颜料色浆及其制备方法、颜料墨水与流程

1.本发明涉及打印耗材领域，具体是涉及一种颜料色浆及其制备方法、颜料墨水。


背景技术：

2.在喷墨打印领域，为保证墨水的品质及其喷射性能，普遍要求水性颜料墨水的粘度较低的同时，墨水中颗粒的粒径达到纳米级别且具备较窄的分布范围。在此情况下，要求墨水中的水性颜料色浆的粘度较低，颜料颗粒的粒径达到纳米级别，分散稳定性好。
3.当皮革、铜版纸和烫画膜等非吸收性基材上进行图案的喷印时，为提高墨水在上述非吸收性基材的粘附力，需要对皮革、铜版纸和烫画膜等非吸收性基材的表面先进行涂层预处理，使得上述材料表面通常是偏油性。但是偏油性的基材材料与水基喷印材料的性质是不相容的，将水基喷印材料喷印在偏油性的基材表面时会出现自聚的现象，水基喷印材料无法在基材表面充分润湿和铺展，墨水呈现出堆积的现象，导致印花图案的颜色分布不均匀；并且由于水基喷印材料的快干性以及对基材的附着力均比较差，很容易出现流墨的现象，破坏印花图案的完整性。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的是提供一种避免墨水出现自聚及堆积现象的颜料色浆。
5.本发明的第二目的是提供一种上述颜料色浆的制备方法。
6.本发明的第三目的是提供一种包括上述颜料色浆的颜料墨水。
7.为了实现上述的主要目的，本发明提供的颜料色浆包括颜料、分散剂、水性有机溶剂和助剂，分散剂为阴离子型水性聚丙烯酸乳液和阴离子型水性苯乙烯丙烯酸共聚物乳液中的至少一种。
8.由上述方案可见，分散剂中所选用的水性聚丙烯酸乳液或水性苯乙烯丙烯酸共聚物乳液均为水乳型树脂乳液，水乳型树脂乳液中亲油基的数量是多于亲水基，使得水乳型树脂乳液呈偏油性，这与预涂层处理后的基材性质是相似的，从而水乳型树脂乳液与基材之前的亲和性较好，由于颜料色浆中含有水乳型树脂乳液，进而将含有该种颜料色浆的水基喷印材料喷印在偏油性表面基材上时，水基喷印材料可在基材上充分润湿和铺展，使喷印材料对基材具有较好的浸润作用，从而避免出现聚墨的现象；另外，该分散体系的亲油性使其会吸附一定量的水性有机溶剂，有助于溶剂的挥发，促进墨水层快速干化，并且吸收溶剂后的树脂提高水基喷印材料的附着力，解决流墨的问题，还可防止印迹表层出现反黏现象，提高了印品质量。阴离子型分散剂中的羧基是一种亲颜料基团，羧基可键合在颜料颗粒表面，形成有效的空间位阻层，使颜料色粉之间保持一定空间距离，抑制颜料色粉的再团聚，避免水基喷印材料在基材表面出现自聚现象；并且颜料表面是带有负电荷的，由于电荷吸引，当颜料色粉分散在水中，水中带正电荷的离子自由扩散到颜料周围，使得颜料颗粒表面带有相同正电荷，使得溶液中的阴离子型分散剂吸附颜料表面上，进而在颜料颗粒表面形成一个带电离子的扩散层，连同颜料颗粒形成一个双电层，通过引入强电荷使得颜料颗
粒之间具有高排斥势能，进一步使颜料颗粒在水性溶剂体系中稳定分散。
9.进一步的方案是，按重量百分比，颜料色浆包括30％～50％的颜料、5％～10％的水性有机溶剂、3％～10％的分散剂、0.05％～5％的助剂和余量的水；助剂包括ph调节剂、消泡剂和杀菌剂。
10.可见，通过上述配比，控制颜料颗粒的数量及可分布范围，颜料色浆中的各组分处于一定范围内，使得在各组分的协同作用下，含有颜料色浆的水基喷印材料具有浸润作用的同时，具有良好的快干性和附着力，并且能够颜料颗粒稳定分散，避免自聚，保证打印效果。
11.进一步的方案是，分散剂中的阴离子型水性聚丙烯酸乳液或阴离子型水性苯乙烯丙烯酸共聚物乳液的分子量分别为：12000～30000。
12.可见，阴离子型水性聚丙烯酸乳液或阴离子型水性苯乙烯丙烯酸共聚物乳液分别为高分子聚合物，在这分子量范围内的分散剂具有更好的粘性，从而改善水基喷印材料的附着力。
13.进一步的方案是，无机颜料为氧化铁、氧化铬、氧酸钙、二氧化钛、高岭土、滑石粉及炭黑中的至少一种。
14.进一步的方案是，水性有机溶剂为丙三醇、丙二醇、乙二醇、二甘醇中至少一种。
15.进一步的方案是，颜料色浆的ζ电位为40mv～50mv。
16.可见，具有上述ζ电位范围内的水性颜料色浆可提供有效的静电排斥，使得两颜料颗粒在近距离时彼此之间有较强的排斥作用，抑制颜料颗粒的团聚。
17.进一步的方案是，颜料色浆的粘度为80cp～150cp，表面张力为40mn/m～50mn/m，平均粒径为150nm～250nm。
18.可见，在这一数值范围内的粘度使颜料色浆的粘性降低，适合用于制备低粘度墨水，低粘度墨水在打印时更流畅；在这一数值范围内的表面张力较高，对应的墨水可以更好地适应高速打印，而在这一数值范围内的粒径偏小，使得色浆不易堵塞喷印头。
19.为实现上述的第二目的，本发明提供的颜料色浆的制备方法制备得到如上述的颜料色浆；颜料色浆的制备方法包括以下步骤：
20.a、将水分为两部分，按比例将颜料、水性有机溶剂和其中一部分的水在室温下以800rpm～1200rpm的转速搅拌混合30min～60min，在2000rpm～2500rpm的转速条件下研磨处理1h～2h，得到第一分散液；
21.b、按比例，将分散剂、助剂、另一部分的水和步骤a得到第一分散液在室温下以800rpm～1200rpm的转速搅拌混合1h～2h得到第二分散液；
22.c、将第二分散液在室温及1500rpm～2000rpm的转速条件下研磨处理4h～6h后在6000rpm～8000rpm的转速条件下离心10min～20min，再经1.0μm孔径滤膜过滤后取滤液。
23.上述方案可见，步骤a中颜料与溶剂混合后研磨，步骤b将分散剂与其他助剂、水混合，然后才将颜料、溶剂和分散剂混合，通过将颜料与分散剂分开进行预处理，然后再进行混合，可实现颜料、溶剂和分散剂之间更充分地结合，使颜料色浆性能达到最佳。
24.进一步的方案是，步骤a和步骤c中研磨时分别使用研磨机，其中研磨机内锆珠填充量为70％至80％，锆珠粒径为0.3mm。
25.可见，采用上述粒径的规格的锆珠且填充量符合上述要求的研磨机可起到较好的
研磨效果，从而将色浆成品的平均粒径控制在理想范围内。
26.为实现上述的第三目的，本发明提供一种颜料墨水，按重量百分比，颜料墨水包括10％～30％的颜料色浆、10％～40％的树脂、0.05％～5％的表面活性剂、20％～50％的水性有机溶剂和余量水，颜料色浆为如上述的颜料色浆。
具体实施方式
27.本发明的颜料色浆中包括颜料、阴离子型分散剂、水性有机溶剂、助剂和水，其中阴离子型分散剂为阴离子型水性聚丙烯酸乳液和阴离子型水性苯乙烯丙烯酸共聚物乳液中的至少一种，水乳型树脂与偏油性表面基材具有更好的亲和性，使墨水在基材上能够充分润湿和铺展，并且提高墨水的快干性和附着力；并且实现在颜料颗粒表面形成一个带离子的扩散层，使颜料颗粒在水性溶剂体系中稳定分散，颜料颗粒不会出现二次凝聚及沉降的现象，可实现高浓度化。颜料色浆应用在颜料墨水制备中，将含有上述颜料色浆的颜料墨水应用在皮革、铜版纸、烫画膜等非吸收性材料上，颜料墨水喷印在非吸收性材料上，所喷印的图案附着力强，保证喷印质量。
28.按重量百分比，颜料色浆包括30％～50％的颜料、5％～10％的水性有机溶剂、3％～10％的分散剂、0.05％～5％的助剂和余量的水；助剂包括ph调节剂、消泡剂和杀菌剂；进一步优化地，颜料色浆包括40％的颜料、8％的水性有机溶剂、7％的分散剂、3％的助剂和余量的水。颜料为无机颜料，可为氧化铁、氧化铬、碳酸钙、二氧化钛、高岭土、滑石粉及炭黑中的至少一种。水性有机溶剂可为丙三醇、丙二醇、乙二醇、二甘醇中至少一种。分散剂可为阴离子型水性聚丙烯酸乳液和阴离子型水性苯乙烯丙烯酸共聚物乳液中的至少一种，其中阴离子型水性苯乙烯
‑
丙烯酸共聚物乳液可选用德国basf的acronal proof 1108 ap、中国三升化工的ac
‑
362的至少一种。阴离子型丙烯酸共聚物乳液可选用万华化学的8016、1315的至少一种。助剂中的ph调节剂使用三乙醇胺，消泡剂使用德国毕克的byk
‑
094，杀菌剂使用troy公司的mergal k10n。
29.颜料色浆的制备方法包括以下步骤：
30.a、将水分为两部分，按比例将40％颜料、8％水性有机溶剂和其中一部分的水在室温下以800rpm～1200rpm的转速搅拌混合30min～60min，在2000rpm～2500rpm的转速条件下研磨处理1h～2h，得到第一分散液；
31.b、按比例，将7％分散剂、3％助剂、另一部分的水和步骤a得到第一分散液在室温下以800rpm～1200rpm的转速搅拌混合1h～2h得到第二分散液；
32.c、将第二分散液在室温及1500rpm～2000rpm的转速条件下研磨处理4h～6h后在6000rpm～8000rpm的转速条件下离心10min～20min，再经1.0μm孔径滤膜过滤后取滤液。
33.在步骤a和步骤c中研磨时分别使用研磨机，其中研磨机内锆珠填充量为70％至80％，锆珠粒径为0.3mm。
34.将上述颜料色浆进行应用时，可作为打印墨水的组分。按重量百分比，颜料墨水包括10％～30％的颜料色浆、10％～40％的树脂、0.05％～5％的表面活性剂、20％～50％的水性有机溶剂和余量水；打印墨水的制备方法为：按比例将各组分混合，在室温下以800rpm至1200rpm的转速搅拌混合30min至60min，经过0.45μm孔径滤膜过滤，得到水性颜料墨水。
35.下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以更好地理解本发明。
36.设置四组实施例，每组实施例的具体组成成分及数值见表1。
37.表1水性颜料色浆成分表
[0038][0039][0040]
下面对颜料色浆的储存稳定性进行测试，具体的测试方法为：取实施例一至四制备的水性颜料色浆，对比例一为科莱恩的colanyl white tq100
‑
cn为，对比例二为巴斯夫的dispers white 0022。将实施例一至四、对比例一和对比例二分别置于60℃恒温箱内进行老化，老化时间为四周，每种墨水在老化处理前后均测对ζ电位、表面张力、粘度和粒径进行测试，并计算相应性能的老化前后变化率，变化率低于5％才可判为合格，检测结果见表2。
[0041]
表2储存稳定性测试结果
[0042][0043][0044]
表2中的d50值代表累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，即当实施例中色浆的粒径为105.1nm时，在一定分布范围内粒径大于105.1nm的颗粒占50％，粒径小于105.1nm的颗粒也占50％。表2中计算变化率的计算方法为：取老化前后各检测项下检测值差值的绝对值除以老化前对应检测项的检测值。
[0045]
由表2可知，实施例一至四对应的色浆在ζ电位、表面张力、粘度和粒径检测项下的储存稳定性测试全部合格，并且在绝大多数检测项下的变化率都优于市售色浆产品，表明本发明制备的水性颜料色浆具备较好的储存稳定性和分散稳定性。
[0046]
下面对墨水的干化效果进行测试，测试方法为：取实施例一至四制备的水性颜料色浆以及对比例一至二的水性颜料色浆产品按相同方法分别制备墨水，墨水的制备方法如下：按重量百分比计将25％的颜料色浆、30％的树脂、2％的表面活性剂、45％的水性有机溶剂和余量水，在室温下以1000rpm的转速搅拌混合45min，经过0.45μm孔径滤膜过滤，得到墨
水。
[0047]
取上述实施例和对比例的水性颜料色浆制备的墨水各20ml，分别直接刮涂在相同的烫画膜上，观察墨水层的干化情况。
[0048]
经观察发现，实施例一至四对应的水性颜料墨水在喷印后很快就完全干化，将烫画膜垂直放置，无墨水向下流淌的痕迹，用玻璃棒轻刮墨层表面也无多余墨水。而将经过与实施例一至四相同时间干化后的对比例一至二对应的墨水所在的烫画膜垂直放置后，发现墨水会自然向下流淌，用玻璃棒轻刮墨层表面无多余墨水，不能完全干化。
[0049]
下面对墨水的打印性能进行测试，测试方法为：取在墨水干化性能测试中制备得到的对应实施例一至四和对比例1至2的墨水各2000ml，在欣科达3200大幅面打印机上按照100％喷墨设置在烫画膜上连续打印，并且边打印边进行观察。
[0050]
观察发现实施例一至四中的颜料色浆对应的水性颜料墨水，在连续打印2000ml的过程中，打印流畅无白线，而对比例1至2颜料色浆所制成的墨水在打印过程中，出现少量白线，由此证明实施例一至四的水性颜料色浆对应的水性颜料墨水喷射性能较好，因此本发明制备的水性颜料色浆可用于制备喷墨打印墨水。
[0051]
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。