CN103408997A

CN103408997A - 一种超细型水性颜料墨水及其制造方法

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Publication number: CN103408997A
Application number: CN2013103207574A
Authority: CN
Inventors: 钱皓; 贾立夏
Original assignee: SHANGHAI NANUOWEI NEW MATERIAL SCI-TECH Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI NANUOWEI NEW MATERIAL SCI-TECH Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103408997B

Abstract

本发明涉及一种超细型水性颜料墨水及其制造方法，适合于高要求的书写用笔和打印机中。其重量百分比组成为：颜料1-10%，水性树脂5-10%，润湿剂0.1-2%，分散剂0.1-2%，消泡剂0.1-2%，溶剂10-50%，水30-70%。视所用颜料的不同，颜料颗粒粒径D50为40nm到80nm之间。制造工艺步骤包括，剪切分散、高压碰撞、多级砂磨、和墨水复配。本发明所述墨水，出墨流畅、存放稳定性高，所制成的书写笔经长时间高温运输后仍可正常书写。

Description

一种超细型水性颜料墨水及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种颜料型墨水，特别是一种超细型水性颜料墨水及其制造方法。

背景技术

水性墨水按其色料属性分为水性染料墨水和水性颜料墨水。染料型墨水的优点是，染料溶解在水中，所制书写笔出墨流畅，制造简单，成本低廉，缺点是墨水不耐水，不耐光。而颜料型墨水，颜料高度分散在介质中，克服了染料型墨水的不耐水和不耐光的特点，但制造时需要经过对颜料的机械力砂磨，制造工艺要求很高。普通的水性颜料墨水，颜料粒径大，稳定性低，容易出现沉淀现象和颗粒聚集絮凝现象。颜料颗粒降低时，特别是达到100nm以下时，表面能将会成倍增加，这对生产工艺提出了非常高的要求。砂磨方法不得当，颜料粒径降低到一定数值后就基本恒定，不再降低，无法得到超细型水性颜料墨水。同时，颜料颗粒的分散稳定性要高，必须避免100nm以下超细粒子的二次团聚。基于这些因素的影响，颜料墨水的应用受到了一定限制。

基于上述情况，研制一种超细型水性颜料墨水，具有非常大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超细型水性颜料墨水及其制造方法，它主要解决上述现有技术所存在的问题，它的颜料颗粒细，墨水存放稳定性高，不易堵塞笔头和喷头，长时间高温运输后书写笔仍可正常使用。

为实现上述目的，本发明是这样实现的。

一种超细型水性颜料墨水，其特征在于：按重量百分比包含有：

颜料颗粒粒径D50为40nm到80nm之间。

本发明的颜料，可以使用偶氮类、酞菁类、喹吖啶酮类、二噁嗪，DPP类、稠环酮类、喹酞酮类、金属络合类等。

作为黑色颜料，使用炭黑。

作为红色颜料，具体地可以使用C.I.Pigment Red48，C.I.Pigment Red57，C.I.Pigment Red122，C.I.Pigment Red123，C.I.Pigment Red202，C.I.Pigment Red168，C.I.Pigment Red254，C.I.Pigment Violet19等。

作为蓝色颜料，具体地可以使用C.I.Pigment Blue15:1，C.I.Pigment Blue15:2，C.I.Pigment Blue15:3，C.I.Pigment Blue15:4，C.I.Pigment Blue15:6，C.I.Pigment Blue60等。

作为绿色颜料，具体地可以使用C.I.Pigment Green7，C.I.Pigment Green36等。

作为黄色颜料，具体地可以使用C.I.Pigment Yellow12，C.I.Pigment Yellow14，C.I.Pigment Yellow55，C.I.Pigment Yellow65，C.I.Pigment Yellow74，C.I.Pigment Yellow83，C.I.Pigment Yellow110，C.I.Pigment Yellow139，C.I.Pigment Yellow151，C.I.Pigment Yellow154，C.I.Pigment Yellow180，C.I.Pigment Yellow185等。

作为紫色颜料，具体地可以使用C.I.Pigment Violet23，C.I.Pigment Violet29，C.I.Pigment Violet55等。

作为橙色颜料，具体地可以使用C.I.Pigment Orange16，C.I.Pigment Orange34，C.I.Pigment Orange36，C.I.Pigment Orange62等。

本发明的颜料的平均粒径D50在40-80nm的范围内。如在这个范围内，直液式滚珠笔，微孔笔，细纤维笔和喷墨装置喷头在使用时，不会发生堵塞现象。各种颜料的最适宜的粒径与原料合成工艺和表面特性有关。

所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的水性树脂为丙烯酸树脂、醇酸树脂、酚醛树脂或聚氨酯树脂。树脂是墨水的粘合剂，在砂磨时起到润滑的作用，可降低设备损耗。成品墨水的树脂提高了墨水的稳定性。

所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯嵌段共聚物或酰胺基改姓聚酯。其中，优选地采用聚氧乙烯嵌段共聚物。嵌段共聚物可以结合多种高分子材料的优点，通过对嵌段种类和长度的调整，可以对高分子材料的性质做出控制。在墨水中，嵌段共聚物的一个嵌段与颜料表面结合，另一个嵌段与分散剂结合，阻止颜料的团聚。

所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的分散剂为聚羧酸超分子非离子表面活性剂。润湿剂的存在，可使颜料更好的浸润在介质中，颜料在砂磨成细粒子后，表面迅速被润湿剂和分散剂覆盖，颗粒彼此之间被分散剂和树脂分子隔断，颜料颗粒的碰撞减少，墨水的稳定性大大增加。

所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的消泡剂为乳化硅油。消泡剂的存在，可使墨水在生产和使用时更加方便。

所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述溶剂为乙二醇、1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、二甘醇、丙三醇，或者其中两种或两种以上的组合。这些溶剂，可使墨水具有合适的黏度，适用于各种不同的书写笔和喷墨零件中。这些溶剂按要求适当加入，作为主要成分，可降低水性墨水的极性，提高组分的相容性，同时具有保湿的效果。

一种如上所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：先将颜料、水性树脂、润湿剂、分散剂、消泡剂、溶剂和水按比例加入到分散桶中，依次经过剪切分散、高压碰撞、多级砂磨，得到水性颜料色浆，色浆再经过复配得到成品墨水。

上述发明步骤中：

（1）剪切分散。本步骤由高速剪切分散机完成，分散桶中加入多级分离装置。分散盘附近的物料向外甩出，遇到分离装置后，部分弹回与分散盘附近的物料高速碰撞，部分物料与下一级分离装置碰撞。分散桶中的物料多级碰撞，大大提高了预分散效果。

（2）高压碰撞。本步骤由高压碰撞机完成。在20-200MPa的高压下，物料颗粒之间相互碰撞，表面结构发生改性。

（3）多级砂磨。经高压碰撞后，物料进入多级砂磨设备。在第一级砂磨，物料粒径D50降低到150nm左右；在第二级砂磨，物料粒径D50从150nm降低到100nm左右；在第三级砂磨，物料粒径D50从100nm继续降低，最低达到40-80nm，得到水性颜料色浆。

（4）复配。水性颜料色浆添加各种溶剂、水等，经搅拌得到成品墨水。

所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的剪切分散机采用多级分离装置。

所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的高压碰撞采用了20-200MPa的高压碰撞装置。

所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的砂磨时采用了多级砂磨装置，逐步降低颜料粒径。

所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的砂磨后颜料的粒径D50为40-80nm。

本发明的突出特点和进步在于：

（1）选用独特的润湿剂和分散剂配合，使墨水具有良好的分散稳定性，长时间存放后无沉淀，无絮凝。

（2）采用多步骤制造工艺，剪切分散、高压碰撞、和多级砂磨工艺相互配合，颜料粒径D50可达到40-80nm，在一些高要求的直液式滚珠笔，微孔笔，细纤维笔和喷墨装置中出墨优良。

（3）得益于墨水的细粒径和良好分散稳定性，所制得成品笔经过长时间高温运输，不出现变深、变淡、枯笔等现象，仍然可正常书写。

具体实施方式

以下给出几种实施例和对比例的配方和制造方法。旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。

实施例1：

实施例2：

实施例3：

对比例1：

对比例2：

实施例1～3和对比例1的具体制造方法为：（1）剪切分散。把颜料、水性树脂、润湿剂、分散剂、消泡剂，和水加入到带三级分离装置的高速剪切分散机中，剪切分散30分钟，转速为4000r/min。（2）高压碰撞。开启碰撞机，压力调整到200MPa，高压碰撞1小时。（3）多级砂磨。色浆首先进入第一级砂磨机，砂磨2小时后，粒径D50达150nm；然后进入第二级砂磨机，砂磨4小时后，粒径D50降低到100nm；最后进入第三级砂磨4小时，色浆粒径D50最终达到40-80nm。（4）复配。经过砂磨后的色浆添加乙二醇、丙二醇、丁二醇、二甘醇、丙三醇，和水，经搅拌得到成品墨水。

对比例2的具体制造方法为：（1）剪切分散。把颜料、水性树脂、分散剂、消泡剂，和水加入到普通剪切分散机中，剪切分散30分钟，转速为4000r/min。（2）砂磨。直接把色浆吸入到砂磨机中砂磨10小时。（3）复配。经过砂磨后的色浆添加乙二醇、丙二醇、丙三醇，和水，经搅拌得到成品墨水。

粒度D50数据采用马尔文Nano S90仪器检测；高温老化试验时，取墨水密封于60摄氏度环境中放置60天，检测底部黏度和粒径；模拟运输试验时，取成品笔平放，以及笔杆向上或向下放置于60摄氏度环境中30天，然后检测书写情况。如果书写颜色变化很小，则定义为“优”；如果书写颜色深度约相当于原墨水增加25%或减少12.5%的颜料含量，则定义为“良”；如果书写颜色深度约相当于原墨水增加50%或减少25%的颜料含量，则定义为“中等”；其它更差的情况，例如颜色深度相当于原墨水增加100%或减少50%的颜料含量，笔头堵塞造成完全枯笔，或者笔头只有无色液体流出等，均定义为“差”。

实施例和对比例的检测数据如下表所示：

表1 实施例和对比例墨水检测数据

本发明的超细颜料墨水，常温放置3年，不出现分层、沉淀、絮凝等现象。装入微孔笔中，经过苛刻的模拟运输试验后，仍可正常书写。广泛适合于各种直液式滚珠笔、微孔笔、细纤维笔、打印机喷头中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种超细型水性颜料墨水，其特征在于：按重量百分比包含有：

颜料颗粒粒径D50为40nm到80nm之间。

2.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的水性树脂为丙烯酸树脂、醇酸树脂、酚醛树脂或聚氨酯树脂。

3.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的润湿剂为聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯嵌段共聚物或酰胺基改性聚酯。

4.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的分散剂为聚羧酸超分子非离子表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述的消泡剂为乳化硅油。

6.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水，其特征在于：所述溶剂为乙二醇、1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、二甘醇、丙三醇，或者其中两种或两种以上的组合。

7.一种如权利要求1或2或3或4或5或6所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：先将颜料、水性树脂、润湿剂、分散剂、消泡剂、溶剂和水按比例加入到分散桶中，依次经过剪切分散、高压碰撞、多级砂磨，得到水性颜料色浆，色浆再经过复配得到成品墨水。

8.根据权利要求7所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的剪切分散机采用多级分离装置。

9.根据权利要求7所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的高压碰撞采用了20-200MPa的高压碰撞装置。

10.根据权利要求7所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的砂磨时采用了多级砂磨装置，逐步降低颜料粒径。

11.根据权利要求7所述的超细型水性颜料墨水的制造方法，其特征在于：所述的砂磨后颜料的粒径D50为40-80nm。