CN115537071B - 一种提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及墨水技术领域，且公开了一种提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺，以有机硅阳离子单体1,3‑双(3‑二乙醇季铵盐)‑1,1,3,3‑四甲基二硅氧烷作为聚氨酯水性扩链剂，聚合反应得到新型的水性阳离子聚氨酯树脂，与颜料色浆、保湿剂、润湿剂等进行复配，得到水性阳离子喷墨墨水，当阳离子树脂和阴离子树脂交互后产生絮凝和轻微的破乳现象，增大了交融后墨水的粘度，使墨水中的颜料不被润湿剂带入到介质内部，从而保留颜料的显色性。可以最大限度的保留色料在介质上不被渗入下去，提高颜色的鲜艳性，提高墨水的显色性。
Description
技术领域
本发明涉及墨水技术领域，具体为一种提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺。
背景技术
喷墨墨水广泛应用在纸张、纸箱等材料的打印印刷中，主要由成膜剂、颜料、溶剂、分散剂等组成，其中成膜剂作为墨水的主要成分，对墨水的粘度、表面张力等性能有很大影响，如聚氨酯树脂、丙烯酸树脂等，成膜剂在纸张表面均匀成膜并作为颜料的载体，要求对纸张表现有一定的粘附力，不易剥落，并且在溶剂中溶解性好。
墨水在遇到多孔的印刷打印材料，比如纸张、天然纤维及含吸墨性很强的材料，如果直接打印，常常会造成墨水很快渗入到材料当中的现象；以往的做法是在相应的介质上要涂布一层吸附显色层来锁定墨水的下渗问题。如中国专利CN202111576680.8《一种阳离子型颜料墨水及其制备方法与应用》，公开了将阳离子丙烯酸树脂、阳离子聚氨酯树脂、保湿剂、消泡剂等复配，得到的阳离子型颜料墨水具有提高附着力、水洗牢度，避免了墨水渗化现象，打印图案精度高等优点；本发明合成新型的有机硅改性的水性阳离子聚氨酯树脂，作为喷墨墨水的主要成分，不做任何的涂布工艺，直接打印阳离子红色墨水和常规的阴离子红色涂料墨水，依据二种墨水的相互絮凝作用来增加墨水的粘度来杜绝墨水的下渗，从而提高墨水的显色性
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水及其制备工艺。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水，优选的，包括如下重量份数的原料：10-40重量份数的水性阳离子聚氨酯树脂、25-45重量份数的颜料色浆，10-40重量份数的保湿剂，1-4重量份数的润湿剂，3-10重量份数的阳离子盐、0.2-0.5重量份数的消泡剂。
优选的，所述保湿剂包括乙二醇，二乙二醇，三乙二醇，四乙二醇，丙二醇，二丙二醇，丙三醇，戊二醇，异丙醇，吡咯烷酮，PEG甘油醚，丙二醇甲醚，二丙二醇甲醚，乙二醇丁醚，二乙二醇丁醚，二乙二醇乙醚等的一种或二种以上的组合物。
优选的，所述阳离子盐包括氯化钙、氯化铵中的任意一种。
优选的，提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺为：依次将保湿剂、润湿剂、水性阳离子聚氨酯树脂、阳离子盐，颜料色浆，消泡剂混合并分散均匀，分散速度为10-20m/s，分散时温度为20-30℃，分散后离心分离去除大颗粒粒子，然后再进行抽真空分散3-5h，过滤并进行封装，过滤精度为0.5-5um，得到提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水。
优选的，所述水性阳离子聚氨酯树脂的制备工艺为：
(1)将100重量份数的1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到乙腈中，并滴加230-280重量份数的对甲苯磺酰氯，然后滴加氢氧化钠并在室温下搅拌反应3-6h，反应后减压蒸馏除去低沸物，依次用蒸馏水、丙酮洗涤产物，得到1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(2)将100重量份数的1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和1200-2000重量份数的二乙醇胺加入到二氯甲烷中，然后加入300-460重量份的催化剂，在70-85℃中反应24-72h，反应后减压蒸馏除去溶剂，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(3)将100重量份的1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和56-90重量份数的烷基溴(BrCnH2n+1，n＝2-8)加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在90-120℃中反应24-48h，反应后减压蒸馏，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；
(4)将真空脱水的100重量份数聚醚二元醇与40-55重量份数的异氰酸酯单体、0.2-0.5重量份数的二月桂酸二丁基锡在氮气气氛下，70-80℃中反应2-3h，然后加入6-10重量份数的1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和丙酮，在50-60℃中搅拌回流反应1-2h，反应后减压蒸馏除去丙酮，加入蒸馏水并高速剪切乳化，得到水性阳离子聚氨酯树脂。
优选的，所述(1)中在搅拌反应过程中不断滴加氢氧化钠，控制反应溶液的pH为11-13。
优选的，所述(2)中催化剂包括碳酸钾、碳酸钠中的任意一种。
优选的，所述(4)中异氰酸酯单体包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的任意一种。
(三)有益的技术效果
利用对甲苯磺酰氯活化1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的羟基，然后与二乙醇胺反应，最后再与烷基溴化合物发生季铵化反应，得到新型的有机硅阳离子单体1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，双端含有的多个羟基作为聚氨酯水性扩链剂，聚合反应得到新型的水性阳离子聚氨酯树脂，聚氨酯树脂经过有机硅改性后，成膜性更好，力学性能优良，耐水性强，在墨水、涂料等领域具有更好的应用。
将水性阳离子聚氨酯树脂与颜料色浆、保湿剂、润湿剂等进行复配，得到水性阳离子喷墨墨水，在实际使用过程中，在五头或者五个以上的墨水通道中，将水性阳离子喷墨墨水和阴离子墨水分别占据各一个通道，保证墨水喷射后墨点交织在一起。当阳离子树脂和阴离子树脂交互后产生絮凝和轻微的破乳现象，增大了交融后墨水的粘度，使墨水中的颜料不被润湿剂带入到介质内部，从而保留颜料的显色性。可以最大限度的保留色料在介质上不被渗入下去，提高颜色的鲜艳性，节省颜料的使用和减少打印机墨水的喷墨量，可以提高打印机的生产效率；并且不做任何的涂布工艺，直接打印阳离子显色墨水(如红色墨水)和常规的阴离子涂料墨水，依据二种墨水的相互絮凝作用来增加墨水的粘度来杜绝墨水的下渗，从而提高墨水的显色性；在纸箱、纸板等墨水打印领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是水性阳离子聚氨酯树脂的合成路线。
图2是墨水打印的显色效果图。
具体实施方式
实施例1
(1)将0.2g的1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到乙腈中，并滴加0.52g的对甲苯磺酰氯，然后不断滴加氢氧化钠并在室温下搅拌反应3h，控制反应过程中溶液的pH为13，反应后减压蒸馏除去低沸物，依次用蒸馏水、丙酮洗涤产物，得到1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(2)将0.5g的1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和7g的二乙醇胺加入到二氯甲烷中，然后加入2.3g的催化剂碳酸钾，在85℃中反应24h，反应后减压蒸馏除去溶剂，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(3)将0.5的1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和0.28g的溴乙烷加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在120℃中反应48h，反应后减压蒸馏，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(4)将真空脱水的5g的聚醚二元醇与2.2g的2,4-甲苯二异氰酸酯、15mg的二月桂酸二丁基锡在氮气气氛下，80℃中反应3h，然后加入0.4g的1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和丙酮，在50℃中搅拌回流反应2h，反应后减压蒸馏除去丙酮，加入蒸馏水并高速剪切乳化，得到水性阳离子聚氨酯树脂。
(5)依次将5g的二丙二醇甲醚、0.5g的润湿剂BYK348、3g的水性阳离子聚氨酯树脂、2g氯化钙，15g的颜料喹吖啶酮、0.15g的消泡剂BYK025，混合并分散均匀，分散速度为20m/s，分散时温度为25℃，分散后离心分离去除大颗粒粒子，然后再进行抽真空分散4h，过滤并进行封装，过滤精度为0.5um，得到提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水。
实施例2
(1)将0.2g的1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到乙腈中，并滴加00.56g的对甲苯磺酰氯，然后不断滴加氢氧化钠并在室温下搅拌反应3h，控制反应过程中溶液的pH为12，反应后减压蒸馏除去低沸物，依次用蒸馏水、丙酮洗涤产物，得到1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(2)将0.5g的1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和6g的二乙醇胺加入到二氯甲烷中，然后加入1.5g的催化剂碳酸钠，在85℃中反应72h，反应后减压蒸馏除去溶剂，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(3)将0.5的1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和0.32g的溴丁烷加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在120℃中反应24h，反应后减压蒸馏，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(4)将真空脱水的5g的聚醚二元醇与2g的异佛尔酮二异氰酸酯、25mg的二月桂酸二丁基锡在氮气气氛下，70℃中反应2h，然后加入0.5g的1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和丙酮，在60℃中搅拌回流反应1h，反应后减压蒸馏除去丙酮，加入蒸馏水并高速剪切乳化，得到水性阳离子聚氨酯树脂。
(5)依次将15g的二乙二醇丁醚、1.2g的润湿剂Dynol 604、6g的水性阳离子聚氨酯树脂、3g氯化钙，23g的颜料喹吖啶酮、0.2g的消泡剂迪高280，混合并分散均匀，分散速度为20m/s，分散时温度为30℃，分散后离心分离去除大颗粒粒子，然后再进行抽真空分散3h，过滤并进行封装，过滤精度为2um，得到提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水。
实施例3
(1)将0.2g的1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到乙腈中，并滴加0.56g的对甲苯磺酰氯，然后不断滴加氢氧化钠并在室温下搅拌反应3h，控制反应过程中溶液的pH为12，反应后减压蒸馏除去低沸物，依次用蒸馏水、丙酮洗涤产物，得到1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(2)将0.5g的1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和8.5g的二乙醇胺加入到二氯甲烷中，然后加入1.5g的催化剂碳酸钾，在85℃中反应48h，反应后减压蒸馏除去溶剂，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(3)将0.5的1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和0.4g的溴戊烷加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在90℃中反应36h，反应后减压蒸馏，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(4)将真空脱水的5g的聚醚二元醇与2g的六亚甲基二异氰酸酯、10mg的二月桂酸二丁基锡在氮气气氛下，80℃中反应3h，然后加入0.3g的1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和丙酮，在60℃中搅拌回流反应1h，反应后减压蒸馏除去丙酮，加入蒸馏水并高速剪切乳化，得到水性阳离子聚氨酯树脂。
(5)依次将20g的二乙二醇乙醚、2g的润湿剂BYK348、10g的水性阳离子聚氨酯树脂、2.5g氯化铵，20g的颜料喹吖啶酮、0.25g的消泡剂BYK025，混合并分散均匀，分散速度为10m/s，分散时温度为30℃，分散后离心分离去除大颗粒粒子，然后再进行抽真空分散4h，过滤并进行封装，过滤精度为0.5um，得到提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水。
实施例4
(1)将0.2g的1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到乙腈中，并滴加0.46g的对甲苯磺酰氯，然后不断滴加氢氧化钠并在室温下搅拌反应6h，控制反应过程中溶液的pH为11，反应后减压蒸馏除去低沸物，依次用蒸馏水、丙酮洗涤产物，得到1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(2)将0.5g的1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和7g的二乙醇胺加入到二氯甲烷中，然后加入2.3g的催化剂碳酸钠，在80℃中反应48h，反应后减压蒸馏除去溶剂，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(3)将0.5的1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和0.45g的溴己烷加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在110℃中反应36h，反应后减压蒸馏，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。
(4)将真空脱水的5g的聚醚二元醇与2.8g的4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、25mg的二月桂酸二丁基锡在氮气气氛下，72℃中反应2h，然后加入0.44g的1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和丙酮，在60℃中搅拌回流反应2h，反应后减压蒸馏除去丙酮，加入蒸馏水并高速剪切乳化，得到水性阳离子聚氨酯树脂。
(5)依次将10g的二丙二醇甲醚、0.5g的润湿剂BYK348、6g的水性阳离子聚氨酯树脂、5g氯化铵，23g的颜料喹吖啶酮、0.25g的消泡剂BYK025，混合并分散均匀，分散速度为15m/s，分散时温度为30℃，分散后离心分离去除大颗粒粒子，然后再进行抽真空分散3h，过滤并进行封装，过滤精度为5um，得到提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水。
将水性阳离子聚氨酯树脂热固化成胶膜，通过拉力试验机测定拉伸性能，拉伸速率50mm/min，试样为长120mm，宽30mm，高4mm。
将0.1g的水性阳离子聚氨酯树脂胶膜加入到50mL的蒸馏水中，浸渍12h，然后取出并沥干多余水分，并进行称重，测定吸水率Q，Q＝(M吸水后-M吸水前)/M吸水前。
经过有机硅季铵盐扩链改性后，水性阳离子聚氨酯树脂胶膜的吸水率最低为7.2％。
将牌号DSM picassian AC-122水性阴离子丙烯酸树脂、颜料喹吖啶酮和蒸馏水分散均匀，配置成水性阴离子墨水。
分别将水性阴离子墨水、实施例1制备的水性阳离子喷墨墨水打印在纸板表面，打印次数为6pass，观察颜色的色密度和饱和度。
在五头或者五个以上的墨水通道中，将阴离子墨水和实施例1制备的水性阳离子喷墨墨水和分别占据各一个通道，保证墨水喷射后墨点交织在一起，反向打印在纸板表面，打印次数为6pass，观察颜色的色密度和饱和度。
Claims (4)
1.一种提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺，其特征在于：包括如下重量份数的原料：10-40重量份数的水性阳离子聚氨酯树脂、25-45重量份数的颜料色浆，10-40重量份数的保湿剂，1-4重量份数的润湿剂，3-10重量份数的阳离子盐、0.2-0.5重量份数的消泡剂；
所述保湿剂包括乙二醇，二乙二醇，三乙二醇，四乙二醇，丙二醇，二丙二醇，丙三醇，戊二醇，异丙醇，吡咯烷酮，PEG甘油醚，丙二醇甲醚，二丙二醇甲醚，乙二醇丁醚，二乙二醇丁醚，二乙二醇乙醚等的一种或二种以上的组合物；
所述制备工艺为：依次将保湿剂、润湿剂、水性阳离子聚氨酯树脂、阳离子盐，颜料色浆，消泡剂混合并分散均匀，分散速度为10-20m/s，分散时温度为20-30℃，分散后离心分离去除大颗粒粒子，然后再进行抽真空分散3-5h，过滤并进行封装，过滤精度为0.5-5um，得到提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水；
所述阳离子盐包括氯化钙、氯化铵中的任意一种；
所述水性阳离子聚氨酯树脂的制备工艺为：
(1)将100重量份数的1,3-双(3-羟丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷加入到乙腈中，并滴加230-280重量份数的对甲苯磺酰氯，然后滴加氢氧化钠并在室温下搅拌反应3-6h，反应后减压蒸馏除去低沸物，依次用蒸馏水、丙酮洗涤产物，得到1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；
(2)将100重量份数的1,3-双(3-对甲苯磺酸丙酯基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和1200-2000重量份数的二乙醇胺加入到二氯甲烷中，然后加入300-460重量份的催化剂，在70-85℃中反应24-72h，反应后减压蒸馏除去溶剂，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；
(3)将100重量份的1,3-双(3-二乙醇胺基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和56-90重量份数的烷基溴加入到N,N-二甲基甲酰胺中，所述烷基溴的分子式为BrCnH2n+1，其中n＝2-8，在90-120℃中反应24-48h，反应后减压蒸馏，依次用蒸馏水、二氯甲烷离心洗涤，得到1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷；
(4)将真空脱水的100重量份数聚醚二元醇与40-55重量份数的异氰酸酯单体、0.2-0.5重量份数的二月桂酸二丁基锡在氮气气氛下，70-80℃中反应2-3h，然后加入6-10重量份数的1,3-双(3-二乙醇季铵盐)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷和丙酮，在50-60℃中搅拌回流反应1-2h，反应后减压蒸馏除去丙酮，加入蒸馏水并高速剪切乳化，得到水性阳离子聚氨酯树脂。
2.根据权利要求1所述提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺，其特征在于：所述(1)中在搅拌反应过程中不断滴加氢氧化钠，控制反应溶液的pH为11-13。
3.根据权利要求1所述提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺，其特征在于：所述(2)中催化剂包括碳酸钾、碳酸钠中的任意一种。
4.根据权利要求1所述提高墨水显色性的水性阳离子喷墨墨水的制备工艺，其特征在于：所述(4)中异氰酸酯单体包括甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的任意一种。
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