CN102558943A

CN102558943A - 一种黑色水性颜料墨水

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Publication number: CN102558943A
Application number: CN2010106158171A
Authority: CN
Inventors: 王文杰
Original assignee: TIANJIN ZHAOYANG NANOMETER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN ZHAOYANG NANOMETER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-11

Abstract

一种黑色水性颜料墨水，其特征在于包含质量份数为1～50％的黑色色浆，质量份数为1～10％的有机溶剂，质量份数为0.5～3％的表面活性剂，质量份数为0.5～5％的高分子聚合物，质量份数为0.1～1％的pH调节剂，其它组分为去离子水，所说的墨水颗粒的粒径D50小于80纳米。本发明的优越性：本发明所述墨水，均可以获得较高的反射密度和光泽度，良好的耐摩擦性和良好的反射稳定性，且在慢速喷头和快速喷头上都具有良好的喷射稳定性，尤其是当墨水中炭黑颜料含量较低时，仍然具有上述优越性。

Description

一种黑色水性颜料墨水

(一)技术领域：

本发明涉及一种喷墨墨水，尤其是一种用于喷墨打印的黑色水性颜料墨水。

(二)背景技术：

水性颜料分散液是墨水配方组分中最重要的一个成分，它的制备方式主要有3种，一种是自分散技术，一种是使用分散剂进行物理研磨，还有一种是微胶囊技术。任何一种技术都有其优越性和不足，分散技术也是如此，具体采用何种分散技术还应根据应用领域、成本因素、产品特性等方面综合决定。

自分散技术是对颜料颗粒表面进行化学改性，使之具有亲水性，通常由此方法获得的水性颜料分散液具有较低的黏度和较高的表面张力，具有代表性意义的产品如卡博特公司的CAB-O-JET系列水性颜料分散液。

使用分散剂进行物理研磨的方法是一种获得水性颜料分散液普遍采用的方法，由于市面上有多种分散剂可以选用，因此这种方法简单易行，只需要选择研磨效率高的设备和与颜料匹配的分散剂即可。市面上存的分散剂型号，如毕克化学的BYK系列分散剂、路博润公司的solsperse系列分散剂和埃夫科纳的AFCONA系列分散剂等。另外关于颜料分散剂的专利申请也有很多，关于分散剂的专利可见：中国专利02803656.5颜料分散剂和颜料制剂、中国专利01104937.5颜料分散剂和含有该颜料分散剂的颜料组合物、中国专利00816936.5接枝共聚物颜料分散剂、中国专利02120124.2有改性嵌段共聚物分散剂的颜料组合、中国专利200780044910.8分散剂等。

微胶囊技术是采用可反应性的分散剂对颜料进行分散，之后在一定条件下进行聚合反应，在颜料颗粒表面形成一薄层聚合物。中国专利200580035645.8胶囊化物及其制造方法以及油墨组合物中公开了一种微胶囊化物的制备方法，采用这种方法制备水性颜料分散液可以有效提高分散液的稳定性，对以此分散液制备的墨水的光泽性和提高颜料的显色性也有一定好处。

为了追求更高质量的喷墨印刷品和更快的喷墨速度，喷头技术和墨水技术都不断推陈出新。如有关厂商在原有压电技术的基础上，研发出可变换墨滴微压电打印头技术，它对墨滴的控制能力更强，采用这一技术喷出的墨水量最小可到1.5皮升，而且墨滴微粒形状更为规则、定位更加准确，打印分辨率提高，容易实现高精度打印。墨水配方方面，通过选择恰当的组分及添加正确的比例使喷墨墨水具有优良的喷射稳定性，使喷墨印刷品具有高光泽度、良好耐摩擦及图像细腻等特性。关于提高喷墨质量的研究可见于中国专利200910179065.6喷墨记录方式的印刷方法，它提及墨水配方中含有硅系表面活性剂和炔二醇系表面活性剂可防止墨液洇渗、提高喷出稳定性和对介质的良好润湿性和渗透性；关于提高喷墨质量的研究还可见于美国专利5156675，它提及墨水中添加二元醇醚可提高墨水对介质的渗透性。上述两个专利涉及到硅系表面活性剂、炔二醇系表面活性剂及二元醇醚，尽管这些组分都能提高喷墨打印质量，但添加量不能太高，否则会影响到墨水的分散稳定性。

(三)发明内容：

本发明的目的在于通过控制炭黑的分散方式和粒径、表面活性剂的用量以及添加高分子聚合物的方法实现本发明的技术优势。本发明所述一种黑色水性颜料墨水，它具有良好的耐摩擦性能和高光泽度、高反射密度；另外本发明所述的黑色水性颜料墨水在慢速喷头和快速喷头上都具有良好喷射稳定性，且为了获得良好打印质量，墨水中可以同时含有炔二醇类表面活性剂、有机硅类表面活性剂、二元醇醚、1，2烷基二醇和高分子聚合物等组分，而墨水的分散稳定性能保持良好。

本发明的技术方案在于：一种黑色水性颜料墨水，其特征在于包含质量份数为1～50％的黑色色浆，质量份数为1～10％的有机溶剂，质量份数为0.5～3％的表面活性剂，质量份数为0.5～5％的高分子聚合物，质量份数为0.1～1％的pH调节剂，其它组分为去离子水，所说的墨水颗粒的粒径D50小于80纳米。

上述所说黑色色浆含有经过化学改性的炭黑，炭黑占黑色色浆的质量百分比为5～40％，化学改性后的炭黑表面含有羧基、磺酸基或磷酸基。

上述所说的黑色色浆为卡博特公司的Cabot-O-Jet 352K分散液。

上述所说的有机溶剂选择二元醇醚类溶剂或1，2烷基二醇类溶剂中的至少一种。

上述所说的二元醇醚类溶剂是符合具有以下结构通式的化合物：

m＝1～2，n＝1～4

m＝1～4，n＝1～4

上述所说的二元醇醚类溶剂采用乙二醇正丁醚、二乙二醇正丁醚、三乙二醇正丁醚、四乙二醇正丁醚、乙二醇叔丁基醚、二乙二醇叔丁基醚、乙二醇异丙醚、二乙二醇异丙醚、丙二醇甲醚、丙二醇***、丙二醇叔丁基醚、丙二醇正丙基醚、丙二醇正丁醚、丙二醇异丙基醚、二丙二醇正丁基醚、二丙二醇正丙基醚或二丙二醇异丙基醚。

上述所说的1，2烷基二醇类溶剂是符合具有以下结构通式的化合物：OH-CH2-CH2(OH)-CnH2n+1 n＝1-5。

上述所说的1，2烷基二醇溶剂采用1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，2-戊二醇、1，2-己二醇或1，2-庚二醇。

上述所说的表面活性剂含有炔二醇类表面活性剂或有机硅类表面活性剂中的至少一种。

上述所说的炔二醇类表面活性剂分子中含有以下结构：

上述所说的炔二醇类表面活性剂采用空气化工公司的Surfynol420、Surfynol 440、Surfynol 465、Surfynol 485、Surfynol 2502或Surfynol 104E。

上述所说的有机硅类表面活性剂分子中含有以下四种结构中的至少一种：

上述所说的有机硅类表面活性剂采用毕克化学公司的BYK345、BYK346、BYK347或BYK348。

上述所说的高分子聚合物的玻璃化温度Tg大于50℃，重均分子量Mw大于5000。

上述所说的高分子聚合物为丙烯酸类、苯乙烯-丙烯酸类、聚氨酯类、聚酯类、松香或改性松香类或有机硅类和聚烯烃蜡乳液，采用巴斯夫公司的Joncryl HPD696(Tg＝88，Mw＝16000)、Joncryl 611(Tg＝50，Mw＝8100)、Joncryl 678(Tg＝85，Mw＝8600)、Joncryl HPD71(Tg＝128，Mw＝17250)、Joncryl HPD196(Tg＝85，Mw＝9200)、Joncryl67(Tg＝73，Mw＝12500)、Joncryl HPD690(Tg＝102，Mw＝16500)Joncryl678(Tg＝85，Mw＝8600)。

上述所说的pH调节剂至少选择氨水、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钠、氢氧化钾其中的一种。

上述所说的一种黑色水性颜料墨水中加入质量份数为1～40％的高沸点难挥发溶剂，采用丙三醇、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、正丙醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、三羟甲基丙烷、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、2-吡咯酮、1，2，6-己三醇、季戊四醇、尿素。

上述所说的一种黑色水性颜料墨水中含有质量份数为0.01～0.5％的杀菌剂，采用1，2-苯并异噻唑啉-3-酮。

上述所说的一种黑色水性颜料墨水中含有质量份数为0.01～0.5％的金属离子螯合剂和紫外线吸收剂。

本发明的优越性：本发明所述墨水，均可以获得较高的反射密度和光泽度，良好的耐摩擦性和良好的反射稳定性，且在慢速喷头和快速喷头上都具有良好的喷射稳定性，尤其是当墨水中炭黑颜料含量较低时，仍然具有上述优越性。

(四)具体实施方式：

首先对本发明的实施方式涉及的一种黑色水性颜料墨水进行说明。

实施例1：

将4份2-吡咯酮，7份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，1份Surfynol 465，0.5份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和60.3份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到20份Cabot-O-Jet352K分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

实施例2：

将4份2-吡咯酮，10份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，1份Surfynol 465，0.3份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和72.5份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到5份Cabot-O-Jet352K分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例1：

将40份2-吡咯酮，70份丙三醇，20份1，2-丙二醇，40份二乙二醇丁醚，3份Surfynol 420，3份BYK348，10份Joncryl67，2份氢氧化钠和612份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到200份Cabot-O-Jet 300分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例2：

将40份2-吡咯酮，70份丙三醇，20份1，2-丙二醇，40份二乙二醇丁醚，3份Surfynol 420，3份BYK348，10份Joncryl67，2份氢氧化钠和612份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到200份Clariant Black O-PT分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例3：

将16份黑色颜料C.I.颜料黑7，16份明凌化工集团的EDAPLAN-482分散剂和168份去离子水用高速剪切搅拌器混合均匀，得到剪切分散液，再将上述剪切分散液用研磨机进行研磨分散至粒径D50小于105纳米，得到水性颜料分散液。

将4份2-吡咯酮，7份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，0.3份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和43.5份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。

将制备的墨水溶液滴加到38份上述水性颜料分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例4：

将4份2-吡咯酮，10份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，1份Surfynol 465，0.3份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和72.5份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到5份Cabot-O-Jet 300分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例5：

将4份2-吡咯酮，10份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，1份Surfynol 465，0.3份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和72.5份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到5份Clariant Black O-PT分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例6：

将4份2-吡咯酮，10份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，0.3份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和69份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。

将制备的墨水溶液滴加到9.5份上述水性颜料分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例7：

将4份2-吡咯酮，7份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，0.3份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和61.5份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到20份Cabot-O-Jet352K分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

比较例8：

将4份2-吡咯酮，10份丙三醇，2份1，2-丙二醇，4份二乙二醇丁醚，0.2份Surfynol 420，0.2份BYK348，1份Joncryl67，0.2份氢氧化钠和73.4份去离子水混合均匀，得到墨水溶液。将制备的墨水溶液滴加到5份Cabot-O-Jet352K分散液中，混合均匀后，使用孔径为0.5微米的过滤器过滤，得到黑色水性颜料墨水。

配方表

说明：上述配方表中色浆Cabot-O-Jet 352K、Cabot-O-Jet 300和Clariant Black O-PT的颜料含量为15％。

测试结果说明：

表1中实施例1使用具有自分散性的炭黑时，墨水粒径D₅₀约为60纳米，由此制备的黑色墨水具有较高的反射密度和光泽度，耐摩擦性和分散稳定性良好，在慢速喷头和快速喷头上喷射稳定性良好。比较例1中虽然也使用了自分散炭黑，但墨水粒径D₅₀较大，反射密度和光泽度都不够理想，耐摩擦性也差。比较例2和比较例3使用分散剂研磨分散炭黑，光泽度也不够理想。比较例7中由于表面活性剂种类和添加量不合适，因此在快速喷头上的喷射稳定性差。

表2中实施例2的淡黑色墨水粒径D₅₀约为60纳米，使用具有自分散性的炭黑及适合的配方体系，制备的墨水具有较高光泽度，耐摩擦性和分散稳定性良好，在慢速喷头和快速喷头上喷射稳定性良好。比较例4中使用的也是自分散性炭黑，但墨水粒径D₅₀较大，光泽度不够理想，耐摩擦性也差。比较例5和比较例6使用分散剂研磨分散炭黑并制备淡黑色墨水，光泽度也不够理想。比较例8淡黑色墨水中由于表面活性剂种类和添加量不合适，因此在快速喷头上的喷射稳定性差。

综上所述使用本发明所述方法制备黑色墨水和淡黑色墨水，均可以获得较高的反射密度和光泽度，良好的耐摩擦性和良好的反射稳定性，且在慢速喷头和快速喷头上都具有良好的喷射稳定性。

测试方法说明：

粒径D₅₀：使用HORIBA LB550测试。

反射密度OD：使用爱色丽X-Rite 418发射密度计测量。

光泽度：使用BYK Gardner光泽度计测量。

耐摩擦性评价：用待测墨水打印实地色块，打印完成后用手指轻轻涂抹色块，如果有少许颜色渗出色块记录耐摩擦性中等，如果有较多颜色渗出色块记录耐摩擦性差，如果没有颜色渗出色块记录耐摩擦性良好。

喷射稳定性评价：分别使用Epson Stylus Pro7880C和EpsonStylus Pro 7910打印机对待测墨水进行连续喷墨输出，当连续输出5平方米后，检查喷嘴状态，喷嘴完好没有断线记录为良好，有1至5个喷嘴断线记录为差，有多于5个喷嘴断线记录为极差。

分散稳定性评价：首先使用动态激光散射粒度仪测量墨水的粒径，标记为D₅₀/初始；然后将待测墨水密封放置在恒温60℃的培养箱中，两周后取出待测墨水，仍然使用动态激光散射粒度仪再次测量墨水的粒径，标记为D₅₀/2周后；如果两次测量的粒度差值变化小于10纳米记录为良好，如果两次测量的粒度差值变化大于10纳米而小于30纳米记录为中等，如果两次测量的粒度差值变化大于30纳米记录为差。

测试墨水在慢速喷头上的喷射稳定性时，使用Epson Stylus7880C打印机，其打印速度：A1幅面：大约2.2分钟(普通纸：草图模式)，大约4.2分钟(普通纸：速度模式)，大约5.0分钟(普通纸：质量模式)，大约7.2分钟(涂料纸：速度模式)，大约9.9分钟(涂料纸：质量模式)，大约14.3分钟(1440dpi×720dpi/照片模式)，大约26.9分钟(2880dpi×1440dpi/卓越照片模式)。

测试墨水在快速喷头上的喷射稳定性时，使用Epson Stylus 7910打印机，其打印速度：A1幅面：大约0.8分钟(普通纸：草图模式)，大约1.5分钟(普通纸：一般模式)，大约2.7分钟(粗面纸：一般模式)，大约4.5分钟(照片纸：优质模式)，大约6.8分钟(照片纸：超优质模式)。

表1黑色墨水测试结果

表2淡黑色墨水测试结果

说明：表1和表2中表面活性剂百分含量的计算方式为配方中Surynol465，Surfynol 420和BYK348的总添加量占墨水总量的质量百分数；炭黑的百分含量根据色浆中颜料含量推算。

Claims

1.一种黑色水性颜料墨水，其特征在于包含质量份数为1～50％的黑色色浆，质量份数为1～10％的有机溶剂，质量份数为0.5～3％的表面活性剂，质量份数为0.5～5％的高分子聚合物，质量份数为0.1～1％的pH调节剂，其它组分为去离子水，所说的墨水颗粒的粒径D50小于80纳米。

2.根据权利要求1所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说黑色色浆含有经过化学改性的炭黑，炭黑占黑色色浆的质量百分比为5～40％，化学改性后的炭黑表面含有羧基、磺酸基或磷酸基。

3.根据权利要求1或2所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的黑色色浆为卡博特公司的Cabot-O-Jet 352K分散液。

4.根据权利要求1所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的有机溶剂选择二元醇醚类溶剂或1，2烷基二醇类溶剂中的至少一种。

5.根据权利要求4所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的二元醇醚类溶剂是符合具有以下结构通式的化合物：

m＝1～2，n＝1～4

m＝1～4，n＝1～4

所说的二元醇醚类溶剂采用乙二醇正丁醚、二乙二醇正丁醚、三乙二醇正丁醚、四乙二醇正丁醚、乙二醇叔丁基醚、二乙二醇叔丁基醚、乙二醇异丙醚、二乙二醇异丙醚、丙二醇甲醚、丙二醇***、丙二醇叔丁基醚、丙二醇正丙基醚、丙二醇正丁醚、丙二醇异丙基醚、二丙二醇正丁基醚、二丙二醇正丙基醚或二丙二醇异丙基醚；

所说的1，2烷基二醇类溶剂是符合具有以下结构通式的化合物：OH-CH2-CH2(OH)-CnH2n+1，n＝1-5；

所说的1，2烷基二醇溶剂采用1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，2-戊二醇、1，2-己二醇或1，2-庚二醇。

6.根据权利要求1所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的表面活性剂含有炔二醇类表面活性剂或有机硅类表面活性剂中的至少一种。

7.根据权利要求6所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的炔二醇类表面活性剂分子中含有以下结构：

所说的炔二醇类表面活性剂采用空气化工公司的Surfynol 420、Surfynol 440、Surfynol 465、Surfynol 485、Surfynol 2502或Surfynol 104E；

所说的有机硅类表面活性剂分子中含有以下四种结构中的至少一种：

所说的有机硅类表面活性剂采用毕克化学公司的BYK345、BYK346、BYK347或BYK348。

8.根据权利要求1所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的高分子聚合物的玻璃化温度Tg大于50℃，重均分子量Mw大于5000；所说的高分子聚合物为丙烯酸类、苯乙烯-丙烯酸类、聚氨酯类、聚酯类、松香或改性松香类或有机硅类和聚烯烃蜡乳液，采用巴斯夫公司的Joncryl HPD696、Joncryl 611、Joncryl 678、JoncrylHPD 71、Joncryl HPD196、Joncryl 67、Joncryl HPD690、Joncryl 678。

9.根据权利要求1所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于所说的pH调节剂至少选择氨水、三乙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钠、氢氧化钾其中的一种。

10.根据权利要求1所说的一种黑色水性颜料墨水，其特征在于墨水中含有质量份数为1～40％的高沸点难挥发溶剂，质量份数为0.01～0.5％的杀菌剂，质量份数为0.01～0.5％的金属离子螯合剂和紫外线吸收剂；

所说的高沸点难挥发溶剂采用丙三醇、乙二醇、二乙二醇、三甘醇、正丙醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、三羟甲基丙烷、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、2-吡咯酮、1，2，6-己三醇、季戊四醇、尿素；

所说的杀菌剂采用1，2-苯并异噻唑啉-3-酮。