CN112111193B - 一种相变油墨的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相变油墨的制备方法，涉及油墨制备技术领域，包括相变微胶囊的制备和相变油墨的制备等步骤；通过本发明的方法制备得到的相变微胶囊油墨是一种使用高分子聚合物作为外壳、内部包含相变材料的新材料；本发明的相变油墨具有的优异的相变潜热能够充分发挥微胶囊本身的控温作用；本发明的相变油墨能释放或吸收周围环境中的热量起到能源的再利用和节约产品本身能源的效果，扩宽了油墨的功能，使其能够在各个领域发挥更多的作用。

Description

一种相变油墨的制备方法
技术领域
本发明涉及油墨制备技术领域，特别涉及一种相变油墨的制备方法。
背景技术
油墨的种类很多，但大多数油墨主要起到传递信息和美化图案的作用，而微胶囊油墨除了具有信息传递的作用外，还具有发挥特定功能的作用。例如热膨胀(发泡)油墨，其功能是实现三维立体感和绒绣触感，不过这种油墨立体调控的效果依然是与信息传递和图案化密切相关。
目前，包埋相转变材料的相变微胶囊作为一种绿色环保、高效节能的新材料受到了越来越多的关注。相变微胶囊的功能主要体现在能够随着环境温度的改变吸收或释放热量以维持自身温度的稳定。在相变转换过程中，相变微胶囊体积没有发生变化并且相变微胶囊自身的温度也保持恒定状态或变化很小。因此，相变微胶囊是一种非常好的调温或控温材料。
但由于相变微胶囊是利用成膜材料将相变材料包裹于其中形成微米、纳米级微小的核-壳结构粒子，因此使固体颗粒不易附着或黏附在基材表面导致限制了微胶囊的广泛应用。且目前的相变油墨控温能力不佳，油墨中的微胶囊容易脱落，且相变微胶囊油墨中含有纳米、微米级微胶囊，导致相变油墨粒径偏大，在印刷过程中容易堵版。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种相变油墨的制备方法，解决现有的相变油墨控温能力不佳，附着力不强等问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种相变油墨的制备方法，包括如下步骤：
(1)相变微胶囊的制备：
(1-1)苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAHNa)乳化剂的制备：将14-19份苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)粉末、4-5.7份氢氧化钠和128-155份去离子水在45-55℃下搅拌4-5.5h，得到质量分数为10％的SMAHNa乳化剂，待用；
(1-2)芯材的制备：将6-13份所述SMAHNa乳化剂、9-12份长链烷烃和90-100份去离子水在60-80℃下融化后乳化得到稳定的O/W乳液，保持所述O/W乳液在搅拌状态下待用；
(1-3)树脂水溶液的制备：将8.4-10.7份明胶放在水中0.5-1h，吸水膨胀后，水浴加热至60-80℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液；
(1-4)相变微胶囊的制备：保持所述O/W乳液搅拌速率为300-500rpm，滴加所述明胶水溶液，滴加完毕后20-70℃下保温2.5-3.6h，将所得产物抽滤、洗涤、干燥，即得到所需相变微胶囊；
(2)相变油墨的制备：将12-20份所述相变微胶囊、64-72份连结料、4-9份色浆、5-9份成膜剂、1.5-3份胶粘剂、0.3-1.5份消泡剂和0.5-1.6份流平剂200-400rpm搅拌15-38min，混合均匀后即可得到所需的相变油墨。
优选的，步骤(1-2)中所述长链烷烃的碳原子数大于15。
优选的，步骤(1-2)中乳化条件为：在转速500-900rpm/min搅拌条件下乳化2-2.2h。
优选的，步骤(1-4)中滴加所述明胶水溶液速度为0.4-0.6ml/min。
优选的，步骤(1-4)中所述洗涤采用石油醚、蒸馏水分别洗涤若干次。
优选的，步骤(1-4)中所述干燥条件为20-50℃真空干燥。
优选的，步骤(2)中所述成膜剂为水性丙烯酸树脂成膜剂、水性聚氨酯成膜剂或FONTRY水性成膜剂中的至少一种。
优选的，步骤(2)中所述胶粘剂为水性PVA胶粘剂。
优选的，步骤(2)中所述消泡剂为硅聚醚类消泡剂或矿物油消泡剂。
优选的，步骤(2)中所述流平剂为BYK-300流平剂、ZY-8533硅聚醚流平剂或ZY-1333有机硅流平剂中的至少一种。
采用上述技术方案，通过本发明的方法制备得到的相变微胶囊油墨是一种使用高分子聚合物作为外壳、内部包含相变材料的新材料，具有轻量化、低污染的特点，在实际的运输、携带、环保方面具有广泛的应用前景；本发明的相变油墨具有的优异的相变潜热能够充分发挥微胶囊本身的控温作用，在医疗、军事、航空航天等领域具有广泛的应用前景；本发明的相变油墨能释放或吸收周围环境中的热量起到能源的再利用和节约产品本身能源的效果，扩宽了油墨的功能，使其能够在各个领域发挥更多的作用，例如：纺织领域，普通油墨只能起到美化衣物和简单保温能力，而相变微胶囊油墨不只起到美化衣物作用，还能够提高衣物本身保温作用和降温作用；电子设备领域，普通油墨只能起到美化设备外观能力，而相变微胶囊油墨不仅能够起到美化外观作用，还能够吸收设备长时间运转产生的热量维持设备的高效运转；壁纸领域：普通壁纸只能够美化人们的居住环境，而相变微胶囊油墨壁纸除此之外还可以起到维持室内温度的能力。
附图说明
图1为通过本发明的方法制备得到的相变微胶囊和芯材(石蜡)的DSC曲线图；
图2为通过本发明的方法制备得到的相变油墨在不同承印物上的激光共聚焦显微镜图；
图3为通过本发明的方法制备得到的相变油墨的保温性能测试曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及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
(1)相变微胶囊的制备：
(1-1)苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAHNa)乳化剂的制备：将15g SMA粉末、4.2g氢氧化钠和130.6g去离子水加入到三颈圆底烧瓶中，在恒温水浴50℃下机械搅拌5h，得到质量分数为10％的苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂(SMAHNa乳化剂)，放于烧杯中备用；
(1-2)芯材的制备：取10g SMAHNa乳化剂、12g正二十八烷烃和100ml去离子水加入到另一个三颈圆底烧瓶中，在水浴温度为70℃下融化，然后转速900rpm/min条件下乳化2h，得到稳定的O/W乳液，保持O/W乳液在搅拌状态下待用；
(1-3)树脂水溶液的制备：将9g明胶放在常温水中1h，吸水膨胀后，通过热水浴(隔水间接)加热到70℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液，待用；
(1-4)相变微胶囊的制备：保持O/W乳液机械搅拌速率500rpm，将明胶水溶液滴加(0.5ml/min)到O/W乳液中，滴加完毕后，于22℃下保温3h，将所得产物抽滤，分别用石油醚、蒸馏水洗涤3次，20℃真空干燥得到相变微胶囊；
(2)相变油墨的制备：将14g相变微胶囊、70g连结料(EV2430透明浆，采购于江山市威尔精细化工有限公司)、4g色浆、8g成膜剂(水性丙烯酸树脂成膜剂(采购于广东简约幽蓝有限公司)、水性聚氨酯成膜剂(采购于广东简约幽蓝有限公司)和FONTRY水性成膜剂(采购于广州凡***细化工有限公司)的混合物)、2g水性PVA胶粘剂(采购于深圳市金斯邦胶粘剂有限公司)、0.4g消泡剂(BYC-6381消泡剂(采购于合肥新万成环保科技有限公司)、ZY-6330硅聚醚类消泡剂(采购于上海梓意化工有限公司)，ZY-7581硅聚醚消泡剂(采购于上海梓意化工有限公司)和ZY-K6810矿物油消泡剂(采购于上海梓意化工有限公司)的混合物)和1.6g流平剂(BYK-300流平剂(采购于德国BYK公司)、ZY-8533硅聚醚流平剂(采购于上海梓意化工有限公司)和ZY-1333有机硅流平剂(采购于上海梓意化工有限公司)的混合物)放入烧杯中，在350rpm机械搅拌下搅拌30min，混合均匀后即得到所需的相变油墨，此过程要密封防止油墨干涸，最后将得到相变油墨通过丝网版印刷方式印刷到承印基材表面。
实施例2
(1)相变微胶囊的制备：
(1-1)苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAHNa)乳化剂的制备：将18g SMA粉末、5g氢氧化钠和133g去离子水加入到三颈圆底烧瓶中，在恒温水浴45℃下机械搅拌4h，得到质量分数为10％的苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂(SMAHNa乳化剂)，放于烧杯中备用；
(1-2)芯材的制备：取13g SMAHNa乳化剂、10g液体石蜡和100ml去离子水加入到另一个三颈圆底烧瓶中，在水浴温度为60℃下融化，然后转速500rpm/min条件下乳化2.2h，得到稳定的O/W乳液，保持O/W乳液在搅拌状态下待用；
(1-3)树脂水溶液的制备：将8.4g明胶放在常温水中0.5h，吸水膨胀后，通过热水浴(隔水间接)加热到60℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液，待用；
(1-4)相变微胶囊的制备：保持O/W乳液机械搅拌速率450rpm，将明胶水溶液滴加(0.5ml/min)到O/W乳液中，滴加完毕后，于20℃下保温2.5h，将所得产物抽滤，分别用石油醚、蒸馏水洗涤3次，50℃真空干燥得到相变微胶囊；
(2)相变油墨的制备：将20g相变微胶囊、64g连结料(EV2430透明浆，采购于江山市威尔精细化工有限公司)、5g色浆、8g水性丙烯酸树脂成膜剂、2g水性PVA胶粘剂、0.5g BYC-6381消泡剂和0.5g BYK-300流平剂放入烧杯中并250rpm机械搅拌25min，混合均匀后即可得到相变油墨，此过程要密封防止油墨干涸，最后将得到相变油墨通过丝网版印刷方式印刷到承印基材表面。
实施例3
(1)相变微胶囊的制备：
(1-1)苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAHNa)乳化剂的制备：将14g SMA粉末、4g氢氧化钠和128g去离子水加入到三颈圆底烧瓶中，在恒温水浴55℃下机械搅拌5.5h，得质量分数为10％的苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂，放于烧杯中备用；
(1-2)芯材的制备：取9g SMAHNa乳化剂、11g正二十烷烃和100ml去离子水加入到另一个三颈圆底烧瓶中，在水浴温度为80℃下融化，然后转速550rpm/min条件下乳化2.2h，得到稳定的O/W乳液，保持O/W乳液在搅拌状态下待用；
(1-3)树脂水溶液的制备：将10g明胶放在常温水中1h，吸水膨胀后，通过热水浴(隔水间接)加热到80℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液，待用；
(1-4)相变微胶囊的制备：保持O/W乳液机械搅拌速率300rpm，将明胶水溶液滴加(0.4ml/min)到O/W乳液中，滴加完毕后，于24℃下保温3h，将所得产物抽滤，分别用石油醚、蒸馏水洗涤3次，20℃真空干燥得到相变微胶囊；
(2)相变油墨的制备：将17g相变微胶囊、64g连结料(EV2430透明浆，采购于江山市威尔精细化工有限公司)、7g色浆、9g水性聚氨酯成膜剂、2g水性PVA胶粘剂、0.4g ZY-6330硅聚醚类消泡剂和0.6g ZY-8533硅聚醚流平剂放入烧杯中并200rpm机械搅拌35min，混合均匀后即得到相变油墨，此过程要密封防止油墨干涸,最后将得到相变油墨通过丝网版印刷方式印刷到承印基材表面。
实施例4
(1)相变微胶囊的制备：
(1-1)苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAHNa)乳化剂的制备：将16g SMA粉末、4.5g氢氧化钠和140g去离子水加入到三颈圆底烧瓶中，在恒温水浴55℃下机械搅拌4h，得质量分数为10％的苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂，放于烧杯中备用；
(1-2)芯材的制备：取8g SMAHNa乳化剂、9g正十六烷和90ml去离子水加入到另一个三颈圆底烧瓶中，在水浴温度为80℃下融化，然后转速770rpm/min条件下乳化2h，得到稳定的O/W乳液，保持O/W乳液在搅拌状态下待用；
(1-3)树脂水溶液的制备：将10.7g明胶放在常温水中0.5h，吸水膨胀后，通过热水浴(隔水间接)加热到80℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液，待用；
(1-4)相变微胶囊的制备：保持O/W乳液机械搅拌速率450rpm，将明胶水溶液滴加(0.5ml/min)到O/W乳液中，滴加完毕后，于23℃下保温3h，将所得产物抽滤，分别用石油醚、蒸馏水洗涤3次，20℃真空干燥得到相变微胶囊；
(2)相变油墨的制备：将12g相变微胶囊、72g连结料(EV2430透明浆，采购于江山市威尔精细化工有限公司)、6g色浆、7g FONTRY水性成膜剂、1.5g水性PVA胶粘剂、1.5g ZY-7581硅聚醚消泡剂和1.5g ZY-1333有机硅流平剂放入烧杯中并400rpm机械搅拌15min，混合均匀后即可得到相变油墨，此过程要密封防止油墨干涸,最后将得到相变油墨通过丝网版印刷方式印刷到承印基材表面。
实施例5
(1)相变微胶囊的制备：
(1-1)苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐(SMAHNa)乳化剂的制备：将19g SMA粉末、5.7g氢氧化钠和155g去离子水加入到三颈圆底烧瓶中，在恒温水浴50℃下机械搅拌5.5h，得质量分数为10％的苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂，放于烧杯中备用；
(1-2)芯材的制备：取6g SMAHNa乳化剂、11g石蜡和100ml去离子水加入到另一个三颈圆底烧瓶中，在水浴温度为70℃下融化，然后转速670rpm/min条件下乳化2h，得到稳定的O/W乳液，保持O/W乳液在搅拌状态下待用；
(1-3)树脂水溶液的制备：将9.8份明胶放在常温水中0.5h，吸水膨胀后，通过热水浴(隔水间接)加热到70℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液，待用；
(1-4)相变微胶囊的制备：保持O/W乳液机械搅拌速率400rpm，将预聚体溶液滴加(0.6ml/min)到O/W乳液中，滴加完毕后，于70℃下保温3.6h，将所得产物抽滤，分别用石油醚、蒸馏水洗涤3次，20℃真空干燥得到相变微胶囊；
(2)相变油墨的制备：将17g相变微胶囊、64g连结料(EV2430透明浆，采购于江山市威尔精细化工有限公司)、9g色浆、9g FONTRY水性成膜剂、2g水性PVA胶粘剂、0.3g ZY-K6810矿物油消泡剂和0.7g ZY-1333有机硅流平剂放入烧杯中并330rpm机械搅拌38min，混合均匀后即可得到相变油墨，此过程要密封防止油墨干涸,最后将得到相变油墨通过丝网版印刷方式印刷到承印基材表面。
实施例6
(一)相变微胶囊的热性能分析
图1中(a)为相变微胶囊和芯材的DSC升温曲线图；(b)为相变微胶囊和芯材的DSC降温曲线图，从图中可以看出，无论是升温还是降温，相变微胶囊和芯材曲线都有两个明显的吸收或放热峰，由此可以看出相变微胶囊确实将芯材包覆于其中。
此外，下表为相变微胶囊和芯材的相变特性数据。
Figure BDA0002687698680000061
Figure BDA0002687698680000071
由于本发明所用的芯材是具有不同碳原子数的两种直链烷烃化合物组成。根据上表的数据和以下相变微胶囊包埋率的计算公式：
Figure BDA0002687698680000072
可以得出，通过本发明的方法制备得到的相变微胶囊的包裹率为69.9％，说明本发明的相变微胶囊中包覆了比较多的芯材，使得本发明的相变微胶囊能够具有良好的相变潜热。
(二)相变油墨性能分析
图2为将通过本发明的方法制备得到的承印相变油墨承印在不同基材表面上的激光共聚焦显微镜图，其中(a)中的基材为棉布；(b)中的基材为铜箔纸；(c)中的基材为卡纸；(d)中的基材为铜版纸；(e)中的基材为无纺布；(f)中的基材为铝箔纸。下表为通过本发明的方法制备得到的相变油墨在不同承印物表面的附着力级别：
承印物 卡纸 无纺布 棉布 铜版纸 铝箔 铜箔
附着力 0 0 0 1 3 3
根据ISO 12944国际标准划分等级，附着力测试采用划格法，间距2mm；在国内标准中，认定为附着力达到1～2级就为合格。通过上表的结果可以看出：相变油墨在大部分承印基材表面具有良好的附着力。此外，结合图2我们可以看出，相对于光滑的承印材料来说，(a)、(c)、(e)基材的表面比较粗糙，导致相变油墨的均匀性和平面性效果会有所降低，但是较多的空隙增大了油墨和基材的接触面积，更有利于油墨的附着。因此承印物表面越粗糙，相变油墨的附着性越好。
从图3的相变油墨的保温性能测试结果可以看出，热水的起始温度为55℃，随着热水温度逐渐降低，微胶囊中芯材的形态慢慢发生变化；当温度低于50℃时，相变油墨中的微胶囊发生相变，释放热量，从而使水温在200-1000s的时间范围内高于市售的普通油墨保温的热水。由此可见，通过本发明的方法制备得到的相变油墨具有良好的保温性能。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种相变油墨的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）相变微胶囊的制备：
（1-1）苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂的制备：将14-19份苯乙烯马来酸酐共聚物粉末、4-5.7份氢氧化钠和128-155份去离子水在45-55℃下搅拌4-5.5h，得到质量分数为10%的苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂，待用；
（1-2）芯材的制备：将6-13份所述苯乙烯马来酸酐共聚物钠盐乳化剂、9-12份长链烷烃和90-100份去离子水在60-80℃下融化后乳化得到稳定的O/W乳液，在转速500-900rpm/min搅拌条件下乳化2-2.2h，保持所述O/W乳液在搅拌状态下待用；
（1-3）树脂水溶液的制备：将8.4-10.7份明胶放在水中0.5-1 h，吸水膨胀后，水浴加热至60-80℃并搅拌，直至完全融化成明胶水溶液；
（1-4）相变微胶囊的制备：保持所述O/W乳液搅拌速率为300-500rpm，滴加所述明胶水溶液，滴加所述明胶水溶液速度为0.4-0.6ml/min，滴加完毕后20-70℃下保温2.5-3.6h，将所得产物抽滤、洗涤、干燥，即得到所需相变微胶囊；
（2）相变油墨的制备：将12-20份所述相变微胶囊、64-72份连结料、4-9份色浆、5-9份成膜剂、1.5-3份胶粘剂、0.3-1.5份消泡剂和0.5-1.6份流平剂200-400rpm搅拌15-38min，混合均匀后即可得到所需的相变油墨。
2.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（1-2）中所述长链烷烃的碳原子数大于15。
3.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（1-4）中所述洗涤采用石油醚、蒸馏水分别洗涤若干次。
4.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（1-4）中所述干燥条件为20-50℃真空干燥。
5.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述成膜剂为水性丙烯酸树脂成膜剂、水性聚氨酯成膜剂或FONTRY水性成膜剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述胶粘剂为水性PVA胶粘剂。
7.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述消泡剂为硅聚醚类消泡剂或矿物油消泡剂。
8.根据权利要求1所述的相变油墨的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述流平剂为BYK-300流平剂、ZY-8533硅聚醚流平剂或ZY-1333有机硅流平剂中的至少一种。
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