案严重剥落，图案表现不良。

11.耐醇性测试

以耐磨耗测试机附沾有10％纯度酒精棉花，在图面作5次来回擦拭，观察打印物图像脱落的状况。

评价A：图案无明显剥落，图像维持完好。

评价B：图案部份剥落，图像维持尚可。

评价C：图案严重剥落，图案表现不良。

12.观察打印后图像的光泽

测试喷绘的材质为亮面聚氯乙烯材料，喷绘出的图案是利用BYK AG-4442gloss 60光泽度计，测试图案的光泽。

评价A：亮度测量值提升大于5％以上。

评价B：亮度测量值提升5％以内。

评价C：亮度测量值提升无变化或降低。

13.干燥速度评估

打印色块图样于亮面聚氯乙烯材料，在室温下放置一段时间后，以白色纸张按压测试，观察颜色是否转印至纸张。

评价A：5分钟以内。

评价B：5～10分钟以内

评价C：10分钟以上。

14.墨水气味评估

以玻璃烧杯装20mL墨水，以随机取样的方式，请20人进行试闻，统计整体评价。

评价A：墨水无明显气味，闻后无不适感。

评价B：墨水有些许气味，闻后尚可接受。

评价C：墨水严重气味，闻后有刺激气味不舒适。

评价测试结果列于表2中。

由表2测试表中显示，本发明低气味环保型纳米喷墨墨水样品可以完全满足评价项目，其表现结果优于目前市售墨水，突破传统墨水的设计，可兼顾保护喷头的作用，不添加任何具危险性的化学物质，无传统喷墨墨水溶剂刺激气味，可以同时达到安全与兼顾品质的要求。

表3与表4是比较样品实验数据，比较样品1～5显示打印质量较差，干燥速度较慢且容易有晕墨现象，样品显示墨水酸化，造成喷头有斜喷现象；比较样品6～7显示酸调节剂添加量，过少时酸碱值会持续下降，过多时高温稳定性较差与墨水气味较重；比较样品8显示聚醋酸乙烯树脂比聚丙烯酸树脂有较佳的耐刮擦性与耐醇性。

本发明组成成份添加量的比例视墨水颜色、机型喷头规格而异，可单独添加或混和添加。本发明喷墨墨水组合物能使用于不同品牌的压电式喷头喷绘机，并于聚氯乙烯的基材上进行打印。

虽然通过上述的较优选实施例来披露本发明，但是上述实施例并非用以限定本发明，对所有本领域技术人员而言，本发明明显地可以作出多种修改及变化而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明包括这些修改及变化，且其皆被包括在本发明的权利要求的范围及其等同范围中。

Claims (8)

1.一种低气味环保型纳米颜料喷墨墨水组合物，其特征在于，其由以下成分组成：N-乙基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、醚醇类溶剂、颜料、分散剂、树脂、塑化剂、界面活性剂与作为酸调整剂的环状叔胺化合物；其中，所述N-乙基吡咯烷酮占所述喷墨墨水组合物总重量的1～10％，所述碳酸丙烯酯占所述喷墨墨水组合物总重量的1～20％，所述醚醇类溶剂占所述喷墨墨水组合物总重量的50～80％，并且所述N-乙基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯及醚醇类溶剂同时存在于所述喷墨墨水组合物中；

所述酸调整剂占所述喷墨墨水组合物总重量的0.1～3.0％；

所述酸调整剂是1-甲基-3-哌啶甲酸乙酯、1-(2-羟乙基)-4-(3-羟丙基)哌啶、3-(1-哌啶基甲基)苯酚、1-甲基哌啶-3-甲醇、1,3-双-[1-(2-羟乙基)-4-哌啶基]丙烷、N-甲基-3-羟基哌啶、N-乙基-3-羟基哌啶、4-乙酰氨基-1-苄基哌啶、1-甲基-2-哌啶甲醇、N-羟乙基哌啶、3-(1-哌啶基)-丙酸乙酯、哌啶戊醇、托品醇、1-(2'-羟乙基)-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶醇、5-甲基哌啶醇、N-甲基-4-哌啶酮、N-乙基-4-哌啶酮、N-(2-苯乙基)-4-哌啶酮、N-苄基哌啶酮、1,3-二甲基-4-哌啶酮、托品酮、N-(2-羟乙基)-吡咯烷、3-二甲氨基吡咯烷、1-(1-吡咯烷)环戊烯、1-(1-吡咯烷)环己烯、1-乙基-3-羟基-四氢吡咯、1-异丙基-3-羟基吡咯烷醇、1-苄基-3-吡咯烷酮、1-乙酰基-4-(4-羟基苯基)哌嗪，上述酸调整剂单独或混合使用。

2.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，所述醚醇类溶剂具有如通式(1)或(2)的结构，通式中R₁～R₆是氢原子或烷基，n为2～5的重复单元数。

R₁-O(CH₂CH-R₂O)_n-R₃    (1)

R₄-(C＝O)-O-(CH₂CH-R₅O)_n-R₆  (2)

3.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，其黏度范围在25℃时介于3.0至20cps之间；表面张力介于25～40dyne/cm之间。

4.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，所述树脂是聚醋酸乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、苯酚树脂、醛酮树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、纤维素树脂，上述树脂单独或混合使用。

5.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，所述塑化剂是柠檬酸三丁酯、乙酰化柠檬酸三丁酯、己二酸二异壬酯。

6.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，所述颜料是有机或无机颜料，上述颜料单独或混合使用。

7.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，通过所述酸调整剂可使水萃取所述喷墨墨水组合物的酸碱值介于pH6.0～9.0。

8.如权利要求1所述的喷墨墨水组合物，其中，其墨水闪火点在大气压下≥60℃，并且是在聚氯乙烯材质上记录使用。