數碼平板噴繪機用紫外光固化油墨及製備方法
2023-09-16 08:14:35 1
專利名稱：數碼平板噴繪機用紫外光固化油墨及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種紫外光(UV)固化油墨及其製備方法，特別涉及一種應用在數碼平板噴繪機上的UV固化油墨及其製備方法。
背景技術：
近幾年大型噴繪機隨著計算機業的發展出現了迅猛的發展，噴繪機按照噴頭的工作原理可以分為熱發泡式和壓電晶體式。熱發泡式噴頭主要應用在惠普、Mimaki等公司生產的的噴繪機上，該類機器主要使用水性油墨，著色劑通常都為染料；壓電晶體式噴頭主要應用在美國威特、上海雅色蘭、瀋陽飛行船等公司的噴繪機上，該類噴頭主要使用溶劑型油墨，著色劑為有機顏料。隨著對環保的要求越來越高，應用紫外光固化油墨的噴頭開始出現並具有非常良好的發展勢頭，比如美國的SPECTRA公司和英國的XAAR公司相繼推出應用UV固化油墨的噴頭，並已在包括美國威特公司的PressVuUV系列、瀋陽飛行船公司的天工多功能UV系列等數碼平板噴繪機上使用。不同工作原理的噴頭對油墨的性能要求不一，如熱發泡式噴頭使用的墨水粘度在3-5釐泊(25℃)，使用溶劑型油墨的壓電晶體式噴頭要求油墨粘度在5-20釐泊(25℃)，而使用UV固化油墨的壓電晶體式噴頭則要求油墨粘度相對要高，在20-50釐泊(25℃)。
水性油墨中的著色劑(染料)可溶解於油墨組合物中，含有可溶性染料的水性油墨，存在水牢度、光牢度差等問題。水性油墨對於工業應用而言還存在一個很大的不足之處，那就是乾燥問題，因為水的低揮發速率導致水性油墨的乾燥過程要花很長時間，即使使用加熱器也不能徹底解決這個問題。同時水性油墨可以使用的底材必須是水能夠吸附的一類，對於水不能吸附的底材則無法適用。與水性油墨不同的是溶劑型油墨，因為有機溶劑的易揮發性，溶劑型油墨的乾燥很快，能夠使用的底材也較廣泛。溶劑型油墨的著色劑(顏料)與水性油墨中的染料相比有許多優良性能，比如水牢度，光牢度，熱穩定性，氧化穩定性等。因為顏料不能溶於油墨組合物，而是以小的顆粒存在於油墨中，顏料的分散是非常重要的，只有保證油墨的穩定性，才能防止顏料顆粒的聚集而導致噴頭的堵塞。溶劑型油墨最大的缺點是對環境的汙染，因大多數有機溶劑都存在毒性、易燃性等問題，紫外光(UV)固化油墨則可以避免水性和溶劑型油墨的上述缺點。以顏料為著色劑的UV固化油墨一方面具有比溶劑型油墨更好的快乾性(在紫外光的照射下瞬間固化)，又不存在有機溶劑的的毒性和易燃性，另外，UV固化油墨對底材的要求非常低，可以列印在燈箱布、玻璃、鋼材、PE和PP薄膜、磁磚以及織物等各種軟硬底材上，具有極其廣泛的適應性。
應用於絲網印刷上的紫外光固化油墨已經有專利報導，比如帝國印刷油墨製造株式會社的高田直人和藤原宏之在中國專利申請號99106290.6，名稱為「可紫外光固化的組合物以及採用該組合物的產品」中公開了一種應用在絲網印刷的紫外光固化油墨，其中按重量計含低聚的氨基甲酸酯二丙烯酸酯(35.0％)、化合物2(59.0％)、苯乙酮衍生的光引發劑(5.0％)和添加劑(1.0％)。但是對於應用在數碼噴繪上的紫外光固化油墨必須根據數碼噴繪的特點，包括最佳的粘度和表面張力，低揮發性，良好的儲存穩定性，對底材的附著性等來設計。美國的Coates Brothers公司的Nigel等人在U.S.Pat.6586492中提出了一種運用在數碼列印的紫外光固化油墨的配比，其粘度控制在40-130℃下小於25釐泊，可固化組份的重量比在35-98％。美國Spectra公司的Mejiritski等人在U.S.Pat.6586494中對運用在3-D模型上的數碼列印用紫外光固化油墨進行了詳細敘述，提出預聚物的低收縮性對油墨的重要性，同時認為油墨的粘度值應為10-50釐泊(50-140℃)。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是公開一種數碼平板噴繪用紫外光固化油墨的組成及其製備方法，以克服水性和溶劑性油墨的上述缺點，以滿足在美國威特公司的PressVu UV系列和瀋陽飛行船公司的天工多功能UV系列等數碼平板噴繪機上的使用。
本發明的數碼平板噴繪用紫外光固化油墨的組分和重量百分含量包括預聚物 5-25％活性單體60-85％顏料1-5％光引發劑3-8％表面活性劑 0.1-1％分散劑 0.5-3％所說的預聚物為聚氨酯丙烯酸酯預聚物，由於聚氨酯丙烯酸酯預聚物的大分子結構中同時帶有氨基甲酸酯和羧酸酯結構單元，綜合了聚氨酯和丙烯酸樹脂的優良性能，具有較高的光固化速度、良好的附著力、柔韌性、耐磨性、耐低溫性及突出的高彈性和伸長率。本發明採用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，商品化產品有SARTOMER公司的CN系列產品(包括CN929，CN964，CN945，CN965，CN968，CN981，CN983，CN984，CN985等)；UCB Radcure公司的EBECRYL產品(包括294，270，657，770，830，8301，835，8803等)，Cognis公司的PHOTOMER系列(包括6010，6210，6891等)，陝西金嶺光固化材料股份有限公司的UA320。
粘度是數碼噴繪油墨的一個極其重要的參數，只有當油墨在適宜的粘度範圍內才能流暢地列印在底材上。對於數碼噴繪用紫外光固化油墨而言，配製的油墨保持最佳的粘度值是非常關鍵的。本發明油墨的粘度在噴頭工作溫度下(室溫至大約50℃)控制在30釐泊以下，粘度的調節主要通過控制聚氨酯丙烯酸酯預聚物的分子量和其在油墨中的含量來完成。需要特別說明的是，油墨的粘度隨溫度的變化非常明顯，例如在25℃下粘度為30釐泊而當升溫至50℃時粘度則可能降低至15釐泊。本發明所採用的聚氨酯丙烯酸酯預聚物的分子量為1000～2000；數碼噴繪油墨的另外一個重要參數是表面張力，油墨的表面張力偏高則油墨易於從噴嘴中順利噴出，但在底材上容易出現淌墨現象，大大影響列印圖案的解析度；油墨的表面張力偏低雖然杜絕了底材上的淌墨現象，但是不利於油墨從噴嘴中順利噴出，容易導致斷墨或缺墨現象。因此適宜的表面張力值對數碼噴繪是非常重要的，本發明數碼噴繪用油墨的表面張力控制在噴頭工作溫度下25-35達因/釐米。表面張力的大小與油墨組份中的單體和預聚物有關，可以通過添加表面活性劑來調節油墨的表面張力，所說的表面活性劑為有機氟表面活性劑，選自全氟烷基酯化物類氟表面活性劑；可選擇美國3M公司生產的Fluorad系列如FC430(全氟烷基酯化物)或日本大日本油墨公司生產的有機氟表面活性劑如F-172(含親油基的全氟烷基低聚物)。
所說的活性單體(又稱為活性稀釋體)為單官能度單體、雙官能度單體和三官能度或多官能度單體的混合物。其中單官能度單體的重量含量為單體總量的40-60％，雙官能度單體的重量含量為單體總量的20-40％，三官能度或多官能度單體的重量含量為單體總量的10～30％。活性單體在選擇時遵循粘度低、收縮率小的原則。
所說的單官能度的活性單體選自苯乙烯、甲基苯乙烯、N-乙烯-2-吡咯烷酮、丙烯酸酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸異辛酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸己酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥異丙酯、丙烯酸羥丁酯、異冰片丙烯酸酯、丙烯酸十二酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、四氫呋喃丙烯酸酯等中的一種或其混合物；所說的雙官能度和多官能度的活性單體選自1，4丁二醇二丙烯酸酯、1，6己二醇二丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯等中的一種或其混合物。
所說的顏料根據數碼噴繪的原理按照青色、品紅色、黃色和黑色(CMYK)四色列印選自酞氰顏料、喹吖啶酮顏料、偶氮顏料、苯並咪唑酮顏料或炭黑顏料等中的一種，按照顏色索引號有下列各種黑色顏料包括C.I.顏料黑7和11；黃色顏料包括C.I.顏料黃14、17、24、34、42、74、81、83、95、98、100、104、109、110、117、120、138、151，154，180等；品紅色顏料包括C.I.顏料紅1、3、17、22、23、31、38、48:2、48:3、48:4、49:1、57:1、60:1、63:1、64:1、81、83、88、92、101、104、105、108、112、114、122、123、146、149、166、168、170、177、178、179、185、190、193、202、207、255以及顏料紫19，23，31等；青色顏料包括C.I.顏料藍1、2、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:5、15:6等。
所說的分散劑為帶有錨式基團的超分散劑，優選美國Avecia公司的SOLSPERSE系列(包括SOLSPERSE5000，12000，20000，21000，22000，44000等)，荷蘭埃夫卡公司的EFKA系列(包括EFKA-4046，7461，7462，7477，7575等)，上海三正公司的CH系列超分散劑(包括CH-1，CH-5，CH-13，CH-13B等)。
所說的光引發劑選自2，2-二甲基-2-羥基-苯乙酮、1-羥基-1-環乙基-苯丙酮、1-羥基環己基苯基甲酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4-二甲胺基苯甲酸乙酯、2，4，6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯中的一種；商品化的牌號有美國汽巴公司的IRGACURE和DAROCUR系列，常州華鈦公司的RUNTECURE系列。
數碼噴繪用紫外光固化油墨的製備方法包括如下步驟首先將顏料、部分活性單體、預聚物和分散劑的混合物進行研磨分散，得到高濃度的顏料分散色漿，然後再加入光引發劑、表面活性劑、剩餘活性單體等，通過高速攪拌來調節油墨的粘度、色度、表面張力等指標，最後用微孔濾膜對油墨進行過濾，過濾精度要求小於1微米，一般為0.1～1微米，最好為0.1～0.45微米，即獲得數碼平板噴繪用紫外光固化油墨。採用上方法獲得的數碼噴繪用紫外光固化油墨，測試油墨的粘度和表面張力，並在美國威特公司的PressVu UV180噴繪機上分別進行噴繪測試，測試指標包括噴墨流暢程度，固化情況、在馬口鐵上的附著力和色彩還原情況。
研磨時間為2-4小時，攪拌在8000～10000轉/分鐘的轉速下進行，攪拌時間為30-60分鐘。
本發明的數碼平板噴繪用紫外光固化油墨，油墨中不含有機溶劑，具有綠色環保特點，油墨能夠在紫外光的照射下瞬間固化，滿足高速列印的要求，同時可以列印在燈箱布、玻璃、鋼材、PE和PP薄膜、磁磚以及織物等各種軟硬底材上，具有廣泛的適應性和很好的發展前景。
具體實施例方式
實施例1脂肪族聚氨酯丙烯酸酯預聚物(CN964 Sartomer公司) 7.5克單官能度單體(乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯) 28克單官能度單體(四氫呋喃丙烯酸酯) 20克雙官能度單體(1，6己二醇二丙烯酸酯) 25克三官能度單體(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯) 10克顏料紅185(堅牢洋紅S4C膠州市精細化工公司) 2.8克CH-13B超分散劑(上海三正高分子材料有限公司) 1.5克光引發劑Irgacure 369(美國汽巴公司) 5.0克氟表面活性劑FC430(美國3M公司)0.2克研磨分散過程使用的是德國耐馳公司(NETZSCH)的ZETA實驗研磨機，攪拌過程使用的是上海威宇機電製造有限公司的實驗乳化機，研磨時間為2-4小時，攪拌在8000轉/分鐘的轉速下進行，攪拌時間為30-60分鐘。測試結果見表2。
實施例2脂肪族聚氨酯丙烯酸酯預聚物(EB270 UCB公司)16.7克乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯 40克1，6己二醇二丙烯酸酯 24克三羥甲基丙烷三丙烯酸酯 12克顏料紅185(堅牢洋紅S4C膠州市精細化工公司) 2.0克超分散劑SOLSPERSE 22000(Avecia公司) 1.0克光引發劑Irgacure 819(美國汽巴公司) 4.0克氟表面活性劑FC430(美國3M公司)0.3克和實施例1同樣的製備方法，測試結果見表2實施例3脂肪族聚氨酯丙烯酸酯預聚物(PHOTOMER6010) 12克乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯 20克四氫呋喃丙烯酸酯 21克1，6己二醇二丙烯酸酯 20克三羥甲基丙烷三丙烯酸酯 16克顏料紅185(堅牢洋紅S4C膠州市精細化工公司) 3.0克CH-13B超分散劑(上海三正高分子材料有限公司) 1.7克光引發劑Irgacure 369(美國汽巴公司) 6.0克氟表面活性劑FC430(美國3M公司) 0.3克和實施例1同樣的製備方法，測試結果見表2實施例4～9表1.青色、黃色和黑色的實施例4-例9
表2為實施例1-9的測試結果表2.實施例1-9的測試結果
上述測試中1.粘度採用布氏粘度計(Brookfeild DV-E)測量；2.表面張力採用上海中晨數位技術設備有限公司的JK99B/C全自動張力儀測試；3.噴墨流暢程度、固化情況和色彩還原情況是在PressVu UV180噴繪機上測試；4.在馬口鐵上的附著力測試採用GF-B型劃格法附著力試驗儀(執行標準GB/T9286-88)
權利要求
1.一種數碼平板噴繪機用紫外光固化油墨，其特徵在於，組分和重量百分含量包括預聚物5-25％活性單體 60-85％顏料 1-5％光引發劑 3-8％表面活性劑0.1-1％分散劑0.5-3％；所說的預聚物為聚氨酯丙烯酸酯預聚物；所說的表面活性劑選自全氟烷基酯化物類氟表面活性劑；所說的活性單體為單官能度單體、雙官能度單體和三官能度或多官能度單體的混合物；所說的單官能度的活性單體選自苯乙烯、甲基苯乙烯、N-乙烯-2-吡咯烷酮、丙烯酸酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸異辛酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸己酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥異丙酯、丙烯酸羥丁酯、異冰片丙烯酸酯、丙烯酸十二酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、四氫呋喃丙烯酸酯等中的一種或其混合物；所說的雙官能度和多官能度的活性單體選自1，4丁二醇二丙烯酸酯、1，6己二醇二丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯等中的一種或其混合物；所說的分散劑為帶有錨式基團的超分散劑；所說的光引發劑選自2，2-二甲基-2-羥基-苯乙酮、1-羥基-1-環乙基-苯丙酮、1-羥基環己基苯基甲酮、2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、4-二甲胺基苯甲酸乙酯、2，4，6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯中的一種。
2.根據權利要求1所述的數碼平板噴繪機用紫外光固化油墨，其特徵在於，聚氨酯丙烯酸酯預聚物的分子量為1000-2000。
3.根據權利要求1所述的數碼平板噴繪機用紫外光固化油墨，其特徵在於，單官能度單體的重量含量為單體總量的40-60％，雙官能度單體的重量含量為單體總量的20-40％，三官能度或多官能度單體的重量含量為單體總量的10～30％。
4.根據權利要求1所述的數碼平板噴繪機用紫外光固化油墨，其特徵在於，所說的顏料選自酞氰顏料、喹吖啶酮顏料、偶氮顏料、苯並咪唑酮顏料或炭黑顏料。
5.根據權利要求1～4任一項所述的數碼噴繪用紫外光固化油墨的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟首先將顏料、活性單體總重量的30～60％、預聚物和分散劑的混合物進行研磨分散，然後再加入光引發劑、表面活性劑和剩餘活性單體，通過高速攪拌來調節油墨的粘度、色度、表面張力指標，最後用微孔濾膜對油墨進行過濾，過濾精度為1微米，即獲得數碼平板噴繪用紫外光固化油墨。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，研磨時間為2-4小時，攪拌在8000～10000轉/分鐘的轉速下進行，攪拌時間為30-60分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種應用在數碼平板噴繪機上的紫外光(UV)固化油墨的組成及其製備方法。本發明所述的UV固化油墨包括預聚物、活性單體、顏料、光引發劑、分散劑和表明活性劑等，依照本發明，將上述各物質按照一定比例混合，經過研磨和攪拌後得到性能優良的數碼平板噴繪UV固化油墨。油墨中不含有機溶劑，具有綠色環保特點，油墨能夠在紫外光的照射下瞬間固化，滿足高速列印的要求，同時可以列印在燈箱布、玻璃、鋼材、PE和PP薄膜、磁磚以及織物等各種軟硬底材上，具有廣泛的適應性和很好的發展前景。
文檔編號C09D11/10GK1632006SQ20041006770
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月2日 優先權日2004年11月2日
發明者王夏琴, 李文彬 申請人:東華大學