增稠劑在弱溶劑型噴墨介質(zhì)中的應(yīng)用研究

張麗惠 陳月霞 蓋樹(shù)人 柳艷敏

（中國(guó)樂(lè)凱集團(tuán)公司 河北 保定 071054）

增稠劑在弱溶劑型噴墨介質(zhì)中的應(yīng)用研究

張麗惠 陳月霞 蓋樹(shù)人 柳艷敏

（中國(guó)樂(lè)凱集團(tuán)公司 河北 保定 071054）

本文研究了聚氨酯締合型增稠劑對(duì)弱溶劑噴墨介質(zhì)涂液粘度、穩(wěn)定性及介質(zhì)吸墨性的影響。發(fā)現(xiàn)其不僅不會(huì)使弱溶劑噴墨介質(zhì)涂液的粘度提高，反而使其粘度降低、涂液穩(wěn)定性更高，其制備的噴墨介質(zhì)的吸墨性更好。并分析了產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因。

弱溶劑型；噴墨介質(zhì)；增稠劑；氨酯締合型

1.引言

噴墨記錄方式以其無(wú)污染、低噪音、可實(shí)現(xiàn)無(wú)版印刷等優(yōu)點(diǎn)而迅速普及，廣泛的應(yīng)用在影像、廣告等領(lǐng)域。

噴墨打印機(jī)按照噴墨墨水類型主要可以分成2大類：水性墨打印機(jī)和溶劑墨打印機(jī)。水性墨水對(duì)環(huán)境友好，噴墨精度高，打印的影像質(zhì)量好，但打印后干燥速度慢，對(duì)介質(zhì)吸墨層要求高，防水性和耐候性很差，一般用于戶內(nèi)的高精度影像輸出。溶劑型墨水雖然防水耐候性好，形成的畫(huà)面質(zhì)量低，特別是溶劑型墨水中多含酯類和酮類溶劑，污染和毒害性大，隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，溶劑型墨逐漸被對(duì)環(huán)境友好、畫(huà)面質(zhì)量高的弱溶劑墨水所替代。作為與之配套使用的弱溶劑介質(zhì)，也逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)[1，2]。

增稠劑的應(yīng)用源于涂料工業(yè)，是乳膠涂料中一種常用的流變助劑,加入增稠劑提高了涂料的粘度，不僅使涂料更易于儲(chǔ)存，且施工更加方便。隨著涂料的發(fā)展,增稠劑從早期的無(wú)機(jī)類增稠劑逐漸發(fā)展到有機(jī)合成型增稠劑，又從纖維素發(fā)展到堿增稠性丙烯酸再到近期的聚氨酯締合增稠劑[4]。本研究了聚氨酯締合型增稠劑對(duì)弱溶劑型噴墨介質(zhì)的影響。

2.實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原材料及設(shè)備

PET片基（自制）、VAE（氣體化學(xué)）、聚丙烯酸酯乳液（江蘇三木）、二氧化硅（英力士）、增稠劑（德謙）、表面活性劑7#（自產(chǎn)）。

恒溫水浴、天平、高速攪拌（威宇）、#55涂布棒（RDS）、干燥箱、密度計(jì)、粘度計(jì)（DJ520）、恒溫恒濕箱。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 弱溶劑墨型噴墨介質(zhì)涂液的制備

按表1中0-6號(hào)配方，將二氧化硅加入去離子水中，用高速攪拌在10000rpm速度下分散20分鐘，停止攪拌。加入增稠劑500rpm速度下攪拌30分鐘，加入聚丙烯酸酯乳液、VAE乳液、7#表面活性劑，繼續(xù)攪拌30分鐘，靜置消泡1小時(shí)，制備弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液0-6號(hào)。

表1 弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液配方Table 1 The formulations of eco-solvent inkjet media coating liquid

2.2.2 弱溶劑型噴墨介質(zhì)制備

2.1 紅菜薹在不同激素配比的分化培養(yǎng)基上的誘導(dǎo)效果 將帶柄子葉接到T1～T9處理的分化培養(yǎng)基中，7 d后分別觀察不同處理的幼苗誘導(dǎo)數(shù)。觀察發(fā)現(xiàn)T1～T5處理只有愈傷產(chǎn)生，并無(wú)芽點(diǎn)形成。T6～T9處理中部分帶柄子葉有不定芽產(chǎn)生(圖1)。

用55#涂布棒將1.2.1中制備的弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液，分別在PET片基的一面，加熱80攝氏度干燥5分鐘，制備為弱溶劑噴墨介質(zhì)0 -6號(hào)。

3.結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)方法

3.1.1 涂液粘度

用NDJ-8S旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器優(yōu)先公司）測(cè)試弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液的粘度。

3.1.2 弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液穩(wěn)定性

取0-6號(hào)弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液20g，分別放入玻璃瓶中,用膠布將瓶口封好，在常溫下靜置10天，然后將涂液上層清液倒出，依次觀察其二氧化硅顏料的沉降情況，來(lái)表征涂液的穩(wěn)定性。

3.1.3 噴墨記錄材料性能測(cè)試

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT21301-2007用愛(ài)普生Stylus S70680型弱溶劑墨水打印機(jī)測(cè)定吸墨性。

3.2 增稠劑對(duì)涂液粘度的影響

增稠劑的作用，顧名思義是提高涂液粘度的，聚氨酯締合型增稠劑的增稠機(jī)理是[5]：聚氨酯締合型增稠劑的結(jié)構(gòu)為親油端基-長(zhǎng)鏈親水基團(tuán)-親油端基，結(jié)構(gòu)圖1，其中R’聚乙二醇，R”為環(huán)氧基、烷烴。在水性體系中,當(dāng)增稠劑濃度大于臨界膠束濃度時(shí),親油端基締合成膠束,增稠劑通過(guò)膠束的締合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。具體表現(xiàn)為,親水基和體系中的水偶合,形成膠束的末端基通過(guò)兩個(gè)親油端吸附在不同膠束粒子上, 增稠劑分子在粒子間形成橋連,與乳液的聚合物粒子相互締合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),并且互相連結(jié)纏繞而使體系粘度增加。

圖1 聚氨酯締合型增稠劑的結(jié)構(gòu)Fig 1 The structure of HEUR thickener

但是在研究工作中發(fā)現(xiàn)：將聚氨酯締合增稠劑加入弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液中，未發(fā)現(xiàn)預(yù)期的涂液粘度提高，反而出現(xiàn)了粘度下降現(xiàn)象，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 增稠劑對(duì)涂液粘度的影響Table 2 The influence of thickener on the viscosity of the coating liquid

由表2可以看出，隨著增稠劑加入量的增加，涂液的粘度在逐漸降低，當(dāng)加至4‰、5‰、6‰時(shí)，涂液粘度基本趨于穩(wěn)定，并沒(méi)有產(chǎn)生粘度提高現(xiàn)象。這是因?yàn)槎趸璺稚⒁褐校趸桀w粒表面上就附著有硅酸根SiO32- 負(fù)離子，并與反離子H+形成一個(gè)雙電層[6]， 圖2。

圖2 二氧化硅顆粒表面雙電層示意圖Fig 2 The schematic of the double electric layer in silica particle surface

而增稠劑中親油基中的環(huán)氧基首先與雙電層中的H+發(fā)生了締合反應(yīng)，使得不能再與其它親油基發(fā)生分子內(nèi)或分子間的締合，因此不會(huì)出現(xiàn)增粘現(xiàn)象。聚氨酯類增締合稠劑與雙電層中的H+離子發(fā)生了締合反應(yīng)后，增稠劑中段的親水性基團(tuán)對(duì)水有較強(qiáng)親合力,增加了二氧化硅顆粒的親水程度，再加之顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離[7]，從而使得涂液粘度降低。

3.3 增稠劑對(duì)弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液穩(wěn)定性的影響

涂液的穩(wěn)定性關(guān)系到后期涂布生產(chǎn)的穩(wěn)定性，是保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。涂液的穩(wěn)定性與粘度是有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的，一般是涂液粘度愈大，其穩(wěn)定性愈高。圖3所示為配方號(hào)0-6弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液的穩(wěn)定性，從圖中可以看出，未加入增稠劑的0號(hào)配方制備的涂液二氧化硅顏料沉降情況最為嚴(yán)重，隨著增稠劑加入量的逐漸增加，涂液中二氧化硅顏料的沉降情況也逐漸減輕，當(dāng)加入量為4‰、5‰、6‰時(shí)，涂液的穩(wěn)定性基本一致。其穩(wěn)定性與粘度的對(duì)應(yīng)關(guān)系反而是粘度越低穩(wěn)定性越好。這是因?yàn)椋涸诜稚⒁褐卸趸桀w粒表面的雙電層有一定厚度，僅靠近微粒表面的電層能隨著微粒移動(dòng)，此移動(dòng)的雙電層的電荷總和即構(gòu)成其表面的 Zeta電位，此Zeta電位雖然能抑制二氧化硅微粒的聚結(jié)，對(duì)分散液起一定的穩(wěn)定作用，但是由于二氧化硅顆粒較粗，還不足以克服二氧化硅顆粒的重力作用而產(chǎn)生的沉降，致使0號(hào)涂液產(chǎn)生了明顯的二氧化硅沉降現(xiàn)象。聚氨酯類增締合稠劑與雙電層中的H+離子發(fā)生了締合反應(yīng)后，使得二氧化硅顆粒周?chē)碾p電層更加穩(wěn)定[7]，即吸附于粒子表面的電荷互相排斥，以阻止粒子與粒子之間的吸附或聚集從而形成穩(wěn)定的分散體系。另外增稠劑的另一端形成了空間位阻效應(yīng)，即在已吸附正電荷的粒子互相接近時(shí)，使它們互相滑動(dòng)錯(cuò)開(kāi)，既可以構(gòu)成一個(gè)高度穩(wěn)定的分散體系[8]，使涂液的穩(wěn)定性提高。

圖3 弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液的穩(wěn)定性Fig 3 The stability of the coating liquid of eco- solvent inkjet media

3.4 增稠劑對(duì)介質(zhì)噴墨性能的影響

制備的弱溶劑噴墨介質(zhì)的吸墨性能如表3，由表3可以看出弱溶劑型噴墨介質(zhì)0號(hào)存在墨堆積問(wèn)題，1、2、3則輕微堆積，4、5、6無(wú)堆積。

表3 增稠劑對(duì)噴墨介質(zhì)吸墨性的影響Table 3 The influence of thickener on the ink absorption of inkjet media

這是由于一方面聚氨酯類增締合稠劑與雙電層中的H+離子發(fā)生了締合后，增稠劑的另一端形成了空間位阻效應(yīng)，使得二氧化硅粒子間隙增大，提高了涂層的孔隙率[9]，提高了吸墨性。另一方面，可能是增稠劑另一端親油基的存在使得其對(duì)溶劑墨水中的非水溶劑親和力更高，使吸墨性更好。

4結(jié)論

本文研究了聚氨酯締合型增稠劑對(duì)弱溶劑型噴墨介質(zhì)的影響，得出以下結(jié)論：

(1)在弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液加入聚氨酯締合型增稠劑，由于增稠劑一端的親油基與二氧化硅顆粒周?chē)p電層中的H+離子發(fā)生了締合反應(yīng)，使得涂液粘度降低。隨著增稠劑的加入量逐漸增加，涂液粘度逐漸降低，當(dāng)加入量達(dá)到4％～6‰，涂液粘度趨于穩(wěn)定。

(2）在弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液加入聚氨酯締合型增稠劑，增稠劑與雙電層中的H+離子發(fā)生了締合反應(yīng)后，使二氧化硅顆粒周?chē)碾p電層更加穩(wěn)定，且增稠劑的另一端形成了空間位阻效應(yīng)，構(gòu)成了一個(gè)高度穩(wěn)定的分散體系，使得涂液的穩(wěn)定性提高。

(3)在弱溶劑型噴墨介質(zhì)涂液加入聚氨酯締合型增稠劑，這是由于增稠劑與雙電層中的H+離子發(fā)生了締合反應(yīng)以及增稠劑的另一端形成了空間位阻效應(yīng)，使得二氧化硅粒子間隙增大，提高了涂層的孔隙率，提高了吸墨性。增稠劑另一親油基的存在使得其對(duì)溶劑墨水中的非水溶劑親和力更高，使吸墨性更好。

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Study on HEUR Thickener Used in Eco-solvent Inkjet Media

ZHANG Li-hui, CHEN Yue-xia, GAI Shu-ren, LIU Yan-min (China Lucky Group Corportion, Hebei Province, Baoding 071054,China)

The influence of the hydrophobically modified exthoxylate urethane thickener(HEUR) on ecosolvent ink jet media coating liquid were studied, including coating liquid viscosity, stability and media’s ink absorbency. It found that the viscosity of the coating liquid eco-solvent inkjet media didn’t improved, but its viscosity decreases, stability of the coating liquid and ink absorption of inkjet media became better. And the causes of this phenomenon.were analyzed.

eco-solvent; inkjet media; thickener; HEUR

TQ628.5

A

1009-5624-（2016）02-0046-04