CN109976114A - 一种印刷用耐储存彩色墨粉及其制备方法 - Google Patents

一种印刷用耐储存彩色墨粉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种印刷用耐储存彩色墨粉及其制备方法。所述印刷用耐储存彩色墨粉包含粘结树脂、改性炭黑、复合表面改性剂、木质纤维素、硼砂、羟乙基纤维素、三聚磷酸钠、纳米四氧化三铁、氯硅烷改性蒙脱土、纤维溶胀剂、粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、壳聚糖、海藻泥、颜料。其中，纳米四氧化三铁具有磁性和极佳的流动性；氯硅烷改性蒙脱土与本发明体系相容性良好；再加入少量粒径不大于4微米的空心玻璃微珠与本发明的粘结树脂配合使用，相容性更好，可减少墨粉储存过程中结块现象，进而有效提升墨粉的储藏时间，且墨粉粒径分布窄，废粉率低，有光泽度，有效提升了印刷制品的质感和档次。

Description

一种印刷用耐储存彩色墨粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及印刷耗材技术领域，具体是涉及一种印刷用耐储存彩色墨粉及其制备方法。
背景技术
彩色墨粉是一种微米级高技术复合产品，是彩色激光打印机、复印机的主要耗材，随着办公设备自动化及信息技术的发展，使得彩色输出耗材的市场占有率越来越大。彩色墨粉通常以聚合树脂、有机颜料为主体，以蜡、电荷调节剂及二氧化硅等添加剂为助剂。其中，树脂占墨粉成分的60-90％，其功能在于可使墨粉中的其他成分很好的相容，并有携带电荷、受热熔融、粘附纸张、快速固化的作用。因此，树脂的性能对墨粉的质量、稳定性和定影牢固度起着决定性的作用。
随着信息技术的发展及办公自动化的普及，市场对彩色墨粉的品质、质量要求越来越高，其生产制备也越来越受到广泛的重视。目前，在墨粉树脂中，苯乙烯-丙烯酸树脂和聚酯树脂是主流，此外还可以复合一些特种树脂，如聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂来提高墨粉在基材上的定影牢度以扩大墨粉的应用范围。然而，目前所使用的墨粉褪色较快且色彩较差，不利于长期存放和大量打印，有的墨粉还存在分散性不好，易堵塞，墨粉不耐擦拭，附着力差，光泽度差等缺陷。
发明内容
本发明为了克服上述背景技术的不足，提供了一种印刷用耐储存彩色墨粉及其制备方法。通常墨粉中的关键成分是粘结树脂，其对墨粉的定影、储存等性质起到了决定性作用，是影响墨粉使用性能的主要因素，本发明通过添加改性炭黑、复合表面改性剂、空心玻璃微珠等与粘结树脂配合使用，获得的彩色墨粉耐存储，废粉率低，环保经济。
为达到本发明的目的，本发明印刷用耐储存彩色墨粉包含粘结树脂、改性炭黑、复合表面改性剂、木质纤维素、硼砂、羟乙基纤维素、三聚磷酸钠、纳米四氧化三铁、氯硅烷改性蒙脱土、纤维溶胀剂、粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、壳聚糖、海藻泥、颜料。
优选地，按重量份数计，本发明印刷用耐储存彩色墨粉包含50-70份粘结树脂、10-20份改性炭黑、5-15份复合表面改性剂、3-8份木质纤维素、2-4份硼砂、3-5份羟乙基纤维素、5-7份三聚磷酸钠、5-10份纳米四氧化三铁、5-10份氯硅烷改性蒙脱土、1-3份纤维溶胀剂、5-8份粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、1-3份壳聚糖、1-3份海藻泥、8-25份颜料。
进一步地，所述粘结树脂包含苯乙烯、蜡改性结晶聚酯、聚氨酯改性丙烯酸树脂。
进一步地，所述蜡改性结晶聚酯是通过如下方法制备而成：将酸含量大于60mgKOH/g的高酸性蜡、对苯二甲酸、乙二醇和催化剂投入到反应釜中，在165-175℃下反应2-4h后投入1,6-己二酸，升温至200-235℃，反应2-4h，抽真空至1-2kPa，继续反应0.5-1h，出料，冷却至室温，粉碎成细粉，过筛即得。
上述蜡为高酸性蜡，通过共价键化学键合到结晶聚酯的主链上，能够提高树脂的分散稳定性，还能为墨粉提供足够的电荷稳定性。其中，催化剂可以是公知的缩聚催化剂，如分子筛、杂多酸、固体超强酸、有机金属络合物、有机酸、无机盐等。
进一步的，所述改性炭黑通过以下方法制备：取炭黑加入到浓酸中，搅拌均匀，控制温度为30-70℃，反应2-6h，加入双氧水，在30-35℃水浴中反应1-3h，加入去离子水稀释，减压抽滤，洗涤，即得所述改性炭黑。
进一步地，所述浓酸为浓硫酸、浓硝酸或浓盐酸中的一种或几种的混合物；炭黑与浓酸的质量体积比为1：(15-20)，双氧水与炭黑的质量比为1：(3-5)；所述重量份与体积份的关系为g/mL的关系。
本发明利用高温条件下浓酸的强腐蚀性对炭黑的聚集体粒子表面和粒子界面间进行浸润、侵蚀，再在强酸作用下利用强氧化剂对炭黑粒子表面的含氧基团进一步氧化，增加含氧基团的种类和数量，提高炭黑在介质中的分散性和稳定性，从而提高本发明墨粉中炭黑的利用率，避免炭黑游离影响墨粉的打印效果。
进一步地，所述复合表面改性剂包含二氧化硅和氧化钛。
优选地，所述二氧化硅和氧化钛的质量比为(5-6)：1。
本发明中氧化钛的加入可以增强墨粉的光稳定性，使墨粉中的颜料和树脂在光照条件下不发生反应，进而有效保证了墨粉印刷后图案的稳定性。本发明中氧化钛的用量适宜即可保证产品的光稳定性，用量过多反而会影响产品印刷图案的清晰度，且氧化钛价格较昂贵，使用成本高，不宜使用过多。
本发明中二氧化硅起电快，带负电能力强，而氧化钛相对弱一点，两者配合使用，成本低，利于墨粉带电量的控制，在本发明体系中按上述配比使用能够最大化改善彩色墨粉的流动性和带电性，粒径大小容易控制，在长期的储存过程中还可以进一步防止墨粉团聚结块现象的发生。
进一步地，所述纤维溶胀剂可以选自邻苯基苯酚、对苯二甲酸二甲酯及其混合物。
进一步地，所述颜料可以选自白色颜料粉、红色颜料粉、黄绿色颜料粉、蓝色颜料粉和黑色颜料粉中的一种或多种。
本发明还提供了一种所述印刷用耐储存彩色墨粉的制备方法，该方法包括以下步骤：将木质纤维素、壳聚糖、海藻泥和纤维溶胀剂加入蒸馏水中，在70-80℃的水浴温度下搅拌得到木质纤维素溶液，再加入羟乙基纤维素和改性炭黑，继续搅拌2-3h后加入复合表面改性剂，在搅拌条件下将粘结树脂、粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、颜料、纳米四氧化三铁、硼砂加入到反应器内，搅拌4-5h后加入三聚磷酸钠、氯硅烷改性蒙脱土，再搅拌1-2h后进行喷雾干燥即得所述彩色墨粉。
上述方法只是本发明提供的一种参考方法，基于本发明所述彩色墨粉的配方组成，本领域技术人员可以使用其他方法充分利用本发明彩色墨粉的各组成成分，获得本发明所述彩色墨粉。
本发明中，纳米四氧化三铁具有磁性和极佳的流动性；氯硅烷改性蒙脱土与本发明体系相容性良好；再加入少量粒径不大于4微米的空心玻璃微珠与本发明的粘结树脂配合使用，相容性更好，可减少墨粉储存过程中的结块现象，进而有效提升墨粉的储藏时间，且墨粉粒径分布窄，废粉率低，有光泽度，有效提升了印刷制品的质感和档次，具有极大的市场前景和经济价值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明印刷用耐储存彩色墨粉包含粘结树脂、改性炭黑、复合表面改性剂、木质纤维素、硼砂、羟乙基纤维素、三聚磷酸钠、纳米四氧化三铁、氯硅烷改性蒙脱土、纤维溶胀剂、粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、壳聚糖、海藻泥、颜料。
优选地，按重量份数计，本发明印刷用耐储存彩色墨粉包含50-70份粘结树脂、10-20份改性炭黑、5-15份复合表面改性剂、3-8份木质纤维素、2-4份硼砂、3-5份羟乙基纤维素、5-7份三聚磷酸钠、5-10份纳米四氧化三铁、5-10份氯硅烷改性蒙脱土、1-3份纤维溶胀剂、5-8份粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、1-3份壳聚糖、1-3份海藻泥、8-25份颜料。
若无特别说明，本发明实施例中所述的粘结树脂包含苯乙烯、蜡改性结晶聚酯、聚氨酯改性丙烯酸树脂。
进一步地，所述蜡改性结晶聚酯是通过如下方法制备而成：将酸含量大于60mgKOH/g的高酸性蜡、对苯二甲酸、乙二醇和催化剂投入到反应釜中，在165-175℃下反应2-4h后投入1,6-己二酸，升温至200-235℃，反应2-4h，抽真空至1-2kPa，继续反应0.5-1h，出料，冷却至室温，粉碎成细粉，过筛即得。
上述蜡为高酸性蜡，通过共价键化学键合到结晶聚酯的主链上，能够提高树脂的分散稳定性，还能为墨粉提供足够的电荷稳定性。其中，催化剂可以是公知的缩聚催化剂，如分子筛、杂多酸、固体超强酸、有机金属络合物、有机酸、无机盐等。
进一步的，所述改性炭黑通过以下方法制备：取炭黑加入到浓酸中，搅拌均匀，控制温度为30-70℃，反应2-6h，加入双氧水，在30-35℃水浴中反应1-3h，加入去离子水稀释，减压抽滤，洗涤，即得所述改性炭黑。
进一步地，所述浓酸为浓硫酸、浓硝酸或浓盐酸中的一种或几种的混合物；炭黑与浓酸的质量体积比为1：(15-20)，双氧水与炭黑的质量比为1：(3-5)；所述重量份与体积份的关系为g/mL的关系。
本发明利用高温条件下浓酸的强腐蚀性对炭黑的聚集体粒子表面和粒子界面间进行浸润、侵蚀，再在强酸作用下利用强氧化剂对炭黑粒子表面的含氧基团进一步氧化，增加含氧基团的种类和数量，提高炭黑在介质中的分散性和稳定性，从而提高本发明墨粉中炭黑的利用率，避免炭黑游离影响墨粉的打印效果。
进一步地，所述复合表面改性剂包含二氧化硅和氧化钛.
若无特别说明，本发明实施例中所述复合表面改性剂里二氧化硅和氧化钛的质量比为(5-6)：1。
本发明中氧化钛的加入可以增强墨粉的光稳定性，使墨粉中的颜料和树脂在光照条件下不发生反应，进而有效保证了墨粉印刷后图案的稳定性。本发明中氧化钛的用量适宜即可保证产品的光稳定性，用量过多反而会影响产品印刷图案的清晰度，且氧化钛价格较昂贵，使用成本高，不宜使用过多。
本发明中二氧化硅起电快，带负电能力强，而氧化钛相对弱一点，两者配合使用，成本低，利于墨粉的带电量控制，在本发明体系中按上述配比使用能够最大化改善彩色墨粉的流动性和带电性，粒径大小容易控制，在长期的储存过程中还可以进一步防止墨粉团聚结块现象的发生。
进一步地，所述纤维溶胀剂可以选自邻苯基苯酚、对苯二甲酸二甲酯及其混合物。
进一步地，所述颜料可以选自白色颜料粉、红色颜料粉、黄绿色颜料粉、蓝色颜料粉和黑色颜料粉中的一种或多种。
本发明还提供了一种所述印刷用耐储存彩色墨粉的制备方法，该方法包括以下步骤：将木质纤维素、壳聚糖、海藻泥和纤维溶胀剂加入蒸馏水中，在70-80℃的水浴温度下搅拌得到木质纤维素溶液，再加入羟乙基纤维素和改性炭黑，继续搅拌2-3h后加入复合表面改性剂，在搅拌条件下将粘结树脂、粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、颜料、纳米四氧化三铁、硼砂加入到反应器内，搅拌4-5h后加入三聚磷酸钠、氯硅烷改性蒙脱土，再搅拌1-2h后进行喷雾干燥即得所述彩色墨粉。
上述方法只是本发明提供的一种方法，本发明实施例和对比例中的墨粉可参考该方法制备，但本领域技术人员知晓，基于本发明所述彩色墨粉的配方组成，可以利用其他方法充分利用本发明彩色墨粉的各组成成分，获得本发明所述彩色墨粉。
本文中所用的术语“包含”、“包括”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含50份粘结树脂、10份改性炭黑、5份复合表面改性剂、3份木质纤维素、2份硼砂、3份羟乙基纤维素、5份三聚磷酸钠、5份纳米四氧化三铁、5份氯硅烷改性蒙脱土、1份纤维溶胀剂、5份粒径4微米的空心玻璃微珠、1份壳聚糖、1份海藻泥、8份颜料。
实施例2
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份复合表面改性剂、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例3
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含70份粘结树脂、20份改性炭黑、15份复合表面改性剂、8份木质纤维素、4份硼砂、5份羟乙基纤维素、7份三聚磷酸钠、10份纳米四氧化三铁、10份氯硅烷改性蒙脱土、3份纤维溶胀剂、8份粒径2微米的空心玻璃微珠、3份壳聚糖、3份海藻泥、25份颜料。
实施例4
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、25份复合表面改性剂、5份木质纤维素、1份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、2份纳米四氧化三铁、2份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、13份颜料。
实施例5
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含80份粘结树脂、5份改性炭黑、10份复合表面改性剂、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径2微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例6
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份未改性炭黑、10份复合表面改性剂、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例7
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份复合表面改性剂、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例8
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份二氧化硅、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例9
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份二氧化钛、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例10
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份复合表面改性剂、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、7份纳米四氧化三铁、6份三聚磷酸钠、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料；其中，所述复合表面改性剂里二氧化硅和氧化钛的质量比为3：1。
实施例11
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份复合表面改性剂、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径5微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料。
实施例12
一种印刷用彩色墨粉，按重量份数计，包含60份粘结树脂、15份改性炭黑、10份复合表面改性剂、5份木质纤维素、3份硼砂、4份羟乙基纤维素、6份三聚磷酸钠、7份纳米四氧化三铁、8份氯硅烷改性蒙脱土、2份纤维溶胀剂、6份粒径3微米的空心玻璃微珠、2份壳聚糖、2份海藻泥、15份颜料；其中，所述的粘结树脂包含苯乙烯和聚氨酯改性丙烯酸树脂。
性能测试
对实施例1-12中的墨粉的进行性能测试，各项性能测试方法如下，测试结果如表1所示。
平均粒径D50：墨粉粒径及其分布采用贝克曼库尔特LS13320系列激光粒度分析仪进行测量；
定影牢固度：采用QEA图像品质分析***；
长期保存性：保存满18个月后观察看是否出现结块现象，衡量标准为，结块所占质量比例小于1％为极少，在1％-5％之间为少量，在5％以上为较多。
表1墨粉性能测试结果
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述印刷用耐储存彩色墨粉包含粘结树脂、改性炭黑、复合表面改性剂、木质纤维素、硼砂、羟乙基纤维素、三聚磷酸钠、纳米四氧化三铁、氯硅烷改性蒙脱土、纤维溶胀剂、粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、壳聚糖、海藻泥、颜料。
2.根据权利要求1所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，按重量份数计，所述印刷用耐储存彩色墨粉包含50-70份粘结树脂、10-20份改性炭黑、5-15份复合表面改性剂、3-8份木质纤维素、2-4份硼砂、3-5份羟乙基纤维素、5-7份三聚磷酸钠、5-10份纳米四氧化三铁、5-10份氯硅烷改性蒙脱土、1-3份纤维溶胀剂、5-8份粒径不大于4微米的空心玻璃微珠、1-3份壳聚糖、1-3份海藻泥、8-25份颜料。
3.根据权利要求1或2所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述粘结树脂包含苯乙烯、蜡改性结晶聚酯、聚氨酯改性丙烯酸树脂。
4.根据权利要求3所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述蜡改性结晶聚酯是通过如下方法制备而成：将酸含量大于60mg KOH/g的高酸性蜡、对苯二甲酸、乙二醇和催化剂投入到反应釜中，在165-175℃下反应2-4h后投入1,6-己二酸，升温至200-235℃，反应2-4h，抽真空至1-2kPa，继续反应0.5-1h，出料，冷却至室温，粉碎成细粉，过筛即得。
5.根据权利要求1或2所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述改性炭黑通过以下方法制备：取炭黑加入到浓酸中，搅拌均匀，控制温度为30-70℃，反应2-6h，加入双氧水，在30-35℃水浴中反应1-3h，加入去离子水稀释，减压抽滤，洗涤，即得所述改性炭黑。
6.根据权利要求5所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述浓酸为浓硫酸、浓硝酸或浓盐酸中的一种或几种的混合物；炭黑与浓酸的质量体积比为1：(15-20)，双氧水与炭黑的质量比为1：(3-5)；所述重量份与体积份的关系为g/mL的关系。
7.根据权利要求1所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述复合表面改性剂包含二氧化硅和氧化钛；优选地，所述二氧化硅和氧化钛的质量比为(5-6)：1。
8.根据权利要求1所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述纤维溶胀剂选自邻苯基苯酚、对苯二甲酸二甲酯及其混合物。
9.根据权利要求1所述的印刷用耐储存彩色墨粉，其特征在于，所述颜料选自白色颜料粉、红色颜料粉、黄绿色颜料粉、蓝色颜料粉和黑色颜料粉中的一种或多种。
10.一种权利要求1-9任一项所述的印刷用耐储存彩色墨粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将木质纤维素、壳聚糖、海藻泥和纤维溶胀剂加入蒸馏水中，在70-80℃的水浴温度下搅拌得到木质纤维素溶液，再加入羟乙基纤维素和改性炭黑，继续搅拌2-3h后加入复合表面改性剂，在搅拌条件下将粘结树脂、粒径小于4微米的空心玻璃微珠、颜料、纳米四氧化三铁、硼砂加入到反应器内，搅拌4-5h后加入三聚磷酸钠、氯硅烷改性蒙脱土，再搅拌1-2h后进行喷雾干燥即得所述彩色墨粉。
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