CN116180466A - 一种低排放分散染料墨水及其制备方法、一种数码喷墨印花方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低排放分散染料喷墨墨水及其制备方法、一种数码喷墨印花方法，低排放分散染料喷墨墨水至少含有分散染料、多元醇、高分子分散剂、苯乙烯马来酸酐共聚物混合物。苯乙烯马来酸酐共聚物混合物包括重均分子量为7000至9000之间的第一苯乙烯马来酸酐共聚物，和重均分子量为4000至6000之间的第二苯乙烯马来酸酐共聚物。本发明通过苯乙烯马来酸酐共聚物混合物的添加，使得墨水在热转印和直喷两种应用工艺上，在烘干阶段和转印或发色阶段，可大幅度的减少油烟的产生，达到低排放的目的。

Description

一种低排放分散染料墨水及其制备方法、一种数码喷墨印花 方法

技术领域

本发明涉及喷墨墨水领域，具体是涉及一种低排放分散染料墨水及其制备方法、一种数码喷墨印花方法。

背景技术

数码喷墨用分散染料墨水当前有两个主要的应用方式：热转印和直喷。

热转印墨水(又称热升华墨水)由低温型或中温型分散分散染料色浆、助剂和溶剂混合得到，把中低能量、较易升华的分散染料制作成数码打印墨水，先通过数码打印机打印在转印纸上烘干收卷，然后通过180～220℃的热转印工作温度，加热加压的方式将对应的图案转印到化纤布料等材质上，转印图像色彩鲜艳，层次丰富，非常适合个性化发展的市场需要和环保的要求。

直喷分散墨水由分散染料色浆、助剂和溶剂混合得到，通过数码打印机直接打印在化纤布等材料上，烘干收卷，然后通过180-220℃的高温烘培发色，或120-150℃的加压高温发色，发色后通过水洗、皂洗等后处理去除浮色和布料上的前处理浆料，得到图像色彩鲜艳，层次丰富印花成品。

在烘干、转印或发色过程中由于墨水中的多元醇和润湿剂，在高温情况会产生油烟污染。

随着节能减排的目标不断推进，研究开发低排放、低污染的数码印染技术成为我国印染行业的当务之急。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种低排放分散染料喷墨墨水。

本发明的第二目的是提供一种上述低排放分散染料喷墨墨水的制备方法。

本发明的第三目的是提供一种数码喷墨印刷方法。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的一种低排放分散染料墨水包括：分散染料色浆、第二苯乙烯马来酸酐共聚物和第二多元醇；其中分散染料色浆包括分散染料、第一苯乙烯马来酸酐共聚物、高分子分散剂和第一多元醇；第一苯乙烯马来酸酐共聚物为重均分子量为7000至9000的第一苯乙烯马来酸酐共聚物；第二苯乙烯马来酸酐共聚物为重均分子量为4000至6000的第二苯乙烯马来酸酐共聚物。

由上述方案可见，苯乙烯马来酸酐共聚物同时含有强极性的酸酐基团和弱极性的苯乙烯单元，有一定的两亲性，具有优良的乳化和分散性能，且其熔融指数值较大，熔体粘度较低，耐热性能和化学稳定性等性能比较突出，将其引入分散染料喷墨墨水配方中，既能保证墨水稳定性，又能有效降低在数码喷墨印花应用过程中油烟量的产生，从而实现低排放。一方面，重均分子量为4000-6000之间的第二苯乙烯马来酸酐共聚物溶解度较佳，表现出很良好的相容性，可以代替部分溶剂作为载体，调节分散染料墨水的粘度，从而减少溶剂的使用，有效降低分散染料墨水在数码喷墨印花应用过程中溶剂的挥发量，进一步实现低排放、低污染的目的；另一方面，重均分子量为6000-8000之间的第一苯乙烯马来酸酐共聚物分子链的柔性较好，分子易从晶格中脱落，整条分子链都可发挥化学和物理的增容作用，所以能与体系中其余成分较好地相容，组成一系列具有优异性能的组合物。还可以降低各相之间的界面张力，减少分散相尺寸和提高界面粘结力，具有非常好的流变特性，可以充当触变调节剂，保证墨水在高剪切速率作用下的稳定喷射。

进一步的方案是，第一苯乙烯马来酸酐共聚物为酯化聚苯乙烯马来酸酐共聚物。

由上述方案可见，酯化聚苯乙烯马来酸酐共聚物的高分子骨架上引入了不同碳链长度的酯类物质，显著提高了苯乙烯马来酸酐共聚物表面极性基团的密度和空间位阻效应，增强了共聚物分子的亲油能力及柔性，进一步增加苯乙烯马来酸酐共聚物与体系中其余成分间的相容性，可以有效避免减少溶剂载体后可能出现的系列问题，如稳定性不足、润湿效果差等。

进一步的方案是，第一苯乙烯马来酸酐共聚物具有结构式：

其中，x、y、z均为大于等于1的正整数，R₁选自H、经取代或未取代烷基、经取代或未取代烯基、经取代或未取代的苄基、经取代或未取代杂环基中的一种或多种，R₂选自H、NH₄ ⁺、NR₁中的一种。

进一步的方案是，第一苯乙烯马来酸酐共聚物具有结构式：

其中，x、y、z均为大于等于1的正整数，R₁选自H、经取代或未取代烷基、经取代或未取代烯基、经取代或未取代的苄基、经取代或未取代杂环基中的一种或多种，R₂选自H、NH₄ ⁺、NR₁中的一种。

由上述方案可见，上述第一苯乙烯马来酸酐共聚物能与体系中其余成分很好地相容，亦具有非常好的流变特性，其在色浆配方中作为结构材料，既能起到分散稳定的作用，又能起到降低色浆触变性的作用，从而保证色浆和由色浆制成的墨水的稳定性，减少配置成墨水后的假性干头现象，可以进一步减少保湿剂(常用水性有机溶剂)的添加。

进一步的方案是，分散染料选自低温型分散染料、中温型分散染料或高温型分散染料的一种或多种。

由上述方案可见，分散染料按应用时的耐热性能不同，可分为低温型、中温型和高温型。低温型染料耐升华牢度低，匀染性能好，适于竭染法染色，常称为E型染料；高温型染料耐升华牢度较高，但匀染性差，适用于热熔染色，称为S型染料；中温型染料耐升华牢度介于上述两者之间，又称为SE型染料。本发明的一种低排放分散染料墨水可适用于多种分散染料，根据染料类型特性，能够应用于热转印、直喷两种方式。

进一步的方案是，第一多元醇与第二多元醇均为分子量为55至100的二元醇，第一多元醇与第二多元醇均选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇中的一种或多种。

由上述方案可见，三个羟基以上的多元醇类，吸湿性很强，打印后不容易烘干，且在加热阶段会很容易产生大量油烟；只含有一个羟基的醇类，挥发性较强，不能提供给墨水需要的保湿性，通过实验确定，二元醇的效果是符合综合要求的。

进一步的方案是，高分子分散剂为含颜料亲和基团的共聚物水溶液，选自BYK190、BYK-192、TEGO-755W、TEGO-760W、TEGO 750W中的一种或多种。

由上述方案可见，含颜料亲和基团的共聚物水溶液类型的分散剂，对色浆的研磨有非常出色的降粘效果，同时能消除液体的触变性，与第一苯乙烯马来酸酐共聚物搭配使用，可提供给色浆很高的储存稳定性。

进一步的方案是，分散染料色浆中第一苯乙烯马来酸酐共聚物与分散染料添加量的比值为1:2至1:3。

由上述方案可见，该添加量的比值下，色浆具有较好的分散稳定性。第一苯乙烯马来酸酐共聚物添加量过多不仅会增加产品的成本，还会增加色浆的粘度，更会造成色浆成膜速度或干结速度的剧增，从而影响色浆的正常使用；而过少的添加量既不能提供稳定的电荷稳定及空间位阻，又不能很好地起到触变调节作用，容易引起最终墨水在喷头处出现干头和堵塞的情况。

进一步的方案是，第二苯乙烯马来酸酐共聚物的添加量为5％至10％。

由上述方案可见，在此添加量下，墨水具有良好的喷射稳定性和低排放性。过多地添加第二苯乙烯马来酸酐共聚物会引起墨水在喷头表面干燥成膜，堵塞喷头；过少的添加量则需要用较多的溶剂(常为多元醇)来调节粘度，使得墨水在纸张上不易干，还会在喷印生产过程中，在加热阶段增加油烟量的产生。

进一步的方案是，按质量百分比，分散染料色浆包括20～30％的分散染料、6～15％的第一苯乙烯马来酸酐共聚物、5～15％的高分子分散剂、4～6％的第一多元醇、0.1～0.5％的杀菌剂及余量的去离子水。

由上述方案可见，上述含量比例的墨水，可以应用于热转印和直喷两种工艺上，在烘干阶段和转印或发色阶段不会产生明显油烟，再通过水溶性有机溶剂的筛选搭配，可以达到低油烟、低排放的设计目的。

为了实现上述的第二目的，本发明提供上述低排放分散染料喷墨墨水的制备方法。该制备方法包括以下步骤：a.按质量百分比将20～30％的分散染料、6～15％的第一苯乙烯马来酸酐共聚物、5～15％的高分子分散剂、4～6％的第一多元醇、0.1～0.5％的杀菌剂及余量的去离子水混合分散均匀，经过滤或离心得到分散染料色浆；b.按质量比将10～50％的分散染料色浆、5～10％的第二苯乙烯马来酸酐共聚物、10～15％的第二多元醇、0.5～2.0％的表面活性剂、0.05％～0.2％的杀菌剂及余量的去离子水混合并搅拌均匀，经0.2～0.8μm孔径滤膜或滤芯过滤得到所述低排放分散染料墨水。

由上述方案可见，第一苯乙烯马来酸酐共聚物在色浆研磨阶段中加入，第二苯乙烯马来酸酐共聚物在墨水配置阶段中加入。一方面，第一苯乙烯马来酸酐共聚物能与体系中其余成分很好地相容，亦具有非常好的流变特性，其在色浆配方中作为结构材料，既能起到分散稳定的作用，又能起到降低色浆触变性的作用，从而保证色浆和由色浆制成的墨水的稳定性，减少配置成墨水后的假性干头现象，可以进一步减少保湿剂(常用水性有机溶剂)的添加；另一方面，第二苯乙烯马来酸酐共聚物分子量较低，可以代替分散染料墨水中的部分溶剂调节粘度，从而减少墨水中溶剂的添加量，同时在数码喷墨印花应用工艺中，可有效减少油烟量的产生，实现分散染料墨水的低污染、低排放。具体体现在，如在热转印应用工艺中，打印到热转印纸上，可较快干燥，降低了热转印纸的烘干要求，且在热转印过程中，因溶剂添加量的减少，油烟排放量显著降低；如在纺织直喷应用工艺中，经喷头喷射后墨水可挥发性物质含量少，油烟产生量少。

本发明的第三目的是提供一种数码喷墨印刷方法。该方法应用本发明中上述任一方案的一种低排放分散染料墨水喷印在打印介质上。

进一步的方案是，数码喷墨印花方法为热转印喷墨方法或者纺织直喷方法。

由上述方案可见，上述低排放分散染料墨水同时存在第一苯乙烯马来酸酐共聚物和第二苯乙烯马来酸酐共聚物，既能代替部分溶剂调节墨水粘度，又能充当触变性调节剂降低色浆触变性，减少配置成墨水后的假性干头现象，实现墨水良好稳定性和喷射性的同时，还能降低在数码喷墨印花应用过程中油烟量的产生，应用于热转印和直喷两种工艺上时，在烘干阶段和转印或发色阶段不会产生明显油烟，再通过水溶性有机溶剂的筛选搭配，可以达到低油烟、低排放的设计目的。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

低排放分散染料喷墨墨水本发明低排放分散染料喷墨墨水由2～15％的分散染料、0.5～5％的高分子分散剂、5～20％苯乙烯马来酸酐共聚物混合物、10～20％的多元醇、0.5～2.0％的表面活性剂、0.05～0.5％的杀菌剂和余量的去离子水组成。

低排放分散染料喷墨墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按质量百分比将20～30％的所述分散染料、6～15％的所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物、5～15％的所述高分子分散剂、4～6％的所述多元醇、0.1％～0.5％的所述杀菌剂及余量的去离子水混合分散均匀，经过粗磨、除杂、精磨、检测、过滤或离心得到分散染料色浆；

2)将按质量比将10～50％的所述分散染料色浆、5～10％的所述第二苯乙烯马来酸酐共聚物、10～15％的所述多元醇、0.5～2.0％的所述表面活性剂、0.05％～0.2％的所述杀菌剂及余量的去离子水混合并搅拌均匀，最终经0.2～0.8μm孔径滤膜或滤芯过滤即可得到分散染料墨水。

下列实施例所用原料的来源如下：

分散染料选自低温型分散染料、中温型分散染料或高温型分散染料的一种或多种。可根据需要选自低温型分散染料分散蓝56、分散蓝72、分散蓝359、分散蓝360、分散红50、分散红60、分散黄23、分散黄54、分散黄64、分散棕27、分散橙25；中温型分散染料分散蓝183、分散蓝291、分散蓝366、分散红73、分散红91、分散红92、分散红153、分散黄42、分散黄56、分散黄82、分散黄119、分散黄184、分散黄211、分散橙61、分散橙288、分散紫93；或高温型分散染料分散蓝60、分散蓝79、分散蓝165、分散蓝354、分散蓝364、分散蓝365、分散红54、分散红74、分散红152、分散红167、分散红177、分散红179、分散红343、分散红362、分散黄114、分散黄134、分散橙30、分散橙73、分散棕1、分散棕19、分散紫31、分散紫57、分散紫63的至少一种。

高分子分散剂为含颜料亲和基团的共聚物水溶液，选自BYK190、BYK-192、TEGO-755W、TEGO-760W、TEGO 750W中的一种或多种。

第一苯乙烯马来酸酐共聚物为酯化聚苯乙烯马来酸酐共聚物，重均分子量在7000-9000之间，具体的，第一苯乙烯马来酸酐共聚物可以采用荷兰Polyscope公司的Polyscope XIRAN 1440H、Polyscope XIRAN 17352H、Polyscope XIRAN 2625H等。

第二苯乙烯马来酸酐共聚物重均分子量在4000-6000之间，具体的，第二苯乙烯马来酸酐共聚物可以采用荷兰Polyscope公司的Polyscope XIRAN 1000H等。

多元醇为分子量在55～100范围的二元醇，选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇中的一种或多种。

表面活性剂为德国赢创表面活性剂Dynol 960和Surfynol 465的两种。

杀菌剂可根据需要选自BIT(1,2-苯并异噻唑-3-酮)，可从市面购买得到。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案，更好地理解本发明。

一、分散染料色浆

按表1所示质量百分比组成配制分散染料色浆。

表1

需要说明的是，上述表格中的分散黑MIX为由分散黄360、分散棕27和分散黄54混合拼凑而成的黑色分散染料；Joucryl HPD 296为分散染料喷墨墨水用常规水性苯丙树脂，购自德国BASF；SMA2000(重均分子量＝7500)为未经酯化改性的苯乙烯马来酸酐共聚物，购自美国Cray Valley公司；SMA2021亦为苯乙烯丙烯酸酐共聚物，但其重均分子量高达10500，购自美国Cray Valley公司；REAX 85A为分散染料喷墨墨水用常规木质素类分散剂，购自Westvaco公司。

分散染料色浆按上述表1成分和质量百分比混合后高速研磨而成。具体的，每100KG分散染料色浆在500～1000rpm转速条件下使用0.1～0.9mm粒径的锆珠研磨处理6～14h得到。

二、分散染料喷墨墨水

按表2所示质量百分比组成配制实施例1～15分散染料喷墨墨水。

表2

/>

分散染料墨水按上述表2成分和质量百分比混合搅拌后过滤而成。具体的，在200rpm至500rpm转速条件下搅拌均匀，最终经0.2-0.8μm孔径滤膜或滤芯过滤即可得到分散染料墨水。

分散染料墨水可用于转印喷墨方法或者纺织直喷方法。

三、性能测试：

测试项目1：稳定性测试

将墨水试样放置于60±2℃下3天，测试高温前后墨水理化参数(粘度和表面张力)的变化率。

测试项目2：触变性测试

取实施例1～15制备的分散染料墨水各2000mL，使用含有Epson4720/I3200喷头或Epson S3200喷头的打印机打印1小时后，不做任何处理，机器设置不自动进行清洗和闪喷，操作喷头进入空窗状态(把喷头悬空在空气中)，空窗满10min后打印测试条。打印及待机阶段均将环境温度控制在25℃，环境湿度控制在40％～50％，测试结果见表3。

测试项目3：待机性能测试

取实施例1～15制备的分散染料墨水各2000mL，使用含有Epson4720/I3200喷头或Epson S3200喷头的打印机，在完整的测试条状态下，机器设置不自动进行清洗和闪喷，喷头回到墨栈密封状态，待机4h，随后打印测试条。打印及待机阶段均将环境温度控制在25℃，环境湿度控制在40％～50％，测试结果见表3。

测试项目4：停机性能

取实施例1～15制备的分散染料墨水各2000mL，使用含有Epson4720/I3200喷头或Epson S3200喷头的打印机，在完整的测试条状态下，机器设置不自动进行清洗和闪喷，关闭机器停机24h，随后再打印测试条。打印及待机阶段均将环境温度控制在25℃，环境湿度控制在40％～50％，测试结果见表3。

测试项目5：油烟排放量测试

该项测试分为两种，一种是在热转印喷墨领域上，使用含有Epson S3200喷头的打印机打印，按照24kHz点火频率及相同的喷墨设置打印相同的彩色图案至热转印纸上，打印过程开启60-80℃烘干收卷，然后在220℃温度条件下将实施例所打印的带有图案的热转印纸转印至纤维布上，肉眼观察热转印烘干和转印过程中排放的油烟量；另一种是在纺织直喷领域上，使用含有Epson I3200喷头的打印机打印，直接喷印在纤维布上，打印过程开启60-80℃烘干收卷，然后在200℃温度条件下将实施例所打印的带有图案的布料进行发色，肉眼观察热转印烘干和发色过程中排放的油烟量。

其中，请12名评判人员分别对待测墨水样品作出评级并记录。根据油烟排放量的多少，分为5个评分等级，1＝没有冒烟；2＝微微冒起细微的烟；3＝轻微冒烟，呈灰白雾气冒出；4＝冒烟量较大，肉眼可见灰色雾气；5＝冒起浓烟。取评判人员评分等级的平均值为最终检测结果见表3。

表3

由上述实施例1～15说明第一苯乙烯马来酸酐共聚物选用重均分子量为7000至9000的酯化聚苯乙烯马来酸酐共聚物；第二苯乙烯马来酸酐共聚物选用重均分子量为4000至6000的第二苯乙烯马来酸酐共聚物；第一多元醇与第二多元醇均选自分子量为55至100的二元醇；高分子分散剂选自含颜料亲和基团的共聚物水溶液；高分子分散剂选自含颜料亲和基团的共聚物水溶液；第二苯乙烯马来酸酐共聚物的添加量为5％至10％所得到的低排放分散染料墨水具有良好稳定性和喷射性的同时，还能降低在数码喷墨印花应用过程中油烟量的产生。

本发明所描述的具体实施例只用于对该低排放分散染料墨水的具体实现过程的详细描述，而不是对其实现过程的限定。任何对此方法进行的修饰与改良，在专利范围或范畴内同类或相近物质的替代与使用，均属于本发明专利保护范围。

Claims (14)

1.一种低排放分散染料墨水，其特征在于，包括：

分散染料色浆、第二苯乙烯马来酸酐共聚物和第二多元醇；

其中分散染料色浆包括分散染料、第一苯乙烯马来酸酐共聚物、高分子分散剂和第一多元醇；

所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物为重均分子量为7000至9000的第一苯乙烯马来酸酐共聚物；

所述第二苯乙烯马来酸酐共聚物为重均分子量为4000至6000的第二苯乙烯马来酸酐共聚物。

2.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，，其特征在于：

所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物为酯化聚苯乙烯马来酸酐共聚物。

3.如权利要求1或2所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物具有结构式：

其中，x、y、z均为大于等于1的正整数，R₁选自H、经取代或未取代烷基、经取代或未取代烯基、经取代或未取代的苄基、经取代或未取代杂环基中的一种或多种，R₂选自H、NH₄ ⁺、NR₁中的一种。

4.如权利要求1或2所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物具有结构式：

其中，x、y、z均为大于等于1的正整数，R₁选自H、经取代或未取代烷基、经取代或未取代烯基、经取代或未取代的苄基、经取代或未取代杂环基中的一种或多种，R₂选自H、NH₄ ⁺、NR₁中的一种。

5.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述分散染料选自低温型分散染料、中温型分散染料或高温型分散染料的一种或多种。

6.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述第一多元醇与所述第二多元醇均为分子量为55至100的二元醇，所述第一多元醇与所述第二多元醇均选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述高分子分散剂为含颜料亲和基团的共聚物水溶液，选自BYK190、BYK-192、TEGO-755W、TEGO-760W、TEGO 750W中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述分散染料色浆中所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物与所述分散染料添加量的比值为1:2至1:3。

9.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

所述第二苯乙烯马来酸酐共聚物的添加量为5％至10％。

10.如权利要求1所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

按质量百分比，所述分散染料色浆包括20～30％的所述分散染料、6～15％的所述第一苯乙烯马来酸酐共聚物、5～15％的所述高分子分散剂、4～6％的所述第一多元醇、0.1～0.5％的杀菌剂及余量的去离子水。

11.如权利要求10所述的一种低排放分散染料墨水，其特征在于：

按质量百分比，所述低排放分散染料墨水包括10～50％的所述分散染料色浆、5～10％的所述第二苯乙烯马来酸酐共聚物、10～15％的所述第二多元醇、0.5～2.0％的表面活性剂、0.05％～0.2％的杀菌剂及余量的去离子水。

12.一种低排放分散染料墨水的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至11中任一项所述的一种低排放分散染料墨水；

该制备方法包括以下步骤：

a.按质量百分比将20～30％的分散染料、6～15％的第一苯乙烯马来酸酐共聚物、5～15％的高分子分散剂、4～6％的第一多元醇、0.1～0.5％的杀菌剂及余量的去离子水混合分散均匀，经过滤或离心得到分散染料色浆；

b.按质量比将10～50％的分散染料色浆、5～10％的第二苯乙烯马来酸酐共聚物、10～15％的第二多元醇、0.5～2.0％的表面活性剂、0.05％～0.2％的杀菌剂及余量的去离子水混合并搅拌均匀，经0.2～0.8μm孔径滤膜或滤芯过滤得到所述低排放分散染料墨水。

13.一种数码喷墨印花方法，其特征在于：应用如权利要求1至11中任一项所述的一种低排放分散染料墨水喷印在打印介质上。

14.如权利要求13所述的一种数码喷墨印花方法，其特征在于：所述数码喷墨印花方法为热转印喷墨方法或者纺织直喷方法。