专利名称：一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法
技术领域：
一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，涉及了计算机喷墨打印、彩色喷绘领域。
背景技术：
随着数字化技术的发展与普及，喷墨打印技术广泛地应用于办公室文件打印、户外广告喷绘、数码照片冲印、纺织品喷墨印花等各个领域。喷墨打印墨水是喷墨打印技术的关键，目前以染料墨水应用为主。染料墨水易于制备，但其耐光牢度差，在光照下容易褪色，难以满足户外广告、重要档案和文件的长期保存要求。染料墨水的这些缺点限制了喷墨打印技术的发展。
与染料墨水相比，水性颜料墨水耐光牢度和耐水牢度大幅度提高。目前国内喷墨打印墨水应用仍然以染料墨水为主，染料分子在紫外线的照射下就会很快地分解和挥发，在户外使用一个月内就会有比较明显的褪色。现在推陈出新的打印机普遍应用的户外墨水-也就是指颜料型墨水，把固体颜料研磨成小颗粒，分散于特殊的水性溶剂中。因表现颜色的为固体颗粒，由于颜料本身耐水，就解决了图像的耐水问题；其次是在紫外线的照射下，比染料分子尺寸更大的颜料颗料不易分解，即使颗粒外层的分子分解了，内层一样会保持颜色，一般情况下在户外会保持一年以上没有明显腿色。因墨水中的色料是固体颗粒，所以此墨水最大的缺点是比较容易堵喷头，因此制备颜料墨水的关键是将颜料颗粒稳定分散在墨水中。由于颜料粒子表面极性低，不易在水介质中稳定分散，使得在配制墨水时分散稳定性问题难于解决，限制了其使用。因此，必须对颜料表面进行改性使颜料粒子表面覆盖某种分散剂，从而改善颜料的应用性能。
国外关于喷墨打印颜料墨水的研究报道较多，但国内比较少，目前在国内的关于颜料墨水的发明专利仅有十余项。日本岩崎敬介、森井弘子等人用胶粘剂包裹颜料颗料，制备了粒径在0.001～0.15□m的耐光性墨水；台湾钱嘉欣、沈昱璋等人利用包覆技术制备了粒径小于1微米的微胶囊磷光颜料/树脂混合体，制备了一种含磷光颜料的喷墨打印颜料墨水，通过添加支链二醇和聚乙二醇脂肪酸酯，改善了墨水的干燥速度和打印产品的耐水性；李会勇、朱良等通过将炭黑酸化，再粉碎处理制得了打印性能良好的黑色喷墨打印墨水；佘怡璇、王复兴在墨水媒介物中添加二级醇乙氧基酯类化合物，制备了防水、无晕开的黑色墨水。
发明内容
本发明的目的是提供了一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，采用一种高分子分散剂，通过对颜料的表面改性，使颜料稳定地分散于水性介质中，再加入多种水溶性有机物，制备出了一套彩色墨水，包括红、蓝、黄、黑四色墨水，广泛适用于各种类型的适宜用水性墨水的喷墨打印机、喷绘机、写真机。
本发明的技术方案一种纳米颜料喷墨打印墨水由颜料、高分子分散剂、水溶性共溶剂、非离子表面活性剂和去离子水搅拌混和，经乳化、高速粉碎制得水性颜料喷墨打印墨水，所配制的墨水粘度2～8cP，表面张力25～35mN/m，颜料颗粒Z均粒径35～300nm，Zeta电位-20～-40mV，pH值7～10。
该纳米颜料喷墨打印墨水的制备方法，其配方为1-15％颜料，0.5-9％高分子共聚物，10-50％的水溶性共溶剂，0.1-5％非离子表面活性剂，25-75％去离子水，按配方将高分子共聚物加碱，碱用量为共聚物质量的10-20％，加去离子水，加热使聚合物完全溶解，水解成水溶性的高分子分散剂，然后加入颜料、水溶性共溶剂和非离子表面活性剂，用搅拌机500-800转/分搅拌20-50分钟，然后用乳化机8000-30000转/分搅拌30-80分钟，再用砂磨机粉碎20-300分钟，最后调节pH值在7-10后，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料墨水。
墨水中至少包含一种平均粒径在35～300nm的超细颜料、高分子分散剂、非离子表面活性剂、三至八种水溶性共溶剂、去离子水。本发明使用聚羧酸型高分子分散剂改性颜料表面，使纳米颜料颗粒稳定地分散在墨水中，此高分子分散剂与墨水中其它组分有很好的相容性，同时能降低墨水的表面张力；本发明还加入多种水溶性共溶剂，可以改善墨水多项性能，降低墨水的表面张力；改善墨水的起泡性；增加墨水保湿性能，防止墨水在喷头处结膜；调节墨水的粘度；有效地改善了墨水的打印性能。实验表明本墨水具有以下特点不堵喷头、防水、色彩亮丽、耐光。
(1)墨水中使用的颜料种类黑色颜料品种有C.I.颜料黑7、C.I.颜料黑11；黄色颜料品种有C.I.颜料黄3、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄17、C.I.颜料黄23、C.I.颜料黄34、C.I.颜料黄42、C.I.颜料黄55、C.I.颜料黄95、C.I.颜料黄100、C.I.颜料黄104、C.I.颜料黄108、C.I.颜料黄120、C.I.颜料黄153；红色颜料品种有C.I.颜料红1、C.I.颜料红2、C.I.颜料红5、C.I.颜料红7、C.I.颜料红23、C.I.颜料红38、C.I.颜料红48:2、C.I.颜料红48:4、C.I.颜料红49:1、C.I.颜料红52:2、C.I.颜料红57:1、C.I.颜料红63:1、C.I.颜料红64:1、C.I.颜料红81、C.I.颜料红88、C.I.颜料红92、C.I.颜料红101、C.I.颜料红104、C.I.颜料红105、C.I.颜料红106、C.I.颜料红108、C.I.颜料红112、C.I.颜料红122、C.I.颜料红123、C.I.颜料红146、C.I.颜料红149、C.I.颜料红166、C.I.颜料红168、C.I.颜料红170、C.I.颜料红172、C.I.颜料红185、C.I.颜料红190、C.I.颜料红209、C.I.颜料红219；蓝色颜料品种有C.I.颜料蓝1、C.I.颜料蓝15、C.I.颜料蓝15:1、C.I.颜料蓝15:3、C.I.颜料蓝15:4、C.I.颜料蓝15:6、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝17:1、C.I.颜料蓝56、C.I.颜料蓝63。
(2)颜料改性用的高分子分散剂本发明制备的高分子分散剂为乙烯类单体的共聚物，组成分散剂的共聚物具有如下所示化学结构式 上式中M1＝H+、Na+、NH4+、K+，R＝H、CH3、COOH、COOCH3、COOCH2CH3、COOC4H9，R1＝H、CH3，R2＝CN、CONH2、COOCH3、COOCH2CH3、COOC4H9、C6H5。
此分散剂的数均分子量为1000-20000，在墨水中的用量0.5-9％，适用的pH范围为5-10。
(3)墨水中的非离子表面活性剂上述高分子分散剂可以与非离子表面活性剂配合使用，墨水中使用的非离子表面活性剂可以是聚氧乙烯烷基酚缩合物类如OP-7、OP-10、OP-15；聚氧乙烯脂肪醇缩合物类如平平加O-10、平平加O-20、平平加O-25、平平加A-20；聚氧乙烯多元醇醚脂肪酸酯如Tween40、Tween60、Tween65、Tween80；脂肪酸的聚氧乙烯酯类如SG-10、SE-10、OE-15；这些表面活性剂可以单独使用，也可以混合使用，在墨水中的用量为0.1-5％。
(4)墨水中的水溶性共溶剂乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、丙三醇、三乙醇胺、季戊四醇、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-甲基吡咯烷酮中的3-8种。
本发明的有益效果本墨水具有以下特色(1)墨水中用高分子分散剂改性的颜料颗粒粒径小于300nm，存放过程中不易产生大颗粒不溶物，保证墨水体系长期稳定。
(2)由于共溶剂的加入，调整了墨水的表面张力、粘度、保湿性能、起泡性能，根据不同的打印设备，配制出不同表面张力和粘度的墨水混和物，具有优良的打印性能，不堵喷头，打印性好，并且能有效控制打印图案的线宽，减少羽化现象，提高打印品质。广泛适用于惠普、佳能喷墨打印机，Mimaki喷绘机等多种适合于水性墨水的打印设备。
具体实施例方式
实施例1 红墨水的制备取2g马来酸酐-甲基丙烯酸甲酯共聚物(Mn‾=8000±150,]]>摩尔比马来酸酐∶甲基丙烯酸甲酯＝1∶1)，加入0.25g氢氧化钠，去离子水56g，加热使共聚物完全溶解，然后依次加入5g的C.I.颜料红122，2g的OP-10乳化剂，15g的一缩二乙二醇、lOg的乙二醇、10g丙三醇，分别用搅拌机600转/分搅拌20分钟，乳化机10000转/分高速搅拌40分钟，砂磨机粉碎90分钟，最后用氢氧化钠调节pH值至9，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料品红墨水。此墨水20℃的物性指标如下表面张力σ＝30.5mN/m，粘度η＝3.45cP，颗粒Z均粒径d＝105nm，Zeta电位ξ＝-35.6mV。
实施例2 黄墨水的制备取3g苯乙烯-马来酸酐共聚物，(Mn‾=10000±150,]]>摩尔比苯乙烯∶马来酸酐＝1.5∶1)，加入0.3g氢氧化钾，去离子水49g，加热使共聚物完全溶解溶，然后依次加入7g的C.I.颜料黄48、1g吐温80，5g的N-甲基-2-吡咯烷酮、5g的1，3-丙二醇、20g的聚乙二醇200、10g异丙醇，分别用搅拌机搅拌600转/分50分钟，乳化机高速10000转/分搅拌60分钟，砂磨机粉碎120分钟，最后调节pH值至8，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料黄色墨水。此墨水20℃的物性指标如下表面张力σ＝29.3mN/m，粘度η＝6.5cP，颗粒Z均粒径d＝130nm，Zeta电位ξ＝-38mV。
实施例3 蓝墨水的制备取1g丙烯酸-丙烯酸丁酯共聚物(Mn‾=15000±200,]]>摩尔比丙烯酸∶丙烯酸丁酯＝1∶1.2)，加入20％氨水4g，去离子水57g，加热使共聚物完全溶解，然后依次加入4g的C.I.颜料蓝15:3、2g平平加A-20，6g的异丙醇、20g的一缩二乙二醇、10g的吡咯烷酮，分别用搅拌机搅拌500转/分30分钟，乳化机高速20000转/分搅拌30分钟，砂磨机粉碎80分钟，最后调节pH值至9，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料蓝色墨水。此墨水20℃的物性指标如下表面张力σ＝27.5mN/m，粘度η＝4.35cP，颗粒Z均粒径d＝98nm，Zeta电位ξ＝-29.6mV。
实施例4 黑墨水的制备取5g苯乙烯-马来酸酐单甲酯共聚物(Mn‾=3000±100,]]>摩尔比苯乙烯∶马来酸酐单甲酯＝1∶1.5)，加入0.5g氢氧化钠，43g去离子水，加热使共聚物溶解，然后依次加入13g的C.I.颜料黑7、3g SE-10、6g的异丙醇、20g的一缩二乙二醇、10g的吡咯烷酮，分别用搅拌机800转/分搅拌20分钟，乳化机15000转/分高速搅拌40分钟，砂磨机粉碎100分钟，最后调节pH值至8.5，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料黑色墨水。此墨水20℃的物性指标如下表面张力σ＝33.6mN/m，粘度η＝3.89cP，颗粒Z均粒径d＝175nm，Zeta电位ξ＝-25.5mV。
权利要求
1.一种纳米颜料喷墨打印墨水，其特征是由颜料、高分子分散剂、水溶性共溶剂、非离子表面活性剂和去离子水搅拌混和，经乳化、高速粉碎制得水性颜料喷墨打印墨水，所配制的墨水粘度2～8cP，表面张力25～35mN/m，颜料颗粒Z均粒径35～300nm，Zeta电位-20～-40mV，pH值7～10。
2.如权利要求1所述纳米颜料喷墨打印墨水的制备方法，其特征是配方为1-15％颜料，0.5-9％高分子共聚物，10-50％的水溶性共溶剂，0.1-5％非离子表面活性剂，25-75％去离子水，按配方将高分子共聚物加碱，碱用量为共聚物质量的10-20％，加去离子水，加热使共聚物完全溶解，水解成水溶性的高分子分散剂，然后加入颜料、水溶性共溶剂和非离子表面活性剂，用搅拌机500-800转/分搅拌20-50分钟，然后用乳化机8000-30000转/分搅拌30-80分钟，再用砂磨机粉碎20-300分钟，最后调节pH值在7-10后，用0.5～1μm的微孔滤膜过滤，即得到水性颜料墨水。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所用颜料为黑色颜料品种包括C.I.颜料黑7、C.I.颜料黑11；黄色颜料品种包括C.I.颜料黄3、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄17、C.I.颜料黄23、C.I.颜料黄34、C.I.颜料黄42、C.I.颜料黄55、C.I.颜料黄95、C.I.颜料黄100、C.I.颜料黄104、C.I.颜料黄108、C.I.颜料黄120、C.I.颜料黄153；红色颜料品种包括C.I.颜料红1、C.I.颜料红2、C.I.颜料红5、C.I.颜料红7、C.I.颜料红23、C.I.颜料红38、C.I.颜料红48:2、C.I.颜料红48:4、C.I.颜料红49:1、C.I.颜料红52:2、C.I.颜料红57:1、C.I.颜料红63:1、C.I.颜料红64:1、C.I.颜料红81、C.I.颜料红88、C.I.颜料红92、C.I.颜料红101、C.I.颜料红104、C.I.颜料红105、C.I.颜料红106、C.I.颜料红108、C.I.颜料红112、C.I.颜料红122、C.I.颜料红123、C.I.颜料红146、C.I.颜料红149、C.I.颜料红166、C.I.颜料红168、C.I.颜料红170、C.I.颜料红172、C.I.颜料红185、C.I.颜料红190、C.I.颜料红209、C.I.颜料红219；蓝色颜料品种包括C.I.颜料蓝1、C.I.颜料蓝15、C.I.颜料蓝15:1、C.I.颜料蓝15:3、C.I.颜料蓝15:4、C.I.颜料蓝15:6、C.I.颜料蓝16、C.I.颜料蓝17:1、C.I.颜料蓝56、C.I.颜料蓝63。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是高分子分散剂的结构通式为 上式中M1＝H+、Na+、NH4+、K+，R＝H、CH3、COOH、COOCH3、COOCH2CH3、COOC4H9，R1＝H、CH3，R2＝CN、CONH2、COOCH3、COOCH2CH3、COOC4H9、C6H5，此分散剂的数均分子量为1000-20000，在墨水中的用量为0.5-9％，适用的pH范围为7-10。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所用水溶性共溶剂包括乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、丙三醇、三乙醇胺、季戊四醇、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的三至八种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所用非离子表面活性剂包括聚氧乙烯烷基酚缩合物OP-7、OP-10或OP-15；聚氧乙烯脂肪醇缩合物平平加O-10、平平加O-20、平平加O-25或平平加A-20；聚氧乙烯多元醇醚脂肪酸酯Tween40、Tween60、Tween65或Tween80；脂肪酸的聚氧乙烯酯SG-10、SE-10或OE-15；所用非离子表面活性剂是上述非离子表面活性剂中的一种或多种。
全文摘要
一种纳米颜料喷墨打印墨水及其制备方法，涉及了计算机喷墨打印、彩色喷绘领域。本发明应用一种高分子分散剂，对颜料表面改性，使颜料稳定地分散于水性介质中，再加入多种水溶性共溶剂，制备出了一套彩色墨水，包括红、蓝、黄、黑四色墨水，广泛适用于各种类型的适宜用水性墨水的喷墨打印机、喷绘机、写真机。本墨水具有以下特点不堵喷头、防水、色彩亮丽、耐光。
文档编号C09D11/02GK1687258SQ20051004011
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月18日 优先权日2005年5月18日
发明者房宽峻, 王潮霞, 张霞 申请人:江南大学