增稠劑在弱溶劑型噴墨介質中的應用研究

張麗惠 陳月霞 蓋樹人 柳艷敏

（中國樂凱集團公司 河北 保定 071054）

增稠劑在弱溶劑型噴墨介質中的應用研究

張麗惠 陳月霞 蓋樹人 柳艷敏

（中國樂凱集團公司 河北 保定 071054）

本文研究了聚氨酯締合型增稠劑對弱溶劑噴墨介質涂液粘度、穩定性及介質吸墨性的影響。發現其不僅不會使弱溶劑噴墨介質涂液的粘度提高，反而使其粘度降低、涂液穩定性更高，其制備的噴墨介質的吸墨性更好。并分析了產生此現象的原因。

弱溶劑型；噴墨介質；增稠劑；氨酯締合型

1.引言

噴墨記錄方式以其無污染、低噪音、可實現無版印刷等優點而迅速普及，廣泛的應用在影像、廣告等領域。

噴墨打印機按照噴墨墨水類型主要可以分成2大類：水性墨打印機和溶劑墨打印機。水性墨水對環境友好，噴墨精度高，打印的影像質量好，但打印后干燥速度慢，對介質吸墨層要求高，防水性和耐候性很差，一般用于戶內的高精度影像輸出。溶劑型墨水雖然防水耐候性好，形成的畫面質量低，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，隨著人們環保意識的逐漸增強，溶劑型墨逐漸被對環境友好、畫面質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，也逐漸成為人們研究的熱點[1，2]。

增稠劑的應用源于涂料工業，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存，且施工更加方便。隨著涂料的發展,增稠劑從早期的無機類增稠劑逐漸發展到有機合成型增稠劑，又從纖維素發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弱溶劑型噴墨介質的影響。

2.實驗

2.1 實驗原材料及設備

PET片基（自制）、VAE（氣體化學）、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）。

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

2.2 實驗方法

2.2.1 弱溶劑墨型噴墨介質涂液的制備

按表1中0-6號配方，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，繼續攪拌30分鐘，靜置消泡1小時，制備弱溶劑型噴墨介質涂液0-6號。

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

2.2.2 弱溶劑型噴墨介質制備

2.1 紅菜薹在不同激素配比的分化培養基上的誘導效果 將帶柄子葉接到T1～T9處理的分化培養基中，7 d后分別觀察不同處理的幼苗誘導數。觀察發現T1～T5處理只有愈傷產生，并無芽點形成。T6～T9處理中部分帶柄子葉有不定芽產生(圖1)。

用55#涂布棒將1.2.1中制備的弱溶劑型噴墨介質涂液，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0 -6號。

3.結果與分析

3.1 評價方法

3.1.1 涂液粘度

用NDJ-8S旋轉粘度計（上海精密科學儀器優先公司）測試弱溶劑型噴墨介質涂液的粘度。

3.1.2 弱溶劑型噴墨介質涂液穩定性

取0-6號弱溶劑型噴墨介質涂液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，來表征涂液的穩定性。

3.1.3 噴墨記錄材料性能測試

按照國家標準GBT21301-2007用愛普生Stylus S70680型弱溶劑墨水打印機測定吸墨性。

3.2 增稠劑對涂液粘度的影響

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理是[5]：聚氨酯締合型增稠劑的結構為親油端基-長鏈親水基團-親油端基，結構圖1，其中R’聚乙二醇，R”為環氧基、烷烴。在水性體系中,當增稠劑濃度大于臨界膠束濃度時,親油端基締合成膠束,增稠劑通過膠束的締合形成網狀結構。具體表現為,親水基和體系中的水偶合,形成膠束的末端基通過兩個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狀結構,并且互相連結纏繞而使體系粘度增加。

圖1 聚氨酯締合型增稠劑的結構Fig 1 The structure of HEUR thickener

但是在研究工作中發現：將聚氨酯締合增稠劑加入弱溶劑型噴墨介質涂液中，未發現預期的涂液粘度提高，反而出現了粘度下降現象，數據見表2。

表2 增稠劑對涂液粘度的影響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，當加至4‰、5‰、6‰時，涂液粘度基本趨于穩定，并沒有產生粘度提高現象。這是因為二氧化硅分散液中，二氧化硅顆粒表面上就附著有硅酸根SiO32- 負離子，并與反離子H+形成一個雙電層[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氧基首先與雙電層中的H+發生了締合反應，使得不能再與其它親油基發生分子內或分子間的締合，因此不會出現增粘現象。聚氨酯類增締合稠劑與雙電層中的H+離子發生了締合反應后，增稠劑中段的親水性基團對水有較強親合力,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離[7]，從而使得涂液粘度降低。

3.3 增稠劑對弱溶劑型噴墨介質涂液穩定性的影響

涂液的穩定性關系到后期涂布生產的穩定性，是保證產品質量穩定的關鍵因素之一。涂液的穩定性與粘度是有一定對應關系的，一般是涂液粘度愈大，其穩定性愈高。圖3所示為配方號0-6弱溶劑型噴墨介質涂液的穩定性，從圖中可以看出，未加入增稠劑的0號配方制備的涂液二氧化硅顏料沉降情況最為嚴重，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，當加入量為4‰、5‰、6‰時，涂液的穩定性基本一致。其穩定性與粘度的對應關系反而是粘度越低穩定性越好。這是因為：在分散液中二氧化硅顆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，此移動的雙電層的電荷總和即構成其表面的 Zeta電位，此Zeta電位雖然能抑制二氧化硅微粒的聚結，對分散液起一定的穩定作用，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生的沉降，致使0號涂液產生了明顯的二氧化硅沉降現象。聚氨酯類增締合稠劑與雙電層中的H+離子發生了締合反應后，使得二氧化硅顆粒周圍的雙電層更加穩定[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定的分散體系。另外增稠劑的另一端形成了空間位阻效應，即在已吸附正電荷的粒子互相接近時，使它們互相滑動錯開，既可以構成一個高度穩定的分散體系[8]，使涂液的穩定性提高。

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

3.4 增稠劑對介質噴墨性能的影響

制備的弱溶劑噴墨介質的吸墨性能如表3，由表3可以看出弱溶劑型噴墨介質0號存在墨堆積問題，1、2、3則輕微堆積，4、5、6無堆積。

表3 增稠劑對噴墨介質吸墨性的影響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+離子發生了締合后，增稠劑的另一端形成了空間位阻效應，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溶劑墨水中的非水溶劑親和力更高，使吸墨性更好。

4結論

本文研究了聚氨酯締合型增稠劑對弱溶劑型噴墨介質的影響，得出以下結論：

(1)在弱溶劑型噴墨介質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圍雙電層中的H+離子發生了締合反應，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，當加入量達到4％～6‰，涂液粘度趨于穩定。

(2）在弱溶劑型噴墨介質涂液加入聚氨酯締合型增稠劑，增稠劑與雙電層中的H+離子發生了締合反應后，使二氧化硅顆粒周圍的雙電層更加穩定，且增稠劑的另一端形成了空間位阻效應，構成了一個高度穩定的分散體系，使得涂液的穩定性提高。

(3)在弱溶劑型噴墨介質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+離子發生了締合反應以及增稠劑的另一端形成了空間位阻效應，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溶劑墨水中的非水溶劑親和力更高，使吸墨性更好。

[1]樊瓊.弱溶劑型噴墨打印吸收涂層的制備研究[D].安徽理工大學.

[2]高章飛.數碼噴繪合成紙用水性丙烯酸樹脂涂層材料的研究[D].哈爾濱工業大學.

[3]白杉,周潔,王淑萍.彩色噴墨打印紙的發展與應用[J].中國造紙2001-2:54-55.

[4] 張方濤.聚氨酯締合增稠劑的制備及其應用研究[D].華南理工大學.

[5] Tam K C,Guo L,Jenkins R D，et al.Viscoelastic Properties of Hydrophobically Modified Alkali -Soluble Emulsion in Salt Solutions.Polymer.1999-40: 6369-6379.

[6] 丁欽英,陳光民.微孔型二氧化硅硅膠在彩色噴墨打印紙中的應用技術[J].影像技術2002-2:44-46.

[7] 胡梅.硅系微孔型高光噴墨打印相紙的研究[D].北京化工大學.

[8] 楊春新,許珂敬,董云會等.分散劑對氧化物陶瓷微粉懸浮液穩定性的影晌[J].現代技術陶瓷1999-2:21-25.

[9] 張麗惠.硅烷在噴墨打印相紙涂層中的應用研究[J].信息記錄材料2007-2:10-13.

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