專利名稱：顏料微顆粒化技術(shù)在納米改性中性墨水制備中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油墨技術(shù)領(lǐng)域中水性油墨體系的一個分支。
背景技術(shù)：
中性墨水在國外形象地名為啫喱墨水、Gel ink(膠凍狀墨水)，因為它的表觀是一經(jīng)攪動后會變得稀薄流動一些，但放置一定時間后，油墨又會回復(fù)到較稠厚狀態(tài)。這正是一種切力變稀的典型觸變性也有稱為“剪切粘性”特征的表觀，是與中性筆結(jié)構(gòu)的匹配有極大關(guān)系。在靜止?fàn)钕?，較稠厚的墨水可以防止從貯墨管尾部倒流或者從筆頭的球珠與球座的間隙中滲漏出來；但是一旦書寫，球珠迅速轉(zhuǎn)動施加一定的剪切力，墨水因剪切力粘度而變稀，就流暢地隨球珠的轉(zhuǎn)動而出墨成線。由此可知觸變性對中性墨水是至關(guān)重要的品質(zhì)，它的變化會影響穩(wěn)定性能。觸變指數(shù)過大或過小，會出現(xiàn)書寫手感沉重、斷線、甚至不能出墨成線，或者滲漏、斑漬等現(xiàn)象。
然而，在過去一段時間對中性墨水比較偏重于粘度控制等方面的研究，著重增稠劑的開發(fā)和運用技術(shù)。其原因是中性墨水的連結(jié)料中樹脂較少，主要成份是以水為主體的溶劑。連結(jié)料的粘度低、既不能適應(yīng)筆頭的出墨系統(tǒng)，又會在貯墨管和筆頭內(nèi)下沉，破環(huán)介質(zhì)的穩(wěn)定。因此，在過去一些已經(jīng)公開的專利中都報告了粘度控制方面的研究成果。例為日本sho54-98826、sho57-49678、Hei6-34014、美國專利4545818、4671691以及中國97180403.6提出了使用天然或合成的增稠劑來解決中性墨水具有觸變性或假塑性的粘度，它們對于中性墨水的研制具有階段性進(jìn)步意義。然而隨著時代的進(jìn)步，人們對中性墨水的書性能，色光性能，以及與筆頭類型的匹配性，特別是貯存穩(wěn)定性的要求越來越高，并且發(fā)現(xiàn)墨水在調(diào)節(jié)粘度到合適的粘度比，與筆尖匹配性很好，但在長期貯存以后卻發(fā)生了欠流利、斷線、不出墨的通病，如果單從表象上分析，似乎純粹是粘度發(fā)生變化所致，但是按流變曲線法檢測以后，發(fā)現(xiàn)其主要原因是墨水的觸變指數(shù)增大。油墨業(yè)界長期積累的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)證明觸變性除了與所用的樹脂分子量大、正庚烷值小有關(guān)以外，最主要的是顏料的數(shù)量和品種、規(guī)格、形狀有關(guān)。不同的品種中數(shù)聯(lián)笨胺黃、BDN紅、酞菁蘭觸變性較大，而同一種炭黑針狀或片狀比園粒形的觸變性大；未經(jīng)氧化處理的又比處理過的觸變性大。但這仍然是一種表象，其實質(zhì)是顏料的特性決定的，顏料科學(xué)認(rèn)為顏料顆粒狀態(tài)可分為原生粒徑；由原生粒子表面吸附而生成的叫凝聚體；由原生粒子與凝聚體疏松結(jié)合而成的混合體稱團(tuán)聚體。商品顏料可以說是凝聚體或團(tuán)聚體，而決非一次性形成的原生粒子。顏料的一次性粒子的本來面目是極微小的例如二氯并吡咯二酮顏料中，在23×5.7×5.6nm的立方體的顆粒中，大約有2000個邊長為0.1μm的立方體，這當(dāng)中可以說有28萬個分子的凝聚體。這種現(xiàn)象說明了顏料有一種凝聚力，它的顆粒越細(xì)，表面能越大，互相凝聚力越強(qiáng)，導(dǎo)致它在介質(zhì)中因凝聚返粗而觸變指數(shù)增大，墨性變壞。因此控制顏料粒子的表面特性是解決中性墨水長期貯存中發(fā)生不穩(wěn)定矛盾的切入點。
引入的意義及實施方法在上個世紀(jì)末期，顏料工業(yè)針對顏料的這種表面特性運用了立體(空間)或熵效應(yīng)等多種原理，進(jìn)行微顆?；伭霞夹g(shù)的研究，并且終于確定了有機(jī)顏料粒徑的控制技術(shù)分為合成過程中與合成后的再處理兩大工程。合成后的再處理則稱為顏料化工程。所謂顏料化工程就是將已合成的顏料(二次粒子)運用立體障礙或熵效應(yīng)，通過分散工藝制得一次粒子大小相似的穩(wěn)定顆粒。近年來該項研究進(jìn)展順利，國內(nèi)外研制成的一種被稱作超分散劑的新型表面處理劑(Hyperdispersants)就是此項技術(shù)的重量要成果之一。本發(fā)明人將此項技術(shù)引入中性墨水制造方法中，終于解決了中性墨水因顏料表面特性變化而產(chǎn)生的不穩(wěn)定性通病。
上述被稱作超分散劑的聚合物的特征具有親顏料/親液體(pigmenlophlie/Lyophilic)的結(jié)構(gòu)。它們一般具有兩種結(jié)構(gòu)特征特征之一是錨定功能基團(tuán)(Amchoring functional group)連在一個溶劑化鏈上。通過“錨定”基團(tuán)的單點或多點吸附和親介質(zhì)(Binder--plilic)的溶劑化鏈與介質(zhì)發(fā)生特定作用。例如比較典范的是嵌段結(jié)構(gòu)或接枝聚合物，如以羧基為尾基的聚甲基丙烯酸甲酯高分子。它們在顏料表面結(jié)合的方式可以概括為離子鍵結(jié)合；氫鍵結(jié)合或極性基團(tuán)結(jié)合；衍生物或表面改性劑結(jié)合三種方式。特征之二是具有聚合體溶劑化長鏈，此種溶劑化長鏈比傳統(tǒng)分散劑的C12-C18碳鏈的長度要長，使其對溶劑有更大親和力和溶解性能，同時以一定的吸附層厚度(一般在3-5μm)起到空間位阻的屏蔽效應(yīng)。例如 -COOH為錨式基因，聚酯基為溶劑化鏈。
實施顏料化工程之所以要借助于此類超分散劑，因為只要是顏料后處理工程一般都可運用，適應(yīng)面廣泛而操作也并不復(fù)雜、只要在顏料(二次粒子)再分散前按比例加入超分散劑，借助機(jī)械力在細(xì)化過程中，因顏料表面能驟增而活躍時，超分散劑中的錨定結(jié)構(gòu)迅速與粒子吸附，形成一個“錨固基團(tuán)”；溶劑化長鏈又以一定的吸附層厚度“鎖定”在錨固基團(tuán)上；在各個錨固基團(tuán)之間溶劑化鏈互相穿插“牽制”，形成了一種穩(wěn)定的障礙結(jié)構(gòu)迫使細(xì)化后的微顆?；虺㈩w粒“各就各位”，在連接料介質(zhì)中無序而有牽制地排列，抑止了細(xì)化粒子的表面能凝聚力，達(dá)到了對細(xì)化到亞納米或納米級粒子表面改性的目的，使之長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。研究表明，使用超分散劑對細(xì)化到納米級粒子實施表面改性后，即使在不含樹脂的溶劑中也可以達(dá)到9-24個月而不發(fā)生絮凝沉淀。運用此種技術(shù)制備的中性墨水可以成為納米改性中性墨水。
超分散劑的品種類型目前已經(jīng)較多。本發(fā)明優(yōu)選具有錨定結(jié)構(gòu)和溶劑化鏈特征的超分散劑作為表面改性處理劑。如具有三維錨定基團(tuán)的SUP-7001，SUPE系列(多已內(nèi)酯多元醇復(fù)配物)，英國的SOLSPERS系列，BFK公司的超分散劑物，國產(chǎn)三正公司的CH系列等。其用量應(yīng)該隨顏料品種、規(guī)格兩數(shù)量而有別，例如SUP-7001高分子聚合物用于無機(jī)/有機(jī)顏料，是顏料量的1-25％，優(yōu)選5％-10％，對酞菁類應(yīng)該酌量增加到1-35％，優(yōu)選12-15％、而炭黑則更應(yīng)酌量增加，優(yōu)選為15％-40％。
本發(fā)明為了獲得更佳的墨水穩(wěn)定性，還選擇了某些具有表面處理效果的表面活性劑作為增效增穩(wěn)劑協(xié)同使用?？梢詢?yōu)選的如磺基琥珀酸癸基聚氧乙烯(6)醚酯二鈉，乙氧基化壬基酚磺基琥珀酸半酯二鈉鹽。它們的每個分子都含有陰離子和非離子基因，因而產(chǎn)生了具有抗靜電和空間位阻穩(wěn)定的獨特性質(zhì)，它們也參與上述的多維立體障礙結(jié)構(gòu)效應(yīng)的制造，使墨水具有較好的耐電解質(zhì)和機(jī)械穩(wěn)定性起到增效作用。加入時機(jī)應(yīng)在主體表面處理劑的同時或稍后。
著色劑對于中性墨水來說，黑、蘭、紅三色最為實用且以黑蘭為主。本發(fā)明優(yōu)選高色素炭黑、酞菁蘭和偶氮類顏料。其重量為墨水的5-10％，優(yōu)選6-8％。
本發(fā)明之溶劑以水為主體，與水可以混溶的具有極性基團(tuán)的醇、醚類都可選擇，應(yīng)該優(yōu)選乙二醇、丙二醇、丙三醇，占油墨重量份的10-80％，優(yōu)選40-60％。
助劑包括潤滑劑，防銹劑、殺菌防腐劑、增稠劑，PH值穩(wěn)定劑?？梢圆捎寐蚜柞?，二氧化硅、氫氧化鈉、氨基甲基丙醇、蓖麻油磺酸鈉、氨、苯丙三唑、水溶性羊毛脂、PEG400月桂酸酯，三羥甲基丙烷、異唑啉酮，蒙脫蠟、膨潤土、締合型增稠劑、纖維素醚類HEC、堿溶脹乳液ASE，堿溶脹乳液HASE。
本發(fā)明之中性墨水各組成物比例如下1、顏料8％；2、顏料表面處理劑1 5％；3、水54％；4、潤濕劑18％；5、滑潤劑0.5％；6、防銹劑0.5％；7、防霉殺菌劑2‰；8、增稠劑2.5％；9、PH值控制0.5％；10、消泡劑2‰。
本發(fā)明分二個步驟實施第一步微顆粒顏料化技術(shù)工程；第二步增稠成墨。
微顆粒顏料化技術(shù)是本發(fā)明實施工程之重點步驟。
1、將組合物2加入顏料中，置于真空捏合機(jī)中初步捏合5-10分鐘，然后加入組合物3的10％再充分捏合45-60min。
2、將充分捏合后之漿料抽送到砂磨機(jī)、球磨機(jī)、珠磨機(jī)，“中性油墨組合分散系統(tǒng)”(專利申請?zhí)枮?00620008927，0)之類分散設(shè)備中進(jìn)行研磨。直至細(xì)化到符合要求。
增稠成墨步驟將組合物1-7全部加入到已經(jīng)完成微顆顏料化技術(shù)處理的色漿中，攪拌均勻，過濾，最后加入組合物8和9再次充分?jǐn)嚢柚钡骄鶆?，后加入組合物10并再次優(yōu)選通過離心分離的過濾。
上面已經(jīng)說明了實施的步驟方法，但是對第一步驟還要做進(jìn)一步補(bǔ)充，正如前述凝聚力是顏料的共同特性，而具體到特定品種規(guī)格又有其個性特征。因此應(yīng)具有針對性地選擇相應(yīng)的處理劑。有的可以通用于各類顏料，但是其用量又有差異必須掌握好。
下表1以炭黑為著色劑制成的中性墨水作例子，除表面處理劑不同之外，墨水的其余各組成物及重量份均相同，兩相對比，以進(jìn)一步說明本發(fā)明之意義。
表1

權(quán)利要求
1.一種顏料微顆?；夹g(shù)，在納米改性墨水制備中的應(yīng)用，其要旨是運用顏料化工程作為“合成后再處理”的具有錨定結(jié)構(gòu)和溶劑化長鏈特征的被稱作超分散劑的聚合物，對顏料二次粒子進(jìn)行表面改性，達(dá)到穩(wěn)定控制粒徑納米改性目的，從而克服墨水在長期貯存過程中，因顏料絮凝返粗而導(dǎo)致的觸變指數(shù)增大，墨性變壞的常見缺陷。超分散劑之用量，視顏料品種特點而定。
2.權(quán)利要求1中所述之將顏料微顆?；夹g(shù)對顏料進(jìn)行表面改性、穩(wěn)定控制粒徑的方法運用于納米改性中性墨水的制造技術(shù)之中，是按照顏料化工程的特點，將超分散劑的“能”結(jié)合機(jī)械分散能，在顏料二次粒子逐步細(xì)化時達(dá)到的，具體說就是結(jié)合在中性墨水生產(chǎn)過程中的顏料分散基墨制備步驟進(jìn)行。此種合理而有效的結(jié)合方式具有簡捷而省時節(jié)能的優(yōu)點。
全文摘要
本發(fā)明涉及將顏料微顆?；夹g(shù)運用于制備納米改性中性墨水方法之中。其要旨是運用顏料化工程中作為“合成后再處理”的具有錨定結(jié)構(gòu)和溶劑化長鏈結(jié)構(gòu)特征的表面處理劑，對顏料二次粒子進(jìn)行表面改性，構(gòu)筑多維障礙結(jié)構(gòu)效應(yīng)，可以有效地克服墨水在貯存過程中，因結(jié)晶絮凝返粗而導(dǎo)致的觸變性增大，墨性變壞的常見缺陷，此種可以稱為納米改性的中性墨水具有長期穩(wěn)定的可靠品質(zhì)。
文檔編號C09D17/00GK101067059SQ20061007955
公開日2007年11月7日 申請日期2006年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月6日
發(fā)明者周衛(wèi)祖 申請人:周衛(wèi)祖