增稠剂在弱溶剂型喷墨介质中的应用研究

张丽惠 陈月霞 盖树人 柳艳敏

（中国乐凯集团公司 河北 保定 071054）

增稠剂在弱溶剂型喷墨介质中的应用研究

张丽惠 陈月霞 盖树人 柳艳敏

（中国乐凯集团公司 河北 保定 071054）

本文研究了聚氨酯缔合型增稠剂对弱溶剂喷墨介质涂液粘度、稳定性及介质吸墨性的影响。发现其不仅不会使弱溶剂喷墨介质涂液的粘度提高，反而使其粘度降低、涂液稳定性更高，其制备的喷墨介质的吸墨性更好。并分析了产生此现象的原因。

弱溶剂型；喷墨介质；增稠剂；氨酯缔合型

1.引言

喷墨记录方式以其无污染、低噪音、可实现无版印刷等优点而迅速普及，广泛的应用在影像、广告等领域。

喷墨打印机按照喷墨墨水类型主要可以分成2大类：水性墨打印机和溶剂墨打印机。水性墨水对环境友好，喷墨精度高，打印的影像质量好，但打印后干燥速度慢，对介质吸墨层要求高，防水性和耐候性很差，一般用于户内的高精度影像输出。溶剂型墨水虽然防水耐候性好，形成的画面质量低，特别是溶剂型墨水中多含酯类和酮类溶剂，污染和毒害性大，随着人们环保意识的逐渐增强，溶剂型墨逐渐被对环境友好、画面质量高的弱溶剂墨水所替代。作为与之配套使用的弱溶剂介质，也逐渐成为人们研究的热点[1，2]。

增稠剂的应用源于涂料工业，是乳胶涂料中一种常用的流变助剂,加入增稠剂提高了涂料的粘度，不仅使涂料更易于储存，且施工更加方便。随着涂料的发展,增稠剂从早期的无机类增稠剂逐渐发展到有机合成型增稠剂，又从纤维素发展到碱增稠性丙烯酸再到近期的聚氨酯缔合增稠剂[4]。本研究了聚氨酯缔合型增稠剂对弱溶剂型喷墨介质的影响。

2.实验

2.1 实验原材料及设备

PET片基（自制）、VAE（气体化学）、聚丙烯酸酯乳液（江苏三木）、二氧化硅（英力士）、增稠剂（德谦）、表面活性剂7#（自产）。

恒温水浴、天平、高速搅拌（威宇）、#55涂布棒（RDS）、干燥箱、密度计、粘度计（DJ520）、恒温恒湿箱。

2.2 实验方法

2.2.1 弱溶剂墨型喷墨介质涂液的制备

按表1中0-6号配方，将二氧化硅加入去离子水中，用高速搅拌在10000rpm速度下分散20分钟，停止搅拌。加入增稠剂500rpm速度下搅拌30分钟，加入聚丙烯酸酯乳液、VAE乳液、7#表面活性剂，继续搅拌30分钟，静置消泡1小时，制备弱溶剂型喷墨介质涂液0-6号。

表1 弱溶剂型喷墨介质涂液配方Table 1 The formulations of eco-solvent inkjet media coating liquid

2.2.2 弱溶剂型喷墨介质制备

2.1 红菜薹在不同激素配比的分化培养基上的诱导效果 将带柄子叶接到T1～T9处理的分化培养基中，7 d后分别观察不同处理的幼苗诱导数。观察发现T1～T5处理只有愈伤产生，并无芽点形成。T6～T9处理中部分带柄子叶有不定芽产生(图1)。

用55#涂布棒将1.2.1中制备的弱溶剂型喷墨介质涂液，分别在PET片基的一面，加热80摄氏度干燥5分钟，制备为弱溶剂喷墨介质0 -6号。

3.结果与分析

3.1 评价方法

3.1.1 涂液粘度

用NDJ-8S旋转粘度计（上海精密科学仪器优先公司）测试弱溶剂型喷墨介质涂液的粘度。

3.1.2 弱溶剂型喷墨介质涂液稳定性

取0-6号弱溶剂型喷墨介质涂液20g，分别放入玻璃瓶中,用胶布将瓶口封好，在常温下静置10天，然后将涂液上层清液倒出，依次观察其二氧化硅颜料的沉降情况，来表征涂液的稳定性。

3.1.3 喷墨记录材料性能测试

按照国家标准GBT21301-2007用爱普生Stylus S70680型弱溶剂墨水打印机测定吸墨性。

3.2 增稠剂对涂液粘度的影响

增稠剂的作用，顾名思义是提高涂液粘度的，聚氨酯缔合型增稠剂的增稠机理是[5]：聚氨酯缔合型增稠剂的结构为亲油端基-长链亲水基团-亲油端基，结构图1，其中R’聚乙二醇，R”为环氧基、烷烃。在水性体系中,当增稠剂浓度大于临界胶束浓度时,亲油端基缔合成胶束,增稠剂通过胶束的缔合形成网状结构。具体表现为,亲水基和体系中的水偶合,形成胶束的末端基通过两个亲油端吸附在不同胶束粒子上, 增稠剂分子在粒子间形成桥连,与乳液的聚合物粒子相互缔合形成网状结构,并且互相连结缠绕而使体系粘度增加。

图1 聚氨酯缔合型增稠剂的结构Fig 1 The structure of HEUR thickener

但是在研究工作中发现：将聚氨酯缔合增稠剂加入弱溶剂型喷墨介质涂液中，未发现预期的涂液粘度提高，反而出现了粘度下降现象，数据见表2。

表2 增稠剂对涂液粘度的影响Table 2 The influence of thickener on the viscosity of the coating liquid

由表2可以看出，随着增稠剂加入量的增加，涂液的粘度在逐渐降低，当加至4‰、5‰、6‰时，涂液粘度基本趋于稳定，并没有产生粘度提高现象。这是因为二氧化硅分散液中，二氧化硅颗粒表面上就附着有硅酸根SiO32- 负离子，并与反离子H+形成一个双电层[6]， 图2。

图2 二氧化硅颗粒表面双电层示意图Fig 2 The schematic of the double electric layer in silica particle surface

而增稠剂中亲油基中的环氧基首先与双电层中的H+发生了缔合反应，使得不能再与其它亲油基发生分子内或分子间的缔合，因此不会出现增粘现象。聚氨酯类增缔合稠剂与双电层中的H+离子发生了缔合反应后，增稠剂中段的亲水性基团对水有较强亲合力,增加了二氧化硅颗粒的亲水程度，再加之颗粒之间因静电斥力而远离[7]，从而使得涂液粘度降低。

3.3 增稠剂对弱溶剂型喷墨介质涂液稳定性的影响

涂液的稳定性关系到后期涂布生产的稳定性，是保证产品质量稳定的关键因素之一。涂液的稳定性与粘度是有一定对应关系的，一般是涂液粘度愈大，其稳定性愈高。图3所示为配方号0-6弱溶剂型喷墨介质涂液的稳定性，从图中可以看出，未加入增稠剂的0号配方制备的涂液二氧化硅颜料沉降情况最为严重，随着增稠剂加入量的逐渐增加，涂液中二氧化硅颜料的沉降情况也逐渐减轻，当加入量为4‰、5‰、6‰时，涂液的稳定性基本一致。其稳定性与粘度的对应关系反而是粘度越低稳定性越好。这是因为：在分散液中二氧化硅颗粒表面的双电层有一定厚度，仅靠近微粒表面的电层能随着微粒移动，此移动的双电层的电荷总和即构成其表面的 Zeta电位，此Zeta电位虽然能抑制二氧化硅微粒的聚结，对分散液起一定的稳定作用，但是由于二氧化硅颗粒较粗，还不足以克服二氧化硅颗粒的重力作用而产生的沉降，致使0号涂液产生了明显的二氧化硅沉降现象。聚氨酯类增缔合稠剂与双电层中的H+离子发生了缔合反应后，使得二氧化硅颗粒周围的双电层更加稳定[7]，即吸附于粒子表面的电荷互相排斥，以阻止粒子与粒子之间的吸附或聚集从而形成稳定的分散体系。另外增稠剂的另一端形成了空间位阻效应，即在已吸附正电荷的粒子互相接近时，使它们互相滑动错开，既可以构成一个高度稳定的分散体系[8]，使涂液的稳定性提高。

图3 弱溶剂型喷墨介质涂液的稳定性Fig 3 The stability of the coating liquid of eco- solvent inkjet media

3.4 增稠剂对介质喷墨性能的影响

制备的弱溶剂喷墨介质的吸墨性能如表3，由表3可以看出弱溶剂型喷墨介质0号存在墨堆积问题，1、2、3则轻微堆积，4、5、6无堆积。

表3 增稠剂对喷墨介质吸墨性的影响Table 3 The influence of thickener on the ink absorption of inkjet media

这是由于一方面聚氨酯类增缔合稠剂与双电层中的H+离子发生了缔合后，增稠剂的另一端形成了空间位阻效应，使得二氧化硅粒子间隙增大，提高了涂层的孔隙率[9]，提高了吸墨性。另一方面，可能是增稠剂另一端亲油基的存在使得其对溶剂墨水中的非水溶剂亲和力更高，使吸墨性更好。

4结论

本文研究了聚氨酯缔合型增稠剂对弱溶剂型喷墨介质的影响，得出以下结论：

(1)在弱溶剂型喷墨介质涂液加入聚氨酯缔合型增稠剂，由于增稠剂一端的亲油基与二氧化硅颗粒周围双电层中的H+离子发生了缔合反应，使得涂液粘度降低。随着增稠剂的加入量逐渐增加，涂液粘度逐渐降低，当加入量达到4％～6‰，涂液粘度趋于稳定。

(2）在弱溶剂型喷墨介质涂液加入聚氨酯缔合型增稠剂，增稠剂与双电层中的H+离子发生了缔合反应后，使二氧化硅颗粒周围的双电层更加稳定，且增稠剂的另一端形成了空间位阻效应，构成了一个高度稳定的分散体系，使得涂液的稳定性提高。

(3)在弱溶剂型喷墨介质涂液加入聚氨酯缔合型增稠剂，这是由于增稠剂与双电层中的H+离子发生了缔合反应以及增稠剂的另一端形成了空间位阻效应，使得二氧化硅粒子间隙增大，提高了涂层的孔隙率，提高了吸墨性。增稠剂另一亲油基的存在使得其对溶剂墨水中的非水溶剂亲和力更高，使吸墨性更好。

[1]樊琼.弱溶剂型喷墨打印吸收涂层的制备研究[D].安徽理工大学.

[2]高章飞.数码喷绘合成纸用水性丙烯酸树脂涂层材料的研究[D].哈尔滨工业大学.

[3]白杉,周洁,王淑萍.彩色喷墨打印纸的发展与应用[J].中国造纸2001-2:54-55.

[4] 张方涛.聚氨酯缔合增稠剂的制备及其应用研究[D].华南理工大学.

[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] 丁钦英,陈光民.微孔型二氧化硅硅胶在彩色喷墨打印纸中的应用技术[J].影像技术2002-2:44-46.

[7] 胡梅.硅系微孔型高光喷墨打印相纸的研究[D].北京化工大学.

[8] 杨春新,许珂敬,董云会等.分散剂对氧化物陶瓷微粉悬浮液稳定性的影晌[J].现代技术陶瓷1999-2:21-25.

[9] 张丽惠.硅烷在喷墨打印相纸涂层中的应用研究[J].信息记录材料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