CN118006169A - 一种热升华水性油墨及其制备方法 - Google Patents
一种热升华水性油墨及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及水性油墨制备技术领域，具体公开了一种热升华水性油墨及其制备方法。一种热升华水性油墨，主要由如下原料组成：分散颜料、水性丙烯酸树脂、消泡剂、表面活性剂、分散剂、流平剂、防沉剂、水、改性剂、辅助剂、亚麻籽油、润湿剂，辅助剂包括二氧化钛和硅胶，改性剂包括改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷；制备方法，包括如下步骤：（1）将分散颜料、分散剂、1/3‑1/2的水混合，研磨，得到预混料；（2）将步骤（1）得到的预混料、水性丙烯酸树脂、表面活性剂、防沉剂、改性剂、辅助剂、亚麻籽油、润湿剂、消泡剂、流平剂、剩余的水，混合，用滤膜过滤，即得。本申请的热升华水性油墨稳定性佳，干燥速度佳。
Description
技术领域
本申请涉及水性油墨制备技术领域，更具体地说，它涉及一种热升华水性油墨及其制备方法。
背景技术
热升华转印是将装有热升华转印墨水的喷墨打印机以镜像方式打印在热升华转印用喷墨纸上，再经过热转印设备加热，使热转印纸上的热转印墨升华渗入到承印物上，从而将纸上的彩色图像转印到塑料制品表面上的一种工艺。
热升华转印常用的油墨为水性油墨。水性油墨是由水性高分子乳液、分散颜料、表面活性剂及相关添加剂经化学过程和物理混合而制得的水基印刷油墨，由于它是用水来代替传统油墨中占30%～70%的有毒有机溶剂，使油墨中含有的挥发性有机溶剂较少，故在印刷过程中对工人的健康影响较小，对大气环境污染较小，提高了安全性。
但是正是因为水性油墨以水为溶剂，水的挥发速度较慢，因而水性油墨干燥时间较长，且干燥速度快慢是检验水性油墨的一个重要指标。当干燥性能不佳时，容易出现图案晕染的情况，从而容易影响印刷质量。
因此，亟需制备一种干燥性能较佳的水性油墨。
发明内容
为了进一步提高水性油墨的干燥性能，本申请提供一种热升华水性油墨及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种热升华水性油墨，采用如下的技术方案：
一种热升华水性油墨，主要由如下重量份数的原料组成：分散颜料25-40份、水性丙烯酸树脂30-50份、消泡剂1-2份、表面活性剂1-2份、分散剂1-2份、流平剂0.1-0.5份、防沉剂0.5-0.8份、水50-60份、改性剂3-6份、辅助剂1-4份、亚麻籽油2-3份、润湿剂1-2份，所述辅助剂包括二氧化钛和硅胶，所述改性剂包括改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷，所述改性膨胀蛭石的制备方法，包括如下步骤：S1、将碱木质素、水、膨胀蛭石混合，加热，过滤、干燥，随后进行热处理，得到预处理膨胀蛭石；S2、将石蜡和吐温-80混合，加热熔化，随后加入水，搅拌，得到石蜡乳液；将石蜡乳液加热，随后与甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅混合，得到反应液，将反应液与过硫酸铵、丙烯酸混合，反应、抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到改性二氧化硅；S3、将分子筛、聚乙烯吡咯烷酮、水、石膏、步骤S2得到的改性二氧化硅混合，搅拌，得到悬浮液，将悬浮液与海藻酸钾混合，随后加入步骤S1得到的预处理膨胀蛭石，得到浆液，将浆液、氯化钙溶液混合，静置离心过滤，得到沉淀物，将沉淀物干燥，即得。
通过采用上述技术方案，水性油墨由多种组分复配得到，对多种组分的配比进行调整，使得多种组分的配比达到最佳，通过引入改性剂、辅助剂、表面活性剂、分散剂、防沉剂等多种原料，多种原料相互配合，共同作用，表面活性剂、分散剂便于提高改性剂、辅助剂在水性油墨中的分散均匀性，防沉剂便于提高改性剂、辅助剂在水性油墨中的悬浮性，改性剂与辅助剂相互作用，进而提高油墨的干燥速度；
改性剂中的改性膨胀蛭石采用自制的方式，其中，采用碱木质素对膨胀蛭石进行预处理，预处理后的膨胀蛭石具有内交联的碳层结构，便于增加膨胀蛭石的孔洞结构；分子筛比表面积佳，吸湿能力佳，便于与海藻酸钙相互配合，聚乙烯吡咯烷酮便于改善改性膨胀蛭石的孔隙结构，改性二氧化硅具有储热、放热的作用，便于传递打印后油墨中的热量；油墨打印前期，改性膨胀蛭石中由于分子筛、改性二氧化硅、海藻酸钙等的作用，使得吸水能力降低，油墨经过打印机打印到纸上后，携带部分热量，改性膨胀蛭石中的改性二氧化硅增加了热量的积聚量；在热量的作用下，水分子运动速度加快，进而增加了改性膨胀蛭石的吸水能力，进而提高了油墨的干燥速度；水在挥发过程中携带部分热量，从而导致油墨表面温度降低，进而导致油墨墨层的干燥速度下降，改性膨胀蛭石中的改性二氧化硅起到一个热量积聚的作用，且辅助剂中的硅胶、二氧化钛导热性较低，便于进一步降低热量减少的速度，便于进一步提高油墨的干燥速度；
防沉剂便于减少油墨中原料出现团聚的情况；
流平剂便于在油墨固化之前改善溶剂体系的润湿性和流平性，以此来减少墨膜表面的缺陷。油墨中添加流平剂有助于气体释放和分散颜料分散，便于改善油墨对基材的润湿性，从而使油墨的表面张力处于一个均匀、较低的状态，且在溶剂的挥发干燥过程中，保持最佳的流平性；
润湿剂的加入便于降低水性体系的表面张力，使水中的一些氢键结构被重新排列，有利于水分子的逸出，同时，加快墨膜的干燥速度，表面张力的降低，便于进一步促进墨层在低临界表面张力基材上的铺展，增加与空气的接触面积，进而提高油墨的干燥速度；
消泡剂的加入便于减少泡沫对分散颜料粒子分散的影响。
优选的，所述步骤S2中的二氧化硅为预处理二氧化硅，所述预处理二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：将水和乙醇混合，得到混合液，将混合液、气相二氧化硅混合，搅拌，得到混合物，将混合物与硅烷偶联剂混合，反应，取出反应物烘干、气流粉碎，即得。
通过采用上述技术方案，在制备改性膨胀蛭石的过程中，对其中的二氧化硅进行预处理，进而提高改性二氧化硅在改性膨胀蛭石的作用，进而提高制得的水性油墨的性能。
优选的，所述改性剂、辅助剂的质量比为(4-5):(2-3)。
通过采用上述技术方案，对改性剂、辅助剂的质量比进行调整，使得改性剂、辅助剂的质量比达到最佳，便于进一步提高制得的水性油墨的稳定性，提高墨层的干燥速度。
优选的，所述辅助剂由二氧化钛和硅胶按质量比(4-5):(2-3)组成。
通过采用上述技术方案，辅助剂由二氧化钛和硅胶两种组分复配得到，对两种组分的配比进行调整，使得两种组分的配比达到最佳，二氧化钛密度较高，且晶体结构稳定，便于提高油墨的抗摩擦性能，硅胶为多孔结构，吸湿性强，便于与改性剂相互配合，便于进一步提高水性油墨的性能。
优选的，所述改性剂由改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷按质量比(4-5):(1-2)组成。
通过采用上述技术方案，改性剂由改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷两种组分复配得到，对两种组分的配比进行调整，使得两种组分的配比达到最佳，便于更好的与水性油墨中的辅助剂、表面活性剂等配合作用，进而提高水性油墨的干燥速度和稳定性，改性膨胀蛭石的加入便于进一步提高水性油墨的干燥速度，聚醚改性七甲基三硅氧烷便于很好的连接有机相和水相，便于进一步降低水剂表面张力，降低油墨的静态表面张力，进而与润湿剂相互配合，改善油墨在低表面能基材上的润湿性，同时具有较强的抗收缩能力，提高油墨在基材表面的附着强度。
优选的，所述防沉剂由聚酰胺蜡、凹凸棒土按质量比(1-2):(2-3)组成。
通过采用上述技术方案，防沉剂由聚酰胺蜡、凹凸棒土两种组分复配得到，对两种组分的配比进行调整，使得两种组分的配比达到最佳，便于减少油墨中分散颜料出现团聚沉淀的情况，便于进一步提高水性油墨的稳定性。
优选的，所述表面活性剂由烷基苯磺酸、4，4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按质量比(5-6):(1-2)组成。
通过采用上述技术方案，表面活性剂由烷基苯磺酸、4，4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)两种组分复配得到，对两种组分的配比进行调整，使得两种组分的配比达到最佳，烷基苯磺酸、4，4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)两种组分相互配合，便于降低水性油墨体系的表面张力，进而提高水性油墨之间的位阻效应和静电排斥作用，使得原本吸附于颗粒上的水分子游离在分散介质之中，在墨膜成膜干燥的过程中易于释放，进而与辅助剂、改性剂相互配合，增加油墨的干燥速度。
优选的，所述分散剂为油酸酰胺、十二烷基硫酸钠中的任意一种。
通过采用上述技术方案，分散剂可以进入油墨原料粒子之间的空隙，使固体粒子的表面产生定向吸附，以此来改变固体粒子的表面能，同时让粒子表面附着带电离子，这样就会产生双电层，可以影响粒子的相互聚集，保证了油墨中分散颜料的分散体系的相对稳定，另外，对分散剂的选择进行筛选，便于更好的与水性油墨中的表面活性剂、防沉剂相互配合，以便进一步提高水性油墨的稳定性。
第二方面，本申请提供一种热升华水性油墨的制备方法，采用如下技术方案：
一种热升华水性油墨的制备方法，包括如下步骤：（1）将分散颜料、分散剂、1/3-1/2的水混合，研磨，得到预混料；（2）将步骤（1）得到的预混料、水性丙烯酸树脂、表面活性剂、防沉剂、改性剂、辅助剂、亚麻籽油、润湿剂、消泡剂、流平剂、剩余的水，混合，用滤膜过滤，即得。
通过采用上述技术方案，热升华水性油墨的制备方法简单，制得的水性油墨稳定性佳，不容易出现分层和沉淀的问题，同时，干燥速度较佳。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的热升华水性油墨，通过引入改性剂、辅助剂、表面活性剂、分散剂、防沉剂等多种原料，多种原料相互配合，共同作用，表面活性剂、分散剂便于提高改性剂、辅助剂在水性油墨中的分散均匀性，防沉剂便于提高改性剂、辅助剂在水性油墨中的悬浮性，改性剂与辅助剂相互作用，便于提高油墨的干燥速度。
2、本申请的热升华水性油墨，制备方法简单，制得的水性油墨稳定性佳，不容易出现分层和沉淀的问题，同时，干燥速度较佳。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例及对比例的原料除特殊说明以外均为普通市售。
本申请的聚醚改性硅的厂家为广东天峰消泡剂有限公司。
本申请的水性丙烯酸树脂的厂家为上海涂悦新材料科技有限公司。
本申请的聚醚改性七甲基三硅氧烷的厂家为江西海多有机硅材料股份有限公司。
实施例
实施例1
本实施例的热升华水性油墨，包括如下重量的原料：分散颜料25kg、水性丙烯酸树脂30kg、消泡剂1kg、表面活性剂1kg、分散剂1kg、流平剂0.1kg、防沉剂0.5kg、水50kg、改性剂3kg、辅助剂1kg、亚麻籽油2kg、润湿剂1kg。分散颜料为分散蓝360；消泡剂为聚醚改性硅；表面活性剂由烷基苯磺酸、4，4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按质量比5:1组成；润湿剂为大豆卵磷脂；分散剂为油酸酰胺；流平剂为聚二甲基硅氧烷；防沉剂由聚酰胺蜡、凹凸棒土按质量比1:2组成；辅助剂由二氧化钛和硅胶按质量比4:2组成；改性剂由改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷按质量比4:1组成；改性膨胀蛭石的制备方法，包括如下步骤：S1、将碱木质素、水、膨胀蛭石按质量比1:10:1混合，在50℃加热搅拌20min，过滤、干燥，随后进行热处理，得到预处理膨胀蛭石；其中，热处理为在管式炉中在400℃加热2h；S2、将石蜡和吐温-80按质量比10:1混合，在60℃加热至熔化，随后加入水，搅拌20min，得到石蜡乳液；其中，石蜡与水的质量比为1:15；水温为65℃；将石蜡乳液加热至65℃，随后与甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅混合，升温至80℃，得到反应液；其中，石蜡、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅的质量比为10:8:0.1；将反应液与过硫酸铵、丙烯酸混合，升温至85℃，反应、抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到改性二氧化硅；其中，甲基丙烯酸甲酯、过硫酸铵、丙烯酸的质量比为8:0.2:2；S3、将分子筛、聚乙烯吡咯烷酮、水、石膏、步骤S2得到的改性二氧化硅按质量比1:0.5:245:1:2混合，磁力搅拌1h，得到悬浮液，将悬浮液与海藻酸钾混合，其中，海藻酸钾与分子筛的质量比为5:1；随后加入步骤S1得到的预处理膨胀蛭石，机械搅拌1h，得到浆液，将浆液、氯化钙溶液按质量比5:1混合，静置12h后，离心过滤，得到沉淀物，将沉淀物在80℃的烘箱中干燥4h，即得。其中，浆液是以100mL/min的速度滴入氯化钙溶液中。氯化钙溶液的物质的量浓度为2mol/L。
本实施例的热升华水性油墨的制备方法，包括如下步骤：（1）将分散颜料、分散剂、1/3的水混合，使用直径0.25-0.35mm的锆珠研磨，研磨分散24h，得到预混料；其中，分散颜料研磨至细度小于0.5μm；（2）将步骤（1）得到的预混料、水性丙烯酸树脂、表面活性剂、防沉剂、改性剂、辅助剂、亚麻籽油、润湿剂、消泡剂、流平剂、剩余的水，混合，用滤膜过滤，即得。
实施例2
本实施例的热升华水性油墨，与实施例1的区别在于：包括如下重量的原料：分散颜料40kg、水性丙烯酸树脂50kg、消泡剂2kg、表面活性剂2kg、分散剂2kg、流平剂0.5kg、防沉剂0.8kg、水60kg、改性剂6kg、辅助剂4kg、亚麻籽油3kg、润湿剂2kg。分散颜料为分散蓝360；消泡剂为聚醚改性硅；表面活性剂由烷基苯磺酸、4，4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按质量比6:2组成；润湿剂为大豆卵磷脂；分散剂为十二烷基硫酸钠；流平剂为聚二甲基硅氧烷；防沉剂由聚酰胺蜡、凹凸棒土按质量比2:3组成；辅助剂由二氧化钛和硅胶按质量比5:3组成；改性剂由改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷按质量比5:2组成。
本实施例的热升华水性油墨的制备方法，包括如下步骤：（1）将分散颜料、分散剂、1/2的水混合，使用直径0.25-0.35mm的锆珠研磨，研磨分散24h，得到预混料；其中，分散颜料研磨至细度小于0.5μm；（2）将步骤（1）得到的预混料、水性丙烯酸树脂、表面活性剂、防沉剂、改性剂、辅助剂、亚麻籽油、润湿剂、消泡剂、流平剂、剩余的水，混合，用滤膜过滤，即得。
实施例3
本实施例的热升华水性油墨，与实施例2的区别在于：包括如下重量的原料：分散颜料40kg、水性丙烯酸树脂50kg、消泡剂2kg、表面活性剂2kg、分散剂2kg、流平剂0.5kg、防沉剂0.8kg、水60kg、改性剂4kg、辅助剂2kg、亚麻籽油3kg、润湿剂2kg。
实施例4
本实施例的热升华水性油墨，与实施例2的区别在于：包括如下重量的原料：分散颜料40kg、水性丙烯酸树脂50kg、消泡剂2kg、表面活性剂2kg、分散剂2kg、流平剂0.5kg、防沉剂0.8kg、水60kg、改性剂5kg、辅助剂3kg、亚麻籽油3kg、润湿剂2kg。
实施例5
本实施例的热升华水性油墨，与实施例4的区别在于：改性膨胀蛭石的制备方法中的步骤S2中的二氧化硅为预处理二氧化硅，预处理二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：将水和乙醇按质量比1:1混合，得到混合液，将混合液、气相二氧化硅按质量比25:1混合，在1000r/min下搅拌1h，得到混合物，将混合物与硅烷偶联剂混合，反应5h，取出反应物烘干、气流粉碎，即得。其中，气相二氧化硅与硅烷偶联剂的质量比为20:1；硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-570。
对比例
对比例1
本对比例的热升华水性油墨，与实施例1的区别在于：采用等量辅助剂替换改性剂。
对比例2
本对比例的热升华水性油墨，与实施例1的区别在于：采用等量改性剂替换辅助剂。
对比例3
本对比例的热升华水性油墨，与实施例1的区别在于：改性剂由膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷按质量比4:1组成。
性能检测试验
存储稳定性测试：取实施例1-5的热升华水性油墨，在25℃下存储6个月，观察沉淀和分层的情况，测试结果如表1所示。
干燥性测试：取实施例1-5及对比例1-3制得的热升华水性油墨，将上述油墨在纸样上打印相同图像，打印完成后开启计时当油墨完全干时，所用的时间即为油墨干燥时间。油墨干燥时间值越小，说明油墨干燥性能越好。测试结果如表1所示。
表1实施例1-5及对比例1-3的热升华水性油墨性能测试
| 序号 | 存储稳定性 | 油墨干燥时间s |
| 实施例1 | 无沉淀，无分层 | 68 |
| 实施例2 | 无沉淀，无分层 | 66 |
| 实施例3 | 无沉淀，无分层 | 65 |
| 实施例4 | 无沉淀，无分层 | 64 |
| 实施例5 | 无沉淀，无分层 | 62 |
| 对比例1 | / | 85 |
| 对比例2 | / | 81 |
| 对比例3 | / | 77 |
结合表1中的数据可以看出，实施例1-5制得的热升华水性油墨的存储稳定性佳，且油墨干燥时间较短。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改。
Claims (9)
1.一种热升华水性油墨，其特征在于，主要由如下重量份数的原料组成：分散颜料25-40份、水性丙烯酸树脂30-50份、消泡剂1-2份、表面活性剂1-2份、分散剂1-2份、流平剂0.1-0.5份、防沉剂0.5-0.8份、水50-60份、改性剂3-6份、辅助剂1-4份、亚麻籽油2-3份、润湿剂1-2份，所述辅助剂包括二氧化钛和硅胶，所述改性剂包括改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷，所述改性膨胀蛭石的制备方法，包括如下步骤：S1、将碱木质素、水、膨胀蛭石混合，加热，过滤、干燥，随后进行热处理，得到预处理膨胀蛭石；S2、将石蜡和吐温-80混合，加热熔化，随后加入水，搅拌，得到石蜡乳液；将石蜡乳液加热，随后与甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅混合，得到反应液，将反应液与过硫酸铵、丙烯酸混合，反应、抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到改性二氧化硅；S3、将分子筛、聚乙烯吡咯烷酮、水、石膏、步骤S2得到的改性二氧化硅混合，搅拌，得到悬浮液，将悬浮液与海藻酸钾混合，随后加入步骤S1得到的预处理膨胀蛭石，得到浆液，将浆液、氯化钙溶液混合，静置离心过滤，得到沉淀物，将沉淀物干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述步骤S2中的二氧化硅为预处理二氧化硅，所述预处理二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：将水和乙醇混合，得到混合液，将混合液、气相二氧化硅混合，搅拌，得到混合物，将混合物与硅烷偶联剂混合，反应，取出反应物烘干、气流粉碎，即得。
3.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述改性剂、辅助剂的质量比为(4-5):(2-3)。
4.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述辅助剂由二氧化钛和硅胶按质量比(4-5):(2-3)组成。
5.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述改性剂由改性膨胀蛭石和聚醚改性七甲基三硅氧烷按质量比(4-5):(1-2)组成。
6.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述防沉剂由聚酰胺蜡、凹凸棒土按质量比(1-2):(2-3)组成。
7.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述表面活性剂由烷基苯磺酸、4，4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)按质量比(5-6):(1-2)组成。
8.根据权利要求1所述的一种热升华水性油墨，其特征在于，所述分散剂为油酸酰胺、十二烷基硫酸钠中的任意一种。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的热升华水性油墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将分散颜料、分散剂、1/3-1/2的水混合，研磨，得到预混料；（2）将步骤（1）得到的预混料、水性丙烯酸树脂、表面活性剂、防沉剂、改性剂、辅助剂、亚麻籽油、润湿剂、消泡剂、流平剂、剩余的水，混合，用滤膜过滤，即得。
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