CN105925061A - 一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于喷墨印刷技术领域。公开了一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水，它的原料组成及质量百份比为：浆料15‑30％，润湿剂0.3‑1.5％，水性聚氨酯树脂4‑20％，pH调节剂0.1‑3％，粘度调节剂5‑20％，防腐剂0.1‑0.5％，余量为去离子水。其中所述浆料的组成及质量百分比为：颜料5‑15％，乳化稳定剂2‑5％，分散剂6‑17％，消泡剂0.1‑0.7％，水性丙烯酸树脂2‑10％，及去离子水余量。本发明还公开了水基型喷墨墨水的制备方法。本发明的水基型喷墨墨水的流畅性、稳定性、耐候性及色彩表现力佳，可满足工业高速喷墨印刷的要求。

Description

一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水及其制备方法
【技术领域】
本发明属于喷墨印刷技术领域，尤其涉及一种用于工业高速喷墨印刷的水基型喷墨墨水及其制备方法。
【背景技术】
工业喷墨印刷比传统印刷有不可比拟的优势，印刷品越来越向着多品种、小批量、个性化的方向发展，基于喷墨技术的数字印刷以无版，无压力，适应性强，自动化程度高，印刷装置小型化等特点向传统印刷发起了有力挑战，日益成为主流的印刷业务；在云包装，互联网防伪，标签二维码防伪等印刷领域，喷墨印刷以零库存、绿色环保、无浪费、低成本的优势快速发展。
工业喷墨印刷用的喷墨墨水主要有UV光固化墨水，溶剂型墨水，水基型墨水。而水基型墨水具有其他两种墨水没有的安全环保，无气味，无污染，生产环境友好等优点，对喷印设备无腐蚀，特别是在包装领域具有优势。然而，现有的水基型墨水在印刷速度为20-200米/分钟的高速喷印过程中，流畅性、稳定性等性能差，并不能满足要求。
有鉴于此，提供一种流畅性佳、可满足工业高速喷墨印刷的喷墨墨水及其制造方法实为必要。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明提供一种稳定性、耐候性及色彩表现力佳、且可满足工业高速喷墨印刷要求的水基型喷墨墨水及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水，它的原料组成及质量百份比如下：
浆料15-30％，润湿剂0.3-1.5％，水性聚氨酯树脂4-20％，pH调节剂 0.1-3％，粘度调节剂5-20％，防腐剂0.1-0.5％，余量为去离子水；其中所述浆料的组成及其质量百分比为：颜料5-15％，乳化稳定剂2-5％，分散剂6-17％，消泡剂0.1-0.7％，水性丙烯酸树脂2-10％，及去离子水余量。
优选地，上述消泡剂为乙氧基化的炔二醇类消泡剂，聚醚消泡剂和有机硅消泡剂中的一种或者多种混合。
优选地，上述消泡剂为聚醚消泡剂或有机硅消泡剂，且在浆料中的质量百分比不大于0.15％。
优选地，上述水性聚氨酯树脂是阴离子型水性聚氨酯分散体。
优选地，上述防腐剂在水基型喷墨墨水中的质量百分比不超过0.4％。
优选地，上述pH调节剂在水基型喷墨墨水中的质量百分比不超过0.7％。
为解决上述技术问题，本发明还提供以下技术方案：
一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水的制备方法，该方法包括：
将颜料5-15％，乳化稳定剂2-5％，分散剂6-17％，水性聚氨酯树脂2-10％，消泡剂0.1-0.7％及去离子水余量加入分散机搅拌分散，分散机的转速为800-900rpm，分散时间30-50min；
搅拌分散后得到混合液，用纳米棒销研磨机进行研磨，选用0.1mm-0.2mm钇稳定氧化锆珠，研磨机转速在1300-1600rpm，研磨时间为0.2-0.5h/kg，流量2-5kg/min；研磨完成后的混合液，经过离心机进行离心，离心机转速5000-10000rpm，流量在0.2-2kg/min；离心后的混合液进行过滤，即得浆料；
制得浆料后，将润湿剂0.3-1.5％，水性丙烯酸树脂4-20％，pH调节剂0.1-3％，粘度调节剂5-20％，防腐剂0.1-0.5％，浆料15-30％和余量去离子水加入混合搅拌均匀，进行过滤，得到所述水基型喷墨墨水。
优选地，上述分散机的转速为900rpm，分散时间30min。
优选地，上述研磨机转速为1500rpm，研磨时间为0.3h/kg，流量为4kg/min。
优选地，上述离心机转速为6500rpm，流量0.5kg/min。
与现有技术相比较，本发明的水基型喷墨墨水以水性聚氨酯为主体树 脂，添加水性丙烯酸树脂，得到的喷墨墨水保证可喷性的同时，在承印物上具有耐磨、耐腐蚀和光亮，柔软有弹性，耐水性和机械力学性能好，耐候性佳等特性，能适应多种介质的印刷。且由于颗粒小，色彩表现力更优异，在高速喷墨印刷设备上表现出良好的流畅性，打印稳定性，能很好地保护喷头。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在喷墨印刷行业中，对喷印的承印物表面有耐擦，耐水，耐候性，耐弯折和附着力好的要求。水性丙烯酸树脂(propenoic acid，PA)存在耐擦性、耐水性和耐化学品性差的缺点，单一的水性聚氨酯树脂(polyurethane，PU)也存在一些不足，如稳定性、白增稠性和膜的保光性差，固含量高，应用范围不广等。PU树脂和PA树脂在性质上具有互补作用。因此，本发明的水基型喷墨墨水以阴离子型水性聚氨酯分散体为主体树脂，添加水性PA树脂，树脂粒径小于100nm。得到的喷墨墨水保证可喷性的同时，在承印物上具有耐磨、耐腐蚀和光亮，柔软有弹性，耐水性和机械力学性能好，耐候性佳等特性。
本发明的水基型喷墨墨水由以下质量百份比的原料制得：浆料15-30％，润湿剂0.3-1.5％，水性PA树脂4-20％，pH调节剂0.1-3％，粘度调节剂5-20％，防腐剂0.1-0.5％，余量为去离子水。
所述浆料的组成及其质量百分比为：颜料5-15％，乳化稳定剂2-5％，分散剂6-17％，消泡剂0.1-0.7％，水性PU树脂2-10％，及去离子水余量。
所述颜料是黑色颜料，黄色颜料，红色颜料和蓝色颜料中的一种。
所述黑色颜料可为炭黑，例如日本DIC公司的PBK1、PBK7；黄色颜料可为偶氮类颜料，例如日本DIC公司的PY71、PY74，红色颜料可为喹吖啶酮类颜料，例如日本DIC公司的PV19、PR122、PR177、PR146，蓝色颜料可为酞菁类颜料，例如日本DIC公司的PB15、PB15：3、PB15：4。
所述乳化稳定剂可为季戊四醇，1，5-戊二醇的一种或者多种混合；
所述分散剂为非离子型水溶性高分子聚合物，具有结构稳定的聚合链及牢固吸附在粒子表面的锚式基团，例如美国空气化工产品公司生产的Zetasperse 3400，BYK公司生产的180、190、9077，德国路博润公司生产的Solsperse 47000，德国迪高公司生产的Wet260，德国翁开尔公司生产的HLD 18，也可为聚乙烯吡咯烷酮。
所述消泡剂可为乙氧基化的炔二醇类化合物，例如，美国空气化工产品公司生产的Surfynol DF110D，也可为聚醚消泡剂、有机硅消泡剂，例如丙二醇嵌段聚醚L64，德国BYK公司生产的BYK 020、094。也可为上述多种消泡剂的混合。
所述水性PU树脂是阴离子型水性聚氨酯分散体，例如荷兰帝斯曼公司生产的Neorez R-961、R-972、R-986、R-987，也可为翁开尔有限公司生产的S11、H22、H34、H40。
在本发明的水基型喷墨墨水中，所述润湿剂可为炔二醇乙氧基化合物，氟碳表面活性剂，有机硅表面活性剂，如美国空气化工产品公司生产的Surfynol 485、DYNOL 604，德国BYK公司生产的337、348，杜邦公司生产的ZONYL FSO 100、FS-300、FS-3100，德国迪高公司生产的Wet KL245、Wet 270、Wet 500。
所述水性PA树脂可为巴斯夫股份公司生产的Joncryl 7159、Joncryl 646、Joncryl 61，也可为沙多玛公司生产的SNAP 2142、2785、70。
所述pH调节剂可为三乙醇胺，氨水，氢氧化钠，碳酸氢钠其中的一种或者多种混合。
所述粘度调节剂可为聚乙二醇1000、聚乙二醇4000、聚乙二醇8000其中的一种或者多种混合。
所述防腐剂可为1、2-苯并己噻唑啉-3酮。
优选地，本发明所述消泡剂为聚醚消泡剂或有机硅消泡剂时，如丙二醇嵌段聚醚L64，德国BYK公司生产的BYK094，其在浆料中的质量百分比不大于0.15％。
优选地，本发明所述防腐剂在喷墨墨水中的质量百分比不超过0.4％。
优选地，本发明pH调节剂在喷墨墨水中的质量百分比不超过0.7％。
本发明还提供制备上述水基型喷墨墨水的方法，其包括下列步骤：
一、将颜料5-15％，乳化稳定剂2-5％，分散剂6-17％，消泡剂0.1-0.7％，水性PU树脂2-10％，及去离子水余量加入高速分散机搅拌分散，分散机的转速为800-900rpm，分散时间30-50min。优选地，高速分散机转速为900rpm，分散时间30min。
所述颜料是黑色颜料，黄色颜料，红色颜料和蓝色颜料中的一种。
所述黑色颜料可为炭黑，例如日本DIC公司的PBK1、PBK7；黄色颜料可为偶氮类颜料，例如日本DIC公司的PY71、PY74，红色颜料可为喹吖啶酮类颜料，例如日本DIC公司的PV19、PR122、PR177、PR146，蓝色颜料可为酞菁类颜料，例如日本DIC公司的PB15、PB15：3、PB15：4。
所述乳化稳定剂可为季戊四醇，1，5-戊二醇的一种或者多种混合；
所述分散剂为非离子型水溶性高分子聚合物，具有结构稳定的聚合链及牢固吸附在粒子表面的锚式基团，例如美国空气化工产品公司生产的Zetasperse 3400，BYK公司生产的180、190、9077，德国路博润公司生产的Solsperse 47000，德国迪高公司生产的wet260，德国翁开尔公司生产的HLD 18，也可为聚乙烯吡咯烷酮，。
所述消泡剂可为乙氧基化的炔二醇类化合物，例如，美国空气化工产品公司生产的Surfynol DF110D，也可为聚醚消泡剂、有机硅消泡剂，例如丙二醇嵌段聚醚L64，德国BYK公司生产的BYK 020、094。
所述水性PU树脂是阴离子型水性聚氨酯分散体，例如荷兰帝斯曼公司生产的Neorez R-961、R-972、R-986、R-987，也可为翁开尔有限公司生产的S11、H22、H34、H40。
二、高速搅拌分散后得到混合液，用纳米棒销研磨机进行研磨，选用0.1mm-0.2mm钇稳定氧化锆珠，研磨机转速在1300-1600rpm，研磨时间为0.2-0.5h/kg，流量2-5kg/min；研磨完成后的混合液，经过离心机进行离心，离心机转速5000-10000rpm，流量在0.2-2kg/min；离心后的混合液用0.45μm聚丙烯(Polypropylene，PP)滤膜或滤芯进行过滤，即得浆料。优选地，研磨机转速为1500rpm，研磨时间为0.3h/kg，流量4kg/min。优选地，离心机转速为6500rpm，流量0.5kg/min。
三、制得浆料后，将润湿剂0.3-1.5％，水性PA树脂4-20％，pH调节剂0.1-3％，粘度调节剂5-20％，防腐剂0.1-0.5％，浆料15-30％和余量去离 子水加入混合搅拌均匀，用0.25μm PP滤膜或滤芯进行过滤，得到本发明的水基型喷墨墨水。
所述润湿剂可为炔二醇乙氧基化合物，氟碳表面活性剂，有机硅表面活性剂，如美国空气化工产品公司生产的Surfynol 485、DYNOL 604，德国BYK公司生产的337、348，杜邦公司生产的ZONYL FSO 100、FS-300、FS-3100，德国迪高公司生产的Wet KL245、Wet 270、Wet 500。
所述水性PA树脂可为巴斯夫股份公司生产的Joncryl 7159、Joncryl 646、Joncryl 61，也可为沙多玛公司生产的SNAP 2142、2785、70。
所述pH调节剂可为三乙醇胺，氨水，氢氧化钠，碳酸氢钠中的一种或者多种混合。
所述粘度调节剂可为聚乙二醇1000、聚乙二醇4000、聚乙二醇8000中的一种或者多种混合。
所述防腐剂可为1、2-苯并己噻唑啉-3酮。
本发明的水基型喷墨墨水能提高印刷在承印物上的耐擦，耐弯折，耐候性，附着力等方面的性能，能适应多种介质的印刷。采用更高效的浆料研磨工艺：选用锆珠粒径0.1-0.2mm和高研磨转速，因为更细的锆珠会提高填充密度，提供更多碰撞点，能有效减少研磨死角，使粒径分布更窄，从而使物料的粒径达到亚纳米级(D99<200nm)；研磨转速1500rpm，此转速对相适应的研磨设备，锆珠耐磨性要求非常高，搭配所述分散剂，使浆料研磨后的颗粒更稳定，不易凝聚沉降，这对于高速喷墨的喷头适应性是非常重要的。由于颜料颗粒小，色彩表现力更优异，在高速喷墨印刷设备上表现出良好的流畅性，打印稳定性，能很好地保护喷头。
以下通过具体的例子对本发明做进一步阐述，但本发明不限定于此特定实施例。
实施例1
表1：浆料
表2：喷墨墨水
配比 质量百分数
黄浆料 15
聚乙二醇8000 8
防腐剂 0.1
BYK 348 0.5
水性丙烯酸树脂Joncryl 7159 6
三乙醇胺 0.5
去离子水 余量
先配置表1配方：将去离子水，消泡剂BYK094，水性PU树脂NeoRez R-961，分散剂Wet260，和乳化稳定剂季戊四醇混合在一起，搅拌均匀，然后将搅拌转速提高至900rpm，缓慢加入颜料黄，加完后搅拌分散30min，然后投入纳米研磨机进行研磨，选用0.1mm钇稳定氧化锆珠，研磨机转速在1500rpm，研磨时间为0.3h/kg，流量4kg/min；研磨完成后，经高速离心机离心，离心转速为6500rpm，流量0.5kg/min，研磨后得到的粒径小于200nm，用0.45μm滤膜过滤得到浆料。
再配置表2配方：将粘度调节剂聚乙二醇8000，防腐剂，润湿剂BYK348，水性PA树脂Joncryl 7159，pH调节剂三乙醇胺和余量去离子水，混合搅拌均匀，然后加入表1配方制备好的浆料再搅拌均匀。用0.25μmPP膜过滤，得到本发明的水基性喷墨墨水。
实施例2
表3：浆料
表4：喷墨墨水
配比 质量百分数
红浆料 20
聚乙二醇8000 8
防腐剂 0.1
ZONYL FSO 100 0.4
水性丙烯酸树脂SNAP 2142 6
三乙醇胺 0.5
去离子水 余量
制备方法同实施例1。
实施例3
表5：浆料
配比 质量百分数
颜料蓝PB15:3 14
1，5-戊二醇 3.5
Solsperse 47000 7
水性聚氨酯H40 3
丙二醇嵌段聚醚L64 0.1
去离子水 余量
表6：喷墨墨水
配比 质量百分数
蓝浆料 20
聚乙二醇6000 12
防腐剂 0.1
ZONYL FSO 100 0.4
水性丙烯酸树脂Joncryl J61 5
三乙醇胺 0.5
去离子水 余量
制备方法同实施例1。
实施例4
表7：浆料
配比 质量百分数
颜料黑PBK7 14
1，5-戊二醇 3.5
Wet 260 8
水性聚氨酯H40 3
丙二醇嵌段聚醚L64 0.1
去离子水 余量
表8：喷墨墨水
配比 质量百分数
黑浆料 25
聚乙二醇6000 12
防腐剂 0.1
BYK 348 0.4
水性丙烯酸树脂Joncryl J61 6
三乙醇胺 0.5
去离子水 余量
制备方法同实施例1。
将实施例1-4所得到的水基型喷墨墨水分别进行印刷流畅性能测试和墨水稳定性测试，结果如下。
1、印刷流畅性能测试
2、墨水稳定性测试
实施例1-4所得到的水基型喷墨墨水制备完成后，装瓶封口，进行60℃烘箱加速老化测试，抗震荡性能测试和-15℃低温抗冻测试。其结果如下表。
在上表中，抗震荡性能测试是模拟运输条件测试，其方法是：用摇摆机以30次/min的频率震荡10min瓶装墨水后进行测试。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水，其特征在于，它的原料组成及质量百份比如下：
浆料15-30％，润湿剂0.3-1.5％，水性聚氨酯树脂4-20％，pH调节剂0.1-3％，粘度调节剂5-20％，防腐剂0.1-0.5％，余量为去离子水；
其中所述浆料的组成及其质量百分比为：颜料5-15％，乳化稳定剂2-5％，分散剂6-17％，消泡剂0.1-0.7％，水性丙烯酸树脂2-10％，及去离子水余量。
2.根据权利要求1所述的水基型喷墨墨水，其特征在于：上述消泡剂为乙氧基化的炔二醇类消泡剂，聚醚消泡剂和有机硅消泡剂中的一种或者多种混合。
3.根据权利要求2所述的水基型喷墨墨水，其特征在于：上述消泡剂为聚醚消泡剂或有机硅消泡剂，且在浆料中的质量百分比不大于0.15％。
4.根据权利要求1所述的水基型喷墨墨水，其特征在于：上述水性聚氨酯树脂是阴离子型水性聚氨酯分散体。
5.根据权利要求1所述的水基型喷墨墨水，其特征在于：上述防腐剂在水基型喷墨墨水中的质量百分比不超过0.4％。
6.根据权利要求1所述的水基型喷墨墨水，其特征在于：上述pH调节剂在水基型喷墨墨水中的质量百分比不超过0.7％。
7.一种用于喷墨印刷的水基型喷墨墨水的制备方法，其特征在于，该方法包括：
将颜料5-15％，乳化稳定剂2-5％，分散剂6-17％，水性聚氨酯树脂2-10％，消泡剂0.1-0.7％及去离子水余量加入分散机搅拌分散，分散机的转速为800-900rpm，分散时间30-50min；
搅拌分散后得到混合液，用纳米棒销研磨机进行研磨，选用0.1mm-0.2mm钇稳定氧化锆珠，研磨机转速在1300-1600rpm，研磨时间为0.2-0.5h/kg，流量2-5kg/min；研磨完成后的混合液，经过离心机进行离心，离心机转速5000-10000rpm，流量在0.2-2kg/min；离心后的混合液进行过滤，即得浆料；
制得浆料后，将润湿剂0.3-1.5％，水性丙烯酸树脂4-20％，pH调节剂0.1-3％，粘度调节剂5-20％，防腐剂0.1-0.5％，浆料15-30％和余量去离子水加入混合搅拌均匀，进行过滤，得到所述水基型喷墨墨水。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：上述分散机的转速为900rpm，分散时间30min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：上述研磨机转速为1500rpm，研磨时间为0.3h/kg，流量为4kg/min。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：上述离心机转速为6500rpm，流量0.5kg/min。
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