CN103319953A - 提高品质的水基颜料墨水 - Google Patents

Abstract

一种水基颜料喷墨墨水，重量百分比计至少有组分：纳米颜料1-12%，分散剂1-５%，改性聚氨酯树脂乳液（固含量）1-15%，保湿剂5-25%，渗透剂5-15%，表面活性剂0-2%，pH调节剂0-2%，杀菌防腐剂0.1-0.5%，余量去离子水；墨水具有优异的保存稳定性和打印流畅性；微粒纳米级；色谱齐全；耐光性、耐水性、耐化学性、耐擦划性、高光亮性、耐高低温性、耐老化性等综合性能大大提高；扩大了应用范围。

Description

提高品质的水基颜料墨水

技术领域

本发明涉及一种喷墨墨水，具体涉及一种水基颜料喷墨墨水。

背景技术

喷墨打印由于强大优势，通过近三十年的发展，有了显著进步，运用在了数码印刷、数码印花、数码图像、办公室文档、户外喷绘、表面装饰等领域，对人类生产和生活提供了便利。水基颜料墨水以环保，着色剂耐光耐水，适用范围宽，受到人们青睐。

随着使用的增加和范围的扩大，发现水基颜料墨水的缺点。例如打印机停用时间稍久，容易堵塞喷头；纸件上墨水不耐擦划、没有光泽，色泽暗淡；不能打印铜版纸、塑料、玻璃等；不能打印疏水性和油性介质；纸件需要专门涂层以适应；打印件放在水和酸碱试剂中一段时间，印迹出现模糊；打印在牛奶盒上印迹经高温蒸煮脱落。因此很多办公室文档人们选用激光打印，包装、塑料、玻璃等选用印刷形式。

产品应用的特殊环境，需要颜料墨水具有特殊性能，例如户外喷绘墨水必须高度耐水，牛奶盒上墨水须耐高温蒸煮；办公室墨水需耐光耐水耐化学试剂，长期保存，打印机不能经常出现故障；有法律效力的文件需要耐光耐水耐化学试剂耐擦划，不能轻易涂改掉。

分析颜料墨水的配方和制造方法，颜料墨水着色剂是固体颗粒，使用分散剂分散于水中，颜料微粒极其细微，它具有极大的比表面积，不易分散悬浮于水中，颜料颗粒极易沉淀聚集而堵塞打印机喷头。虽然颜料微粒具有耐水耐化学试剂性，但是分散剂一般是水溶性的有机高分子聚合物，它至少有一个亲水性链和一个溶剂化链，因此易于溶解在水和化学试剂中，墨水中还有易于溶解于水和化学试剂中的残留物，耐水性和耐化学性并不优良。颜料颗粒采用粘接的方法沉淀在介质上，而墨水中没有粘接剂靠分散剂粘接，分散剂粘接性能差或使用量不够，墨水的粘接力和耐擦划性都不好。因此，特别需要改进水基颜料墨水的性能以适应人们生产和生活的需要。

针对上述问题，很多人都提出了改进方案，如在墨水中添加新组份，特别是使用树脂。单一组分的数脂在某一方面效果突出，但综合性能却不明显。单一树脂乳液又有各种缺点，比如水性聚氨酯乳液继承了溶剂型聚氨酯的很多优异性能，如软硬可调、较强的耐磨性、优良的附着力，较好的耐油、耐化学试剂等物化性能；但是聚氨酯乳液固含量低，自增稠性差，乳胶膜的光泽不足，耐水性不够理想。而聚丙烯酸酯树脂具有良好的耐水性、光稳定性、耐候性及优异的物理机械性能，但是，热粘冷脆，耐磨损性差，不耐溶剂。将具有不同化学组成和不同性能的高分子材料通过一定手段复合，使之优势互补，是研制新型材料和扩大应用范围的有效途径之一；通过改性可将两者优点有机结合起来，制备出兼有两者优点的水性树脂。

发明内容

本发明的申请人通过实验各种材料，各种制造方法，发现某些树脂改性聚氨酯树脂乳液有耐光耐水耐化学试剂耐擦划耐高低温耐老化高光亮粘接性好的优点，综合性能优异。通过精选，选择了：环氧树脂-聚氨酯树脂乳液、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-聚氨酯树脂乳液、丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、氟硅改性聚氨酯树脂乳液、氟改性聚氨酯乳液、脂肪族改性聚氨酯树脂乳液等。改性聚氨酯树脂乳液外观清澈透明-蓝光或淡黄半透明的液体，成膜后24小时吸水率<10%，粒径<１００纳米，玻璃化温度-50-120℃，粘度<800厘泊甚至低至50厘泊，软硬度可调节，保存期长达2年，成膜后全透明。适合作水基颜料喷墨墨水的组分。

某些改性聚氨酯树脂乳液还有光活性成分，可以被紫外光（UV）固化，因此选择具有紫外光（UV）固化性能的改性聚氨酯树脂乳液，添加紫外光引发剂1-10%，单、双、多官能团的活性稀释剂50-88%，单、双、多官能团的活性稀释剂以3-6：0-4：0-2比例复配，成为具有紫外光（UV）固化性能的墨水。

本发明的目的是提供一种克服现有颜料墨水的缺点,具有优异综合性能的水基型颜料喷墨墨水。墨水储存稳定性好，打印流畅性好；墨水色谱齐全，微粒纳米级；可以紫外光（UV）固化。提高了墨水耐光性耐水性耐化学性耐高低温性耐擦划性高光亮性耐老化性等综合性能。适应无涂层和非打印涂层介质；应用于数码印刷、数码印花、数码图像、办公室文档、户外喷绘、瓷砖墙纸、玻璃塑料、表面装饰等领域。

本发明的又一目的是提供本发明水基型颜料喷墨墨水的制备方法。

本发明的技术方案为：一种喷墨墨水，重量百分比计含有以下组分：

本发明的另一技术方案为：一种UV固化喷墨墨水，重量百分比计含有以下组分：

   作为优选：所述纳米颜料粒径<１００纳米，包含纳米金属光泽颜料、无机颜料、有机颜料，色相有金、银、黑、白、红、黄、蓝、橙、绿、紫等。

作为优选：纳米金属光泽颜料：金属铜、金属铝、金属锌、金属锡等纳米金属微粒进行不同比例复配。金属微粒最好优选在50-80纳米。无机颜料选择氧化铁红、氧化铁黄、群蓝、炭黑、金红石型钛白粉等。有机颜料选择：红色C.I.颜料红112、122、188、184、179。黄色：C.I.颜料黄17、83、14等。蓝色：C.I.颜料蓝15：3、56、60、63等。橙色：C.T.颜料橙13。绿色：C.I.颜料绿7。紫色：C.I.颜料紫１、23。颜料添加量1-12%，优选数量3-8%。

配制上述UV固化喷墨墨水可以使用染料1-12%作着色剂，优选耐光牢度6-7级以上的高耐候染料，而不使用分散剂。染料添加量1-12%，优选数量3-8%。

作为优选：分散剂选择有机高分子聚合物。本案例使用毕克化学的BYK-2163、BYK-2164、BYK-180、BYK184、BYK-190、BYK2012、BYK-2020分散剂中的至少一种。

作为优选：所述改性聚氨酯树脂乳液为环氧树脂-聚氨酯树脂乳液、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-聚氨酯树脂乳液、丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、氟硅改性聚氨酯树脂乳液、氟改性聚氨酯乳液、脂肪族改性聚氨酯树脂乳液中的至少一种。在喷墨墨水中添加数量在1-15％（固含量），优选添加数量在3-10％（固含量），更优选在3-8％（固含量）。

作为优选：UV固化的改性聚氨酯树脂乳液,选择的是选择环氧树脂-聚氨酯树脂乳液、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液。在喷墨墨水中添加数量在1-15％（固含量），优选添加数量在3-10％（固含量），更优选在3-8％（固含量）。

作为优选：改性聚氨酯树脂乳液中还复配有改性丙烯酸树脂乳液中的至少一种。例如有环氧树脂-丙烯酸树脂乳液，有机硅-丙烯酸树脂乳液，有机氟-丙烯酸树脂乳液，有机硅氟-丙烯酸树脂乳液等。

紫外光(UV)固化的墨水可以扩大喷墨墨水的应用范围，如打印玻璃、塑料、喷绘布、菲林片、防水布等疏水性或油性介质，而且不需介质上有打印涂层。普通打印可以改善墨水固化性能，缩短干燥时间，提高打印速度。  

作为优选：所述光引发剂是苯偶姻及衍生物(安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚)、苯偶酰类(二苯基乙酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮)、烷基苯酮类(α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮)、酰基磷氧化物(芳酰基膦氧化物、双苯甲酰基苯基氧化膦)、二苯甲酮类(二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮)、硫杂蒽酮类(硫代丙氧基硫杂蒽酮、异丙基硫杂蒽酮)、联苯甲酰、水杨酸酯类、取代丙烯腈类、三嗪类、受阻胺类等。光引发剂使用数量在1-10%，优选使用数量3-10%。

进一步优选使用两种以上上述的紫外线吸收剂复配，其性能优于任何一种单独使用的紫外线吸收剂。

作为优选：活性稀释剂是羟乙基甲基丙烯酸、丙烯酸十二醇脂、己二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等，单、双、多官能度活性稀释剂以3-6：0-4：0-1复配。活性稀释剂使用数量在50-88%。

保湿剂可选用安全无毒的原料。例如异丙醇、乙醇、异丁醇等醇类；二甘醇、丙二醇、丁二醇、三甘醇、四甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇、甘油、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丙二醇、1，2-己二醇等多元醇类。

渗透剂选自：二甘醇单甲醚、二甘醇单丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、丙二醇异丁醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇独丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇二乙醚、三乙二醇二丁醚、四乙二醇二甲醚、四乙二醇二乙醚、单乙二醇和聚乙二醇苯基醚、单丙二醇和聚丙二醇苯基醚、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮等。

表面活性剂选择毕克化学公司的BYK-345、BYK-348。

上述PH调节剂，选择安全无毒的原料。PH调节剂选自柠檬酸、柠檬酸钾、乳酸、苹果酸、柠檬酸钠、盐酸、邻苯二甲酸氢钾、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化季铵、例如四甲基铵；碳酸盐：例如碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂；磷酸盐；N-甲基-2-吡咯烷酮；乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氨水等。

防腐杀菌剂选择安全环保的原料。例如山梨酸钠、山梨酸钾、异噻唑啉酮、苯并异噻唑啉酮类等。

为了提高喷墨墨水性能，还可以添加改善墨水性能的助剂。如粘度调节剂、电导率调节剂、稳定剂、鳌合剂、消泡剂、偶联剂、流平剂、稀释剂等。

本发明的制备方法：

（1）：准备墨水的各组分，充分搅拌均匀，研磨机械高速研磨（500-3000转／分钟）1-3小时，检测微粒细度D90＜120纳米；得墨水混合物。

（2）：墨水混合物静置12小时-7天熟化。

（3）：按照QB/T2730.1-2005、QB/T 2730.2-2005检测墨水混合物各项理化指标。

（4）：用1微米、0.45微米滤膜过滤，得成品。

本发明的有益效果和优势在于：

1：墨水储存稳定性好，打印流畅性好；

2：墨水色谱齐全，纳米级微粒；

3：提高了墨水耐光性耐水性耐化学性耐高低温性耐擦划性高光亮性耐老化性等综合性能。

4：适应无涂层和非打印涂层介质，应用于数码印刷、数码印花、数码图像、办公室文档、户外喷绘、瓷砖墙纸、玻璃塑料、表面装饰等领域。

5：选用紫外光（UV）固化，扩大了墨水应用范围，加快了墨水的干燥时间和打印速度。

6：墨水原料无毒，制备和使用具环境保护性。在打印时无毒无味。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

墨水的配方：

制备方法：见“发明内容”中“本发明的制备方法”：

表1：墨水的配方：

表2：UV固化墨水的配方

实施例19：实施例和对比例墨水稳定性和间歇打印效果、打印流畅性检测：

按照国家QB/T2730.1-2005、QB/T 2730.2-2005标准检测

将制备的墨水装入Epson me1+打印机墨盒中，打印在普通打印纸上。

表3：实施例和对比例墨水的稳定性和间歇打印效果、打印流畅性

实施例20:实施例的墨水与对比例墨水性能的比较：

将制备的墨水装入Epson me1+打印机墨盒中，打印在普通打印纸上。

按照国家QB/T2730.1-2005、QB/T 2730.2-2005、QB/T2603-2007、GB/T13217.2-2009标准检测

耐水性检测：

检测方法：截取扩散度分级书写试验纸一段，在去离子水中浸渍，观察墨水褪色和扩散时间, 并记录下来。在去离子水中浸渍24h后，取出自然干燥，并与对比色标目测对比。

耐盐酸性检测：

检测方法：截取扩散度分级书写试验纸一段，在10％(体积比)盐酸水溶液中浸渍24h后，在去离子水中浸渍10min，取出自然干燥，并与对比色标目测对比。

耐乙醇性检测：

检测方法：截取扩散度分级书写试验纸一段，在50％(体积比)乙醇水溶液中浸渍10min后，取出自然干燥，并与对比色标目测对比。

耐氨水性检测：

检测方法：截取扩散度分级书写试验纸一段，在10％(质量百分比)氨水溶液中浸渍24h后，在去离子水中浸渍10min，取出自然干燥，并与对比色标目测对比。

墨水的耐光性检测：

检测方法：取喷绘专用高光相纸两张，用720dpiX 720dpi分辨率打印出30m mX30 mm各色色块，色块和蓝色羊毛标准同时安装悬挂在通风良好的测试箱中，在氨弧灯下曝晒(黑板温度不超过45℃), 44h后取出，按照蓝色羊毛标准的变化级别，来评定试样。

墨水的耐高温性检测:

检测方法：截取扩散度分级书写试验纸一段，置于煮沸的100℃开水中，浸渍煮5min后取出，自然干燥，并与对比色标目测对比。

墨水耐低温性检测：

检测方法：被测墨水倒入耐寒包装瓶中，放入（-20±1）℃低温恒温箱中至24h后取出，恢复到室温后，检测其打印性能。

墨水的耐擦划性检测：

检测方法：待墨水干透了之后，用硬币在两种墨迹上摩擦相同次数，直到有一种字迹出现摩擦痕迹，记录摩擦次数。用一般刮划的力量，使硬币与字表面45度的夹角在字的表面来回刮划，直到有一种字迹表面出现刮划痕迹，记录刮划次数，确定并比较本发明墨水与市售的墨水耐擦划性。

墨水的高光亮性、耐老化性检测：

检测方法：通过实施例和对比例墨水在相同实验环境下，通过目测，互相比较得出结论。

表4：本发明实施例墨水与对比例墨水性能比较表:

实施例21：墨水在各种介质上打印性能检测

检测方法：将制备的实施例墨水和对比例墨水装入Epson me1+打印机墨盒中，打印在如下所述的各种介质上，观察打印效果。

表中：A代表印迹清晰，效果好。B：代表印迹模糊，效果差`。C：代表严重模糊，不能看清印迹。

表5：墨水在各种无涂层介质和非打印涂层介质上的打印效果

实施例22：本发明实施例普通墨水和UV墨水固化速度检测

检测方法：将制备的实施例4、5、6、7墨水装入Epson me1+打印机墨盒中，打印在普通打印纸上。将制备的实施例11、12、13、14墨水装入罗兰LED-330UV打印机墨盒中，打印在普通打印纸上，打印时立即用UV灯照射。打印相同内容。

表6：普通墨水和UV墨水固化速度比较：

Claims (10)

1.一种水基颜料喷墨墨水，重量百分比计至少有组分：纳米颜料1-12%，分散剂1-５%，改性聚氨酯树脂乳液（固含量）1-15%，保湿剂5-25%，渗透剂5-15%，表面活性剂0-2%，PH调节剂0-2%，杀菌防腐剂0.1-0.5%，余量去离子水;墨水具有优异的保存稳定性和打印流畅性；微粒纳米级；色谱齐全；耐光性、耐水性、耐化学性、耐擦划性、高光亮性、耐高低温性、耐老化性等综合性能大大提高;扩大了应用范围； 

其中，纳米颜料粒径<１００纳米，包含金属光泽颜料、无机颜料、有机颜料；色相有金、银、黑、白、红、黄、蓝、橙、绿、紫等;

所述的分散剂是有机高分子聚合物;

所述改性聚氨酯树脂乳液选自：环氧树脂-聚氨酯树脂乳液、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-聚氨酯树脂乳液、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、氟硅改性聚氨酯树脂乳液、氟改性聚氨酯树脂乳液、脂肪族改性聚氨酯树脂乳液等中的至少一种；粒径<１００纳米，成膜后24小时吸水率≤10%。

2.权利要求1中的改性聚氨酯树脂乳液，选择具有UV固化性能的环氧树脂-聚氨酯树脂乳液、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液, 配制UV固化墨水;重量百分比计至少有组分：纳米颜料1-12%，分散剂1-５%，UV固化的改性聚氨酯树脂乳液（固含量）1-15%，光引发剂1-10%，活性稀释剂50-88%;

其中，配制上述UV固化喷墨墨水可以使用染料1-12%作着色剂，优选耐光牢度6-7级以上的高耐候染料作着色剂，不使用分散剂。

3.权利要求1、2所述的喷墨墨水，其特征是：改性聚氨酯树脂乳液中还复配有环氧树脂-丙烯酸树脂乳液、有机硅改性丙烯酸树脂乳液、有机氟改性丙烯酸树脂乳液、有机硅氟改性丙烯酸树脂乳液等中的至少一种。

4.权利要求1、2所述的喷墨墨水，其特征是：所述有机高分子聚合物是毕克化学的BYK-2163、BYK-2164、BYK-180、BYK184、BYK-190、BYK2012、BYK-2020分散剂中的至少一种。

5.权利要求2所述的喷墨墨水，其特征是：光引发剂是苯偶姻及衍生物、苯偶酰类、烷基苯酮类、二苯甲酮类、酰基磷氧化物、水杨酸酯类、取代丙烯腈类、三嗪类、受阻胺类、联苯甲酰等。

6.权利要求2所述的喷墨墨水，其特征是：活性稀释剂是羟乙基甲基丙烯酸、丙烯酸十二醇脂、己二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等，单、双、多官能度活性稀释剂以3-6：0-4：0-1复配。

7.权利要求1、2所述的喷墨墨水，其特征是：可以添加改善墨水性能的助剂，如粘度调节剂、电导率调节剂、稳定剂、鳌合剂、消泡剂、偶联剂、流平剂、稀释剂等。

8.权利要求1、2所述的喷墨墨水，其特征是：制备方法

（1）：准备墨水的各组分，充分搅拌均匀，研磨机械高速研磨（500-3000转／分钟）1-3小时；检测微粒细度D90＜120纳米，得墨水混合物；

（2）：墨水混合物静置12小时-7天熟化；

（3）：按照QB/T2730.1-2005、QB/T 2730.2-2005检测墨水混合物各项理化指标；

（4）：用1微米、0.45微米滤膜过滤，得成品。

9.权利要求1、2所述的喷墨墨水，其特征是：打印在各种无涂层和非打印涂层介质上。

10.权利要求1、2所述的喷墨墨水，其特征是：应用于数码印刷、数码印花、数码图像、办公室文档、户外喷绘、瓷砖墙纸、玻璃塑料、表面装饰等领域。