專利名稱：數(shù)碼平板噴繪機(jī)用紫外光固化油墨及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紫外光(UV)固化油墨及其制備方法，特別涉及一種應(yīng)用在數(shù)碼平板噴繪機(jī)上的UV固化油墨及其制備方法。
背景技術(shù)：
近幾年大型噴繪機(jī)隨著計(jì)算機(jī)業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了迅猛的發(fā)展，噴繪機(jī)按照噴頭的工作原理可以分為熱發(fā)泡式和壓電晶體式。熱發(fā)泡式噴頭主要應(yīng)用在惠普、Mimaki等公司生產(chǎn)的的噴繪機(jī)上，該類機(jī)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(yīng)用在美國威特、上海雅色蘭、沈陽飛行船等公司的噴繪機(jī)上，該類噴頭主要使用溶劑型油墨，著色劑為有機(jī)顏料。隨著對環(huán)保的要求越來越高，應(yīng)用紫外光固化油墨的噴頭開始出現(xiàn)并具有非常良好的發(fā)展勢頭，比如美國的SPECTRA公司和英國的XAAR公司相繼推出應(yīng)用UV固化油墨的噴頭，并已在包括美國威特公司的PressVuUV系列、沈陽飛行船公司的天工多功能UV系列等數(shù)碼平板噴繪機(jī)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(fā)泡式噴頭使用的墨水粘度在3-5厘泊(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厘泊(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厘泊(25℃)。
水性油墨中的著色劑(染料)可溶解于油墨組合物中，含有可溶性染料的水性油墨，存在水牢度、光牢度差等問題。水性油墨對于工業(yè)應(yīng)用而言還存在一個(gè)很大的不足之處，那就是干燥問題，因?yàn)樗牡蛽]發(fā)速率導(dǎo)致水性油墨的干燥過程要花很長時(shí)間，即使使用加熱器也不能徹底解決這個(gè)問題。同時(shí)水性油墨可以使用的底材必須是水能夠吸附的一類，對于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?yàn)橛袡C(jī)溶劑的易揮發(fā)性，溶劑型油墨的干燥很快，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(yōu)良性能，比如水牢度，光牢度，熱穩(wěn)定性，氧化穩(wěn)定性等。因?yàn)轭伭喜荒苋苡谟湍M合物，而是以小的顆粒存在于油墨中，顏料的分散是非常重要的，只有保證油墨的穩(wěn)定性，才能防止顏料顆粒的聚集而導(dǎo)致噴頭的堵塞。溶劑型油墨最大的缺點(diǎn)是對環(huán)境的污染，因大多數(shù)有機(jī)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(diǎn)。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干性(在紫外光的照射下瞬間固化)，又不存在有機(jī)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，可以打印在燈箱布、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(yīng)性。
應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷上的紫外光固化油墨已經(jīng)有專利報(bào)導(dǎo)，比如帝國印刷油墨制造株式會社的高田直人和藤原宏之在中國專利申請?zhí)?9106290.6，名稱為“可紫外光固化的組合物以及采用該組合物的產(chǎn)品”中公開了一種應(yīng)用在絲網(wǎng)印刷的紫外光固化油墨，其中按重量計(jì)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(fā)劑(5.0％)和添加劑(1.0％)。但是對于應(yīng)用在數(shù)碼噴繪上的紫外光固化油墨必須根據(jù)數(shù)碼噴繪的特點(diǎn)，包括最佳的粘度和表面張力，低揮發(fā)性，良好的儲存穩(wěn)定性，對底材的附著性等來設(shè)計(jì)。美國的Coates Brothers公司的Nigel等人在U.S.Pat.6586492中提出了一種運(yùn)用在數(shù)碼打印的紫外光固化油墨的配比，其粘度控制在40-130℃下小于25厘泊，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(yùn)用在3-D模型上的數(shù)碼打印用紫外光固化油墨進(jìn)行了詳細(xì)敘述，提出預(yù)聚物的低收縮性對油墨的重要性，同時(shí)認(rèn)為油墨的粘度值應(yīng)為10-50厘泊(50-140℃)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種數(shù)碼平板噴繪用紫外光固化油墨的組成及其制備方法，以克服水性和溶劑性油墨的上述缺點(diǎn)，以滿足在美國威特公司的PressVu UV系列和沈陽飛行船公司的天工多功能UV系列等數(shù)碼平板噴繪機(jī)上的使用。
本發(fā)明的數(shù)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(yù)聚物 5-25％活性單體60-85％顏料1-5％光引發(fā)劑3-8％表面活性劑 0.1-1％分散劑 0.5-3％所說的預(yù)聚物為聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物，由于聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物的大分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)帶有氨基甲酸酯和羧酸酯結(jié)構(gòu)單元，綜合了聚氨酯和丙烯酸樹脂的優(yōu)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(fā)明采用脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，商品化產(chǎn)品有SARTOMER公司的CN系列產(chǎn)品(包括CN929，CN964，CN945，CN965，CN968，CN981，CN983，CN984，CN985等)；UCB Radcure公司的EBECRYL產(chǎn)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)，陜西金嶺光固化材料股份有限公司的UA320。
粘度是數(shù)碼噴繪油墨的一個(gè)極其重要的參數(shù)，只有當(dāng)油墨在適宜的粘度范圍內(nèi)才能流暢地打印在底材上。對于數(shù)碼噴繪用紫外光固化油墨而言，配制的油墨保持最佳的粘度值是非常關(guān)鍵的。本發(fā)明油墨的粘度在噴頭工作溫度下(室溫至大約50℃)控制在30厘泊以下，粘度的調(diào)節(jié)主要通過控制聚氨酯丙烯酸酯預(yù)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厘泊而當(dāng)升溫至50℃時(shí)粘度則可能降低至15厘泊。本發(fā)明所采用的聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物的分子量為1000～2000；數(shù)碼噴繪油墨的另外一個(gè)重要參數(shù)是表面張力，油墨的表面張力偏高則油墨易于從噴嘴中順利噴出，但在底材上容易出現(xiàn)淌墨現(xiàn)象，大大影響打印圖案的分辨率；油墨的表面張力偏低雖然杜絕了底材上的淌墨現(xiàn)象，但是不利于油墨從噴嘴中順利噴出，容易導(dǎo)致斷墨或缺墨現(xiàn)象。因此適宜的表面張力值對數(shù)碼噴繪是非常重要的，本發(fā)明數(shù)碼噴繪用油墨的表面張力控制在噴頭工作溫度下25-35達(dá)因/厘米。表面張力的大小與油墨組份中的單體和預(yù)聚物有關(guān)，可以通過添加表面活性劑來調(diào)節(jié)油墨的表面張力，所說的表面活性劑為有機(jī)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(chǎn)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(chǎn)的有機(jī)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％?；钚詥误w在選擇時(shí)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(jù)數(shù)碼噴繪的原理按照青色、品紅色、黃色和黑色(CMYK)四色打印選自酞氰顏料、喹吖啶酮顏料、偶氮顏料、苯并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(lán)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(tuán)的超分散劑，優(yōu)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(fā)劑選自2，2-二甲基-2-羥基-苯乙酮、1-羥基-1-環(huán)乙基-苯丙酮、1-羥基環(huán)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?；?二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴ブ械囊环N；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(shù)碼噴繪用紫外光固化油墨的制備方法包括如下步驟首先將顏料、部分活性單體、預(yù)聚物和分散劑的混合物進(jìn)行研磨分散，得到高濃度的顏料分散色漿，然后再加入光引發(fā)劑、表面活性劑、剩余活性單體等，通過高速攪拌來調(diào)節(jié)油墨的粘度、色度、表面張力等指標(biāo)，最后用微孔濾膜對油墨進(jìn)行過濾，過濾精度要求小于1微米，一般為0.1～1微米，最好為0.1～0.45微米，即獲得數(shù)碼平板噴繪用紫外光固化油墨。采用上方法獲得的數(shù)碼噴繪用紫外光固化油墨，測試油墨的粘度和表面張力，并在美國威特公司的PressVu UV180噴繪機(jī)上分別進(jìn)行噴繪測試，測試指標(biāo)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(shí)間為2-4小時(shí)，攪拌在8000～10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，攪拌時(shí)間為30-60分鐘。
本發(fā)明的數(shù)碼平板噴繪用紫外光固化油墨，油墨中不含有機(jī)溶劑，具有綠色環(huán)保特點(diǎn)，油墨能夠在紫外光的照射下瞬間固化，滿足高速打印的要求，同時(shí)可以打印在燈箱布、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(yīng)性和很好的發(fā)展前景。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1脂肪族聚氨酯丙烯酸酯預(yù)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(jiān)牢洋紅S4C膠州市精細(xì)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(fā)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(shí)驗(yàn)研磨機(jī)，攪拌過程使用的是上海威宇機(jī)電制造有限公司的實(shí)驗(yàn)乳化機(jī)，研磨時(shí)間為2-4小時(shí)，攪拌在8000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，攪拌時(shí)間為30-60分鐘。測試結(jié)果見表2。
實(shí)施例2脂肪族聚氨酯丙烯酸酯預(yù)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(jiān)牢洋紅S4C膠州市精細(xì)化工公司) 2.0克超分散劑SOLSPERSE 22000(Avecia公司) 1.0克光引發(fā)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(shí)施例1同樣的制備方法，測試結(jié)果見表2實(shí)施例3脂肪族聚氨酯丙烯酸酯預(yù)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(jiān)牢洋紅S4C膠州市精細(xì)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(fā)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(shí)施例1同樣的制備方法，測試結(jié)果見表2實(shí)施例4～9表1.青色、黃色和黑色的實(shí)施例4-例9


表2為實(shí)施例1-9的測試結(jié)果表2.實(shí)施例1-9的測試結(jié)果

上述測試中1.粘度采用布氏粘度計(jì)(Brookfeild DV-E)測量；2.表面張力采用上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司的JK99B/C全自動(dòng)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(jī)上測試；4.在馬口鐵上的附著力測試采用GF-B型劃格法附著力試驗(yàn)儀(執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T9286-88)
權(quán)利要求
1.一種數(shù)碼平板噴繪機(jī)用紫外光固化油墨，其特征在于，組分和重量百分含量包括預(yù)聚物5-25％活性單體 60-85％顏料 1-5％光引發(fā)劑 3-8％表面活性劑0.1-1％分散劑0.5-3％；所說的預(yù)聚物為聚氨酯丙烯酸酯預(yù)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(tuán)的超分散劑；所說的光引發(fā)劑選自2，2-二甲基-2-羥基-苯乙酮、1-羥基-1-環(huán)乙基-苯丙酮、1-羥基環(huán)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?；?二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴ブ械囊环N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼平板噴繪機(jī)用紫外光固化油墨，其特征在于，聚氨酯丙烯酸酯預(yù)聚物的分子量為1000-2000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼平板噴繪機(jī)用紫外光固化油墨，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼平板噴繪機(jī)用紫外光固化油墨，其特征在于，所說的顏料選自酞氰顏料、喹吖啶酮顏料、偶氮顏料、苯并咪唑酮顏料或炭黑顏料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的數(shù)碼噴繪用紫外光固化油墨的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先將顏料、活性單體總重量的30～60％、預(yù)聚物和分散劑的混合物進(jìn)行研磨分散，然后再加入光引發(fā)劑、表面活性劑和剩余活性單體，通過高速攪拌來調(diào)節(jié)油墨的粘度、色度、表面張力指標(biāo)，最后用微孔濾膜對油墨進(jìn)行過濾，過濾精度為1微米，即獲得數(shù)碼平板噴繪用紫外光固化油墨。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，研磨時(shí)間為2-4小時(shí)，攪拌在8000～10000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行，攪拌時(shí)間為30-60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用在數(shù)碼平板噴繪機(jī)上的紫外光(UV)固化油墨的組成及其制備方法。本發(fā)明所述的UV固化油墨包括預(yù)聚物、活性單體、顏料、光引發(fā)劑、分散劑和表明活性劑等，依照本發(fā)明，將上述各物質(zhì)按照一定比例混合，經(jīng)過研磨和攪拌后得到性能優(yōu)良的數(shù)碼平板噴繪UV固化油墨。油墨中不含有機(jī)溶劑，具有綠色環(huán)保特點(diǎn)，油墨能夠在紫外光的照射下瞬間固化，滿足高速打印的要求，同時(shí)可以打印在燈箱布、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(yīng)性和很好的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者王夏琴, 李文彬 申請人:東華大學(xué)