Nghiên cứu biến pigment màu phù hợp với mực in phun gốc nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHÙNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT HẠT PIGMENT MÀU DÙNG CHO MỰC IN PHUN GỐC NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ IN Hà Nội, 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHÙNG ANH TUẤN NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT HẠT PIGMENT MÀU DÙNG CHO MỰC IN PHUN GỐC NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CƠNG NGHỆ IN NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS HỒNG KIỀU NGUN Hà Nội, 2006 Mơc lơc Lêi cam ®oan Mơc lục Đặt vấn đề Trang Chương 1: Mở đầu Trang 1.1 Giới thiệu công nghệ in phun Trang 1.2 Mực dùng công nghệ in phun Trang 1.3 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mực in phun Trang 1.4 Yêu cầu mực in phun gốc nước Trang 1.5 Đặc điểm cđa mùc n­íc in phun Trang 10 1.6 Nh­ỵc điểm mực in phun gốc nước hướng Trang 11 khắc phục Phần A phân tán pigment môI trường nước Chương 2: Quá trình tạo hệ phân t¸n pigment n­íc Trang 13 2.1 Mét sè lý thuyết hệ phân tán Trang 13 2.1.1 Giới thiệu hệ phân tán Trang 13 2.1.2 Các phương pháp tạo hệ phân tán Trang 17 2.1.3 Các phương pháp ổn định hệ phân tán Trang 22 2.2 Quá trình tạo hệ phân tán pigment nước Trang 32 2.1.1 Đặc điểm pigment Trang 32 2.1.2 Quá trình thực nghiệm tao hệ phân tán pigment Trang 35 nước 2.1.3 Kết thảo luận Phần B Nghiên cứu chÕ t¹o líp vá polyme Trang 37 cho hƯ pigment phân tán nước Chương 3: Phản ứng đồng trùng hợp gốc styren Trang 41 hydroxyl meta metyl acrylat môi trường nước 3.1 Yêu cầu phân tử polyme bọc hạt pigment Trang 41 3.2 Trùng hợp phương pháp tiến hành trùng hợp Trang 42 3.2.1 Trïng hỵp gèc Trang 43 3.2.2 Trïng hỵp nhũ tương Trang 49 3.3 Phản ứng đồng trùng hợp gốc styren hydroxyl Trang 52 meta metyl acrylat môi trường nước 3.3.1 Đồng trùng hợp Trang 52 3.3.2 Nguyên tắc lực chọn chất tham gia phản ứng Trang 52 3.3.3 Cơ chế phản ứng dự kiến Trang 56 3.3.4 Kết phản ứng đồng trùng hợp Trang 60 Chương 4: Quá trình tạo lớp vỏ polyme cho hạt pigment màu Trang 63 phân tán môi tr­êng n­íc 4.1 Sù hÊp phơ cđa polyme lªn bỊ mặt pigment Trang 63 4.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm Trang 64 4.3 Kết nghiên cứu Trang 66 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng Trang 67 4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ pigment/monome Trang 71 KÕt ln Trang 77 Tµi liƯu tham khảo Trang 79 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, mực in gốc nước sử dụng rộng rÃi giải pháp môi trường thay cho loại mực gốc dung môi tất phương pháp in Các loại mực in gốc nước thường sử dụng thuốc nhuộm làm vật liệu để tạo màu thuốc nhuộm có khả hoà tan hoàn toàn môi trường nước Tuy nhiên, việc sử dụng thuốc nhuộm làm chất màu có số nhược điểm, đặc biệt độ bền nước độ bền ánh sáng Để khắc phục nhược điểm này, pigment sử dụng làm vật liệu tạo màu Nhưng, việc sử dụng pigment gặp khó khăn việc giảm kích thước hạt tăng độ bền phân tán Ngoài ra, nhược điểm mực in phun gốc nước độ bền in không cao, khả in loại vật liệu không thấm hút Để khắc phục nhược điểm mực in phun gốc nước sử dụng pigment, có nhiều giải pháp đà thử nghiệm kết không đạt ý Chẳng hạn, có giải pháp cho thêm số loại nhựa nhũ tương vào hệ mực in Tuy nhiên, hệ mực với hạt nhựa hạt pigment phân tách hoàn toàn cải tiến độ bền in mực không đủ, chí làm tăng độ nhớt mực, ảnh hưởng đến độ bền phun mực Có hướng nghiên cứu khác bọc hạt pigment lớp vỏ tạo phản ứng trùng hợp Các hạt pigment bọc có cấu trúc nhân pigment vỏ polyme Các hạt nhựa màu hứa hẹn tính chất ưu việt khả phân tán, độ bền màu, độ bền in khả in loại vật liệu không thấm hút Tuy nhiên, kết nghiên cứu cho thấy nhiều vấn đề phải nghiên cứu để giải kích thước hạt màu lớn, mật độ màu quang học thấp, độ nhớt hệ sau phản ứng cao, độ bền phân tán thấp Dựa vào hướng nghiên cứu với mục đích khắc phục vấn đề tồn mực in phun gốc nước, lựa chọn đề tài Nghiên cứu chế tạo hạt nhựa màu dùng cho mực in phun gốc nước Yêu cầu đặt lựa chọn monome phù hợp, xây dựng điều kiện công nghệ để hạt màu tạo đáp ứng yêu cầu công nghệ in phun Chương 1.1 Mở đầu Giới thiệu công nghệ in phun Không phương pháp in truyền thống, công nghệ in phun In phun đà phát triển nhanh ứng dụng rộng rÃi lĩnh vực in công nghiệp in văn phòng In phun công nghệ in không tiếp xúc, với khả in chất liệu kết hợp in thông tin liệu đa dạng với tốc độ in cao khoảng 2100 ký tự giây Đặc điểm công nghệ in phun áp lực in, thông tin liệu điều khiển dạng tín hiệu số Quá trình phun mực điều khiển tín hiệu điện trình in thực đầu in chuyển động theo hàng ngang bề mặt giấy, đầu phun hoạt động đồng thời, màu phun đồng loạt vị trí mà máy tính đưa thông tin tới Trong công nghệ in phun, sản phẩm đạt chất lượng cao in giấy có tráng phủ hạt mực phun cã kÝch th­íc nhá Nãi chung, c«ng nghƯ in phun chia thành hai kỹ thuật dựa cách hình thành giọt, kỹ thuật phun liên tục kỹ thuật phun giọt Mỗi kỹ thuật phản ánh thị trường mà phục vụ Kỹ thuật in phun liên tục tạo hình nhanh ®ßi hái cao vỊ tÝnh chÊt cđa mùc ®Ĩ cã thể in đẹp Mặc dù giá trị thương mại mực in liên tục ứng dụng gần đây, tính chất khoa học đà chứng minh hàng trăm năm trước Lord Rayleigh dựa vào tính linh động phun mao quản làm sở cho công nghệ Kỹ thuật phun chất lỏng cách làm ổn định chất lỏng mẫu xác định để tạo giọt Kỹ thuật sử dụng rộng rÃi ứng dụng công nghiệp Thật lý tưởng cho việc in thông tin mà số, mà vạch, hạn sử dụng sản phẩm, trình sản xuất liên tục, đặc biệt sản phẩm có bề mặt không phẳng Ngược lại, đặc trưng phương pháp in phun giọt giọt in có yêu cầu, giọt tạo thành cấu dùng áp lực đẩy mực Một vài phương pháp sử dụng để tạo giät, gåm cã van phun, xung lùc, ¸p st, nhiƯt nóng chảy Việc sử dụng kiểu kỹ thuật phụ thuộc vào ứng dụng in công nghiệp hay in văn phòng 1.2 Mực dùng công nghệ in phun 1.2.1 Giíi thiƯu chung HiƯn nay, c«ng nghƯ in phun đà sử dụng rộng rÃi giới với loại mực đa dạng phù hợp với tõng vËt liƯu in kh¸c Mùc in phun gèc nước với ứng dụng chủ yếu in vËt liƯu thÊm hót nh­ giÊy, b×a Mùc in phun gốc dung môi có khả in vật liệu khó khăn kim loại, nhựa, thuỷ tinh Hiện tại, mực in phun chiếm vài phần trăm thị trường mực châu âu thời gian tới thị phần mực in phun tăng đến 11% cạnh tranh với thị trường mực in flexo Mỗi phương pháp in có yêu cầu công thức mực tính chất mùc kh¸c TÝnh chÊt vËt lý cđa mùc in phun phải hoàn toàn tương thích với công nghệ in phun sử dụng Ví dụ mực sử dụng in phun liên tục phải có khả dẫn ®iƯn ®Ĩ cã thĨ tÝch ®iƯn vµ ®i qua hai điện cực (có điện áp cao) giọt mực tích điện đến bề mặt vật liệu in giọt mực không tích điện bị thu hồi Mực in phun phải đáp ứng yêu cầu chung sau: không độc, khả cháy thấp, không ăn mòn đầu phun, kích thước hạt nhỏ (dưới 0.5àm) để không làm tắc đầu phun, mật độ màu cao, bỊn víi m«i tr­êng, thêi gian kh« nhanh 1.2.2 a Phân loại mực sử dụng in phun theo thành phần Mực chuyển pha Mực chuyển pha hạt rắn nhiệt độ thường Khi bên đầu phun mực bị nóng chảy dạng lỏng, giọt mực phun khỏi đầu phun, tác dụng không khí nhiệt độ mực nhanh chóng giảm, giọt mực đến bề mặt in chuyển thành hạt rắn Mực khô nhanh, không bị biến màu, không bị dotgian, hình ảnh sắc nét Tuy nhiên mực bám dính kém, dễ bị mài mòn, dễ làm tắc đàu phun Bảng 1.2 Các thành phần sử dụng mực chuyển pha STT VËt liƯu TÝnh chÊt sư dơng Tû lƯ % Nước khử ion Tạo môi trường 40 70 DÉn xt axit bÐo Giam ®é nhít – 20 Chất dính Nhựa Plastic Tạo độ dẻo 15 Pigment màu Tạo màu 10 Chất chông oxi hoá Bền nhiệt 0,05 - Tăng khả bám dính 15 Hình 1.1 ¶nh chơp mùc chun pha b Mùc gèc dÇu Mùc gốc dầu thường sử dụng cho máy in phun khỉ lín nh­ m¸y Raster Graphic PiezoPrint 5000 hay m¸y Xerox Colorgraph Tốc độ in máy chậm khoảng (5 20 m2/giờ), mực thấm hút vào vật liệu in Các vật liệu phải phủ lớp phủ đặc biệt để mực sau in không bị chảy màu không bị thấm mặt sau Một ứng dụng khác mực in gốc dầu in máy in cuộn khổ nhỏ ví dụ dùng cho máy in Dotrix press để in giấy dán tường với tốc độ 900 m2/giờ Mực in gốc dầu dễ dàng sử dụng với đầu phun áp điện, có khả in độ phân giải cao Một vấn đề mực in gốc dầu ứng dụng công nghiệp không tương thích với trình gia công sau in, trình dẫn đến làm hỏng bề mặt in c Mực in phun UV Các tính chất đạt với mực in gốc dầu, hay mực chuyển pha nhìn chung chấp nhận ứng dụng đặc biệt, ví dụ sử dụng in văn phòng với vật liệu đặc biệt giấy in phun hay vật liệu tráng phủ bề mặt Nhưng vật liệu sử dụng công nghiệp in thường vật liệu không thấm hút không tráng phủ, loại mực in phun sản xuất để khắc phục nhược điểm loại mực in phun trên, mực in phun UV Mực UV in loại vật liệu nỊn kh«ng thÊm hót nh­ polyetylen, poly propylen,nh«m, giÊy, nhùa PVC, v.v Quá trình khô mực UV dựa phản ứng trùng hợp gốc sử dụng ánh sáng UV để khơi mào phản ứng Bảng 1.3 Các thành phần sư dơng mùc in phun UV STT VËt liƯu TÝnh chÊt sư dơng Tû lƯ % TPGDA/HDDA/TMPTA T¹o màng mực 10 40 Phenoxyethylacrylate/IBOA Điều chỉnh độ nhít 10 – 50 C¸c chÊt phơ gia Pigment màu Tạo màu 15 Benzophenone/Irgacure 184 Tăng tốc độ trùng hợp 15 Tăng độ bền phun Tăng khả thấm ướt 15 Tạo độ bền Methylhydroquinone Khơi mào phản ứng 0,1 quang trùng hợp d Mực gốc nước: Thành phần mực gốc nước bao gồm từ 40ữ70% nước, mực không độc hại người sử dụng môi trường Quá trình khô diƠn chËm, chđ u cđa mùc lµ bay thấm hút vào vật liệu Màng mực sau in có mật độ màu độ điểm phân giải thấp (do mực thấm hút vào vËt liƯu in) Mùc cã ®é nhít thÊp, thêi gian sử dụng lâu hàm lượng nhựa thấp Mực in gốc nước ứng dụng rộng rÃi phương pháp in như: in flexo, in ông đồng, in offset khô, in kỹ thuật số Bảng 1.1 Các thành phần ®­ỵc sư dơng mùc in phun gèc n­íc STT Vật liệu Tính chất Tỷ lệ % ã Yêu cầu cđa hƯ pigment sau bäc: - HƯ pigment sau bọc phải phân tán hoàn toàn nước, độ bền phân tán hệ cao - Kích thước hạt trung bình hệ 200nm - Cường độ màu hệ trước sau phản ứng thay đổi không đáng kể - Độ nhớt hệ không tăng tăng giới hạn cho phép mực in phun gốc nước - 8cps 4.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm ã Căn vào kết phản ứng đồng trùng hợp chương 3, kết hệ phân tán pigment nước (chương 2), ta tiến hành thí nghiệm sau: - Chuẩn bị Styren: Styren chất hoạt tính trùng hợp mạnh, phân tử styren dễ dàng trùng hợp lại với chịu tác động yếu tố nhiệt độ, ánh sáng,v.v trình sản xuất nhà sản xuất thường dùng chất hÃm để giảm khả hoạt tính styren Do đó, phải chưng styren điều kiện chân không (250 mmHg,480C) để thu styren tinh khiết - Sử dụng hệ phân tán pigment nước (chương 2) để làm môi trường phản ứng - Sử dụng điều kiện phản ứng đà nghiên cứu chương để tiến hành tạo lớp vỏ polyme cho hạt pigment màu + Nhiệt độ phản ứng: 800C + Tỷ lệ khơi mào/monome: 1% + Nồng độ chất nhũ hoá: 0.9% khối lượng ã Sơ đồ thí nghiệm Hình 4.2 Sơ đồ thí nghiệm ã Trình tự thực phản ứng - Hệ phân tán pigment/nước cộng thêm chất khơi mào, chất nhũ hoá gia nhiệt đến 800C (bằng máy ổn nhiệt) khuấy trộn máy khuấy trục mềm - Khí N2 đưa vào để thay không khí - Hỗn hợp styren HMA nhỏ giọt vào bình phản ứng nhiệt độ bình đạt 800C - Thực phản ứng thời gian định, điều kiện ổn định nhiệt độ, tốc độ khuấy, thời gian nhỏ giọt ã Các phương pháp đánh giá kết thí nghiệm - Xác định kích thước hạt pigment sau phản ứng phương pháp hiển vi điện tử trun qua (TEM-Tranmission electron microscopy) Tõ ¶nh chơp mÉu, ta xác định đường kính trung bình theo công thức: N d= di i=1 N (1) di đường kính hạt thứ i N số hạt bọc - Sự hình thành lớp vỏ polyme xác định cách quan sát ảnh chụp hạt số hạt riêng lẻ Những hạt có lớp vỏ bọc polyme lớp vỏ bọc (polyme) phần lõi (hạt pigment) phản xạ khác chùm điện tử truyền qua phương pháp TEM, thể ảnh TEM với mật độ đen khác ta dễ dàng quan sát Chiều dày trung bình lớp vỏ xác định dựa ảnh chụp tập hợp hạt bọc theo công thức: i độ dày lớp vỏ hạt thứ i N số hạt bọc - Xác định biến đổi màu hệ pigment sau phản ứngbằng phương pháp đo phổ hấp thụ máy quang phổ tử ngoại khả kiến (HP Agilent 8453) Mỹ, với photodiot có khả quét phổ nhanh dải quang phỉ réng, kho¶ng b­íc sãng λ = 190 nm ữ 1100 nm - Đánh giá khả phân tán bền phân tán hệ pigment sau bọc phương pháp đo tán xạ ánh sáng Độ bền phân tán đánh giá độ tăng kích thước hạt sau thời gian tuần 4.3 Kết nghiên cứu Như đà biết, phản ứng trùng hợp chịu ảnh hưởng lớn thời gian, thời gian phản ứng nhiều hay làm thay đổi kết phản ứng Qua số nghiệm thăm dò, nhận thấy thí nghiệm có thời gian phản ứng giờ, có tạo thành polyme chưa có tạo thành lớp vỏ Do tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình bọc hạt pigment 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng - Thực hàng loạt ph¶n øng ë cïng mét diỊu kiƯn: + Tû lƯ chất khơi mào/monome: 1% + Tỷ lệ pigment/monome: 1/10 + Nhiệt độ phản ứng: 800C + Tốc độ khuấy: 300 vòng/phút + Dụng cụ khuấy: máy khuấy trục mềm Với thời gian thay đổi giờ, giờ, Hình 4.3 ảnh TEM chụp mẫu - thời gian giờảnh Hệ pigment thu sau phản ứng phản ứng mang chụp TEM,2 từ mẫu thu ta xác định kích thước (đường kính) trung bình hạt sau bọc chiều dày trung bình lớp vỏ polyme tạo thành ứng với thời gian phản ứng - Hệ pigment trước sau bọc mang chụp phổ hấp thụ máy đo quang phổ tử ngoại-khả kiến để xác định thay đổi màu quang học trước vµ sau bäc - HƯ pigment sau bäc quan sát trực quan xác định thời điểm xuất sa lặng từ đánh giá độ bền phân tán hệ Kết thu sau xác định kích thước trung bình, đo phổ hấp thụ, đo độ bền phân tán hệ pigment sau bọc sau: Bảng 4.1 Chiều dày lớp vỏ pigment thay đổi theo thời gian phản ứng trùng hợp Thời gian STT Kích thước Kích thước phản ứng hạt trước hạt sau Chiều dày Tỷ lệ số lớp vỏ hạt (giờ) bọc (nm) bọc (nm) (nm) bäc 48,8 48,8 0 48,8 60,7 5,95 100 62,5 82,6 10,05 100 B¶ng 4.2 Tính chất quang học độ bền phân tán cđa hƯ Thêi gian STT ph¶n øng (giê) - B­íc sóng hấp phụ cực Thời gian có đại (nm) tượng sa lắng (ngày) Trước phản Sau phản Trước Sau ph¶n øng øng ph¶n øng øng 509 506 1 509 506 10 549 509 Nhìn vào hình 4.3 ta thấy thời gian phản ứng lớp vỏ polyme gần không hình thành độ trùng hợp phản ứng thấp (do thời gian phản ứng ngắn) Các hạt pigment tập hợp thành đám làm tăng kích thước hạt, dẫn đến tượng sa lắng xảy sau thời gian ngắn - Khi tăng thời gian phản ứng lên hầu hết 100% số hạt bọc, chiều dày lớp vỏ polyme tăng, độ bền phân tán tăng Vì thời gian phản ứng tăng lên độ trùng hợp tăng, mạch polyme lớn nên có khả phủ kín hạt pigment làm tăng chiều dày lớp vỏ Đồng thời tạo nên hiệu ứng không gian ngăn chặn tập thành đám có kích thước lớn, giúp tăng độ bền Hình 4.7 Phổ hấp thụ cđa hƯ pigment tr­íc sau øng H×nh 4.6 Phỉ hÊp thụ hệ pigment trước phản ứng phân tán hệ Tuy nhiên tăng thời gian phản ứng lên độ bền phân tán hệ giảm Điều giải thích sau: lớp vỏ polyme dày trọng lượng phân tử hạt tăng nên sa lắng diễn nhanh đồng nghĩa với việc độ bền phân tán hệ giảm Mặt khác chiều dày lớp vỏ tăng cường độ màu giảm dẫn đến thay đổi tÝnh chÊt quang häc cđa hƯ tr­íc vµ sau bọc tăng - Ngoài ra, thời gian giờ, hệ có tập hợp pigment bọc Điều dẫn đến tăng kích thước hạt làm giảm độ bền phân tán hệ Để giải thích tượng có hai cách sau + Trong trình trùng hợp, hệ có số tập hợp hạt pigment chưa phân tán hoàn toàn polyme tạo thành bao bọc tập hợp + Hoặc thời gian phản ứng tăng nên mạch phân tử polyme tăng, trình phản ứng mạch phân tử polyme sau đà hấp phụ bọc quanh hạt pigment liên kết với tạo thành tập hợp, đồng thời làm cho hạt pigment tập hợp lại với Hình 4.8 ảnh chụp TEM mẫu có thời gian phản ứng ã Như qua ảnh chụp TEM, bảng số liệu phân tích cho thấy, với thời gian phản ứng cho kết tốt hệ pigment tạo thành có tỷ lệ số hạt bọc cao, kích thước hạt đáp ứng yêu cầu đề < 200nm thay đổi tính chất quang học không đáng kể Từ ta xây dựng thông số kỹ thuật cho hệ phản ứng sau: Bảng 4.3 Các thông số kỹ thuật phản ứng Thông số Giá trị Tỷ lệ chất khơi mào/monome 1% Tỷ lệ pigment/monome 1/10 Nhiệt độ 800C Tốc độ khuấy 300 vòng/phút Thời gian phản ứng Nồng độ chất nhũ hoá 0.9% khối lượng 4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ pigment/monome - Qua số thí nghiệm với tỷ lệ pigment/monome 1/12, kÕt qu¶ cho thÊy hƯ pigment sau ph¶n ứng có xuất kết tủa màu trắng Đây mạch polyme có khối lượng phân tử lớn, sau phản ứng tập hợp với tạo thành khối màu trắng Vì vậy, để nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ pigment/monome, thực phản øng ë cïng ®iỊu kiƯn nh­ sau: - Thùc hiƯn hàng loạt phản ứng diều kiện: + Tỷ lệ chất khơi mào/monome: 1% + Thời gian phản ứng + Nhiệt độ phản ứng: 800C + Tốc độ khuấy: 300 vòng/phút + Dụng cụ khuấy: máy khuấy trục mềm Với tỷ lệ pigment/monome 1/10, 1/5, 1/3 KÕt qu¶ chơp ¶nh TEM hƯ pigment sau phản ứng trình bày: hình 4.8, hình 4.9, hình 4.10, hình 4.11 Số liệu thu được, trình bày theo bảng 4.4 Bảng 4.4 Tỷ lệ số hạt bäc thay ®ỉi theo tû lƯ pigment/monome Tû lƯ ChiỊu dày Tỷ lế số hạt pigment/monome lớp vỏ (nm) bäc (%) 1/10 8.5 100 1/5 8.1 95 1/3 0 STT Hình 4.10 ảnh TEM chụp hệ phân tán với tỷ lệ 1/5 Hình 4.11 Phổ hấp thụ hệ pigment trước sau phản ứng ã Đánh giá kết quả: - Tỷ lệ pigment/monome tăng số hạt bọc giảm, chiều dày lớp vỏ polyme tạo thành thay đổi không đáng kể - Với tỷ lệ pigment/monome 1/10 100% số hạt bọc, hệ pigment sau phản ứng có xuất kết màu trắng Ngoài ra, với tỷ lệ P/M 1/10 hàm lượng pigment thấp, cường độ màu để làm mực không cao Hình 4.12 ảnh TEM chụp hệ phân tán với tỷ lệ 1/3 + Hiện tượng có kết tủa trắng sau ph¶n øng ë tû lƯ 1/10 cã thĨ gi¶i thÝch sau: Khi bắt đầu cho hỗn hợp monome vào hệ phản ứng, phân tử styren hấp phụ lên bề mặt pigment sau tham gia phản ứng đồng trùng hợp với HMA tạo lớp vỏ polyme bọc hạt pigment (vì phản ứng mà tỷ lệ pigment/monome thấp tạo thành lớp vỏ) Kết tủa trắng hệ monome dư sau đà hấp phụ lên bề mặt pigment tham gia phản ứng trùng hợp với Các monome styren sản phẩm trùng hợp styren có màu trắng Hoặc lượng monome nhiều nên mạch phân tử polyme tạo thành có khối lượng phân tử lớn, lớp vỏ bọc dày, dẫn đến làm màu pigment hạt tập hợp với tạo nên kết tủa trắng Hình 4.13 Tập hợp hạt pigment đà bọc - Với tỷ lệ pigment/monome 1/5 95% số hạt bọc, cường độ màu sau phản ứng cao., chiều dày lớp vỏ tạo thành tương đương với tỷ lệ 1/10 - Còn tỷ lệ 1/3 hạt pigment bọc (Hình 4.12) ã Như tỷ lệ pigment/monome 1/5 đa số hạt bọc, cường độ màu thay đổi không đáng kể sau bäc, ta thÊy tû lƯ nµy lµ tèt Tỷ lệ P/M 1/5 tương đối cao • §é nhít cđa hƯ pigment sau bäc Víi mục đích tìm hiểu thay đổi độ nhớt hệ pigment sau phản ứng, tiến hành đo độ nhớt hệ pigment đà phản ứng Phương pháp đo sử dụng phương pháp đếm giọt mao quản, ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é 250C Ba mÉu thÝ nghiƯm bọc hạt pigment chuẩn bị với tỷ lệ P/M 1/5 tỷ lệ I/M 1%, 2%, 0,5% tiến hành điều kiện phản ứng Kết đo độ nhớt thể bảng 4.5 Kết đo cho thấy độ nhớt hệ sau phản ứng thấp, phù hợp với mực in gốc nước Với giá trị độ nhớt đo nằm khoảng từ 0,9 ữ 1.5 cps, ta nhận định mạch phân tử polyme tạo thành nằm giới hạn yêu cầu từ 10000 ữ 30000 đvC Bảng4.5 Kết đo độ nhớt STT Tỷ lệ Pigment/monome Tỷ lệ chất khơi mào/monome 1/5 1/5 1/5 0,5% 1% 2% §é nhít cđa hƯ pigment sau bäc (cps) 1,03 0,91 0,76 • Để xác định độ bền phân tán hệ sau bọc khảo sát độ tăng kích thước hạt hệ sau thời gian ngày, 14 ngày 21 ngày Ba mẫu phản ứng bọc hạt pigment với tỷ lệ P/M khác 1/10, 1/5,1/3 chuẩn bị điều kiện phản ứng Các mẫu sau thí nghiệm đánh giá kết hai phương pháp chụp ảnh Tem đo động học tán xạ ánh sáng (Dynamic light scattering: DLS) Kết bảng 4.6 Bảng 4.6 Kết đo kích thước hạt ảnh TEM máy đo DLS Kích thước KÝch th­íc h¹t tõ TEM h¹t tõ DLS (nm) (nm) 82,6 164,0 70,7 144,4 88.6 199,2 Thêi gian (ngµy) HƯ phân tán Số hạt đếm 7 1/10 1/5 1/3 1356 2512 1536 14 14 14 1/10 1/5 1/3 1167 1792 1253 93,86 71,2 190,4 170,8 150,9 379,3 21 21 21 1/10 1/5 1/3 1476 2164 1714 105,4 72,5 257,6 205,6 154,6 513,9 Từ kết đo ta có đồ thị thể tăng kích thước hạt mẫu thí nghiệm theo thời gian sau: Hình 4.14 Đồ thị thể tăng kích th­íc cđa h¹t pigment theo thêi gian 600 Tû lƯ P/M lµ 1/5 Tû lƯ P/M lµ 1/10 500 Kích thước hạt(nm) Tỷ lệ P/M 1/3 400 300 200 100 0 14 21 Thêi gian (ngày) Nhìn vào đồ thị ta thấy rằng: + tỷ lệ P/M 1/3, hầu hết hạt pigment chưa đựoc bọc, gia tăng kích thước hạt lớn xảy nhanh (thể đồ thị đường có độ dốc lớn), độ bền phân tán hệ + Với tỷ lệ 1/5 hệ có độ bền phân tán cao, sau khoảng thời gian gia tăng kích thước hạt hệ không đáng kể + Với tỷ lệ 1/10 chiều dày lớp vỏ bọc hạt pigment lớn so với tỷ lệ 1/5 nên độ bền phân tán hệ hơn, hệ bền phân tán so với lúc chưa bọc + Như tỷ lệ P/M 1/5 hệ pigment sau bọc có độ bền phân tán cao Kết luận Qua trình nghiên cứu rút số kết luận sau: - Quá trình phân tán pigment nước sử dụng hoạt chất PEG cho kết tốt, kích thước hạt trung bình hệ phân tán nhỏ 100nm Nồng độ chất PEG sử dụng đảm bảo hấp phụ toàn lên bề mặt hạt pigment trình phân tán Việc sử dụng phương pháp đảo pha giúp khắc phục nhược điểm thiết bị phân tán - Phản ứng đồng trùng hợp styren HMA có tạo thành co- polyme.Ngoài ra, phân tử co-polyme có mặt nhóm hydroxy, kết quan trọng, tồn nhóm chức sau phản ứng sở để áp dụng phản ứng đồng trùng hợp vào trình tạo hạt nhựa màu phân tán nước Xác định thông số kỹ thuật phản ứng chất khơi mào, chất nhũ hóa, nhiệt độ phản ứng, tốc độ khuấy - Trên sở hệ phân tán pigment nước kết nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp đà chế tạo thành công hạt pigment bọc polyme phân tán môi trường nước Kích thước hạt pigment sau bọc đáp ứng yêu cầu mực in phun nhỏ 200nm - Qua nghiên cứu ảnh hưởng thời gian phản ứng tỷ lệ pigment/monome với thời gian phản ứnglà tỷ lệ P/M 1/5 hệ pigment tạo thành sau phản ứng có độ phân tán độ bền phân tán cao, mật độ quang hệ pigment sau bọc thay đổi không đáng kể so với trước bọc, độ nhớt hệ sau phản ứng thấp tương đương với trọng lượng phân tử copolyme nằm khoảng giới hạn yêu cầu 10000 ữ 30000đvC - Tóm lại, nghiên cứu chế tạo hạt nhựa màu có cấu trúc nhân pigment vỏ polyme hướng nghiên cứu mang tính thời lĩnh vùc chÕ t¹o mùc in phun gèc n­íc hiƯn Đây đề tài mang tính ứng dụng cao Hiện tại, luận văn đà chế tạo thành công hạt nhựa màu xây dựng thông số kỹ thuật cho trình bọc hạt pigment Nhưng trình làm thí nghiệm, số kết cho thấy tính ổn định phản ứng chưa cao, số kết cần nghiên cứu rõ Vì vậy, hướng nghiên cứu nâng cao tỷ lệ số hạt pigment bọc, tìm thông số kỹ thuật để tăng tính ổn định phản ứng, chế tạo thử nghiệm mực sở hệ pigment bọc, khảo sát tính mực độ bền sáng, độ bền nước, độ bền phun, khả in loại vật liệu không thấm hút,v.v Tài liệu tham khảo [1] Khouldchaev K., Graczyk T.; J Img.Sci.Tech., 45, 2001 [2] Vikman K.; J Img.Sci.Tech., 47, 2003 [3] De Gans B J, Duineveld P.C; Wiley Inter Science report, 2003 [4] Sakai, Junichi, et al.; United states patent application No 20030050362, 2003 [5] Paul Becher, Encylopedia of emulsion technology; volume 1; Marcel Dekker, INC; copyright 1983 [6] Paul Calvert; Chem.Mater 13, 2001 [7] Shlomo Magdassi, Matti Ben-Moshe; 14th SIS conference, 2002 [8] Yoon Yeo, Osman A Basaran and Kinam Park; J Controlled release, 93, 2003 [9] Ohya.Hedenobu,Kida Shuji, Abe.takao; Konica technical report, 16, 2003 [10] H.T.K.Nguyen, T.V.Thang, P.A.Tuan, N.V.Cuong, et al.; RSCE 2005 proceeding; p.330-333 [11] M.M.H.Ayoub,M.M.EI-Awady, H.E.Nasr, and S.M.Negim.; PolymerPlastics Technology and Engineering, Vol 42, No 5, pp 863–881, 2003 [12] Sakai, Junichi, et al.; United state patent application No 20030050362, 2003 [13] Tsuru, Isao, Kaida, et al.; United state patent application No 20040030002, 2004 [14] P.A.Tuan, H T.K.Nguyen, T.V.Thang, N.T.Hieu; Colored resin particles uses for water-based ink-jet inks; Printing of funtional materials, RSC conference, Manchester, UK, 6-2006 [15] P.A.Tuan, N.Q.Hung, N.T T.Ngoc, H T.K.Nguyen, B.T T.Loan; A study of the preparation of pigment particles covered by film-forming polymers that are applied for water-based inks;proceeding of the 20th scientificconference HUT, Hanoi,10-2006 [16] Phạm Thị Phương Anh, Luận văn thạc sỹ khoa học, 10.2005 [17] N.H.Phú, P.N.Thanh, Đ.V.Hoan; Giáo trình hoá lý hoá keo; Trường Đại học bách khoa hà nội, 1971 ... công nghệ in phun Trang 1.2 Mực dùng cơng nghệ in phun Trang 1.3 Nh÷ng yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mực in phun Trang 1.4 Yêu cầu mực in phun gốc nước Trang 1.5 Đặc điểm mực nước in phun Trang... khả in vật liệu không thấm hút., độ bền in cao,v.v - Dựa vào hướng nghiên cứu trên, nội dung báo cáo nghiên cứu chế tạo hạt nhựa màu dùng cho mực in phun gốc nước Mục đích nghiên cứu tạo hạt màu. .. Một vấn đề mực in gốc dầu ứng dụng công nghiệp không tương thích với trình gia công sau in, trình dẫn đến làm hỏng bề mặt in c Mực in phun UV Các tính chất đạt với mực in gốc dầu, hay mực chuyển