CN111393907B - 一种可调控墨滴末尾状态的uv喷墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于打印耗材领域,公开了一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨,主要由以下原料制得:单体、丙烯酸酯低聚物、光引发剂、分散剂和颜料;所述单体为丙烯酸酯和/或丙烯酸;所述单体和所述丙烯酸酯低聚物满足以下条件:(1)所述单体的Mu值<4;(2)所述丙烯酸酯低聚物的Mu值<4;(3)所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4‑8;其中:Mu=25℃下黏度值的算术平方根×物质占原料总质量百分比。本发明所述UV喷墨,可以使高分子量的低聚物与单体相容性好;喷墨时无拖尾、卫星点,同时不会出现喷头断线、斜喷或不出墨,打印时墨滴尺寸和速度均精确稳定。

Description

一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨及其制备方法
技术领域
本发明属于打印耗材领域,具体涉及一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨及其制备方法。
背景技术
UV喷墨是一种不含挥发性有机溶剂,不需要干燥,即喷即干的环保节能喷墨。其广泛运用在广告牌、文宣、招牌、墙纸、车贴、包装、纸箱等需要高精度图文的地方。另外,UV喷墨的数字印刷能力,可以达到按需打印,容易进行客制化设计及美化,而且输出效果可媲美写真图像,是传统印刷无法达到的。为了达到高精度的图像输出,墨滴的尺寸需要被精确地控制,包括墨滴的喷射速度、墨滴的外观及大小等。而这些参数受到墨水的黏度、表面张力、密度、温度等物性所决定。根据瑞利-泰勒不稳定性的流体力学模拟,墨滴墨尾的长度与断裂等特性,与无因次参数雷诺数(Re)与韦伯数(We)等息息相关。雷诺数(Re)低,墨水粘度过高,可能导致墨滴喷射速度变慢,甚至不出墨。反之,雷诺数(Re)高,黏度太低,墨水内聚力不足,容易破裂飞墨。韦伯数低,墨水表面张力太高,墨水不易喷出,墨尾容易断裂。韦伯数高,表面张力太低,墨水易从喷孔溢墨。
传统墨水常采用低聚物或树脂来调整墨水黏度。尤其是使用高分子量的低聚物或树脂,可以快速增加墨水黏度,达到墨滴几乎不托尾,也无卫星点,外观近似球体的完美墨滴,但此种做法潜藏致命的问题。原因在于高分子量的低聚物与单体溶剂的相容性一般较差,在毛细管的喷头通道内流动,容易吸附在通道管壁,进而造成墨水局部增浓而变黏。常见的现象,使用高分子量的低聚物或树脂的墨水,在长时间打印后会有断墨或斜喷,或是喷头静置后不出墨等问题。
因此,希望提供有一种UV喷墨,喷墨时无拖尾、卫星点,同时不会造成喷头断线、斜喷或不出墨。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨,喷墨时无拖尾、卫星点,同时不会造成喷头断线、斜喷或不出墨,打印时墨滴尺寸和速度均精确稳定。
一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨,主要由以下原料制得:单体、丙烯酸酯低聚物、光引发剂、分散剂和颜料;所述单体为丙烯酸酯和/或丙烯酸;所述单体和所述丙烯酸酯低聚物满足以下条件:
(1)所述单体的Mu值<4;
(2)所述丙烯酸酯低聚物的Mu值<4;
(3)所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4-8;
其中:Mu值=25℃下黏度值的算术平方根×物质占原料总质量百分比。
当高黏度的单体和丙烯酸酯低聚物的添加量过高时,墨水易吸附在喷头通道,导致断线或不出墨。通过对单体、丙烯酸酯低聚物的黏度和添加量的控制,在单体与丙烯酸酯低聚物的Mu值<4,墨水配方中单体的Mu值与丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4-8时,可以使高分子量的丙烯酸酯低聚物与单体相容性好,制得的墨水在毛细管的喷头通道内顺畅地流动,不会吸附在通道管壁,造成墨水局部增浓或变黏。
优选的,所述单体的Mu值<3.5;进一步优选的,所述单体的Mu值<3。
优选的,所述丙烯酸酯低聚物的Mu值<3.5;进一步优选的,所述丙烯酸酯低聚物的Mu值<3。
优选的,所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4.2-7.5;进一步优选的,所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4.3-7.3。
优选的,所述单体在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比(Vr)为(1.9-4):1;进一步优选的,所述单体在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比(Vr)为(1.9-3.5):1;更优选的,所述单体在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比(Vr)为(2-3):1。所述单体在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比超过4时,则室温25℃下黏度太高或喷头工作温度45℃下黏度太低,室温25℃下黏度太高不利打印供墨,而喷头工作温度45℃下黏度太低导致墨滴破裂。通过控制其在室温与喷头加热温度下的黏度比为(1.9-4):1,打印顺畅,出墨顺利,且墨滴近似球体。
所述单体包括但不限于环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、乙氧化壬基苯酚丙烯酸酯、聚(丙二醇)4-壬基苯醚丙烯酸、1,6-己二醇乙氧酸二丙烯酸酯、新戊二醇聚甲基环氧乙烷二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二缩三乙二醇二丙烯酸酯、双酚A乙氧酸二丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙氧杂酸三丙烯酸、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯或双季戊四醇五丙烯酸酯等中的一种或多种。
优选的,所述丙烯酸酯低聚物在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比(Vr)为(2-10):1;进一步优选的,所述丙烯酸酯低聚物在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比(Vr)为(3-8):1;更优选的,所述丙烯酸酯低聚物在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比(Vr)为(4-6):1。当丙烯酸酯低聚物黏度比超过10:1,25℃下黏度太高或喷头温度45℃下工作黏度太低,25℃下黏度高不利打印供墨,45℃下工作黏度太低导致墨滴破裂。当黏度比为(2-10):1时,其打印顺畅,出墨顺利,且墨滴近似球体,不会出现破墨。
所述丙烯酸酯低聚物包括但不限于聚氨酯丙烯酸酯低聚物、聚酯丙烯酸酯低聚物、聚醚丙烯酸酯低聚物或环氧丙烯酸酯低聚物等中的一种或多种。
所述光引发剂包括酰基氧化膦类、α-氨基酮类、硫杂蒽酮类,如双(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、羟基环已基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1,1'-(亚甲基二-4,1-亚苯基)双[2-羟基-2-甲基-1-丙酮]、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮、2-(4-甲基芐基)-2-(二甲基氨基)-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮、2,4-二乙基噻唑酮或2-异丙基硫杂蒽酮。所述光引发剂用来吸收UV紫外光分解成自由基,进行引发单体及低聚物聚合。
所述助分散剂包括路博润的助分散剂Solsperse 5000/22000。其用途在于辅助分散剂,协助分散剂吸附到颜料表面,提升分散稳定性。
所述分散剂包括毕克化学DisperBYK-168/9150/9151/9152/2100/2200/2205、路博润的Solsperse 24000/32000/32500/36000/39000、巴斯夫的EFKA 4310/4320/4330/4030/4701或赢创的Dispers 710/685/655。
所述颜料包括红色颜料PV19、PR122、PR146、PR254或PR269中的一种或多种;黄色颜料包括PY12、PY17、PY74、PY138、PY150、PY151、PY155、PY168、PY180、PY183、PY185或PY194中的一种或多种;蓝色颜料包括PB15:1、PB15:2、PB15:3或PB15:4中的一种或多种;黑色颜料包括碳黑。
所述UV喷墨的原料还包括稀释剂和助剂。
优选的,所述稀释剂为四氢糠基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸苄酯、丙烯酸异冰片酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基环己基丙烯酸酯、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯或二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
优选的,所述稀释剂的黏度<10cp;进一步优选的,所述稀释剂的黏度<8cp;更优选的,所述稀释剂的黏度<5cp。稀释剂用来调整墨水黏度,采用黏度<10cp的稀释剂调整墨水,在喷头操作温度为45℃时,墨水黏度为10-12cp,利于打印。
所述助剂包括润湿剂、稳定剂和助分散剂。
优选的,所述润湿剂包括巴斯夫EKFA 3000系列、毕克化学BYK 371/377/378/337/3500/3505/361或盈创Glide B1484/432;其用于降低墨水表面张力,增加墨水对基材的润湿性及流平。
优选的,所述稳定剂包括对苯二酚、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2-叔丁基对苯二酚、2,5-二叔丁基对苯二酚、对羟基苯甲醚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、对叔丁基邻苯二酚,以及RAHN的GENORAD 16/18/20/22/23或氰特的S100/110/210/130。其用于稳定单体,避免单体受到外部刺激过早产生聚合反应。
优选的,所述UV喷墨,以质量份计,主要由以下原料制得:
Figure BDA0002472796840000041
Figure BDA0002472796840000051
进一步优选的,所述UV喷墨,以质量份计,主要由以下原料制得:
Figure BDA0002472796840000052
一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨的制备方法,包括以下步骤:
(1)将所述单体、丙烯酸酯低聚物、光引发剂、分散剂和/或助剂、稀释剂混合,得预溶液;
(2)将所述颜料加入步骤(1)所述预溶液中,混合,得预分散液;
(3)将步骤(2)所述预分散液进行研磨,过滤,取滤液即为所述UV喷墨。
具体的,一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨的制备方法,包括以下步骤:
将稀释剂、单体、丙烯酸酯低聚物、光引发剂、助剂、搅拌至完全溶解,搅拌转速为1000rpm,搅拌时间4hr,得到预溶液;再将预溶液与颜料混合搅拌至颜料完全润湿,搅拌转速为1000rpm,搅拌时间8hr,得到预分散溶液;将预分散溶液导入砂磨机中,研磨转速2000rpm,使用0.4mm钇锆研磨珠,温度控制在20-40℃,研磨至粒径100-200nm,然后用1.0μm玻纤和0.45μm PP滤膜过滤,得到UV喷墨。
所述UV喷墨在打印领域的应用。
相对于现有技术,本发明的有益效果如下:
本发明所述可调控墨滴末尾状态的UV喷墨,采用Mu值<4的单体与丙烯酸酯低聚物,以及满足所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4-8的低聚物,可以使高分子量的低聚物与单体相容性好;喷墨时无拖尾、卫星点,同时不会出现喷头断线、斜喷或不出墨,打印时墨滴尺寸和速度均精确稳定。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案,现列举以下实施例进行说明。需要指出的是,以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明,均可从常规商业途径得到,或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
将稀释剂包括12.2份四氢糠基丙烯酸酯与5.0份N,N-二甲基丙烯酰胺;单体包括10.0份N-丙烯酰吗啉、15.0份环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、6.0份乙氧化壬基苯酚丙烯酸酯、3.0份乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、10.0份邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯;丙烯酸酯低聚物包括15.0份聚氨酯丙烯酸酯与5.0份环氧丙烯酸酯;光引发剂包括7.0份2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、3.0份2,4-二乙基噻唑酮;助剂包括0.5份BYK-337润湿剂、0.8份对羟基苯甲醚稳定剂;以及2.5份分散剂Solsperse24000搅拌至完全溶解,搅拌转速为1000rpm,搅拌时间4hr,得到预溶液;
将前述预溶液与5.0份红色颜料PR-122混合搅拌至颜料完全润湿,搅拌转速为1000rpm,搅拌时间8h,得到预分散溶液;再将上述预分散溶液导入砂磨机中,研磨转速2000rpm,使用0.4mm钇锆研磨珠,温度控制在20-40℃,研磨至粒径100-200nm,然后用1.0μm玻纤和0.45μm PP滤膜过滤,得到UV喷墨。
实施例2-6
实施例2-6的配方见表1,制备方法同实施例1。
对比例1-4
对比例1-4的配方见表1,制备方法同实施例1。
表1实施例1-6与比对例1-4的UV喷墨配方
Figure BDA0002472796840000061
Figure BDA0002472796840000071
Figure BDA0002472796840000081
表2单体和丙烯酸酯低聚物黏度比与Mu值
Figure BDA0002472796840000082
Figure BDA0002472796840000091
表2为单体和低聚物黏度比以及Mu值。
产品效果测试
墨水稳定性测试,采用美国JetXpert墨滴观测仪,进行墨滴观测。针对理光MH5420喷头,打印参数设定为点火频率10KHz,驱动电压17Volt,喷头操作温度45℃。理光MH5420喷头的建议规格:墨水黏度10-12cp,墨滴体积6-8pl,墨滴速度6-8m/s,拖尾长度小于0.4mm。利用墨滴观测仪的高速摄影观测及软件运算,可以得到墨滴的体积、墨滴速度、有无卫星点及拖尾长度等。样品的黏度分析,采用美国博勒飞(Brookfield)Wells锥板粘度计。稳定性采用墨水在喷头中长时间静置后,墨水是否会干头堵塞喷头。
表3墨水稳定性测试
Figure BDA0002472796840000092
Figure BDA0002472796840000101
如表3所示,相比于对比例1-2,墨水的Mu值总和大于8.0,导致喷头干头堵塞;对比例3,则是UV喷墨的Mu值总和小于4.0,墨水黏度比Vr小于1.9,导致墨滴拖尾及卫星点;对比例4中单体的Mu值大于4,也出现喷头干头堵塞。而采用实施例1-6配方所制得的UV喷墨,在墨水黏度、墨滴体积、墨滴速度、拖尾长度、卫星点、黏度比、Mu值及喷头干头等指标均满足规定要求,保持良好的性能和稳定性。

Claims (8)

1.一种可调控墨滴末尾状态的UV喷墨,其特征在于,由以下原料制得:单体、丙烯酸酯低聚物、光引发剂、分散剂、稀释剂、颜料和助剂;
所述单体选自环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、邻苯基苯氧乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、乙氧化壬基苯酚丙烯酸酯、聚(丙二醇)4-壬基苯醚丙烯酸、1,6-己二醇乙氧酸二丙烯酸酯、新戊二醇聚甲基环氧乙烷二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二缩三乙二醇二丙烯酸酯、双酚A乙氧酸二丙烯酸、聚乙二醇二丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙氧杂酸三丙烯酸、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯、二(三羟甲基丙烷)四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯或丙烯酸中的一种或多种;
所述单体和所述丙烯酸酯低聚物满足以下条件:
(1)所述单体的Mu值的总和<4;
(2)所述丙烯酸酯低聚物的Mu值的总和<4;
(3)所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4-8;
其中:Mu值=25℃下物质的黏度值的算术平方根×物质占原料总质量百分比;所述黏度值的单位为cp;
所述稀释剂在25℃下的黏度<10cp;
所述颜料包括红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料或黑色颜料。
2.根据权利要求1所述的UV喷墨,其特征在于,所述单体的Mu值的总和<3.5;所述丙烯酸酯低聚物的Mu值的总和<3.5。
3.根据权利要求1所述的UV喷墨,其特征在于,所述单体的Mu值与所述丙烯酸酯低聚物的Mu值之和为4.2-7.5。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的UV喷墨,其特征在于,所述单体在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比为(1.9-4):1。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的UV喷墨,其特征在于,所述丙烯酸酯低聚物在25℃下的黏度与在45℃下的黏度之比为(2-10):1。
6.根据权利要求1-3所述的UV喷墨,其特征在于,所述稀释剂为四氢糠基丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸苄酯、丙烯酸异冰片酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基环己基丙烯酸酯、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯或二丙二醇二丙烯酸酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1-3所述的UV喷墨,其特征在于,所述UV喷墨,以质量份计,由以下原料制得:
单体 20-50份
丙烯酸酯低聚物5-40份
光引发剂5-20份
稀释剂10-50份
分散剂2-20份
助剂0.1-10份
颜料 1-10份。
8.权利要求1-7中任一项所述的UV喷墨的制备方法,包括以下步骤:
(1)将所述单体、丙烯酸酯低聚物、光引发剂、分散剂和助剂、稀释剂混合,得预溶液;
(2)将所述颜料加入步骤(1)所述预溶液中,混合,得预分散液;
(3)将步骤(2)所述预分散液进行研磨,过滤,取滤液即为所述UV喷墨。
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