高研磨效率色浆及其制备方法和分散墨水
阅读说明：本技术 高研磨效率色浆及其制备方法和分散墨水 (High-grinding-efficiency color paste, preparation method thereof and dispersion ink ) 是由 柴凯 何文辉 张瑜平 于 2021-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高研磨效率色浆及其制备方法和分散墨水,分散墨水包括该高研磨效率色浆,高研磨效率色浆按总质量为1计,按质量百分比包括：分散染料色粉15％～20％、20％～30％分散剂、20％～30％促溶混合物、0.5％～2％润湿剂和余量的水；分散剂为超支化聚合物,超支化聚合物包括疏水主链和阴离子亲水基,阴离子亲水基设置在疏水主链的至少一个支链上；促溶混合物中的第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂可分别为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中至少一种；采用以上方案,超支化聚合物增加分散剂结构上可吸附基团数目,得到更小更均匀的染料颗粒,抗纳米粒子的团聚和生长,促溶混合物通过促进原料溶解来改变染料晶体,有助于研磨。(The invention provides a high-grinding-efficiency color paste, a preparation method thereof and dispersion ink, wherein the dispersion ink comprises the high-grinding-efficiency color paste, and the high-grinding-efficiency color paste comprises the following components in percentage by mass, based on the total mass of 1: 15-20% of disperse dye toner, 20-30% of dispersant, 20-30% of dissolution promoting mixture, 0.5-2% of wetting agent and the balance of water; the dispersant is a hyperbranched polymer, the hyperbranched polymer comprises a hydrophobic main chain and an anionic hydrophilic group, and the anionic hydrophilic group is arranged on at least one branched chain of the hydrophobic main chain; the first dissolving promoter, the second dissolving promoter and the third dissolving promoter in the dissolving promoter mixture can be respectively at least one of polyol, glycol ether, amide compounds and cyclic alkyl ester; by adopting the scheme, the hyperbranched polymer increases the number of adsorbable groups on the structure of the dispersant, so that smaller and more uniform dye particles are obtained, the agglomeration and the growth of nano particles are resisted, and the dissolution promoting mixture changes dye crystals by promoting the dissolution of raw materials and is beneficial to grinding.)
技术领域
本发明涉及墨水领域，具体是涉及一种高研磨效率色浆及其制备方法和分散墨水。
背景技术
分散墨水是纺织行数码印花行业里用量极大的墨水种类，由于分散墨水具有分子小、结构简单和不含可电离的水溶性基团的特点，在使用分散墨水在打印染色过程中呈分散状态进行染色。相较于传统分散染料商品色粉，分散墨水攻克了传统分散染料高能耗、高污染、高排放和低效益的三高一低困境，且印花成品各项牢度较好，但是成品分散墨水由于存放过程中，其中的分散色粉容易出现沉降现象，导致分散墨水稳定性不佳，如何解决这一问题是目前的技术难点。
现有中的分散染料的结构中疏水性官能团数量较多或者疏水性官能团结构占比较大时，分散染料的可研磨性降低，染料分散不稳定，影响分散墨水色浆稳定性。如现有使用的分散剂木质素磺酸钠盐或相关改性分散剂，在墨水色粉含量较高的时候，容易出现粘度突变，因此无法得到强分散、高稳定性的色浆，也就无法得到稳定性好的墨水。
另外，在色浆生产过程中，都需要将分散染料色粉砂磨到纳米级颗粒，研磨的质量直接决定色浆的质量。传统提高色浆砂磨效率的方法有两种：1、在砂磨体系中添加锆珠，虽然提高了砂磨效率，但是会导致色浆粒径分布变宽，过多的锆珠将会对砂磨机的腔壁造成磨损，减少砂磨机的寿命；2、通过选用粒径更小的锆珠砂磨，虽然能够加快研磨效率，但是锆珠粒径越小，其材料价格和能耗量几何倍上升，使生产的能耗成本和材料成本大大增加。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种分散稳定且研磨效率高的高研磨效率色浆。
本发明的第二目的是提供上述高研磨效率色浆的制备方法。
本发明的第三目的是提供包含上述高研磨效率色浆的分散墨水。
为了实现上述的第一目的，本发明提供的高研磨效率色浆按总质量为1计，按质量百分比包括：分散染料色粉15％～20％、20％～30％分散剂、20％～30％促溶混合物、0.5％～2％润湿剂和余量的水；分散剂为超支化聚合物，超支化聚合物包括疏水主链和阴离子亲水基，阴离子亲水基设置在疏水主链的至少一个支链上；促溶混合物包括第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂，第一促溶剂可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中的至少一种，第二促溶剂可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中的至少一种，第三促溶剂可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中的至少一种。
由上述方案可见，分散剂中含有超支化结构的聚合物的同时，超支化聚合物包括疏水主链和阴离子亲水基，阴离子亲水基设置在疏水主链的至少一个支链上，该超支化聚合物大大增加分散剂结构上可吸附基团数目，其空间位阻较大，提高了对染料色粉的分散作用，可得到更小更均匀的染料颗粒，使得染料颗粒分散和稳定的同时，超支化聚合物的支化拓扑结构还赋予分散剂良好的粘色粉适应性以及较低的粘度等，从而使得分散剂具有吸附性能的同时，具有抗纳米粒子的团聚和生长，有助于研磨，并且防止墨水高浓度时粘度突变的问题，提高墨水的稳定性；而使用至少三种促溶剂混合形成的促溶混合物，利用相似相溶的原理，通过促进原料溶解来改变染料晶体，能够大大提高分散染料在后续打浆阶段的溶解性，从而提高研磨效率。
进一步的方案是，疏水主链为碳链长度在C20～C30范围内的长链烷烃缩聚而成，和/或超支化聚合物的平均分子量在20000～40000。
可见，在疏水碳链中，碳链越长，溶液中的极性基团越容易被包埋，使得超支化聚合物的疏水性越来，进而避免团聚的情况的同时，控制碳链的长度时，还需控制超支化聚合物的平均分子量，分子量太低无法提供有效的空间屏蔽，无法起到分散作用；分子量过高的话，难以控制聚合程度，会导致批间差较大，最终聚合物的溶解性不好，在上述范围内的碳链长度和平均分子量可使分散剂的分散作用更好。
进一步的方案是，阴离子亲水基为羟基、羧基、磺酸基中的至少一种。
可见，羟基、羧基、磺酸基中的至少一种作为阴离子亲水基设置在疏水主链上，可提高最终墨水的表面张力，确保染色效果。
进一步的方案是，多元醇包括乙二醇、1,5-戊二醇、聚乙烯醇、己二醇、三甘醇、山梨醇、二甘醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、聚丙二醇、丁二醇、甘露糖醇、新戊四醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、甘油、1，2-丙二醇、聚乙二醇和1，3-丙二醇中的至少一种。
进一步的方案是，二醇醚包括乙二醇单乙醚、三丙二醇单甲醚、二乙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇正丁醚、二乙二醇单甲醚、甲氧基三乙二醇、乙氧基三乙二醇、1-丁氧乙氧基-2-丙醇中的至少一种。
进一步的方案是，酰胺类化合物为聚乙烯吡咯烷酮、α-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种；和/或，环状烷基酯为戊内酯、丁内酯、丁烯酸内酯、己内酯、庚内酯中的至少一种。
进一步的方案是，色浆的粘度为8Pa.s～15Pa.s，表面张力为40N/m～50N/m。
可见，通过对色浆各组分的含量进行限定，结合各成分的性能，将色浆的粘度以及表面活性剂控制在上述范围内，能够使墨水打印流畅，染色效果好。
为实现上述的第二目的，高研磨效率色浆制备方法，其特征在于：制备方法用于制备如上述的高研磨效率色浆，制备方法包括以下步骤：
S1、将分散染料色粉、促溶混合物、润湿剂和水混合打浆，待促溶混合物将分散染料色粉均匀混合后，再加入分散剂研磨成浆状，得到预分散色浆；
S2、将预分散色浆进行研磨、离心和过滤，得到色浆；研磨时的研磨介质为0.28mm～0.32mm的锆珠，锆珠的填充体积为75％～85％，研磨线速度为13m/s～14.2m/s。
由上述方案可见，将色浆各成分混合均匀后，通过使上述直径范围以及上述填充体积的锆珠对溶解性更好的色浆进行研磨，有效提供研磨效率。
进一步的方案是，在超支化聚合物的制备具体为：碳链长度在C20～C30范围内的长链烷烃进行缩聚反应，在缩聚过程中，使用碳链长度在C2～C5的有机封端剂，有机封端剂包括巯基乙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的至少一种。
可见，碳链长度为该范围内的有机封端剂封端效果较好，制得的分散剂性能稳定、批间差小。
为实现上述的第三目的，本发明提供一种分散墨水包括如上述的高研磨效率色浆。
具体实施方式
本发明的高研磨色浆应用于墨水的制备中，墨水中包含该高研磨色浆，高研磨色浆包括具有超支化聚合物的分散剂以及促溶混合物，通过超支化聚合物中的超支化结构实现提高吸附性以及避免纳米粒子的团聚，并且通过促溶混合物使得染料的溶解性更好，从而提供染料的分散和稳定性。
高研磨效率色浆按总质量为1计，按质量百分比包括：分散染料色粉15％～20％、20％～30％分散剂、20％～30％促溶混合物、0.5％～2％润湿剂和余量的水。
分散染料色粉可购买市售产品，如青色使用色粉可使用C.I.Disperse Blue 35、C.I.Disperse Blue 60、C.I.Disperse Blue 148、C.I.Disperse Blue 87、C.I.DisperseBlue 19、C.I.Disperse Blue 284和C.I.Disperse Blue 360中的至少一种；品红色使用色粉可使用C.I.Disperse Red 15、C.I.Disperse Red 277、C.I.Disperse Red 65、C.I.Disperse Red 43、C.I.Disperse Red 143和C.I.Disperse Red 153中的至少一种；黄色使用色粉可使用C.I.Disperse Yellow 23、C.I.Disperse Yellow 64、C.I.DisperseYellow 86、C.I.Disperse Yellow 54、C.I.Disperse Yellow 114、C.I.Disperse Yellow3、C.I.Disperse Yellow 7和C.I.Disperse Yellow 82中的至少一种。
分散剂为超支化聚合物，超支化聚合物包括疏水主链和阴离子亲水基，阴离子亲水基设置在疏水主链的至少一个支链上，进一步地，超支化聚合物可为聚酰胺类超支化聚合物或聚丙烯酸类超支化聚合物，再进一步地疏水主链为碳链长度在C20～C30范围内的长链烷烃缩聚而成，在缩聚过程中，使用碳链长度在C2～C5之间的有机封端剂，进一步优化地，机封端剂包括巯基乙酸、巯基乙醇、巯基丙醇中的至少一种。超支化聚合物的平均分子量在20000～40000，HLB值范围为12～25，pH值范围为3～9。阴离子亲水基为羟基、羧基、磺酸基中的至少一种。分散剂可采用BASF的D4330、MF(甲基萘磺酸钠的甲醛缩合物)和空气化工的disperse系列等。
促溶混合物包括第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂，其中第一促溶剂可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中至少一种，第二促溶剂可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中至少一种，第三促溶剂可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中至少一种。促溶混合物还可包括第四促溶剂，第四促溶剂也可为多元醇、二醇醚、酰胺类化合物、环状烷基酯中至少一种。
多元醇包括乙二醇、1,5-戊二醇、聚乙烯醇、己二醇、三甘醇、山梨醇、二甘醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、聚丙二醇、丁二醇、甘露糖醇、新戊四醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、甘油、1，2-丙二醇、聚乙二醇和1，3-丙二醇中的至少一种；进一步地，多元醇选自乙二醇、三甘醇、山梨醇、二甘醇、甘油、1，2-丙二醇、聚乙二醇和1，3-丙二醇中的至少一种。
二醇醚包括乙二醇单乙醚、三丙二醇单甲醚、二乙二醇单丁醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇正丁醚、二乙二醇单甲醚、甲氧基三乙二醇、乙氧基三乙二醇、1-丁氧乙氧基-2-丙醇中的至少一种；进一步地，二醇醚包括二乙二醇单甲醚和/或二乙二醇单丁醚。
酰胺类化合物为聚乙烯吡咯烷酮、α-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
环状烷基酯为戊内酯、丁内酯、丁烯酸内酯、己内酯、庚内酯中的至少一种。
当第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂均为多元醇时，第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂可为乙二醇、1,5-戊二醇、聚乙烯醇、己二醇、三甘醇、山梨醇、二甘醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、聚丙二醇、丁二醇、甘露糖醇、新戊四醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、甘油、1，2-丙二醇、聚乙二醇和1，3-丙二醇中的至少一种；进一步地，多元醇选自乙二醇、三甘醇、山梨醇、二甘醇、甘油、1，2-丙二醇、聚乙二醇和1，3-丙二醇中的任意三种，但是第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂不可为同一物质。当第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂均为二醇醚、酰胺类化合物或环状烷基酯时，与第一促溶剂、第二促溶剂和第三促溶剂均为多元醇时同理。
润湿剂能充当表面张力调整剂，通过降低墨水表面张力或界面张力来实现好的打印效果。润湿剂可选用较佳的为毕克的BYK系列和/或空气化工的Surfynol系列润湿剂，具体的，如Surfynol420、Surfynol465、Surfynol485、Surfynol604、BYK510、BYK104E、BYK348中的至少一种。
高研磨效率色浆制备方法包括以下步骤：
S1、将分散染料色粉、促溶混合物、润湿剂和水混合打浆，待促溶混合物将分散染料色粉均匀混合后，再加入分散剂研磨成浆状，得到预分散色浆；
S2、将预分散色浆进行研磨、离心和过滤，得到色浆，色浆的粘度为8Pa.s～15Pa.s，表面张力为40N/m～50N/m；研磨时的研磨介质为0.28mm～0.32mm的锆珠，锆珠的填充体积为75％～85％，研磨线速度为13m/s～14.2m/s。在该制备方法中，未注明具体条件的实验方法，按照制备色浆的常规方法和条件来进行。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
下述表示高研磨效率色浆各组分的具体名称及其比例。
表1所示的3种分散颜料色粉。
表1
表2所示促溶混合物中各成分及其比例。
表2
表3所示的两种润湿剂。
表3
简称
W-1
W-2
化合物名称
Surfynol 604
BYK 510
将表4所示的配方将各成分分别加入到离子交换水中，制备了高研磨色浆样品，得到实施例1～6的色浆和对比例1～4的色浆。在制备高研磨色浆样品时，首先将分散染料色粉、促溶混合物、润湿剂和去离子水混合研磨，然后再加入分散剂研磨成浆状得到预分散色浆。在耐驰25L砂磨机中使用直径0.28mm～0.32mm的砂磨锆珠将该混合物研磨分散10h～15h，以8000r/min～20000r/min转速离心，采用串联过滤法在1.2mmGF膜-1.0mmPP膜-0.8mmPVDF膜上过滤得到高研磨效率色浆。
表4
(一)对上述各实施例得到的高研磨效率色浆在65℃条件下进行稳定性测试，观察中粒径变化情况，以及色浆的过滤情况，结果见表5：
表5
由上可见，本发明实施例1至3的色浆稳定性较好。对比例一中用到磺化木质素Ultrazin NA作为分散剂，通常情况下，该类分散剂体系研磨常常耗时25h～30h，在10h～15h内很难分散均匀，色粉粒径过大，过滤失败，更严重的是，在高色粉含量下时，使用磺化木质素Ultrazin NA作为分散剂出现了粘度突变，导致整个砂磨体系呈现果冻状，致使砂磨失败。传统过程中砂磨时对于色粉的助溶剂添加较少，如实施例4、实施例5、对比例二以及对比例三分别使用一到两种促溶剂制备色浆，从表5结果可以看出，物质的粒径分布较大，染料的溶解度较低，色浆过滤失败；而实施例6中，由于色粉含量过大，也导致最后色浆的分散不稳定，因此还需调节色浆中各成分之间的比例；而对比例4中的色浆不含促溶剂，染料的溶解度差，色浆过滤失败。
(二)对上述各实施例得到的高研磨效率色浆制成分散墨水，检测墨水性能，结果见表6：
表6
由表6可以看出本发明中的实施例1至3的色浆对墨水的兼容性好，且该发明制备的分散墨水稳定性好，具有较高日晒牢度和摩擦牢度。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。