一种UV喷墨色浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及UV喷墨打印技术领域，尤其涉及一种UV喷墨色浆、制备方法及其应用。
背景技术
随着印刷技术的发展，喷墨打印技术以其数字化、个性化、灵活性等优点在市场上应用越来越广泛。喷墨打印技术可实现按需印刷、异地印刷、即时印刷、可变印刷等多种印刷方式，是目前印刷行业的重大发展趋势。
其中，UV喷墨打印技术是喷墨打印技术的重要组成部分。它将喷墨打印技术与UV光固化技术相结合，实现印刷过程中的瞬间干燥。而且，UV墨水中不含挥发性组分，全部参与固化交联过程，也符合当前绿色印刷环保要求。
UV喷墨墨水是UV喷墨打印技术的核心之一，UV喷墨墨水的粘度以及稳定性等都具有极高的要求，高性能的UV喷墨色浆又对UV喷墨墨水起到了关键作用，现有技术中存在UV喷墨色浆稳定性较差且黏度较高的问题，如韩阳芳(《数码喷墨印花用UV固化油墨》，东华大学，2003)采用球磨机，用颜料、单体和分散剂制备色浆然后添加低聚物并加入单体及墨水助剂，制得的墨水稳定性差且黏度高，CN105602345A公开了一种可LED-UV光固化黑色喷墨墨水的配方，制得的UV喷墨色浆粘度均大于18cps，张明志等(《UV喷墨色浆的分散稳定性的研究》，包装工程,2015(23):140-143)利用不同的分散剂制得的UV喷墨色浆在储存2d内色浆分散稳定效果好，随着时间的延长，稳定性变差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分散性好、稳定性高的UV喷墨色浆，解决现有技术中UV喷墨色浆粘度高、长期稳定性差等问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种UV喷墨色浆，包括以下重量份的组分：
UV单体40～60份，超分散剂2～4份，炭黑5～15份，所述UV喷墨色浆的粒径小于1μm。
优选地，所述UV喷墨色浆包括以下重量份的组分：UV单体40份，超分散剂3份，炭黑9份。
优选地，所述UV单体为四氢呋喃丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯中的一种。
优选地，所述超分散剂为丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂。
优选地，所述丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂包括TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中的一种或几种的混合物。
优选地，所述炭黑为德固赛45(PRINTEX45)、欧励隆N505和三菱炭黑MA-11中的一种。
本发明还提供了上述技术方案所述UV喷墨色浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将UV单体、超分散剂、炭黑以及锆珠混合后研磨，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料经滤芯过滤，得到UV喷墨色浆。
优选地，所述步骤(1)中锆珠的粒径为0.1～1.5mm。
优选地，所述步骤(2)中滤芯过滤的压力为0.1～1.5MPa，所述滤芯材质为聚四氟乙烯类。
本发明还提供了上述技术方案所述UV喷墨色浆或者上述制备方法制得的UV喷墨色浆在UV喷墨打印中的应用。
本发明提供了一种UV喷墨色浆，包括以下重量份的组分：UV单体40～60份，超分散剂2～4份，炭黑5～15份，所述UV喷墨色浆的粒径小于1μm，所述UV单体粘度偏低，炭黑具有易分散的特性，超分散剂的分子结构分为两部分，一部分为锚固基团，另一部分为溶剂化链，通过锚固基团对炭黑的吸附和溶剂化，使得炭黑在UV单体中达到完全分散的作用，本发明中各组分之间具有协同作用，精确控制各组分的用量，提供的UV喷墨色浆色相均匀，经过经时老化试验环境的长时间放置，粘度和粒径不发生明显变化，其分散性、稀释性好，色浆粘度、表面张力等性能表现优良，实施例的数据表明，本发明制得的UV喷墨色浆的粘度最低为5～6cp，表面张力为35.2～38.9mN/m，平均粒径为123～146nm。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例2和实施例25～29不同UV单体对UV喷墨色浆的影响；
图2为本发明实施例2制得的UV喷墨色浆老化经时跟踪测试图。
具体实施方式
本发明提供了一种UV喷墨色浆，包括以下重量份的组分：
UV单体40～60份，超分散剂2～4份，炭黑5～15份，所述UV喷墨色浆的粒径小于1μm。
在本发明中，所述UV喷墨色浆包括以下重量份的组分：UV单体40份，超分散剂3份，炭黑9份。
在本发明中，所述UV单体为四氢呋喃丙烯酸酯(THFA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯(VEEA)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(CTFA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯(TMCHA)中的一种；本发明对所述UV单体的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述超分散剂为丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂。
本发明中，所述丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂优选包括TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中的一种或几种的混合物；在本发明中，所述TILO-7000和TILO-5007更优选为镇江市天龙化工有限公司生产的TILO-7000和TILO-5007。本发明对所述超分散剂中各丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂的质量比没有限制，本领域技术人员可根据实际需要选择任意质量比的丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂的混合物。
在本发明中，所述丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂优选为TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中两种的混合物，更优选为TILO-7000与迪高TEGO-675的混合物、TILO-7000与迪高TEGO-685的混合物、TILO-7000与TILO-5007的混合物，在本发明实施例中TILO-7000与迪高TEGO-675的混合物、TILO-7000与迪高TEGO-685的混合物、TILO-7000与TILO-5007的混合物中TILO-7000与迪高TEGO-675、TILO-7000与迪高TEGO-685、TILO-7000与TILO-5007的质量比独立地优选为1～3:1，更优选为2:1。
本发明对所述丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
在本发明中，所述炭黑为德固赛45(PRINTEX45)、欧励隆N505和三菱炭黑MA-11中的一种。
本发明对所述炭黑的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。
本发明还提供了上述技术方案所述UV喷墨色浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将UV单体、超分散剂、炭黑以及锆珠混合后研磨，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料经滤芯过滤，得到UV喷墨色浆。
本发明将UV单体、超分散剂、炭黑以及锆珠混合后研磨，得到混合物料；本发明对所述UV单体、超分散剂、炭黑以及锆珠的加入顺序没有任何特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的混合物加入顺序即可；在本发明实施例中，优选先将UV单体、超分散剂与炭黑混合后再加入锆珠。
在本发明中，所述UV单体与超分散剂和炭黑的质量之和与锆珠的质量之比优选为1:1～1:3，更优选为1:2～1:2.5。
在本发明中，所述锆珠的粒径优选为0.1～1.5mm；在本发明中，所述锆珠的粒径分布优选为：[0.1mm，0.3mm]粒径的锆珠占锆珠总质量的10～20％，(0.3mm，0.8mm]粒径的锆珠占锆珠总质量的40～60％，(0.8mm，1.2mm)粒径的锆珠占锆珠总质量的25～30％，[1.2mm，1.5mm]的锆珠占锆珠总质量的5～10％。
本发明对所述混合采用的方式没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可；在本发明的实施例中，优选采用快手振荡方式混合，对振荡方式没有特殊要求，按照本领域人员所熟知的技术手段进行振荡。
在本发明中，所述混合的时间优选为0.5～2h，更优选为1～1.5h。
在本发明中，所述快手振荡频率为300～700次/分钟，更优选为500～550次/分钟。
得到混合物料后，本发明将混合物料经滤芯过滤，得到UV喷墨色浆。
在本发明中，所述滤芯过滤的压力优选为0.1～1.5MPa，更优选为0.5MPa。
在本发明中，所述滤芯过滤的速度优选为5～10L/min，更优选为10L/min。
本发明对所述滤芯的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可；在本发明实施例中，所述滤芯优选为聚四氟乙烯滤芯。
本发明还提供了上述技术方案所述UV喷墨色浆或者上述制备方法制得的UV喷墨色浆在UV喷墨打印中的应用。
本发明提供了一种UV喷墨色浆，包括以下重量份的组分：UV单体40～60份，超分散剂2～4份，炭黑5～15份，所述UV喷墨色浆的粒径小于1μm，所述UV单体粘度偏低，炭黑具有易分散的特性，超分散剂的分子结构分为两部分，一部分为锚固基团，另一部分为溶剂化链，通过锚固基团对炭黑的吸附和溶剂化，使得炭黑在UV单体中达到完全分散的作用，本发明中各组分之间具有协同作用，精确控制各组分的用量，提供的UV喷墨色浆色相均匀，经过经时老化试验环境的长时间放置，粘度粒径不发生明显变化，分散性、稀释性好，色浆粘度、表面张力等性能表现优良，实施例的数据表明，本发明制得的UV喷墨色浆粘度最低为5～6cp，表面张力为35.2～38.9mN/m，平均粒径为123～146nm。
下面结合实施例对本发明提供的UV喷墨色浆及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将UV单体四氢呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒径为0.1mm的锆珠快手分散0.5小时制成UV喷墨色浆。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度为9.4cp，表面张力为35.2mN/m，平均粒径为135nm。
实施例2
将UV单体四氢呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒径为0.3mm的锆珠快手分散1小时制成UV喷墨色浆。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度为9.6cp，表面张力为35.5mN/m，平均粒径为138nm。
对实施例2制得的UV喷墨色浆进行老化经时跟踪测试，结果如图2所示，表明实施例2制得的UV喷墨色浆经过老化试验性能稳定。
实施例3
将UV单体四氢呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒径为0.5mm的锆珠快手分散1.2小时制成UV喷墨色浆。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度为9.9cp，表面张力为37.3mN/m，平均粒径为141nm。
实施例4
将UV单体四氢呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒径为1.0mm的锆珠快手分散1.5小时制成UV喷墨色浆。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度为10.2cp，表面张力为38.6mN/m，平均粒径为142nm。
实施例5
将UV单体四氢呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒径为1.2mm的锆珠快手分散1.8小时制成UV喷墨色浆。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度为10.4cp，表面张力为38.8mN/m，平均粒径为144nm。
实施例6
将UV单体四氢呋喃丙烯酸酯：40份，PRINTEX45：9份，TILO-7000：2份，TILO-5007：1份置于玻璃瓶中，添加粒径为1.5mm的锆珠快手分散2小时制成UV喷墨色浆。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度为10.5cp，表面张力为38.9mN/m，平均粒径为146nm。
实施例7～12
实施例7～12与实施例1～6的区别仅在于，实施例7～12的锆珠的粒径分布为：0.1mm≤粒径≤0.3mm占质量比的10％，0.3mm＜粒径≤0.8mm占质量比的60％，0.8mm＜粒径＜1.2mm占质量比的25％，1.2mm≤粒径≤1.5mm占质量比的5％。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度分别为9.53cp、9.44cp、9.58cp、9.52cp、9.49cp、9.55cp，表面张力分别为35.88mN/m、35.62mN/m、36.31mN/m、35.93mN/m、35.80mN/m、36.14mN/m，平均粒径分别为129nm、126nm、127nm、127nm、129nm、128nm。
实施例13～18
实施例13～18与实施例1～6的区别仅在于，实施例13～18的锆珠的粒径分布为：0.1mm≤粒径≤0.3mm占质量比的15％，0.3mm＜粒径≤0.8mm占质量比的50％，0.8mm＜粒径＜1.2mm占质量比的27％，1.2mm≤粒径≤1.5mm占质量比的8％。经检验：所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度分别为9.49cp、9.40cp、9.48cp、9.47cp、9.50cp、9.46cp，表面张力分别为35.43mN/m、35.28mN/m、35.65mN/m、35.58mN/m、35.46mN/m、35.39mN/m，平均粒径分别为122nm、123nm、123nm、125nm、124nm、123nm。
实施例19～24
实施例19～24与实施例1～6的区别仅在于，实施例19～24的锆珠的粒径分布为：0.1mm≤粒径≤0.3mm占质量比的20％，0.3mm＜粒径≤0.8mm占质量比的40％，0.8mm＜粒径＜1.2mm占质量比的30％，1.2mm≤粒径≤1.5mm占质量比的10％。经检验：，所制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度分别为9.57cp、9.49cp、9.52cp、9.48cp、9.51cp、9.50cp，表面张力分别为35.77mN/m、35.83mN/m、35.92mN/m、35.84mN/m、36.07mN/m、35.94mN/m，平均粒径分别为127nm、125nm、126nm、128nm、123nm、125nm。
从实施例1～24可知，本发明制备的UV喷墨色浆分散性好、稀释性好，通过老化试验性能稳定，色浆粘度、表面张力、平均粒径等性能表现优良。尤其是，通过不同大小粒径分布的锆珠混合研磨分散后制成的UV喷墨色浆分散性等性能更好。
实施例25～29
实施例25～29与实施例2的区别仅在于，实施例25～29的UV单体为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)、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(CTFA)、3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯(TMCHA)。
UV喷墨色浆中要求单体对颜料粉要有良好的润湿性，并在分散剂的分散作用下使颜料粉均匀的分散。因此，粘度是色浆性能的关键指标之一，通过粘度大小可以判断色浆的分散效果。图1为不同UV单体对UV喷墨色浆的影响，从图1可知，THFA和DPGDA对颜料粉的润湿性能佳。另外，由于UV喷墨墨水百分百参与固化，且粘度常温下只有20cp左右，因此对单体的稀释性要求较高。由此可知，本发明的THFA的25℃的粘度只有5-6cp，对于色浆中单体的组成具有显著优势。
对比例1～6
对比例1～6与实施例2的区别仅在于，对比例6～11的分散剂分别为TEGO675、TEGO685、路博润24000、TEGOLA-D1549、TILO-7000、TILO-5007。
表1实施例2和对比例1～6选择的分散剂对UV喷墨色浆的影响
表1为本发明实施例2和对比例1～6选择的分散剂对UV喷墨色浆的影响。从表1可知：对比例的超分散剂中除TILO-5007外对UV色浆的分散作用都较好，粒径分散均匀，但粘度在20cp以上，表现尚可，但是，本发明使用混合型分散剂时UV色浆的粘度得到改善明显改善，说明本发明分散剂的特定配置对UV墨水具有显著意义。因为，TILO-7000是含有颜料亲和基团的高分子嵌段共聚物，其锚固基团较致密，本身对颜料粉具有较强的分散作用。而TILO-5007是不溶性蓝色颜料衍生物，是一种颜料增效剂，本身对颜料并无分散作用，其表面的官能团对颜料粉具有较大的亲和力，其分子结构及物理化学性质与分散颜料非常相似，能通过分子间范德华力紧紧地吸附于颜料粉表面，同时通过其分子结构的极性基团为超分散剂锚固基团的吸附提供化学吸附位，即增加TILO-7000的锚固基团的吸附作用，从而对颜料粉产生非常有效的润湿和稳定作用。另一方面，超分散剂的溶剂化链在分散介质充分伸展，所形成的空间位阻较小，减小了颜料颗粒之间的摩擦，使颜料颗粒之间保持较大的距离，从而得到分散均匀的低粘度的UV色浆。
对比例7～11
对比例7～11与实施例2的区别仅在于，对比例7～11的分散剂的用量分别为1份、2份、2.5份、3.5份、4份。
表2分散剂用量对UV喷墨色浆的影响
分散剂的用量控制对UV喷墨色浆的影响也极其重要。当体系中的分散剂用量较少时分散剂不能完全覆盖颜料表面，颜料表面的裸露部分容易聚集造成分散不均；当分散剂的用量过高时颜料表面已经完全覆盖，多余的分散剂溶解在分散介质中一方面造成体系粘度的增加，另一方面分散剂由于不参与UV固化成膜而影响UV墨水的性能。
表2为分散剂用量对UV喷墨色浆的影响，从表2可知，当混合型分散剂用量为1份时，色浆分散性差，呈粘稠膏状。当分散剂用量大于2份时色浆具有良好的分散性能，随着用量的增加其粘度跟粒径逐渐降低，而表面张力变化不大。当分散剂用量大于3.4份时粘度跟粒径变化不明显。
对比例12～15
对比例12～15与实施例2的区别仅在于，对比例12～15的炭黑分别为卡博特SPECIAL250、欧励隆NEROX3500、欧励隆NEROX5600、PRINTEX35。
表3实施例2和对比例12～15选择的炭黑的对UV色浆的影响
炭黑作为UV喷墨色浆的主要体现成分，选择时对其着色力、pH、粒径等要求较高。一般选择黑度较高的炭黑，墨水中所需的含量相对较低，对喷墨干燥速度就越快，对单体选择就更有利。
表3为本发明实施例2和对比例12～15选择的炭黑的对UV色浆的影响。炭黑有酸碱之分，一般经过处理的为酸性，pH通常为2-3左右，没有经过处理的为碱性，pH通常为9左右。酸性处理的炭黑前期分散比较容易，对分散剂要求不高，但稳定性较差。碱性炭黑由于没有包裹，对分散剂要求较高，但存放相对稳定。本发明实施例2的炭黑PRINTEX45比较稳定，色相黑度高，将炭黑PRINTEX45色浆置至于50℃高温保温环境中，定期追踪其粘度及粒径，检测其分散稳定性。如图2所示，其粘度、粒径变化较小，说明该UV色浆性能较为稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种UV喷墨色浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：
UV单体40～60份，超分散剂2～4份，炭黑5～15份，所述UV喷墨色浆的粒径小于1μm。
2.根据权利要求1所述的UV喷墨色浆，其特征在于，包括以下重量份的组分：
UV单体40份，超分散剂3份，炭黑9份。
3.根据权利要求1或2所述的UV喷墨色浆，其特征在于，所述UV单体为四氢呋喃丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸-2-(乙烯基乙氧基)乙酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯中的一种。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的UV喷墨色浆，其特征在于，所述超分散剂为丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂。
5.根据权利要求4所述的UV喷墨色浆，其特征在于，所述丙烯酸酯类嵌段聚合物型超分散剂包括TILO-7000、TILO-5007、迪高TEGO-675和迪高TEGO-685中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的UV喷墨色浆，其特征在于，所述炭黑为德固赛PRINTEX 45、欧励隆N505和三菱炭黑MA-11中的一种。
7.权利要求1～6任意一项所述的UV喷墨色浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将UV单体、超分散剂、炭黑以及锆珠混合后研磨，得到混合物料；
(2)将所述步骤(1)得到的混合物料经滤芯过滤，得到UV喷墨色浆。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中锆珠的粒径为0.1～1.5mm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中滤芯过滤的压力为0.1～1.5MPa，所述滤芯材质为聚四氟乙烯类。
10.权利要求1～6任意一项所述的UV喷墨色浆或者根据权利要求7～9任意一项所述的制备方法制得的UV喷墨色浆在UV喷墨打印中的应用。
