噴墨油墨組合物的製作方法
2023-06-06 21:40:21 1
專利名稱：噴墨油墨組合物的製作方法
噴墨油墨組合物 背景
本發明一般涉及噴墨油墨組合物。
熱噴墨印表機使用電阻器產生熱量，從而使油墨氣化形成氣泡。隨著氣泡 膨脹， 一些油墨從噴嘴噴出。在氣泡破滅時產生真空，將更多的油墨從墨盒吸 到列印頭中。
主要基於水的油墨通常在熱噴墨印表機中使用性能不佳。性能不佳可能是 由於水的迅速蒸發常常導致噴嘴的可靠性差造成的(即由於水迅速蒸發導致幹 燥的油墨硬皮堵塞噴嘴)。
主要為非水性溶劑基油墨(即由蒸氣壓比水高的溶劑製成的油墨)通常比 水性油墨在非吸收性基材上具有更短的乾燥時間，這至少部分地是因為較高的
蒸氣壓和較低AH的蒸發值。但是，非水性溶劑基油墨可能是不合要求的。這 可能至少部分地是由於這類油墨中存在一定量的揮發性有機化合物，這類油墨 的潛在高揮發性，以及/或者這類油墨與粘合劑和聚合物的潛在不相容性。非水 性溶劑基油墨還限制了適於製造列印頭的材料，因為一些溶劑可能破壞列印 頭。
水性和溶劑基油墨的組合通常包括足夠的低蒸氣壓/高沸點溶劑，以幫助 對噴嘴可靠性的控制。隨著這些油墨中水的蒸發，溶劑往往留在噴射腔(firing chamber)中，以保持油墨中的著色劑和其它材料溶解。但是，通常用於獲得噴 嘴可靠性的一定量的溶劑可能不容易蒸發，從而增加了在非吸收性基材上的幹 燥時間。
發明詳述
本發明所揭示的噴墨油墨組合物的實施方式是適用於按需熱噴墨列印 (drop-on-demand thermal inkjet printing)和壓電噴墨列印的主要基於水性的油 墨。本發明所揭示的噴墨油墨組合物有利地表現出良好的耐蹭髒性和/或耐磨性，增強的開蓋(decap)性能，良好的噴嘴正常狀況，比只基於水的墨水更佳的 墨滴形成性和噴墨性，並且在列印到非吸收性介質上時乾燥時間縮短(即無輔 助空氣)。
文中所用的術語"開蓋"指噴墨油墨在長時間接觸空氣後容易從列印頭中 噴出的能力。油墨開蓋時間是印表機噴嘴可能由於堵塞的原因而不能再正確噴 射之前油墨列印頭保持開蓋的時間。通常，由於失水、油墨結垢和/或染料在任 何噴嘴中和/或任何噴嘴周圍結晶而在噴嘴中形成粘性栓塞物，可能導致噴嘴堵 塞。如果噴嘴被堵塞，則通過噴嘴的口噴出的墨滴可能出錯，對列印質量造成 不利的影響。噴嘴的口還可能完全堵住，結果導致墨滴無法通過受影響的噴嘴。
不受限於任何理論，據信油墨中較多的水和較少量特定溶劑助劑的組合有 助於達到良好的噴嘴正常狀況，良好的開蓋性能和可靠的墨滴形成性/噴墨性， 基本上不會對油墨在非吸收性介質上的乾燥時間造成不利的影響。還據信丙烯 酸膠乳有利於提高列印油墨乾燥後的耐蹭髒性。
熱噴墨油墨組合物的一個實施方式包括1，2-己二醇；溶劑；丙烯酸膠乳； 著色劑；分散劑；和餘量的水。
通常，油墨組合物中1，2-己二醇的含量約為0.5重量％至2重量％。不受 限於任何理論，據信在油墨組合物被噴射後，噴嘴處於閒置狀態，較少量的1,2-己二醇能夠集中在噴嘴中的空氣-油墨界面處。據信這可能至少部分地是由於 1,2-己二醇被認為是具有親水端和疏水端的準表面活性劑。還據信這種性質可 以明顯降低失水的速率，從而基本防止噴嘴結皮，增強開蓋性能和噴嘴可靠性。
在一個實施方式中，油墨組合物中溶劑的總濃度約為6重量Q^至10重量 %。溶劑選自雙丙甘醇單甲醚、四氫糠醇(也稱為四氫-2-呋喃甲醇[97-99-4])、 丙二醇單丙醚和它們的組合。據信少量溶劑與1,2-己二醇的組合可以有利地促 進噴嘴狀況的保持，而不會對列印時油墨的乾燥時間造成不利的影響。此外， 據信少量溶劑可以獲得可靠的墨滴形成性和噴墨性。
丙烯酸膠乳的含量約為1重量％至5重量％。丙烯酸膠乳的非限制性例子 包括具有表面酸基團的聚合物膠體微粒，該膠體微粒可以長時間保持穩定，往
往可以抵抗團聚。在美國專利申請第10/772,792號(作為美國專利申請第 2005/0176847號於2005年8月11日公開)中詳細描述了這類聚合物膠體微粒的例子，該專利申請的完整內容通過引用結合於此。
不受限於任何理論，據信在結合著色劑的同時，所述膠乳形成薄膜，從而 提高了油墨的耐蹭髒性。
噴墨油墨組合物還包含著色劑。通常，著色劑的含量約為0重量％至6
重量％。在一個實施方式中，著色劑的含量約為3重量％至6重量％。合適的 著色劑包括顏料、染料或它們的組合。顏料可以是非離子型顏料、陽離子型顏 料、陰離子型顏料和/或它們的組合，而染料可以是陽離子型染料和/或陰離子 型染料。
文中所用的術語"顏料"指基本不溶於所用的液體載色體的著色劑顆粒。合 適的顏料包括自分散的顏料和非自分散的顏料。自分散的顏料包括那些已經通 過電荷或聚合物基團在表面進行過化學改性的顏料。該化學改性有助於顏料變 成和/或基本上保持分散在液體載色體中。非自分散的顏料使用在液體載色體中 或物理塗布在顏料表面上的獨立且不相連的分散劑(例如聚合物、低聚物或表 面活性劑等)。
在一個實施方式中，顏料是自分散的陰離子型顏料。對顏料前體進行化學 改性，使該前體具有水分散性。這類改性包括引入羧酸根和/或磺酸根官能團。 在一個實施方 式中，陰離子型顏料與Na+、 Li+、 K+和NH4+陽離子結合，但是 在本發明中可以使用任何合適的抗衡離子。自分散顏料的一個非限制性例子是 CAB-O-JET 300，可從位於麻薩諸塞州波士頓的卡博特公司(Cabot Corporation located in Boston, MA)購得。
合適的黑色顏料的例子包括瑞翁(Raven)7000、瑞翁5750、瑞翁5250、瑞 翁5000和瑞翁3500 (所有這些都可從位於美國喬治亞州瑪利埃塔的哥倫比亞 化學品公司(Columbian Chemicals, Co., Marietta, GA)購得)。合適的黑色顏料的 其它例子包括色黑(Color Black)FW 200、色黑FW 2、色黑FW 2V、色黑FW 1 、 色黑FW18、色黑S160、色黑S170、特種黑(Special Black)6、特種黑5、特 種黑4A和特種黑4 (所有這些都來自位於新澤西州帕西潘尼的德固薩公司 (Degussa Corp. located in Parsippany， NJ))。
許多有色顏料能夠通過連接有機基團而得到改性。合適的有色顏料類型包 括但不限於蒽醌、酞菁藍、酞菁綠、重氮、單偶氮、皮蒽酮、茈、雜環黃、喹吖啶酮和(硫)靛。酞菁藍的非限制性例子包括銅酞菁藍及其衍生物(例如PB15)。
喹吖啶酮的例子包括但不限於顏料橙(PO)48、 P049、 PR122、 PR192、 PR202、 PR206、 PR207、 PR209、顏料紫(PV) 19、 PV42或它們的組合。蒽醌的非限制 性例子包括PR43、 PR194 (紫環酮紅(perinone red))、 PR216 (溴化的皮蒽酮紅 (pyrathrone red))、 PR226 (皮蒽酮紅)或它們的組合。茈顏料的例子包括但不限 於PR123(朱紅)、PR149(猩紅)、PR179(慄色)、PR190 (紅)、PR189(帶黃的紅 色(yellow shade red))、 PR224或它們的組合。硫靛的非限制性例子包括PR86、 PR87、 PR88、 PR181、 PR198、 PV36、 PV38或它們的組合。合適的雜環黃顏 料的例子包括但不限於PY117、 PY138或它們的組合。其它合適的有色顏料的 例子在Colour Index(《顏色索引》，第3版，The Society of Dyers and Colourists， 1982)中有介紹。本文所述顏料是合適的顏料的例子；但是，應理解其它顏料 也適用於噴墨油墨組合物的實施方式。
合適的染料的非限制性例子包括直接黃(directydlow)86;酸性紅289;
直接藍41;直接藍53;直接藍199;直接黑168;直接黃132;可購自羅得島
州考文垂的克萊瑞特公司(Clariant, Coventry, RI)的Duasyn⑧系列染料；直接黑 168;活性黑(reactiveblack)31;直接黃157;活性黃37;酸性黃23;活性紅180;
直接紅28;酸性紅52;酸性紅91;酸性黑l;酸性綠3;酸性綠5;酸性綠50; 直接藍199;酸性藍l;酸性藍9;酸性藍34;酸性藍90;酸性藍93;酸性藍 104;活性紅4;活性紅56;酸性紅92;或它們的組合。
合適的染料的其它非限制性例子包括特瑞肯(Tricon)酸性紅、特瑞肯直接 紅227、特瑞肯酸性黃17、黃色調(Yellow Shade)16948 (所有都可購自位於新 澤西州埃爾姆伍德公園的特瑞肯顏色公司(Tricon Colors Inc., located in Elmwood Park, NJ)); Pergasol Yellow CGP, Orasol Black RL (汽巴嘉基 (Ciba-Geigy))， Orasol Black RLP (所有都可購自位於美國紐約州塔利頓的汽 巴專業化學品公司(Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown， NY)); Levafix 亮黃 (Brilliant Yellow)E-GA， Levafix Yellow E2RA， Levafix Black EB， Levafix Black E-2G， Levafix Black P-36A， Levafix Black PN-L， Levafix 亮紅 (Brilliant Red)E6BA和Levafix 亮藍(Brilliant Blue)EFFA (所有都可購自位於 德國法蘭克福的DT公司(DyStar Textilfarben GmbH, Frankfurt, Germany));Procion Turquoise PA， Procion Turquoise HA， Procion Turquoise Ho5G， Procion Turquoise H-7G， Procion Red MX-5B， Procion Red H8B (活性紅 31)， Procion Red MX 8BGNS， Procion Red G， Procion Yellow MX-8G, Procion Black H-EXL ， Procion Black P—N, Procion Blue MX-R， Procion BlueMX誦4GD， Procion Blue MX-G和Procion Blue MX-2GN (所有這些都 可購自DT公司(DyStar Textilfarben GmbH))。本文所述染料是合適的染料的例 子；但是，應理解其它染料也適用於噴墨油墨組合物的實施方式。
應理解，染料可以與顏料在顏色上匹配(例如品紅染料與品紅顏料)。或者， 染料和顏料可以是不同的顏色(例如，品紅顏料和青色染料)。染料的含量約為 0.5重量％至2重量％。據信染料增加了各種形式的介質上列印的油墨的色度 和飽和度。
在油墨組合物中還可以包含分散劑，以促進著色劑的分散。通常，分散劑 的含量為顏料重量的約0.4重量％至0.6重量％。適用於油墨組合物的實施方 式的一類分散劑包括那些具有苯乙烯/丙烯酸共聚物樹脂的分子骨架的分散劑。 通常，分散劑的酸值大於或等於100，分子量等於或小於20,000。 合適的分 散劑的具體例子包括那些由位於新澤西州弗羅漢公園的巴斯夫公司(BASF Corp., Florham Park, NJ)製造的商品名如下的分散劑Joncryl 680 (分子量 4，900，酸值215)、 Joncryl 682 (分子量1,700，酸值238)、 Joncryl 586 (分子量 4,600，酸值108)、 Joncryl 683 (分子量8,000，酸值160)、 Joncryl 678 (分子量 8,500，酸值215)、 Joncryl 671 (分子量17,250，酸值215)或它們的組合。
油墨組合物還可包含其它添加劑。這類添加劑的非限制性例子包括水溶性 聚合物、表面活性劑(例如非離子型表面活性劑、乙氧基化的非離子型含氟表 面活性劑等)、緩衝劑、殺生物劑、掩蔽劑、粘度調節劑、表面活性劑、螯合 劑、樹脂和/或它們的組合。
噴墨油墨組合物的其餘物質是水。
噴墨油墨組合物的形成實施方式包括提供或製備油墨載色體(例如溶劑、 丙烯酸膠乳、水)，向其中加入有效量的著色劑。
在噴墨油墨組合物的使用方法的一個實施方式中，在至少一部分基材上施 加油墨組合物，形成圖像。施加的油墨組合物的量至少部分地取決於所需的將要形成的圖像。所述圖像可以包括文字數字標記、圖解標記或它們的組合。合 適的噴墨列印技術的非限制性例子包括熱噴墨列印或壓電噴墨列印。合適的打 印機包括可攜式熱噴墨印表機或壓電噴墨印表機(比如，手提式印表機、可安 裝在手臂上的印表機、可安裝在手腕上的印表機等)，臺式熱噴墨印表機或壓 電噴墨印表機，或它們的組合。
在非吸收性基材上施加噴墨油墨的實施方式中，乾燥時間等於或小於約 20秒。應理解，乾燥時間可以略有變化，至少部分地取決於字體和列印密度。 合適的非吸收性基材(其中的一些還可以是非多孔性基材)的例子包括但不限於 乙烯基和其它塑料片或膜，金屬，帶有塗層的膠印介質， 一些木材，玻璃，和 /或類似材料，和/或它們的組合。這些基材的一些具體的非限制性例子包括聚 丙烯帶、聚酯帶、聚乙烯袋、耐水封套、鋁箔、其它可由聚乙烯和/或高密度聚 乙烯形成的基材，和/或它們的組合。
應理解，本文所揭示的噴墨油墨組合物的實施方式還可列印在吸收性基材 上。這類基材的非限制性例子包括但不限於普通紙張、微孔相紙、塗層紙、光 澤相紙、半光澤相紙、重無光紙、光澤廣告紙、數字美術紙、砑光紙(calendared paper)、乙烯基紙或它們的組合。
為了進一步說明本公開的實施方式，本文給出實施例。應該理解，提供該 實施例是為了舉例說明，不應將其解釋成限制公開的實施方式的範圍。
實施例
製備三種不同的油墨組合物。其中的兩種油墨(油墨配方1和2)表示本公 開的實施方式，另一種油墨(油墨配方3)是在無1,2-己二醇的情況下用不同溶劑 形成的比較例樣品。所述配方如下表l所示。表l:油墨配劑
油墨配劑1油墨配劑2油墨配劑3(比較)組分重量組分重量組分重量％
雙丙甘醇單甲醚6%丙二醇單丙醚6%三羥甲基丙垸10%
1,2-己二醇1.0%四氫糠醇1.0%2-吡咯垸酮6%
含氟表面活性劑1.0%1，2-己二醇1.0%1,5-戊二醇4%
自分散品紅顏料3.0%含氟表面活性劑1.0%含氟表面活性劑1%
酸性紅521%自分散品紅顏料3.0%自分散品紅顏料3%
丙烯酸膠乳3%酸性紅521%酸性紅521%
水85%丙烯酸膠乳3%丙烯酸膠乳3%
水87%水75%
使用熱噴墨印表機將油墨配劑列印在各種非吸收性介質和普通紙上。無輔
助的乾燥時間結果示於表2中。通過用軟布或薄棉紙擦拭列印的文字來測量幹 燥時間。以24點(pt)字體列印文字，以25%損耗列印點圖形。
表2:在不同介質上油墨配劑的乾燥時間結果
乾燥時間測試基材油墨配劑1油墨配劑2油墨配劑3
鋁箔< 20秒 4小時
玻璃<20秒 4小時
高密度聚乙烯(HDPE)<20秒 4小時
低密度聚乙烯(LDPE)< 20秒 4小時
雙軸取向的聚丙烯帶(BOPP)<20秒 4小時
聚酯膜< 20秒 4小時
聚對苯二甲酸乙二酯(PET) (例如Mylar⑧)膜<20秒 4小時
Tyvek Envelope(封套)< 1秒< 1秒<5秒
普通紙< 1秒< 1秒< 1秒
通常，"< 5秒"表示在0-1秒測試時列印的油墨會蹭髒，但是在5-6秒時不 會蹭髒。"<20秒"表示在10-15秒時列印的油墨會蹭髒，但是在20秒時不會蹭 髒。應理解，所述時間可以在+/-1秒的誤差範圍內。
如表2所示，在列印到非吸收性基材上時，油墨配劑1和2的乾燥時間比 油墨配劑3短。
儘管我們詳細地描述了幾個實施方式，但是，對本領域的技術人員顯而易 見的是公開的實施方式是可以修改的。因此，以上的描述是示例性的而不是限 制性的。
10
權利要求
1. 一種噴墨油墨組合物，其包含含量約為1重量％至5重量％的丙烯酸膠乳；選自雙丙甘醇單甲醚、四氫糠醇、丙二醇單丙醚和它們的組合的溶劑，所述溶劑的含量約為6重量％至10重量％；含量約為0. 5重量％至2重量％的1，2-己二醇；含量約為0重量％至6重量％的著色劑；分散劑；和水。
2. 如權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述著色劑選自顏 料、染料和它們的組合。
3. 如權利要求1或2所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述分散劑選 自苯乙烯/丙烯酸共聚物樹脂。
4. 如權利要求1-3中任一項所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，當將所 述噴墨油墨組合物施加到基本非吸收性基材上時，噴墨油墨組合物的乾燥時間 小於或等於約20秒。
5. 如權利要求4所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述基本非吸收性 基材選自聚丙烯帶、聚酯帶、聚乙烯袋、鋁箔、玻璃、聚乙烯基材、高密度 聚乙烯基材、耐水封套和它們的組合。
6. 如權利要求1-5中任一項所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述組 合物還包含表面活性劑、殺生物劑、緩衝劑或它們的組合。
7. 如權利要求1-6中任一項所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述著 色劑的含量約為3重量％至6重量％。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述噴 墨油墨組合物被設置成通過印表機列印到基本非吸收性基材上。
9. 如權利要求8所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述印表機是熱噴 墨印表機或壓電噴墨印表機。
10. 如權利要求9所述的噴墨油墨組合物，其特徵在於，所述熱噴墨印表機選自可攜式熱噴墨印表機、臺式熱噴墨印表機和它們的組合，或者所 述壓電噴墨印表機選自可攜式壓電噴墨印表機、臺式壓電噴墨印表機和它 們的組合。
全文摘要
一種噴墨油墨組合物，其包含丙烯酸膠乳、溶劑、1，2-己二醇、著色劑、分散劑和水。丙烯酸膠乳的含量約為1重量％至5重量％。溶劑選自雙丙甘醇單甲醚、四氫糠醇、丙二醇單丙醚和它們的組合，溶劑的含量約為6重量％至10重量％。1，2-己二醇的含量約為0.5重量％至2重量％，著色劑的含量約為0重量％至6重量％。
文檔編號G01N1/36GK101523184SQ200780036405
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月27日 優先權日2006年9月29日
發明者L·J·羅利, M·L·喬伊 申請人:惠普發展公司，有限責任合夥企業