Чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати и способ их нанесения
INK WITH QUANTUM DOTS FOR DIGITAL PIEZO-JET PRINTING AND METHOD OF APPLICATION THEREOF

Настоящее изобретение относится к чернилам с квантовыми точками для цифровых пьезоструйных принтеров, которые отверждаются ультрафиолетовым излучением и к способам их нанесения. Изобретение относится к составам для нанесения покрытий, а именно к типографским краскам, содержащим люминесцентные защитные чернила, к способам их нанесения. Изобретение можно использовать для печати на широком спектре подложек, как впитывающих, так и не впитывающих.
Аналогичные составы чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати известны и описаны в различных патентах. Например, известны чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати (патент CN 107057463 «Water-based ultraviolet fluorescent anti-counterfeiting ink based on carbon quantum dots»), которые содержат: графеновые квантовые точки в водно-спиртовой среде, при этом концентрация квантовых точек составляет 0,03-3,00 мг/мл, спирт представляет собой этанол, изопропанол или этиленгликоль.
К недостаткам данных чернил можно отнести показатель квантового выхода порядка 80%, а также испускание флуоресценции только синего цвета.
2
2
2
Известен также состав чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати, описанный в патенте WO 2013066202 A1 «Люминесцентные чернила и способы контроля подлинности», содержащий квантовые точки с полупроводниковым ядром, состоящим из ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, InP, InAs, CuInS, CuInSe, AgInS, в качестве растворителя могут быть вода, спирт, например, этанол, пропанол, изопропанол, бутанол или их комбинация, предельные, непредельные или ароматические жидкие углеводороды: гексан, гептан, октан, нонан или их подлинности», в данном изобретении используют способ цифровой пьезоструйной печати.
Недостатком данного способа нанесения является ограниченный выбор подложек, ввиду выбора в качестве растворителей воды, спирта или их смеси.
Прототипом для способа нанесения чернил для цифровой пьезоструйной печати является также патент CN 106566316 «Quantum dot ink and preparation method thereof)), описанные чернила с квантовыми точками наносят с помощью цифровой пьезоструйной печати. Далее после нанесения чернил с квантовыми точками описанным способом проводят дополнительный этап с использованием тепла или вакуумной сушки, или тому подобное.
К недостаткам данного способа нанесения чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати можно отнести наличие дополнительного этапа сушки нанесенного покрытия методом цифровой пьезоструйной печати с диапазоном кипения порядка 120-280°C, что влечет за собой выделение газообразных веществ, способных нанести вред здоровью человека и окружающей среде.
Задачей (техническим результатом), на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение универсальных чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати с низким уровнем запаха, с широкими функциональными возможностями (выполнение печати как на жестких, так и на гибких материалах, как на впитывающих поверхностях, так и на невпитывающих). А также разработка универсального способа нанесения таких чернил с высокой скоростью закрепления на подложке за счет грамотно подобранного состава, что позволяло бы исключить дополнительные операции в виде, например, сушки нанесенного изображения и как следствие сокращение вреда здоровью человека и окружающей среде.
Поставленная задача достигается тем, что в известном составе чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати, в который входят комбинация, а также толуол, ксилол или их комбинация, а также поверхностно-активные вещества: полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, триоктилфосфин, тетраэтоксисилан, тетрагидрофуран, диэтилендиоксид. Недостатком данных чернил с квантовыми точками является квантовый выход порядка 80%. Квантовый выход является важной характеристикой люминесцирующих веществ, которая показывает, насколько эффективно в исследуемом веществе преобразуется возбуждающий свет в люминесценцию.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, являются чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати - патент CN 106566316 «Quantum dot ink and preparation method thereof)), содержащие: по меньшей мере один галогенирующий ароматический растворитель, по меньшей мере, один спиртовой эфирный растворитель, квантовые точки 0,01-20,00%, в качестве которых могут быть использованы полупроводниковые соединения II-IV группы (например, CdZnS/ZnS, CdZnSe/ZnS, CdZnSeS/ZnS, CdSe/CdS/ZnS и прочие), а также III-V или IV-VI (например, InP/ZnS, PbSe/ZnS и прочие), и при этом суммарная концентрация по меньшей мере одного растворителя находится в диапазоне от 50 до 95 вес. %, от общей массы растворителя.
К недостаткам данных чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати можно отнести наличие галогенированного ароматического углеводорода с диапазоном кипения порядка 150-230°C и растворитель на основе простого эфира, имеющий температуру кипения 120-280°C, что влечет за собой выделение газообразных веществ, способных нанести вред здоровью человека и окружающей среде. Кроме того, описанные чернила с квантовыми точками имеют узкую область применения за счет использования в составе растворителей.
Известен способ нанесения чернил, описанный в патенте WO 2013066202 A1 «Люминесцентные чернила и способы контроля квантовые точки 0,01-20 мас. %, в качестве которых могут быть использованы полупроводниковые соединения II-IV группы (например, CdZnS/ZnS, CdZnSe/ZnS, CdZnSeS/ZnS, CdSe/CdS/ZnS и прочие), а также III-V или IV-VI (например, InP/ZnS, PbSe/ZnS и прочие), монофункциональные и дифункциональные акриловые мономеры в количестве 40 - 85 мас. %, компонент для фотохимического инициирования радикальной полимеризации в количестве 6-10 мас. %, кроме того, дополнительно в состав чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати входит ингибитор полимеризации в количестве 0,1-1 мас. %.
В качестве монофункциональных акриловых мономеров могут быть использованы акролоилморфолин, тетрагидрофурфурилакрилат или 2-[[бутиламино)карбонил]окси]этил акрилат. В качестве нефункциональных акриловых мономеров могут быть использованы трициклодекандиметанол диакрилат, 1,6-гександиол диакрилат и дипропиленгликоль диакрилат.Кроме того, в качестве фотоинициаторов могут быть использованы вещества из ряда фосфиноксидов. Причем чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати имеют вязкость по Брукфильду 8-18 сП при 25°C и поверхностное натяжение 20-40 дин/см при 25°C.
Кроме того, поставленная задача достигается тем, что в известном способе нанесения чернил, при котором чернила с квантовыми точками заливают в печатающую головку, запускают печать и при этом одновременно облучают УФ-излучением в диапазон 385-405 нм. За счет фотохимического инициирования и реакции радикальной полимеризации покрытие моментально готово к эксплуатации.
Доказательство поставленных задач показано на примере получения чернил с квантовыми точками на примере зеленого цвета.
Пример 1.
Загружают в диссольвер при постоянном значении скорости перемешивания - 100 об/мин расчетные количества монофункциональных мономеров акролоилморфолин (обладает низким запахом, придает нанесенному изображению хорошую стойкость к истиранию и растворимости, хорошую адгезия), тетрагидрофурфурилакрилат (или 2-[[бутиламино)карбонил]окси]этил акрилат, дифункциональных мономеров трициклодекандиметанол диакрилат, 1,6-гександиол диакрилат и дипропиленгликоль диакрилат, ингибитора полимеризации Genorad 22. Далее увеличивают скорость перемешивания до 350 об/мин. Температура 27-32°C. Время диспергирования 30 минут.
Снижают скорость перемешивания до 100 об/мин, загружают в диссольвер расчетные количества фотоинициатора - вещество из ряда фосфиноксидов, ведут перемешивание в течение 1 часа при скорости 450 об/мин и температуре 27-32°C.
Загружают расчетное количество дисперсии квантовых точек и перемешивют с помощью диссольвера при 650 об/мин в течение первого часа и не менее 900 об/мин в течение следующих 3 часов при температуре 27-32°C. Суммарное время диспергирования около 4 часов.
Измеряют вязкость полученных чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати на вискозиметре Брукфильда Brookfield DV2T при температуре 25°C и поверхностное натяжение на тензиометре Kruss BP 50. Вязкость по Брукфильду при 25°C составляет 10,27 сП. Поверхностное натяжение: 36,4 дин/см.
После чего чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати заливают в печатающую головку, например, Ricoh МН 5420, струйного принтера и запускают печать при Т=42°C, U=13,2 V и одновременно подвергают УФ-облучению в диапазоне 385-405 нм.
Таким образом, по сравнению с прототипом, где в составе используются органические растворители, что вынуждает вводить дополнительный этап сушки нанесенного изображения, например, термическая или вакуумная сушка. Это что влечет за собой выделение газообразных веществ, способных нанести вред здоровью человека и окружающей среде, а также придают чернилам специфический запах. Предлагаемое техническое решение имеет бессольвентную природу, что позволяет получать чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати, отверждаемые УФ-излучением с низким уровнем запаха и с широкими функциональными возможностями (выполнение печати как на жестких, так и на гибких материалах, как на впитывающих поверхностях, так и на невпитывающих).
Кроме того, данные чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати обладают хорошей адгезией к различным материалам, что тоже существенно расширяет спектр подложек, которые возможно использовать для нанесения данных чернил, а также квантовый выход описываемого изобретения достигает 90%, чернила с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати имеют широкий спектр цветов в диапазоне о 400 до 3000 нм.
Высокая адгезия позволяет проводить печать на различных материалах, например, таких как стекло, пластик, МДФ, керамическая плитка, холст и др., при значительно сниженном уровне запаха чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати, высокой скоростью полимеризации в узком диапазоне УФ-излучения - 385-405 нм. Полимеризация в таком диапазоне позволяет использовать для отверждения чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати светодиодную систему, при этом материалы, на которые наносятся изображения, не нагревается, следовательно, перечень материалов, используемых для печати, может быть значительно расширен.
Использование таких чернил позволяет выполнять печать как на жестких, так и на гибких материалах. Использование предлагаемых чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати существенно расширяет область их применения.
На основе предлагаемого способа нанесения разработана универсальная технология получения изображения с помощью чернил с квантовыми точками для цифровой пьезоструйной печати, и прошла ее апробация. Полученные результаты подтвердили, что высококачественные чернила с квантовыми точками могут быть использованы для нанесения способом струйной пьезоэлектрической печати.