CN103408997B - 一种超细型水性颜料墨水及其制造方法 - Google Patents
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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
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.PigmentBlue15:2,C.I.Pigment Blue15:3,C.I.Pigment Blue15:4,C.I.PigmentBlue15:6,C.I.Pigment Blue60等。
作为绿色颜料,具体地可以使用C.I.Pigment Green7,C.I.PigmentGreen36等。
作为黄色颜料,具体地可以使用C.I.Pigment Yellow12,C.I.PigmentYellow14,C.I.Pigment Yellow55,C.I.Pigment Yellow65,C.I.PigmentYellow74,C.I.Pigment Yellow83,C.I.Pigment Yellow110,C.I.PigmentYellow139,C.I.Pigment Yellow151,C.I.Pigment Yellow154,C.I.PigmentYellow180,C.I.Pigment Yellow185等。
作为紫色颜料,具体地可以使用C.I.Pigment Violet23,C.I.PigmentViolet29,C.I.Pigment Violet55等。
作为橙色颜料,具体地可以使用C.I.Pigment Orange16,C.I.PigmentOrange34,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 (7)
1.一种超细型水性颜料墨水的制造方法,其特征在于:该墨水按重量百分比包含有:
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%;
所述溶剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、二甘醇、丙三醇,或者其中两种以上的组合;
经砂磨后颜料颗粒粒径D50为40-80nm;
其制造方法是: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,依次经过多级分离剪切分散、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;
所述的多级分离剪切分散是利用带有多级分离装置的剪切分散机进行剪切分散。
2.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水的制造方法,其特征在于:所述的水性树脂为丙烯酸树脂、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的制造方法,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的制造方法,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的制造方法,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。
7.根据权利要求1所述的超细型水性颜料墨水的制造方法,其特征在于:砂磨时采用了多级砂磨装置,逐步降低颜料粒径。
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