一种不洇纸的速干墨水及其制备方法与流程

本发明涉及墨水，具体涉及一种不洇纸的速干墨水及其制备方法。

背景技术：

1、不易洇纸的速干墨水是近年来在墨水技术领域引起广泛关注的研究方向之一。传统墨水在书写或绘画过程中容易在纸上洇开，导致字迹模糊不清，影响了书写的质量和绘画的效果。这一问题在许多应用场景中都存在，如办公文件、绘画艺术、打印技术等。

2、书写时由于线迹干燥比较慢，不小心被手或其他物品沾染而字迹模糊，弄脏纸面，这对于学生写作业或考试是极为不利的。针对此问题，市场上出现了一种速干笔，其书写线迹基本即时干燥，受到了学生群体的欢迎。但此类速干笔是染料型中性笔，使用染料作为着色物质，由于染料型中性笔书写线迹耐水、耐化学、耐气候、耐晒等性能较差，无法满足长期留存要求，因而不适于考试、档案记录等场合，这在很大程度上限制了速干笔的应用。为了解决洇纸问题，研究人员开始致力于开发不易洇纸的速干墨水。这种墨水具有在纸上迅速干燥的特性，使得墨水在接触纸面后能够快速固化，防止墨水扩散和渗透纸纤维的现象发生。

3、中国发明专利(申请号：201810658054.5)公开了一种速干直液式水性墨水，所述干直液式水性墨水的配方如下：将水性颜料色浆、保湿剂、渗透剂、固化树脂、无机纳米分散液、防锈剂和去离子水依次加入搅拌容器，搅拌，获得均匀混合液；然后加入ph调节剂调节混合液，再次搅拌，然后过滤、脱泡，获得所述速干直液式水性墨水。该发明的优点是提高了固化速率，显现了书写线条均匀饱满，速干效果良好特点。但是该发明依然存在一个问题，在书写是干燥时间依然比较长，并且墨水的理化性能也不是很好，需要进一步研发一种具有快速干燥，同时具有优良理化性能的墨水来代替市面上现有的墨水，以扩大其市场应用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种不洇纸的速干墨水及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种不洇纸的速干墨水，由以下原料组成：颜料、消泡剂、保湿剂、分散剂、渗透剂、流平剂、水和连接乳液。

4、优选的，所述不洇纸的速干墨水，由以下重量份原料组成：3-10重量份颜料、0.3-1重量份消泡剂、0.5-2重量份保湿剂、5-12重量份分散剂、0.5-1.5重量份渗透剂、0.5-2重量份流平剂、40-80重量份水和10-30重量份连接乳液。

5、所述颜料为酸性黑1、直接红83、钛铬绿、大红粉、色淀红中的任一种。

6、所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚中任一种。

7、所述保湿剂为丙三醇、聚乙二醇、山梨醇酐单油酸油酯、山梨醇、二醇醚中的至少一种。

8、所述分散剂为丙烯酸嵌段共聚物、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸单乙醇酰胺中的任一种。

9、所述渗透剂为聚醚改性硅氧烷、二甘醇单甲醚、二甘醇单丁醚中的任一种。

10、所述的流平剂为聚二甲基硅氧烷、有机硅聚醚改性树脂、聚甲基苯基硅氧烷、有机硅聚醚改性树脂中的任一种。

11、所述连接乳液为丙烯酸乳液或改性丙烯酸乳液。

12、墨水目前存在耐碱、耐水性较差、干燥慢、光泽度差等弊病需要进行改善，墨水性能改变的关键在于水性树脂的使用，水性树脂可分为两类：一类是水溶型；一类是乳液型。乳液型树脂是目前使用得较为广泛的一类水性树脂，以它作为连接料可以改善打印效果，提高墨水的耐久、耐水、附着力、光泽度等。与其他水性树脂相比，丙烯酸酷乳液作为墨水的连接料，在光泽、附着力、速干、耐热性、耐污染性等方面具有显著的优势。

13、本发明将改性丙烯酸乳液用于墨水配方体系中，不仅发挥表面活性剂及成膜树脂的双重功效，从而有效改善了墨水在普通纸上喷墨打印的润湿铺展性，同时因为改性丙烯酸乳液具有成膜的缘故而不会洇纸，并实现墨水在基材表面的低温快速干燥，以及成膜后良好的附着牢度、耐水的作用，具有较高的市场应用价值。

14、具体的，本发明先s1以甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、1,2-环氧基-5-己烯、甲基丙烯酸羟乙酯为主要原料，以二甲苯为溶剂，在引发剂偶氮二异丁腈的作用下进行加热聚合反应，得到丙烯酸酯预聚物；s2以三烯丙基异氰脲酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯作为主要原料，以四氯苯醌作为阻聚剂混合加热搅拌，加入扩链剂1,4-丁二醇、链终止剂2-溴代马来酰亚胺和催化剂二丁基锡二月桂酸酯进行加热聚合，得到聚异氰酸酯预聚体；s3将上述聚异氰酸酯预聚体、上述丙烯酸酯预聚物和正丁醇混合，加热搅拌，再加入中和剂二甲基乙醇胺和溶剂水搅拌，得到改性丙烯酸乳液。

15、在上述技术方案中，本发明在丙烯酸制备方法中添加有机硅氧烷，主要作用有：(1)有机硅氧烷链段引入到水性丙烯酸乳液体系中，从结构、组成上完成对丙烯酸酯聚合物的改性，达到分子级改性的效果，从而实现了丙烯酸乳液在快速干燥的过程中，依靠侧链的有机硅氧烷链段达到优异的流平性作用；(2)有机硅氧烷(3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)上含有碳碳双建，不仅可与丙烯酸乳液中的丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯发生交联反应，提高丙烯酸乳液的网络密度，阻止了水分子的浸入，从而提高所得墨水的耐水性能；(3)通过有机硅氧烷的碳碳双建与丙烯酸乳液分子链中的碳碳双建进行加成聚合反应，从而将有机硅氧烷链段引入到水性丙烯酸树脂体系中，有机硅氧烷链段具有强烈的憎水性、耐磨性和耐溶剂性，其缠绕在丙烯酸树脂主链上成膜后与空气间形成一道憎水层，有机硅氧烷单体含有甲氧基硅烷无机活性基官能团，该官能团水解后形成的硅羟基可以与纸张表面的羟基发生缩合反应，从而提高水性丙烯酸树脂对纸张的附着力。

16、其次，本发明将三烯丙基异氰脲酸酯与丙烯酸预聚体进行自由基聚合，对水性羟基丙烯酸乳液进行改性，由于三烯丙基异氰脲酸酯中含有三个烯丙基官能团的结构，共聚后会形成大分子的树枝状结构，增大了树脂的分子量，提高了丙烯酸乳液与异氰酸酯固化的交联密度，使涂膜的性能得到改进，特别是耐水性，有了明显的提高。将聚异氰酸酯大分子用化学法引入到水性丙烯酸树脂分散体中使水性丙烯酸树脂分散体成膜后具有更好附着力和更好的耐候性能，在水中稳定性好，不易水解，分散体系更稳定。

17、最后，本发明将具有优异的耐醇性、耐溶剂性的丙烯酸单体、1,2-环氧基-5-己烯、甲基丙烯酸羟乙酯单体共聚到水性丙烯酸乳液链段中，将环氧基类单体引入到大分子链中，可使墨水与纸张形成一定的化学结合力，并且在墨水中通过互溶、缠绕等作用与纸张结合在一起，从而进一步提高附着力，降低对纸张的洇纸作用。本发明制备得到的改性丙烯酸乳液具有优良的耐水性、强附着力及耐候性，同时制备得到的改性丙烯酸乳液具有较好稳定性。

18、优选的，所述改性丙烯酸乳液的制备方法如下：

19、s1将甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、1,2-环氧基-5-己烯、甲基丙烯酸羟乙酯和二甲苯混合，加入偶氮二异丁腈搅拌，再进行加热反应，得到丙烯酸酯预聚物；

20、s2在氮气保护下，将三烯丙基异氰脲酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯和四氯苯醌混合加热搅拌，加入1,4-丁二醇和2-溴代马来酰亚胺和二丁基锡二月桂酸酯继续搅拌，得到聚异氰酸酯预聚体；

21、s3将上述聚异氰酸酯预聚体、上述丙烯酸酯预聚物和正丁醇混合，加热搅拌，冷却至室温，再加入二甲基乙醇胺、水搅拌，得到改性丙烯酸乳液。

22、进一步的，所述改性丙烯酸乳液的制备方法如下：

23、s1将20-30重量份甲基丙烯酸、20-30重量份甲基丙烯酸甲酯、2-5重量份3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、2-5重量份1,2-环氧基-5-己烯、2-5重量份甲基丙烯酸羟乙酯和150-300重量份二甲苯混合，加入0.5-1.2重量份偶氮二异丁腈搅拌10-30min，在90-110℃、300-500rpm下反应3-6h，得到丙烯酸酯预聚物；

24、s2在氮气保护下，将30-50重量份三烯丙基异氰脲酸酯、3-8重量份甲基丙烯酸羟乙酯和0.05-0.2重量份四氯苯醌混合，在50-60℃、300-500rpm下搅拌40-70min，加入1.5-2重量份1,4-丁二醇和8-15重量份2-溴代马来酰亚胺和0.05-0.2重量份二丁基锡二月桂酸酯，在55-70℃、300-500rpm下搅拌2-5h，得到聚异氰酸酯预聚体；

25、s3将10-20重量份上述聚异氰酸酯预聚体、20-40重量份上述丙烯酸酯预聚物和100-180重量份正丁醇混合，在110-140℃、300-500pm搅拌反应2-5h，冷却至室温，再加入2-5重量份二甲基乙醇胺、40-80重量份水，在800-1200rpm下搅拌0.5-2h，得到改性丙烯酸乳液。

26、所述不洇纸的速干墨水的制备方法如下：将各物质按比例混合，在室温下以600-1000rpm搅拌混合40-80min，调节ph为8-9，再继续搅拌20-40min，经过0.45μm孔径滤膜过滤，脱泡，得到不洇纸的速干墨水。

27、本发明的有益效果：(1)本发明将具有优异的耐醇性、耐溶剂性的丙烯酸单体、1,2-环氧基-5-己烯、甲基丙烯酸羟乙酯单体共聚到水性丙烯酸乳液链段中，将环氧基类单体引入到大分子链中，可使墨水与纸张形成一定的化学结合力，并且在墨水中通过互溶、缠绕等作用与纸张结合在一起，从而进一步提高附着力，降低对纸张的洇纸作用。将三烯丙基异氰脲酸酯与丙烯酸预聚体进行自由基聚合，对水性羟基丙烯酸乳液进行改性，增大了树脂的分子量，提高了丙烯酸乳液与异氰酸酯固化的交联密度，使涂膜的性能得到改进，特别是耐水性有了明显的提高。同时将聚异氰酸酯大分子用化学法引入到水性丙烯酸树脂分散体中使水性丙烯酸树脂分散体成膜后具有更好附着力和更好的耐候性能，本发明制备得到的改性丙烯酸乳液具有优良的耐水性、强附着力及耐候性，同时制备得到的不洇纸的速干墨水具有快速干燥的作用，同时具有较好稳定性。

28、(2)本发明制备方法简单，生产成本低，制得的不洇纸的速干墨水具有良好的附着力、速干性、耐水性和耐候性，可以在较短的时间内快速干燥，尤其适合书写使用。