一种复合水性喷墨打印用墨水的制备方法与流程

日期:2019-06-17 01:28:40

本发明涉及一种复合水性喷墨打印用墨水的制备方法。



背景技术:

随着电脑应用的普及,彩色打印市场日益繁荣。尤其是彩色喷墨打印机,它既能提供高质量的文本打印又能打印出高质量的图形。近年来,彩色喷墨打印机以其接近彩色激光打印机的打印质量和仅是彩色激光打印机十几分之一的低廉价格,而越来越受到用户的青睐,尤其受到家庭用户的欢迎。

但是其配套的喷墨打印墨水,在性能和价格上,目前仍然不能令人满意。从价格上看,数只专用墨盒就相当于一台低端喷墨打印机的价格;从耐光、耐水、耐保存等角度看,目前使用的染料型墨水,即使生产厂配套的价格昂贵的专用墨水,也不能满足要求。因此,国内对喷墨打印墨水的研制,近几年做了大量的工作。但是,使一种墨水产品在性能上满足不同的甚至相差很大的要求,并且价格低廉,是难以做到的。对用户的需求应当进行适当的细分,从多个方向来满足用户的需求。



技术实现要素:

针对现有技术中打印用墨水性能指标差、杂质较多且制造成本较高的问题,本发明提供一种通过添加有特殊添加剂能够改善现有墨水性能的复合水性喷墨打印用墨水的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现:一种复合水性喷墨打印用墨水的制备方法,包括一下步骤:

S1.首先按照质量分数计算取用3-5%的水溶性染料、15-25%的有机溶剂、0.8-1.5%的三烷基磷酸酯、0.5-1.5%的磷酸二氢钾、0.2-0.4%的二亚乙基三胺五乙酸和70-85%的去离子水作为复合水性墨水的原材料并单独放置备用;

S2.然后将准备好的水溶性染料和有机溶剂放入搅拌釜中加热到45-70℃的温度范围内搅拌10-15min,使其相溶为溶剂A;

S3.向已经搅拌均匀的溶剂A中分别添加三烷基磷酸酯和二亚乙基三胺五乙酸,每添加一种添加剂时须保持搅拌,其然后再搅拌5-10min后加入磷酸二氢钾调节其pH值形成溶剂B;

S4.最后向溶剂B中缓慢加注去离子水并搅拌20-30min即得到墨水粗产品;

S5.将得到的墨水粗产品放在超声波处理设备中以1040kHz高频超声处理120-180h,然后检测其各项指标;

S6.将经过超声波处理后的墨水粗产品进行多次过滤最终得到墨水产品并封装保存。

进一步,所述的有机溶剂为丙三醇和四氢呋喃的混合物,丙三醇和四氢呋喃的混合比为4:3。

进一步,在步骤S1中以质量分数比4:3取用丙三醇和四氢呋喃放入搅拌釜中进行混合10-15min使其相溶得到有机溶剂并存放备用。

进一步,所述步骤S6的具体步骤如下:

S61.首先将过滤设备准备好,所述过滤设备包括静置池、多层滤纸过滤器和聚四氟乙烯滤布过滤机;

S62.将经过超声波处理后的墨水粗产品通入静置池中进行冷却静置沉淀,静置时长为30-50min;

S63.然后将静置池中的墨水粗产品依次通入多层过滤器和聚四氟乙烯滤布过滤机中进行过滤,将墨水粗产品中的小粒径杂质过滤;

S64.最终将从聚四氟乙烯滤布过滤机出来的墨水产品存储在高分子储存桶中进行储存。

进一步,所述多层过滤器中设有5-7层聚丙烯棉过滤层,所述聚四氟乙烯滤布过滤机内设有3-5层聚四氟乙烯滤布。

墨水有很多种分类方法,其中按照溶剂类型可分为水性和有机溶剂型,而本发明是一种水性喷墨打印墨水,其采用的染料为水溶性染料,然后添加离子水作为溶剂,适当增加一些有机溶剂能够提高相容度,而所述的有机溶剂是一种亲水有机溶剂,能够溶解在水中。喷墨打印墨水在打印性能上的要求主要有:图像清晰、色彩逼真、具有良好的耐水、耐光牢度及光密度,干燥速度快、不易沾污、在喷嘴前端不易形成硬壳、长期存放稳定性好、不应有化学变化或沉淀生成等。而本发明中添加的表面活性剂、缓冲剂和二亚乙基三胺五乙酸是用来提高墨水的各项指标的添加剂。

其中,所述的表面活性剂是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为疏水基团;亲水基团常为极性基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团;而疏水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。而所述的缓冲剂主要是用来调节pH值的溶剂,一般是盐类,如强酸弱碱或弱酸强碱盐类,在反应或保存中逐渐释出盐中的酸或碱以保持稳定的酸碱值。所述的二亚乙基三胺五乙酸是一种金属螯合剂,评价墨水性能的另一个重要指标是电导率值。电导率数值是用来反映其中盐含量的高低。该参数受墨水中的盐和染料的离子性这两个因素影响,虽然染料的离子性不会像盐一样对墨盒造成损害,但墨水中的盐(如氯化钠)会损害墨盒甚至使墨盒失效。为此有时需在墨水配制过程中加金属螯合剂。

进一步地,所述表面活性剂为三烷基磷酸酯。所述的三烷基磷酸酯是一种表面活性剂,主要是由三氯氧磷和过量的醇在低温下进行合成反应,通过真空排出反应中生成的氯化氢,然后回收过量的醇,然后用碱中和,最后减压蒸馏得到成品。而本发明中的三烷基磷酸酯是直接在市场上采购成熟产品,其具体的制备方法均为现有技术,故在此不再详述。

所述表面活性剂为松子油。所述的松子油是一种天然的表面活性剂,不仅成本较为便宜,而且更加的绿色环保。而且松子油具有一定的分撒和消泡作用,在墨水制造的不同阶段加入松子油作为抗发泡剂或消泡剂来控制发泡程度。

所述缓冲剂为磷酸二氢钾。磷酸二氢钾,是无色四方晶体或白色结晶性粉末。相对密度2.338。熔点252.6℃。易溶于水,90℃时,溶解度为83.5g/100ml水,水溶液呈酸性,1%磷酸二氢钾溶液的pH值为4.6。工业上常常使用磷酸二氢钾作为缓冲剂,不仅具有较好的水溶性,而且便于调节其pH值。

进一步地,配方材料内还添加有以质量分数计的用来提高耐光性能的紫外线吸收剂0.8-2.1%,所述的紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸。普通染料墨水在日光作用下,染料吸收光能,分子处于激化态而变得极不稳定,很容易产生某些化学反应,使染料分解褪色,导致打印图案经日晒后产生非常明显的褪色现象。而且普通染料墨水因不同颜色的衰减速率不同而导致打印作品“变色”。为了克服其耐光性较差的问题,从而通过添加的紫外线吸收剂增加其耐光性能。所述的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸是一种白色或浅黄色粉末,是一种广谱紫外线吸收剂,具有吸收效率高、无毒、无致畸性副作用,对光、热稳定性好等优点,不易腐败、使用周期长;水溶性好,溶于水后呈高透明液体;能提高水性体系中各种物质的稳定性。一般的紫外线吸收剂的水溶性较差,不能够溶解于水性墨水中,而2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸具有较好的水溶性,从而在多次过滤成品后能够维持较高的含量,避免在生产墨水时因过滤掉有效成分而降低耐光性。

进一步地,所述的有机溶剂为丙三醇和四氢呋喃的混合物,丙三醇和四氢呋喃的混合比为4:3。其中添加有的有机溶剂为混合物,所述的丙三醇和四氢呋喃均为高溶解度的有机溶剂,又能互溶,并且能够溶解部分微溶于水的添加剂,从而改善整个墨水的性能。

进一步地,配方材料内还添加有以质量分数计用来提高耐水牢度的二甲基二丙烯基氯化铵0.9-1.2%。

本发明与现有技术相比,具有的优点及有益效果为:本发明为了满足打印的要求,在制备喷墨打印墨水时,添加有的各种添加剂和按照优化的比例选用的着色剂从而全面提高墨水的性能,提高稳定性;另外还要根据需要添加溶剂、助溶剂、表面活性剂、缓冲剂和水等,从而使墨水在耐水、耐光、耐日晒牢度及图像清晰度方面有了很大的进步。本发明的方法能够有效的提高该水性墨水的生产效率,而且提高墨水成品质量和性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此,在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的范围内。

实施例1:

本实施例公开了一种复合水性喷墨打印用墨水配方,所述配方材料包括以质量分数计的水溶性染料3-5%、有机溶剂15-25%、表面活性剂0.8-1.5%、缓冲剂0.5-1.5%、二亚乙基三胺五乙酸0.2-0.4%、二甲基二丙烯基氯化铵0.9-1.2%、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸0.8-2.1%和去离子水70-85%。其制作步骤如下:

1、首先按照质量分数计算取用以下材料:

5%的水溶性染料

19%的有机溶剂

1.2%的三烷基磷酸酯

1.5%的磷酸二氢钾

0.3%的二亚乙基三胺五乙酸

0.9%的二甲基二丙烯基氯化铵

1%的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸

71.1%的去离子水

将上述作为原材料单独放置备用,其中以质量分数比4:3取用丙三醇和四氢呋喃放入搅拌釜中进行混合12min使其相溶得到有机溶剂并存放备用;然后将准备好的水溶性染料和有机溶剂放入搅拌釜中加热到60℃的温度范围内搅拌12min,使其相溶为溶剂A。

2、向已经搅拌均匀的溶剂A中分别添加三烷基磷酸酯和二亚乙基三胺五乙酸,每添加一种添加剂时须保持搅拌,其然后再搅拌8min后加入磷酸二氢钾调节其pH值形成溶剂B。

3、最后向溶剂B中缓慢加注去离子水并搅拌30min即得到墨水粗产品;将得到的墨水粗产品放在超声波处理设备中以1040kHz高频超声处理150h,然后检测其各项指标。

4、将过滤设备准备好,所述过滤设备包括静置池、多层滤纸过滤器和聚四氟乙烯滤布过滤机;将经过超声波处理后的墨水粗产品通入静置池中进行冷却静置沉淀,静置时长为30min。

5、然后将静置池中的墨水粗产品依次通入多层过滤器和聚四氟乙烯滤布过滤机中进行过滤,将墨水粗产品中的小粒径杂质过滤;最终将从聚四氟乙烯滤布过滤机出来的墨水产品存储在高分子储存桶中进行储存。所述多层过滤器中设有5层聚丙烯棉过滤层,所述聚四氟乙烯滤布过滤机内设有6层聚四氟乙烯滤布。

其中,所述的表面活性剂是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。具有固定的亲水亲油基团,在溶液的表面能定向排列。表面活性剂的分子结构具有两亲性:一端为亲水基团,另一端为疏水基团;亲水基团常为极性基团,如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐,羟基、酰胺基、醚键等也可作为极性亲水基团;而疏水基团常为非极性烃链,如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂)、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。而所述的缓冲剂主要是用来调节pH值的溶剂,一般是盐类,如强酸弱碱或弱酸强碱盐类,在反应或保存中逐渐释出盐中的酸或碱以保持稳定的酸碱值。所述的二亚乙基三胺五乙酸是一种金属螯合剂,评价墨水性能的另一个重要指标是电导率值。电导率数值是用来反映其中盐含量的高低。该参数受墨水中的盐和染料的离子性这两个因素影响,虽然染料的离子性不会像盐一样对墨盒造成损害,但墨水中的盐(如氯化钠)会损害墨盒甚至使墨盒失效。为此有时需在墨水配制过程中加金属螯合剂。

所述的三烷基磷酸酯是一种表面活性剂,主要是由三氯氧磷和过量的醇在低温下进行合成反应,通过真空排出反应中生成的氯化氢,然后回收过量的醇,然后用碱中和,最后减压蒸馏得到成品。而本发明中的三烷基磷酸酯是直接在市场上采购成熟产品,其具体的制备方法均为现有技术,故在此不再详述。

所述表面活性剂为松子油。所述的松子油是一种天然的表面活性剂,不仅成本较为便宜,而且更加的绿色环保。而且松子油具有一定的分撒和消泡作用,在墨水制造的不同阶段加入松子油作为抗发泡剂或消泡剂来控制发泡程度。

而磷酸二氢钾,是无色四方晶体或白色结晶性粉末。相对密度2.338。熔点252.6℃。易溶于水,90℃时,溶解度为83.5g/100ml水,水溶液呈酸性,1%磷酸二氢钾溶液的pH值为4.6。工业上常常使用磷酸二氢钾作为缓冲剂,不仅具有较好的水溶性,而且便于调节其pH值。

而普通染料墨水在日光作用下,染料吸收光能,分子处于激化态而变得极不稳定,很容易产生某些化学反应,使染料分解褪色,导致打印图案经日晒后产生非常明显的褪色现象。而且普通染料墨水因不同颜色的衰减速率不同而导致打印作品“变色”。为了克服其耐光性较差的问题,从而通过添加的紫外线吸收剂增加其耐光性能。所述的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸是一种白色或浅黄色粉末,是一种广谱紫外线吸收剂,具有吸收效率高、无毒、无致畸性副作用,对光、热稳定性好等优点,不易腐败、使用周期长;水溶性好,溶于水后呈高透明液体;能提高水性体系中各种物质的稳定性。一般的紫外线吸收剂的水溶性较差,不能够溶解于水性墨水中,而2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸具有较好的水溶性,从而在多次过滤成品后能够维持较高的含量,避免在生产墨水时因过滤掉有效成分而降低耐光性。

进一步地,所述的有机溶剂为丙三醇和四氢呋喃的混合物,丙三醇和四氢呋喃的混合比为4:3。其中添加有的有机溶剂为混合物,所述的丙三醇和四氢呋喃均为高溶解度的有机溶剂,又能互溶,并且能够溶解部分微溶于水的添加剂,从而改善整个墨水的性能。配方材料内还添加有以质量分数计用来提高耐水牢度的二甲基二丙烯基氯化铵0.9-1.2%。

实施例2:

根据实施例1中的制备方法,将原材料中的有机溶剂去掉,并添加19%的等离子水作为代替,制成对比组1进行测试备用。

实施例3:

根据实施例1中的制备方法,将原材料中的三烷基磷酸酯去掉,并添加等质量分数的等离子水作为代替,制成对比组2进行测试备用。

实施例4:

根据实施例1中的制备方法,将原材料中的二亚乙基三胺五乙酸去掉,并添加等质量分数的等离子水作为代替,制成对比组3进行测试备用。

实施例5:

根据实施例1中的制备方法,将原材料中的二甲基二丙烯基氯化铵去掉,并添加等质量分数的等离子水作为代替,制成对比组4进行测试备用。

实施例6:

根据实施例1中的制备方法,将原材料中的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-5-磺酸去掉,并添加等质量分数的等离子水作为代替,制成对比组5进行测试备用。

实施例7:

根据实施例1中的制备方法,将原制备方法中的超声波处理工艺去掉,将得到的墨水粗产品直接过滤得到最终产品最为对比组6进行测试备用。

将上述对比组和实施例1中的样品进行统一测试,值得说明的是,所有的对比组均包括10-15组样品,然后将每组对比组进行测试的结果取平均值作为最终的测定值。

其中所要测试的指标包括稳定性测试、耐水性测试、耐碱性测试、光密度测试、干燥时间和色度的测试。

其中所述的耐水性实验方法是将制备出来的喷墨打印墨水(包括标准样)均匀涂抹在塑料薄膜上,尽量使不同样品的厚度一致,烘干后在冰水混合物中进行擦拭,记录刚好能将样品擦拭掉的次数,与标准样品进行性能对比。耐碱性测试方法与耐水性测试方法相同,碱液选择质量分数为3%的氢氧化钠溶液。

而所述的体系不稳定的墨水在静置过程中会发生清液析出的现象,即发生沉降现象,墨水层高度下降。实验中,将被测试的墨水倒入具有刻度的量筒内,测试其析出的液体和下沉的固体物界面的下移情况,绘制液面下移和放置时间的关系曲线,作为体系分散稳定性的表征,并与标准样品进行对比。

而所述的干燥时间则是将每组样品均用玻璃棒蘸取一点墨水(约为0.01ml)到普通的打印纸上,观察其色度和干燥时间。

测试结果如下表:

根据上述试验数据分析,实施例1中的样品的所有指标均为最佳,而缺少相应功能添加剂便会存在一定的指标下降,其中对比组1中将有机溶剂全部去掉,导致许多添加剂无法与水完全相容,则各方面性能指标均有下降。而其中对于对比组3中去掉了金属螯合剂,利用单独的电导率试验得出其中盐含量较高,对墨盒造成的腐蚀程度最高。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。



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