CN111499824B - 一种用于uv喷墨、色浆的结构化的分散剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料领域，公开了一种用于UV喷墨、色浆的结构化的分散剂，主要由以下原料反应制得：单体A、单体B、扩链剂、封端剂、催化剂和溶剂；所述单体A为含有苯环结构的二异氰酸酯类单体；所述单体B为聚乙二醇，所述单体B的分子量为1000‑10000。所述分散剂分子同时具有亲颜料链段及溶剂化链段，且通过亲油扩链剂的加入，增加亲颜料链段的柔软度，促进亲颜料更紧密吸附在颜料表面，能够降低有机颜料表面能量，有效分散有机颜料；本发明制得的色浆稳定性好，使制得的UV喷墨不易出现颜料絮凝沉淀或反粗现象，UV喷墨的稳定性好，打印过程不易出现喷头堵塞、墨滴斜喷或断墨等现象。
Description
技术领域
本发明属于材料领域，特别涉及一种用于UV喷墨、色浆的结构化的分散剂及其制备方法。
背景技术
有机颜料色浆的用途广泛，例如涂料、油墨、喷墨墨水等。但始终存在色浆不稳定，容易分层或浮色的问题。原因是有机颜料不容易在溶剂中稳定分散，颜料容易析出聚集造成沉降。常见的有机颜料结构大多为偶氮类、酞菁类、蒽醌类、靛类、喹吖啶酮类、二恶嗪等多环类或芳甲烷类。这些颜料普遍存在亲油性的苯环或杂环结构，表面含有活性的胺基、酰胺基、羧酸基、酯基、羟基等。根据热力学定律可知，物质会自发性地趋向最低能量。因此，颜料会自发性聚集成大颗粒，以降低其表面能量。而大颗粒分子间吸引力强容易团聚，因此更加难分散开。为了避免颜料在溶液中团聚，往往会添加分散剂作为颜料与溶剂间的桥梁，使得颜料能够稳定分散在溶剂中。但目前的分散剂仍然无法很好的解决有机颜料聚集沉降的问题，对UV喷墨的适用性差。
因此，希望提供有一种分散能力强的用于UV喷墨、色浆的分散剂。
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，本发明提出一种用于UV喷墨、色浆的结构化的分散剂，能够降低有机颜料表面的能量，有效分散有机颜料。
一种用于UV喷墨、色浆的结构化的分散剂，主要由以下原料反应制得：单体A、单体B、扩链剂、封端剂、催化剂和溶剂；所述单体A为含有苯环结构的二异氰酸酯类单体；所述单体B为聚乙二醇，所述单体B的分子量为1000-10000。
优选的，所述单体A、单体B、扩链剂、封端剂、催化剂和溶剂的质量比为(3-40)：(20-60)：(2-30)：(1-10)：(0.01-1)：(10-50)；进一步优选的，所述单体A、单体B、扩链剂、封端剂、催化剂和溶剂的质量比为(5-25)：(20-60)：(4-20)：(1-10)：(0.02-1)：(25-50)。
优选的，所述单体A为二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基异氰酸酯或四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种；进一步优选的，所述单体A为二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或萘二异氰酸酯中的至少一种。采用含有苯环结构的二异氰酸酯类单体，形成分散剂中亲颜料链段，其具有与有机颜料结构类似的芳香环及氮基锚定结构，有利于提高所得结构化分散剂对有机颜料的吸附性，进而保证分散剂对色浆具有较好的吸附稳定性。
优选的，所述单体B的分子量为2000-8000。溶剂化链段单体的分子量越高，代表分子链长越长，形成的空间位阻越大，分散越稳定。但过长的链长容易造成分子缠绕，造成絮凝，导致分散不稳定而凝聚沉淀。经过研究发现当溶剂化链段单体的分子量为2000-8000时，制得的分散剂分散能力最强，效果最佳。
优选的，所述扩链剂为聚四氢呋喃二醇。所述扩链剂具有亲油性，作用在于增加分散剂中亲颜料链段的柔软度，亲颜料链段中芳香族链段为硬段，不易弯曲，增加扩链剂后，亲颜料链段更加柔软，能够更紧密的吸附到颜料表面。
优选的，所述扩链剂的分子量为100-800；进一步优选的，所述扩链剂的分子量为100-600。扩链剂重均分子量太大，会导致锚定基间隔太远，对色料颗粒吸附力变弱；分子量太小，锚定基间隔太近，无法有效吸附。
优选的，所述封端剂为醇、醇胺、咪唑、酚，如异丙醇、丁醇、二甲基乙醇胺、羟乙基咪唑、苯酚、丙基酚、丁基酚、壬基酚和辛基酚；进一步优选的，所述封端剂为丁醇、二甲基乙醇胺、丁基酚或辛基酚中的至少一种。封端剂的作用是将合成好的分散剂的末段反应基去活化，避免分散剂在储存或是使用过程中继续发生反应。
优选的，所述溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二甲基亚砜、环丁砜、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮或吡咯烷酮中的至少一种；进一步优选的，所述溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、二甲基亚砜、环丁砜或甲基吡咯烷酮中的至少一种。有机溶剂的作用在于溶解反应物及生成的聚合分散剂。
优选的，所述催化剂为有机锡、有机锌、有机钛或胺类化合物中的至少一种，如二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、二油酸二丁基锡、异辛酸锌、钛酸四丁酯、脂肪胺类化合物、脂环胺类化合物、芳香胺类化合物和醇胺类化合物；进一步优选的，所述催化剂为钛酸四丁酯、二醋酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡中的至少一种。催化剂的作用在于将二异氰酸酯类的亲颜料单体进行活化，使其能与其他单体产生聚合反应。
一种用于UV喷墨、色浆的结构化的分散剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)在保护气氛条件下，将所述单体B、所述扩链剂、所述催化剂和所述溶剂混合，预热，再加入所述单体A，进行聚合反应，得聚合产物料液；
(2)将所述封端剂加入所述聚合产物料液中，进行封端反应，即制得所述分散剂。
步骤(1)中所述保护气氛为本领域技术人员熟知的保护气体即可，如氮气。
优选的，步骤(1)中所述预热过程是将物料预热至60-80℃；将单体B、扩链剂、催化剂和溶剂混合后，先进行预热可以使聚合反应更稳定。
优选的，步骤(1)中所述聚合反应的温度为80-110℃；进一步优选的，步骤(1)中所述聚合反应的温度为90-110℃。在较高温度下进行聚合反应，能够加速残留单体反应，有利于降低残留单体量。
优选的，步骤(2)中所述封端反应的温度为80-100℃；进一步优选的，步骤(2)中所述封端反应的温度为80-90℃。
优选的，步骤(2)中所述封端反应的时间为60-120min；进一步优选的，步骤(2)中所述封端反应的时间为60-90min。
一种色浆，按质量份数计，包括以下组分：
有机颜料10-40份；
所述分散剂5-25份；
丙烯酸酯单体60-90份。
优选的，所述色浆，按质量份数计，包括以下组分：
有机颜料15-35份；
所述分散剂6-20份；
丙烯酸酯单体65-85份。
进一步优选的，所述色浆，按质量份数计，包括以下组分：
有机颜料15-30份；
所述分散剂6-15份；
丙烯酸酯70-80份。
所述有机颜料包括以下颜料中的任一种或几种：蓝色颜料PB15:1、PB15:2、PB15:3、PB15:4；黄色颜料PY12、PY13、PY74、PY150、PY151、PY155、PY180、PY183、PY185、PY194；红色颜料PV19、PR122、PR146、PR254、PR269。
优选的，所述丙烯酸酯包括四氢糠基丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷缩甲醛丙烯酸酯、三羟甲基环己基丙烯酸酯、乙氧基苯酚丙烯酸酯、苄基丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、乙氧基苯酚丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、(乙氧基)21,6-己二醇二丙烯酸酯、(丙氧基)2新戊二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯或二缩三乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。所述丙烯酸酯与分散剂中的原料聚乙二醇，具有相似的结构和极性，相容性好，分子链段容易伸展开来形成空间位阻，能够提升有机颜料分散稳定性。
一种色浆的制备方法，包括以下步骤：
将有机颜料、所述分散剂、丙烯酸酯混合，研磨，过滤，取滤液即制得所述色浆。
所述分散剂、有机颜料和丙烯酸酯混合的时间以有机颜料完全润湿为止。
优选的，所述研磨步骤为研磨至平均粒径为100-200nm。
优选的，所述过滤步骤为依次利用1.0μm孔径玻纤滤膜和0.45μm孔径聚丙烯滤膜过滤去除胶体及大粒径颗粒，得到分散稳定的色浆。
一种UV喷墨，含有本发明所述的色浆。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述分散剂的制备原料中包含亲溶剂单体聚乙二醇、亲颜料单体和亲油扩链剂，使得分散剂分子同时具有亲颜料链段及溶剂化链段，且通过亲油扩链剂的加入，增加亲颜料链段的柔软度，可促进亲颜料更紧密吸附在颜料表面，能够降低有机颜料表面能量，有效分散有机颜料。
(2)本发明所述分散剂的制备原料中亲溶剂单体为聚乙二醇，具有良好的亲溶剂性，可以使分子链伸展更完全，产生所需的立体空间障碍；且通过对分子量的控制，使形成的立体空间障碍大，有机颜料分子不易团聚，分散效果好。
(3)本发明制得的色浆稳定性好，使制得的UV喷墨不易出现颜料絮凝沉淀或反粗现象，墨水的稳定性好，打印过程不易出现喷头堵塞、墨滴斜喷或断墨等现象。
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
在架有冷凝回流装置的反应瓶中通入氮气，常温下加入溶剂390g甲基吡硌烷酮；然后将47g聚四氢呋喃二醇(Mw＝250)、0.3g二月桂酸二丁基锡及470g聚乙二醇(Mw＝5000)混合并搅拌加热至60℃；再将72g二苯甲烷二异氰酸酯加入反应瓶中并升温至100℃加速反应，直到异氰酸基(NCO)浓度低于5％，最后加入20.7g丁醇反应1小时，得到约61％有效份的分散剂SA1。分散剂SA1包含分子结构为结构A和结构B的化合物。
实施例2
在架有冷凝回流装置的反应瓶中通入氮气，常温下加入溶剂389g乙酸乙酯；然后将67g聚四氢呋喃二醇(Mw＝500)、0.3g钛酸四丁酯及469g聚乙二醇(Mw＝7000)混合并搅拌加热至70℃；再将44g萘二异氰酸酯加入反应瓶中并升温至100℃加速反应，直到异氰酸基(NCO)浓度低于5％，最后加入30.7g辛基酚反应2小时，得到约61.1％有效份的分散剂SA2。分散剂SA2包含分子结构为结构C和结构D的化合物。
实施例3
在架有冷凝回流装置的反应瓶中通入氮气，常温下加入溶剂209g环丁砜；然后将50g聚四氢呋喃二醇(Mw＝100)、0.3g二醋酸二丁基锡及495g聚乙二醇(Mw＝2000)混合并搅拌加热至60℃；再将206g二甲基联苯二异氰酸酯加入反应瓶中并升温至90℃加速反应，直到异氰酸基(NCO)浓度低于5％，最后加入40.7g二甲基乙醇胺反应1.5小时，得到约79.1％有效份的分散剂SA3。
实施例4
在架有冷凝回流装置的反应瓶中通入氮气，常温下加入溶剂390g甲基吡硌烷酮；然后将47g聚四氢呋喃二醇(Mw＝250)、0.3g二月桂酸二丁基锡及470g聚乙二醇(Mw＝5000)混合并搅拌加热至60℃；再将25g二苯甲烷二异氰酸酯加入反应瓶中并升温至100℃加速反应，直到异氰酸基(NCO)浓度低于5％，最后加入20.7g丁醇反应1小时，得到约61％有效份的分散剂SA4。
实施例5
取246g实施例1制备的分散剂SA1(相当于分散剂有效份约7.5％)与1454g四氢糠基丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将300g PY74黄色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，得到分散稳定的油性UV喷墨黄色色浆。
实施例6
取491g实施例2制备的分散剂SA2(相当于分散剂有效份约15％)与1109g三羟甲基环己基丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将400gPB15:3蓝色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，得到分散稳定的油性UV喷墨蓝色色浆。
实施例7
取656g实施例1制备的分散剂SA1(相当于分散剂有效份约20％)与944g丙氧基)2新戊二醇二丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将400g PR122红色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，得到分散稳定的油性UV喷墨红色色浆。
实施例8
取327g实施例2制备的分散剂SA2(相当于分散剂有效份约10％)与1273g乙氧基苯酚丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将400g PV19红色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，得到分散稳定的油性UV喷墨红色色浆。
实施例9
取246g实施例1制备的分散剂SA4(相当于分散剂有效份约7.5％)与1454g四氢糠基丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将300g PY74黄色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，得到分散稳定的油性UV喷墨黄色色浆。
对比例1
将实施1中Mw＝5000的聚乙二醇换为Mw＝500的聚乙二醇，其余原料和制备方法同实施例1，制得分散剂SA6。
制备色浆：取246g对比例1制备的分散剂SA6与1454g四氢糠基丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将300g PY74黄色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，制得油性UV喷墨黄色色浆。
对比例2
将实施1中扩链剂聚四氢呋喃二醇去掉，其余原料和制备方法同实施例1，制得分散剂SA7。
制备色浆：取246g对比例2制备的分散剂SA7与1454g四氢糠基丙烯酸酯混合，搅拌至完全溶解得到预溶液；然后将300g PY74黄色颜料与所述预溶液混合，搅拌使颜料完全润湿得到预分散液；将所述预分散液导入砂磨机进行研磨，至平均粒径为100-200nm；过滤去除胶体及大粒径，制得油性UV喷墨黄色色浆。
产品效果测试
首先配制UV喷墨组合液样品进行稳定测试。UV喷墨组合液的配制方式，取适量色浆加入稀释剂至1kg使颜料浓度5％。然后，针对UV喷墨组合液进行粒径、黏度、表面张力、滤性及老化测试。粒径检测，采用英国马尔文(Malvern)Nano S90纳米粒径仪。黏度检测，采用美国博勒飞(Brookfield)DV2T锥板粘度计。表面张力测试，日本协和(KYOWA)CBVP型表面张力仪。滤性测试，采用1.0μm孔径玻纤滤膜加0.45μm孔径PP滤膜过滤。稳定性测试，采用60℃高温老化7天，测试老化后的粒径、黏度、表面张力及滤性。测试结果如表1所示，其中，QC评判标准：平均粒径100-200nm，黏度15-17cp，表面张力22-25dyn/cm，过滤滤性小于15min/kg；稳定性测试60℃高温老化7天，粒径变化小于10％，表面张力变化小于5％及黏度变化小于10％，滤性小于15min/kg，则为合格OK，反之NG，具体结果见表1。
表1实施例5-9制备的UV喷墨的性能测试结果
由表2可知，实施例5-9制备的UV喷墨在高温60℃加速老化7天，其平均粒径、黏度、滤性及表面张力变化皆符合设定需求。说明本发明所制备的分散剂，在分散颜料的能力上达到高度稳定的要求。而对比例1、2无法满足稳定的要求。
Claims (8)
1.一种用于UV喷墨、色浆的结构化的分散剂，其特征在于，主要由以下原料反应制得：单体A、单体B、扩链剂、封端剂、催化剂和溶剂；所述单体A为含有苯环结构的二异氰酸酯类单体；所述单体B为聚乙二醇，所述单体B的分子量为5000-10000；
所述扩链剂为聚四氢呋喃二醇。
2.根据权利要求1所述的分散剂，其特征在于，所述单体A、单体B、扩链剂、封端剂、催化剂和溶剂的质量比为(3-40)：(20-60)：(2-30)：(1-10)：(0.01-1)：(10-50)。
3.根据权利要求1或2所述的分散剂，其特征在于，所述单体A为二苯甲烷二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、间苯二甲基异氰酸酯或四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的分散剂，其特征在于，所述封端剂为醇、醇胺、咪唑、酚。
5.根据权利要求1或2所述的分散剂，其特征在于，所述催化剂为有机锡、有机锌、有机钛或胺类化合物中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的分散剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在保护气氛下，将所述单体B、所述扩链剂、所述催化剂和所述溶剂混合，预热，再加入所述单体A，进行聚合反应，得聚合产物料液；
(2)将所述封端剂加入所述聚合产物料液中，进行封端反应，即制得所述分散剂。
7.一种色浆，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：
有机颜料10-40份；
权利要求1-5中任一项所述的分散剂5-25份；
丙烯酸酯单体60-90份。
8.一种UV喷墨，其特征在于，含有权利要求7所述的色浆。
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- 2020-04-17 CN CN202010306277.2A patent/CN111499824B/zh active Active
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| CN111499824A (zh) | 2020-08-07 |
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