CN111253802A - 一种适用于工业头的无机颜料uv喷墨墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于工业头的无机颜料UV喷墨墨水及其制备方法，该墨水包括以下质量份的组分：基墨15份至30份，UV树脂10份至20份，光引发剂6份至15份，稀释单体30份至60份；基墨包括无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂，无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂的质量比为(50至70)：(5至15)：(10至30)：(3至10)。本发明的UV喷墨墨水打印质量好，耐候性良好，制备方法简单。

Description

一种适用于工业头的无机颜料UV喷墨墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机颜料喷墨墨水领域，具体涉及一种尤其适合室外建筑用且适用于工业头的耐候无机颜料UV喷墨墨水及其制备方法。

背景技术

目前建筑用的油墨大多为溶剂型油墨，例如喷墨陶瓷墨水，由于溶剂型油墨含有挥发性有机溶剂，陶瓷墨水在后续工艺中必须进行1000度高温烧结，才可以固化，能耗高，溶剂挥发造成环境污染，对油墨生产人员和印刷机操作人员的健康有不良影响。

UV喷墨墨水属于无溶剂型油墨，完全消除了溶剂油墨中的有毒有害物质，使用过程中无VOC排放，减少了对环境造成污染，改善了工作环境，并且减少了对资源的浪费，是一种“绿色”环保油墨。UV墨水环保安全，但UV喷墨墨水的印刷质量和耐候性有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种安全环保、印刷质量好的无机颜料UV喷墨墨水，本发明的第二目的是提供上述UV喷墨墨水的一种简单易行、成本较低的制备方法。

为实现本发明的第一目的，本发明提供了一种无机颜料UV喷墨墨水，其包括以下质量份的组分：基墨15份至30份，UV树脂10份至20份，光引发剂6份至15份，稀释单体30份至60份；基墨包括无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂，无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂的质量比为(50至70)：(5至15)：(10至30)：(3至10)。

本发明提供的无机颜料UV喷墨墨水采用由无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂等制成的基墨与UV树脂、光引发剂、稀释单体等混合而得，所得无机颜料UV喷墨墨水中各组分的分散性好，墨水的打印性能、耐候性能好。其中，无机颜料主要起显色作用。UV树脂在墨水中起到骨架的作用，能够分散和保护无机颜料，提高耐侯性，并且在机械搅拌和研磨时能够形成具有特定粘度的流体。分散剂能降低液体与固体之间的界面张力，增强无机颜料的亲液性，提高机械研磨效率，并且分散剂吸附在颜料表面上通过电荷作用和空间位阻效应能够防止无机颜料絮凝沉降，使墨水处于稳定状态，同时分散剂能降低油墨的表面张力，提高油墨对瓷砖等基材的润湿性和附着牢度。研磨树脂用于促进无机颜料的研磨分散。UV单体、稀释单体与UV树脂在印刷后能够形成均匀的薄层，干燥后形成有一定强度的膜层，对无机颜料起保护作用，使其难以脱落，使用方便。本发明采用稀释单体作为稀释剂，稀释单体参与UV固化反应，体系中不含有任何有机溶剂，能够减少对大气环境的污染，所得墨水安全、卫生、环保。

进一步的技术方案是，基墨为15至25份，UV树脂为10份至15份，光引发剂为10份至15份，稀释单体为40至60份；基墨中的无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂的质量比为(60至70)：(10至15)：(10至25)：(6至10)。各组分用量在上述范围内能够得到粘度和表面张力更为适宜的喷墨墨水，改善墨水的打印性能以及在基材上的浸润性，进一步减少飞墨、毛刺、难着色等打印缺陷。

进一步的技术方案是，UV树脂为丙烯酸类预聚物、丙烯酸酯类预聚物中的至少一种。具体地可以是丙烯酸、丙烯酸酯以及它们的衍生物、取代物中的一种或多种的预聚物。

进一步的技术方案是，光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮(光引发剂184)、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(光引发剂819)中的至少一种。

进一步的技术方案是，稀释单体为台湾长兴化工有限公司生产的活性稀释单体。进一步的技术方案是，稀释单体为1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)。该单体固化速度适宜，与UV树脂配合能够在印刷后快速固化，快速形成保护膜，并且该单体能够提高油墨在瓷砖等基材上的附着牢度。

进一步的技术方案是，研磨树脂为醛酮树脂。更进一步的技术方案是，研磨树脂为醛酮树脂，例如可以是迪高生产的醛酮树脂。醛酮树脂在促进无机颜料研磨分散的同时，对无机颜料的润湿性好，能够防止油墨的絮凝沉降。

进一步的技术方案是，UV单体为丙烯酸酯类UV固化单体。例如，UV单体可以采用与稀释单体同样的种类，例如1，6-己二醇二丙烯酸酯。UV单体对无机颜料的润湿性好，无机颜料在UV单体中具有良好的分散性。

进一步的技术方案是，分散剂为含无机颜料亲和基团的共聚物、含有表面活性剂与含无机颜料亲和基团的聚合物的混合物中的至少一种，表面活性剂包括聚硅氧烷-聚醚共聚物。优选两种分散剂同时使用，不同的分散剂对无机颜料的吸附作用不同，同时使用两种分散剂时具有增效作用，通过体系空间位阻作用防止无机颜料絮凝沉降，使分散体系更稳定。分散剂，特别是包含表面活性剂聚硅氧烷-聚醚共聚物的分散剂，能够降低油墨的表面张力，使其低于陶瓷等基材的表面张力，从而使油墨更好地铺展到陶瓷等基材上。更进一步的技术方案是，分散剂包括路博润24000、路博润20000、路博润36000、迪高685、迪高675中的至少一种。

进一步的技术方案是，UV树脂为聚氨酯丙烯酸酯预聚物。该UV树脂对无机颜料的润湿性较好。

进一步的技术方案是，无机颜料UV喷墨墨水还包括1份至5份的助剂，助剂包括表面活性剂、消泡剂、流平剂、助引发剂、紫外线吸收剂、防老化剂中的至少一种。更进一步的技术方案是，助剂为3份至5份，助剂包括表面活性剂、流平剂、助引发剂、紫外线吸收剂、防老化剂的混合物。助剂用于进一步提高墨水的打印性能、耐老化性能。

进一步的技术方案是，无机颜料UV喷墨墨水的粒径为0.15μm至0.2μm，粘度为18cps至30cps。本发明油墨具有良好的印刷适性，

进一步的的技术方案是，无机颜料包括钴蓝，钴蓝分散性好，耐候性好，透明度高。

为实现本发明的第二目的，本发明提供了一种无机颜料UV喷墨墨水的制备方法，其按照上述方案中的无机颜料UV喷墨墨水称取组分，并且包括以下步骤：步骤一：将无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂搅拌混合均匀，再研磨分散得到基墨；步骤二：将基墨、UV树脂、稀释单体、光引发剂搅拌混合均匀。

本发明的无机颜料UV喷墨墨水制备方法较为简单，便于生产，能够降低成本。本发明先将无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂搅拌研磨制备基墨，再将基墨与UV树脂、稀释单体、光引发剂等混合制备墨水，能够提高无机颜料等的分散性，获得所需粒径、粘度、表面张力的墨水，进而改善墨水的附着牢度、耐候性等性能。

进一步的技术方案是，在步骤一中，利用机械搅拌机进行搅拌，搅拌时间为20min至60min，搅拌速度为400r/min至600r/min；利用砂磨机进行研磨，研磨时间为30min至120min，研磨速度为1800r/min至1900r/min，研磨直到基墨的粒径小于或等于150nm。进一步的技术方案是，在步骤二中，利用机械搅拌机进行搅拌，搅拌时间为20min至60min，搅拌速度为400r/min至600r/min，搅拌后还包括检测步骤、过滤步骤、测试步骤、包装步骤中的至少一种。例如，步骤二搅拌将物料分散均匀后，将分散好的样品送入检验室，检测油墨的各项指标和性能，经检验合格后过滤、测试、包装。

进一步的技术方案是，在步骤一或步骤二的混合步骤前添加助剂，或者在步骤一的混合步骤前添加部分助剂并在步骤二的混合步骤前添加剩余助剂。例如，可以在步骤一的混合步骤前，添加消泡剂和润湿流平剂等助剂，再将该助剂与无机颜料、研磨树脂、UV单体、分散剂混合；又例如，可以在步骤二的混合步骤前，加入包含表面活性剂、流平剂、助引发剂、紫外线吸收剂和防老化剂等助剂，与基墨、UV树脂、光引发剂、稀释单体共同混合，从而进一步改善无机颜料UV喷墨墨水的分散性、耐候性和光固化性能等。

与现有技术相比，本发明能够取得以下有益效果：本发明的无机颜料UV喷墨墨水附着力好，固化速度快，流平性好，具有良好的印刷质量和印刷适性，用其印刷的产品耐候性好，采用胶带法测试附着牢度为93％至100％，印刷速度范围为50m/min至70m/min，且墨水的生产工艺简单，墨水储存稳定性好。同时，该油墨无毒，无害，环保，安全指标VOC检测符合国标GB/T26395-2011，重金属检测符合EN71-3，可满足安全卫生的标准。

本发明生产的纯无机颜料的UV喷墨墨水适用于数码喷墨印刷，可用于多种款式的工业头，适用于陶瓷、玻璃、金属、外墙以及多种其他的塑、无机基材，可替代溶剂型油墨用于户外建材等的底材喷印。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。在以下实施例中，物料的份数均按重量计；制备基墨时的机械搅拌速率控制在400r/min至600r/min之间，研磨速度控制在1800r/min至1900r/min之间；基墨与其他组分混合后搅拌速度控制在400r/min至600r/min之间；不同实施例所用的单体、光引发剂、分散剂种类相同。

实施例1

用天平秤取50份青颜料、15份醛酮树脂、20份单体、5份分散剂，将上述各组分倒入搅拌装置内，用机械搅拌机搅拌20min使之混合均匀，然后倒入砂磨机研磨腔内，用砂磨机研磨分散45min，测试其粒径，粒径小于等于150nm，停止研磨，得到基墨；将30份基墨、20份丙烯酸酯预聚物、10份光引发剂、30份稀释单体混合，用机械搅拌机搅拌60min使之混合均匀，检测油墨各项指标和性能，合格后过滤、包装，得到无机颜料UV喷墨墨水。

实施例2

用天平秤取60份无机颜料、10份醛酮树脂、22份单体、8份分散剂，将上述各组分倒入搅拌装置内，用机械搅拌机搅拌40min使之混合均匀，然后倒入砂磨机研磨腔内，用砂磨机研磨分散30min，测试其粒径，粒径小于等于150nm，停止研磨，得到基墨，若粒径大于150nm，继续研磨，直到粒径小于等于150nm；将25份基墨、10份丙烯酸树脂、12份光引发剂，5份助剂、48份单体混合，用机械搅拌机搅拌40min使之混合均匀，检测油墨各项指标和性能，合格后过滤、包装，得到无机颜料UV喷墨墨水。

实施例3

用天平秤取70份无机颜料、10份醛酮树脂、10份单体、10份分散剂，将上述各组分倒入搅拌装置内，用机械搅拌机搅拌50min使之混合均匀，然后倒入砂磨机研磨腔内，用砂磨机研磨分散30min，测试其粒径，粒径小于等于150nm，停止研磨，得到基墨，若粒径大于150nm，继续研磨，直到粒径小于等于150nm；将25份基墨、10份丙烯酸树脂、12份光引发剂，5份助剂、48份单体。用机械搅拌机搅拌40min使之混合均匀，检测油墨各项指标和性能，合格后过滤、包装，得到该无机颜料UV喷墨墨水。

实施例4

用天平秤取70份无机颜料、15份醛酮树脂、10份单体、10份分散剂，将上述各组分倒入搅拌装置内，用机械搅拌机搅拌50min使之混合均匀，然后倒入砂磨机研磨腔内，用砂磨机研磨分散30min，测试其粒径，粒径小于等于150nm，停止研磨，得到基墨，若粒径大于150nm，继续研磨，直到粒径小于等于150nm；将25份基墨、10份丙烯酸树脂、10份光引发剂，5份助剂、50份单体。用机械搅拌机搅拌40min使之混合均匀，检测油墨各项指标和性能，合格后过滤、包装，得到该无机颜料UV喷墨墨水。

将实施例1至4所得的无机颜料UV喷墨墨水在相同的试验条件下进行打印性能测试和储存稳定性测试，结果如下表1至表2所示。

表1无机颜料UV喷墨墨水打印性能测试结果

表2无机颜料UV喷墨墨水储存稳定性测试结果

由上可见，本发明实施例所制得无机颜料UV喷墨墨水具有适合喷墨打印的粘度、表面张力和粒径，打印流畅性好，在陶瓷表面等基材上的附着力高，具有良好的打印性能。储存七天后粘度、表面张力和粒径变化不大，储存稳定性佳。

采用不同颜色的无机颜料通过实施例1的方法制备不同颜色的UV喷墨墨水，所得UV喷墨墨水的储存稳定性如下表3所示。

表3不同颜色的UV喷墨墨水储存稳定性测试结果

由上可见，本发明的配方适用于制备含有不同颜色的无机颜料的墨水，从而获得不同的颜色墨水，墨水的粘度、表面张力和粒径满足喷墨打印要求，且储存稳定性佳。

将实施例2的墨水与市面某喷墨陶瓷墨水对比，两者在相同试验条件下进行打印效果测试和耐晒性测试，结果如下表4和表5所示。

其中，打印效果测试是将墨水在玻璃、陶瓷、金属上进行打印测试，测试结果中A表示图案清晰，无毛刺；B表示图案清晰有毛刺；C表示图案不清晰，有毛刺。

表4无机颜料UV喷墨墨水与喷墨陶瓷墨水的打印测试结果

打印测试结果	陶瓷	玻璃	金属
				无机颜料UV喷墨墨水	A	A	A
喷墨陶瓷墨水	A	A	B

耐晒性测试是将两款墨水喷墨分别打印在马口铁上，置于耐晒仪，再与标准的样卡和褪色表样进行比较评级，如采用GB1710-79的测定方法。具体地，将制备好的马口铁样板与“日晒牢度标准”样卡用膜厚卡纸遮盖一半，放置耐晒仪中，当晒至“蓝色标准”样卡中7级褪色时即为终点，拿出放置暗处30min，再进行比较评级，耐晒性等级1到8级中8级的耐晒性最好。

表5UV喷墨墨水与喷墨陶瓷墨水的耐晒性测试结果

由上可见，相比于市面上的喷墨陶瓷墨水，本发明的无机颜料UV喷墨墨水，打印效果好，耐候性好，能够在陶瓷、玻璃、金属、塑料等基材上打印，适用性广，且能够采用Led UV快速固化，无VOC排放，环保无污染。而目前市面上的喷墨陶瓷墨水适用陶瓷打印基材，需要高温烧结固化，且有大量的VOC排放，高能耗，高污染，局限较大。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于包括以下质量份的组分：

基墨15份至30份，

UV树脂10份至20份，

光引发剂6份至15份，

稀释单体30份至60份；

所述基墨包括无机颜料、研磨树脂、UV单体和分散剂，所述无机颜料、所述研磨树脂、所述UV单体和所述分散剂的质量比为(50至70)：(5至15)：(10至30)：(3至10)。

2.根据权利要求1所述的一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于：

所述基墨为15至25份，

所述UV树脂为10份至15份，

所述光引发剂为10份至15份，

所述稀释单体为40至60份；

所述基墨中的所述无机颜料、所述研磨树脂、所述UV单体和所述分散剂的质量比为(60至70)：(10至15)：(10至25)：(6至10)。

3.根据权利要求1所述的一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于：

所述UV树脂为丙烯酸类预聚物、丙烯酸酯类预聚物中的至少一种；

所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的至少一种；

所述稀释单体为1，6-己二醇二丙烯酸酯；

所述研磨树脂为醛酮树脂；

所述UV单体为丙烯酸类单体或丙烯酸酯类单体；

所述分散剂为含无机颜料亲和基团的共聚物、含有表面活性剂与含无机颜料亲和基团的聚合物的混合物中的至少一种；所述的表面活性剂包括聚硅氧烷-聚醚共聚物。

4.根据权利要求3所述的一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于：

所述UV树脂为聚氨酯丙烯酸酯预聚物；

所述稀释单体是台湾长兴化工有限公司生产的；

所述研磨树脂为水性醛酮树脂；

所述UV单体为1，6-己二醇二丙烯酸酯；

所述分散剂包括路博润24000、路博润20000、路博润36000、迪高685、迪高675中的至少一种。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于：

所述无机颜料UV喷墨墨水还包括1份至5份的助剂，所述助剂包括表面活性剂、消泡剂、流平剂、助引发剂、紫外线吸收剂、防老化剂中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于：

所述助剂为3份至5份，所述助剂包括表面活性剂、流平剂、助引发剂、紫外线吸收剂、防老化剂的混合物。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种无机颜料UV喷墨墨水，其特征在于：

所述无机颜料UV喷墨墨水的粒径为0.15μm至0.2μm，粘度为18cps至30cps。

8.一种无机颜料UV喷墨墨水的制备方法，其特征在于：

按照权利要求1至7任一项所述的一种无机颜料UV喷墨墨水称取组分，并且包括以下步骤：

步骤一：将所述无机颜料、所述研磨树脂、所述UV单体和所述分散剂搅拌混合均匀，再研磨分散得到基墨；

步骤二：将所述基墨、所述UV树脂、所述稀释单体、所述光引发剂搅拌混合均匀。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

在所述步骤一中，利用机械搅拌机进行搅拌，搅拌时间为20min至60min，搅拌速度为400r/min至600r/min；利用砂磨机进行研磨，研磨时间为30min至120min，研磨速度为1800r/min至1900r/min，研磨直到所述基墨的粒径小于或等于150nm；

在所述步骤二中，利用机械搅拌机进行搅拌，搅拌时间为20min至60min，搅拌速度为400r/min至600r/min；搅拌后还包括检测步骤、过滤步骤、测试步骤、包装步骤中的至少一种。

10.根据权利要求8或9任一项所述的制备方法，其特征在于：

在所述步骤一或所述步骤二的混合步骤前添加助剂，或者在所述步骤一的混合步骤前添加部分助剂并在所述步骤二的混合步骤前添加剩余助剂。