一種UV噴墨色漿及其制備方法和應用
技術領域
本發明涉及UV噴墨打印技術領域，尤其涉及一種UV噴墨色漿、制備方法及其應用。
背景技術
隨著印刷技術的發展，噴墨打印技術以其數字化、個性化、靈活性等優點在市場上應用越來越廣泛。噴墨打印技術可實現按需印刷、異地印刷、即時印刷、可變印刷等多種印刷方式，是目前印刷行業的重大發展趨勢。
其中，UV噴墨打印技術是噴墨打印技術的重要組成部分。它將噴墨打印技術與UV光固化技術相結合，實現印刷過程中的瞬間干燥。而且，UV墨水中不含揮發性組分，全部參與固化交聯過程，也符合當前綠色印刷環保要求。
UV噴墨墨水是UV噴墨打印技術的核心之一，UV噴墨墨水的粘度以及穩定性等都具有極高的要求，高性能的UV噴墨色漿又對UV噴墨墨水起到了關鍵作用，現有技術中存在UV噴墨色漿穩定性較差且黏度較高的問題，如韓陽芳(《數碼噴墨印花用UV固化油墨》，東華大學，2003)采用球磨機，用顏料、單體和分散劑制備色漿然后添加低聚物并加入單體及墨水助劑，制得的墨水穩定性差且黏度高，CN105602345A公開了一種可LED-UV光固化黑色噴墨墨水的配方，制得的UV噴墨色漿粘度均大于18cps，張明志等(《UV噴墨色漿的分散穩定性的研究》，包裝工程,2015(23):140-143)利用不同的分散劑制得的UV噴墨色漿在儲存2d內色漿分散穩定效果好，隨著時間的延長，穩定性變差。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種分散性好、穩定性高的UV噴墨色漿，解決現有技術中UV噴墨色漿粘度高、長期穩定性差等問題。
為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
本發明提供了一種UV噴墨色漿，包括以下重量份的組分：
UV單體40～60份，超分散劑2～4份，炭黑5～15份，所述UV噴墨色漿的粒徑小于1μm。
優選地，所述UV噴墨色漿包括以下重量份的組分：UV單體40份，超分散劑3份，炭黑9份。
優選地，所述UV單體為四氫呋喃丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和3,3,5-三甲基環己基丙烯酸酯中的一種。
優選地，所述超分散劑為丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑。
優選地，所述丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑包括TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中的一種或幾種的混合物。
優選地，所述炭黑為德固賽45(PRINTEX45)、歐勵隆N505和三菱炭黑MA-11中的一種。
本發明還提供了上述技術方案所述UV噴墨色漿的制備方法，包括以下步驟：
(1)將UV單體、超分散劑、炭黑以及鋯珠混合后研磨，得到混合物料；
(2)將所述步驟(1)得到的混合物料經濾芯過濾，得到UV噴墨色漿。
優選地，所述步驟(1)中鋯珠的粒徑為0.1～1.5mm。
優選地，所述步驟(2)中濾芯過濾的壓力為0.1～1.5MPa，所述濾芯材質為聚四氟乙烯類。
本發明還提供了上述技術方案所述UV噴墨色漿或者上述制備方法制得的UV噴墨色漿在UV噴墨打印中的應用。
本發明提供了一種UV噴墨色漿，包括以下重量份的組分：UV單體40～60份，超分散劑2～4份，炭黑5～15份，所述UV噴墨色漿的粒徑小于1μm，所述UV單體粘度偏低，炭黑具有易分散的特性，超分散劑的分子結構分為兩部分，一部分為錨固基團，另一部分為溶劑化鏈，通過錨固基團對炭黑的吸附和溶劑化，使得炭黑在UV單體中達到完全分散的作用，本發明中各組分之間具有協同作用，精確控制各組分的用量，提供的UV噴墨色漿色相均勻，經過經時老化試驗環境的長時間放置，粘度和粒徑不發生明顯變化，其分散性、稀釋性好，色漿粘度、表面張力等性能表現優良，實施例的數據表明，本發明制得的UV噴墨色漿的粘度最低為5～6cp，表面張力為35.2～38.9mN/m，平均粒徑為123～146nm。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明實施例2和實施例25～29不同UV單體對UV噴墨色漿的影響；
圖2為本發明實施例2制得的UV噴墨色漿老化經時跟蹤測試圖。
具體實施方式
本發明提供了一種UV噴墨色漿，包括以下重量份的組分：
UV單體40～60份，超分散劑2～4份，炭黑5～15份，所述UV噴墨色漿的粒徑小于1μm。
在本發明中，所述UV噴墨色漿包括以下重量份的組分：UV單體40份，超分散劑3份，炭黑9份。
在本發明中，所述UV單體為四氫呋喃丙烯酸酯(THFA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯(VEEA)、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯(CTFA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和3,3,5-三甲基環己基丙烯酸酯(TMCHA)中的一種；本發明對所述UV單體的來源沒有任何特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的市售商品即可。
在本發明中，所述超分散劑為丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑。
本發明中，所述丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑優選包括TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中的一種或幾種的混合物；在本發明中，所述TILO-7000和TILO-5007更優選為鎮江市天龍化工有限公司生產的TILO-7000和TILO-5007。本發明對所述超分散劑中各丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑的質量比沒有限制，本領域技術人員可根據實際需要選擇任意質量比的丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑的混合物。
在本發明中，所述丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑優選為TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中兩種的混合物，更優選為TILO-7000與迪高TEGO-675的混合物、TILO-7000與迪高TEGO-685的混合物、TILO-7000與TILO-5007的混合物，在本發明實施例中TILO-7000與迪高TEGO-675的混合物、TILO-7000與迪高TEGO-685的混合物、TILO-7000與TILO-5007的混合物中TILO-7000與迪高TEGO-675、TILO-7000與迪高TEGO-685、TILO-7000與TILO-5007的質量比獨立地優選為1～3:1，更優選為2:1。
本發明對所述丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑的來源沒有任何特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的市售商品即可。
在本發明中，所述炭黑為德固賽45(PRINTEX45)、歐勵隆N505和三菱炭黑MA-11中的一種。
本發明對所述炭黑的來源沒有任何特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的市售商品即可。
本發明還提供了上述技術方案所述UV噴墨色漿的制備方法，包括以下步驟：
(1)將UV單體、超分散劑、炭黑以及鋯珠混合后研磨，得到混合物料；
(2)將所述步驟(1)得到的混合物料經濾芯過濾，得到UV噴墨色漿。
本發明將UV單體、超分散劑、炭黑以及鋯珠混合后研磨，得到混合物料；本發明對所述UV單體、超分散劑、炭黑以及鋯珠的加入順序沒有任何特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的混合物加入順序即可；在本發明實施例中，優選先將UV單體、超分散劑與炭黑混合后再加入鋯珠。
在本發明中，所述UV單體與超分散劑和炭黑的質量之和與鋯珠的質量之比優選為1:1～1:3，更優選為1:2～1:2.5。
在本發明中，所述鋯珠的粒徑優選為0.1～1.5mm；在本發明中，所述鋯珠的粒徑分布優選為：[0.1mm，0.3mm]粒徑的鋯珠占鋯珠總質量的10～20％，(0.3mm，0.8mm]粒徑的鋯珠占鋯珠總質量的40～60％，(0.8mm，1.2mm)粒徑的鋯珠占鋯珠總質量的25～30％，[1.2mm，1.5mm]的鋯珠占鋯珠總質量的5～10％。
本發明對所述混合采用的方式沒有特殊的限制，采用本領域技術人員熟知的混合方式即可；在本發明的實施例中，優選采用快手振蕩方式混合，對振蕩方式沒有特殊要求，按照本領域人員所熟知的技術手段進行振蕩。
在本發明中，所述混合的時間優選為0.5～2h，更優選為1～1.5h。
在本發明中，所述快手振蕩頻率為300～700次/分鐘，更優選為500～550次/分鐘。
得到混合物料后，本發明將混合物料經濾芯過濾，得到UV噴墨色漿。
在本發明中，所述濾芯過濾的壓力優選為0.1～1.5MPa，更優選為0.5MPa。
在本發明中，所述濾芯過濾的速度優選為5～10L/min，更優選為10L/min。
本發明對所述濾芯的來源沒有任何特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的市售商品即可；在本發明實施例中，所述濾芯優選為聚四氟乙烯濾芯。
本發明還提供了上述技術方案所述UV噴墨色漿或者上述制備方法制得的UV噴墨色漿在UV噴墨打印中的應用。
本發明提供了一種UV噴墨色漿，包括以下重量份的組分：UV單體40～60份，超分散劑2～4份，炭黑5～15份，所述UV噴墨色漿的粒徑小于1μm，所述UV單體粘度偏低，炭黑具有易分散的特性，超分散劑的分子結構分為兩部分，一部分為錨固基團，另一部分為溶劑化鏈，通過錨固基團對炭黑的吸附和溶劑化，使得炭黑在UV單體中達到完全分散的作用，本發明中各組分之間具有協同作用，精確控制各組分的用量，提供的UV噴墨色漿色相均勻，經過經時老化試驗環境的長時間放置，粘度粒徑不發生明顯變化，分散性、稀釋性好，色漿粘度、表面張力等性能表現優良，實施例的數據表明，本發明制得的UV噴墨色漿粘度最低為5～6cp，表面張力為35.2～38.9mN/m，平均粒徑為123～146nm。
下面結合實施例對本發明提供的UV噴墨色漿及其制備方法和應用進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發明保護范圍的限定。
實施例1
將UV單體四氫呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒徑為0.1mm的鋯珠快手分散0.5小時制成UV噴墨色漿。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度為9.4cp，表面張力為35.2mN/m，平均粒徑為135nm。
實施例2
將UV單體四氫呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒徑為0.3mm的鋯珠快手分散1小時制成UV噴墨色漿。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度為9.6cp，表面張力為35.5mN/m，平均粒徑為138nm。
對實施例2制得的UV噴墨色漿進行老化經時跟蹤測試，結果如圖2所示，表明實施例2制得的UV噴墨色漿經過老化試驗性能穩定。
實施例3
將UV單體四氫呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒徑為0.5mm的鋯珠快手分散1.2小時制成UV噴墨色漿。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度為9.9cp，表面張力為37.3mN/m，平均粒徑為141nm。
實施例4
將UV單體四氫呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒徑為1.0mm的鋯珠快手分散1.5小時制成UV噴墨色漿。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度為10.2cp，表面張力為38.6mN/m，平均粒徑為142nm。
實施例5
將UV單體四氫呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒徑為1.2mm的鋯珠快手分散1.8小時制成UV噴墨色漿。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度為10.4cp，表面張力為38.8mN/m，平均粒徑為144nm。
實施例6
將UV單體四氫呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒徑為1.5mm的鋯珠快手分散2小時制成UV噴墨色漿。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度為10.5cp，表面張力為38.9mN/m，平均粒徑為146nm。
實施例7～12
實施例7～12與實施例1～6的區別僅在于，實施例7～12的鋯珠的粒徑分布為：0.1mm≤粒徑≤0.3mm占質量比的10％，0.3mm＜粒徑≤0.8mm占質量比的60％，0.8mm＜粒徑＜1.2mm占質量比的25％，1.2mm≤粒徑≤1.5mm占質量比的5％。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度分別為9.53cp、9.44cp、9.58cp、9.52cp、9.49cp、9.55cp，表面張力分別為35.88mN/m、35.62mN/m、36.31mN/m、35.93mN/m、35.80mN/m、36.14mN/m，平均粒徑分別為129nm、126nm、127nm、127nm、129nm、128nm。
實施例13～18
實施例13～18與實施例1～6的區別僅在于，實施例13～18的鋯珠的粒徑分布為：0.1mm≤粒徑≤0.3mm占質量比的15％，0.3mm＜粒徑≤0.8mm占質量比的50％，0.8mm＜粒徑＜1.2mm占質量比的27％，1.2mm≤粒徑≤1.5mm占質量比的8％。經檢驗：所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度分別為9.49cp、9.40cp、9.48cp、9.47cp、9.50cp、9.46cp，表面張力分別為35.43mN/m、35.28mN/m、35.65mN/m、35.58mN/m、35.46mN/m、35.39mN/m，平均粒徑分別為122nm、123nm、123nm、125nm、124nm、123nm。
實施例19～24
實施例19～24與實施例1～6的區別僅在于，實施例19～24的鋯珠的粒徑分布為：0.1mm≤粒徑≤0.3mm占質量比的20％，0.3mm＜粒徑≤0.8mm占質量比的40％，0.8mm＜粒徑＜1.2mm占質量比的30％，1.2mm≤粒徑≤1.5mm占質量比的10％。經檢驗：，所制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度分別為9.57cp、9.49cp、9.52cp、9.48cp、9.51cp、9.50cp，表面張力分別為35.77mN/m、35.83mN/m、35.92mN/m、35.84mN/m、36.07mN/m、35.94mN/m，平均粒徑分別為127nm、125nm、126nm、128nm、123nm、125nm。
從實施例1～24可知，本發明制備的UV噴墨色漿分散性好、稀釋性好，通過老化試驗性能穩定，色漿粘度、表面張力、平均粒徑等性能表現優良。尤其是，通過不同大小粒徑分布的鋯珠混合研磨分散后制成的UV噴墨色漿分散性等性能更好。
實施例25～29
實施例25～29與實施例2的區別僅在于，實施例25～29的UV單體為1,6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯(VEEA)、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯(CTFA)、3,3,5-三甲基環己基丙烯酸酯(TMCHA)。
UV噴墨色漿中要求單體對顏料粉要有良好的潤濕性，并在分散劑的分散作用下使顏料粉均勻的分散。因此，粘度是色漿性能的關鍵指標之一，通過粘度大小可以判斷色漿的分散效果。圖1為不同UV單體對UV噴墨色漿的影響，從圖1可知，THFA和DPGDA對顏料粉的潤濕性能佳。另外，由于UV噴墨墨水百分百參與固化，且粘度常溫下只有20cp左右，因此對單體的稀釋性要求較高。由此可知，本發明的THFA的25℃的粘度只有5-6cp，對于色漿中單體的組成具有顯著優勢。
對比例1～6
對比例1～6與實施例2的區別僅在于，對比例6～11的分散劑分別為TEGO675、TEGO685、路博潤24000、TEGOLA-D1549、TILO-7000、TILO-5007。
表1實施例2和對比例1～6選擇的分散劑對UV噴墨色漿的影響
表1為本發明實施例2和對比例1～6選擇的分散劑對UV噴墨色漿的影響。從表1可知：對比例的超分散劑中除TILO-5007外對UV色漿的分散作用都較好，粒徑分散均勻，但粘度在20cp以上，表現尚可，但是，本發明使用混合型分散劑時UV色漿的粘度得到改善明顯改善，說明本發明分散劑的特定配置對UV墨水具有顯著意義。因為，TILO-7000是含有顏料親和基團的高分子嵌段共聚物，其錨固基團較致密，本身對顏料粉具有較強的分散作用。而TILO-5007是不溶性藍色顏料衍生物，是一種顏料增效劑，本身對顏料并無分散作用，其表面的官能團對顏料粉具有較大的親和力，其分子結構及物理化學性質與分散顏料非常相似，能通過分子間范德華力緊緊地吸附于顏料粉表面，同時通過其分子結構的極性基團為超分散劑錨固基團的吸附提供化學吸附位，即增加TILO-7000的錨固基團的吸附作用，從而對顏料粉產生非常有效的潤濕和穩定作用。另一方面，超分散劑的溶劑化鏈在分散介質充分伸展，所形成的空間位阻較小，減小了顏料顆粒之間的摩擦，使顏料顆粒之間保持較大的距離，從而得到分散均勻的低粘度的UV色漿。
對比例7～11
對比例7～11與實施例2的區別僅在于，對比例7～11的分散劑的用量分別為1份、2份、2.5份、3.5份、4份。
表2分散劑用量對UV噴墨色漿的影響
分散劑的用量控制對UV噴墨色漿的影響也極其重要。當體系中的分散劑用量較少時分散劑不能完全覆蓋顏料表面，顏料表面的裸露部分容易聚集造成分散不均；當分散劑的用量過高時顏料表面已經完全覆蓋，多余的分散劑溶解在分散介質中一方面造成體系粘度的增加，另一方面分散劑由于不參與UV固化成膜而影響UV墨水的性能。
表2為分散劑用量對UV噴墨色漿的影響，從表2可知，當混合型分散劑用量為1份時，色漿分散性差，呈粘稠膏狀。當分散劑用量大于2份時色漿具有良好的分散性能，隨著用量的增加其粘度跟粒徑逐漸降低，而表面張力變化不大。當分散劑用量大于3.4份時粘度跟粒徑變化不明顯。
對比例12～15
對比例12～15與實施例2的區別僅在于，對比例12～15的炭黑分別為卡博特SPECIAL250、歐勵隆NEROX3500、歐勵隆NEROX5600、PRINTEX35。
表3實施例2和對比例12～15選擇的炭黑的對UV色漿的影響
炭黑作為UV噴墨色漿的主要體現成分，選擇時對其著色力、pH、粒徑等要求較高。一般選擇黑度較高的炭黑，墨水中所需的含量相對較低，對噴墨干燥速度就越快，對單體選擇就更有利。
表3為本發明實施例2和對比例12～15選擇的炭黑的對UV色漿的影響。炭黑有酸堿之分，一般經過處理的為酸性，pH通常為2-3左右，沒有經過處理的為堿性，pH通常為9左右。酸性處理的炭黑前期分散比較容易，對分散劑要求不高，但穩定性較差。堿性炭黑由于沒有包裹，對分散劑要求較高，但存放相對穩定。本發明實施例2的炭黑PRINTEX45比較穩定，色相黑度高，將炭黑PRINTEX45色漿置至于50℃高溫保溫環境中，定期追蹤其粘度及粒徑，檢測其分散穩定性。如圖2所示，其粘度、粒徑變化較小，說明該UV色漿性能較為穩定。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
1.一種UV噴墨色漿，其特征在于，包括以下重量份的組分：
UV單體40～60份，超分散劑2～4份，炭黑5～15份，所述UV噴墨色漿的粒徑小于1μm。
2.根據權利要求1所述的UV噴墨色漿，其特征在于，包括以下重量份的組分：
UV單體40份，超分散劑3份，炭黑9份。
3.根據權利要求1或2所述的UV噴墨色漿，其特征在于，所述UV單體為四氫呋喃丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和3,3,5-三甲基環己基丙烯酸酯中的一種。
4.根據權利要求1～3任意一項所述的UV噴墨色漿，其特征在于，所述超分散劑為丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑。
5.根據權利要求4所述的UV噴墨色漿，其特征在于，所述丙烯酸酯類嵌段聚合物型超分散劑包括TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中的一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1～5任意一項所述的UV噴墨色漿，其特征在于，所述炭黑為德固賽PRINTEX 45、歐勵隆N505和三菱炭黑MA-11中的一種。
7.權利要求1～6任意一項所述的UV噴墨色漿的制備方法，包括以下步驟：
(1)將UV單體、超分散劑、炭黑以及鋯珠混合后研磨，得到混合物料；
(2)將所述步驟(1)得到的混合物料經濾芯過濾，得到UV噴墨色漿。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中鋯珠的粒徑為0.1～1.5mm。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中濾芯過濾的壓力為0.1～1.5MPa，所述濾芯材質為聚四氟乙烯類。
10.權利要求1～6任意一項所述的UV噴墨色漿或者根據權利要求7～9任意一項所述的制備方法制得的UV噴墨色漿在UV噴墨打印中的應用。
