CN107385963B - 用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂、包含其的墨水、制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂、包含其的墨水、制备方法和用途。所述粘合剂包括水溶性丙烯酸树脂和交联剂；所述水溶性丙烯酸树脂与交联剂的质量比为3‑10:1。所述颜料型喷墨印花墨水包括如下质量百分比的组分：20‑30％的颜料色浆、12‑25％的粘合剂、20‑40％的保湿剂和0.1‑1％的增稠剂，余量为水。所述颜料型喷墨印花墨水是通过先将增稠剂溶解于保湿剂中，再于其他组分混合的方法制备得到。本发明提供的粘合剂为水溶性粘合剂，不会发生团聚，由其制备的墨水储存稳定性好，喷墨流畅，不堵塞喷头，且印制的图案具有较高的附着力、干湿擦牢度和水洗牢度。

Description

用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂、包含其的墨水、制备方法 和用途
技术领域
本发明属于纺织品数码印花技术领域，具体涉及一种用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂、包含其的墨水、制备方法和用途。
背景技术
在大多印染企业面临节能减排巨大压力的情况下，数码印花的优势逐渐开始显现。喷墨印花(也称数字印花、数码印花、喷射印花)技术摆脱了传统印花分色、制片、制网的模拟方式，具有操作简洁、效率高、无污染、回报高的革命性优势。喷墨印花作为一种低污染、按需定制、可实现网上设计和服务，满足了现在纺织品市场的个性化、多样化、小批量需求的新型印花工艺，给纺织印染业带来了前所未有发展机遇。
目前，纺织品的喷墨印花工艺所使用的墨水分为染料型和颜料型两种。其中，染料型墨水的生产工艺基本成熟。但是染料型墨水是通过染料与纤维发生反应而结合的，因此对于不同的纤维需选择不同的染料，通用性差。而且染料型墨水喷印后还需汽蒸、固色、水洗、烘干等工序，工艺复杂，废水排放量大。此外，染料型墨水所用染料通常为低分子量染料，光照下易分解，容易导致产品褪色或变色。
颜料型墨水通用性高，耐光、耐水、耐候性好，印花工艺相对简单，是纺织品喷墨印花的主要发展方向。颜料型喷墨印花墨水以颜料色浆为着色剂，不与纤维发生反应，因此需要粘合剂实现颜料与纤维的结合。
粘合剂作为颜料型墨水的主要组份，在喷墨打印流畅性、喷墨印花牢度、印花手感等方面起决定性作用。目前，应用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂通常是聚丙烯酸酯(丙烯酸树脂)乳液或聚氨酯乳液，以及它们的改性树脂。其中聚丙烯酸酯类粘合剂运用得较为广泛。聚丙烯酸酯乳液在织物表面的成膜透明性好，对纤维的粘附能力较强，且具有较好的耐水性、耐候性和力学性能，但存在“热黏冷脆”的缺点。聚氨酯乳液成膜后的力学性能好，具有较高的弹性和良好的渗透性，且耐热、耐寒、耐曲磨，手感特别柔软，湿摩擦牢度及爽滑性好，皮膜不发粘，不吸附灰尘。
以聚丙烯酸酯乳液或聚氨酯乳液的改性树脂作为颜料型喷墨印花墨水的粘结剂也有一定的研究。如CN 106567267A公开了一种水性颜料数码喷墨纺织品印花墨水及其制备方法和使用方法，以聚氨酯乳液、有机氟改性聚丙烯酸酯纳米乳液以及另一种聚丙烯酸酯乳液制备了一种纳米复合粘合剂，通过利用这种精心设计的纳米结构所表现出来的纳米效应能使薄膜具有很好的憎水性能，从而提高喷墨印花织物的洗水牢度；但是多种不同体系的粘合剂会带来更多在储存方面的不确定性，而且聚氨酯成膜速度较快，容易堵塞喷头，配方中大量的助溶剂必然对乳液和分散体这两类水性树脂有影响，用于纺织品喷墨印花有一定的局限性。
CN 104628989A公开了一种棉织物用水性喷墨及其制备方法，以壳聚糖改性的聚氨酯乳液作为颜料型喷墨印花墨水的粘合剂，使印花图案兼具较高的水洗牢度和良好的手感。
CN 102391720A公开了环保水性颜料墨水及一种新型数码直接打印方法，其所制备的墨水和直接打印工艺有效的弥补了传统印刷Label标签等包装图文印刷的不足。但其是以水性丙烯酸树脂溶于有机溶剂中形成反相乳液，作为粘合剂，使用了相对大量的有机溶剂和辛烷基酚聚氧乙烯醚，不适用于纺织品的喷墨印花工艺。
关于纺织品的颜料型喷墨印花墨水已有较多研究，现有的墨水均是使用乳液型水性树脂作为粘合剂。由于乳液型粘合剂中的树脂亲水性较差，因此在储存或喷墨过程中容易因破乳而发生团聚，粒径增大，堵塞喷墨印花机的喷头。而且，即使粘合剂未发生破乳，其乳液的粒径也比染料型墨水大得多，依然存在堵塞喷头的风险。
因此，在本领域期望得到一种新的用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂，以解决传统乳液型粘合剂易堵塞喷头的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂、包含其的墨水、制备方法和用途。本发明提供的粘合剂为水溶性粘合剂，不会发生团聚，由其制备的墨水储存稳定性好，喷墨流畅，不堵塞喷头，且印制的图案具有较高的附着力、干湿擦牢度和水洗牢度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂，包括水溶性丙烯酸树脂和交联剂；
所述水溶性丙烯酸树脂与交联剂的质量比为3-10:1，例如可以是3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1。
本发明采用水溶性丙烯酸树脂作为粘合剂的主体树脂，由于其易溶于水，不会发生团聚，因此避免了传统丙烯酸树脂乳液作为粘合剂时，容易破乳团聚，堵塞喷墨印花机喷头的问题。但水溶性丙烯酸树脂在水中的溶解度大，若以其代替丙烯酸树脂乳液作为粘合剂，又会导致喷墨印花图案的水洗牢度较低，没有实用价值。本发明采用交联剂与水溶性丙烯酸树脂共同作为粘合剂，在墨水烘焙的过程中发生交联反应，从而使得到的产品具有较高的附着力、干湿擦牢度和水洗牢度。
本发明中，水溶性丙烯酸树脂与交联剂应保持合适的比例，若交联剂过多，容易导致最终的喷墨印花图案变硬，影响手感；若交联剂过少，则水溶性丙烯酸树脂的交联度较低，喷墨印花图案的附着力和水洗牢度均会下降。
作为本发明的优选技术方案，所述水溶性丙烯酸树脂为有机硅改性的水溶性丙烯酸树脂，即水溶性硅丙树脂。
水性丙烯酸树脂固化后均有热黏冷脆的缺点，容易导致印制产品在高低温环境下的手感变差。利用有机硅对其进行改性，有助于改善其耐热耐寒性能。
优选地，所述交联剂为水性封闭型交联剂。
优选地，所述水性封闭型交联剂的解封温度为80-150℃，例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等；更优选为80-100℃。
优选地，所述水性封闭型交联剂为水性封闭型异氰酸酯交联剂。
水性封闭型异氰酸酯交联剂在常温下可与含羧基、羟基、环氧基、氨基等活性基团的树脂长期稳定共存。当温度高于解封温度时，才会释放异氰酸根，发生反应。为了保证墨水的储存稳定性，交联剂的解封温度不能过低；但若解封温度过高，在交联固化时又会增加能耗。因此，本发明中交联剂的解封温度优选为80-100℃。
第二方面，本发明提供一种颜料型喷墨印花墨水，包含上述用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂。
作为本发明的优选技术方案，所述粘合剂占所述颜料型喷墨印花墨水总质量的12-25％，例如可以是12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％等。
作为本发明的优选技术方案，所述颜料型喷墨印花墨水包括如下质量百分比的组分：
Figure BDA0001377886720000051
本发明中，所述颜料色浆的质量份数可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％等。
所述粘合剂的质量份数可以是12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％等。
粘合剂的用量过少时，粘合效果较差，会导致喷墨印花图案的附着力和水洗牢度下降；粘合剂用量过多时，容易导致喷墨印花图案变硬，影响手感。
所述保湿剂的质量份数可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％等。
所述增稠剂的质量份数可以是0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。
保湿剂用于控制墨水的干燥速度，同时调节粘度，增稠剂用于调节粘度。由于保湿剂易挥发，在墨水干燥后不会残留，因此对喷墨印花图案的附着力和水洗牢度没有明显影响。而增稠剂易溶于水，且会残留在喷墨印花图案中，导致水洗牢度下降。因此，保湿剂和增稠剂的用量应保持在合适的范围内，保湿剂不宜过少，增稠剂也不宜过多。
作为本发明的优选技术方案，所述颜料型喷墨印花墨水在25℃下的粘度为3-12cp，pH为7-8。
考虑到喷墨印花机的喷墨流畅性和喷头的安全性，在实际应用时，颜料型喷墨印花墨水的粘度和pH应保持在上述范围内。
优选地，所述颜料型喷墨印花墨水还包括0.1-1wt％(例如0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1wt％等)的表面活性剂。
优选地，所述表面活性剂选自有机硅类润湿剂、炔二醇类润湿剂或有机氟类润湿剂中的一种或至少两种的组合；例如可以是有机硅类润湿剂与炔二醇类润湿剂的组合、有机硅类润湿剂与有机氟类润湿剂的组合或炔二醇类润湿剂与有机氟类润湿剂的组合等。
优选地，所述颜料型喷墨印花墨水还包括0.05-0.1wt％(例如0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％或0.1wt％等)的pH调节剂。
优选地，所述pH调节剂为一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺中的一种或至少两种的组合；例如可以是一乙醇胺与二乙醇胺的组合、一乙醇胺与三乙醇胺的组合或二乙醇胺与三乙醇胺的组合等。
优选地，所述颜料型喷墨印花墨水还包括0.05-0.15wt％(例如0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.1wt％、0.11wt％、0.12wt％、0.13wt％、0.14wt％或0.15wt％等)的防腐剂。
优选地，所述防腐剂选自三氯新、噻唑啉酮类防腐剂或咪唑烷基脲类防腐剂中的一种或至少两种的组合。
作为本发明的优选技术方案，所述颜料色浆的平均粒径在200nm以下，最大粒径在500nm以下。
优选地，所述保湿剂选自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、三甘醇、甘油或丁二醇中的一种或至少两种的组合；例如可以是1,2-丙二醇与三甘醇的组合、1,2-丙二醇与甘油的组合、1,2-丙二醇与丁二醇的组合、三甘醇与甘油的组合、三甘醇与丁二醇的组合或甘油与丁二醇的组合等。
优选地，所述增稠剂为聚乙二醇(PEG)。
优选地，所述聚乙二醇的数均分子量为1000-10000；例如可以是1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000或10000等。
第三方面，本发明提供一种上述颜料型喷墨印花墨水的制备方法，包括如下步骤：
(1)将配方量的增稠剂溶解于保湿剂中；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，混合，得到所述颜料型喷墨印花墨水。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述溶解是在搅拌下进行，所述搅拌的转速为600-1000rpm；例如可以是600rpm、650rpm、700rpm、750rpm、800rpm、850rpm、900rpm、950rpm或1000rpm等。
优选地，步骤(2)中所述混合是在搅拌下进行，所述搅拌的转速为2000-2500rpm，例如可以是2000rpm、2100rpm、2200rpm、2300rpm、2400rpm或2500rpm等；时间为30-60min，例如可以是30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等。
优选地，在步骤(2)中所述混合之后，还进行如下操作：将各组分的混合液依次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤。
考虑到实际应用中，原料，尤其是颜料色浆中会不可避免地含有大颗粒杂质，可能会堵塞喷墨印花机的喷头。因此，需要在各组分混合完毕后进行过滤。
第四方面，本发明提供一种上述颜料型喷墨印花墨水在纺织品数码印花中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以水溶性丙烯酸树脂作为粘合剂的主体树脂，避免了传统乳液型粘合剂易破乳团聚，造成喷墨印花机喷头堵塞的问题。用有机硅改性水溶性丙烯酸树脂，有助于改善其耐热耐寒性能，克服传统丙烯酸树脂“热黏冷脆”的缺点。
本发明提供的粘合剂储存稳定性好，分别在0℃和60℃环境下保存24h，循环三次后，无分层现象，粘度偏差小于10％；由该粘合剂制备的颜料型喷墨印花墨水喷印的图案，对叠后施加5kg压力，在60℃环境中存放24h后，无粘连现象；干擦牢度为3-3.5，湿擦牢度为2-2.5；在40℃水中标准洗2.5h，重复5次后，图案保持完整，颜色深度无变化，具有较高的附着力、干湿擦牢度和水洗牢度。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
下述实施例和对比例中所用原料的来源如下：
水溶性硅丙树脂：清远市柯林达新材料有限公司的TWS1401、珠海吉力化工企业有限公司的AC-832和深圳市汉龙科技开发有限公司的HL-T15；
丙烯酸树脂乳液：巴斯夫(中国)有限公司的7026G；
水性封闭型异氰酸酯交联剂：日本低碳能源公司的WB-905(解封温度95℃)、三宝化工(香港)有限公司的S-870N(解封温度90℃)和荷兰拓纳化工有限公司的ACRAFIX FAC(解封温度90℃)；
颜料色浆：美国卡博特公司的
Figure BDA0001377886720000081
和
Figure BDA0001377886720000091
表面活性剂：德国迪高公司的TEGO245、毕克化学的BYK346、空气化学公司的Dynol800和Sufynol104E、上海泰格聚合物技术有限公司的Tech-246和Tech-240；
防腐剂：三博生化科技公司的BIT-10、上海百洁化学有限公司的BRC-R和MBS。
实施例1-5
实施例1-5提供用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂，由水溶性硅丙树脂和水性封闭型异氰酸酯交联剂组成，二者的种类和质量比如下表1所示。
表1
Figure BDA0001377886720000092
上述实施例1-5提供的粘合剂为水溶性粘合剂，不存在乳液型粘合剂易破乳团聚的问题，使用时不会堵塞喷头。
应用实施例1
一种颜料型喷墨印花墨水，包括如下质量百分比的组分：
Figure BDA0001377886720000093
上述颜料型喷墨印花墨水的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将增稠剂加入保湿剂中，在600rpm的转速下搅拌溶解；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，在2500rpm的转速下搅拌30min，然后次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤，得到上述颜料型喷墨印花墨水。
应用实施例2
一种颜料型喷墨印花墨水，包括如下质量百分比的组分：
Figure BDA0001377886720000101
上述颜料型喷墨印花墨水的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将增稠剂加入保湿剂中，在1000rpm的转速下搅拌溶解；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，在2000rpm的转速下搅拌60min，然后次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤，得到上述颜料型喷墨印花墨水，其粘度为3.6cp，pH为7.2。
应用实施例3
一种颜料型喷墨印花墨水，包括如下质量百分比的组分：
Figure BDA0001377886720000102
Figure BDA0001377886720000111
上述颜料型喷墨印花墨水的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将增稠剂加入保湿剂中，在800rpm的转速下搅拌溶解；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，在2200rpm的转速下搅拌45min，然后次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤，得到上述颜料型喷墨印花墨水，其粘度为5.5cp，pH为7.4。
应用实施例4
一种颜料型喷墨印花墨水，包括如下质量百分比的组分：
Figure BDA0001377886720000112
Figure BDA0001377886720000121
上述颜料型喷墨印花墨水的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将增稠剂加入保湿剂中，在700rpm的转速下搅拌溶解；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，在2000rpm的转速下搅拌50min，然后次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤，得到上述颜料型喷墨印花墨水，其粘度为5.8cp，pH为7.6。
应用实施例5
一种颜料型喷墨印花墨水，包括如下质量百分比的组分：
Figure BDA0001377886720000122
上述颜料型喷墨印花墨水的制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将增稠剂加入保湿剂中，在1000rpm的转速下搅拌溶解；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，在2300rpm的转速下搅拌30min，然后次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤，得到上述颜料型喷墨印花墨水，其粘度为8.3cp，pH为7.5。
对比例1
与应用实施例2的区别在于，所用粘合剂为丙烯酸树脂乳液，其有效成分的质量与应用实施例2中的粘合剂的质量相同。
将上述应用实施例1-5和对比例1提供的颜料型喷墨印花墨水通过数码打印机喷印在纺织品表面，先在100℃下预烘1min，然后在150℃下烘焙2min，使墨水交联固化，形成喷墨印花图案。测定墨水的储存稳定性和喷墨印花图案的附着力、干湿擦牢度和水洗牢度，测试标准/方法和结果如下表2所示。
表2
Figure BDA0001377886720000131
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (23)

1.一种用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂，其特征在于，所述粘合剂包括水溶性丙烯酸树脂和交联剂；
所述水溶性丙烯酸树脂与交联剂的质量比为3-10:1；
所述水溶性丙烯酸树脂为有机硅改性的水溶性丙烯酸树脂；
所述交联剂为水性封闭型交联剂。
2.根据权利要求1所述的粘合剂，其特征在于，所述水性封闭型交联剂的解封温度为80-150℃。
3.根据权利要求1所述的粘合剂，其特征在于，所述水性封闭型交联剂的解封温度为80-100℃。
4.根据权利要求1所述的粘合剂，其特征在于，所述水性封闭型交联剂为水性封闭型异氰酸酯交联剂。
5.一种颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水包含权利要求1-4任一项所述的用于颜料型喷墨印花墨水的粘合剂。
6.根据权利要求5所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述粘合剂占所述颜料型喷墨印花墨水总质量的12-25％。
7.根据权利要求6所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水包括如下质量百分比的组分：
Figure FDF0000009279770000011
8.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水在25℃下的粘度为3-12cp，pH为7-8。
9.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水还包括0.1-1wt％的表面活性剂。
10.根据权利要求9所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述表面活性剂选自有机硅类润湿剂、炔二醇类润湿剂或有机氟类润湿剂中的一种或至少两种的组合。
11.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水还包括0.05-0.1wt％的pH调节剂。
12.根据权利要求11所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述pH调节剂为一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺中的一种或至少两种的组合。
13.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水还包括0.05-0.15wt％的防腐剂。
14.根据权利要求13所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述防腐剂选自三氯新、噻唑啉酮类防腐剂或咪唑烷基脲类防腐剂中的一种或至少两种的组合。
15.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述颜料色浆的平均粒径在200nm以下，最大粒径在500nm以下。
16.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述保湿剂选自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、三甘醇、甘油或丁二醇中的一种或至少两种的组合。
17.根据权利要求7所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述增稠剂为聚乙二醇。
18.根据权利要求17所述的颜料型喷墨印花墨水，其特征在于，所述聚乙二醇的数均分子量为1000-10000。
19.根据权利要求7-18任一项所述的颜料型喷墨印花墨水的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的增稠剂溶解于保湿剂中；
(2)按配方将其他组分添加到步骤(1)得到的溶液中，混合，得到所述颜料型喷墨印花墨水。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶解是在搅拌下进行，所述搅拌的转速为600-1000rpm。
21.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述混合是在搅拌下进行，所述搅拌的转速为2000-2500rpm，时间为30-60min。
22.根据权利要求19所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中所述混合之后，还进行如下操作：将各组分的混合液依次经过孔径为5μm、3μm和1μm的滤膜过滤。
23.根据权利要求5-18任一项所述的颜料型喷墨印花墨水的用途，其特征在于，所述颜料型喷墨印花墨水用于纺织品的数码印花。
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