专利名称：一种水性纳米色浆及其制备方法
技术领域：
本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种水性纳米色浆及其制备方法。
背景技术：
喷墨打印技术是一种非接触式打印技术，图案是靠不同颜色的微小墨滴直接在材料表面混合形成的。因此，墨滴的形成、形状和大小对喷墨印花图案的质量有非常重要的影响。目前商业打印喷头的液滴喷射体积已经小到I 1.5X 10_12升，这对数码喷墨墨水的研发和生产提出了更高的要求。普通的户内墨-染料型墨水(Dye-based Ink)是分子级全溶解的，墨水是完全的复合溶液，很难堵墨头；喷绘后易于材料吸收，色彩艳丽；但不防水，并且因染料分子在紫外线照射下很快分解，户外使用一个月内就有明显褪色。现在普遍应用的户外墨水-颜料型墨水(Pigment Ink)所使用的颜料跟我们印染衣物的颜料同样性质，是把固体颜料研磨成数百至数千纳米的小颗粒，溶解于特殊的水性溶剂中(含有很多醇类成分)，是一种类似胶体的悬浮溶液或者叫半溶液。因表现颜色的为固体颗粒，首先是颜料本身防水，只要材料也防水就解决了防水的问题；其次是在紫外线照射下，体积比染料更大，分子不易分解，即使颗粒外层的分子分解了，内层一样会保持颜色，一般情况下在户外会保持一年以上没有明显腿色(不覆膜的理论状态下)；但其缺点是因渗透性不好而使颜色表现不好，与户内墨水比发暗发灰；同时，因是固体颗粒而较易堵喷头。为了解决这些问题，首先要将颜料颗粒粒度变得更小。欲使颜料体系的着色强度、光泽、透明度等性能达到最佳，必须将颜料的粒径减小到较小的水平，并使之分布比较均匀。尤其在喷墨印花中，由 于喷嘴尺寸的限制，对颜料的尺寸有一定要求(一般要求颜料的平均粒径在500纳米以下，但目前好的墨水颜料颗粒能够达到200纳米以下)。将颜料超细化的传统方法主要是使用球磨机或砂磨机，加入一定量的坚硬研磨料，充分研磨使颜料粒子减小。我们通过对商业砂磨机进行内部改装后，可以提高其研磨效率，得到粒径100纳米以下的颜料颗粒。进一步地，在颜料粒子超细化之后，必须设法使之稳定，防止粒子之间重新聚集，否则对其应用将有严重影响。例如，在制备喷墨印花用墨水时，超细颜料分散体系必须有非常好的稳定性，否则极易发生团聚而堵塞喷头，造成巨大的经济损失。但是，超细颜料粒子粒径很小，有较大的比表面积和表面能，使之充分稳定有一定的困难。在体系中加入分散剂，是使之稳定所必需的条件。近年来，人们逐渐将分散剂研究的重点转到高分子分散剂方面来。高分子分散剂在颜料的分散稳定过程中，除了改变颜料表面的电性质外，还能够提供有效的位阻斥力，分散稳定性大大优于传统的分散剂。国外对高分子分散剂的研究开始于20世纪70年代，并于80年代中期正式提出了高分子分散剂的概念，同时推出了相关产品。我国对高分子分散剂的研究起步较晚，在90年代初才有高分子分散剂的报道。尽管市场上已开发出的多种高分子分散剂各有特点，但一般只能用于超细无机颜料以及常规尺寸(几十微米)有机颜料的水分散体系。对于超细(粒径在几百纳米)有机颜料水性分散体系，至今仍没有性能优良、成本低廉的商业化产品。国内也正在积极研究开发此类分散齐U，研制出一些品种的高分子分散剂，主要应用于非水体系；对于可用于水性体系的高分子分散剂的研究正在进行中，产品品种极少，且效果都不理想。目前市场上的高分子分散剂主要是AB、ABA型线形嵌段或接枝共聚物作为高分子分散剂。针对以上情况，为了研制一种着色强度、色光、耐侯性好、抗菌防霉及状态稳定的色浆产品，本发明提供了一种新型高分子分散剂，该分散剂具有独特的星形结构，可以提供与颜料纳米颗粒表面具有良好吸附或弱锚接(键接)作用的链段，以及非离子型的亲水链段，多条亲水链的设计使得其能为颜料颗粒提供更好的水分散性和空间位阻，保证水性色浆体系的稳定性。同时，通过对研磨设备的改进，可以将颜料颗粒研磨至100纳米以下，从而获得真正纳米级的水性色浆。本发明制备的水性纳米色浆，粒度小、分布窄、稳定性佳，可用于高档涂料、喷墨打印机墨水、数码喷墨印花设备用墨水和颜料光阻剂等产品的制备，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好分散性和稳定性的性能优异的水性纳米色浆及其制备方法。本发明提供的水性纳米色浆，是先将各组分均匀分散后，进入砂磨机中循环研磨，得到水性纳米色浆，该色浆由颜料、水、分散剂和助剂组成，各组分的重量百分比如下:
组分重量百分比wt%
颜料5 80
水20~95
分散剂5~40
助剂0 5其总量满足100%。优选的，所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的分散剂为聚丙烯酸与聚氧乙烯的共聚物，该共聚物为星形共聚物，具有一条聚丙烯酸链和三条聚氧乙烯链，该共聚物的重均分子量为5 X IO3 2 X IO4。优选的，所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的颜料为炭黑或常用有机颜料中的一种或几种。优选的，所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的助剂为根据色浆具体用途所添加的助剂，如消泡剂、防腐剂等。优选的，所述的水性纳米色浆，其特征在于 所述的水性纳米色浆可用于高档涂料、喷墨打印机墨水、数码喷墨印花设备用墨水和颜料光阻剂等产品的制备。本发明还提供了一种水性纳米色浆的制备方法，其特征在于具体步骤如下:按比例取5% 40%的分散剂和0 5%的助剂，溶解在去离子水中，然后加入5% 80%重量比的颜料，在高速分散机中分散10 60分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨2 8小时，使颜料颗粒的细度达到80 120纳米，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点在于:改进的研磨设备，使得颜料颗粒可以细至100纳米以下；采用独特的星形结构的高分子分散剂，使得纳米颜料颗粒能够稳定分散在水性体系中，从而获得真正纳米级的水性色浆。本发明制备的水性纳米色浆，粒度小、分布窄、稳定性佳，可用于高档涂料、喷墨打印机墨水、数码喷墨印花设备用墨水和颜料光阻剂等产品的制备，具有广阔的应用前景。
具体实施例方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例1:按重量比取8 %的分散剂和0.02 %的消泡剂，溶解在去离子水中，然后加入40 %重量比的颜料黄P.Y.150，在高速分散机中分散50分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨6小时，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。激光粒度仪测得色浆中颜料颗粒的细度达到103纳米，3000转/分钟下离心30分钟，无沉降。室温下静置6个月，平均粒径仍达到108纳米。实施例2:按重量比取5%的分散剂和0.01%的消泡剂，溶解在去离子水中，然后加入35%重量比的颜料红P.R.122，在高速分散机中分散55分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨7小时，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。激光粒度仪测得色浆中颜料颗粒的细度达到98纳米，3000转/分钟下离心30分钟，无沉降。室温下静置6个月 ，平均粒径仍达到102纳米。实施例3:按重量比取10%的分散剂和0.04%的消泡剂，溶解在去离子水中，然后加入50%重量比的颜料黄P.Y.74，在高速分散机中分散30分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨7.5小时，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。激光粒度仪测得色浆中颜料颗粒的细度达到110纳米，3000转/分钟下离心30分钟，无沉降。室温下静置6个月，平均粒径仍达到115纳米。实施例4:按重量比取15%的分散剂和0.05%的消泡剂，溶解在去离子水中，然后加入45%重量比的颜料紫P.V.19，在高速分散机中分散60分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨8小时，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。激光粒度仪测得色浆中颜料颗粒的细度达到90纳米，3000转/分钟下离心30分钟，无沉降。室温下静置6个月，平均粒径仍达到91纳米。实施例5:
按重量比取18%的分散剂和0.08%的消泡剂，溶解在去离子水中，然后加入42%重量比的酞菁蓝P.B.15: 3，在高速分散机中分散55分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨6.5小时，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。激光粒度仪测得色浆中颜料颗粒的细度达到107纳米，3000转/分钟下离心30分钟，无沉降。室温下静置6个月，平均粒径仍达到110纳米。 上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种水性纳米色浆，其特征在于:该色浆由颜料、水、分散剂和助剂组成，各组分的重量百分比如下:组分重量百分比wt% 颜料5 80 水20 95 分散剂5~40 助剂0 5 其总量满足100%。
2.根据权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的分散剂为聚丙烯酸与聚氧乙烯的共聚物，该共聚物为星形共聚物，具有一条聚丙烯酸链和三条聚氧乙烯链，该共聚物的重均分子量为5X103 2X104。
3.根据权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的颜料为炭黑或常用有机颜料中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的助剂为根据色浆具体用途所添加的助剂，如消泡剂、防腐剂等。
5.根据权利要求1所述的水性纳米色浆，其特征在于所述的水性纳米色浆可用于高档涂料、喷墨打印机墨水、数码喷墨印花设备用墨水和颜料光阻剂等产品的制备。
6.一种如权利要求1所述的水性纳米色浆的制备方法，其特征在于具体步骤如下:按比例取5% 40%的分散剂和0 5%的助剂，溶解在去离子水中，然后加入5% 80%重量比的颜料，在高速分散机中分散10 60分钟，使各组分彻底分散均匀，最后过200目筛网，滤去过大的颗粒，得预混料；将预混料经输液泵输入低速搅拌的容器中，溶液由此进入改装的卧式砂磨机中进行循环研磨，研磨2 8小时，使颜料颗粒的细度达到80 120纳米，过滤后收集研磨液，封装即得水性纳米色浆产品。
全文摘要
本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种水性纳米色浆及其制备方法。该色浆由纳米尺度的颜料颗粒、水、特制分散剂和助剂组成，通过对研磨设备的改进，可以将颜料颗粒研磨至100纳米以下，然后通过特制的星形结构的高分子分散剂的分散作用，使得颜料颗粒能够长期稳定在水性体系中。本发明制备的水性纳米色浆，粒度小、分布窄、稳定性佳，环保安全，可用于高档涂料、喷墨打印机墨水、数码喷墨印花设备用墨水和颜料光阻剂等产品的制备，具有广阔的应用前景。
文档编号D06P5/30GK103194123SQ20121000333
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者任天斌 申请人:任天斌