CN107400413B - 一种纳米水性颜料喷墨墨水及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米水性颜料喷墨墨水，包括以下原料：研磨树脂、分散色浆、润湿表面活性剂、乳化润湿剂、水溶性有机溶剂、杀菌剂和去离子水，该墨水的制备方法包括以下步骤：(1)色浆制备：将分散颜料、分散剂、乳化润湿剂、消泡剂、研磨树脂和去离子水根据细度要求分散、研磨，制成纳米级颜料分散色浆；(2)墨水配制：加入水，再依次加入水溶性有机溶剂、润湿表面活性剂、乳化润湿剂及其他助剂，搅拌至完全溶解后，添加主体树脂，搅拌均匀后，加入纳米级分散色浆继续搅拌混匀；(3)陈化与过滤：墨水配制完成后测试粘度与表面张力，合格后陈化24‑48h，过滤即得最终产物。本发明提供的墨水打印流畅、待机性能和喷墨性能良好。

Description

一种纳米水性颜料喷墨墨水及其制备方法
技术领域
本发明属于喷墨墨水技术领域，特别是一种纳米水性颜料喷墨墨水及其制备方法。
背景技术
目前，主流的印刷方式主要有四种，即平版印刷、凹版印刷、柔版印刷和丝网印刷。平版印刷的特性在于制版快速、版面较大、便于套印颜色，层次再现能力强，成本相对低廉，承印范围最广，书、报、杂志均可承印，一般的图片及彩色印件，几乎全属平版，平版印刷的缺点是印刷时会受水胶的影响，色调再现力低，缺乏鲜艳度；凹版的最大特点是印品依靠墨层的厚薄得到再现，墨色厚实、层次丰富、表现力强、有立体感，印出的成品精美，印版的耐印力好，因其墨层高于纸面，照相复制困难，有防止伪造的功能，因此很多时候都用以承印钞券、邮票、股票、有价证券、烟酒盒、艺术品等，需要大批量生产的产品也很适合于凹印，如烟酒盒等，凹版印刷的缺点是制版繁难、工序复杂；柔版印刷的特点是印刷压力小，耐印力好，不仅可以印刷各类纸张，还可以印刷铝箔、塑料薄膜、不干胶纸、不干胶膜、玻璃纸、金属箔及纺织品，适印介质的种类多于其它印刷方式，被广泛用于食品和药品包装，柔版印刷的缺点是单元间距较短，油墨容易沾到灰尘，导致图案上出现脏点；丝网印刷属于孔版印刷，油墨是从印版正面压挤透过版孔，从而印于版下面之承印物上，适合于印刷玻璃、陶瓷、织物、金属等，适应性非常广泛，不仅适合一般的纸张印刷，而且适合于印刷玻璃、陶瓷、织物、金属等，丝网印刷的缺点是印刷速度低，印刷线条粗，不能印精细的图案，印刷层次差。
以上所述的传统印刷方式都需要先制版，制版不仅需要消耗时间，而且由于成本费用高，受到了开机起印量的限制。且传统印刷主要为印刷油墨、电子油墨或UV墨水，存在环保压力。随着技术的进步和新设备的研发，诞生了数码印刷技术和设备。数码印刷由于不用制版，直接减少了制版费用和制版时间，适用于不同批量按需印刷，没有开机起印量，灵活高效，印刷速度为60-150米/分钟，已经接近甚至达到传统印刷的速度。
数码印刷中的Single-Pass印刷技术，和普通打印方式的喷头小车移动、通过喷头一次至多次覆盖打印直至完成图片输出不同，该技术用多个喷头错位并排组成一组或多组固定喷头，打印介质高速移动，一次性完成印刷，印刷效率高，印刷品质量卓越。Single-Pass印刷技术的核心部件是喷头，而高速工业机喷头又以京瓷公司生产的喷头精度高、速度快，在水性墨水应用方面最成功，在数码印花行业已得到验证。京瓷头Single-Pass数码印刷是目前数码包装印刷的引领者，但由于机器方案起步晚，现配套墨水存在打印流畅性、稳定性、待机性能，打印有白线，印刷色彩还原，以及墨水的安全性等问题；市场上个别其他喷头印刷染料墨水方案存在防水、耐晒、耐擦、光泽等问题，UV墨水方案也存在环保及印刷成本等问题。尚未有适用于京瓷喷头的Single-Pass印刷技术且成熟的纳米水性颜料喷墨墨水。
发明内容
针对现有技术存在的问题及适用于京瓷喷头的Single-Pass印刷技术的墨水技术空白，本发明的目的是提供一种京瓷Single-Pass纳米水性颜料喷墨墨水及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米水性颜料喷墨墨水，包括以下按重量比计的原料：
Figure BDA0001391621450000021
优选地，所述分散色浆为纳米级分散色浆；所述分散色浆包括以下按重量比计的原料：
Figure BDA0001391621450000022
优选地，所述主体树脂是丙烯酸树脂和苯丙树脂中的至少一种。
进一步优选地，所述主体树脂是Joncryl Joncry586、Joncryl682和Joncryl196中的至少一种。
优选地，所述乳化润湿剂为聚氧乙烯醚润湿剂和高分子分散润湿剂中的至少一种。
进一步优选地，所述乳化润湿剂为改性脂肪醇聚氧乙烯醚类，例如乳化剂MOA-9、Disponil A 1580、Disponil A 1080、OP-15，高分子嵌段聚合物，列如优卡的690W等中的至少一种。本发明中选用乳化润湿剂可以起到乳化润湿的效果，从而改善和解决打印过程中的白线斜喷以及待机等问题。
优选地，所述润湿表面活性剂为炔二醇乙氧基类表面活性剂和聚醚改性聚硅氧烷类表面活性剂等中的至少一种。
进一步优选地，所述润湿表面活性剂选自Surfynol 104E、Surfynol 465、Surfynol 485、天津赛菲502、天津赛菲508、天津赛菲DS960、Dynol 604、Dynol 607、TEGO410、TEGO 440、TEGO 450、TEGO 100、TEGO 245、TEGO 270、Dynol 960、Dynol 980、BYK 346、BYK 348、EFKA3580中的一种或多种。更优选地，所述润湿表面活性剂为Surfynol485、BYK346和EFKA3580中的一种或多种。
优选地，所述水溶性有机溶剂包括1，5-戊二醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、二甘醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、丙三醇中的一种或多种。
优选地，所述杀菌剂选自ROCIMA520S、PROXEL GXL、罗门哈斯LEX、TROY公司的TROYSAN186中的至少一种。
优选地，所述纳米水性颜料喷墨墨水还包括pH调节剂、螯合剂中的至少一种。进一步优选地，所述pH调节剂选自陶氏的AMP-95、三乙醇胺、二乙醇胺和Tris Base中的至少一种；所述螯合剂选自EDTA和EDTA-2N中的至少一种。
进一步优选地，所述分散颜料选自(黑色颜料)PBK1、PBK7，(蓝色颜料)PB15、PB15:1、PB15:3、PB15:4、PB15:5、PB15:6、PB16，(颜料红)PV19、PR122、PR202、PR209、PR254、PR282，(黄色颜料)PY74、PY111、PY128、PY150、PY151、PY155、PY181，(橙色颜料)P.O 34，(绿色颜料)P.G 7，(紫色颜料)PV23中的一种或多种。
更优选地，所述分散颜料选自PBK007、PB15:3、PB15:4、PV19、PR122、PR254、PR282、PY128、PY155
进一步优选地，所述分散剂为具有炔二醇结构共聚物，具有丙烯酸嵌段共聚物，具有聚氨酯嵌段共聚物和高分子非离子分散剂中的至少一种。
更进一步优选地，所述分散剂为FLUIJET 1725、FLUIJET 1730、EFKA4560、EFKA4585、EFKA4590、ZetaSperse2500、ZetaSperse3100、ZetaSperse3400、ZetaSperse3700、ZetaSperse3800、lubrizol27000、lubrizol 28000、lubrizol 32500、lubrizol 44000、BYK140、BYK190、BYK180、BYK182、DEGO Dispers710、EGO Dispers715W、EGO Dispers740W、EGO Dispers750W、EGO Dispers755W、EGO Dispers757W和EGODispers760W中的至少一种。
更优选地，所述消泡剂为改性硅氧烷消泡剂和炔二醇类消泡剂中的至少一种。
更进一步优选地，所述消泡剂是BYK019、Airase5100、Airase540、Airase5500、Surfynol MD20和Surfynol 104中的至少一种。
优选地，所述研磨树脂是可研磨丙烯酸树脂。
进一步优选地，所述可研磨丙烯酸树脂是BASF Joncryl8052、Joncryl 8055和Joncryl 1661等中的至少一种。
本发明还提供了上述纳米水性颜料喷墨墨水的制备方法，包括以下步骤：
(1)色浆制备：将分散颜料、分散剂、乳化分散剂、消泡剂、研磨树脂和去离子水按照配比，根据细度要求90≤D50≤110nm，D99≤250nm进行分散、研磨，制成纳米级分散色浆；
(2)墨水配制：开启搅拌机，加入水，设置搅拌速度为400-600rpm，加入水溶性有机溶剂、润湿表面活性剂、乳化润湿剂及其他助剂，搅拌10-30min至完全溶解，添加主体树脂，搅拌10-30min，设置搅拌速度为600-800rpm，加入(1)所得纳米级颜料分散色浆，搅拌30-60min；
(3)陈化与过滤：投料完成后测试粘度与表面张力，粘度合格范围为4.5-7.5，表面张力合格范围为25-45，合格后在15-35℃下陈化24-48h，使墨水中成分完全溶解，分散体系达到平衡，不溶类物质和不稳定胶体析出，陈化完成后用1um PP熔喷滤芯和0.2um PP折叠滤芯正压过滤第一遍去除大颗粒及树脂沉淀，再用0.5um玻璃纤维滤芯除去胶体和0.8um聚乙烯砜折叠滤芯(绝对精度滤芯)正压过滤第二遍去除较小沉淀和絮凝胶体，最后用0.2umpp滤膜负压过滤并使用PALL除泡囊除泡后得到最终产物。
本发明制备得到的墨水黏度为4.5-7.5mpa.s,优选5-6.5mpa.s；其表面张力为25-45mN/cm，优选30-40mN/cm。
本发明的有益效果
1、本发明中的色浆为自主研磨的纳米级颜料分散色浆，用其配制的墨水高速打印流畅、长时间待机性能良好、打印图片不存在白线斜喷；
2、使用本发明墨水印刷，图片的色彩还原性高，同时图片更加防水耐晒；
3、本发明中的墨水原料成本低，适合大规模工业推广；
4、本发明的水性颜料墨水环保、无有毒有害物质，通过REACH和绿叶认证，也通过了京瓷认证，墨水兼容性好，适用于京瓷等市场上的常见喷头。
具体实施方式
实施例1-5
实施例1
一种分散色浆的原料准备：按重量比计，称取PBK7 15％，EFKA4585 15％，ADISPONIL A 1580 2.5％，消泡剂Airase5500 0.1％，巴斯夫Joncryl 8055 5％和去离子水62.4％。
制备方法：使用德国进口耐驰6L卧式纳米砂磨机，研磨机缸体和梢帮为耐磨钢结构，所用锆珠为0.25mm直径进口锆珠，将上述原料加入研磨机，设置转速为1300rpm，研磨18-20h，当色浆粒径95≤D50≤105nm，D99≤250nm时停止研磨，控制出料口流量为4kg/min，出料口温度为40±2℃，出料即得到纳米级分散色浆。
测试色浆稳定性
将色浆以10000rpm速度离心、用进口PALL的1um PP熔喷滤芯过滤后取样进行60℃老化稳定性(色浆热稳定性)测试，老化时间为2-4周，色浆老化后用岛津UV1800紫外可见光分光光度计测试上下层吸收光谱，上下层差值控制在3％-5％以内则色浆的热稳定性比较理想，样品继续用杭州科百特0.2um的直径150mm PP滤膜过滤，能一次过滤10KG以上较快且无杂质为佳，另外，老化测试后色浆粒径D50和D99变化应在5-10nm以内。
以和实施例1相同的制备方法、不同的配方制备得到纳米级颜料分散色浆，即实施例2-4和对比例1-4，具体配方如表1所示。
表1实施例1-4和对比例1-4的色浆配方及性能结果
Figure BDA0001391621450000051
Figure BDA0001391621450000061
实施例5-8
实施例5
一种分散色浆的原料准备：按重量比计，称取PV23 15％，ZetaSperse 3400 15％，DISPONIL A 1580 2.5％，消泡剂Airase5500 0.1％，巴斯夫Joncryl 8055 5％和去离子水62.4％。
制备方法：使用德国进口耐驰6L卧式纳米砂磨机，研磨机缸体和梢帮为耐磨钢结构，所用锆珠为0.25mm直径进口锆珠，将上述原料加入研磨机，设置转速为1350rpm，研磨18-20h，当色浆粒径95≤D50≤105nm，D99≤250nm时停止研磨，控制出料口流量为3kg/min，出料口温度为38±2℃，出料即得到纳米级颜料分散色浆。
以和实施例5相同的制备方法、不同的配方制备得到色浆即实施例6-8和对比例5-8，具体配方如表2所示。
表2实施例5-8和对比例5-8的色浆配方及性能结果
Figure BDA0001391621450000062
Figure BDA0001391621450000071
实施例9-13
实施例9
一种水性颜料喷墨墨水的原料准备：按重量比计，称取实施例1的纳米分散色浆38％，丙烯酸树脂15％，丙三醇15％，1，5-戊二醇10％，Surfynol 485 0.8％，OP-15 0.5％，Proxel GXL 0.1％，去离子水20.6％。
制备方法：
(1)墨水配制：开启搅拌机，加入去离子水，设置搅拌速度为400rpm，加入丙三醇，1，5-戊二醇，Surfynol 485，OP-15，Proxel GXL，搅拌20min至完全溶解，添加15kg丙烯酸树脂，搅拌20min，设置搅拌速度为600rpm，加入38kg PBK007纳米颜料分散色浆，搅拌40min；
(2)陈化与过滤：配制完成后测试粘度为6.2，表面张力30，均合格，然后在30℃下陈化24h，使墨水中成分完全溶解，分散体系达到平衡，不溶类物质和不稳定胶体析出，陈化完成后用1um熔喷PP滤芯和0.2um PP折叠滤芯正压过滤第一遍去除大颗粒及树脂沉淀，再用0.5um玻璃纤维滤芯除去胶体和0.8um聚乙烯砜折叠滤芯(绝对精度滤芯)正压过滤第二遍去除较小沉淀和絮凝胶体，最后用0.2um pp滤膜负压过滤并使用PALL除泡囊除泡后得到最终产物。
以和实施例9相同的制备方法、不同的配方制备得到墨水实施例10-13和对比例9-12，具体配方如表3所示。
将所得墨水在京瓷KJ4B-600DPI喷头上用专用波形文件和测试图片测试墨水性能，连续打印时间2h，打印前后测试条无断线、斜喷及白线等情况，测试完后关闭散喷待机3h，再次打印测试，测试条完好，最后打印机进行保湿处理后关闭电源，保持墨盒负压不滴墨，96h后开机，清洗喷头时无堵孔斜喷现象，墨水性能优异。
表3实施例9-13和对比例9-12的墨水配方及性能结果
Figure BDA0001391621450000081
实施例14-17
实施例14
一种水性颜料喷墨墨水的原料准备：按重量比计，称取实施例6的纳米分散色浆35％，丙烯酸树脂15％，丙三醇15％，1，5-戊二醇10％，Surfynol 485 0.8％，UNIQSPERSE690W0.5％，Proxel GXL 0.1％，去离子水20.6％。
制备方法：
(1)墨水配制：开启搅拌机，加入去离子水，设置搅拌速度为500rpm，加入丙三醇，1，5-戊二醇，Surfynol 485，UNIQSPERSE 690W，Proxel GXL，搅拌25min至完全溶解，添加15kg丙烯酸树脂，搅拌30min，设置搅拌速度为700rpm，加入35kg PV23纳米颜料分散色浆，搅拌40min；
(2)陈化与过滤：配制完成后测试粘度为5.2，表面张力32，均合格，然后在30℃下陈化48h，使墨水中成分完全溶解，分散体系达到平衡，不溶类物质和不稳定胶体析出，陈化完成后用进口PAALL 1um熔喷PP滤芯和0.2um PP折叠滤芯正压过滤第一遍去除大颗粒及树脂沉淀，再用0.5um玻璃纤维滤芯除去胶体和0.8um聚乙烯砜折叠滤芯(绝对精度滤芯)正压过滤第二遍去除剩余的较小粒径沉淀和絮凝胶体，最后用0.2um pp滤膜负压过滤并使用PALL除泡囊除泡后得到最终产物。
以和实施例14相同的制备方法、不同的配方制备得到墨水实施例15-17和对比例13-16，具体配方如表4所示。
将所得墨水在京瓷KJ4B-600DPI喷头上用专用波形文件和测试图片测试墨水性能，连续打印时间2h，打印前后测试条无断线、斜喷及白线等情况，测试完后关闭散喷待机3h，再次打印测试，测试条完好，最后打印机进行保湿处理后关闭电源，保持墨盒负压不滴墨，96h后开机打印测试条OK，清洗喷头时无堵孔斜喷现象，墨水性能优异。
表4实施例14-17和对比例13-16的墨水配方及性能结果
Figure BDA0001391621450000091
Figure BDA0001391621450000101

Claims (9)

1.一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，包括以下按重量比计的原料：
主体树脂10-20％，分散色浆30-40％，润湿表面活性剂0.05-2％，乳化润湿剂0.5-2.5％，
水溶性有机溶剂20-35％，杀菌剂0.1-0.3％，余量为去离子水；
所述的润湿表面活性剂为炔二醇乙氧基类表面活性剂和聚醚改性聚硅氧烷类表面活性剂中的至少一种；所述乳化润湿剂为高分子分散润湿剂中的至少一种；
所述分散色浆包括以下按重量比计的原料：
分散颜料15-30％，分散剂5-30％，乳化分散剂1-10％，消泡剂0.05-0.2％，研磨树脂2-10％，
余量为去离子水；
所述分散剂为具有炔二醇结构共聚物，具有丙烯酸嵌段共聚物，具有聚氨酯嵌段共聚物和高分子非离子分散剂中的至少一种；所述研磨树脂是BASF Joncryl8052、Joncryl8055和Joncryl 1661中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述高分子分散润湿剂为聚氧乙烯醚润湿剂。
3.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述主体树脂是丙烯酸树脂和苯丙树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述的水溶性有机溶剂包括1，5-戊二醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、丙三醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述分散颜料选自PBK1、PBK7、PB15、PB15:1、PB15:3、PB15:4、PB15:5、PB15:6、PB16、PV19、PR122、PR202、PR209、PR254、PR282、PY74、PY111、PY128、PY150、PY151、PY155、PY181、P.O 34、P.G 7和PV23中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述消泡剂为改性硅氧烷消泡剂和炔二醇类消泡剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述乳化润湿剂为改性脂肪醇聚氧乙烯醚类和高分子嵌段聚合物中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种纳米水性颜料喷墨墨水，其特征在于，所述纳米水性颜料喷墨墨水还包括pH调节剂、螯合剂中的至少一种。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的纳米水性颜料喷墨墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备色浆：将分散颜料、分散剂、乳化分散剂、消泡剂、研磨树脂和去离子水进行分散、研磨，制成纳米级分散色浆；
(2)墨水配制：开启搅拌机，加入去离子水，边搅拌边加入水溶性有机溶剂、润湿表面活性剂、乳化润湿剂及其他助剂，搅拌至完全溶解后，添加主体树脂，搅拌均匀后，加入(1)所得纳米级分散色浆继续搅拌混匀；所述其他助剂包括杀菌剂，任选地还包括pH调节剂、螯合剂中的至少一种；
(3)陈化与过滤：墨水配制完成后进行陈化，过滤、除泡，即得最终产物。
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