油性颜料型彩色喷墨墨水的性能研究

油性颜料型彩色喷墨墨水的性能研究 油性颜料型彩色喷墨墨水的性能研究 THERMALANDNUMRALIMAGEMAFERIALS,聊弛,抽 nRecordingMaterials2006?— 油性颜料型彩色喷墨墨水的性能研究 焦红军,黄毓礼,吴映江,牛爱杰 (北京化工大学材料科学与学院,北京100029) 摘要:以丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酰胺为单体,经过自由基共聚,再经Hofmann降解反应,合 成了带有胺基的丙烯酸酯类的共聚物.将该共聚物作为喷墨墨水中的连接料,达到增强颜料在墨水中的分散稳定 性的目的.用红外光谱确定了酰胺基到胺基的转化.测定了带胺基的聚丙烯酸酯的连接料含量与墨水体系稳定 性,沉降率的关系.带胺基的聚丙烯酸酯的连接料配制成的墨水,体系稳定性好,置于扫描电镜下观察,颜料具 有较好的颗粒粒径和分布. 关健词:喷墨;共聚物;颜料;稳定性 中图分类号:TQ628.5文献标识码:A文章编号:1009—5624一(2006)04—0022—03 1前言 随着喷墨打印技术用于户外广告业的发展,对 耐候的颜料型墨水要求越来越高.又由于影像接受 溶剂型颜料喷墨 材料由纸基扩至合成材料的基材, 墨水的研究成为喷墨打印材料的研究热点.对于溶 剂型颜料喷墨墨水,颜料在溶剂中的稳定性至关重 要,它影响到使用前保存,喷墨过程和影像质量.喷 墨墨水所用的连接料是墨水体系稳定性的关键因 素.报道的丙烯酸酯体系连接料用于水基喷墨墨水 的较多nqJ,但用于溶剂型颜料体系的较少.本文 合成了改进型带有胺基的聚丙烯酸酯共聚物的连接 料,研究连接料分子结构与墨水体系稳定性,颗粒沉 降率的关系,以期提高溶剂型颜料喷墨墨水的稳定 性进而提高影像的质量. 2实验 2.1树脂的制备 丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酰胺共聚物 的合成.用3种单体,BPO为引发剂,丁酮为溶剂共聚 收稿日期:2006一O4—11 基金项目:河北省自然科学基金项目(603625). 作者简介:焦红军(1969一),男,河南省南阳市人,乐 凯集团第二胶片厂高级工程师,硕士,毕业于 北京化工大学,主要从事数字印刷及计算机直 接制版版材的研究.E—mail:huangyl@mail. buct.edu.C11 合成出丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酰 而成. 胺共聚物.再经Hofmann反应,将酰胺基转化为胺基. Hofmann降解反应?: _c+NaOCI+2NaOH_.-43-C+Na-2CO3+NaCI+14.-0 ll CONH2NH2 2.2墨水的配制 将制得的不同共聚物分别配成2%的丙二醇甲醚溶 液,加入5%质量分数的颜料,经超声波分散1,1.5h. 3结果与讨论 3.1丙烯酸酯共聚物的合成与表征 通过红外吸收光谱法测定了产物特征吸收峰来 确认反应产物的结构.由红外光谱图(图1).可看 出酰胺的羰基峰为1678cm,,酯基的羰基峰为 1736cm,.经Hofmann降解反应后,酰胺的羰基峰 消失,说明确实发生了酰胺基转化为胺基的反应. 4O0O30?200OI,?1000450 波数cm 图1丙烯酸醑树脂的红外光谱 Fig1Infraredspectrometryspectrometryofpolyacrylatedresins 信息记录材料2006年第7卷第4期热敏及数码成1象材料 3.2含有胺基的丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸甲酯共聚 物的核磁共振 通过核磁共振谱确认了共聚物中酰基的转化率. 在化学位移8ppm处有峰,积分值为0.4%,与实际投 料的酰胺基的质量份数值0.32%非常接近,化学位移 为8ppm正是胺基的位移.说明在反应中的酰胺基经 过Hofmann反应后,几乎全部转化成胺基. 3.3静置实验 不论哪 通过100天的静置观察测试可以看出, 种颜色的墨水,均未发生特别明显的沉降现象,说明 加入连接料后墨水的稳定性有很大的提高.对于颜 料和树脂连接料之间,两者的电子给予.接受能力愈 低,絮凝趋势愈明显,体系越不稳定;两者的电子给 予.接受能力愈高,有利于连接料在颜料粒子表面上 吸附,从而获得优良的抗絮凝稳定性能.颜料与本 工作所合成的带极性官能团的胺基的电子给予.接 受能力强,所以使墨水具有良好的稳定性. 3.4离心沉降率的测定 将不同胺基含量的共聚物为连接料配制成黄,品 红,蓝3种墨水,作离心沉降测试,求取离心沉降率. 由图2中可以得出如下的结论:3种颜色在沉降率最 低时均存在一个最佳胺基含量值的范围.在最佳胺 基含量值的范围内,红色墨水沉降率4.24%,黄色墨 水7.74%.只有蓝色墨水沉降率较大,达9.48%左 右.加入PI>__102助分散剂,增加了蓝色墨水稳定 性,其沉降率由9.48%降为2%,见图3. 胺基含量% 图2彩色墨水沉降率的测定曲线(C为红色墨水沉降率. D为黄色墨水沉降率.B为蓝色墨水沉降率) Fig2Thecentrifugalsubsidenceofcolorink 圈3蓝色墨水沉降率的测定曲线(加入PI)-一102) Fig3Thecentrifugalsubsidenceofblu8einkwithP102 3.5颜料在彩色墨水中的颗粒尺寸 通过扫描电子显微镜分析,未加入连接料的墨 水,颜料颗粒粒径很大,且呈聚集状态,见图4.图5 是加入连接料的墨水,加入连接料后颜料颗粒粒径 从300,500nm减小到60,70nm,体积明显减小, 颜料颗粒均匀,并且颜料的周围有连接料吸附聚集, 这说明连接料对颜料有很明显的分散作用. 图4彩色墨水未加连接料(粒径大小约为 500nm电镜放大倍数3万) Fig4ColorinkwithoutbinderIparticle: 500nm,enlargement;3.0×104) 图5彩色墨水加入连接料(粒径大小约为 70,100nm电镜放大倍数:4.2万) Fig5Colorinkwithbinder(particle; 70—100nm,enlargement:4.2×104) — THERMAlANDNUMERALIMAGEMAFERIALSb!fi~rmationRecordingMadrigals2 006VoL7No+4 3.6成像实验 在designjet型宽幅喷墨打印机上做了应用测试,见 图6.我们自制的四色墨水已经可以用于喷墨打印. 打印出的彩色网点均呈圆状,基本上没有串色洇渗 和网点扩大现象.符合实用的基本要求. 图6合成的颜料墨水的网点 Fig6Thenittingpointofsynthesizedpigmentink 4结论 用自由基共聚合的方法,合成了聚丙烯酸酯类 的连接料,经Hofmann降解反应,得到了含有胺基 的丙烯酸酯类的共聚物.该连接料提高了溶剂型颜 料墨水体系的稳定性,该墨水体系在100d内不发生 明显的静置沉降.当胺基单体在共聚物合成中质量 分数为0.5%时,该连接料所配成的墨水,品红色颜 料沉降率为4.24%,分散稳定性良好;当胺基单体 ,该连接料所配 在共聚物合成中质量分数为2%时 成的墨水,黄色颜料沉降率为7.74%,分散稳定性 良好;在共聚物中胺基质量分数在1%时蓝色颜料 制得的墨水,沉降率达9.48%.对于蓝色墨水,加入 1%PD一102助分散剂,大大增加颜料的稳定性. 其沉降率由9.48%降为1.58%.经过在designjet 型宽幅喷墨打印机上应用测试,符合实用的基本要 求. 参考文献 [1]HarryJ,Spinelli.Polymericdispersantsininkjettechnol— ogy[J].AdvancedMaterials,1998,10(15):1215— 1218. [2]Nigam,Asutosh,Narang,eta1.Water-basedinkcompo— sitionscontainingabindermaterialofapolymericresin andaneutralizingcomposition[P].USA6090193, 2000—7.18. [3]DavidAllenMantell,BingRHsieh,WilliamMSchw— arz,eta1.Inkjetinkcompositionsandrecordingprocesses [P].US5641346,1997—6.24. [4]严瑞煊.水溶性高分子[M].北京:化学工业出版社, 1998.95—96. ResearchonPropertyofOil..basedColorInkJetInk JIAOHong—jun,HUANGYu—li,WUYing—jiang,NIUAi—jie (CollegeofMaterialScienceandEngineering,Be~jing UniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China) Abstract:polyacrylatedresinanditsmodifiedresinsweresynthesizedbyradicaladditioncopolymerization,and HofmannreactionWaScarriedoftinordertOobtainthebinderwithaminofunctionalgroupsfromamide.Toimprove thepigmentstabilityandimagequantity,alsopllyacrylatedbinderwithaminofunctionalgroupsweresynthesized,and interrelationbetweenthestructureofbinderandthestabilityofinksystem,thesubsidenceofpigmentininkwerestud. 1ed.Thepolyacrylatedbinderwithaminofunctionalgroupsshowedbeststabilizationcharacterforpigmentsinoil-based inkjel:ink.Thedimensionofthepigmentpartidesliesin70, 100nmbymeansofscanningelectronmicroscope.The brightcoloredimageswereachieved. Keywords:inkjet;binder;pigment;stability 圈一