CN110204954A - 用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂 - Google Patents
用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,将树脂与分散剂、分散溶剂、改质剂、稳定剂低速搅匀,再依次加入颜料和填充物,高速搅拌均匀,得到分散好的物料;所述树脂为饱和聚酯;所述填充物为无机微粉;将分散好的物料研磨,得到主剂。符合300℃*60分钟的极高物性要求,而且本产品不含有有机硅助剂,碳带打印这一物性提升明显,由目前的0.08mm线宽上升到0.03mm线宽,而且本产品粘度适中,高固含低粘度,充分实现环保VOC排放标准问题。
Description
技术领域
本发明属于油墨技术领域,具体涉及用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,适合300℃持续耐黄变细线打印标签。
背景技术
聚酰亚胺薄膜(PolyimideFilm)是世界上性能最好的薄膜类绝缘材料,由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在强极性溶剂中经缩聚并流延成膜再经亚胺化而成。呈黄色透明,相对密度1.39~1.45,聚酰亚胺薄膜具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性,能在-269℃~280℃的温度范围内长期使用,短时可达到400℃的高温。玻璃化温度分别为 280℃(Upilex R)、385℃(Kapton)和500℃以上(Upilex S)。20℃时拉伸强度为 200MPa,200℃时大于100MPa。特别适宜用作柔性印制电路板基材和各种耐高温电机电器绝缘材料。由于PI膜的耐高温等物理性能的优势,使其能广泛应用于各个行业,其中打印条码标签是最为显著的应用。
PI基材用标签油墨是在PI薄膜上进行涂层,要求耐高温、碳带打印和高附着力。现在国内外PI标签油墨种类较杂,但其中高物性性能的油墨都是进口居多,进口的油墨单价较高,相应的油墨使用成本提高也较高,交货周期较长,尤其是现有油墨的耐高温黄变物性差,在300℃的高温下,黄变情况较为严重, 0.03mm细线打印不清晰。
发明内容
本发明公开的用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂与固化剂、稀释剂混合,可以得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨,可以持续300℃耐黄变,具有优异的附着力以及耐高温黄变性能,解决了现有PI标签油墨附着力低的问题,尤其解决了现有标签油墨耐高温黄变性能差的问题,特别是可以将碳带打印线宽由 0.08mm上升至0.03mm。
本发明采用如下技术方案:
用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其制备方法包括以下步骤:
(1)将树脂与分散剂、分散溶剂、改质剂、稳定剂低速搅匀,再依次加入颜料和填充物,高速搅拌均匀,得到分散好的物料;所述树脂为饱和聚酯;所述填充物为无机微粉;
(2)将分散好的物料研磨,得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂。
本发明公开的用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂与固化剂、稀释剂混合,可以得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨,固化剂为聚酯固化剂,比如固化剂为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲(HDI)和/或六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等常规固化剂;稀释剂为乙酸乙酯、PMA、丁酮、异佛尔酮中的一种或几种,主剂与固化剂、稀释剂的质量比可以为100∶(5~10)∶(10~30),也可以调整。
本发明中,低速搅匀的转速为600~800rpm,时间为10min;高速搅拌均匀的转速为1200~1500rpm,时间为30min;低速搅拌能够控制油墨分散过程中摩擦产生的温度,有效控制油墨前期、中期、后期粘度成线性变化,有助于控制油墨砂磨过程中的流速、气压等设备参数,以达到控制油墨细度、溶剂挥发等过程;高速充分分散可以使颜填料与树脂形成有效的润湿效果,使得体系的稳定性能大大提高,并使颜填料充分地展色。
本发明中,研磨在三辊机或者砂磨机上进行,研磨的次数4~7次。本发明无需采用超级分散剂同时配合改进的高效砂磨机,利用配方设计与搅拌工艺可以充分提高颜填料与树脂之间的包裹性、润湿性,使油墨整体粒径达到500~ 600nm,涂装时表面平滑提高吸墨量,用简单的工艺即可达到现有技术复杂特殊分散手段的技术效果。
优选的,步骤(2)中,将分散好的物料研磨,然后加入分散溶剂,低速分散均匀,得到主剂;进一步优选的,低速分散均匀的转速为600~800rpm,时间为10min;优选主剂的固含量为60%~70%,高固含量以及低粘度可以大大地提高施工效率,减少成本浪费。
本发明中,步骤(1)中,树脂、分散剂、颜料、填充物、改质剂、稳定剂的质量比为(40~90)∶(0.5~12)∶(5~50)∶(5~15)∶(1~8)∶(1~ 8)。本发明不含任何消光粉,通过树脂与填料之间的比例、颜料与填料的搭配关系,利用填料与整个体系的协同作用来达到消光的目的。本发明采用颜料与填料互相搭配使用,耐温性能优异,一方面能提高体系的耐高温黄变性能,另一方面可以极大地降低油墨的成本,加入填料能够起到增加涂层表面张力的作用,可以增强碳带打印的打印效果(提升至0.03mm线宽)。
本发明中,分散剂为脂肪族酰胺、聚酯中的一种或两种;分散溶剂为乙酸乙酯、PMA、丁酮中的一种或几种;改质剂为丙烯酸改性聚酯;稳定剂为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺、烷基吩噻嗪中的一种或几种;颜料为钛白粉、炭黑、彩色颜料中的一种或几种;无机微粉的粒径为5000目~3000目;无机微粉为滑石粉微粉、硫酸钡微粉、活性碳酸钙中的一种或几种,优选无机微粉为5000目滑石粉微粉、5000目硫酸钡微粉、3000 目活性碳酸钙中的一种或几种;本发明各组分配合使得树脂特性发生变化起到柔韧性和耐高温兼得的问题。
优选的,当颜料为钛白粉时,树脂、分散剂、颜料、填充物、改质剂、稳定剂的质量比为(50~80)∶(0.5~3)∶(25~40)∶(5~15)∶(2~4)∶ (1~3);当颜料为炭黑时,树脂、分散剂、颜料、填充物、改质剂、稳定剂的质量比为(50~80)∶(5~12)∶(5~15)∶(5~15)∶(0.5~1.5)∶(0.5~ 1.5);当颜料为彩色颜料时,树脂、分散剂、颜料、填充物、改质剂、稳定剂的质量比为(50~80)∶(3~9)∶(5~15)∶(5~15)∶(2~4)∶(1~ 3)。
优选的,饱和聚酯由支链型饱和聚酯树脂与直链型饱和聚酯树脂组成,比如韩国SK饱和聚酯树脂、日本TOYOBO饱和聚酯树脂、法国BOSTIK共聚酯树脂;进一步优选,支链型饱和聚酯树脂与直链(线)型饱和聚酯树脂的质量比为(1~ 3)∶(1~3)。本发明支链型树脂与直链型饱和聚酯树脂互相搭配,在与固化剂反应时,形成稳定的空间网状结构,形成有效的空间位阻,可以有效地阻止空气中的氧的侵蚀,结合树脂、无机微粉、颜料、助剂互相协同作用,形成良好的抗黄变性能,使整个体系的耐黄变(300℃*60分钟)性能能够符合要求,也能有效地增加涂层的表面张力,能显著地提升碳带打印的打印效果(0.03mm 线宽)。
优选的,饱和聚酯的平均Tg点在35~55℃,Tg点低了成膜产品收卷时易发生回黏造成不良,Tg点高了成膜物质太脆,不易附着;饱和聚酯树脂的平均分子量为30000~50000,低了成膜物质干燥速度较慢,分子量太高的树脂体系对颜料和填充物的润湿性能不佳。优选的,直链型饱和聚酯树脂的Tg点在15~ 35℃,平均分子量为30000~70000,支链型饱和聚酯树脂的Tg点在45~75℃,平均分子量为20000~40000;本发明选用支链型饱和聚酯树脂与直链型饱和聚酯树脂作为油墨主体树脂,采用特殊的固体聚酯树脂,在配方设计上采用高低 Tg树脂搭配配比设计,由其组成的体系可以满足300℃*60分钟耐温性能需求,以上搭配能够有效提高附着力、柔韧性、黄变性能、漆膜表面硬度。
目前华东市场的普通高温标签油墨需求量为每月20万平方米,大约需要油墨用量为4吨。现有油墨耐高温性能不佳、打印效果稳定性差。标签油墨的特殊性对其碳带打印性能要求极高,目前许多油墨的打印性能不佳,条形码无法清晰地热转印到油墨涂层,特别是由0.08mm线宽上升到0.03mm线宽,现有油墨涂层的碳带打印效果很难做到这一点;PI标签油墨的最主要难题就是油墨层和PI素材的附着力问题,PI膜材为新兴的高分子材料,其附着力问题的解决具有很高的难度,现有油墨在膜材上很大程度几乎无附着力;由于电子标签经常用于电路电气板等电气标签,其耐温性能要求很高,目前许多厂家生产的油墨在涂布后的成品无法耐高温,尤其是持续性300℃的高耐温性能要求,300℃*60 分钟的极高物性要求,现有油墨很少能达到这一物性要求。现有技术符合在PI 素材上附着好、耐300℃黄变佳、可打印的标签油墨几乎没有,难点在于整个油墨的体系协同性能,本发明对选材及配方设计进行限定,公开的PI标签油墨具有耐300℃黄变佳的同时显著提高碳带打印线宽由0.08至0.03mm,大大降低成本的同时解决了附着力、碳带打印性能和耐300℃*60分钟黄变等很多问题,一举打破了现有技术瓶颈。
与现有技术相比,本发明填补了市场300℃高温耐黄变性与0.03mm碳带打印同时满足的技术空白,能在几大性能兼得的同时大大节约制作成本,油墨制作方便快捷;本发明产品易于涂布,能有效解决和避免涂布的诸多缺陷,而且本产品使用溶剂较少,低VOC排放,对人体造成的伤害更少。
附图说明
图1为PI(聚酰亚胺)薄膜,未进行涂布的原膜;
图2为采用实施例一油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,未进行300℃/60min耐温测试;
图3为采用实施例一油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,已经进行300℃/60min耐温测试,δE<1.5
图4为全部采用支链型饱和聚酯树脂得到的油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,已经进行300℃/60min耐温测试,δE>2
图5为现有白色油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,已经进行300℃/60min耐温测试,δE>3
图6为采用实施例一油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,未进行300℃/60min耐温测试,选用斑马ZT410打印机、理光BXC110CR碳带,进行0.03线宽打印测试,二维码和条形码清晰度合格;
图7为采用现有白色油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,未进行300℃/60min耐温测试,选用斑马ZT410打印机、理光BXC110CR碳带,进行0.03线宽打印测试,二维码和条形码清晰度不合格,有断线现象。
具体实施方式
实施例一
按重量份,将35份SK饱和聚酯树脂(ES365分子量40000,Tg点在15~ 35℃)、20份TOYOBO饱和聚酯树脂(270分子量23000,Tg点在45~75℃)与 2份脂肪族酰胺类分散剂(Basf 0451)、3份分散溶剂乙酸乙酯、2份丙烯酸改性聚酯改质剂、2份二烷基二硫代磷酸锌稳定剂低速搅匀(700rpm*10min),再依次加入30份颜料钛白粉(R-706)和6份5000目滑石粉微粉填充物,高速分散均匀(1500rpm*30min),充分分散可以使颜填料与树脂形成有效的润湿效果,使得体系的稳定性能大大提高,并使颜填料充分地展色;然后将分散好的物料上三辊机研磨6遍,再补充乙酸乙酯至固含量70%(粘度为10000CPS),低速分散均匀(800rpm*10min)得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂。
按主剂∶固化剂(六亚甲基二异氰酸酯HDI)∶乙酸乙酯=100∶6∶10的质量比例开稀得到PI基材用300℃持续耐黄变细线打印标签油墨(白色)。
实施例二
按重量份,将40份BOSTIK饱和聚酯树脂(3350B分子量70000,Tg点在 15~35℃)、30份SK饱和聚酯树脂(ES120分子量28000,Tg点在45~75℃) 与8份聚酯类分散剂(优卡605)、1份分散溶剂乙酸乙酯、1份丙烯酸改性聚酯改质剂、1份二烷基二硫代氨基甲酸锌低速搅匀(600rpm*10min),再依次加入 10份颜料炭黑(MA-100)和10份填充物5000目硫酸钡微粉,高速分散均匀 (1200rpm*30min),充分分散可以使颜填料与树脂形成有效的润湿效果,使得体系的稳定性能大大提高,并使颜填料充分地展色;然后将分散好的物料上砂磨机研磨6遍,再补充乙酸乙酯至固含量60%(粘度为8000CPS),低速分散均匀(700rpm*10min)得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂。
按主剂∶固化剂(六亚甲基二异氰酸酯HDI)∶溶剂=100∶10∶10的比例开稀得到PI基材用300℃持续耐黄变细线打印标签油墨(黑色)。
实施例三
按重量份,将30份SK饱和聚酯树脂(ES320分子量33000,Tg点在15~ 35℃)、40份BOSTIK饱和聚酯树脂(2250B分子量35000,Tg点在45~75℃) 与5份脂肪族酰胺类(Basf0451)、3份分散溶剂丁酮、3份丙烯酸改性聚酯改质剂、2份稳定剂N-苯基-α-萘胺低速搅匀(600rpm*10min),再依次加入9份彩色颜料(Basf 7079)和8份填充物3000目碳酸钙微粉,高速分散均匀 (1300rpm*30min),充分分散可以使颜填料与树脂形成有效的润湿效果,使得体系的稳定性能大大提高,并使颜填料充分地展色;然后将分散好的物料上三辊机研磨6遍,再补充乙酸乙酯至固含量65%(粘度为9000CPS),低速分散均匀(600rpm*10min)得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂。
按主剂∶固化剂(六亚甲基二异氰酸酯HDI)∶溶剂=100∶8∶15的比例开稀得到PI基材用300℃持续耐黄变细线打印标签油墨(彩色)。
实施例四
按重量份,将30份SK饱和聚酯树脂(ES350分子量32000)、30份BOSTIK 饱和聚酯树脂(2250B分子量35000)与2份聚酯类(优卡605)、3份分散溶剂异佛尔酮、3份丙烯酸改性聚酯改质剂、2份稳定剂烷基吩噻嗪低速搅匀 (600rpm*10min),再依次加入25份白色颜料(Basf 7079)和5份5000目滑石粉微粉,高速分散均匀(1300rpm*30min),充分分散可以使颜填料与树脂形成有效的润湿效果,使得体系的稳定性能大大提高,并使颜填料充分地展色;然后将分散好的物料上三辊机研磨6遍,再补充乙酸乙酯至固含量65%(粘度为 9000CPS),低速分散均匀(600rpm*10min)得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂。
按主剂∶固化剂(六亚甲基二异氰酸酯HDI与六亚甲基二异氰酸酯缩二脲 HDI=1∶1质量比混合)∶溶剂=100∶8∶15的比例开稀得到PI基材用300℃持续耐黄变细线打印标签油墨(白色)。
性能测试:
将开稀好的油墨按照上述稀释比例配置好后,用分散机分散,设定分散转速900rpm分散30min,最后用400目滤布过滤,涂布粘度控制在2500map.s进行刮刀涂布,过程中控制涂布线速、温度设定底、高、底波段提高油墨流平性,在涂布过程中每12min搅拌墨槽防止油墨表面结皮导致不良、造成拉丝等不良现象;将标签油墨涂覆在PI基材上,然后于150℃烘烤3分钟,得到耐黄变PI 成品。
将成品进行性能检测,用碳带打印机Zebra105SL Plus和ZT410、理光碳带BXC110CR测试条形码打印性能、用马弗炉测试耐300℃高温性能、用百格胶3M600 测试附着力等性能物性,详见下表1。
表1性能测试指标
经过测试,本发明公开的PI基材用300℃持续耐黄变细线打印标签油墨各项结果都在标准之内,其中实施例的油墨附着力为5B(白色、黑色)、4B(彩色);色差值δE为1.4(白色)、0.8(黑色)、1.5(彩色);本产品与现有产品性能对比如下:
采用具有耐高温优势,可以很好地耐黄变性的高温体系有机硅树脂替换实施例一的饱和聚酯树脂,得到的油墨耐温性能较好,但成膜物质太脆导致附着力不佳(3B),而且由于有机硅树脂体系的树脂交联密度较高,碳带打印性能较差,不适合0.03mm线宽;采用热固型丙烯酸体系或者环氧改性的丙烯酸体系替换实施例一的饱和聚酯树脂,与氨基固化后得到的油墨都有很好的耐黄变性能但成膜物质太脆导致附着力不佳(2B);采用不饱和聚酯或者饱和聚酯与有机硅改性聚酯体系搭配使用替换实施例一的饱和聚酯树脂,得到的油墨改进柔韧性,但是耐300℃黄变性能不理想(色差值δE为3.2),树脂之间的相容性较差,而且有机硅树脂的表面张力较低,不适合涂层的碳带打印;采用二氧化硅微粉或者硅酸铝微粉替换实施例一的滑石粉微粉,得到的油墨耐300℃黄变性能不理想(色差值δE为2.6),碳带打印性能较差,不适合0.03mm线宽;当实施例一中,滑石粉微粉使用25份时,得到的油墨耐300℃黄变性能不理想(色差值δE 为2.2),碳带打印性能较差,外观存在少量杂质,如果实施例一不添加滑石粉微粉,得到的油墨耐300℃黄变性能不理想(色差值δE为2.8),300℃*60min用手揉成一团有少量掉漆现象;如果实施例一全部采用支链型饱和聚酯树脂,得到的油墨耐300℃黄变性能不理想(色差值δE为2.8),300℃*60min用手揉成一团有少量掉漆现象。
图1为PI(聚酰亚胺)薄膜,未进行涂布的原膜;图2为采用实施例一油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,未进行300℃/60min耐温测试;图 3为采用实施例一油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,已经进行 300℃/60min耐温测试,δE<1.5;图4为全部采用支链型饱和聚酯树脂得到的油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,已经进行300℃/60min耐温测试,δE>2;图5为现有白色油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min 烘干,已经进行300℃/60min耐温测试,δE>3;图6为采用实施例一油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,未进行300℃/60min耐温测试,选用斑马ZT410打印机、理光BXC110CR碳带,进行0.03线宽打印测试,二维码和条形码清晰度合格,断线率<2%;图7为采用现有白色油墨制备的干膜样片;已经经过150℃/3min烘干,未进行300℃/60min耐温测试,选用斑马ZT410打印机、理光BXC110CR碳带,进行0.03线宽打印测试,二维码和条形码清晰度不合格,有断线现象,断线率>5%。
本发明产品限定树脂和填充物等配方工艺解决了油墨层和PI素材的附着力问题,符合300℃*60分钟的极高物性要求,而且本产品不含有有机硅助剂,碳带打印这一物性提升明显,由目前的0.08mm线宽上升到0.03mm线宽,而且本产品粘度适中,高固含低粘度,充分实现环保VOC排放标准问题。本发明公开的用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂显著提高碳带打印线宽由0.08至0.03mm,采用国内采购物料大大降低成本的同时解决了附着力、碳带打印性能和耐 300℃*60分钟黄变等很多问题,取得意想不到的技术效果,可完美替代同等国外进口产品。经过以上方案得到PI基材用300℃持续耐黄变油墨目前市场推广客户反映各方面性能优秀,漆膜平滑、流平效果好、良率高,性价比极高综合成本对比现有技术可降低40%以上;有效降低了客户成本和被进口材料垄断的风险。
Claims (10)
1.用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂的制备方法包括以下步骤:
(1)将树脂与分散剂、分散溶剂、改质剂、稳定剂低速搅匀,再依次加入颜料和填充物,高速搅拌均匀,得到分散好的物料;所述树脂为饱和聚酯;所述填充物为无机微粉;
(2)将分散好的物料研磨,得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂。
2.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,低速搅匀的转速为600~800rpm,时间为10min;高速搅拌均匀的转速为1200~1500rpm,时间为30min。
3.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,步骤(2)中,将分散好的物料研磨,然后加入分散溶剂,低速分散均匀,得到用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂;研磨在三辊机或者砂磨机上进行,研磨的次数4~7次。
4.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂的固含量为60%~70%,粘度为8000~10000PCS。
5.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,步骤(1)中,树脂、分散剂、颜料、填充物、改质剂、稳定剂的质量比为(40~90)∶(0.5~12)∶(5~50)∶(5~15)∶(1~8)∶(1~8)。
6.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,分散剂为脂肪族酰胺、聚酯中的一种或两种;分散溶剂为乙酸乙酯、PMA、丁酮中的一种或几种;稀释剂为乙酸乙酯、PMA、丁酮、异佛尔酮中的一种或几种;改质剂为丙烯酸改性聚酯;稳定剂为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺、烷基吩噻嗪中的一种或几种;颜料为钛白粉、炭黑、彩色颜料中的一种或几种;无机微粉的粒径为5000目~3000目;无机微粉为滑石粉微粉、硫酸钡微粉、活性碳酸钙中的一种或几种;固化剂为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲和/或六亚甲基二异氰酸酯。
7.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,饱和聚酯由支链型饱和聚酯树脂与直链型饱和聚酯树脂组成。
8.根据权利要求7所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂,其特征在于,支链型饱和聚酯树脂与直链型饱和聚酯树脂的质量比为(1~3)∶(1~3);饱和聚酯的平均Tg点在35~55℃饱和聚酯树脂的平均分子量为30000~50000。
9.权利要求1所述用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂在制备PI打印标签油墨中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,将用于聚酰亚胺薄膜打印的油墨主剂与固化剂、稀释剂混合,得到PI打印标签油墨。
Priority Applications (1)
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