一种用于纳米喷墨墨水的润滑剂及其制备方法

本发明涉及一种用于纳米喷墨墨水的润滑剂及其制备方法，属于润滑技术与数码喷墨印花领域。

背景技术：

1、数码喷墨印花技术大大缩短了印花技术的生产周期，使得高效化、低成本、小规模化定制印花成为了可能，并且喷头空隙越小，理论上印花产品精度越高。纳米喷墨墨水作为市场占比最大的颜料墨水、分散染料墨水甚至是新型彩色乳胶粒墨水等含固墨水，由于非水溶性(含固)组分的存在，在喷射过程中，墨水中固体微粒之间的相互作用使得墨水在长时间喷射后极易产生斜喷、断线甚至堵塞喷头等喷墨问题，严重影响了喷墨质量。

2、针对这些问题，现阶段大多数商品化墨水从颜料或染料的粒径出发，通过物理研磨的方式使其具有更小的粒径，以达到降低喷头堵塞的可能。为了提高研磨效率，部分研究者致力于开发性能更佳的分散剂(cn112920414a、cn111154031a)，期望能够利用分散剂所具有的浸润性以及空间位阻提高研磨效率。但单一的研磨需要耗费大量的时间与能耗，并且在研磨至200nm以下后研磨效率极低。与此同时，为了保证研磨效果，分散剂的加入量甚至会超过墨水中色料组分，这将大大提高废水的处理难度。除研磨之外，有研究者想要通过对色料组分进行改性(cn113583472a)，或者使用特殊材料包覆固体组分(cn109971254a、cn107938387a、cn103526570a)，以提高固体组分分散稳定性，从而降低喷墨过程中由于颗粒聚沉导致的孔道堵塞。但这些方法对色料组分均具有选择性，难以覆盖常用的商品化墨水体系。因此，开发一种普适型纳米喷墨墨水润滑剂是绿色、高效延长含固墨水连续喷墨时间的重要途径。

技术实现思路

1、针对现有墨水润滑技术中分散剂添加量过大、对市面上常用的非水溶性墨水体系普适性不强等问题，本发明的目的在于提供了一种用于纳米喷墨墨水的润滑剂及其制备方法，该润滑剂对市面上常用非水溶性墨水体系具有普遍适用性。润滑剂中自分散的微小组分附着在着色剂大颗粒表面，起到了分散剂的作用，降低固体组分聚集的可能。当喷射时，微小组分之间的滚动摩擦代替了原有固体间的滑动摩擦，当润滑剂中含有自分散纳米片时，着色剂颗粒还会与摩擦系数更低的片状材料进行摩擦，降低了喷射过程中固体组分聚集堆积的可能，提高了墨水的喷墨速率。润滑剂可直接加入到现有商品化墨水中，无需进一步研磨，简单混合均匀后即可大幅提升墨水的喷墨流畅性和连续喷墨时长。

2、本发明的目的之一在于提供一种用于纳米喷墨墨水的润滑剂，按质量百分含量计，其组分包括50～100％的自分散纳米微球、0～15％的自分散纳米片、0～5％的聚二甲基硅氧烷、其余为去离子水。

3、本发明所涉及的自分散纳米微球或自分散纳米片是指表面带有一定量的电荷，不需要添加分散剂就可以相对稳定的存在且不容易沉淀的纳米微球或纳米片。

4、在本发明的一种实施方式中，按质量百分比计算，包括60～95％的自分散纳米微球、5～15％的自分散纳米片和1～5％的聚硅氧烷，其余为去离子水。

5、在本发明的一种实施方式中，按质量百分比计算，包括70～92％的自分散纳米微球、5～15％的自分散纳米片和3～5％的聚硅氧烷，其余为去离子水。

6、在本发明的一种实施方式中，按质量百分比计算，包括85～90％的自分散纳米微球、5～12％的自分散纳米片和3～5％的聚硅氧烷，其余为去离子水。

7、在本发明的一种实施方式中，按质量百分比计算，包括85％的自分散纳米微球、10％的自分散纳米片和5％的聚硅氧烷，其余为去离子水。

8、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米微球或自分散片层材料的表面设置有亲水性官能团和/或亲水性官能团的衍生物，所述亲水性官能团包括磺酸基、羟基、硫酸基、羧酸基、磷酸基、氨基、季铵基中的至少一种。

9、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米微球或自分散纳米片zeta电位绝对值不小于45mv。

10、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米微球的玻璃化转变温度不低于60℃(聚乙烯微球除外)，所述自分散纳米微球自身摩擦系数小于0.3。

11、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米微球的粒径为30～100nm，分散系数pdi不超过0.08。

12、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米微球包括无色微球或自分散彩色乳胶粒，所述无色微球的透明度高于80％。当自分散纳米微球为自分散彩色乳胶粒时，乳胶粒中的着色组分与喷墨墨水中着色剂相同或色光一致，有助于降低润滑剂对喷墨墨水提深性的影响。

13、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米微球选自聚(对磺酸苯乙烯-苯乙烯)微球、聚(苯乙烯-乙烯基三甲氧基硅烷-甲基丙烯酸)微球、聚(对氨基苯乙烯-苯乙烯)微球、聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)微球中的至少一种。

14、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米片包括二维层状材料，包括石墨烯片、氧化石墨烯片、二硫化钼、表面含有亲水基团的二硫化钼等，所述自分散纳米片的厚度为10～70nm，长和宽均不超过100nm。

15、在本发明的一种实施方式中，所述自分散纳米片的自摩擦系数小于0.15。

16、在本发明的一种实施方式中，所述聚硅氧烷包括聚二甲基硅氧烷，所述聚硅氧烷的聚合度为100～8000。

17、在本发明的一种实施方式中，所述润滑剂中自分散纳米微球的制备方法包括以下步骤：

18、(1)将5～50份聚合单体、50～95份水、0～5份分散剂、0～10份着色剂混合，并通入惰性气体进行保护。

19、(2)对步骤(1)得到的混合物体系边搅拌边升温，升温至55～95℃后加入适量聚合引发剂，保温并持续搅拌4～24小时。

20、(3)将步骤(2)得到的反应液冷却至室温后将其使用滤纸进行过滤、提纯、浓缩、分离，得到自分散纳米微球。

21、上述方法中提到的聚合单体为用于制备自分散纳米微球的单体，包括苯乙烯、对磺酸苯乙烯、对氨基苯乙烯、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯等。分散剂的加入有助于各组分能更好的的混合与分散，分散剂的选择依据是聚合单体带电种类，当聚合单体为阴离子型时，可选用的分散剂包括十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂、聚吡咯烷酮等非离子型表面活性剂，硅酸盐类(例如水玻璃等)无机分散剂等。当聚合单体为阳离子型时，可选用的分散剂包括含有胺盐、季胺盐、吡啶鎓盐等官能团的阳离子型表面活性剂(例如十二烷基二甲基苄基氯化铵等)以及聚吡咯烷酮等非离子型表面活性剂、硅酸盐类(例如水玻璃等)无机分散剂等。

22、在本发明的一种实施方式中，聚合单体中含亲水性官能团单体摩尔数占比不少于总单体数的1％。

23、在本发明的一种实施方式中，提纯工序为透析，浓缩工序为减压蒸馏、溶剂挥发浓缩，分离为加盐后高速离心、干燥。

24、在本发明的一种实施方式中，所述润滑剂中自分散纳米片的制备方法包括以下步骤：

25、1)将1～50份自摩擦系数小于0.15的二维层状材料、20～95份水、0～5份分散剂、5～50份材料改性剂、20～90份石英砂混合，使用砂磨机研磨0.5～200小时；

26、2)将上述研磨所得分散液冷却至室温后将其使用滤纸进行过滤、浓缩、分离，得到自分散片层材料。

27、上述方法中提到的材料改性剂包括氢氟酸等无机强酸、lewis酸、柠檬酸等有机酸、异氰酸酯、乙酸酐等酰基化试剂、环氧氯丙烷与胺类晶粒细化剂、咪唑盐和吡咯盐之类的等离子液体中的一种或多种。

28、在本发明的一种实施方式中，浓缩工序为减压蒸馏、溶剂挥发浓缩，分离为加盐后高速离心、干燥。

29、本发明的目的之二在于提供一种上述润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

30、1)将润滑剂的各组分进行混合，得到混合物料；

31、2)将步骤(1)得到的混合物料依次进行超声分散和过滤，得到润滑剂，超声分散时的功率为100～1500w，超声时间不少于5min，过滤时使用的过滤膜的孔径为0.1～1μm。

32、本发明的目的之三在于提供一种使用上述润滑剂制备改性喷墨墨水的方法，其特征在于，包括以下步骤：将润滑剂加入到喷墨墨水中，混合均匀后，在500～1500w的功率下进行超声分散，分散时间不少于5min，分散后进行过滤，得到改性后的喷墨墨水，过滤时使用的过滤膜的孔径为0.5～5μm。所述喷墨墨水为市面上常用的非水溶性喷墨墨水，如颜料红112喷墨墨水、c.i.分散蓝2bls喷墨墨水、分散黄rgfl喷墨墨水等。

33、在本发明的一种实施方式中，加入的润滑剂的质量占喷墨墨水质量的1～40％。

34、在本发明的一种实施方式中，所述润滑剂的加入量占喷墨墨水质量的5-40wt％。

35、本发明的目的之四在于提供一种上述方法制备的改性喷墨墨水。

36、本发明与现有技术相比有如下优点：

37、(1)由于润滑剂中含有纳米级球形或光滑片层结构，润滑剂加入到墨水中后可将墨水中固体组分间的滑动摩擦转变为纳米微球间的滚动摩擦，当润滑剂中含有自分散纳米片时，墨水中固体组分间滑动摩擦的一部分还转变成了片层结构与固体组分的低阻值滑动摩擦，有助于提高墨水在使用过程中的流动流畅性，降低墨水堵喷头可能，延长墨水连续化喷射时长。

38、(2)本发明的润滑剂可作为分散剂使用，使用本发明的润滑剂制作墨水时，可减少墨水中分散剂的使用量。

39、(3)润滑剂中的自分散纳米微球可为彩色乳胶粒，将含彩色乳胶粒的润滑剂加入到喷墨墨水中后，不仅可以降低墨水堵喷头可能，延长墨水连续化喷射时长，还保障了墨水颜色性能。

40、(4)本发明的润滑剂可适用于市面上大多水系含固墨水和喷墨墨水，具有较好的普适性。

41、(5)润滑剂中的聚合物硅氧烷链段可通过范德华力主动吸附在固体组分周围，有助于降低墨水在使用时固体组分间的相互接触，进一步提高墨水在使用过程中的流动流畅性，降低墨水堵喷头可能。