CN108300229A - 一种水性纳米复合涂层材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性纳米复合涂层材料及其制备方法和应用，其中，所述的水性纳米复合涂层材料由如下重量份的原料制成：水性树脂100‑132份、无机纳米溶胶14‑66份、白色颜料0‑54份、高分子分散剂2‑4份及助剂0‑2份。所述的方法为将水性树脂加入到烧杯中，加入水性树脂总质量的0.5‑30％的水进行稀释搅拌，与此同时加入无机纳米溶胶、高分子分散剂，调节pH值至7‑9，继续搅拌，得到预乳液，将该预乳液进行研磨后进行震荡，过滤，即得水性纳米复合涂层材料。本发明制备的水性纳米复合涂层材料VOC含量低于200g/L，将其打印到承印物表面后再打印彩色图文，可以提高墨层的附着力和光泽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性纳米复合涂层材料及其制备方法和应用，属于喷墨印刷技术领域。
背景技术
目前在三维物体表面实现图文印刷是一个新兴研究热点，国内外研究者正在积极开展研究。喷墨技术具有非接触、无印刷压力、适应性强等特征，为其在三维产品表面个性化印刷提供了可能。
但是由于三维产品的成分多种多样，而且喷墨打印用的墨水，无论是水基或是油基的，粘度都很小，流动性都很大，在喷绘形成过程中，墨水抵达承印物后会在基材表面流动，浸染到邻近墨滴的位置，既影响色彩还原质量也影响影响分辨率；此外，可能还会出现表面亲和力差导致的图文附着力不够好，图像清晰度缺陷等问题。因此需要在其表面增加相应的涂层，以提高承印物的吸墨性能与图像表现力，使彩色画面在彩色的鲜艳度、饱和度、细部层次、清晰度、色彩还原和色牢度都能达到优质的水平。目前市场上所使用的涂层多为快干溶剂型，随着工业的快速发展，环境污染、生态恶化的问题越来越引人注目，人们对环境保护的呼吁越来越强烈，绿色科技已成为科学发展的主流，传统的溶剂型涂层由于挥发性有机化合物(VOC)和有害空气污染物(HAP)的排放严重超标会逐渐被环保型水性涂层所取代。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够缩短墨层表干时间，印刷质量优良的水性纳米复合涂层材料及其制备方法和应用。
为达到上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种水性纳米复合涂层材料，由如下重量份的原料制成：水性树脂100-132份、无机纳米溶胶14-66份、白色颜料0-54份、高分子分散剂2-4份及助剂0-2份。
优选的，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸改性聚氨酯树脂中的至少一种。
优选的，所述无机纳米溶胶为水性纳米二氧化硅碱性溶胶，其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g。
优选的，所述白色颜料的成分包括纳米二氧化钛。
优选的，所述高分子分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇-200(PEG-200)、聚乙二醇-400(PEG-400)中的至少一种。
优选的，所述助剂为消泡剂、防腐剂及流变剂中的至少一种。
优选的，所述水性树脂、无机纳米溶胶、白色颜料、高分子分散剂及助剂的粒径均在500nm以内。
本发明还提供了一种制备所述的水性纳米复合涂层材料的方法，包括以下步骤：将水性树脂加入到烧杯中，加入水性树脂总质量的0.5-30％的水进行稀释搅拌，与此同时加入无机纳米溶胶、高分子分散剂，调节pH值至7-9，继续搅拌，得到预乳液，将该预乳液进行研磨后进行震荡，过滤，即得水性纳米复合涂层材料。
优选的，在加入无机纳米溶胶、高分子分散剂的同时还包括加入白色颜料以及助剂的步骤。
本发明的水性纳米复合涂层材料应用于喷墨打印中，可用于3D打印材料(包括PLA、ABS、PMMA、光敏树脂)、木质材料及皮革等材料表面。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
由于本发明水性纳米复合涂层材料所用树脂含有较强的极性基团-NCO、-OH、脲基等，且分子间形成氢键，有较高的内聚力，且所用的无机纳米溶胶粒子具有多孔性且打印到基材表面形成涂层后可通过粒子间自身固有的毛细作用力快速吸收和容纳墨滴中的水分，既能缩短墨层表干时间，又能保证优良的印刷质量。按照本发明的配方制备而成的水性纳米复合涂层材料VOC含量低于200g/L，将其打印到承印物表面后再打印彩色图文，可以提高墨层的附着力和光泽度。
具体实施方式
实施例1
将50kg水性聚氨酯树脂PU加入到烧杯中，用5kg去离子水进行稀释后高速搅拌，同时加入20kg水性纳米二氧化硅碱性溶胶(其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g)，边搅拌边缓慢加入用去离子水稀释好的22kg白色颜料、1kg聚乙烯吡咯烷酮和1kg的防腐剂，调节pH值至8.7搅拌1小时使其混合均匀，得到预乳液；
以锆珠为研磨介质加入到所得预乳液中，研磨至物料粒径均在500nm以内，在震荡仪上震荡15min，过滤，即得到水性纳米复合涂层材料。
实施例2
将55kg水性丙烯酸改性聚氨酯树脂PUA加入到烧杯中，加入10kg水进行稀释后高速搅拌，同时加入33kg水性纳米二氧化硅碱性溶胶(其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g)、1kg聚乙二醇-200，边搅拌边加入用去离子水稀释好的2kg非硅消泡剂(其中去离子水和消泡剂各1kg)，调节pH值至8.5搅拌1小时使其混合均匀，得到预乳液；
以锆珠为研磨介质加入到预乳液中，研磨至物料粒径均在500nm以内，在震荡仪上震荡15min，过滤，即得到水性纳米复合涂层材料。
实施例3
将33kg水性聚氨酯树脂PU和33kg水性丙烯酸树脂PAA加入到烧杯中，加入13kg水进行稀释后高速搅拌，同时加入7kg水性纳米二氧化硅碱性溶胶(其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g)，边搅拌边加入13kg白色颜料和1kg聚乙二醇-200(PEG-200)，调节pH值使其呈弱碱性8.0续搅拌1小时使其混合均匀，得到预乳液；
以锆珠为研磨介质加入到预乳液中，研磨至物料粒径均在500nm以内，在震荡仪上震荡15min，过滤，即得到水性纳米复合涂层材料。
实施例4
将54kg水性聚氨酯树脂PU加入到烧杯中，加入5kg去离子水进行稀释后高速搅拌，与此同时加入12.5kg水性纳米二氧化硅碱性溶胶(其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g)，边搅拌边加入27kg白色颜料、1kg高分子分散剂(其中PVP、PEG-200各0.5kg)、0.5kg非硅消泡剂，调节pH值至8.0拌，得到预乳液。
以锆珠为研磨介质加入到预乳液中，研磨至物料粒径均在500nm以内，在震荡仪上震荡15min，过滤，即得到水性纳米复合涂层材料。
实施例5
将62kg水性丙烯酸酯树脂PAA加入到烧杯中，加入5kg去离子水进行稀释后高速搅拌，与此同时加入17.5kg水性纳米二氧化硅碱性溶胶(其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g)，边搅拌边加入12kg白色颜料、2kg高分子分散剂(其中PVP与PEG-200质量比为2:1)、0.5kg非硅消泡剂，调节pH值至8.2续搅拌1小时使其混合均匀，得到预乳液。
以锆珠为研磨介质加入到预乳液中，研磨至物料粒径均在500nm以内，在震荡仪上震荡15min，过滤，即得到水性纳米复合涂层材料。
实施例6
用0号油墨丝棒将实施例1-5制备得到的水性纳米复合涂层材料涂覆在不同的基材表面，干燥后测试其涂覆效果和附着力，然后在涂层上继续涂覆一层喷墨打印用水性墨水，测试墨水在涂层上的干燥速度、附着力及光泽度，测试结果如表1所示。
表1
本发明的实施例内容揭露如上，然而本实施例并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种水性纳米复合涂层材料，其特征在于，由如下重量份的原料制成：水性树脂100-132份、无机纳米溶胶14-66份、白色颜料0-54份、高分子分散剂2-4份及助剂0-2份。
2.如权利要求1所述的水性纳米复合涂层材料，其特征在于，所述水性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸改性聚氨酯树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的水性纳米复合涂层材料，其特征在于，所述无机纳米溶胶为水性纳米二氧化硅碱性溶胶，其粒径为10-30nm，比表面积为200-300m2/g。
4.如权利要求1所述的水性纳米复合涂层材料，其特征在于，所述白色颜料的成分包括纳米二氧化钛。
5.如权利要求1所述的水性纳米复合涂层材料，其特征在于，所述高分子分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇-200(PEG-200)、聚乙二醇-400(PEG-400)中的至少一种。
6.如权利要求1所述的水性纳米复合涂层材料，其特征在于，所述助剂为消泡剂、防腐剂及流变剂中的至少一种。
7.如权利要求1所述的水性纳米复合涂层材料，其特征在于，所述水性树脂、无机纳米溶胶、白色颜料、高分子分散剂及助剂的粒径均在500nm以内。
8.一种制备如权利要求1-7任一项所述的水性纳米复合涂层材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水性树脂加入到烧杯中，加入水性树脂总质量的0.5-30％的水进行稀释搅拌，与此同时加入无机纳米溶胶、高分子分散剂，调节pH值至7-9，继续搅拌，得到预乳液，将该预乳液进行研磨后进行震荡，过滤，即得水性纳米复合涂层材料。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，加入无机纳米溶胶、高分子分散剂的同时还包括加入白色颜料以及助剂的步骤。
10.权利要求1-7任一项所述的水性纳米复合涂层材料在喷墨打印中的应用。
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