CN108276830A - 一种陶瓷喷墨打印用水性墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，其由包括下重量份的原料制备而成：陶瓷色料20～50份，分散剂2～7份，表面活性剂2～5份，树脂结合剂2～3份，调节剂2～6份，助剂0.1～0.5份，水补足100份。本发明所述的水性墨水不含有毒性的有机溶剂，经过机械分散工艺处理，达到一定的物理化学指标，综合性能优良，成本较低，实用性强，能够适应市面上大多数喷墨打印机。

Description

一种陶瓷喷墨打印用水性墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷喷墨打印技术领域，具体涉及一种陶瓷喷墨打印中使用的墨水。

背景技术

随着市场经济和计算机技术的发展，现有的传统陶瓷装饰手段已不能满足市场需要。计算机现代化技术手段的引入，是今后陶瓷产品设计发展方向的必然趋势。目前，用于无模成型的新工艺喷墨打印技术正成为世界范围的研究热点，与之配套的各种陶瓷墨水也纷纷亮相。喷墨打印是一种极具潜力的装饰技术，该方法是将着色剂制成多色墨水用于陶瓷表面装饰，通过计算机控制的打印机将多色墨水直接打印到陶瓷表面进行装饰。

陶瓷喷墨技术的关键之一在于陶瓷墨水的研制，现主流应用的溶剂型陶瓷墨水多为酯类、烃类等，存在生产成本高，含挥发性有毒物质，对环境有一定的危害。而水性墨水是以水作为色料颗粒的载体，不含挥发性、有毒性的有机溶剂，属环境友好型墨水，符合陶瓷墨水未来的发展趋势，而且能够降低成本，增强产品竞争力。而现有水性墨由于配方和工艺等原因，打印到釉面后，中心与四周干燥速度不同，出现洇墨，造成图案分辨率及呈色均匀度降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，由包括如下重量份的原料制备而成：陶瓷色料20～50份，分散剂2～7份，表面活性剂2～5份，树脂结合剂2～3份，调节剂2～6份，助剂0.1～0.5份，水补足100份。

采用以上配方所生产的陶瓷墨水，不含挥发性有毒物质，属环境友好型墨水，成本较低，解决了水性墨水在应用中洇墨及图案分辨率低、呈色均匀度差等问题，且发色强，稳定性好。

优选的，所述陶瓷色料为钴蓝、红棕、钴黑、镨黄、包裹黄、包裹红或锆铁红色料；

进一步优选的，所述陶瓷色料通过水热法、沉淀法或固相法制备得到。

优选的，所述分散剂为脂肪酸和环氧乙烷的加成物、聚乙烯亚胺衍生物、丙烯酸共聚物铵盐或聚丙烯酰胺中的一种或几种；优选为丙烯酸共聚物铵盐(GA40,购自于帝派斯Dispex)。

优选的，十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠.

优选的，所述树脂结合剂为水溶性丙烯酸改性树脂；优选苯乙烯改性丙烯酸乳液或环氧树脂改性丙烯酸酯。

优选的，所述调节剂为1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：0.5～5混合得到的制剂。

优选的，所述助剂量为消泡剂、电导率调节剂、防腐剂中的一种或几种。

作为优选的方案，本发明的水性墨水由如下重量份的原料制备而成：

陶瓷色料35～42份，分散剂3.5～4.6份，表面活性剂3.7～4.5份，树脂结合剂2.3～2.8份，调节剂4.4～5.5份，助剂0.2～0.4份，水补足100份；

所述陶瓷色料为通过水热法、沉淀法或固相法制备得到的钴蓝、红棕、钴黑、镨黄、包裹黄、包裹红或锆铁红色料，所述分散剂为丙烯酸共聚物铵盐，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述树脂结合剂为苯乙烯改性丙烯酸乳液或环氧树脂改性丙烯酸酯；所述调节剂为1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：1.5～3.3混合得到的制剂；所述助剂为消泡剂、电导率调节剂、防腐剂中的一种或几种。

本发明还提供本申请所述水性墨水的制备方法，包括如下步骤：

1)将分散剂加入到水中搅拌均匀，然后加入陶瓷色料搅拌均匀，再加入表面活性剂、树脂结合剂和调节剂，搅拌均匀后采用球磨机预磨2-5小时，磨介为氧化锆球，尺寸介于3mm-5mm，然后采用卧式砂磨机进行研磨，磨介为氧化锆球，尺寸介于0.3mm-1.5mm，磨介填充度介于50％-80％，冷却水循环，控制温度30℃-55℃之间，研磨至粒度D50介于0.30-0.70μm之间，D100小于1.5μm；

2)向上述研磨后的混合液中添加助剂，调节混合液的固含量20-50wt％，粘度16-24mPa·s(40℃)，电导率大于100ms/m，表面张力20-30mN/m，pH7-9，经滤芯一级-三级过滤，即得所述水性墨水。

采用上述工艺制备的墨水，粒度分布窄，无大颗粒，墨水稳定性好，喷墨打印过程顺畅，大大减少了喷墨过程中喷头堵塞、拉线等问题。

本发明所述的水性墨水具有如下有益效果：

本发明所述的水性墨水不含有毒性的有机溶剂。其成分包括陶瓷色料、分散剂、表面活性剂、电导率调节剂、消泡剂、纯水等。经过机械分散工艺处理，达到一定的物理化学指标，稳定性好，发色强，解决了水性墨水在应用中洇墨及图案分辨率低、呈色均匀度差等问题，墨水粒度分布窄，稳定性好，发色能力强，成本较低，能够适应市面上大多数喷墨打印机。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例涉及一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，由如下重量份的原料制备而成：

镨黄陶瓷色料40份，分散剂丙烯酸共聚物铵盐(GA40)4.6份，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠3.7份，树脂结合剂苯乙烯改性丙烯酸乳液2.8份，调节剂4.4份，所述调节剂由1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：1.5混合成而，助剂0.3份，助剂由消泡剂(二甲基硅油)、电导率调节剂(1％硫酸钠溶液)、防腐剂(Nordes C15杀菌防腐剂)按重量比2:1:3混合而成，水补足100份。

本实施例所述的水性墨水由如下方法制备而成：

1)将分散剂加入到水中搅拌均匀，然后加入陶瓷色料搅拌均匀，再加入表面活性剂、树脂结合剂和调节剂，搅拌均匀后采用球磨机预磨3小时，磨介为氧化锆球，尺寸3mm，然后采用卧式砂磨机进行研磨，磨介为氧化锆球，尺寸0.6mm，磨介填充度介于60％，冷却水循环，控制温度30℃-55℃之间，研磨至粒度D50为0.45μm，D100为0.9μm；

2)向上述研磨后的混合液中添加助剂，调节混合液的粘度为19mPa·s(40℃)，电导率1320ms/m，表面张力24mN/m，pH＝7.9，经三级过滤，即得所述水性墨水。

本实施例制备得到的水性墨水稳定性好，能正常打印，不洇墨，进炉煅烧1130℃,保温30分钟，图案分辨率高，色度值L＝90.34，a＝-13.35，b＝58.9，发色良好，且对环境无危害，成本较低。

实施例2

钴蓝陶瓷色料35份，分散剂丙烯酸共聚物铵盐(GA40)3.5份，表面活性剂α-烯基磺酸钠4.5份，树脂结合剂苯乙烯改性丙烯酸乳液2.3份，调节剂5.5份，调节剂由1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：2混合成而助剂0.3份，助剂由消泡剂(二甲基硅油)、防腐剂(NordesC15杀菌防腐剂)按重量比2:3混合而成，水补足100份。

本实施例所述的水性墨水由如下方法制备而成：

1)将分散剂加入到水中搅拌均匀，然后加入陶瓷色料搅拌均匀，再加入表面活性剂、树脂结合剂和调节剂，搅拌均匀后采用球磨机预磨2.5小时，磨介为氧化锆球，尺寸3mm，然后采用卧式砂磨机进行研磨，磨介为氧化锆球，尺寸0.3mm，磨介填充度介于60％，冷却水循环，控制温度30℃-55℃之间，研磨至粒度D50为0.45μm，D100为0.9μm；

2)向上述研磨后的混合液中添加助剂，调节混合液的粘度为21mPa·s(40℃)，电导率1220ms/m，表面张力27mN/m，pH＝7.8，经滤芯一级过滤，即得所述水性墨水。

本实施例制备得到的水性墨水稳定性好，能正常打印，不洇墨，进炉煅烧1130℃,保温30分钟，图案分辨率高，色度值L＝40.54，a＝12.51，b＝-34.20，发色良好，且对环境无危害，成本较低。

实施例3

本实施例涉及一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，由如下重量份的原料制备而成：

包裹红陶瓷色料42份，分散剂丙烯酸共聚物铵盐(GA40)4.2份，表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3.7份，树脂结合剂环氧树脂改性丙烯酸乳液2.8份，调节剂4.8份，调节剂由1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：3.3混合而成，助剂0.3份，助剂由消泡剂(二甲基硅油)、防腐剂(Nordes C15杀菌防腐剂)按重量比为1:2混合而成，水补足100份。

本实施例所述的水性墨水由如下方法制备而成：

1)将分散剂加入到水中搅拌均匀，然后加入陶瓷色料搅拌均匀，再加入表面活性剂、树脂结合剂和调节剂，搅拌均匀后采用球磨机预磨3小时，磨介为氧化锆球，尺寸3mm，卧式砂磨机进行研磨，磨介为氧化锆球，尺寸0.3mm，磨介填充度60％，冷却水循环，控制温度30℃-55℃之间，研磨至粒度D50为0.63μm，D100为1.2μm；

2)向上述研磨后的混合液中添加助剂，调节混合液粘度21mPa·s(40℃)，电导率1460ms/m，表面张力26mN/m，pH＝8.1，过滤，即得所述水性墨水。然后进炉煅烧1130℃,保温30分钟。

本实施例制备得到的水性墨水稳定性较好，不堵喷头，不拉线，能正常打印，不洇墨，图案分辨率高，色度值L＝60.62，a＝38.43，b＝36.09，发色良好，且对环境无危害，成本较低。

对比例1

本实施例涉及一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，与实施例1相比，其区别在于，所述分散剂为聚乙二醇200，本实施例制备得到的水性墨水稳定性一般，不堵喷头，能正常打印，但存在洇墨现象，图案分辨率较低，色度值L＝92.65，a＝-13.15，b＝46.32，发色较差。

对比例2

本实施例涉及一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，与实施例1相比，其区别在于，所述调节剂为甘油，本实施例制备得到的水性墨水稳定性差，有轻微的洇墨现象，色度值L＝＝90.73，a＝-13.21，b＝54.36。

对比例3

本实施例涉及一种本实施例涉及一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，与实施例1相比，其区别在于，其制备方法为搅拌均匀后直接采用卧式砂磨机进行研磨，磨介为氧化锆球，尺寸0.3mm，磨介填充度65％，制备的墨水稳定性一般，有堵喷头和拉线情况，色度值L＝＝90.81，a＝-13.19，b＝57.36。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种陶瓷喷墨打印用水性墨水，其特征在于，由包括如下重量份的原料制备而成：陶瓷色料20～50份，分散剂2～7份，表面活性剂2～5份，树脂结合剂2～3份，调节剂2～6份，助剂0.1～0.5份，水补足100份。

2.根据权利要求1所述的水性墨水，其特征在于，所述陶瓷色料为钴蓝、红棕、钴黑、镨黄、包裹黄、包裹红或锆铁红色料；优选的，所述陶瓷色料通过水热法、沉淀法或固相法制备得到。

3.根据权利要求1或2所述的水性墨水，其特征在于，所述分散剂为脂肪酸和环氧乙烷的加成物、聚乙烯亚胺衍生物、丙烯酸共聚物铵盐或聚丙烯酰胺中的一种或几种；优选为丙烯酸共聚物铵盐。

4.根据权利要求1或3所述的水性墨水，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。

5.根据权利要求1或4所述的水性墨水，其特征在于，所述树脂结合剂为水溶性丙烯酸改性树脂；优选苯乙烯改性丙烯酸乳液或环氧树脂改性丙烯酸酯。

6.根据权利要求1或5所述的水性墨水，其特征在于，所述调节剂由1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：0.5～5混合得到的制剂。

7.根据权利要求1或6所述的水性墨水，其特征在于，所述助剂量为消泡剂、电导率调节剂、防腐剂中的一种或几种。

8.根据权利要求1～7任一项所述的水性墨水，其特征在于，由包括如下由如下重量份的原料制备而成：陶瓷色料35～42份，分散剂3.5～4.6份，表面活性剂3.7～4.5份，树脂结合剂2.3～2.8份，调节剂4.4～5.5份，助剂0.2～0.4份，水补足100份；

所述陶瓷色料为通过水热法、沉淀法或固相法制备得到的钴蓝、红棕、钴黑、镨黄、包裹黄、包裹红或锆铁红色料，所述分散剂为丙烯酸共聚物铵盐，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，所述树脂结合剂为苯乙烯改性丙烯酸乳液或环氧树脂改性丙烯酸酯；所述调节剂为1,2-丙二醇和二甘醇按体积比1：1.5～3.3混合得到的制剂；所述助剂为消泡剂、电导率调节剂、防腐剂中的一种或几种。

9.权利要求1～8任一项所述水性墨水的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将分散剂加入到水中搅拌均匀，然后加入陶瓷色料搅拌均匀，再加入表面活性剂、树脂结合剂和调节剂，搅拌均匀后采用球磨机预磨2-5小时，磨介为氧化锆球，尺寸介于3mm-5mm；然后采用卧式砂磨机进行研磨，磨介为氧化锆球，尺寸介于0.3mm-1.5mm，磨介填充度介于50％-80％，冷却水循环，控制温度30℃-55℃之间，研磨至粒度D50介于0.30-0.70μm之间，D100小于1.5μm；

2)向上述研磨后的混合液中添加助剂，调节混合液的固含量20-50wt％，粘度16-24mPa·s·40℃，电导率大于100ms/m，表面张力20-30mN/m，pH7-9，过滤，即得所述水性墨水。