CN106752372A - 一种用于喷墨印刷的喷墨墨水及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了喷墨印刷技术领域的一种用于喷墨印刷的喷墨墨水及其制备方法；所述喷墨墨水的原料组成及质量百分比为：颜料0.01‑30％，低聚物0.01‑30％，单体20‑80％，光引发剂0.1‑30％，助剂0‑20％。本发明还公开了所述喷墨墨水的制备方法。本发明的喷墨墨水在高速喷墨印刷设备上表现出良好的流畅性和打印稳定性，能很好地保护喷头。
Description
技术领域
本发明属于喷墨印刷技术领域，尤其涉及一种用于喷墨印刷的喷墨墨水及其制备方法。
背景技术
工业喷墨印刷比传统印刷有不可比拟的优势，印刷品越来越向着多品种、小批量、个性化的方向发展，基于喷墨技术的数字印刷以无版，无压力，适应性强，自动化程度高，印刷装置小型化等特点向传统印刷发起了有力挑战，日益成为主流的印刷业务；在云包装，互联网防伪，标签二维码防伪等印刷领域，喷墨印刷以零库存、绿色环保、无浪费、低成本的优势快速发展。
工业喷墨印刷用的喷墨墨水主要有UV光固化墨水，溶剂型墨水，水型墨水。而UV墨水具有安全环保，无气味，无污染，生产环境友好等优点，对喷印设备无腐蚀，特别是在包装领域具有优势。UV油墨的固化机理是经过一定波长的紫外能量照射后，引发剂被激发产生自由基，引发活性单体和预聚物瞬间发生交联反应，从而使油墨从液态转变成固态。光固化过程中要使液体材料很快的100％的转化为固体。UV喷墨油墨主要成分包括颜料、预聚物、光引发剂、稀释单体和其他助剂等，具有低VOC、低能量需求、瞬间干燥、适于多种承印材料、固化前不干燥、对喷头无堵塞、无需清洗喷头、墨水成分稳定、印刷质量高、耐光、耐摩擦性、无污染等明显的优势。然而，现有的UV墨水在印刷速度为20-200米/分钟的高速喷印过程中，流畅性、稳定性等性能差，并不能满足要求。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种流畅性佳、可满足工业高速喷墨印刷的喷墨墨水及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，原料组成及质量百分比如下：
优选地，所述喷墨墨水的原料组成及其重量百分比为：
优选地，所述喷墨墨水的原料组成及其重量百分比为：
颜料5％，低聚物10％，单体65％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料10％，低聚物20％，单体50％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料5％，低聚物5％，单体70％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料10％，低聚物10％，单体60％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料10％，低聚物15％，单体65％，光引发剂10％。
优选地，所述低聚物具体为超支化聚丙烯酸酯，数均分子量为1000-60000，平均粘度为5-10000cps。
优选地，所述单体为(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、4-羟基丁基丙烯酸酯、1，4-环己烷二甲醇单丙烯酸酯、二乙二醇单丙烯酸酯、1，6-己二醇单丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二甲基丙烯酸酯、环戊基丙烯酸酯、2-丙烯酸环己基酯、2-甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸异丙酯、双环苯氧乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸十一烷基酯、2-丙烯酸十二烷基酯中的一种或者多种。
优选地，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、羟基二苯甲酮、2-羟基-2-苯基苯乙酮、2,2'-二乙氧基苯乙酮、4,4'-二(N,N-二甲氨基)二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰-二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、安息香甲基醚、安息香***、三聚氯氰中的一种或者多种。
优选地，所述助剂为偶联剂、消泡剂、增塑剂中的一种或者多种；其中，所述偶联剂为3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-[(2，3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氯化聚丙烯、乙烯基三乙氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯、磷酸三丁酯、聚醚中的一种或者多种；所述增塑剂为邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、烷基磺酸酯、磷酸酯、苯多酸酯、环氧化合物中的一种或者多种。
第二方面，本发明提供一种所述喷墨墨水的制备方法，包括如下步骤：
按上述原料组成及质量百分比备料，加入反应器中混合，即得颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水。
优选地，所述混合的条件为：800-900rpm、30-50min；所述研磨的条件为：2000-3000rpm、0.2-0.5h/kg、2-5kg/min；所述离心的条件为：5000-10000rpm、0.2-2kg/min。
优选地，所述混合的条件为：900rpm、30min；所述研磨的条件为：3000rpm、0.3h/kg、4kg/min；所述离心的条件为：9000rpm、0.5kg/min。
优选地，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1-0.2mm的钇稳定氧化锆珠。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的喷墨墨水颗粒粒径达到亚纳米级，在高速喷墨印刷设备上表现出良好的流畅性和打印稳定性，能很好地保护喷头。
具体实施例
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，它的原料组成及质量百分比如下：颜料0.01％-30％，低聚物0.01％-30％，单体20％-80％，光引发剂0.1％-30％，助剂0-20％。
本发明实施例中的颜料包括：化学改性颜料及化学掺杂颜料,本领域常见,采购即可获得；所述颜料是黑色颜料，黄色颜料，红色颜料和蓝色颜料中的一种；其中，所述黑色颜料可为炭黑，例如日本DIC公司的PBK1、PBK7；黄色颜料可为偶氮类颜料，例如巴斯夫公司的PY71、PY74；红色颜料可为喹吖啶酮类颜料，例如汽巴公司的PV19、PR122、PR177、PR146；蓝色颜料可为酞菁类颜料，例如日本DIC公司的PB15、PB15：3、PB15：4。
本发明实施例中的所述低聚物为超支化聚丙烯酸酯，平均分子量为1000-60000，平均粘度为5-10000cps；常见该类产品例如德国科宁公司3016-20R、4703、5010、5432、6008、6019、6623、6893-20R等。
本发明实施例中的所述单体为(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、4-羟基丁基丙烯酸酯、1，4-环己烷二甲醇单丙烯酸酯、二乙二醇单丙烯酸酯、1，6-己二醇单丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二甲基丙烯酸酯、环戊基丙烯酸酯、2-丙烯酸环己基酯、2-甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸异丙酯、双环苯氧乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸十一烷基酯、2-丙烯酸十二烷基酯中的一种或者多种；其中，所述(甲基)丙烯酸酯为含碳氢或碳氧长链结构的(甲基)丙烯酸酯，带杂环结构的(甲基)丙烯酸酯和带羟基结构的(甲基)丙烯酸酯的一种或者多种。
本发明实施例中所述的光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、羟基二苯甲酮、2-羟基-2-苯基苯乙酮、2,2'-二乙氧基苯乙酮、4,4'-二(N,N-二甲氨基)二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰-二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、安息香甲基醚、安息香***和三聚氯氰中的一种或者多种。例如长兴化学的D-1173、I-184、754、369、819、907、2022。
在本发明实施例的中，助剂为选择组分，具体可以根据实际的性能需求或者使用情况由本领域技术人员选择是否使用，赋予墨水更优秀或者不同的使用性能。具体的，该助剂可以包括：偶联剂、消泡剂、增塑剂中的一种或者多种；其中，偶联剂用于增加涂层与聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)薄膜之间粘结强度，消泡剂用于抑制、降低或消除分散体中的气泡，增塑剂用于进一步的增加涂层柔软性。在一些实施例中，偶联剂可以为3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-[(2，3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氯化聚丙烯、乙烯基三乙氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；消泡剂可以为聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯、磷酸三丁酯、聚醚中的一种或者多种；增塑剂可以为邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、烷基磺酸酯、磷酸酯、苯多酸酯、环氧化合物中的一种或者多种。
本发明还提供所述喷墨墨水的制备方法，其包括下列步骤：
一、将颜料0.01％-30％，低聚物0.01％-30％，单体20％-80％，光引发剂0.1％-30％，助剂0-20％加入反应容器中用分散机以预定的搅拌速度进行搅拌混合并过滤，形成颜料初分散体，分散机的转速为800-900rpm，分散时间30-50min；
二、用纳米棒销研磨机研磨颜料初分散体，选用0.1mm-0.2mm钇稳定氧化锆珠，研磨机转速在2000-3000rpm，研磨时间为0.2-0.5h/kg，流量2-5kg/min；研磨完成后的混合液，经过离心机进行离心，离心机转速5000-10000rpm，流量在0.2-2kg/min；离心后的混合液进行过滤，即得颜料墨水。
以下通过具体的实施例对本发明做进一步阐述，但本发明不限定于此特定实施例。
实施例1-3
实施例1-3分别提供了一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其原料组成及各原料重量百分比见表1，喷墨墨水制备方法如下：
按表1所述原料种类及质量百分比备料，加入反应器中混合，即得颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水；
其中，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1mm的钇稳定氧化锆珠；
制备方法所涉参数见表1。
表1
实施例4
本实施例提供了一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其原料组成及各原料重量百分比见表2，喷墨墨水制备方法如下：
将炭黑PBK7，低聚物3016-20R，单体二乙二醇单丙烯酸酯，光引发剂D-1173，助剂偶联剂氯化聚丙烯，混合搅拌均匀，加入反应容器中混合过滤，形成颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水；
其中，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1mm的钇稳定氧化锆珠；
制备方法所涉其他参数同实施例1。
实施例5
本实施例提供了一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其原料组成及各原料重量百分比见表2，喷墨墨水制备方法如下：
将红色颜料PV19，低聚物4703，单体丙烯酸异冰片酯，光引发剂754，以及助剂消泡剂磷酸三丁酯，混合搅拌均匀，加入反应容器中混合过滤，形成颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水；
其中，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1mm的钇稳定氧化锆珠；
制备方法所涉其他参数同实施例1。
实施例6
本实施例提供了一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其原料组成及各原料重量百分比见表2，喷墨墨水制备方法如下：
将黄色颜料PY74，低聚物6893-20R，单体1，4-环己烷二甲醇单丙烯酸酯，光引发剂I-184，以及助剂增塑剂苯多酸酯，混合搅拌均匀，加入反应容器中混合过滤，形成颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水；
其中，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1mm的钇稳定氧化锆珠；
制备方法所涉其他参数同实施例1。
实施例7
本实施例提供了一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其原料组成及各原料重量百分比见表2，喷墨墨水制备方法如下：
将蓝色颜料PB15：4，低聚物6623，单体2-丙烯酸环己基酯，光引发剂907，以及助剂，其中助剂为偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷+消泡剂聚醚+增塑剂磷酸酯(三者用量比为1：1：1)，混合搅拌均匀，加入反应容器中混合过滤，形成颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水；
其中，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1mm的钇稳定氧化锆珠；
制备方法所涉其他参数同实施例1。
实施例8
本实施例提供了一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其原料组成及各原料重量百分比见表2，喷墨墨水制备方法如下：
将黄色颜料PY71，低聚物5432，单体2-丙烯酸环己基酯，以及光引发剂819，混合搅拌均匀，加入反应容器中混合过滤，形成颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水；
其中，所述混合采用的设备为分散机；所述研磨采用的设备为纳米棒销研磨机，采用的研磨珠具体是0.1mm的钇稳定氧化锆珠；
制备方法所涉其他参数同实施例1。
实施例9
本实施例是实施例1的变化例，其原料组成及各原料重量百分比同实施例1，变化之处仅在于制备条件中的参数，具体参数设置如下：
所述混合的条件为：900rpm、30min；所述研磨的条件为：3000rpm、0.3h/kg、4kg/min；所述离心的条件为：9000rpm、0.5kg/min。
表2
对上述实施例1-9所得到的喷墨墨水分别进行印刷流畅性能测试，测试设备采用华云数码高速喷墨印刷机HY-100，测试温度为25℃，测试湿度为60％，测试结果见表3。
表3
| 测试过程 | 测试结果 | 判定标准 | |
| 实施例1 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例2 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例3 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例4 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例5 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例6 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例7 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例8 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 实施例9 | 连续印刷2000米 | A | 合格 |
| 市售墨水1 | 印刷不到10米 | C | 不合格 |
| 市售墨水2 | 印刷不到5米 | C | 不合格 |
上述表3中的评价指标：
A：印刷完2000米无喷孔堵塞，无飞墨现象；
B：印刷完2000米断线在4孔以内；
C：印刷完2000米断线在5孔以上；
由表3可知，实施例的喷墨墨水的原料及其用量、制备方法参数在本发明限定的范围内均可实现本发明的效果，在高速喷墨印刷设备上表现出良好的流畅性和打印稳定性，能很好地保护喷头。
本发明技术方案之所对喷墨墨水的组分含量做出限定(颜料0.01-30％，低聚物0.01-30％，单体20-80％，光引发剂0.1-30％，助剂0-20％)，原因在于：如果颜料的含量超出了本发明的限定将会导致易沉降，不利于墨水喷出；如果低聚物含量超出了本发明的限定将会导致粘度过大，不利于墨水喷出；如果单体的含量超出了本发明的限定将会导致不利于墨水喷出；如果光引发剂的含量超出了本发明的限定将会导致墨水储存稳定性下降。
本发明技术方案之所对喷墨墨水的组分做出限定(即对低聚物进行限定，所述低聚物具体为超支化聚丙烯酸酯，数均分子量为1000-60000，平均粘度为5-10000cps)，原因在于：如果数均分子量或者平均粘度超出了本发明的限定，将会导致颗粒粒径不稳定，容易团聚。
本发明技术方案在上述组分含量、组分种类限定的基础上，还在组分、含量限定范围内进行了优选，形成了优选方案(如实施例4-实施例8)，之所以为优选方案，原因在于：优选方案除了能在告诉喷墨印刷设备上表现出良好的流畅性和打印稳定性、保护喷头，还具备储存期长的优势性能。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，原料组成及质量百分比如下：
2.根据权利要求1所述的用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，所述喷墨墨水的原料组成及其重量百分比为：
3.根据权利要求2所述的用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，所述喷墨墨水的原料组成及其重量百分比为：
颜料5％，低聚物10％，单体65％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料10％，低聚物20％，单体50％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料5％，低聚物5％，单体70％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料10％，低聚物10％，单体60％，光引发剂10％，助剂10％；或者，
颜料10％，低聚物15％，单体65％，光引发剂10％。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，所述低聚物具体为超支化聚丙烯酸酯，数均分子量为1000-60000，平均粘度为5-10000cps。
5.根据权利要求1至3任一项所述的用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，所述单体为(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、4-羟基丁基丙烯酸酯、1，4-环己烷二甲醇单丙烯酸酯、二乙二醇单丙烯酸酯、1，6-己二醇单丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二甲基丙烯酸酯、环戊基丙烯酸酯、2-丙烯酸环己基酯、2-甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸异丙酯、双环苯氧乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸十一烷基酯、2-丙烯酸十二烷基酯中的一种或者多种。
6.根据权利要求1至3任一项所述的用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、羟基二苯甲酮、2-羟基-2-苯基苯乙酮、2,2'-二乙氧基苯乙酮、4,4'-二(N,N-二甲氨基)二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰-二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦、安息香甲基醚、安息香***、三聚氯氰中的一种或者多种。
7.根据权利要求1至3任一项所述的用于喷墨印刷的喷墨墨水，其特征在于，所述助剂为偶联剂、消泡剂、增塑剂中的一种或者多种；
其中，所述偶联剂为3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-[(2，3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氯化聚丙烯、乙烯基三乙氧基硅烷、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯、磷酸三丁酯、聚醚中的一种或者多种；所述增塑剂为邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、烷基磺酸酯、磷酸酯、苯多酸酯、环氧化合物中的一种或者多种。
8.一种喷墨墨水的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按权利要求1至7任一项所述的原料及质量百分比备料，加入反应器中混合，即得颜料初分散体；
对所得颜料初分散体进行研磨、离心、过滤，所得液体部分即为喷墨墨水。
9.根据权利要求8所述的喷墨墨水的制备方法，其特征在于，所述混合的条件为：800-900rpm、30-50min；所述研磨的条件为：2000-3000rpm、0.2-0.5h/kg、2-5kg/min；所述离心的条件为：5000-10000rpm、0.2-2kg/min。
10.根据权利要求9所述的喷墨墨水的制备方法，其特征在于，所述混合的条件为：900rpm、30min；所述研磨的条件为：3000rpm、0.3h/kg、4kg/min；所述离心的条件为：9000rpm、0.5kg/min。
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