CN115260827B - 一种适用于水性油墨的着色剂及其制备方法和包含该着色剂的水性油墨 - Google Patents

一种适用于水性油墨的着色剂及其制备方法和包含该着色剂的水性油墨 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于水性油墨的着色剂及其制备方法和包含该着色剂的水性油墨,该着色剂的制备方法包括如下步骤:提供小分子着色剂二元醇;将该小分子着色剂二元醇与二异氰酸酯进行缩聚反应、再进行扩链反应,得到接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯;采用丙烯酸酯或环氧树脂对该接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行改性,得到所述适用于水性油墨的着色剂。该制备方法中,特定的反应顺序及时机赋予了该着色剂更好的性能,使得包含其的水性油墨在具有改善的耐摩擦和耐溶剂性能的同时,还具有低粘度、分散稳定性好、附着牢度高的优点。

Description

一种适用于水性油墨的着色剂及其制备方法和包含该着色剂的水性油墨
技术领域
本发明涉及油墨印刷领域。更具体地,涉及一种适用于水性油墨的着色剂及其制备方法和包含该着色剂的水性油墨。
背景技术
水性聚氨酯由于其环境友好性和结构可协调性而受到广泛关注,作为水性油墨连接料的水性聚氨酯,有优异的易成膜、易加工,耐迁移、耐溶剂使用的优点。为进一步升水性油墨的性能,已有采用环氧、丙烯酸酯或有机硅对水性聚氨酯改性的报道,其使用丙烯酸脂或环氧树脂改性水性聚氨酯作为载体,改善水性油墨的耐磨擦和耐溶剂性能。
以上制备方法得到的改性聚氨酯,与着色剂的相容性一般,通过简单物理共混、机械共混,为维持其分散稳定性,往往还需要外加许多助剂,所得水性油墨在性能和批次稳定性上都存在不少问题,同时也给生产带来了很多不便之处,在一定程度上限制了水性油墨在喷墨印刷领域发展。为改善水性聚氨酯与小分子着色剂的相容性问题,将小分子着色剂通过化学键合的方式引入到水性聚氨酯的主链或侧链,可以改善解决小分子着色剂在稳定性差及与基材相容性不好的缺点,例如胡先海等尝试用分散蓝14的NH键与NCO封端的聚氨酯预聚体反应接入水性聚氨酯中,由于反应活性低,着色剂接入量小且不稳定。为改善这一问题,胡先海等提供了一种树枝状水性聚氨酯基高分子染料的合成方法,超支化的水性聚氨酯末端活性基团多,采用树枝状聚酯多元醇为原料接枝着色剂,制得的高分子染料具有耐高温、耐腐蚀性能,但其分子链上的极性基团密度小而使染料的附着牢度低,并且合成步骤繁琐,不利于工业化生产。
发明内容
基于以上问题,本发明的目的在于提供一种适用于水性油墨的着色剂的制备方法及由该方法制备得到的着色剂及包含其的水性油墨。本发明提供的着色剂的制备方法中,特定的反应顺序及时机赋予了该着色剂更好的性能,使得包含其的水性油墨在具有改善的耐摩擦和耐溶剂性能的同时,还具有低粘度、分散稳定性好、附着牢度高的优点。
一方面,本发明提供一种适用于水性油墨的着色剂的制备方法,包括如下步骤:
提供小分子着色剂二元醇;
将该小分子着色剂二元醇与二异氰酸酯进行缩聚反应、再进行扩链反应,得到接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯;
采用丙烯酸酯或环氧树脂对该接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行改性,得到所述适用于水性油墨的着色剂。
可以理解,所述水性超支化聚氨酯的末端含有异氰酸酯基。
进一步地,所述小分子着色剂二元醇通过如下方法制备得到:
提供二元醇胺;
将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应,得到小分子着色剂二元醇;其中,所述反应基团选自-Cl、-OH、-NH2、-COOH中的一种。
进一步地,在小分子着色剂二元醇的制备中,所述反应的温度为20~200℃,优选为20~130℃。
进一步地,所述反应的PH为7.5~14,优选为9.2~10.5。
进一步地,所述着色剂的反应基团与二元醇胺中活泼氢的当量数比为0.5:1~5:1,优选为0.5:1~3:1,更优选为0.55:1~2.5:1。
进一步地,所述水性超支化聚氨酯的制备方法中,整个反应是在氮气和催化剂保护下进行,也即,所述缩聚反应和扩链反应均在氮气和催化剂保护条件下进行。
进一步地,催化剂的用量为总单体摩尔量的0.01~1%。
进一步地,二异氰酸酯与小分子着色剂二元醇的当量比为1.05:1~10:1,优选为1.5:1~9:1,更优选为2:1~8:1。
进一步地,所述扩链剂的用量与总单体当量的比例为0.2:1~15:1。
进一步地,所述采用丙烯酸酯或环氧树脂对该接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行改性的方法包括如下步骤:
在碱性条件下,将丙烯酸酯或环氧树脂与接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行反应,得到所述适用于水性油墨的着色剂。
进一步地,所述丙烯酸酯或环氧树脂与所述接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯末端异氰酸酯基当量比为0.5:1~5:1,优选为0.5:1~3:1。反应温度30~80℃,优选为40~80℃。
又一方面,本发明提供一种适用于水性油墨的着色剂,该着色剂由如上所述的制备方法制备得到。
又一方面,本发明提供一种水性油墨,该水性油墨包含
如上所述的适用于水性油墨的着色剂,以及
含有分散剂的水性介质。
进一步地,所述水性介质中还包含溶剂、表面活性剂、流平剂和消泡剂。
进一步地,按质量百分含量计,所述水性油墨中,包含
本发明的有益效果如下:
本发明提供的着色剂的制备方法中,该合成方法简单,制备得到的着色剂分子量与结构可控,同时赋予了包含其的水性油墨低的粘度(2~6cps@25℃),粒径<100nm,分散稳定性好、色牢度高、耐水与耐溶剂性好的优点,以及良好的打印流畅性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出一种示例性的丙烯酸酯或环氧树脂改性水性超支化聚氨酯着色剂的反应流程示意图。
图2示出一种示例性的丙烯酸酯改性水性超支化聚氨酯着色剂的反应流程示意图。
图3中a示出实施例1中产物的红外谱图;b示出实施例2中产物的红外谱图。
图4示出各实施例的水性油墨粒径分布曲线。
图5示出对比例1~6的水性油墨粒径分布曲线,其中对比例4在图中表现为纵坐标为 0的直线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的一个具体实施方式提供一种适用于水性油墨的着色剂的制备方法,该制备方法包括如下步骤:
提供小分子着色剂二元醇;
将该小分子着色剂二元醇与二异氰酸酯进行缩聚反应、再进行扩链反应,得到接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯;
采用丙烯酸酯或环氧树脂对该接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行改性,得到所述适用于水性油墨的着色剂。
示例性的,上述小分子着色剂二元醇通过如下方法制备得到:
提供二元醇胺;
将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应,得到接枝有着色剂的二元醇;其中,所述反应基团选自-Cl、-OH、-NH2、-COOH中的一种。
具体也即通过反应基团与二元醇胺中的活泼氢进行反应。作为二元醇胺,可列举出乙醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺、二异丙醇胺、二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等羟基烷基取代物。作为着色剂,染料或颜料均具有颜色特性,所述的着色剂为染料或颜料中的一种,优选为酸性染料和萘酚系、二噁嗪类颜料。没有特别限定的,酸性染料分为偶氮型酸性染料、蒽醌型酸性染料、环保型酸性染料等。一般情况下,二者的反应温度在20~200℃之间比较理想,优选为20~130℃。
作为上述偶氮型酸性染料,可列举出酸性蓝黑10B、酸性红336、酸性蓝113等。作为上述蒽醌型颜料,可列举出酸性蓝25、酸性蓝140、酸性蓝350等。作为上述环保型酸性染料,可列举出酸性红85、酸性红151、酸性红249、酸性红351、酸性黄197、酸性蓝277、酸性蓝377等。优选的,作为水性油墨着色剂,结构中红、黄染料主要为偶氮染料,蓝色系主要为蒽醌类,可选自酸性红13、酸性红14、酸性红73、酸性红23、酸性黄25、酸性黄127、酸性蓝80、酸性蓝183、酸性蓝324等。更进一步的,优选自1,2-羟基蒽醌、1,4- 二羟基蒽醌、1,5-二氯蒽醌及其衍生物中的一种。
作为上述萘酚系颜料,可列举出颜料红1~4、颜料红7~18、颜料红112、颜料红170、颜料红187、颜料黄2、颜料黄5、颜料黄38等。作为上述二噁嗪类颜料,可列举出颜料紫23、颜料紫37、颜料蓝80等,根据需要选自上述染料或颜料中的一种单独使用。
通常,聚氨酯主链来自二元醇与二异氰酸酯缩聚反应,常见的二异氰酸酯的具体例子有二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸酯基甲基) -环己烷等,根据需要可以单独使用或两种以上组合使用。作为作亲水性扩链剂引入羧基,适宜的化合物有二羟甲基乙酸、2,2-二羟甲基丙酸、2,2-二羟甲基丁酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、2,2-双羟甲基-1,3-丙二醇。扩链剂的用量与总单体当量的比例为0.2:1~15:1。
本实施方式的制备中,可添加有中和剂,以此将聚氨酯链中潜在阴离子基团中和掉,减小链段间的静电斥力。适宜的中和剂可为碱性有机化合物。适宜的碱性有机化合物可为伯胺、肿胺或叔胺。这些胺类具体的实例有三甲基胺、三乙基胺、三异丙基胺、三丁基胺,N,N-二甲基环己胺、N,N-二甲基硬脂胺、N,N-二甲基苯胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N- 甲基哌嗪、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N,N-二甲基乙醇胺、N-甲基咪唑、N,N-二乙基乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、二甲基氨基丙醇、2-甲氧基乙基二甲基胺、N-羟乙基哌嗪、 5-二乙氨基-2-戊酮等。
当聚氨酯链中的阴离子基团被中和时,控制期望的中和度有利于增强聚氨酯链末端可交联部分与改性剂的反应活性。通常的中和度为40~100%,更常见的为50~70%,取决于聚氨酯的酸值。也即,中和剂的用量为达到体系中和度40~100%,优选为达到体系中和度的50~70%。溶剂质量为总质量的10~80%,优选为10~60%。
本发明中,小分子着色剂二元醇与二异氰酸酯的反应温度在30~200℃之间,从抑制副反应的角度,通常40~140℃更为理想。加入扩链剂和中和剂后,反应温度需要进一步降低,温度应低于140℃,优选为30~100℃。
本发明中,在使二元醇胺与着色剂(反应的情况下,优选的是,按固体成分换算计,着色剂的氯、羟基相对于1mol二元醇胺的活泼氢以相当于0.5~5mol的量进行反应,更优选为以相当于0.5~3mol的量进行反应,进一步优选为以相当于0.55~2.5mol的量进行反应。反应需在碱性条件下进行,所述碱性条件,一般指PH大于7.5,至多不超过14的范围,可以提供该碱性条件的试剂具体例子包括但不限于三乙胺、乙二胺、乙醇胺、碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液、碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾、氢氧化钾、氨水、三丙基胺、二甲基环己基胺、二甲基乙醇胺和三乙醇胺乙基二甲基乙基胺。根据具体情况选用其中的一种或几种,相应的PH范围优选为9.2~10.5。
本发明中的聚氨酯主链来自着色剂二元醇与二异氰酸酯的缩聚反应,为末端留有一定量的异氰酸酯基进行后续改性,设定二异氰酸酯的当量数比着色剂二元醇中当量数的比例为1.05:1~10:1的混配比。优选的,设定二异氰酸酯的当量数比着色剂二元醇中当量数的比例为1.5:1~9:1的混配比。更优选的,设定二异氰酸酯的当量数比着色剂二元醇中当量数的比例为2:1~8:1的混配比。
作为含特定基团的着色剂与二元醇胺的反应,小分子二元醇与二异氰酸酯的反应,均需要在合适的溶剂中进行,可列举出的有乙腈、乙二醇单甲醚、丁酮、丙二醇单甲醚、二乙二醇甲醚等醚类、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、四氢呋喃、乙酸乙酯或乙酸丁酯等有机溶剂,根据情况选择其中一种或两种以上混合使用。溶剂在上述着色剂与醇胺类的反应或二元醇着色剂与二异氰酸酯的反应中使用,溶剂的类型可以相同或者不同。另外,溶剂的使用量至少为按照质量计的约10%,至多为按质量计的80%,通常的,为按质量计的约10%至约60%。
在水性超支化聚氨酯着色剂(接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯)的合成过程中,添加一定量的催化剂是有必要的,可列举出的有浓硫酸、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸铅、辛酸钴、辛酸铁、环烷酸锌、钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯等公知任意的催化剂。一般情况下,催化剂的用量为总单体摩尔量的0.01~1%。可以理解,此处的总单体是指二异氰酸酯与小分子着色剂二元醇的总和。
进一步地,对丙烯酸酯或环氧树脂改性的水性超支化聚氨酯(所述水性超支化聚氨酯上还接枝有着色剂)的制备进行说明。
所述的丙烯酸酯可列举出(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸环烷基酯、(甲基)丙烯酸取代芳香族酯、(甲基)丙烯酸酯及其衍生物。
作为上述(甲基)丙烯酸烷基酯,可列举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯等。作为上述(甲基)丙烯酸环烷基酯,可列举出(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸冰片酯等。作为上述(甲基)丙烯酸取代芳香族酯,可列举出(甲基) 丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯等。作为上述(甲基)丙烯酸酯及其衍生物,可列举出(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇六丙烯酸酯、丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸-2- 乙基己酯、(甲基)丙烯酸甲氧基二乙二醇酯等。
作为提供于得到上述聚氨酯主链末端NCO反应后改性的丙烯酸酯原料,优选结构中含羟基的丙烯酸酯,反应活性高、反应温度也比较低,相应的反应温度在30~80℃之间较为理想,本发明中优选为40~80℃。上述的丙烯酸酯系列化合物中,优选(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇六丙烯酸酯、丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸甲氧基二乙二醇酯中的一种或两种以上混合使用。
没有特别限定的,所述环氧树脂具体的有双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、线性酚醛型环氧树脂、四溴双酚A环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、环氧化烯烃化合物、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、2,3-环氧基环戊基环戊基醚、乙烯基环己烯二环氧化物、二异戊二烯环氧化物和二环戊二烯二环氧化物中,本发明优选,主链或侧基含羟基的环氧树脂,同时环氧值为0.41~0.54,耐溶剂、耐热性能较好。
上述丙烯酸酯和环氧树脂利用作为改性剂,在碱性条件下利用羟基与水性超支化聚氨酯末端的异氰酸酯基反应,所述碱性条件,选择如上水性超支化聚氨酯着色剂合成中所用调节碱性的试剂中的一种或多种,通常PH范围在7.2~11,优选为8.5~10。一般的,设定改性剂的当量与水性超支化聚氨酯末端异氰酸酯当量数的比例为0.5:1~5:1的混配比,优选的,设定改性剂的当量与水性超支化聚氨酯末端异氰酸酯当量数的比例为0.5:1~3:1的混配比。
示例性的,本实施方式中,丙烯酸酯或环氧树脂改性水性超支化聚氨酯着色剂的反应过程如图1所示所示。
在一个具体示例中,丙烯酸酯改性水性超支化聚氨酯着色剂的实例反应过程如图2所示。
在本发明的又一个具体实施方式中,提供一种水性油墨。
本发明所述的水性油墨,包含如上所述的适用于水性油墨的着色剂;以及
含有分散剂的水性介质。
示例性的,所述的含分散剂的水性介质,优选为分散剂、溶剂、表面活性剂、流平剂、消泡剂等成分的混合物。
除水外,水性介质中所述的分散剂,包括但不限于水性油墨连接料、各类分散助剂等,水性油墨连接料具体的例子有水性聚氨酯、水性丙烯酸酯、聚乙二醇、改性松香树脂、乙烯基改性环氧树脂、乙烯基改性水性醇酸树脂、水性聚酯树脂、聚苯乙烯磺酸钠等。分散助剂具体的例子有WinSperse 4000、WinSperse 4040、WinSperse 4060、WinSperse 4190、LUCRAMUL DA PRIME、LUCRAMUL JET、T 1010、DOS 75、 lucramul DA345、AKN1148、AKN2076、BYK110、BYK190、BYK2015、BYK2019、BYK2025、 BYK2055、TEGO747W、TEGO760W、Ultra PA 4560、Efka PU 4010AN、Efka PU 4310AN、Efka PU PA44401AN。根据情况选用其中的一种或两种以上的混合分散剂。
水性介质中所述的表面活性剂,包括但不限于着色剂分散体中的阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂,具体的有ET135、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇(PEG-200)、十八烷基醇聚氧乙烯醚(EO为6~9)中的一种或几种。
水性介质中所用的溶剂,包括但不限于醇、醚、酮醇、酮等,具体的例子有乙二醇、二乙二醇、丙二醇、双丙二醇、丁二醇和己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、2-吡咯烷酮、己内酰胺等,根据情况选用其中的一种或两种以上的混合溶剂,所选溶剂不与水性超支化聚氨酯着色剂进行反应。
其余助剂例如调节油墨PH值为7~9.5范围的PH调节剂和用于抑制微生物生的杀菌剂、流平剂、增稠剂等。
基于水性油墨的质量比,在有机颜料和水性树脂连接料单独作用情况下,水性油墨可包含按质量计至多约25质量%,通常0.2质量%至约25质量%,并且更为具体地讲0.25质量%至10质量%的有机颜料。
基于水性油墨的质量比,水性树脂连接料通常0.1质量%至30质量%,并且更具体地讲约0.2质量%至20质量%的连接料。
基于水性油墨的质量比,所述包含本发明中着色剂的水性油墨,选用约0.2质量%至20 质量%的所述着色剂,可使印刷制品达到高色彩饱和度。并且更具体地讲,选用约0.2质量%至10质量%的所述着色剂可达到同样效果。
基于水性油墨的质量比,所述包含分散剂的水性介质的水性油墨,按固体成分换算计优选包含0~200质量%的分散剂,更优选包含0.2~150质量%,进一步优选包含0.5~60质量%。同样的,按按固体成分换算计优选包含0.1~5质量%的表面活性剂,更优选包含0.1~3质量%,进一步优选包含0.4~2质量%。其余的,包含PH调节剂、消泡剂等在内的助剂,选用约0.1 质量%至10质量%。
在一个优选示例中,按质量百分含量计,所述水性油墨中,包含
要说明的是,本发明中水性油墨平均粒径是指通过粒度电位分布仪测得的体积基准累积粒度分布中累积粒度为50%的粒径(平均粒径D50)。具体测试方法为用zeta电位分析仪测定水性喷墨油墨颗粒的粒径。在25℃,将待测油墨加入比色皿划线的最高刻度处,稳定2min后测定粒径,数据结果参考平均粒径。本发明中水性油墨的耐摩擦性由耐摩擦仪测定,附着牢度依据GB/T13217.7-2009测定,油墨粘度参考参考GB/T 13217.4-2008进行测定。本发明中水性油墨的耐水、耐化学性(耐酸、耐碱、耐乙醇)的检验方法选用浸泡法,具体的讲,配制的水性油墨用调墨刀调少量放于刮样纸中上方,持刮墨刀自上而下刮于样纸中上方,呈均匀之刮样,常温下放置,干燥24h。将干燥后的刮样剪下3cm*3cm大小,分别置于浓度1%的氢氧化钠、1%的盐酸、95%的乙醇和去离子水中,浸泡24h后取出,与未经浸泡的刮样对比,检测刮样变色情况,评测等级,其中5级最好(不变色),1级最差(严重变色)。
以下结合一些具体的实施例对本发明的技术方案进行说明:
实施例1
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-AE-Red)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入2.5g 1,2-羟基蒽醌和30ml二氯甲烷,搅拌30min溶解,逐步加入1.2g二乙醇胺,用三乙胺调节PH为10,室温下搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将3g小分子着色剂二元醇、9g甲苯二异氰酸酯、6g 2,2-二羟甲基丙酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.3g二月桂酸二丁基锡升温至120℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7~8,降温至40℃,继续反应4h,得到水性超支化聚氨酯着色剂树脂(也即接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯)。
在温度60℃的搅拌条件下,将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基甲酰胺中,氢氧化钠调节PH为9,与5g三乙二醇二丙烯酸酯进行反应2h,得到丙烯酸酯改性后的水性超支化聚氨酯着色剂(也即,本发明中的一种适用于水性油墨的着色剂)。
上述各制备得到的产物红外谱图如图3中a所示。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂5%、分散剂BYK2025为5%、十二烷基苯磺酸钠为0.2%、十二烷基硫酸钠为0.1%、十八烷基聚氧乙烯基醚为0.7%、二乙二醇20%、甘油16%、消泡剂0.3%、流平剂及PH调节剂0.3%、去离子水52.4%。各组分搅拌混合后,得到水性油墨。
实施例2
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-EP-Red)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入2.5g 1,2-羟基蒽醌和30ml二氯甲烷,搅拌30min溶解,逐步加入10g二乙醇胺,用三乙胺调节PH为10,室温下搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将3g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、8g 2,2-二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.3g二月桂酸二丁基锡升温至120℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7~8,降温至60℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于二氯甲烷中,氢氧化钠调节PH为8.5, 与10g环氧树脂进行反应3h,得到环氧树脂改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
上述各制备得到的产物红外谱图如图3中b所示。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂5%,分散剂BYK2015为0.6%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,十八烷基聚氧乙烯基醚为0.5%,二乙二醇20%,甘油15%,消泡剂0.1%,流平剂及PH调节剂0.3%,去离子水58%。各组分搅拌混合后,得到水性油墨。
实施例3
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-EP-Blue)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入2.5g磺化后的颜料蓝80和30mlN,N- 二甲基甲酰胺,搅拌80min溶解,逐步加入8g二乙醇胺,用氨水调节PH为10,100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将3g小分子着色剂二元醇,15g异佛尔酮二异氰酸酯、8g 2,2-二羟甲基丙酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.3g二月桂酸二丁基锡升温至120℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7~8,降温至60℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
在温度50℃的搅拌条件下,将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基甲酰胺中,三乙胺调节PH为9.2,与9g环氧树脂进行反应4h,得到环氧树脂改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂2.5%,分散剂PA44401 AN为2.5%,聚乙二醇(PEG-200)为0.3%,十二烷基硫酸钠0.2%,二乙二醇22%,甘油17%,消泡剂0.3%,流平剂及PH调节剂0.3%,去离子水54.9%。各组分搅拌混合后,得到水性油墨。
实施例4
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-AE-Yellow)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入1.2g颜料黄38和20ml N,N-二甲基乙酰胺,加入10ml浓硫酸,搅拌80min溶解,逐步加入6g二乙醇胺,用氢氧化钠调节 PH为10,100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2- 二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7.5,降温至40℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基乙酰胺中,三乙胺调节PH 为9,与10g甲基丙烯酸羟丙酯进行反应3h,得到丙烯酸酯改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂0.6%,分散剂PA4560 AN为2%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,二乙二醇30%,甘油10%,消泡剂0.3%,流平剂及PH调节剂0.5%,去离子水56.4%。各组分搅拌混合后,得到水性油墨。
实施例5
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-EP-Yellow)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入1.2g颜料黄38和20ml N,N-二甲基乙酰胺,加入10ml浓硫酸,搅拌80min溶解,逐步加入6g二乙醇胺,用氢氧化钠调节 PH为10,100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2- 二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7.5,降温至40℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基乙酰胺中,氢氧化钠调节 PH为9.5,与9g环氧树脂进行反应5h,得到环氧树脂改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂4%,分散剂BYK2019为0.2%,聚乙二醇(PEG-200)为0.4%,十二烷基硫酸钠为0.2%,十八烷基聚氧乙烯醚为0.2%,二乙二醇20%,甘油15%,消泡剂0.1%,PH调节剂0.1%,去离子水为59.8%。各组分搅拌混合后,得到水性油墨。
实施例6
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-AE-Black)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入0.8g酸性蓝黑10B和20ml N,N-二甲基甲酰胺,搅拌60min溶解,逐步加入8g二乙醇胺,用氢氧化钠调节PH为10,80℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2- 二羟甲基丙酸溶于100ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7.6,降温至40℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
在温度60℃的搅拌条件下,将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基甲酰胺中,三乙胺调节PH为10,与10g甲基丙烯酸羟丙酯进行反应2h,得到丙烯酸酯改性的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:水性超支化聚氨酯着色剂2%,分散剂BYK2025为0.2%,十八烷基聚氧乙烯醚为0.4%,十二烷基苯磺酸钠为0.2%,二乙二醇10%,甘油25%,消泡剂0.1%,PH调节剂0.1%,去离子水为62%。各组分搅拌混合后,得到水性油墨。
上述各实施例所得水性油墨的性能如下表1所示。各实施例的水性油墨粒径分布曲线如图4所示。
表1
实施例 油墨耐摩擦性 油墨平均粒径 油墨附着牢度 油墨粘度cps@25℃
1 4级 53nm 95% 2.5
2 5级 46nm 98% 3.8
3 4~5级 87nm 100% 3.2
4 4~5级 74nm 100% 2.7
5 5级 89nm 100% 3.9
6 5级 91nm 98% 3.5
表2
实施例 油墨耐水性 油墨耐乙醇性 油墨耐酸性 油墨耐碱性
1 5级 4~5级 4~5级 4级
2 5级 5级 5级 4~5级
3 4级 4级 5级 5级
4 5级 4~5级 5级 4~5级
5 5级 5级 4级 4~5级
6 5级 5级 4~5级 4级
以上实施例为本发明中较优的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下的改变、修饰、替代、组合、简化,均为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
对比例
对比例1~2、3~4分别在实施例2、4的基础上,在超出本发明限制范围的条件下,进行改性的水性超支化聚氨酯着色剂和相关油墨配方的制备,水性油墨的分散性稳定性、附着牢度与耐摩擦性能均较差,对比例3~4起泡严重,影响印刷。对比例5~6为不用环氧树脂或丙烯酸酯进行改性,与实施例4~5相比,环氧树脂或丙烯酸酯树脂作为单独的连接料加入油墨配方,油墨粒径在微米级,分散性差,油墨粘度变大,耐溶剂性能下降。
对比例1
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-EP-Red)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入2.5g 1,2-羟基蒽醌和30ml二氯甲烷,搅拌30min溶解,逐步加入10g二乙醇胺,用三乙胺调节PH为8,室温下搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将3g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、0.5g 2,2-二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.3g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7~8,降温至60℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于水中,氢氧化钠调节PH为9,与10g环氧树脂进行反应3h,得到环氧树脂改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂5%,分散剂BYK2015为0.6%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,十八烷基聚氧乙烯基醚为0.5%,二乙二醇20%,甘油15%,消泡剂0.1%,流平剂及PH调节剂0.3%,去离子水58%。
对比例2
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-EP-Red)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入2.5g 1,2-羟基蒽醌和30ml二氯甲烷,搅拌30min溶解,逐步加入10g二乙醇胺,用三乙胺调节PH为10,室温下搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将3g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、8g 2,2-二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.3g二月桂酸二丁基锡升温至120℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7~8,降温至60℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于二氯甲烷中,氢氧化钠调节PH为8.5, 与10g环氧树脂进行接枝反应3h,得到环氧树脂改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂20%,分散剂BYK2015为0.6%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,十八烷基聚氧乙烯基醚为0.6%,二乙二醇20%,甘油25%,流平剂及PH调节剂0.5%,去离子水32.8%。
对比例3
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-AE-Yellow)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入1.2g颜料黄38和20ml N,N-二甲基乙酰胺,加入10ml浓硫酸,搅拌80min溶解,逐步加入6g二乙醇胺,用氢氧化钠调节PH为10, 100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2-二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基乙酰胺中,三乙胺调节PH为 9,与0.8g甲基丙烯酸羟丙酯进行反应3h,得到丙烯酸酯改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂10%,分散剂PA4560 AN为4%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,二乙二醇20%,甘油10%,消泡剂0.1%,流平剂及PH调节剂0.5%,去离子水54.9%。
对比例4
(1)改性的水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-AE-Yellow)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入0.4g颜料黄38和80ml N,N-二甲基乙酰胺,加入10ml浓硫酸,搅拌80min溶解,逐步加入6g二乙醇胺,100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2- 二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7.5,降温至40℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
将3g制得的水性超支化聚氨酯着色剂树脂溶于N,N-二甲基乙酰胺中,与10g甲基丙烯酸羟丙酯进行反应3h,得到丙烯酸酯改性后的水性超支化聚氨酯着色剂。
(2)包含改性的水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方:
按照重量比例:改性的水性超支化聚氨酯着色剂3%,分散剂PA4560 AN为2%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,二乙二醇30%,甘油10%,消泡剂0.3%,流平剂及PH调节剂0.5%,去离子水54%。
上述对比例1~2、3~4分别与实施例2、4的水性油墨性能对比如下表3和表4所示。水性油墨粒径分布曲线如图5所示。
对比例5
(1)水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-Yellow)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入1.2g颜料黄38和20ml N,N-二甲基乙酰胺,加入10ml浓硫酸,搅拌80min溶解,逐步加入6g二乙醇胺,用氢氧化钠调节 PH为10,100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2- 二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7.5,降温至40℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
(2)包含水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方(HBPU-Yellow+AE):
按照重量比例:水性超支化聚氨酯着色剂0.4%,水性丙烯酸酯树脂0.2%,分散剂PA4560 AN为2%,聚乙二醇(PEG-200)为0.5%,二乙二醇30%,甘油10%,消泡剂 0.3%,流平剂及PH调节剂0.5%,去离子水56.4%。
对比例6
(1)水性超支化聚氨酯着色剂的制备(HBPU-Yellow)
在装有冷凝回流管和搅拌器的四口烧瓶中,加入1.2g颜料黄38和20ml N,N-二甲基乙酰胺,加入10ml浓硫酸,搅拌80min溶解,逐步加入6g二乙醇胺,用氢氧化钠调节 PH为10,100℃搅拌24h,除去反应过程中生成的水。过滤、洗涤干燥,得到小分子着色剂二元醇。
氮气保护条件下,将4.5g小分子着色剂二元醇,20g异佛尔酮二异氰酸酯、12g 2,2- 二羟甲基丁酸溶于80ml N,N-二甲基甲酰胺中,加入0.2g二月桂酸二丁基锡升温至100℃,反应5h,加入三乙胺中和至PH为7.5,降温至40℃,继续反应4h,得水性超支化聚氨酯着色剂树脂。
(2)包含水性超支化聚氨酯着色剂的水性油墨配方(HBPU-Yellow+EP):
按照重量比例:水性超支化聚氨酯着色剂3%,环氧树脂1%,分散剂BYK2019为0.2%,聚乙二醇(PEG-200)为0.4%,十二烷基硫酸钠为0.2%,十八烷基聚氧乙烯醚为0.2%,二乙二醇20%,甘油15%,消泡剂0.1%,PH调节剂0.1%,去离子水为59.8%。
上述各对比例中,对比例1中扩链剂的用量过低,形成的超支化聚氨酯中可被三乙胺中和的羧基数量少,导致在水中的分散性差;对比例2中,油墨配方中聚氨酯着色剂用量超过10%,溶剂的含量也稍高,油墨的粒径会变大;对比例3中,改性剂丙烯酸酯的用量较低,形成的油墨耐摩擦性下降;对比例4中着色剂含量低,使得小分子着色剂二元醇产量过低,远低于颜料与二元醇胺的比例。二元醇胺的残余会使油墨起泡严重。对比例5中,丙烯酸酯树脂并没有接枝在水性超支化聚氨酯着色剂上,而是混合使用,油墨粒径在微米级,稳定性差;对比例6中,环氧树脂并没有接枝在水性超支化聚氨酯着色剂上,而是混合使用,油墨粒径在微米级,稳定性差。
各对比例所得油墨性能分别如下表3和表4所示。
表3
油墨耐摩擦性 油墨平均粒径 油墨附着牢度 油墨粘度cps@25℃
实施例2 5级 46nm 98% 3.8
对比例1 4级 149nm 85% 4.6
对比例2 4级 167nm 92% 10.4
实施例4 4~5级 74nm 100% 2.7
对比例3 3级 103nm -- 4.3
对比例4 -- 5μm -- --
对比例5 4级 1.2μm 95% 7.6
实施例5 5级 89nm 100% 3.9
对比例6 4~5级 1.4μm 90% 8.3
表4
油墨耐水性 油墨耐乙醇性 油墨耐酸性 油墨耐碱性
实施例2 5级 5级 5级 4~5级
对比例1 4级 3级 2级 2~3级
对比例2 5级 3级 4级 2级
实施例4 5级 5级 5级 4~5级
对比例3 3级 1~2级 1级 1级
对比例4 2级 1级 -- --
对比例5 3级 4级 2级 3级
实施例5 5级 5级 4级 4~5级
对比例6 3~4级 5级 3级 3级
对比例3和4油墨起泡严重,影响印刷,对比例4中改性的水性超支化聚氨酯着色剂不稳定,严重分层,对比例5和6中的平均粒径在微米级别,无法使用。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (17)

1.一种适用于水性油墨的着色剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
提供小分子着色剂二元醇;
将该小分子着色剂二元醇与二异氰酸酯进行缩聚反应、再进行扩链反应,得到接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯,其中,所述二异氰酸酯与小分子着色剂二元醇的当量比为1.05:1~10:1;
采用丙烯酸酯或环氧树脂对该接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行改性,得到所述适用于水性油墨的着色剂;
其中,所述小分子着色剂二元醇通过如下方法制备得到:
提供二元醇胺;
将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应,得到小分子着色剂二元醇;其中,所述反应基团选自-Cl、-OH、-NH2、-COOH中的一种;其中,所述着色剂的反应基团与二元醇胺中活泼氢的当量数比为0.5:1~5:1;
所述二元醇胺选自乙醇胺、二乙醇胺、二丙醇胺、二异丙醇胺、二甲基乙醇胺或N-甲基二乙醇胺中的一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应的温度为20~200℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应的温度为20~130 ℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应的PH为7.5~14。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述将包含反应基团的着色剂与二元醇胺进行反应的PH为9.2~10.5。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述着色剂的反应基团与二元醇胺中活泼氢的当量数比为0.5:1~3:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述着色剂的反应基团与二元醇胺中活泼氢的当量数比为0.55:1~2.5:1。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,整个反应在氮气和催化剂保护下进行反应,催化剂的用量为总单体摩尔量的0.01~1%。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述二异氰酸酯与小分子着色剂二元醇的当量比为1.5:1~9:1。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,二异氰酸酯与小分子着色剂二元醇的当量比为2:1~8:1。
11.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,扩链剂的用量与总单体当量的比例为0.2:1~15:1。
12.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述采用丙烯酸酯或环氧树脂对该接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行改性的方法包括如下步骤:
在碱性条件下,将丙烯酸酯或环氧树脂与接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯进行反应,得到所述适用于水性油墨的着色剂。
13.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述丙烯酸酯或环氧树脂与所述接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯末端异氰酸酯基当量比为0.5:1~5:1,反应温度30~80℃。
14.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述丙烯酸酯或环氧树脂与所述接枝有着色剂的水性超支化聚氨酯末端异氰酸酯基当量比为0.5:1~3:1。
15.根据权利要求12所述的制备方法,其特征在于,所述反应温度为40~80 ℃。
16.一种适用于水性油墨的着色剂,其特征在于,由如权利要求1~15任一项所述的制备方法制备得到。
17.一种水性油墨,其特征在于,包含
如权利要求16所述的适用于水性油墨的着色剂,以及
含有分散剂的水性介质。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08337737A (ja) * 1995-06-14 1996-12-24 Nippon Shokubai Co Ltd 固体微粒子の表面改質処理方法
US5700851A (en) * 1995-10-17 1997-12-23 Tektronix, Inc. Ink-jet ink composition containing a colored polyurethane dispersion
US6540624B1 (en) * 1999-02-17 2003-04-01 Sumitomo Rubber Industries Limited Printing ink golf ball, printing method using the same, and golf ball printed using the same
CN103068932A (zh) * 2010-08-12 2013-04-24 东海炭素株式会社 聚氨酯树脂加成颜料、聚氨酯树脂加成颜料的制造方法、颜料分散组合物以及喷墨墨组合物
CN105219125A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 江南大学 一种室温固化非异氰酸酯水性聚氨酯基高分子染料的制备方法
CN109467673A (zh) * 2018-09-10 2019-03-15 清华大学 一种封闭型活性阴离子彩色聚氨酯乳液及其制备方法和用途

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012162641A (ja) * 2011-02-07 2012-08-30 Tokai Carbon Co Ltd 顔料分散組成物の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08337737A (ja) * 1995-06-14 1996-12-24 Nippon Shokubai Co Ltd 固体微粒子の表面改質処理方法
US5700851A (en) * 1995-10-17 1997-12-23 Tektronix, Inc. Ink-jet ink composition containing a colored polyurethane dispersion
US6540624B1 (en) * 1999-02-17 2003-04-01 Sumitomo Rubber Industries Limited Printing ink golf ball, printing method using the same, and golf ball printed using the same
CN103068932A (zh) * 2010-08-12 2013-04-24 东海炭素株式会社 聚氨酯树脂加成颜料、聚氨酯树脂加成颜料的制造方法、颜料分散组合物以及喷墨墨组合物
CN105219125A (zh) * 2015-10-26 2016-01-06 江南大学 一种室温固化非异氰酸酯水性聚氨酯基高分子染料的制备方法
CN109467673A (zh) * 2018-09-10 2019-03-15 清华大学 一种封闭型活性阴离子彩色聚氨酯乳液及其制备方法和用途

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Preparation and Characterization of Self-Colored Waterborne Polyurethane and Its Application in Eco-Friendly Manufacturing of Microfiber Synthetic Leather Base";Wang, YL et al,;《polymers》;第289篇 *
Wang, Y., et al."Polysiloxane Functionalized Carbon Dots and Their Cross-Linked Flexible Silicone Rubbers for Color Conversion and Encapsulation of White LEDs".《ACS Applied Materials &amp Interfaces》.2016,第9961–9968页. *
树枝状聚合物及其在染颜料工业中的应用初探;陈荣圻;;印染助剂(第02期);第1-9页 *

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