噴墨列印方法和噴墨列印墨的製作方法

2023-08-09 13:52:56 3

專利名稱：：噴墨列印方法和噴墨列印墨的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種噴墨列印方法，更具體來講，涉及一種具有去溼面板的噴墨印表機的列印方法，以及涉及用於此方法的墨。
背景技術：
：當噴墨技術在諸如顯示圖形，包裝及紡織品領域中持續發展並從傳統列印方法中贏得市場份額時，需求被放在墨和列印頭上以實現高速列印，所述高速列印是充分可靠的，並且能提供與傳統列印方法可比較的列印質量和抗性。uv(紫外)固化噴墨作為一種墨技術類型近來已湧現出來，這是因為它們能夠提供良好的抗性，以及由於寬範圍的可用原料而提供了配方和應用的靈活性。噴墨列印常常會遇到的問題是當噴墨隨著時間推移時，列印頭面板上會形成墨的淤積。結果，隨後的墨滴可能會被錯誤導向，從而造成列印質量缺陷，當列印速度提高時該列印質量缺陷會變得更壞，引起不可靠的列印特徵。此外，在下一次的列印前通過擦拭和替換實現的對列印頭的維護可能成為必需。隨著新的列印頭技術的發展，列印頭面板材料的性質變得越來越重要。特別地，相當低表面能的面板(常稱為去溼面板)的使用作為一種減少墨淤積和錯誤導向噴射的方法而出現。在一個案例中，通過使用油基墨，去溼面板的可靠噴射被實現(W096/12772)。但是，對非溶劑基噴墨的需求仍然存在，所述非溶劑基噴墨從去溼面板可靠地列印並且在襯底上充分展開以獲得良好的列印質量。
發明內容本發明提供了一種由印表機列印輻射固化墨的方法，所述印表機具有在襯底上的去溼面板，其中所述墨在襯底上具有的前進接觸角不超過22°，以及在面板上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於28°。典型地，墨將被引入印表機，從去溼面板噴射在襯底上，然後被輻射固化。輻射可以是，例如電子束，但優選UV光。發明者發現，墨在襯底上的前進接觸角和墨在面板上的後退接觸角在決定具有去溼面板的印表機的噴墨列印的可靠性和質量上是極為重要的特性。發明者還發現，墨在面板上的後退接觸角易於在墨水和面板之間的延長接觸時減小，減小的程度取決於墨的成分，並且還發現在一段時間之後，例如，一個月之後，正是後退接觸角在決定噴射的可靠性上非常重要。因此，在面板上的初始後退接觸角超過28'，但在與面板的延長接觸時降到2S'以下的墨將趨向於拙劣列印，而不會表現出後退接觸角隨時間推移而減小或只對超過2S'的角度表現出減小的墨將趨向於良好列印。在襯底上具有超過22'的前進接觸角的墨不會趨於在襯底上展開，而是以一連串的離散點保持，從而產生光密度不足的圖像。發明者發現，用於本發明方法中的墨，一般而言，可通過單體混合物的精細設計獲得，從而獲得原墨，所述原墨在延長接觸後在面板上的後退接觸角大於28'，然後如果需要，修改原墨，以在襯底上獲得不超過22'的前進接觸角，例如，通過添加表面活性劑進行。襯底上的前進接觸角可通過例如，使用FirboSystemAS(StockholmSweden)的FibroDat1100儀器將墨滴噴在襯底上，並在墨滴展開時測量前進接觸角而測量。在一種有利的方法中，液滴體積是3.9pl(微升)，液滴通過直徑為0.2mm(毫米)的管被施用，並且在液滴碰撞襯底2.0秒之後測量前進接觸角。使用張力計，例如，CamtelLtd張力計測量在將面板浸入墨和從墨中移去時面板上的力，墨在面板上的後退和前進接觸角可通過Wilhelmy法測量。通過將面板浸沒在墨中一段所需的時間，墨和面板的延長接觸便可很容易地實現。所有這裡所提到的接觸角都是在25"(攝氏度)下測量的角度。面板的去溼表面典型地是塗有氟化材料的聚醯亞胺。表面能，也常稱為臨界表面張力，也可使用Zisman法測量，所述方法在"PhysicalChemistryofSurface，，(AWAdamson，第三版，JohnWiley&Sons,1976)的351頁上部被描述，其中一範圍的液體中的每種液體在表面上的接觸角的餘弦都被測量。相對液體的表面張力對接觸角的餘弦作圖，並推斷出在哪裡接觸角=1，從而得出表面的臨界表面張力。正己烷、正辛烷、1-辛醇和1，2-乙二醇是可用於Zisman法中的適合液體。優選地，當使用Zisman法測量時，去溼面板將具有不超過20達因/釐米的表面能。優選地，當使用Zisman法測量時，面板具有的表面能在16到20達因/釐米的範圍內。襯底可以是需要被印上圖像的任何材料。例如，襯底可以是紙、卡片、玻璃、金屬、聚碳酸酯、聚氯乙稀(PVC)、聚丙烯酸酯或聚.甲基丙烯酸酯或聚酯。本發明的方法尤其適合在一些襯底上印刷，所述襯底由於其低表面能，傳統上被認為很難用噴墨印刷，例如，玻璃、金屬、聚碳酸酯、聚氯乙稀、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯和聚酯。在一個實施方案中，襯底具有的表面能低於30達因/釐米。有利地，墨是這樣的，其在襯底上具有的前進接觸角不超過20'，優選不超過15°。在大多數情形下，墨在襯底上的前進接觸角將會超過1(T。優選地，墨是這樣的，其在面板上具有的後退接觸角，在一個月的接觸時段後，大於30'，更優選大於35'。墨可以包含表面活性劑。表面活性劑可被包含，例如，以減小墨在襯底上的前進接觸角。已知，表面活性劑被用在噴墨墨水中以降低其在襯底上的接觸角，就是說，提高墨對襯底的潤溼。但是，表面活性劑未被發現納入用於具有去溼面板的印表機的噴墨墨水中，這是因為存在這樣一種認識，即在墨中包含表面活性劑會促進對列印頭面板的潤溼並且導致上述的墨淤積問題。然而，依照本發明，已發現在墨中包含一些表面活性劑而不降低其在面板上的後退接觸角至不可接受的水平是可能的。廣泛的表面活性劑在商業上是可得的。表面活性劑化合物，一般而言，包括疏水部分和親水部分並可根據疏水部分的化學特性被廣泛地分類，(例如，碳氫化合物，矽或碳氟化合物)，或根據親水部分的特性分類，(例如，陰離子、陽離子或非離子型)。有機矽表面活性劑被優選。氟化表面活性劑在一些實例中被發現破壞面板並因此是較不優選的。根據本發明，用於任何特定墨的合適的表面活性劑可通過試驗或實驗被鑑定。發明者已經發現，已知用在噴墨墨水中的一些表面活性劑並不適合用在本發明的墨中，這是因為它們導致墨潤溼去溼面板(就是說，後退接觸角是0°)。例如，一些氟化表面活性劑已被發現導致對面板的潤溼。相反，一些有機矽表面活性劑已被發現是合適的，尤其是聚醚聚矽氧烷表面活性劑，如由BYKChemical禾卩TegoChemie提供的。當存在時，表面活性劑可以以佔墨重量的最高達1%的量存在，優選地以佔墨重量的0.2%到0.5%的量存在。當使用表面活性劑時，其一般將以佔墨重量的至少0.01°/。的量存在。具有低動態表面張力的表面活性劑被認為尤其適合用在本發明的墨中，所述墨也期望具有低動態表面張力。例如，當在10毫秒的表面壽命下測量時，墨優選具有小於35達因/釐米的動態表面張力。有機矽表面活性劑已知一般具有低動態表面張力，而氟化表面活性劑已知一般具有較高的動態表面張力。如上所述，配製本發明的墨的一種方法是鑑定基礎單體混合物，所述基礎單體混合物在延長暴露在面板上的後退接觸角在要求的範圍內，並且如果需要，然後添加合適的表面活性劑，以在襯底上獲得所需的前進接觸角。已被發現，包含具有低表面能的單體諸如烷基丙烯酸，尤其是十三烷基丙烯酸，可能導致延長的暴露之後面板上的後退接觸角的減小。因此，優選墨水包含在重量上少於10%的任何一種單體或多種單體，所述單體具有的表面能為30達因/釐米或更小。墨的粘性必須足夠低，這樣它可被適宜地噴射。有利地，在25'C的粘性小於60釐泊(cPs)，更優選小於40cPs，尤其優選小於20cPs。在進一步的方面，本發明提供了用於具有去溼面板的噴墨印表機的墨，所述墨在材料上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於28°，當使用Zisman法測量時，所述材料具有的表面能在16到20達因/釐米的範圍內，並且所述墨在襯底上的前進接觸角不超過22'，所述襯底具有的表面能小於30達因/釐米。在一個特別優選實施例中，墨是充分無水或無揮發性有機溶劑的("揮發性"意指在印刷環境下發生墨或固化膜的蒸發)，在這種意義上，此類成分未被故意包含進墨中，但是少量可能會以雜質出現。有利地，所述墨在重量上包括水或揮發性有機溶劑的量小於5%，更有利地小於2%，尤其有利地小於1%。本發明的墨的實施例在下文中被描述，只用於舉例說明的目的。實驗接觸角墨在列印頭面板上的接觸角依照Wihelmy法確定，其中面板被浸入墨中並且面板上的力(做校正浮力)被測量且被用於計算前進接觸角(當面板被浸入墨中時)和後退接觸角(當面板從墨水中撤出時)。使用由CamtelLtd(Royston,Herts，UK)製造的張力計。在墨最初接觸面板時及在面板被浸泡在墨水中一段時間後進行測量。墨在襯底上的前進接觸角可通過下述方法測量從直徑為0.2mm的管將大的(3.9pl)墨滴噴在襯底上，並在液滴碰撞襯底2.0秒之後使用FibroDatl100儀器(FibroSystemAB—Stockholm,Sweden)測量前進接觸角。噴射可靠性噴射可靠性是通過ToshibaTechnologies(TTEC)CA3/XaarLeopard列印頭列印UV噴墨來被評估的，所述列印頭包括去溼面板，所述去溼面板具有18.0+/-2.0dyn/cm的表面能。列印是在19-22V(伏)，45-5CTC，墨盒高度在面板下50mm的條件下進行的。在超過60分鐘的高工作循環中損耗的噴嘴的數目被記錄下來。在那段時間中無損耗或只有一些噴嘴損耗則被認為表現出優良的列印可靠性。TTEC面板的表面能CA3/XaarLeopard列印頭的ToshibaTechnologies(TTEC)去溼面板的表面能可依照如下的Zisman法測量。兩個面板用強力膠背靠背地粘著，並被放在Camtel張力計中。浸入速度為0.1毫米/秒，且浸入深度為6mm。n-己烷、n-十四烷和水被用作測試液體。所用公式是Girifalco-Goods-Fowkes-Young(GGFY)公式，該公式適用於在襯底上具有低接觸角的測試液體，並且GGFY公式被修正以考慮Yovmg-Dupre公式，該公式適用於在襯底上具有高接觸角的測試液體。測試結果如表1所示。表l:tableseeoriginaldocumentpage10從表l可以看到，18±2達因/釐米的表面能值的良好的一致性在使用GGFY公式獲得的n-己烷和n-十四烷的表面能值和使用修正的GGFY公式獲得的水的表面能值之間獲得。列印質量通過視覺評估。墨水一所用材料pNPGPA是丙氧基化的二丙烯酸新戍二醇酯，可從Sartomer獲得，例如Sartomer9003。Irgacure369是一種光引發劑，可從Ciba獲得。Sartomer506是丙烯酸異冰片酯，可從Sartomer獲得。DVE3是二乙烯基醚，並可從Rahn和BASF獲得。TDA是十三烷基丙烯酸酯。LucertinTPO是氧膦基引發劑，由BASF提供。Genorad16是抑制劑，可從Rahn獲得。Ertomer256是五丙烯酸酯單體，可從PolymerTechnologies獲得。Solsperse5000是協合劑，可從Avecia獲得。EFKA7476是分散劑，可從StorkChemicals獲得。TegoglideA115，TegoglideZG400，Trad2300和Tegowet270都是有機矽表面活性劑。ZonylFSP是陰離子氟化表面活性劑。ZonylFSK是兩性氟化表面活性劑。ZonylFSD是陽離子氟化表面活性劑。所有這些都可從TegoChemie獲得，其是Goldschmidtgroup的部分。InvercoteG是粘土塗料板。Simcaster是蠟光紙。PaperAluOPE是具有聚酯印刷表面的層壓板。墨組合物墨被製成表2所示的組合物，表面活性劑最後被添加。粘性和表面張力數據也在表1中被提供。墨在面板上和在一些襯底材料上的接觸角數據在表3中被提供。formulaseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13比較l一單體平衡具有相似的表面張力值的兩種墨被研究並發現在去溼面板上提供相似的前迸和後退接觸角。但是，在襯底(InvercoteG)上的前進接觸角是25.8°的墨(UL01-50-2)產生了拙劣的質量，而其它墨(IIB-68-2),其被配製包括十三烷基丙烯酸酯以提高襯底的潤溼，在同一襯底上的前進接觸角為12.9'且提供優良的列印質量。然而，在浸泡了一個月之後，由於十三烷基丙烯酸酯的存在，墨水IIB-68-2潤溼了面板。測試結果在表4中被提供。表4:具有不同單體平衡的墨的接觸角結果ULOl-50-2IIB2-68-2tableseeoriginaldocumentpage14比較2—表面活性劑濃度在表5中，將在襯底上具有高前進接觸角的、無表面活性劑的墨(UL-150-2)的接觸角和列印測試結果，與在襯底上具有較低前進接觸角的、分別包含0.2%和0.5%的TegoglideA115表面活性劑的墨(IIB2-117-1禾口IIB-117-2)的測試結果相比較。儘管比無表面活性劑墨具有稍低的表面張力及較低的後退接觸角，包含表面活性劑的墨經過長時間的面板浸泡後顯示出優良的穩定性，提供良好的噴射可靠性並顯示改良的列印質量。表5:包含一定範圍表面活性劑的墨的接觸角結果tableseeoriginaldocumentpage15比較3—表面活性劑的範圍表6顯示了六種墨的接觸角的測試結果，每種墨包含不同的表面活性劑。如表6所示，被測試的氟表面活性劑在低能面板上不提供任何去溼特性。不管表面活性劑本質上是陰離子，陽離子或兩性離子的，上述情況都會發生。進而，這些墨將不會從低表面能列印頭可靠地列印。在所示的有機矽表面活性劑中，墨IIB-152-5和IIB-152-6隨著時間的推移在面板上提供強去溼特性。根據其它實施例中所示的結果，這些墨將有望可靠地噴射。相反地，表面活性劑TRAD2300，如用於IIB-152-4中的，將不會可靠地噴射，這是因為在被浸泡時它的後退接觸角隨時間推移而顯著減小。表6:包含一定範圍的表面活性劑的墨的接觸角的測試結果有機矽表面活性劑氟表面活性劑HB2-I52-5152-6HB2-52-4JIBl-54-IIB1-54-31IB-54-l0.5%ZG4000.5%Wet2700.5%TRAD23001%陰離子1%陽離子1%兩性離子表面張力29.033.026.030.534.028.0Dyi，/cm面板潤溼接觸角(')前進後退前進後退前進後退前進後退前進後退前進後退初始54.3942.3160.0353.3850.4942.9353.56潤溼65.34潤溼57.3潤溼3天浸泡55.7344.4759.2250.2251.540.961月浸泡54.142.IS60.474S.4946.7820.66襯底潤溼前進接觸17.822.3角(')lnvercoteG權利要求1.從印表機噴墨列印輻射固化墨的方法，所述印表機具有在襯底上的去溼面板，其中所述墨在所述襯底上具有的前進接觸角不超過22°，以及在所述面板上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於28°。2.權利要求l所述的方法，其中所述去溼面板具有的表面能小於20達因/釐米。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中所述襯底具有的表面能小於30達因/釐米。4.根據權利要求1到3中的任一項所述的方法，其中所述襯底選自紙、鋁箔、聚烯烴、聚酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯。5.根據權利要求1到4中的任一項所述的方法，其中所述墨在所述襯底上具有的前進接觸角不超過20°。6.根據權利要求1到5中的任一項所述的方法，其中所述墨在所述面板上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於30'。7.根據權利要求1到6中的任一項所述的方法，其中所述墨包含表面活性劑。8.根據權利要求7所述的方法，其中所述表面活性劑是有機矽表面活性劑。9.根據權利要求1到8中的任一項所述的方法，其中所述墨包含按照重量計小於10%的低表面能單體。10.根據權利要求1到9中的任一項所述的方法，其中所述墨在25°C時具有的粘性小於60mPas(cPs)。11.用在具有去溼面板的噴墨印表機中的輻射固化墨，所述墨在具有的表面能在16到20達因/釐米的範圍內的材料上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於28'，並且所述墨在具有的表面能不超過30達因/釐米的襯底上的前進接觸角不超過22°。12.根據權利要求11所述的墨，其包含表面活性劑。13.根據權利要求12所述的墨，其中所述表面活性劑是有機矽表面活性劑。14.根據權利要求11到13中的任一項所述的墨，其具有的粘性在25。C日寸小於60mPas(cPs)。全文摘要本發明涉及一種由印表機噴墨列印輻射固化墨的方法，所述印表機具有在襯底上的去溼面板，其中所述墨在所述襯底上具有的前進接觸角不超過22°，以及在所述面板上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於28°。本發明還提供了用於具有去溼面板的噴墨印表機的輻射固化墨，所述墨在具有的表面能在16到20達因/釐米的範圍內的材料上具有的後退接觸角在一個月的接觸時段後大於28°，並且所述墨在具有的表面能小於30達因/釐米的襯底上的前進接觸角不超過22°。文檔編號C09D11/00GK101120064SQ200580029907公開日2008年2月6日申請日期2005年6月30日優先權日2004年7月23日發明者亞歷山大·格朗特,休·亞歷山大·艾倫,史蒂芬·保羅·威爾遜,奈傑爾·安託尼·凱傑,德裡克·愛德沃德·威爾遜申請人:太陽化學有限公司