CN109852143A - 一种uv-led喷墨打印黑色字符墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于线路板用油墨技术领域，特别涉及一种UV‑LED喷墨打印黑色字符墨水及其制备方法。本发明的UV‑LED喷墨打印黑色字符墨水，包括按重量百分比计的以下组分：改性环氧树脂6‑12％；氨基树脂3‑6％；高官能度光固化树脂5‑15％；潜伏性阳离子热固化剂0.1‑1％；单体50‑70％；带环氧基团的丙烯酸单体5‑10％；纳米黑色浆5‑10％；自由基光引发剂5‑8％；助剂0.1‑5％；所述单体包括单官能团单体、双官能团单体、三官能团单体中的至少一种。本发明的UV‑LED喷墨打印黑色字符墨水固化速度快、粘度低、表面张力合适、综合性能优异；制备的工艺步骤简单，成本低、节能环保、生产效率高。

Description

一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水及其制备方法

技术领域

本发明属于线路板用油墨技术领域，特别涉及一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水及其制备方法。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board)是印刷线路板的简称。PCB在众多电子器件中扮演着十分重要的角色，是电子元器件的支撑体，同样也是电子元器件电器连接的载体。在PCB板的加工过程中，为了保证加工的精准度，一般需要在PCB板上印刷字符。

传统在PCB板上印刷字符一般采用丝网印刷的方式。然而，这种丝网印刷方式需要经过丝网印刷、曝光显影的步骤，具有工序多、操作繁琐、成本高等缺点，而且印刷效果差，印制的字符会出现字迹模糊、重影、清晰度不够、精细度差等缺陷，在显影步骤中，还会产生大量的工业废水，污染环境。因此，亟待需要改变传统PCB的印刷工艺。

喷墨打印技术是一种无接触、无压力、无印版的印刷方式，通过计算机将需要打印的文字或图案输入喷墨打印机，即可直接在印刷线路板的阻焊基材上实现印刷。喷墨打印技术结合UV-LED固化，具有节约油墨、步骤简单、成本低、高清晰度、高精细度的优点，可实现无废水排放，比传统的丝网印刷工艺更为节能环保。

喷墨技术结合UV-LED固化具有明显的优势，所用的UV-LED喷墨打印墨水与丝网印刷所用的油墨相比，要求具有更高的性能。首先，为了保证印刷效率，墨水需要具有高的固化速度；然后为了满足印刷效果，UV-LED喷墨打印墨水需要满足附着力强、耐高温抗黄变性、硬度高等要求；同时为了确保墨水能够从喷嘴上顺畅地喷出，墨水还需要具有良好的分散稳定性、小粒径和低粘度；为了墨滴在PCB板上不易扩散，墨水还需要具有一定的表面张力。然而，现有技术中，为了确保墨水的低粘度，需要用大量的活性单体稀释墨水，这样会使墨水的附着力、耐高温抗黄变性、硬度等性能下降，从而导致印刷效果下降。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水及其制备方法。本发明的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水固化速度快、粘度低、表面张力合适，同时附着力优异、耐高温抗黄变、硬度高、喷印性能优异。本发明的制备工艺步骤简单，成本低、节能环保、生产效率高。

本发明采用以下技术方案：

一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，包括按重量百分比计的以下组分：

所述单体包括单官能团单体、双官能团单体、三官能团单体中的至少一种。

优选地，所述改性环氧树脂为有机硅改性环氧树脂，在25℃下粘度为1000-2000cps，环氧当量为800-1000，具有耐热性，使油墨固化之后耐焊锡性良好。

优选地，所述高官能度光固化树脂的官能度为六以上，为六官能度聚酯丙烯酸酯、六官能度环氧丙烯酸酯、六官能度聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种。高官能度光固化树脂具有固化速度快、低粘度的优点，在自由基光固化阶段，高能度光固化树脂加快了固化速度，又提高了交联密度。

在阳离子热固化阶段，氨基树脂可作为树脂固化剂，使环氧树脂开环固化。

优选地，所述潜伏性阳离子热固化剂为铵封闭路易斯酸盐。潜伏性阳离子热固化剂在高温烘烤中生成阳离子活性种，在体系中引发阳离子热固化反应，促进环氧基团开环聚合。

潜伏性阳离子热固化剂与环氧树脂、氨基树脂共同固化，提高了体系的固化程度和油墨的附着力，并且阻焊层线路板的阻焊基材上未反应的环氧树脂也会一同参与反应，进一步提高了与线路板的阻焊基材的结合力。

优选地，所述单官能团单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、双环戊烷基甲基丙烯酸酯中的至少一种；所述双官能团单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯中的至少一种；所述三官能团单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种。

优选地，所述带环氧基团的丙烯酸单体为甲基丙烯酸缩水甘油醚、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸酯、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。在自由基光固化阶段和阳离子热固化阶段，带环氧基团的丙烯酸单体可以起到桥联的作用，提高了交联密度。

优选地，所述自由基光引发剂为光引发剂907、光引发剂ITX、光引发剂369、光引发剂TPO中的至少一种。

优选地，所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂中的至少一种；所述分散剂为BYK111、BYK180、TEGO Dispers 655、TEGO Dispers 685中的至少一种；所述流平剂为BYK-307、BYK-354、BYK-361N、TEGO Glide 410、432、435、450中的至少一种；所述消泡剂为BYK085、BYK088、TEGO Airex 900、920、962中的至少一种。

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)将自由基光引发剂、潜伏性阳离子热固化剂、单体、带环氧基团的丙烯酸单体混合均匀，形成混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液与改性环氧树脂、氨基树脂、高官能度光固化树脂、纳米黑色浆、助剂混合均匀，再通过1微米滤膜进行过滤，得到黑色字符墨水。

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的使用方法，包括以下步骤：

(1)将所述UV-LED喷墨打印黑色字符墨水装入打印机中，喷印在线路板的阻焊基材上；

(2)将经过步骤(1)处理的线路板的阻焊基材在UV-LED灯下照射0.5-10秒进行光固化；

(3)将经过步骤(2)处理的线路板的阻焊基材在140-160℃下烘烤30-60分钟进行热固化。

本发明的有益效果：

(1)本发明有机硅改性环氧树脂-氨基树脂固化体系，在潜伏性阳离子热固化剂的促进作用下，可以有效提高体系的固化程度和墨水的附着力，使墨水具有耐高温抗黄变的优点，同时提高了墨水与线路板的阻焊基材的结合力；

(2)本发明所用的高官能度光固化树脂具有低粘度，既加快了光固化速度，增加了交联密度，又降低了墨水的粘度，提高了喷印性能；

(3)本发明采用自由基光固化和阳离子热固化双固化，有效地加深了黑色体系的固化程度，使墨水的附着力优异；

(4)本发明的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水适用于UV灯固化，尤其适用于波长为365nm、395nm的UV-LED灯，相比普通紫外光源，UV-LED灯具有节约能耗、寿命长、稳定性高等优点；本发明的制备工艺步骤简单，成本低、节能环保、生产效率高。

具体实施方式

下面通过具体的实施例详细说明本发明。

实施例1

一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，包括按重量百分比计的以下组分：

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)将光引发剂907、光引发剂TPO、铵封闭路易斯酸盐、甲基丙烯酸环己酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油醚混合均匀，形成混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液与有机硅改性环氧树脂、氨基树脂、六官能度聚酯丙烯酸酯、纳米黑色浆、BYK111、BYK-307、BYK085混合均匀，再通过1微米滤膜进行过滤，得到黑色字符墨水。

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的使用方法，包括以下步骤：

(1)将所述UV-LED喷墨打印黑色字符墨水装入打印机中，喷印在线路板的阻焊基材上；

(2)将经过步骤(1)处理的线路板的阻焊基材在UV-LED灯下照射5秒进行自由基光固化；

(3)将经过步骤(2)处理的线路板的阻焊基材在140℃下烘烤40分钟进行阳离子热固化。

实施例2

一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，包括按重量百分比计的以下组分：

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)将光引发剂369、光引发剂TPO、铵封闭路易斯酸盐、甲基丙烯酸环己酯、三丙二醇二丙烯酸酯、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸甲酯混合均匀，形成混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液与有机硅改性环氧树脂、氨基树脂、六官能度环氧丙烯酸酯、纳米黑色浆、TEGO Dispers 655、BYK-354、TEGO Airex 900混合均匀，再通过1微米滤膜进行过滤，得到黑色字符墨水。

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的使用方法，包括以下步骤：

(1)将所述UV-LED喷墨打印黑色字符墨水装入打印机中，喷印在线路板的阻焊基材上；

(2)将经过步骤(1)处理的线路板的阻焊基材在UV-LED灯下照射5秒进行光固化；

(3)将经过步骤(2)处理的线路板的阻焊基材在150℃下烘烤40分钟进行热固化。

实施例3

一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，包括按重量百分比计的以下组分：

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的制备方法，包括以下步骤：

(1)将光引发剂369、光引发剂TPO、铵封闭路易斯酸盐、三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸酯混合均匀，形成混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液与有机硅改性环氧树脂、氨基树脂、六官能度聚氨酯丙烯酸酯、纳米黑色浆、TEGO Dispers 685、TEGO Glide 410、TEGO Airex 920混合均匀，再通过1微米滤膜进行过滤，得到黑色字符墨水。

上述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的使用方法，包括以下步骤：

(1)将所述UV-LED喷墨打印黑色字符墨水装入打印机中，喷印在线路板的阻焊基材上；

(2)将经过步骤(1)处理的线路板的阻焊基材在UV-LED灯下照射8秒进行光固化；

(3)将经过步骤(2)处理的线路板的阻焊基材在160℃下烘烤30分钟进行热固化。

实验例1

实施例1-3得到的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的基本性质以及喷印固化在线路板的阻焊基材后的机械性能测试：

1.性能测试方法：

黏度测试：用BROOKFIELD DV-II+Pro旋转粘度计，在25℃条件下测试墨水粘度；

平均粒径：用Zeta电位分析仪测试色浆的纳米粒径分布；

表面张力：用表面张力仪测试墨水的表面张力；

附着力测试：高温固化后，将3M600#胶带黏贴于字符上，要求紧密且无气泡，快速拉起，观察字符脱落情况；

硬度测试：用4H铅笔硬度计对字符进行硬度测试，观察字符刮擦情况；

焊锡试验：在270-290℃下对印有字符的线路板进行10秒焊锡试验，试验三次，观察字符黄变情况，并再次进行3M600#胶带测试，观察字符脱落情况。

2.测试结果：

测试结果如表1所示。

表1实施例1-3的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的基本性质以及机械性能

性能	实施例1	实施例2	实施例3
				粘度(25℃)/cps	35.1	36.5	38.3
粒径	≤340	≤334	≤355
				表面张力/mN/m	25.1	26.4	26.5
附着力测试	无脱落	无脱落	无脱落
				硬度	≥4H	≥4H	≥4H
焊锡试验	无脱落，不黄变	无脱落，不黄变	无脱落，不黄变

由上表可知，实施例1-3得到的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水具有粘度低、粒径小、表面张力合适、附着力强的优点；喷印固化在线路板的阻焊基材后，固化速度快、字体清晰、精细度高、字符不易脱落和刮擦、具有耐高温抗黄变性。以上测试结果表明了本发明的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水综合性能优异，适用于UV-LED喷墨打印。

Claims (10)

1.一种UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，包括按重量百分比计的以下组分：

所述单体包括单官能团单体、双官能团单体、三官能团单体中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述改性环氧树脂为有机硅改性环氧树脂，在25℃下粘度为1000-2000cps，环氧当量为800-1000。

3.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述高官能度光固化树脂的官能度为六以上，为六官能度聚酯丙烯酸酯、六官能度环氧丙烯酸酯、六官能度聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述潜伏性阳离子热固化剂为铵封闭路易斯酸盐。

5.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述单官能团单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、双环戊烷基甲基丙烯酸酯中的至少一种；所述双官能团单体为1,6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯中的至少一种；所述三官能团单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述带环氧基团的丙烯酸单体为甲基丙烯酸缩水甘油醚、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸酯、3,4-环氧环己基甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述自由基光引发剂为光引发剂907、光引发剂ITX、光引发剂369、光引发剂TPO中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水，其特征在于，所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

9.权利要求1-8中任一项所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将自由基光引发剂、潜伏性阳离子热固化剂、单体、带环氧基团的丙烯酸单体混合均匀，形成混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液与改性环氧树脂、氨基树脂、高官能度光固化树脂、纳米黑色浆、助剂混合均匀，再通过1微米滤膜进行过滤，得到黑色字符墨水。

10.权利要求1-9中任一项所述的UV-LED喷墨打印黑色字符墨水的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将所述UV-LED喷墨打印黑色字符墨水装入打印机中，喷印在线路板的阻焊基材上；

(2)将经过步骤(1)处理的线路板的阻焊基材在UV-LED灯下照射0.5-10秒进行光固化；

(3)将经过步骤(2)处理的线路板的阻焊基材在140-160℃下烘烤30-60分钟进行热固化。