水性纳米色浆、含其的水性热升华喷墨墨水及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种水性纳米色浆、含其的水性热升华喷墨墨水及其制备方法。所述的水性纳米色浆，其原料配方包括下述以重量份计的组分：热升华染料10～40份，包覆处理剂1～20份，分散剂1～80份，助剂1～30份，和水10～400份。所述的水性纳米色浆中热升华染料以染料颗粒的形式存在，其平均粒径小于100纳米。本发明采用独特的两步分散工艺，先对热升华染料进行表面包覆处理，再进行纳米分散，得到了稳定的水性纳米色浆。将所得的水性纳米色浆与树脂、助剂、助溶剂和水混合均匀即可得到水性热升华喷墨墨水。
【专利说明】
水性纳米色浆、含其的水性热升华喷墨墨水及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及化工，材料以及环保领域，尤其涉及一种水性纳米色浆、含其的水性热 升华喷墨墨水及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 热升华墨水是一种分散染料墨水。与常规墨水不同的是，热升华墨水要经过高温 把颜色转印到物品上才能显现出本来的色彩，也就是说，未经热处理之前，热升华墨水在转 印纸上显示的色彩并非最终的颜色。热升华墨水的显色原理是，利用热升华现象，在高温时 墨水中的染料直接由固体转变为气体，使颜色由转印纸转移到要转印的物体表面。
[0003] 稳定性是热升华墨水在实际使用中最为重要的性能之一，其主要由热升华染料在 墨水中形成的染料颗粒的悬浮稳定性决定。如果染料颗粒的悬浮稳定性较差，当墨水被长 时间存储或置于打印机墨盒中长时间不使用时，墨水中的热升华染料颗粒就会出现沉积， 该沉积会导致打印图像时出现色差。一般来说，溶剂型热升华墨水不存在稳定性的问题，这 是因为热升华墨水在大部分有机溶剂（如醚类、酯类和酮类溶剂）中可以直接溶解至分子 级别，避免了染料颗粒的形成。如CN101709178采用对热升华染料具有优良溶解性的混合 有机溶剂直接溶解热升华染料，使热升华染料以单分子状态存在于有机溶剂，不形成染料 颗粒，存放过程中热升华染料分子不易聚集，保证了墨水的储存稳定性。但是其所使用的有 机溶剂以N，N-二甲基甲酰胺醚类、二甲基亚砜、乙二醇丁醚醋酯类、2-吡咯烷酮类为主，对 人体和环境有潜在危害。同时酮类和酯类溶剂的沸点和闪点较低，容易造成油墨在喷头中 干燥速度过快而堵塞喷嘴。为了解决这个问题，CN101709180采用相对环保、沸点和闪电较 高的矿物油和植物油作为溶剂，通过高速搅拌和过滤工艺得到热升华墨水。然而该方法得 到的墨水中热升华染料是以染料颗粒形式存在，且尺寸较大，导致其长期储存稳定性较差。
[0004] 相对溶剂型墨水而言，水性墨水由于其低气味，低挥发性越来越被大众青睐。水性 墨水中，热升华染料颗粒是以染料颗粒的形式被分散在溶剂介质中。一般来说，染料颗粒的 分散粒径越小，墨水的稳定性越高。常规分散工艺一般是将染料直接置于分散剂的水溶液 中，再通过高速搅拌、超声以及砂磨等方法将染料分散至亚微米级（1微米以下）的染料颗 粒。如CN101717595和CN101921504采用一步分散法将染料分散至水中，再加入润湿剂和 助剂等得到水性油墨配方。但是由于染料的极性很低，不仅在水中不溶，而且与许多分散剂 之间的结合力也较弱，因此容易发生二次聚集，储存稳定性较差。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的问题在于提供一条技术路线，其可以在水中将热升华染料分散 至纳米级，即平均粒径小于100纳米，从而可以提升所得的热升华墨水的稳定性。
[0006] 不同于常规分散工艺，本发明通过两步工艺可以大规模制备水性纳米热升华色浆 以及含其的热升华喷墨墨水：
[0007] (1):采用特定的包覆处理剂在水性体系中对热升华染料进行包覆处理；
[0008] (2):对完成包覆处理的热升华染料进行分散处理。
[0009] 步骤（1)的表面包覆修饰改性过程可以提高染料表面的极性，从而提高染料与分 散剂以及水的作用力，再通过步骤（2)的分散过程可以得到平均粒径小于100纳米的纳米 色浆。该浆料在室温下可以稳定放置6个月无沉降。随后，再将所得的纳米色浆与树脂等 复合，即可得到具有高稳定性的水性热升华喷墨墨水。
[0010] 本发明提供了一种水性纳米热升华色浆，含其的水性热升华喷墨墨水以及其制备 方法。
[0011] 本发明提供了一种水性纳米热升华色浆，其原料配方包括下述以重量份计的组 分：热升华染料10~40份，包覆处理剂1~20份，分散剂1~80份，助剂1~30份，和水 10~400份；所述的水性纳米色浆中的染料浓度为10~40% (以重量份计）；所述的水性 纳米色浆中热升华染料以染料颗粒的形式存在，其平均粒径小于100纳米。
[0012] 其中有，较佳地，所述的热升华染料为54号黄，60号红，359号蓝中的一种或多种。 所述的热升华染料更优选本发明实施例中使用的染料或色浆。
[0013] 较佳地，所述的包覆处理剂为含氨基链段的聚酯类聚合物、含吡啶链段的丙烯酸 酯类聚合物和磺酸化酞菁衍生物中的一种或多种；和/或，所述的包覆处理剂的用量占所 述热升华染料总重量的15~40%。所述的包覆处理剂更优选本发明实施例中使用的包覆 处理剂。
[0014] 较佳地，所述的分散剂为含颜料亲和基团的高分子分散剂，如Disperbyk-190， EFKA-4585和TEGO DISPERS 755W中的一种或多种；所述的颜料亲和基团为氨基、铵根、羧 基、羧酸盐、磷酸酯基、多元胺、多元酸和聚醚中的一种或多种；所述的高分子分散剂是基于 聚酯、聚醚和聚丙烯酸中的一种或多种的嵌段共聚物；和/或，所述的分散剂的用量占所述 热升华染料总重量的40~200%。所述的分散剂更优选本发明实施例中使用的分散剂。
[0015] 较佳地，所述的助剂包括消泡剂、助磨剂和pH调节剂。所述的消泡剂的用量占所 述热升华染料总重量的〇. 1~5% ;所述的助磨剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇、三 乙二醇中的一种或多种，所述的助磨剂的用量占所述热升华染料总重量的10~50% ;所述 的pH调节剂为有机胺或氨水中的一种或多种。所述的消泡剂更优选本发明实施例中使用 的消泡剂，所述的助磨剂更优选本发明实施例中使用的助磨剂，所述的pH调节剂更优选本 发明实施例中使用的pH调节剂。
[0016] 所述的水性纳米色浆的制备方法包括如下两个步骤：（1)采用特定的包覆处理剂 在水性体系中对热升华染料进行包覆处理；（2)对完成包覆处理的热升华染料进行分散处 理。所述的步骤（1)较佳地采用下述步骤进行：将所述的包覆处理剂和助剂溶于水中，待其 混合均匀后，加入热升华染料，置于胶体磨中分散4~12小时。所述的步骤（2)较佳地采 用下述步骤进行：向步骤（1)中得到的染料分散液加入分散剂和助剂，在砂磨机中研磨4~ 24小时，即可得到水性纳米色浆。
[0017] 本发明还提供了一种热升华喷墨墨水，其配方包括下述以重量份计的组分：所述 的水性纳米色浆15~40份、树脂1~10份、助剂0. 1~5份、助溶剂15~40份和水30~ 80份。
[0018] 较佳地，所述的树脂为木质素磺酸钠，聚乙烯吡咯烷酮，水性聚氨酯树脂和水性丙 烯酸树脂中的一种或多种；和/或，所述的树脂（以树脂固含量计）占所述热升华染料总重 量的20~80%。所述的助剂为润湿剂、表面张力调节剂中和消泡剂的一种或多种；和/或， 所述的助剂的用量占所述热升华染料总重量的〇. 1~5%。所述的助溶剂为水，二乙二醇， 二乙二醇单丁醚和甘油中的一种或多种。所述的树脂更优选本发明实施例中使用的树脂， 所述的润湿剂更优选本发明实施例中使用的润湿剂，所述的表面张力调节剂更优选本发明 实施例中使用的表面张力调节剂，所述的消泡剂更优选本发明实施例中使用的消泡剂。 [0019] 所述的热升华喷墨墨水，其特征在于可由下述方法制得：将所述的水性纳米色浆、 树脂、助剂、助溶剂以及水混合均匀，再用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，即可得水性热升 华喷墨墨水。
[0020] 在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实 例。
[0021] 本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0022] 本发明的积极进步效果在于：
[0023] 与现有技术相比，本发明通过优化的分散工艺先对热升华染料进行表面包覆处 理，再对其进行纳米分散，实现了热升华染料在水中的纳米级分散。将其与树脂等复合后， 即可得到水性热升华喷墨墨水。通过该工艺制备的墨水中染料以纳米级形式分散，具有较 高的悬浮稳定性，因此墨水的储存稳定性高，染料在墨盒中长期存放不会发生沉积。此外， 相对于酯类和酮类溶剂体系的墨水，本发明提供的热升华墨水以水作为染料载体，挥发速 度较慢，在打印过程中不易出现墨水干燥过快导致喷嘴堵塞的现象。
【附图说明】
[0024] 图1为实施例1得到的黄色水性纳米色浆I的动态光散射测试结果。
[0025] 图2为实施例1得到的黄色水性纳米色浆I的离心稳定性测试结果。
【具体实施方式】
[0026] 下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实 施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商 品说明书选择。
[0027] 下述实施例中的份数除特别说明的以外，皆为质量份数。
[0028] 实施例1黄色水性纳米色浆I
[0029] 黄色水性纳米色浆I的配方见下表：
[0030]
[0031] 制备方法：
[0032] (1)将包覆处理剂，消泡剂先加入到水中，搅拌均勾，在中速搅拌下加入热升华染 料，混合均匀后，在胶体磨中分散8小时；
[0033] (2)在搅拌条件下，将分散剂、pH调节剂和助磨剂加入到步骤⑴得到的浆料中， 混合均匀后，在砂磨机中研磨12小时，得到黄色水性纳米色浆I。
[0034] 热升华染料在所得水性纳米色浆中的分散状况由动态光散射法表征。如图1所 示，热升华染料在色浆中的平均粒径约为40纳米，粒径分布为10~110纳米。该色浆可以 稳定储存6个月无沉降现象。此外，色浆的稳定性还通过加速离心方法来表征。如图2所 示，将色浆在4000转/分钟的条件下离心1~5小时后，其吸光度与离心前无明显变化，说 明热升华染料在色浆中没有发生沉降，稳定性良好。
[0035] 实施例2黄色水性热升华喷墨墨水I
[0036] 黄色水性热升华喷墨墨水I的配方见下表：
[0037]
[0038] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是黄 色水性热升华喷墨墨水I。所得的墨水平均粒径约为71纳米，D98粒径为350纳米，且在 60°C烘箱内放置一周后，粒径不发生变化。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时无色差。
[0039] 实施例3红色水性纳米色浆
[0040] 红色水性纳米色浆的配方见下表：
[0041]
[0042] 制备方法：
[0043] (1)将包覆处理剂，消泡剂先加入到水中，搅拌均勾，在中速搅拌下加入热升华染 料，混合均匀后，在胶体磨中分散8小时；
[0044] (2)在搅拌条件下，将分散剂、pH调节剂和助磨剂加入到步骤（1)得到的浆料中， 混合均匀后，在砂磨机中研磨12小时，得到红色水性纳米色浆。所得的热升华染料在水性 纳米色衆中的平均粒径约为52纳米，粒径分布为10~120纳米。该色衆可以稳定储存6 个月无沉降现象。将色浆在4000转/分钟的条件下离心1~5小时后，其吸光度与离心前 无明显变化。
[0045] 实施例4红色水性热升华喷墨墨水
[0046] 红色水性热升华喷墨墨水的配方见下表：
[0047]
[0048]
[0049] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是红 色水性热升华喷墨墨水。所得的墨水平均粒径约为76纳米，D98粒径为350纳米，且在60°C 烘箱内放置一周后，粒径不发生变化。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时无色差。
[0050] 实施例5蓝色水性纳米色浆
[0051] 蓝色水性纳米色浆的配方见下表：
[0052]
[0053] 制备方法：
[0054] (1)将包覆处理剂，消泡剂先加入到水中，搅拌均勾，在中速搅拌下加入热升华染 料，混合均匀后，在胶体磨中分散8小时；
[0055] (2)在搅拌条件下，将分散剂、pH调节剂和助磨剂加入到步骤⑴得到的浆料中， 混合均匀后，在砂磨机中研磨12小时，得到蓝色水性纳米色浆。所得的热升华染料在水性 纳米色衆中的平均粒径约为61纳米，粒径分布为10~150纳米。该色衆可以稳定储存6 个月无沉降现象。将色浆在4000转/分钟的条件下离心1~5小时后，其吸光度与离心前 无明显变化。
[0056] 实施例6蓝色水性热升华喷墨墨水
[0057] 蓝色水性热升华喷墨墨水的配方见下表：
[0058]
[0059] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是蓝 色水性热升华喷墨墨水。所得的墨水平均粒径约为87纳米，D98粒径为350纳米，且在60°C 烘箱内放置一周后，粒径不发生变化。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时无色差。
[0060] 实施例7黄色水性纳米色浆II
[0061] 黄色水性纳米色浆II的配方见下表：
[0062]
[0063] 制备方法：
[0064] (1)将包覆处理剂，消泡剂先加入到水中，搅拌均勾，在中速搅拌下加入热升华染 料，混合均匀后，在胶体磨中分散4小时；
[0065] (2)在搅拌条件下，将分散剂、pH调节剂和助磨剂加入到步骤⑴得到的浆料中， 混合均匀后，在砂磨机中研磨4小时，得到黄色水性纳米色浆II。
[0066] 热升华染料在所得水性纳米色浆中的平均粒径约为95纳米。该色浆可稳定储存 6个月无沉降现象。
[0067] 实施例8黄色水性热升华喷墨墨水II
[0068] 黄色水性热升华喷墨墨水II的配方见下表：
[0069]
[0070] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是黄 色水性热升华喷墨墨水II。所得的墨水平均粒径约为100纳米，D98为350纳米，且在60°C 烘箱内放置一周后，粒径不发生变化。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时无色差。
[0071] 实施例9黄色水性纳米色浆III
[0072] 黄色水性纳米色浆III的配方见下表：
[0073]
[0074]
[0075] 制备方法：
[0076] (1)将包覆处理剂，消泡剂先加入到水中，搅拌均勾，在中速搅拌下加入热升华染 料，混合均匀后，在胶体磨中分散12小时；
[0077] (2)在搅拌条件下，将分散剂、pH调节剂和助磨剂加入到步骤（1)得到的浆料中， 混合均匀后，在砂磨机中研磨24小时，得到水性纳米色浆I。
[0078] 热升华染料在所得水性纳米色浆中的分散状况由动态光散射法表征。如图1所 示，热升华染料在色浆中的平均粒径约为92纳米。该色浆可稳定储存6个月无沉降现象。
[0079] 实施例10黄色水性热升华喷墨墨水III
[0080] 黄色水性热升华喷墨墨水III的配方见下表：
[0081]
[0082] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是黄 色水性热升华喷墨墨水III。所得的墨水平均粒径约为98纳米，D98粒径为350纳米，且在 60°C烘箱内放置一周后，粒径不发生变化。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时无色差。
[0083] 对比实施例1不经过包覆处理的水性纳米色浆及含其的水性喷墨墨水不经过包 覆处理的水性纳米色浆的配方见下表：
[0084]
[0085] 制备方法：
[0086] 将消泡剂先加入到水中，搅拌均匀，在中速搅拌下加入热升华染料，混合均匀后， 将分散剂、pH调节剂和助磨剂加入到步骤（1)得到的浆料中，混合均匀后，在砂磨机中研磨 12小时，得到水性纳米色浆。经动态光散射测定，所得的色浆中纳米颗粒的平均粒径为320 纳米。该浆料存放1个月后即发生沉降。
[0087] 水性喷墨墨水的配方见下表：
[0088]
[0089] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是水 性热升华喷墨墨水。所得墨水中染料颗粒的平均粒径约为383纳米，在60°C烘箱内放置一 周后，粒径发生明显变化，增加至457纳米。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时有明显 色差。
[0090] 对比实施例2不经过纳米分散的水性纳米色浆及含其的水性喷墨墨水不经过纳 米分散的水性纳米色浆的配方见下表：
[0091]
[0092] 制备方法：
[0093] 将包覆处理剂，消泡剂先加入到水中，搅拌均匀，在中速搅拌下加入热升华染料， 混合均匀后，在胶体磨中分散8小时。随后，在搅拌条件下，加入pH调节剂，混合均匀后，得 到水性纳米色浆。经动态光散射测定，所得的色浆中纳米颗粒的平均粒径为530纳米。该 浆料存放半个月后即发生沉降。
[0094] 水性热升华喷墨墨水的配方见下表：
[0095]
[0096] 将上述组分混合均匀后，用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，过滤后的墨水即是水 性热升华喷墨墨水。所得墨水中染料颗粒的平均粒径约为822纳米。在60°C烘箱内放置一 周后，粒径发生明显变化，增加至1034纳米。该墨水在墨盒内存放半年后，在打印时有明显 色差。
【主权项】
1. 一种水性纳米色浆，其原料配方包括下述以重量份计的组分：热升华染料10~40 份，包覆处理剂1~20份，分散剂1~80份，助剂1~30份，和水10~400份；所述的水 性纳米色浆中染料浓度以重量份计为10~40% ;所述的水性纳米色浆中热升华染料以染 料颗粒的形式存在，其平均粒径小于100纳米。2. 如权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于：所述的热升华染料为54号黄，60 号红，359号蓝中的一种或多种。3. 如权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于：所述的包覆处理剂为含氨基链段 的聚酯类聚合物、含吡啶链段的丙烯酸酯类聚合物和磺酸化酞菁衍生物中的一种或多种； 和/或，所述的包覆处理剂的用量占所述热升华染料总重量的15~40%。4. 如权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于：所述的分散剂为含颜料亲和基团 的高分子分散剂；所述的颜料亲和基团为氨基、铵根、羧基、羧酸盐、磷酸酯基、多元胺、多元 酸和聚醚中的一种或多种；所述的高分子分散剂是基于聚酯、聚醚和聚丙烯酸中的一种或 多种的嵌段共聚物；所述的分散剂较佳地为Disperbyk-190, EFKA-4585和TEGO DISPERS 755W中的一种或多种； 和/或，所述的分散剂的用量占所述热升华染料总重量的40~200%。5. 如权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于：所述的助剂包括消泡剂、助磨剂和 pH调节剂；所述的消泡剂的用量占所述热升华染料总重量的0. 1~5%;所述的助磨剂为乙 二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇、三乙二醇中的一种或多种，所述的助磨剂的用量占所述热 升华染料总重量的10~50% ;所述的pH调节剂为有机胺或氨水中的一种或多种。6. -种如权利要求1~5中任一项所述的水性纳米色浆的制备方法，其包括如下两个 步骤：（1)对热升华染料进行包覆处理；（2)对经过包覆处理的热升华染料进行纳米分散； 所述的步骤（1)较佳地采用下述步骤进行：将所述的包覆处理剂和助剂溶于水中，待其混 合均匀后，加入热升华染料，置于胶体磨中分散4~12小时；所述的步骤（2)较佳地采用下 述步骤进行：向步骤（1)中得到的染料分散液加入分散剂和助剂，在砂磨机中研磨4~24 小时，即可得到水性纳米色浆。7. -种热升华喷墨墨水，其配方包括下述以重量份计的组分：如权利要求1~5中任 一项所述的水性纳米色浆15~40份、树脂1~10份、助剂0. 1~5份、助溶剂15~40份 和水30~80份。8. 如权利要求7所述的热升华喷墨墨水，其特征在于：所述的树脂为木质素磺酸钠，聚 乙烯吡咯烷酮，水性聚氨酯树脂和水性丙烯酸树脂中的一种或多种；和/或，所述的树脂以 树脂固含量计占热升华染料总重量的20~80%。9. 如权利要求7所述的热升华喷墨墨水，其特征在于：所述的助剂为润湿剂、表面张力 调节剂和消泡剂中的一种或多种；和/或，所述的助溶剂为水，二乙二醇，二乙二醇单丁醚 和甘油中的一种或多种。10. -种如权利要求7~9中任一项所述的热升华喷墨墨水的制备方法，其包括下述步 骤：将水性纳米色浆、树脂、助剂和助溶剂混合均匀，再用1微米的纳滤膜进行减压抽滤，即 可得水性热升华喷墨墨水。
【文档编号】C09D17/00GK105985682SQ201510097217
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月4日
【发明人】张扬, 顾广新, 肖国权, 魏勇
【申请人】张扬, 顾广新, 肖国权, 魏勇