CN107652777A - 一种环保型水性纳米改性喷墨墨水及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型水性纳米改性喷墨墨水及其制备方法和应用，属于喷墨印刷技术领域，所述墨水由如下重量份的原料制成：水性树脂45‑70份、水性色浆15‑40份、润湿剂0.5‑3份、消泡剂0.1‑1份及去离子水10‑30份。本发明墨水的原料中VOCs含量极低，在生产过程中或使用过程中，对人体的危害小，对环境的污染也大大降低；同时本发明的喷墨墨水可以应用于铜版纸、牛皮纸、木材等吸收材料，也可以应用于PLA、ABS、PMMA、光敏树脂、陶瓷、不锈钢等非吸收性材料，应用领域广泛；另外利用本发明的喷墨墨水能够使印刷产品质量优良、色彩浓度高、色彩饱和度佳，光泽度高，在常温下固化即有良好的附着牢固度，耐刮伤、耐摩擦、耐候性强等优异性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保型水性纳米改性喷墨墨水及其制备方法和应用，属于喷墨印刷技术领域。
背景技术
目前3D打印制品的表面装潢着色常用的有两种技术，一种是3D彩色打印技术，即通过改变打印材料的颜色，直接打印成彩色制品。但这种技术存在的弊端是着色剂的加入会影响产品原有的强度和品质，且材料的性价比也随之大幅下降；另外一种技术是曲面移印，这种技术一般通过曲面丝网印刷、移印和成型物凸版胶印的方式实现，该技术存在的弊端是适用范围窄，仅适用于印刷简单、规则的曲面制品，对于空间不规则曲面不具备印刷能力，且一种墨水仅适用于一种或几种材料。目前制造3D打印制品的材料众多，其表面性能各异，墨水在多种材质上进行印刷无法满足色彩、打印精度、颜色牢度及适应性的要求。
现代曲面印刷技术，即采用立体喷墨的方式，为复杂、不规则结构的三维曲面产品个性化印刷提供了可能性。本发明针对应用于非吸收性打印材料(如聚乳酸、ABS、PMMA、光敏树脂、陶瓷、金属等硬质材料)的喷墨墨水仍需要添加大量的挥发性有机物的问题，提出一种环保型水性纳米改性喷墨墨水及其制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在VOCs含量低于50g/L且没有涂层的前提下，可保证墨水在3D曲面制品表面完成快速干燥，且墨层有极佳的色彩、附着牢度、光泽度、耐刮伤性、耐摩擦性等特性的喷墨墨水及其制备方法和应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种环保型水性纳米改性喷墨墨水，由如下重量份的原料制成：水性树脂45-70份、润湿剂0.5-3份、水性色浆15-40份、消泡剂0.1-1份及去离子水10-30份。
优选的，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸酯改性聚氨酯树脂中的至少一种；
进一步优选的，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂与水性丙烯酸树脂的组合物；
更进一步优选的，所述水性聚氨酯树脂为非离子型单组份芳香族水性聚氨酯，所述水性丙烯酸树脂为阴离子型水性丙烯酸树脂；
其中非离子型单组份芳香族水性聚氨酯是指聚氨酯聚合物主链中含有一种苯环结构的非离子型水性聚氨酯。
优选的，所述润湿剂为有机改性聚硅氧烷类表面活性剂、聚醚改性聚硅氧烷类表面活性剂、非离子乙氧基化炔二醇类表面活性剂中的至少一种。
其中，优选的，所述有机改性聚硅氧烷类表面活性剂为Surfynol 465，DynolTM960，DynolTM 980中的至少一种；
所述非离子乙氧基化炔二醇类表面活性剂为Dynol 604，Superwet-320/320E/340/360中的至少一种。
优选的，所述消泡剂为含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷类、聚硅氧烷类、基于炔二醇结构的非离子型有机分子类中的至少一种。
其中，所述含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷包括Airase 5500/5600，TEGO810/825/830/835，BYK 019/024/093中的至少一种；
所述基于炔二醇结构的非离子型有机分子包括AD01，Surfynol 104L，SurfynolMD-20，Surfynol DF-110D，Surfynol DF-110F中的至少一种。
优选的，所述水性色浆的颜料为酞菁蓝15:3、颜料红122、颜料黄155或碳黑7。
优选的，所述水性色浆中颜料含量为15wt％-30wt％，颜料粒径为100-150nm；
所述水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内。
本发明还提供了一种如前所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将水性树脂和水性色浆分别加至烧杯中，使用分散机边搅拌边向水性树脂和水性色浆中分别添加去离子水进行稀释；
(2)将水性色浆稀释液添加至水性树脂稀释液中，继续搅拌，加入消泡剂、润湿剂，得到喷墨打印墨水基墨；
(3)将所得基墨进行研磨后，震荡，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨墨水。
将本发明所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水应用于喷墨打印领域。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)由于本发明墨水的原料VOCs含量极低，因此，在生产过程中或使用过程中，对人体的危害小，对环境的污染也大大降低；
(2)本发明的喷墨墨水可以应用于铜版纸、牛皮纸、木材等吸收材料，也可以应用于PLA、ABS、PMMA、光敏树脂、陶瓷、不锈钢等非吸收性材料，应用领域广泛；
(3)本发明的喷墨墨水能够与陶瓷压电式喷头匹配，使印刷产品质量优良、色彩浓度高、色彩饱和度佳，光泽度高，在常温下固化即有良好的附着牢固度，耐刮伤、耐摩擦、耐候性强等优异性能。
具体实施方式
现结合实施例对本发明的技术方案及特点进一步详细的说明。应当理解，本实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。
实施例1 一种环保型水性纳米改性喷墨蓝色墨水
(1)将37.95g非离子型单组份芳香族水性聚氨酯、25.3g阴离子型水性丙烯酸树脂和20g水性色浆(含15wt％酞青蓝15:3，颜料粒径为100-150nm)分别加至烧杯中，开动搅拌装置，使用分散机边搅拌边分别添加去离子水5g进行稀释；
其中，所述非离子型单组份芳香族水性聚氨酯为E-200(帝斯曼化工)与PU300A(合肥华越新材料)按照质量比2:1混合而成；
所述阴离子型水性丙烯酸树脂为WBD-989(上海韦奇化工)；
(2)将30.3g阴离子型水性丙烯酸树脂稀释液缓慢添加至42.95g水性聚氨酯稀释液中，使搅拌装置以1500rpm的速度搅拌该树脂混合液，同时添加0.375g消泡剂，搅拌20min；
将所得25g水性色浆稀释液添加至73.25g水性树脂混合液中，继续搅拌，加入消泡剂0.375g、润湿剂1g，搅拌30min，使其混合均匀，得到喷墨打印墨水基墨；
(3)以玻璃珠为研磨介质加入到基墨中，将所得基墨进行研磨，使水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内，在震荡仪上震荡20min，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨蓝色墨水；
以上所述消泡剂为Airase 5600与Surfynol 104L(质量比为7:5)的混合剂，所述润湿剂为Superwet 340。
实施例2 一种环保型水性纳米改性喷墨红色墨水
(1)将30.9g非离子型单组份芳香族水性聚氨酯、30.9g阴离子型水性丙烯酸树脂和25g水性色浆(含20wt％颜料红122，颜料粒径为100-150nm)分别加至烧杯中，开动搅拌装置，使用分散机边搅拌边分别添加去离子水4g进行稀释；
其中，所述非离子型单组份芳香族水性聚氨酯为E-200(帝斯曼化工)；
所述阴离子型水性丙烯酸树脂为XK-98(帝斯曼化工)；
(2)将34.9g阴离子型水性丙烯酸树脂稀释液缓慢添加至34.9g水性聚氨酯稀释液中，使搅拌装置以1500rpm的速度搅拌该树脂混合液，同时添加0.3g消泡剂，搅拌20min；
将所得29g水性色浆稀释液添加至69.8g水性树脂混合液中，继续搅拌，加入消泡剂0.3g、润湿剂0.6g，搅拌30min，使其混合均匀，得到喷墨打印墨水基墨；
(3)以玻璃珠为研磨介质加入到基墨中，将所得基墨进行研磨，使水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内，在震荡仪上震荡20min，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨红色墨水；
以上所述消泡剂为Airase 5600与Surfynol 104L(质量比为1:1)的混合剂，所述润湿剂为Superwet 340与DynolTM 980(质量比为2:1)的混合剂。
实施例3 一种环保型水性纳米改性喷墨黄色墨水
(1)将42.7g非离子型单组份芳香族水性聚氨酯、25.1g阴离子型水性丙烯酸树脂和18g水性色浆(含25wt％颜料黄155，颜料粒径为100-150nm)分别加至烧杯中，开动搅拌装置，使用分散机边搅拌边分别添加去离子水6g进行稀释；
其中，所述非离子型单组份芳香族水性聚氨酯为PU825(宁柏迪)与E-200(帝斯曼化工)按照质量比1:2.5混合而成；
所述阴离子型水性丙烯酸树脂为WBD-989(上海韦奇化工)；
(2)将31.1g阴离子型水性丙烯酸树脂稀释液缓慢添加至48.7g水性聚氨酯稀释液中，使搅拌装置以1500rpm的速度搅拌该树脂混合液，同时添加0.5g消泡剂，搅拌20min；
将所得24g水性色浆稀释液添加至79.8g水性树脂混合液中，继续搅拌，加入消泡剂0.5g、润湿剂1.2g，搅拌30min，使其混合均匀，得到喷墨打印墨水基墨；
(3)以玻璃珠为研磨介质加入到基墨中，将所得基墨进行研磨，使水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内，在震荡仪上震荡20min，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨黄色墨水；
以上所述消泡剂为Airase 5600与MD-20(质量比为1:1)的混合剂，所述润湿剂为Superwet 340。
实施例4 一种环保型水性纳米改性喷墨黑色墨水
(1)将38.5g非离子型单组份芳香族水性聚氨酯、19.3g阴离子型水性丙烯酸树脂和30g水性色浆(含30wt％颜料黑7，颜料粒径为100-150nm)分别加至烧杯中，开动搅拌装置，使用分散机边搅拌边分别添加去离子水3.5g进行稀释；
其中，所述非离子型单组份芳香族水性聚氨酯为E-200(帝斯曼化工)与R-650(帝斯曼化工)按照质量比1:3混合而成；
所述阴离子型水性丙烯酸树脂为XK-98(帝斯曼化工)；
(2)将22.8g阴离子型水性丙烯酸树脂稀释液缓慢添加至42.0g水性聚氨酯稀释液中，使搅拌装置以1500rpm的速度搅拌该树脂混合液，同时添加0.4g消泡剂，搅拌20min；
将所得33.5g水性色浆稀释液添加至64.8g水性树脂混合液中，继续搅拌，加入消泡剂0.4g、润湿剂1.5g，搅拌30min，使其混合均匀，得到喷墨打印墨水基墨；
(3)以玻璃珠为研磨介质加入到基墨中，将所得基墨进行研磨，使水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内，在震荡仪上震荡20min，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨黑色墨水；
以上所述消泡剂为MD-20，所述润湿剂为Superwet 360。
实施例5 一种环保型水性纳米改性喷墨蓝色墨水
(1)将30.5g非离子型单组份芳香族水性聚氨酯、16g阴离子型水性丙烯酸树脂和水性色浆35.5g(含26wt％酞青蓝15:3，颜料粒径为100-150nm)分别加至烧杯中，使用分散机边搅拌边向水性树脂和水性色浆中分别添加去离子水7.5g进行稀释；
其中，所述非离子型单组份芳香族水性聚氨酯为E-200(帝斯曼化工)与R-650(帝斯曼化工)按照质量比1:1混合而成；
所述阴离子型水性丙烯酸树脂为XK-98(帝斯曼化工)；
(2)将43.0g水性色浆稀释液添加至54.0g水性树脂稀释液中，继续搅拌，加入消泡剂0.5g、润湿剂2.5g，搅拌30min，使其混合均匀，得到喷墨墨水基墨；
(3)将所得基墨进行研磨，使水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内，在震荡仪上震荡20min，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨蓝色墨水；
以上所述消泡剂为Airase 5600与MD-20(质量比为1:2)的混合剂，所述润湿剂为Superwet 340与Dynol 604(质量比为2:1)的混合剂。
实施例6油墨性质实验
用0号油墨丝棒将实施例1-5制备得到的环保型水性纳米改性喷墨墨水涂覆在不同的基材表面，测试其干燥速度、涂覆效果和附着牢度；用3D喷墨打印机在不同基材上进行喷涂。表1及表2分别为实施例1-5环保型水性纳米改性各性能参数和在不同基材上的性能测试，其中附着牢度的测试为喷涂时不添加任何固化装置，墨水干燥方式为常温干燥固化。
表1实施例1-5所得墨水性能参数
表2.实施例1-5所得墨水在不同基材上喷涂的基本性能
备注：附着牢度及耐划伤：0级表示最好，5级表示最差。
本发明的实施例内容揭露如上，然而本实施例并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，由如下重量份的原料制成：水性树脂45-70份、润湿剂0.5-3份、水性色浆15-40份、消泡剂0.1-1份及去离子水10-30份。
2.如权利要求1所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸酯改性聚氨酯树脂中的至少一种；
优选的，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂与水性丙烯酸树脂的组合物；
优选的，所述水性聚氨酯树脂为单组份芳香族非离子型水性聚氨酯，所述水性丙烯酸树脂为阴离子型水性丙烯酸树脂。
3.如权利要求1所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述润湿剂为有机改性聚硅氧烷类表面活性剂、聚醚改性聚硅氧烷类表面活性剂、非离子乙氧基化炔二醇类表面活性剂中的至少一种。
4.如权利要求3所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述有机改性聚硅氧烷类表面活性剂为Surfynol 465，DynolTM 960，DynolTM 980中的至少一种；
所述非离子乙氧基化炔二醇类表面活性剂为Dynol 604，Superwet-320/320E/340/360中的至少一种。
5.如权利要求1所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述消泡剂为含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷类、聚硅氧烷类、基于炔二醇结构的非离子型有机分子类中的至少一种。
6.如权利要求5所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述含气相二氧化硅的聚醚硅氧烷包括Airase 5500/5600，TEGO 810/825/830/835，BYK 019/024/093中的至少一种；
所述基于炔二醇结构的非离子型有机分子包括AD01，Surfynol MD-20，Surfynol DF-110D，Surfynol DF-110F中的至少一种。
7.如权利要求1所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述水性色浆的颜料为酞菁蓝15:3、颜料红122、颜料黄155或碳黑7。
8.如权利要求1所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水，其特征在于，所述水性色浆中颜料含量为15wt％-30wt％，颜料粒径为100-150nm；
所述水性树脂、润湿剂、消泡剂的粒径均在200nm以内。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水性树脂和水性色浆分别加至烧杯中，使用分散机边搅拌边向水性树脂和水性色浆中分别添加去离子水进行稀释；
(2)将水性色浆稀释液添加至水性树脂稀释液中，继续搅拌，加入消泡剂、润湿剂，得到喷墨打印墨水基墨；
(3)将所得基墨进行研磨后，震荡，过滤，所得滤液即为环保型水性纳米改性喷墨墨水。
10.权利要求1-8任一项所述的环保型水性纳米改性喷墨墨水在喷墨打印中的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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