CN108059879A - 一种led-uv光源固化纳米喷墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED‑UV光源固化纳米喷墨及其制备方法，是UV喷墨打印机、印刷机的耗材，属于数字印刷领域，采用LED灯发射的固定波长的紫外光快速固化，无需加热，耗能仅为传统汞灯固化的10%，而传统汞灯固化耗能仅为加热固化的20%；快速固化，墨水受紫外光引发后内部发生交联固化，颜料在本发明中的分散细度D90≤100nm，而且经1个月的加速贮存稳定性试验而细度没有变化，使得本发明在实际应用中大大减少了堵塞打印机喷头的机率；对395nm波长的紫外光尤其敏感，低能量即可固化，同时具有优异的耐候性；对纸张、织物、塑料、木材、陶瓷、玻璃等底材均有优异的附着力，固化后韧性良好；气味低，25℃下粘度为10‑25cp，25℃下表面张力为20‑35mN/m，满足工业快速喷墨印刷应用。

Description

一种LED-UV光源固化纳米喷墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种使用LED-UV（发光二极管紫外光源）辐射固化的纳米级喷墨墨水及其制备方法，是UV喷墨打印机、印刷机的耗材，属于数字印刷领域。

背景技术

喷墨是印刷油墨的一种。因为不限制承印物的形状和尺寸并且可以电脑自动化控制，让印刷实现灵活定制、数字化，喷墨也是近年来市场需求增速最高的一种印刷油墨。

喷墨种类分为溶剂型、水性和无溶剂紫外光固化型三种，其中溶剂型喷墨技术成熟、性能优异，但最大的问题是含有大量挥发性有机溶剂，生产和应用过程中对大气造成严重污染；水性喷墨只含有极少量挥发性有机溶剂，甚至不含溶剂，环保但是性能差，容易黄变、褪色。

相对前两者，LED紫外光固化喷墨的优势是：安全环保，配方里不含挥发性有机溶剂，所含组分经反应交联后作为终品的一部分稳固保留下来；大大节省能量，采用LED灯发射的固定波长的紫外光快速固化，无需加热，耗能仅为传统汞灯固化的10%，而传统汞灯固化耗能仅为加热固化的20%；快速固化，短短几秒钟的紫外光照射就可以固化墨层，大幅度提高印刷效率；性能优异，墨水受紫外光引发后内部发生交联固化，所得墨层光泽高、丰满、耐磨、耐腐蚀、耐高温高湿等；使用固体颜料着色，色彩鲜艳、持久。

目前在我国已经有少数院校、研究机构和企业发力研究LED-UV光源固化喷墨，但是与国产LED-UV打印机蓬勃发展不同，LED-UV喷墨耗材主要还得依靠进口，真正能自主开发和生产优质的LED-UV光源固化喷墨的企业还很少。主要原因是国产LED-UV光源固化喷墨的颜料粒径太粗（普遍出厂粒径只控制在0.5μm以下，而日本进口的产品普遍出厂粒径控制在100nm以下），容易造成喷头堵塞；也正因颜料粒径太粗，国产LED-UV光源固化喷墨的展色性、遮盖力和耐候性等方面都远远不及进口产品。因此，如何研制出稳定的纳米级LED-UV光源固化喷墨，摆脱对进口产品的依赖，已经成为当前国内油墨和印刷领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种优于进口产品的纳米级LED-UV光源固化喷墨及其制备方法，该喷墨同时具有粘度低、附着力佳、固化反应快、韧性好、耐磨、耐候等优点。

为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案：

一种LED-UV光源固化纳米喷墨，按重量百分比计，包含以下组分：

预聚物 5%-30%

活性单体 40%-70%

醋酸丁酸纤维素 1%-5%

自由基紫外光引发剂 1%-10%

选择性紫外光吸收剂 0.001%-0.01%

超分散剂 0.5%-3%

颜料 0.5%-3%

润湿流平剂 0.2%-1%。

所述的预聚物为聚氨酯改性丙烯酸酯、环氧改性丙烯酸酯、不饱和聚酯中的至少一种。

所述的活性单体为四氢呋喃丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酰吗啉、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯中的至少一种。

所述的醋酸丁酸纤维素为Eastman CAB 381-0.1、Eastman CAB 551-0.01、Eastman CAB 551-0.2中的至少一种。

所述的自由基紫外光引发剂为2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、二苯甲酮、苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-（4-吗啉苄苯基）丁酮中的至少一种。

所述的选择性紫外光吸收剂为CHISORB UV-33、CHISORB 292中的至少一种。

所述的超分散剂为EFKA-4310、BYK-180、Borchi® Gen 0451、TEGO® Dispers710中的至少一种。

所述的颜料为原始粒径小于等于30nm的炭黑、原始粒径小于等于50nm的钛白粉、原始粒径小于50nm的有机黄颜料、原始粒径小于等于50nm的有机红颜料、原始粒径小于等于50nm的酞菁蓝颜料中的任意一种。

所述的润湿流平剂为迪高助剂的TEGO® Twin 4000、TEGO® Wet 270、TEGO®Wet 500、TEGO® Wet KL245中的至少一种。

本发明的另一目的在于提供一种LED-UV光源固化纳米喷墨的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

（1）在容器中加入40-60份活性单体；用盘式搅拌器以200-400转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入0.5-3份超分散剂，持续搅拌5-10分钟；缓慢加入0.5-3份颜料，将搅拌速度提高到1000-1500转/分钟，持续搅拌30-60分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.2-0.5升/分钟；将物料超声波震荡30-60分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡，直至颜料细度D50≤70nm、D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入5-20份活性单体、1-10份的自由基光引发剂和1-5份的醋酸丁酸纤维素，将混合物料加热至50℃-70℃，同时用搅拌器以200-400转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入5-30份预聚物、0.001-0.01份选择性紫外光吸收剂、0.2-1份润湿流平剂和步骤（1）得到的混合物料，持续以200-400转/分钟的速度搅拌10-30分钟；适当调整粘度、颜色后，用孔径为1μm滤布过滤，即得LED-UV光源固化纳米喷墨。

有益效果

采用上述技术方案和制备方法，本发明具有以下优点：

（1）颜料在本发明中的分散细度D90≤100nm，而且经1个月的加速贮存稳定性试验而细度没有变化，使得本发明在实际应用中大大减少了堵塞打印机喷头的机率，从而大大减少设备维修成本；

（2）通过独特的自由基紫外光引发剂和选择性紫外光吸收剂设计，本发明对395nm波长的紫外光尤其敏感，低能量即可固化，同时具有优异的耐候性；

（3）本发明对纸张、织物、塑料、木材、陶瓷、玻璃等底材均有优异的附着力，固化后韧性良好；

（4）本发明气味低，25℃下粘度为10-25cp，25℃下表面张力为20-35mN/m，满足工业快速喷墨印刷应用基本要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。本发明实施例中的配比均为以重量计。

实施例1：

（1）在容器中加入30份四氢呋喃丙烯酸酯、15份己二醇二丙烯酸酯、15份二缩三丙二醇二丙烯酸酯；用盘式搅拌器以300转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入1份超分散剂，持续搅拌5分钟；缓慢加入1份哥伦比亚炭黑Raven 1035，将搅拌速度提高到1200转/分钟，持续搅拌60分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.2升/分钟；将物料超声波震荡60分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡10遍，用马尔文粒径仪检测颜料细度D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入10份四氢呋喃丙烯酸酯、3份1-羟基环己基苯基甲酮、1份2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、1份苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和1份Eastman CAB 551-0.01，将混合物料加热至50℃，同时用搅拌器以300转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入10份聚氨酯改性丙烯酸酯、15份环氧改性丙烯酸酯、0.005份CHISORB UV-33、0.5份TEGO® Wet 270和步骤（1）得到的混合物料，持续以300转/分钟的速度搅拌20分钟；用孔径为1μm滤布过滤即可使用。

实施例2：

（1）在容器中加入30份四氢呋喃丙烯酸酯、15份己二醇二丙烯酸酯、15份二缩三丙二醇二丙烯酸酯；用盘式搅拌器以300转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入1份超分散剂，持续搅拌5分钟；缓慢加入20份金红石纳米钛白粉TTO-55D，将搅拌速度提高到1200转/分钟，持续搅拌30分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.4升/分钟；将物料超声波震荡30分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡4遍，用马尔文粒径仪检测颜料细度D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入10份四氢呋喃丙烯酸酯、3份1-羟基环己基苯基甲酮、1份2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、1份苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和1份Eastman CAB 551-0.01，将混合物料加热至50℃，同时用搅拌器以300转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入10份聚氨酯改性丙烯酸酯、15份环氧改性丙烯酸酯、0.005份CHISORB UV-33、0.5份TEGO® Wet 270和步骤（1）得到的混合物料，持续以300转/分钟的速度搅拌20分钟；用孔径为1μm滤布过滤即可使用。

实施例3：

（1）在容器中加入30份四氢呋喃丙烯酸酯、15份己二醇二丙烯酸酯、15份二缩三丙二醇二丙烯酸酯；用盘式搅拌器以300转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入1份超分散剂，持续搅拌5分钟；缓慢加入1份C.I.P.B 15:3酞菁蓝颜料，将搅拌速度提高到1200转/分钟，持续搅拌30分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.2升/分钟；将物料超声波震荡60分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡8遍，用马尔文粒径仪检测颜料细度D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入10份四氢呋喃丙烯酸酯、3份1-羟基环己基苯基甲酮、1份2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、1份苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和1份Eastman CAB 551-0.01，将混合物料加热至50℃，同时用搅拌器以300转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入10份聚氨酯改性丙烯酸酯、15份环氧改性丙烯酸酯、0.005份CHISORB UV-33、0.5份TEGO® Wet 270和步骤（1）得到的混合物料，持续以300转/分钟的速度搅拌20分钟；加入实例2所得的白色产品进行调色，调到与潘通色卡中的四色蓝一致，用孔径为1μm滤布过滤即可使用。

实施例4：

（1）在容器中加入30份四氢呋喃丙烯酸酯、15份己二醇二丙烯酸酯、15份二缩三丙二醇二丙烯酸酯；用盘式搅拌器以300转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入1份超分散剂，持续搅拌5分钟；缓慢加入1.5份C.I.P.R 122有机红颜料，将搅拌速度提高到1200转/分钟，持续搅拌30分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.4升/分钟；将物料超声波震荡30分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡8遍，用马尔文粒径仪检测颜料细度D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入10份四氢呋喃丙烯酸酯、3份1-羟基环己基苯基甲酮、1份2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、1份苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和1份Eastman CAB 381-0.1，将混合物料加热至50℃，同时用搅拌器以300转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入10份聚氨酯改性丙烯酸酯、15份环氧改性丙烯酸酯、0.005份CHISORB UV-33、0.5份TEGO® Wet 270和步骤（1）得到的混合物料，持续以300转/分钟的速度搅拌20分钟；加入实例2所得的白色产品进行调色，调到与潘通色卡中的四色洋红一致，用孔径为1μm滤布过滤即可使用。

实施例5：

（1）在容器中加入30份四氢呋喃丙烯酸酯、15份己二醇二丙烯酸酯、15份二缩三丙二醇二丙烯酸酯；用盘式搅拌器以300转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入1份超分散剂，持续搅拌5分钟；缓慢加入2份C.I.P.Y 17有机黄颜料，将搅拌速度提高到1200转/分钟，持续搅拌30分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.4升/分钟；将物料超声波震荡30分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡8遍，用马尔文粒径仪检测颜料细度D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入10份四氢呋喃丙烯酸酯、3份1-羟基环己基苯基甲酮、1份2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、1份苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦和1份Eastman CAB 381-0.1，将混合物料加热至50℃，同时用搅拌器以300转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入10份聚氨酯改性丙烯酸酯、15份环氧改性丙烯酸酯、0.005份CHISORB UV-33、0.5份TEGO® Wet 270和步骤（1）得到的混合物料，持续以300转/分钟的速度搅拌20分钟；用孔径为1μm滤布过滤即可使用。

上述实例1-5的物理性质检测结果如下：

上述实例1-5的应用性能检测结果如下：

上述检测结果显示，本发明不仅物理性质上满足快速喷墨印刷的应用，在性能上更是取得了巨大突破。与进口LED-UV光源固化喷墨相比，本发明的颜料细度达到同等水平，并且稳定性更佳；另外，本发明的耐磨性和耐候性也更佳优异，达到领先水平。

在本发明的其他实例中，可采用在本发明内容中列举的、不同于实施例1-5 的预聚物、活性单体、醋酸丁酸纤维素、自由基紫外光引发剂、选择性紫外光吸收剂、超分散剂、颜料和润湿流平剂，进行不同的搭配和组合，采用本发明的制备方法，均可获得本发明的性能和应用效果。

Claims (10)

1.一种LED-UV光源固化纳米喷墨，按重量百分比计，包含以下组分：

预聚物 5%-30%

活性单体 40%-70%

醋酸丁酸纤维素 1%-5%

自由基紫外光引发剂 1%-10%

选择性紫外光吸收剂 0.001%-0.01%

超分散剂 0.5%-3%

颜料 0.5%-3%

润湿流平剂 0.2%-1% 。

2.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的预聚物为聚氨酯改性丙烯酸酯、环氧改性丙烯酸酯、不饱和聚酯中的至少一种。

3.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的活性单体为四氢呋喃丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酰吗啉、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的醋酸丁酸纤维素为EastmanCAB 381-0.1、Eastman CAB 551-0.01、Eastman CAB 551-0.2中的至少一种。

5.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的自由基紫外光引发剂为2-羟基-甲基苯基丙烷-1-酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、二苯甲酮、苯基双( 2 ,4 ,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-（4-吗啉苄苯基）丁酮中的至少一种。

6.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的选择性紫外光吸收剂为CHISORB UV-33、CHISORB 292中的至少一种。

7.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的超分散剂为EFKA-4310、BYK-180、Borchi® Gen 0451、TEGO® Dispers 710中的至少一种。

8.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的颜料为原始粒径小于等于30nm的炭黑、原始粒径小于等于50nm的钛白粉、原始粒径小于50nm的有机黄颜料、原始粒径小于等于50nm的有机红颜料、原始粒径小于等于50nm的酞菁蓝颜料中的任意一种。

9.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨，所述的润湿流平剂为迪高助剂的TEGO® Twin 4000、TEGO® Wet 270、TEGO® Wet 500、TEGO® Wet KL245中的至少一种。

10.如权利要求1所述的LED-UV光源固化纳米喷墨的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

（1）在容器中加入40-60份活性单体；用盘式搅拌器以200-400转/分钟的速度搅动物料，在搅拌的同时加入0.5-3份超分散剂，持续搅拌5-10分钟；缓慢加入0.5-3份颜料，将搅拌速度提高到1000-1500转/分钟，持续搅拌30-60分钟；用配有小于0.5mm镐珠的涡轮式砂磨机将混合物料研磨一遍，流量保持在0.2-0.5升/分钟；将物料超声波震荡30-60分钟，然后再研磨一遍；反复研磨和超声波震荡，直至颜料细度D50≤70nm、D90≤100nm；

（2）在容器中依次加入5-20份活性单体、1-10份的自由基光引发剂和1-5份的醋酸丁酸纤维素，将混合物料加热至50℃-70℃，同时用搅拌器以200-400转/分钟的速度搅拌，直至自由基光引发剂和醋酸丁酸纤维素完全溶解；依次加入5-30份预聚物、0.001-0.01份选择性紫外光吸收剂、0.2-1份润湿流平剂和步骤（1）得到的混合物料，持续以200-400转/分钟的速度搅拌10-30分钟；适当调整粘度、颜色后，用孔径为1μm滤布过滤，即得LED-UV光源固化纳米喷墨。