專利名稱：防水噴墨打印介質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種防水噴墨打印介質(zhì)及其制備方法。該噴墨打印介質(zhì)具有快速吸墨，瞬間干燥的特點，并具有一定的防水、抗光和耐摩擦的性能。
背景技術(shù)：
噴墨記錄材料，通常由載體和涂覆在載體上的吸墨層所組成。吸墨層可以大致分為兩種類型一種包括水溶性聚合物的吸墨層，另一種包括無機顏料和樹脂粘合劑吸墨層。在第一種類型的吸墨層中，墨水被膨脹的水溶性聚合物吸收，由于它形成連續(xù)均勻的膜，光澤度極好，但是吸墨性能(吸墨速度、干燥速度)較低，另外，防水抗光性能也不太顯著；在第二種類型的吸墨層中，墨水被無機顏料形成的空隙吸收，它的吸墨性極好，但光澤度不高。
隨著噴墨打印技術(shù)的不斷進步，戶外廣告需求的不斷擴大，對噴墨記錄材料的性能又提出新的要求，例如高防水，抗光性，耐摩擦性能等。
中國專利CN1769588A中公開了一種納米環(huán)保型彩色數(shù)碼打印紙專用涂料，其吸墨層中含有納米級二氧化鈦、二氧化硅、碳酸鈣和瓷土，該專利具有固含量高，能適應高速涂布和一次涂布的要求，但沒有對其它性能進行描述。
中國專利CN1775548A中公開了一種噴墨打印紙，其油墨吸收層中含有無機顏料碳酸鈣、二氧化硅，高嶺土或它們的混合物，該專利具有打印效果好，防水效果好的優(yōu)點，但是對于吸墨性及干燥時間沒有描述。
中國專利CN1544252A中公開了一種防水高光噴墨打印介質(zhì)，該介質(zhì)包括支持體和吸墨層，其特征是，其中所述的吸墨層中含有粒徑為8～15nm、比表面積為150～200m2/g的無機顏料和膠粘劑，該介質(zhì)既能吸收染料墨又能吸收顏料墨，具有高光澤表面，打印后干燥快、防水、防洇滲性，其中所述吸墨層中含有無機顏料二氧化硅或氧化鋁，但對于耐摩擦性該專利沒有描述。
中國專利CN1407173A中公開了一種噴墨打印紙，油墨吸收層中含有比表面積為200～600m2/g沉降型和膠態(tài)的多孔性的非晶質(zhì)二氧化硅，另外，也添加了一定量的低聚糖和二價金屬鹽，提高了圖像的鮮明性、字跡濃度等記錄特性及耐光性，耐臭氧性。
中國專利CN1145558C中公開了一種噴墨記錄材料，其顏料層包括至少一個含硫酸鋇的下層和含有氧化鋁作為主要顏料或氧化鋁、二氧化硅、硫酸鋇和氧化鋇的至少兩種顏料混合物的上層，該專利具有高吸墨性，短干燥時間和良好的耐摩擦性，但是對于防水性沒有描述。
中國專利CN1283723A中公開了一種高光澤噴墨記錄材料，其中油墨吸收層中含有粒徑0.01～1.0μm且具有內(nèi)孔體積的無機顏料——二氧化硅和氧化鋁，但是覆蓋層中含有親水性明膠，該記錄材料的防水性不好，另外，抗光性和耐摩擦性該專利也沒有描述。
中國專利CN1393346A中公開了一種噴墨記錄材料，其中油墨吸收層中除含有無機顏料二氧化硅外，還含有金屬陽離子為2價或3價的有機金屬鹽和陽離子性染料固定劑，從而提高涂層的耐光性和耐臭氧性，但該專利對打印后的油墨的干燥速度沒有描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高抗水噴墨打印介質(zhì)及其制備方法。它是具有快速吸墨，瞬間干燥、高防水性、抗光性的噴墨打印介質(zhì)。
本發(fā)明提供的防水噴墨打印介質(zhì)，包括支持體和吸墨層，吸墨層中含有無機顏料和膠粘劑，所述的無機顏料為納米纖維狀擬薄水鋁石和納米片狀的擬薄水鋁石的混合物。
所述的納米纖維狀擬薄水鋁石為長度為20～60nm，比表面積(BET)為200～400m2/g。
所述的納米片狀的擬薄水鋁石為直徑為10～20nm。
所述的兩種擬薄水鋁石質(zhì)量比為6～12∶1～4。
所述的納米纖維狀擬薄水鋁石為表面憎水性物質(zhì)。
所述的納米纖維狀擬薄水鋁石是用鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑或鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑中任一種或兩種混合改性而制得的擬薄水鋁石。
所述的表面改性劑是鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑或二者的混合物。
所述的表面改性過程中所選擇的溶劑為乙醇、乙二醇或異丙醇中的任一種。
所述的納米片狀擬薄水鋁石是由硝酸法制備的擬薄水鋁石。
所述的膠粘劑為聚乙烯醇。所述的聚乙烯醇的醇解度(mol％)為87.0～89.0，聚合度為3500～4500。
所述的無機顏料和膠粘劑的質(zhì)量比為5～10∶1。
所述的吸墨層中還含有分散劑。所述的分散劑是醋酸、硼酸或聚丙烯酸中任一種。
所述的支持體為涂塑(RC)紙基。
本發(fā)明的噴墨打印介質(zhì)的制備需經(jīng)過下述的步驟1)按計量將醇解度(mol％)為87.0～89.0，聚合度為3500～4500的聚乙烯醇(PVA)加入水中，攪拌，加熱逐漸升溫到98℃，繼續(xù)在該溫度下攪拌1h，然后降至室溫，得到PVA溶液。
2)分別將計量的擬薄水鋁石I與水混合，磁力攪拌；另外一種擬薄水鋁石II與一定量水混合，擬薄水鋁石II水溶液加入分散劑，機械攪拌；將兩種漿液混合，攪拌20min，得擬薄水鋁石漿液。
3)將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡，得涂布液。
4)將涂布液用涂布器涂布到RC紙基上。
5)50℃干燥20min。
本發(fā)明的涂布量以干重計，可以是20～60g/m2，優(yōu)選30～50g/m2。如果小于20g/m2，則涂層的吸墨性不足，容易引起打印圖像質(zhì)量問題；如果大于60g/m2，則會引起涂層龜裂，造成打印質(zhì)量下降。
本發(fā)明是通過研究擬薄水鋁石的形狀、比表面、孔結(jié)構(gòu)、孔容及孔徑分布、粒徑大小等因素對吸墨性能的影響，篩選出適當結(jié)構(gòu)的擬薄水鋁石用作高吸墨性的顏料，并對其進行了表面改性，使其表面由親水性改變?yōu)樵魉?，從而具有高的防水性，該打印介質(zhì)具有抗光性和耐摩擦性。
本發(fā)明中的納米片狀擬薄水鋁石是通過硝酸法制備的先用氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁溶解，然后與硝酸反應，通過控制反應溫度，pH值，反應物濃度，物料比等反應條件制備所需的擬薄水鋁石。為了獲得高抗水性的擬薄水鋁石，可將已有的工業(yè)級擬薄水鋁石進行表面改性，方法如下將乙醇、乙二醇和異丙醇三種溶劑中的任一種與擬薄水鋁石混合，高速攪拌，加入鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑或鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑中任一種或兩種的混合物，升溫攪拌，過濾，晾干即得所需高抗水的擬薄水鋁石。
本發(fā)明中無機顏料與膠粘劑質(zhì)量比如果小于5∶1，即膠粘劑用量過多，顏料相對較少，則會造成吸墨性能降低，干燥速度變慢，從而使打印質(zhì)量下降。如果大于10∶1，即膠粘劑用量過少，則會造成無機顏料與紙基之間粘接強度下降，打印過程中由于機械摩擦而使涂層易于脫落；另外，膠粘劑用量過少，也會造成涂層表面粗糙不平，打印效果下降。
本發(fā)明中無機顏料有兩種，均為擬薄水鋁石，兩種擬薄水鋁石的結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)亦不完全相同，其作用也不相同，其中纖維狀的擬薄水鋁石主要作用是吸墨固墨，而另外一種擬薄水鋁石粒徑較小，成膠性能好，填充于大顆粒之間，使涂層表面光滑。
本發(fā)明的一個主要特點是除無機顏料、膠粘劑和分散劑外，不使用其它助劑，制備程序相對簡單，經(jīng)濟。
具體實施例方式
擬薄水鋁石I(改性)的制備方法配方工業(yè)級擬薄水鋁石15.00g(20～60nm，比表面積(BET)為200～400m2/g，微觀形貌為纖維狀)鈦酸酯偶聯(lián)劑(工業(yè)級)0.45～1.00g異丙醇(分析純) 145.00g將15.00g工業(yè)級擬薄水鋁石與135.00g異丙醇混合打漿，攪拌均勻；將0.45～1.00g鈦酸酯偶聯(lián)劑與10.00g異丙醇混合，攪拌10min，加入到上述擬薄水鋁石漿液中，升溫，快速攪拌一定時間，抽濾，晾干。(注異丙醇可回收，無須處理便可反復利用)擬薄水鋁石II的制備方法配方氫氧化鈉(分析純)9.60g氫氧化鋁(分析純)15.60g硝酸(分析純，含量65～68％) 21.70g去離子水650.00g將9.60g氫氧化鈉溶于60.00g去離子水中，升溫至沸騰，加入15.60g的氫氧化鋁，溶解后冷卻至室溫，過濾得到無色透明的偏鋁酸鈉堿性液體；將21.70g硝酸溶于290g去離子水中；將偏鋁酸鈉溶液與硝酸溶液混合，調(diào)節(jié)pH值至7～10，升溫，保持2～10小時；過濾，洗滌三次每次將濾餅與100g去離子水混合；過濾，將所得產(chǎn)物120℃烘干，得直徑為10～20nm的片狀擬薄水鋁石。
實施例1配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)1.66g擬薄水鋁石I 9.00g擬薄水鋁石II 1.00g醋酸(分析純) 0.29g去離子水 57.94g稱取17.94g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入1.66g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降至室溫，制得PVA溶液；將9.00g擬薄水鋁石I加入到盛有20.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將1.00g擬薄水鋁石II加入到盛有20.00g去離子水與0.29g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡得涂布液；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
實施例2配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)1.66g擬薄水鋁石I 8.00g擬薄水鋁石II 2.00g醋酸(分析純) 0.35g去離子水 57.94g稱取17.94g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入1.66g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降至室溫，制得PVA溶液；將8.00g擬薄水鋁石I加入到盛有20.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將2.00g擬薄水鋁石II加入到盛有20.00g去離子水與0.35g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡得涂布液；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
實施例3配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)1.66g擬薄水鋁石I 7.00g擬薄水鋁石II 3.00g醋酸(分析純) 0.58g去離子水 57.94g稱取17.94g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入1.66g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降至室溫，制得PVA溶液；將7.00g擬薄水鋁石I加入到盛有20.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將3.00g擬薄水鋁石II加入到盛有20.00g去離子水與0.58g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡得涂布液；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
實施例4配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)2.00g擬薄水鋁石I 9.00g擬薄水鋁石II 1.00g醋酸(分析純) 0.29g去離子水 63.53g稱取23.53g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入2.00g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降溫至室溫，制得PVA溶液；將9.00g擬薄水鋁石I加入到盛有20.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將1.00g擬薄水鋁石II加入到盛有20.00g去離子水與0.29g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡得涂布液；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
實施例5配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)1.42g擬薄水鋁石I 9.00g擬薄水鋁石II 1.00g
醋酸(分析純)0.29g去離子水56.70g稱取16.70g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加1.42g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降溫至室溫，制得PVA溶液；將9.00g擬薄水鋁石I加入到盛有20.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將1.00g擬薄水鋁石II加入到盛有20.00g去離子水與0.29g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
實施例6配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為4500)1.25g擬薄水鋁石I 9.00g擬薄水鋁石II 1.00g醋酸(分析純) 0.29g去離子水 53.46g稱取13.46g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入1.25g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降至室溫，制得PVA溶液；將9.00g擬薄水鋁石I加入到盛有20.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將1.00g擬薄水鋁石II加入到盛有20.00g去離子水與0.29g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡得涂布液；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
比較例1配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)1.66g擬薄水鋁石I 5.00g擬薄水鋁石II 5.00g醋酸(分析純) 0.87g去離子水 57.94g稱取17.94g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入1.66g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降溫至室溫，制得PVA溶液；將5.00g擬薄水鋁石I加入到盛有15.00g去離子水的燒杯中，電磁攪拌，將5.00g擬薄水鋁石II加入到盛有25.00g去離子水與0.87g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，然后將兩種擬薄水鋁石漿液混合，繼續(xù)攪拌20min；將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
比較例2
配方PVA(醇解度為87.0～89.0，聚合度為3500)1.66g擬薄水鋁石II 10.00g醋酸(分析純) 1.16g去離子水 57.94g稱取17.94g去離子水，置入三頸瓶中，攪拌，加入1.66g的PVA，升溫至98℃，繼續(xù)攪拌1h，降至室溫，制得PVA溶液；將10.00g擬薄水鋁石II加入到盛有40.00g去離子水與1.16g醋酸的三頸瓶中，機械攪拌，將PVA溶液與擬薄水鋁石漿液混合，攪拌均勻，靜置消泡；將涂布液用QTG型涂布器涂布到RC紙基上，50℃干燥20min。
表1評價結(jié)果

(注比較例1說明擬薄水鋁石I與擬薄水鋁石II質(zhì)量比有一定的范圍，超出此范圍后其效果，如吸墨性，抗水性等都會受到影響；比較例2說明單獨使用擬薄水鋁石II達不到應有的打印效果。)評價方式1、吸墨性用EPSON1290打印機打印人物像，將打印完的圖片與白色復印紙重疊，輕輕壓接，用肉眼觀察白紙上油墨量的程度。
優(yōu)沒有轉(zhuǎn)印。
中部分轉(zhuǎn)印。
差完全轉(zhuǎn)印。
2、油墨干燥時間用EPSON1290打印機打印人物像，用白色的棉球反復擦拭剛打印出的涂層，記錄油墨干燥時間。
快速干燥即時干燥，剛打印出，反復擦拭，白色棉球沒有墨漬。
中速干燥放置1～5秒，反復擦拭，白色棉球沒有墨漬。
慢速干燥放置10秒之后，反復擦拭，白色棉球沒有墨漬。
3、防水性用EPSON1290打印機打印人物像，先用自來水沖洗30min，觀察圖像變化，然后放入水中浸漬，觀察涂層變化情況。
高防水自來水沖洗30min，涂層沒有溢墨，圖像效果沒有變化，在水中浸漬6天，涂層沒有明顯變化，圖像效果良好。
中等防水自來水沖洗30min，少量墨水溢出，圖像效果略微下降，在水中浸漬6天，涂層脫落，圖像效果明顯變差。
低防水自來水沖洗30min，大量墨水溢出，圖像效果明顯下降。
4、抗光性用EPSON1290打印機打印人物像，將打印圖像于室溫條件下放置，觀察圖像變化。
高抗光打印圖像放置120天，與初始打印效果對比沒有差別。
中等抗光打印圖像放置90天，與初始打印效果對比沒有差別。
低抗光打印圖像放置60天，與初始打印效果對比沒有差別。
5、耐摩擦性用EPSON1290打印機打印人物像，用白布反復擦拭涂層3min，觀察涂層變化；水中浸泡3天，再反復擦拭涂層3min，觀察涂層變化情況。
高耐磨白布反復擦拭涂層3min，涂層沒有變化；水中浸泡3天，再反復擦拭涂層3min，涂層沒有變化。
中等耐磨白布反復擦拭涂層3min，涂層沒有變化；水中浸泡3天，再反復擦拭涂層3min，部分涂層被擦去。
低耐磨白布反復擦拭涂層3min，涂層沒有變化；水中浸泡3天，再反復擦拭涂層3min，涂層被擦去。
權(quán)利要求
1.一種防水噴墨打印介質(zhì)，包括支持體和吸墨層，吸墨層中含有無機顏料和膠粘劑，其特征在于，所述的無機顏料為納米纖維狀擬薄水鋁石和納米片狀的擬薄水鋁石兩者的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的擬薄水鋁石為長度為20～60nm，比表面積(BET)為200～400m2/g的納米纖維狀擬薄水鋁石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的擬薄水鋁石為直徑為10～20nm納米片狀的擬薄水鋁石。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的兩種擬薄水鋁石質(zhì)量比為6～12∶1～4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的納米纖維狀擬薄水鋁石是用鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑或鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑中任一種或兩種混合改性而制得的擬薄水鋁石。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的膠粘劑為醇解度(mol％)為87.0～89.0，聚合度為3500～4500的聚乙烯醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的無機顏料和膠粘劑的質(zhì)量比為5～10∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的吸墨層中還含有分散劑醋酸、硼酸或聚丙烯酸中任一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防水噴墨打印介質(zhì)，其特征在于所述的支持體為涂塑(RC)紙基。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防水噴墨打印介質(zhì)及其制備方法。該介質(zhì)包括支持體和吸墨層，吸墨層中由無機顏料和膠粘劑組成，所述的無機顏料為納米纖維狀擬薄水鋁石和納米片狀擬薄水鋁石，所述的納米纖維狀擬薄水鋁石的長度為20～60nm，比表面積(BET)為200～400m
文檔編號B41M5/50GK1895907SQ200610014389
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者李偉, 張明慧, 陶克毅, 王廣磊 申請人:南開大學