一种水性UV喷墨墨水及其制备方法和固化方法与流程

文档序号:17318756发布日期:2019-04-05 21:25阅读:371来源:国知局
本发明涉及一种喷墨墨水,具体涉及一种水性uv喷墨墨水及其制备方法和固化方法,属于喷墨数码印花
技术领域

背景技术
:在过去的几十年中,印刷业经历了很大的变革,最为显著的是数字印刷技术以及适应一系列不同印刷用途的喷墨式非接触式印刷的新技术引入。数字印刷的出现使如今的喷绘印刷操作变得简单化,可控性强,制作周期短,制作方便,质量好而且价格低廉,打印输出的画面精度高,色彩艳丽,效果逼真,完全可以满足用户的需求并成为一种发展趋势。随着喷墨印刷新技术的发展,喷墨墨水成为印刷过程中不可分割的组成部分。如今,喷墨印刷技术的应用领域从之前的户外广告等,扩展到了陶瓷、建筑、标签打印、纺织印花、装饰、汽车行业等,且还有不断扩大趋势。我国数字喷墨印刷市场需求旺盛,近年来发展速度加快,市场潜力巨大。工业化生产带给人类生存环境的压力越来越大,人们对环保的重视程度日益提高,如“低vocs排放”“节能减排”、“全球变暖”、“碳排量”已经频繁地现在我们的日常生活中。对于喷墨墨水也是一样,喷墨印刷技术涉及的领域不断扩展,除了在喷印作业过程中要求喷印作业节能型、作业环境无污染,下游应用领域(如食品、饮料、医药和烟包等)的印成品需要符合低溶剂残留、异味小、无毒、无污染的要求,因此,喷墨墨水的环保性也成为能否进入市场的重要指标之一。未来,喷墨墨水必将朝着“水性化”、人体无害、对环境友好的方向发展。随着喷墨墨水市场的加快发展,在数字喷墨印刷市场,现在主要有三种应用广泛的喷墨墨水类型,即水性、溶剂和uv墨水。随着环保呼声日益高涨,溶剂型墨水由于高vocs挥发等环保健康问题逐渐退出市场,水性喷墨墨水主要应用在纺织品喷墨印花领域和数字印刷领域,墨水的类型主要有水性颜料墨水、酸性染料墨水,活性染料墨水、分散墨水以及纺织品水性涂料墨水。其中,酸性染料墨水、活性染料墨水、分散墨水对织物有一定选择性。酸性染料墨水和活性染料墨水喷墨固色机理是汽蒸固色,工艺复杂,耗能大,而且酸性染料普遍存在色牢度差以及活性染料存在固色率低的缺点;分散墨水同样采用高温固色,固色过程需要消耗大量能量;水性涂料墨水几乎能在所有的纺织品基材上打印,但水性涂料墨水固化机理也是通过高温热压,使粘合剂经高温交联反应粘附到织物上,一方面这个过程消耗大量能源,另一方面如果应用在数字印刷领域,如聚合物薄膜,则存在不耐高温加工的问题,从而限制了水性喷墨墨水的应用,而且水性涂料墨水普遍存在耐湿摩擦低的现象。因而开发一种水性低温固化喷墨墨水,提高墨水在基材的固色率及耐磨擦性是水性喷墨墨水发展方向。uv墨水是在上世纪60年代在光固化涂料的基础上发展起来的,从可印刷的承印物材质上看,uv墨水的适用范围很广,在板材、塑料、玻璃、木材、瓷砖和金属、皮革等材料上都可进行喷印,墨水固化速度快,墨水稳定性好,不含不溶物质,有效避免了打印头的堵塞,可有效延长打印头的使用寿命。uv墨水虽然目前相对环保,但在打印过程中单体的挥发还是会对人体产生许多影响。此外,uv墨水固化快会造成墨水来不及渗透就已经固化,膜层主要处在承印材料的表面,因而墨水与承印材料之间需要较高的附着力。再者,墨水中含有的许多反应性单体在自外辐射过程中难以完全反应,残留单体影响固化膜的长期稳定性且这类残留的组分有可萃取性及毒性。虽然水性墨水和uv墨水都存在一定的缺陷,但水性uv墨水结合了水性墨水和uv墨水的全部优点,是环保墨水领域的新秀。近年来,国内外对水性光固化墨水研究较多,例如,cn103526570a公开了一种紫外光固化喷墨印花用颜料墨水的制备方法,其得到的喷墨印花墨水喷射流畅,颜色鲜艳,且固色效果好,但该墨水采用的光引发剂为小分子光引发剂,小分子光引发剂在储存过程容易挥发和迁移,导致光聚合效率低,墨水经光照后未反应的光引发剂同样会迁移到表层,导致固化膜污染。cn106189512a公开了一种用于喷墨打印的水性uv墨水及其制备方法,其制得的水性uv喷墨墨水环保,打印流畅性好,墨水在承印物固化后附着力,耐磨擦性能好,产品储存稳定,然而,与cn103526570a相类似,其采用的是小分子的水性光引发剂,容易发生迁移,而且水性光引发剂通常价格昂贵,不适合于产业化生产。cn104927485a公开了一种喷墨印刷水性uv墨水及其制备方法,该水性uv墨水固化速度快,固化温度低,印品干燥时间短且质量好,喷头易清洗,能源消耗低,无刺激性和臭味,不污染环境,但其采用水与酒精的混合物作为稀释剂,酒精挥发快,增加了vocs的排放,环保性差,并且容易导致墨水不稳定以及颜料易析出等问题。技术实现要素:本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种水性uv喷墨墨水,其具有固化膜自洁性好、固化速度快、耐皂洗、耐摩擦牢度高等特点。此外,本发明的另一目的在于提供一种所述水性uv喷墨墨水的制备方法以及固化方法。为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种水性uv喷墨墨水,按重量百分比计,其由以下组分制成:预聚物分散液:5-25%,光引发剂:0.1-5%,uv单体:1-15%,保湿剂:1-30%,水性纳米色浆:1-40%,第一消泡剂:0.05-1%,第一ph调节剂:0.1-1%,第一杀菌剂:0.1-1%,第一润湿剂:0.05-1%,去离子水:其余量。其中,按重量百分比计,所述水性纳米色浆由以下组分制成:纳米色料15-25%、第二润湿剂:0.5-3%、分散剂:5-25%、第二消泡剂:0.5-2%、第二ph调节剂:0.5-3%、第二杀菌剂:1-2%、去离子水:其余量。所述预聚物分散液包括但不限于蓖麻油改性聚氨酯丙烯酸酯乳液、环氧改性聚氨酯丙烯酸酯乳液、有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯乳液、有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯乳液、氟硅改性聚氨酯丙烯酸酯乳液、大豆油改性聚氨酯丙烯酸酯乳液,环氧丙烯酸酯乳液,有机硅改性丙烯酸酯乳液,聚醚丙烯酸酯乳液,聚酯丙烯酸酯乳液中的一种或多种,并且,所述预聚物分散液的d90优选小于300nm;所述光引发剂为适用于led固化的酰基磷类光引发剂、酮类光引发剂以及酯类光引发剂中的至少一种;其中,所述酰基磷类光引发剂可以是光引发剂819、光引发剂tpo、光引发剂819dw、广州广传电子材料有限公司的gc-405、台湾奇钛的chivacure789、chivacure1800、艾坚蒙(igm)公司的polymerictpo-l中的至少一种;所述酮类光引发剂可以是光引发剂itx、光引发剂detx、广州广传电子材料有限公司的gc-410、gc-413、gc-412、gc-411、gc-409、gc-407、艾坚蒙(igm)公司的omnipol910、omnipol9210中的至少一种;所述酯类光引发剂可以是湖北固润科技股份有限公司的gr-aoxe-2、艾坚蒙(igm)公司的omnipolasa、omnipoltx、omnipol3tx、omnipolbl728中的至少一种。优选地,在本发明中,所述光引发剂可以是gc-410、gc-413、gc-412、gc-411、gc-409、gc-407、omnipoltx、omnipol3tx、omnipolbl728、polymerictpo-l、omnipol910、omnipol9210等非迁移光引发剂中的一种或多种。所述uv单体为水溶性uv单体,其包括但不限于丙烯酰吗啉、聚乙二醇(400)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。所述保湿剂为乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、聚丙二醇、1,2-己二醇、山梨醇、木糖醇、丙二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、甘油醚、二甘醇、三甘醇、四甘醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2,3-丁三醇、甘油聚氧乙烯醚、吡咯烷酮羧酸钠、n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。所述纳米色料的种类可以是水溶性染料、水性纳米无机颜料、溶剂型染料、分散染料、还原染料等,具体包括但不限于颜料黑7、颜料蓝15:4、颜料蓝15:3、颜料蓝pv23、颜料黄74、颜料黄155、颜料黄180、颜料黄13、颜料黄83、黄155、颜料红v19,颜料红122、颜料红269、颜料红177、颜料红146、颜料红170、颜料红254、颜料紫23、颜料紫v19、颜料绿36、颜料绿7、金红石型钛白、分散黄54、分散黄114、荧光黄82、分散红60、分散红92、分散红343、分散蓝359、分散蓝360、分散蓝291:1、分散蓝60、分散蓝72、分散蓝60:2、分散橙25、分散棕27、黑16、蓝66、红31、黄33、棕1号中的一种或多种。所述分散剂优选采用含颜料亲和基团的聚合物,具体可包括但不限于:德国毕克化学公司的byk9151、byk9152、byk9077、汽巴埃夫卡的efka4185、efka7100、路博润公司的44000、46000、空气化学的2500、3400、3100、3700、3800、科莱恩公司的pl20、pl30、pl40、pts、1728、2772、ts200、迪高化学的tego650、tego651、tego652、tego653、tego655、tego715w、tego740w、tego750w、tego755w、tego757w、tego760w、tego761w中的一种或多种。在本发明中,所述第一消泡剂和第二消泡剂均可采用聚醚改性有机硅消泡剂、聚硅氧烷型消泡剂、高碳醇类消泡剂、气相二氧化硅类消泡剂、硅矿物油类消泡剂、炔二醇类消泡剂、聚醚(不含硅)类消泡剂中的至少一种。其中,所述聚醚改性有机硅消泡剂可以是迪高化学的tego800、tego810、tego815n、tego822、tego825、tego840、tego842、tego843、tego883、tego1488、tego3062、tego8030、tego901w、tego902w,毕克化学公司的byk-080a、byk-a506、byk-a525中的至少一种;所述聚硅氧烷型消泡剂可以是毕克化学公司的byk-028、byk-025、byk-024、byk-070、byk-093、byk-094中的至少一种;所述气相二氧化硅类消泡剂可以是迪高化学的tego830和/或tego845;所述矿物油类消泡剂可以是法国罗地亚公司的df691、df642ni、df681f中的至少一种;所述炔二醇类消泡剂可以是涂易乐公司的fs-620、fs-640、fs-6502,evoniksurfynoldf-110d、df-110l中的至少一种;所述聚醚(不含硅)类消泡剂可以是法国罗地亚公司的df4226、df999、df-963中的至少一种;且所述第一消泡剂和第二消泡剂可以相同或不同。所述第一润湿剂和第二润湿剂均可采用非离子表面活性剂,具体包括但不限于广州宝骏化工wa-6901、wa-6903、wa-6904、wa-6802、wa-6806、wa-6808、silconac-600、科宁pe-100、气体化学surfynol465、生达化工sd-200中的一种或多种;且所述第一润湿剂和第二润湿剂可以相同或不同。所述第一ph调节剂和第二ph调节剂均可采用三乙醇、三乙胺、氨水、氢氧化钠中任一种,且所述第一ph调节剂与第二ph调节剂可以相同或不同。所述第一杀菌剂和第二杀菌剂均可采用北京麦尔化工的hy-606d-2、广东中联邦精细化工的f-046、赫斯迈功能材料(上海)有限公司的501、502、广州道盛化学的proxelgxl、东莞鑫阳水处理有限公司的xy1、科莱恩公司的ci15mv、淄博华诺水处理有限公司的n-361、佛山蓝峰助剂公司的bit、mit中的任一种;且所述第一杀菌剂和第二杀菌剂可以相同或不同。进一步地,在本发明中,优选采用电导率小于20000us/cm的去离子水,进一步优选电导率小于5000us/cm的去离子水,更优选电导率小于300us/cm的去离子水。本发明的另一目的,一种如上所述的水性uv喷墨墨水的制备方法,其制备步骤包括:将uv单体、光引发剂、第一润湿剂、第一消泡剂按如上所述重量百分比混合均匀后,加入如上所述重量百分比的预聚物分散液、保湿剂、水性纳米色浆、第一杀菌剂、第一ph调节剂以及去离子水,搅拌混合均匀后过滤,即得所述水性uv喷墨墨水。其中,对于所述水性纳米色浆,当所述纳米色料为纳米颜料时,所述水性纳米色浆的制备步骤包括:将分散剂、水以及第二润湿剂、第二消泡剂、第二ph调节剂和第二杀菌剂按如上所述重量百分比高速搅拌均匀后,加入纳米颜料并混合均匀,随后以卧式砂磨机研磨至细度为500nm以下即得所述水性纳米色浆;而当所述纳米色料为纳米染料时,则所述水性纳米色浆的制备步骤包括:将分散剂、水以及以及第二润湿剂、第二消泡剂、第二ph调节剂和第二杀菌剂按如上所述重量百分比高速搅拌均匀后,加入纳米染料混合均匀即得所述水性纳米色浆。本发明的再一目的,一种如上所述的水性uv喷墨墨水的固化方法,其步骤包括:将所述水性uv喷墨墨水通过喷墨打印机打印在所需打印基材上形成图像后将打印基材在60-80℃下预烘10-30s以去除水分,然后在波长250-420nm的紫外光下固化即可。特别地,根据打印基材的吸收性能,也可以采用预涂工艺减少预烘或者不烘,或者采用对流辐射等方式来去除水分。本发明的有益效果在于,本发明的水性uv喷墨墨水,以d90<300nm的预聚物分散液作为主要成膜物,可有效提高固化膜的耐水性、耐摩擦性,尤其是耐湿摩擦性;而采用的非迁移光引发剂来引发体系聚合,可有效避免小分子迁移,保证了固化膜自身的自洁性;此外,所采用的水溶性uv单体,气味小、刺激性低,降低墨水vocs挥发,保证墨水的稳定性,提高成膜物的粘结性,从而提高固化膜的耐摩擦性。最后,本发明的uv喷墨墨水采用led灯作为固化光源,改善了施工环境,提高了光能量的使用效率。本发明的水性uv喷墨墨水,可适用于纺织品印花、出版物印刷、包装印刷等领域的喷墨打印,具体适用介质包括但不限于各种纺织品、纸张、薄膜、pu膜、pet膜、pvc膜以及它们的复合物薄膜等。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明。若无特别说明,本发明中所采用的各原料均可通过市场购买得到。实施例1一种水性uv黑色喷墨墨水,按重量百分比计,其由以下组分制成:环氧改性聚氨酯丙烯酸酯乳液:15%、有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯乳液:3%、光引发剂gc-410:2%、光引发剂polymerictpo-l:1%、丙烯酰吗啉:8%、聚乙二醇(400)丙烯酸酯:7%、丙二醇:20%、润湿剂pe-100:0.5%、消泡剂fs-620:0.05%、三乙醇胺:1%、杀菌剂hy-606d-2:0.1%、水性纳米黑色浆:30%、去离子水:其余量;将光引发剂gc-410、光引发剂polymerictpo-l、丙烯酰吗啉、聚乙二醇(400)丙烯酸酯、润湿剂pe-100、消泡剂fs-620按所述重量百分比搅拌混合均匀后,再加入环氧改性聚氨酯丙烯酸酯乳液%、有机氟改性聚氨酯丙烯酸酯乳液、三乙醇胺、杀菌剂hy-606d-2以及去离子水,搅拌混合均匀后过滤即得所述水性uv纳米黑墨水。其中,按重量百分比计,所述水性纳米黑色浆由以下组分制成:颜料黑7:20%、润湿剂silconac-600:2.5%、byk9151:15%、消泡剂902w:1%、三乙醇胺:1.5%、杀菌剂f-046:1%、去离子水:其余量;将润湿剂silconac-600、byk9151、消泡剂902w、三乙醇胺、杀菌剂f-046以及去离子水按如上所述重量百分比混合并高速搅拌均匀后加入颜料黑7使其混合均匀,转移至卧式砂磨机研磨至细度200nm以下即得到水性纳米黑色浆。实施例2一种水性uv红色喷墨墨水,按重量百分比计,其由以下组分制成:环氧大豆油改性聚氨酯丙烯酸酯乳液:8%、有机硅改性丙烯酸酯乳液:3%、光引发剂gc-409:3%、光引发剂omnipoltx:1%、丙烯酰吗啉:10%、聚乙二醇(600)丙烯酸酯:5%、丙三醇:15%、水性纳米红色浆:25%、润湿剂surfynol465:0.1%、润湿剂sd-200:0.2%、消泡剂fs-640:0.1%、氨水:1%、杀菌剂hy-606d-2:0.1%、去离子水:其余量;所述水性uv红色喷墨墨水的制备过程与实施例1相类似。其中,按重量百分比计,所述水性纳米红色浆由以下组分制成:颜料红v19:20%、润湿剂wa-6802:2.5%、分散剂tego655:20%、消泡剂byk-a506:2%、三乙胺:1%、杀菌剂mit:1%、去离子水:其余量;所述水性纳米红色浆的制备过程与实施例1相类似。实施例3一种水性uv黄色喷墨墨水,按重量百分比计,其由以下组分制成:氟硅改性聚氨酯丙烯酸酯乳液:10%、蓖麻油改性聚氨酯丙烯酸酯乳液:3%、光引发剂gc-412:2%、光引发剂omnipol3tx:2%、丙烯酰吗啉:12%、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯:3%、聚乙二醇:20%、水性纳米黄色浆:30%、润湿剂sd-200:1%、消泡剂fs-6502:0.1%、三乙胺:1%、杀菌剂hy-606d-2:0.1%、去离子水:其余量;所述水性uv黄色喷墨墨水的制备过程与实施例1相类似。其中,按重量百分比计,所述水性纳米黄色浆由以下组分制成:颜料黄155:25%、润湿剂surfynol465:1%、分散剂efka4185:15%、消泡剂tego822:1%、三乙胺:2%、杀菌剂f-046:1.5%、去离子水:其余量;所述水性纳米黄色浆的制备过程与实施例1相类似。实施例4一种水性uv蓝色喷墨墨水,按重量百分比计,其由以下组分制成:蓖麻油改性聚氨酯丙烯酸酯乳液:15%、光引发剂gc-413:1%、光引发剂polymerictpo-l:2%、丙烯酰吗啉:12%、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯:2%、丙三醇:25%、水性纳米蓝色浆:30%、润湿剂pe-100:1%、消泡剂fs-6502:0.1%、三乙醇胺:1%、杀菌剂hy-606d-2:0.1%、去离子水:其余量;所述水性uv蓝色喷墨墨水的制备过程与实施例1相类似。其中,按重量百分比计,所述水性纳米蓝色浆由以下组成制成:颜料蓝15:4:20%、润湿剂surfynol464:1%、分散剂路博润44000:10%、消泡剂fs-620:1.5%、三乙醇胺:2%、杀菌剂n-361:1.5%、去离子水:其余量;所述水性纳米黄色浆的制备过程与实施例1相类似。实施例5墨水性能测试对比1、存储稳定性测试:将本发明实施例1-实施例4中制得的墨水以及市售的某uv墨水(对比例黑、红、黄、蓝墨水)分别于60℃下储存7天及14天,测试墨水的黏度、表面张力及粒径变化,其结果分别如表1和表2所示:表1本发明墨水存储稳定性测试结果表2对比例存储稳定性测试结果从表1以及表2的测试结果可看出,本发明制得的uv墨水在储存7天以及14天后,其粘度、表面张力以及粒径均未发生明显变化,具有良好的存储稳定性能。2、固化膜耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度测试:将实施例1-实施例4中制得的墨水以及市售的某uv墨水(对比例黑、红、黄、蓝墨水)分别进行固化膜耐皂洗色牢度以及耐摩擦色牢度测试,其中,固化膜耐皂洗色牢度测试及级别评定按gb/t3921-2008进行;固化膜耐摩擦色牢度测试及级别评定按gb/t3920-1997进行;其结果分别如表3和表4所示:表3本发明墨水固化膜耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度测试结果注:表中数字越大,级别越高,色牢度越好。表4对比例固化膜耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度测试结果注:表中数字越大,级别越高,色牢度越好。从表3以及表4的测试结果可看出,相对于现有的uv墨水,本发明制得的uv墨水的固化膜具有良好的耐皂洗色牢度以及耐摩擦色牢度。3、打印流畅测试:将本发明实施例1-实施例4中制得的墨水置于打印机上分别连续打印1.5m2、7.5m2以及75m2,查看其断线情况,其结果如表5所示:表5打印流畅性测试根据表5的测试结果可看出,本发明的uv墨水具有良好的打印流畅性。4、待机性测试:将本发明制得的墨水置于打印机上待机1小时后再进行打印,并查看其断线情况,其结果如表6所示:表6待机性测试结果测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4待机1h无断线无断线无断线无断线从表6的测试结果可看出,本发明的uv墨水具有良好的待机性能。5、打印效果测试:将本发明中制得的墨水与市售某印刷用水性uv喷墨墨水(对比例)在不同类型纸张上进行打印效果测试,其结果如表7所示,表中:a表示图案清晰,无毛刺;b表示图案清晰,有毛刺;c表示图案不清晰,无毛刺;d表示图案不清晰,有毛刺;表7打印效果测试结果瓦楞纸铜版纸白卡纸本发明墨水aaa对比例baa从表7的测试结果可知,本发明制得的墨水对于各类型的纸张均具有优良的打印效果。8、固化速度测试:将本发明中制得的墨水与市售某印刷用水性uv喷墨墨水(对比例)在不同类型纸张上进行固化速度测试,其结果如表8所示:表8固化速度测试结果瓦楞纸铜版纸白卡纸本发明墨水完全固化完全固化完全固化对比例不粘手轻微粘手轻微粘手从表8的测试结果可知,相对于现有墨水,本发明的墨水具有优良的固化速度。9、打印色彩对比:将本发明中制得的墨水与普通uv墨水进行打印,并分别与样品图案进行色彩对比,其结果如表9所示:表9打印色彩对比结果瓦楞纸铜版纸白卡纸本发明墨水基本无差别基本无差别基本无差别普通uv墨水基本无差别基本无差别基本无差别通过以上对比可知,本发明的水性uv喷墨墨水展色性好,具有更高的储存稳定性,更快的固化速度,通过所选择的特定的uv单体,使打印后图案的耐皂洗及耐湿摩擦性能有了明显提高,此外,利用led灯做光源改善了工作环境,提高了光能的使用效率。本发明已通过多个实施形态和实施例进行了详尽的说明。然而,通过对前文的研读,对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明,其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义,本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是,除在本文中有明确的定义外,诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思,而不应解释的理想化或过分形式化。当前第1页12
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