包含穩定化增塑溶膠的液體油墨的製作方法
2023-09-20 06:15:50
專利名稱：包含穩定化增塑溶膠的液體油墨的製作方法
技術領域：
本發明涉及包含電荷導向劑，具有酸或胺基團的增塑溶膠，和分散劑的液體油墨組合物。尤其是，本發明涉及在用於任何成像工藝，包括(但不限於)油墨轉印工藝，離子照相，電記錄和電子照相彩色印刷或塗膠工藝時具有改進的分散穩定性和改進的可充電性的液體油墨。
背景技術：
液體油墨廣泛用於各種成像和印刷工藝，例如膠印，氣泡噴射，噴墨，凹印，輪轉凹版印刷，電記錄，和電子照相印刷。對於相應的每種工藝，在用於液體油墨的顏料分散中所需的許多特性是相同的，即使最終油墨配方可基本上不同。例如，在格柵(shelf)上的顏料分散在剪切狀態下和在高電壓場下的穩定性是重要的因素，與液體油墨的最終用途無關。本領域不斷尋求更穩定的顏料分散體，以提供油墨配方更大的靈活性，這樣在各種印刷工藝中得到更好的效率並減少浪廢。
在包括設備如照相複製機，雷射印表機，傳真機機器等和類似物的電子照相場合中，液體油墨稱作液體調色劑或顯影劑。一般，電子照相工藝包括，通過將光電導體以成像圖案暴露於輻射而在帶電的光電導體上形成靜電潛像圖像，通過光電導體與液體油墨的接觸而將臨時圖像在光電導體上顯影，並最終將臨時圖像轉印到受體上。最終轉印步驟可直接由光電導體或間接通過中間轉移元件而進行。顯影圖像通常經受熱和/或壓力以將圖像永久融合到受體上。
液體油墨通常包含用作已知為調色劑顆粒的帶電顆粒的分散所用載體的電絕緣液體。這些調色劑顆粒至少由著色劑(如顏料或染料)和聚合物粘結劑組成。通常包括電荷控制劑作為液體顯影劑的組分以調節調色劑顆粒上電荷的極性和大小。液體油墨可劃分為主要兩種。簡便起見，這兩種稱作增塑溶膠油墨和有機溶膠油墨。
有機溶膠油墨包括一種包含熱塑性樹脂核和共聚物空間穩定劑的接枝(graft)共聚物，而增塑溶膠油墨包含一種增塑溶膠，即通過將細分聚合物顆粒分散在其中不溶解聚合物的液體介質中而製成的分散體。
液體油墨配製時的一個問題是，難以得到具有優異的分散穩定性的液體油墨。因此，要求液體油墨組合物具有優異的分散穩定性。
配製液體油墨時的另一重要因素是液體油墨的可充電性。液體油墨最好具有高可充電性，這樣它可獲得足夠量的電荷以在電場下強制遷移並隨後敷在光受體上的成像區域上。液體油墨的可充電性由其導電率和其移動性度量。一般來說，具有合適油墨導電率和合適油墨移動性的液體油墨是理想的。
U.S.專利No.4,623,558(Lin)在此作為參考併入本發明，其中公開了一種熱固性增塑溶膠分散組合物，包含(1)在室溫下不溶於反應性增塑劑並可在熔化溫度或更高的溫度下塑化的粉末形式的聚(苯醚)(PPO)；(2)選自以下組合中的液體反應性增塑劑(a)至少一種在分子中具有平均一個以上環氧化物基團的環氧化物樹脂，(b)至少一種包含至少一個烯屬不飽和基團的液體單體，低聚物或預聚物，和(c)一種(a)和(b)的混合物；所述液體反應性增塑劑能夠在熔化溫度下溶劑化PPO並以5-2,000份/100重量份(1)的量範圍內存在；和(3)佔(2)的0.01-10％重量的用於存在於該組合物的增塑劑的熱引發劑或光引發劑。熔化之後的增塑溶膠分散可在交聯反應之後形成熱固性塑料。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種包含增塑溶膠的穩定的液體油墨，其利用一種具有增加的分散穩定性和改進的可充電性的新組合物。
為了實現以上目的，本發明提供一種液體油墨，包括a)Kauri-Butanol(貝殼杉丁醇)數低於或等於30的載液，b)增塑溶膠，c)分散劑，和d)電荷導向劑，其中如果使用正性電荷導向劑，增塑溶膠具有酸基團且酸值為30-150毫克KOH/克，且分散劑具有胺基團使得胺基團與酸基團的摩爾比是0.075-0.3，而如果使用負性電荷導向劑，增塑溶膠的胺值為5-200毫克KOH/克，且分散劑具有酸基團使得酸基團與胺基團的摩爾比是0.075-0.3。
根據本發明的其它的方面，提供了一種液體油墨，包含a)Kauri-Butanol數低於或等於30的載液，b)具有酸基團且酸值為30-150毫克KOH/克的增塑溶膠，c)具有胺基團使得胺基團與酸基團的摩爾比是0.075-0.3的分散劑，和d)正性電荷導向劑。
增塑溶膠優選具有50-120毫克KOH/克的酸值且胺基團與酸基團的摩爾比是0.09-0.2。
正性電荷導向劑可至少包含有機酸金屬鹽，優選辛酸鋯。
分散劑優選為至少一種選自以下組合中的物質聚烯烴，聚乙烯基醇，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基乙基醚，聚氧化乙烯，明膠，甲基纖維素，甲基羥基丙基纖維素，乙基纖維素，羧基甲基纖維素的鈉鹽，澱粉，含氮聚合物，和含酸聚合物。含氮聚合物優選為至少一種選自以下組合中的物質聚乙烯基吡咯烷酮，多元胺，聚乙烯亞胺，包含胺基團的聚(甲基)丙烯酸酯，包含(甲基)丙烯酸烷基酯和含胺基團的(甲基)丙烯酸酯的共聚物，和其烴可溶衍生物。
更優選，分散劑包括衍生自甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的烴可溶共聚物。
本發明的液體油墨還可包括至少一種著色劑。
根據本發明的其它的方面，提供了一種液體油墨，包含a)Kauri-Butanol數低於或等於30的載液，b)胺值為5-200毫克KOH/克的增塑溶膠，c)具有酸基團使得酸基團與胺基團的摩爾比是0.075-0.3的分散劑，和d)負性電荷導向劑。
增塑溶膠優選具有30-120毫克KOH/克的胺值，且酸基團與胺基團的摩爾比優選為0.09∶1-0.2∶1。
負性電荷導向劑優選為至少一種選自以下組合中的物質含氮單體，季銨嵌段共聚物，卵磷脂，鹼性石油磺酸鋇，鹼性石油磺酸鈣，和鹼性石油磺酸鈉，金屬環烷酸鹽化合物，和聚異亞丁基琥珀醯亞胺。
分散劑優選包括衍生自至少一種選自以下組合中的單體的烴可溶共聚物聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，聚乙烯基磺酸，苯乙烯/馬來酸共聚物，乙烯基甲基醚/馬來酸共聚物，丙烯酸，甲基丙烯酸，苯乙烯磺酸，乙烯基磺酸和其組合物。
液體油墨還可包括著色劑。
在本發明的一個實施方案中，增塑溶膠優選包括平均顆粒直徑為0.5-3.5微米，優選0.6-3.0微米，更優選0.75-2.5微米的顆粒。
在另一方面，本發明描述了一種用於提供圖像的工藝，包括，在一個表面上產生電荷分布，將液體油墨施用到表面上使得油墨被有差別地吸引至該分布電荷，這樣在該表面上形成圖像。
該電荷分布通過在表面上形成均勻電荷，並隨後按成像分布逸散電荷而形成。
具體實施例方式
本發明的增塑溶膠液體油墨主要根據電子照相辦公室印刷來描述；但可以理解，這些液體調色劑在其用途上並不如此受限，而且也可用於其它的成像工藝，其它的印刷工藝，或其它的油墨轉印工藝，如高速印刷機，光複印裝置，縮微膠片複製設備，傳真機印刷，噴墨印表機，儀器記錄設備，和類似物。
提供了一種增塑溶膠液體油墨組合物，它包含著色劑，電荷控制劑，分散劑，和分散在Kauri-Butanol(KB)數低於或等於30的液體中的增塑溶膠。「Kauri-Butanol」是指ASTM試驗方法D1133-54T。Kauri-Butanol數(KB)用於度量kauri樹脂在1-丁醇中的標準溶液對所加烴稀釋劑的耐受性，並在測定為25℃下在加入20克標準kauri-1-丁醇溶液時為產生某個確定的渾濁度所需的溶劑的體積，以毫升表示。標準值是甲苯(KB＝105)和75％體積庚烷與25％體積甲苯(KB＝40)。該油墨在本領域中稱作增塑溶膠油墨，因為兩種組分，即聚合物顆粒和KB值低於或等於30的液體作為增塑溶膠加入，或與油墨的所有材料組分混合在一起以形成增塑溶膠或發揮其增塑溶膠作用。
術語「增塑溶膠」在電子照相和電子照相可相容的油墨領域內以其特殊的含義理解。術語「增塑溶膠」表示一種顆粒分散體，如熱固性增塑溶膠顆粒分散組合物，包含粉末形式的聚合物顆粒(非限定性例子，如，丙烯酸聚合物和共聚物，丙烯醯胺聚合物，酸基團衍生的丙烯酸聚合物，酸衍生的丙烯醯胺聚合物，鹼性基團衍生的丙烯酸聚合物，鹼性基團衍生的醯胺聚合物和共聚(苯醚))。為了成為增塑溶膠，顆粒在室溫下不溶於增塑劑或溶劑，但在熔化溫度或更高的溫度下，或在聚合物顆粒與其它的材料高溫化合形成分散時的溫度下可塑化(可熔化，可分散或流動)。形成或熔化之後的增塑溶膠分散能夠在交聯反應之後形成熱固性塑料。
載液可選自本領域已知的各種各樣的材料，但載液優選具有低於或等於30的Kauri-Butanol數。該液體通常在各種條件下是親油的，化學穩定的，且是電絕緣的。電絕緣是指液體具有低介電常數和高電阻率。優選，該液體的介電常數低於或等於5，更優選1-5，和最優選1-3。載液的電阻率通常大於或等於109歐-釐米，更優選大於或等於1010歐-釐米，和最優選1010歐-釐米至1016歐-釐米。
載液還優選是相對非粘稠的以使帶電顆粒能夠在顯影過程中運動，而且是足夠揮發的使得它及時從最終的成像基片上去除，但是足夠非揮發性的以儘量減少儲存的顯影劑的蒸發損失。另外，載液應該對用於液體電子照相工藝，尤其光受體和其釋放表面的材料或設備是化學惰性的。
合適的載液的非限定性例子包括脂族烴(n-戊烷，己烷，庚烷和類似物)，環脂族烴(環戊烷，環己烷和類似物)，芳族烴(苯，甲苯，二甲苯和類似物)，滷化烴溶劑(氯化烷烴，氟化烷烴，氯氟碳，和類似物)，矽氧烷油和這些溶劑的共混物。優選的載液包括支化石蠟溶劑共混物如IsoparTMG，IsoparTMH，IsoparTMK，IsoparTML，IsoparTMM和IsoparTMV(得自Exxon Corporation，NJ)，和最優選的載體是脂族烴溶劑共混物如NorparM12，NorparM13和NorparM15(得自ExxonCorporation，NJ)。
適用於本發明的粘結劑可以是包含都可與著色劑顆粒強烈相互作用的酸基團或胺基團的任何增塑溶膠。這種強烈相互作用提供高油墨分散穩定性。
分散穩定性和可充電性可通過向增塑溶膠中加入具有相反酸度或鹼度的分散劑而進一步提高。例如，如果使用正性電荷導向劑，可選擇包含酸基團的增塑溶膠和具有鹼性基團的分散體來製備本發明的正性油墨。
另一方面，如果使用負性電荷導向劑，可選擇包含鹼性基團的增塑溶膠和具有酸基團的分散體來製備本發明的負性油墨。
本發明優選的增塑溶膠包括丙烯酸共聚物如得自IneosAcrylics，Cordova TN的Elvacite樹脂；得自NeoResins，Wilmington MA的Neocryl樹脂；得自Johnson Polymer，Sturt6vant，WI的Joncryl樹脂；和得自Goodyear輪胎和橡膠公司，Akron，OH的Pliolite樹脂。最優選的增塑溶膠是包含酸基團的那些來自Ineos Acrylics的如Elvacite 2776樹脂，和來自JohnsonPolymer的Joncryl 835和611樹脂；和包含鹼性基團的那些如來自IneosAcrylics的Elvacite EDP296。
顆粒尺寸已知對油墨和增塑溶膠的性能有影響，但已發現，本發明中的顆粒尺寸可容易控制並提供在光電導性油墨商業內不常見的範圍。例如，某些市售產品中的標準顆粒尺寸範圍為約4-6微米。
通過降低顆粒的研磨活度而更容易得到較大的尺寸，而且可得到10，12和15微米的尺寸。這些較大的尺寸往往通過更不透明的圖像，這在提供多層/多色圖像時不一定有益的。
不透明油墨層會過多地使下方的圖像和下方的顏色暗淡。在本發明的實施中，通過使用特定的研磨方法並本文所用的特定材料，顆粒尺寸範圍可控制在約0.5-15微米。更重要的是，本文所述的材料和方法能夠較好地將聚合物和分散顆粒尺寸控制在0.50-15微米，0.5-5.0微米，0.5-4.0微米，0.5-3.5微米，0.5-3.0微米，0.5-2.5微米，0.6-4.0微米，0.6-3.5微米，0.6-3.0微米，0.6-2.5微米，0.75-4.0微米，0.75-3.5微米，0.75-3.0微米，和0.75-2.5微米的範圍內。
任何常規分散方法可在增塑溶膠液體油墨的製備中用於影響增塑溶膠的顆粒尺寸降低。合適的分散方法的非限定性例子包括高剪切勻化，球磨，超微研磨，高能珠粒(砂)研磨或本領域已知的其它方式。
採用前述增塑溶膠的液體油墨可包含包埋在增塑溶膠樹脂中的著色劑顆粒。
常用的著色劑是本領域熟知的且包括材料如染料，染劑，和顏料。優選的著色劑是可加入到增塑溶膠樹脂，名義上不溶於載液且不與其反應，且可有效地用於使靜電潛像可見的顏料。通常合適的著色劑的非限定性例子包括酞菁藍(C.I.顏料藍151，152，153和154)，單芳基化物黃(C.I.顏料黃1，3，65，73和74)，二芳基化物黃(C.I.顏料黃12，13，14，17和83)，芳基醯胺(Hansa)黃(C.I.顏料黃10，97，105，138和111)，偶氮紅(C.I.顏料紅3，17，22，23，38，481，482，521，81，814和179)，喹吖啶酮品紅(C.I.顏料紅122，202和209)和黑色顏料如細分碳(Cabot Monarch 120，Cabot Regal30CR，Cabot Regal 350R，Vulcan X72)和類似物。
任何常規分散方法可在增塑溶膠液體油墨的製備中用於影響著色劑顆粒的顆粒尺寸的降低。合適的分散方法的非限定性例子包括高剪切勻化，球磨，超微研磨，高能珠粒(砂)研磨或本領域已知的其它方式。
在調色劑顆粒中樹脂與著色劑的最佳重量比是約1/1-20/1，優選3/1-10/1和最優選5/1-8/1。載液中的所有分散材料通常佔總液體顯影劑組合物的0.5-70重量％，優選1-25重量％，最優選2-12重量％。
電子照相液體調色劑可通過將分散劑加入液體油墨而配製。分散劑可以是對調色劑顆粒和對載液都具有高親和性的聚合物。它完全或部分溶解在載液中或由於載液溶脹。
這些聚合物並不特別局限於，但可包括聚烯烴，聚乙烯基醇，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基乙基醚，聚氧化乙烯，明膠，甲基纖維素，甲基羥基丙基纖維素，乙基纖維素，羧基甲基纖維素的鈉鹽，澱粉，含氮聚合物，和含酸聚合物。優選的分散劑是含氮聚合物和含酸聚合物。
含酸聚合物分散劑的非限定性例子是聚丙烯酸及其烴可溶共聚物；聚甲基丙烯酸及其烴可溶共聚物；聚苯乙烯磺酸及其烴可溶共聚物；聚乙烯基磺酸及其烴可溶共聚物；苯乙烯/馬來酸共聚物及其烴可溶衍生物；和乙烯基甲基醚/馬來酸共聚物及其烴可溶衍生物。
都優選但非必需的是，重量平均分子量為1,000-100,000。優選的酸性聚合物分散劑是包含丙烯酸，甲基丙烯酸，或其組合物的烴可溶共聚物。
可用於本發明的市售分散劑包括Solsperse36600，Solsperse34750，Solsperse41000，和Solsperse28,000(購自Avecia顏料和添加劑集團，Charlotte，NC)。
含氮分散劑的非限定性例子是聚乙烯基吡咯烷酮，多元胺，聚乙烯亞胺，包含胺基團的聚(甲基)丙烯酸酯，包含胺基團的烷基(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸酯的共聚物，和其烴可溶衍生物。本發明優選的分散劑是衍生自叔胺單體如甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的烴可溶共聚物。可用於本發明的市售分散劑包括Solsperse13940(購自Avecia顏料和添加劑集團，Charlotte，NC)和Disperbyk116(購自Byk Chemie-USA，Inc.，Wallingford，CT)。
分散劑優選以0.01％-20％重量的量加入載液以提高分散性並防止載液因分散劑的加入而粘度升高。更優選，分散劑的量是0.1％-10％重量。
固體組分如調色劑，電荷導向劑和分散劑的總重相對液體顯影劑的總重優選為約1％-90％重量。為了降低用於顯影的液體顯影劑的總量能因此便於處理，固體組分的總量更優選為2％-50％重量。
電子照相液體調色劑可通過向液體油墨中加入電荷控制劑而配製。也稱作電荷導向劑的電荷控制劑能夠提高調色劑顆粒的均勻電荷極性。電荷導向劑可使用各種方法加入到調色劑顆粒，如將電荷導向劑與調色劑顆粒進行化學反應，將電荷導向劑從化學或物理方式吸附到調色劑顆粒(樹脂或顏料)上，或將電荷導向劑螯合到引入到調色劑顆粒的官能團上。優選的方法是通過進入接枝穩定劑中的官能團進行連接。電荷導向劑用於向調色劑顆粒上施加具有所選極性的電荷。
本領域描述的常規正性電荷導向劑和負性電荷都可使用。
正性電荷導向劑可以是由多價金屬離子和作為抗衡離子的有機陰離子組成的有機酸金屬鹽。
合適的金屬離子的非限定性例子包括Ba(II)，Ca(II)，Mn(II)，Zn(II)，Zr(IV)，Cu(II)，Al(III)，Cr(III)，Fe(II)，Fe(III)，Sb(III)，Bi(III)，Co(II)，La(III)，Pb(II)，Mg(II)，Mo(III)，Ni(II)，Ag(I)，Sr(II)，Sn(IV)，V(V)，Y(III)，和Ti(IV)。合適的有機陰離子的非限定性例子包括衍生自脂族或芳族羧或磺酸，優選脂族脂肪酸如硬脂酸，榆樹酸，新癸酸，二異丙基水楊酸，松香酸，環烷酸，辛酸，月桂酸，松脂酸(tallic)的羧酸鹽或磺酸鹽，和類似物。
優選的正性電荷導向劑是描述於在此作為參考併入本發明的U.S.Pat.No.3,411,936的金屬羧酸鹽(皂)，包括包含至少6-7碳的脂肪酸和包括環烷酸的環狀脂族酸的鹼土-和重-金屬鹽；更優選的是鋯和鋁的多價金屬皂；最優選的是辛酸鋯(Zirconium HEX-OEM，來自MooneyChemicals，Cleveland，Ohio)。
合適的負性電荷導向劑的非限定性例子是具有含氮單體的聚合物或共聚物，季銨嵌段共聚物，卵磷脂，鹼性金屬石油磺酸鹽如鹼性石油磺酸鋇，鹼性石油磺酸鈣，和鹼性石油磺酸鈉，金屬環烷酸鹽化合物，和聚異亞丁基琥珀醯亞胺(可作為OLOA1200得自Chevron Oronite Company LLC，Houston，TX)，和類似物。優選的負性電荷導向劑是卵磷脂，鹼性金屬石油磺酸，和聚異亞丁基琥珀醯亞胺。
含氮單體的具體例子是具有脂族氨基基團的(甲基)丙烯酸酯，具有含氮雜環的乙烯基單體，具有N-乙烯基取代基的環狀醯胺單體，(甲基)丙烯醯胺，具有含氮基團的芳族取代的烯屬單體，含氮乙烯基醚單體，等。尤其優選的是可溶於烴載液並包含單體如(甲基)丙烯酸己基酯，(甲基)丙烯酸環己基酯，(甲基)丙烯酸2-乙基己酯，(甲基)丙烯酸辛基酯，(甲基)丙烯酸壬基酯，(甲基)丙烯酸癸基酯，(甲基)丙烯酸十二烷基酯，(甲基)丙烯酸月桂基酯，(甲基)丙烯酸硬脂基酯，月桂酸乙烯基酯，硬脂酸乙烯基鹽，(甲基)丙烯酸苄基酯和(甲基)丙烯酸苯基酯的共聚物。
對於給定的調色劑配方，優選的電荷導向水平取決於許多因素，包括增塑溶膠的組分，增塑溶膠的分子量，增塑溶膠的顆粒尺寸，用於製造調色劑的顏料，和增塑溶膠與顏料的比率。另外，優選的電荷導向水平還取決於電子照相成像工藝的性質，尤其顯影硬體和感光元件的設計。但本領域熟練技術人員知道如何根據所列參數調節電荷導向水平，以獲得其特定應用所需的結果。
包含載液、增塑溶膠、分散劑、電荷導向劑和著色劑的液體調色劑可以各種方式配製。本發明發現一種具有驚人的分散穩定性和可充電性的正性液體調色劑，它包含酸值為30-150毫克KOH/克的具有酸基團的增塑溶膠，具有胺基團使得胺基團與酸基團的摩爾比為0.075-0.3的分散劑，和正性電荷導向劑。胺基團與酸基團的優選摩爾比是0.09-0.2。另外，一種負性液體調色劑具有驚人的分散穩定性和可充電性，它包含具有胺值20-200毫克KOH/克的增塑溶膠，具有酸基團使得酸基團與胺基團的摩爾比是0.075-0.3的分散劑，和負性電荷導向劑。酸基團與胺基團的優選摩爾比是0.09-0.2。
酸值可通過根據JIS(日本工業標準)K0070的一種方法來測定。具體地，將分散劑或增塑溶膠溶解在良溶劑中，並隨後向其中加入酚酞作為指示劑。隨後使用氫氧化鉀的0.1摩爾量/升乙醇溶液進行滴定。分別在其中酸值低於5，不低於5和低於15，不低於15和低於30，不低於30和低於100，和100或更多的情況下，作為樣品的分散劑或增塑溶膠的量是20g，10g，5g，2g和1克。酸值通過使用來自滴定的值和以下等式而計算酸值＝B×F×5.611/S，其中B表示滴定所需的0.1摩爾/升氫氧化鉀乙醇溶液的量(毫升)，F表示0.1摩爾/升氫氧化鉀乙醇溶液的係數，且S表示樣品的重量(g)。
胺值可通過根據JIS K7237的一種方法來測定。具體地，將8.5毫升高氯酸加入其中將500毫升乙酸事先與30毫升乙酸酐混合的溶液中。並隨後混合。另外，將乙酸加入該混合物以使總量是1000毫升.將該混合物放置整整一個日夜以得到滴定溶液。將900毫升o-硝基甲苯和200毫升乙酸的混合物的100毫升溶液加入對應於2-3毫摩爾鹼性氮的樣品中，並隨後溶解在其中。將幾滴0.1g/100毫升結晶紫在乙酸中的溶液隨後加入該混合物。隨後，通過使用前述高氯酸進行滴定，直至藍色開始變成綠色。胺值通過使用來自該滴定的值和以下等式來計算胺值＝56.11×0.1×(V3-V4)×F/M2，其中V3表示滴定所需的0.1摩爾/升高氯酸溶液的量(毫升)，V4表示坯料試驗所需的0.1摩爾/升高氯酸溶液的量(毫升)，F表示0.1摩爾/升高氯酸溶液的係數，和M2表示樣品的重量(g)。
液體調色劑的導電率已在本領域中適當地確立為對調色劑在顯影電子照相圖像中的有效性的一種度量。常用的導電率範圍是約1×10-11毫歐釐米-10×10-10毫歐釐米。
高導電率一般表示電荷在調色劑顆粒上的低效締合併表現為在顯影過程中電流密度和沉積的調色劑之間的弱關係。低導電率表示調色劑顆粒較少或沒有充電並導致非常低的顯影速率。通常使用電荷導向劑化合物以保證有與每個顆粒有關足夠的電荷。近年來已經有一種認識，即使使用電荷導向劑，可以有許多非所需電荷位於載液中的溶液中的帶電物質上。這些非所需電荷在顯影中產生低效，不穩定性和不一致性。
為了將電荷定位到調色劑顆粒上並保證基本上沒有電荷從這些顆粒向液體中遷移，而且沒有其它的非所需電荷部分存在於液體中，適當努力可產生顯著的改進。為了測定所需性能，我們使用載液在其出現在液體調色劑中時的導電率與液體調色劑整體(完全構成的調色劑分散體)的導電率之間的比率。該比率應該低於或等於0.6，優選低於或等於0.4，最優選低於或等於0.3，和尤其是0.01-0.3。許多經檢驗的已有技術調色劑已表現出明顯大於此的比率，在0.95的比率範圍內。
在電子照相中，靜電圖像通常在通過以下步驟覆蓋有感光元件的片材，鼓或帶上形成(1)在所加電壓下均勻充電該感光元件，(2)用輻射源將感光元件的部分進行曝光並放電以形成潛像，(3)將調色劑施用到潛像上以形成調色圖像，和(4)將調色圖像通過一個或多個步驟轉印至最終受體片材。在一些場合中，可能最好使用受熱壓力輥或本領域已知的其它固色方法固定該調色圖像。
儘管調色劑顆粒或感光元件的靜電電荷可以是正性或負性的，但用於本發明的電子照相優選通過將電荷逸散在帶正電荷的感光元件上而進行。
帶正電荷的調色劑隨後使用液體調色劑浸漬顯影技術施加到其中逸散有正電荷的區域上。該顯影可通過使用由靠近但分開的感光元件表面的顯影電極所產生的均勻電場而實現。將偏壓施加到在起始充電錶面電壓和曝光表面電壓電平之間的電極上。
調節電壓以得到所需的最大密度水平和用於半色調點的色調複製比例而沒有任何沉積的背景。隨後使液體調色劑在電極和感光元件之間流動。帶電的調色劑顆粒在電場中是可移動的並被吸引到感光元件上的帶電區域，而不會由未放電的，非圖像區域排出。留在感光元件上的過量液體調色劑通過本領域熟知的技術而去除。
然後，感光元素表面可強制乾燥或在環境條件下乾燥。
用於從感光元件上接受圖像的基片可以是任何常用的受體材料，如紙，塗布紙，聚合物膜和塗底或塗覆的聚合物膜。也可使用特殊塗覆的或處理的金屬或金屬化表面作為受體。聚合物膜包括塑化和配混的聚氯乙烯(PVC)，丙烯酸酯類，聚氨酯，聚乙烯/丙烯酸共聚物，和聚乙烯基縮丁醛。市售複合材料如具有品名ScotchcalTM，scotchliteTM，和PanaflexTM膜材料的那些也適用於製備基片。
所形成的圖像從帶電錶面至最終受體或轉印介質上的轉印可通過在用於形成圖像的分散顆粒內加入一種釋放促進材料而增強。在顆粒的外(殼)層中加入含矽氧烷的材料或含氟的材料有助於圖像的有效轉印。
在多色成像中，調色劑可以任何順序施加到介電元件或感光元件的表面上，但為了比色原因，記住在轉印時出現的反轉，有時優選以規定的順序施加這些圖像，這取決於顏色的透明性和強度。優選用於直接成像或雙重轉印工藝的順序是黃色，品紅色，青色和黑色；對於單一轉印工藝，優選的順序是黑色，青色，品紅色和黃色。黃色一般在光電導體上首先成像以避免受其它調色劑的汙染並在轉印時成為最上顏色層。黑色一般在光電導體上最後成像，因為黑色調色劑用作輻射源的濾光器並在轉印之後成為最底層。
為了最有效地發揮作用，液體調色劑的導電率值應該為50-1200pico毫歐-釐米1。對於包含2.5％重量固體的分散體，按照本發明製成的液體調色劑的導電率值為100-500皮毫歐-釐米1。
轉印圖像的外塗覆可視需要進行以保護圖像不受形體損害和/或光化損害的影響。用於外塗覆的組合物是本領域熟知的且通常包含溶解或懸浮在揮發性溶劑中的能形成透明膜的聚合物。紫外光吸收劑可視需要加入該塗料組合物。保護層在載像表面上的層疊也是本領域熟知的且可用於本發明。
本發明的這些和其它的方面在以下的說明性實施例中得到驗證。這些實施例要理解為對落入上述較寬公開內容內的特定材料的說明，而不理解為對該較寬公開內容的限定。
試驗方法以下試驗方法用於表徵以下實施例中的增塑溶膠和液體油墨液體油墨中的百分計固體顆粒增塑溶膠溶液和油墨分散的百分計固體顆粒使用附著到精確分析天平(由Mettler Instruments Inc.Hightstown，NJ購得)的滷素燈乾燥爐進行重量分析測定。使用該樣品乾燥方法，將約2克的樣品用於每次的百分計固體顆粒測定。
顆粒尺寸調色劑顆粒尺寸分布使用Horiba LA-900雷射衍射顆粒尺寸分析器(由Horiba Instruments，Inc，Irvine，CA購得)測定。測量之前，將調色劑樣品稀釋約1/500體積並在150瓦和20kHz下超聲波處理1分鐘。調色劑顆粒尺寸以平均數為基準來表示，這樣可表示油墨顆粒的基本(主要)顆粒尺寸。
調色劑導電率液體調色劑導電率(體導電率，kb)在約18Hz下使用Scientifica627型導電率計(由Scientifica Instruments，Inc.，Princeton，NJ購得)測定。另外，還測定在沒有調色劑顆粒時的游離(分散劑)相導電率(kf)。通過在5℃下在6,000轉/分下在Jouan MR1822離心機(由Jouan Inc.，Winchester，VA購得)中離心處理1-2小時(6,110相對離心力)，將調色劑顆粒從液體介質中去除。上層清液隨後仔細洗滌，並使用Scientifica627型導電率計測定該液體的導電率。游離相導電率相對本體調色劑導電率的百分數隨後測定為100％(kf/kb)。
顆粒移動性調色劑顆粒電泳移動性(動態移動性)使用Matec MBS-8000Electrokinetic Sonic Amplitude分析器(由Matec Applied Sciences，Inc.，Hopkinton，MA購得)測定。不同於基於顯微電泳法的電動測量，該MBS-8000儀器的優點是無需稀釋調色劑樣品以得到移動性值。因此，可在實際在印刷中優選的固體濃度下測定調色劑顆粒動態移動性。MBS-8000測定帶電顆粒對高頻率(1.2MHz)交互(AC)電場的響應。在高頻率AC電場中，帶電調色劑顆粒和周圍分散介質(包括抗衡離子)之間的相對移動以與所加電場相同的頻率產生超聲波。該超聲波在下1.2MHz的振幅可使用壓電石英傳感器而測定；該電動聲波振幅(ESA)與顆粒的低電場AC電泳移動性直接成比例。顆粒ζ電勢可隨後通過該儀器由測得的動態移動性和已知的調色劑顆粒尺寸，分散劑液體粘度，和液體介電常數而計算。
實施例對比例A向0.5升垂直砂磨機(Model 6TSG-1/4，由Aimex Co.，Ltd.，Tokyo，Japan購得)中裝入390克1.3mm直徑Potters玻璃珠(由Potters Industris，Inc.，Parsippany，N.J.購得)，60.0克Elvacite 2776樹脂(由IneosAcrylics，Cordova TN購得)，2.71克6.15重量％Zr Hexcem溶液(OMGAmericas，Inc.，Westlake，OH的產品)，227克Norpar12(由Exxon，Houston TX購得)，和10.0克Cabot Monarch120黑色顏料(由Cabot Corporation，Billerica NY購得)。
Elvacite2776表徵為一種Tg為45℃且酸數為80毫克KOH/克聚合物的甲基丙烯酸正丁基酯/甲基丙烯酸甲酯共聚物。該磨機在1,000轉/分下操作2小時，同時將保持在70℃下的水/乙二醇混合物循環通過小室夾套。將水/乙二醇混合物溫度降至35℃並將磨機速度升至2,000轉/分，然後再繼續研磨2小時以得到17.2重量％非揮發分含量的黑色液體電子照相調色劑。所得調色劑的導電率為0.9皮毫歐釐米且體積平均顆粒尺寸為3.6微米。
該實驗表明，沒有Solsperse超級分散劑製成的液體油墨基本上是非導電的。
對比例B對比例B按照用於對比例A的步驟進行，只是除了垂直砂磨機裝有60.0克Elvacite2927樹脂(由Ineos Acrylics，Cordova TN購得)，8.14克6.15重量％Zr Hexcem溶液，216.9克Norpar12，10.0克Cabot Monarch120黑色顏料，和15.0克在石油餾出物中的40％(w/w)Solsperse13940超級分散劑(由Avecia，Charlotte NC購得)以外。
Elvacite2927表徵為一種Tg為50℃且酸數為3.5毫克KOH/克聚合物的甲基丙烯酸正丁基酯/甲基丙烯酸甲酯共聚物。
所得調色劑經分析具有25.26％重量的非揮發分並具有導電率373皮毫歐釐米。調色劑的體積平均顆粒尺寸是4.860微米。
如果稀釋至3％(w/w)非揮發分含量，調色劑樣品具有42皮毫歐釐米導電率和0.592E-10平方米/伏秒顆粒移動性。樣品在7500轉/分下在5℃下離心處理60分鐘，然後測得上層清液的導電率，結果為41.7皮毫歐釐米(3％(w/w)調色劑樣品的導電率的99％歸因於可溶相)。
該實施例表明，在使用不含羧酸基團的粘結劑樹脂製成的調色劑中的調色劑顆粒沒有被充電且油墨樣品的導電率基本上都歸因於溶解物質，而不是調色劑顆粒。
對比例C對比例C按照用於對比例B的步驟製成，只是除了垂直砂磨機裝有60.0克Elvacite2776樹脂以替代60.0克Elvacite2923樹脂，且磨機在1,000轉/分下操作2小時而沒有將水/乙二醇混合物循環通過小室夾套，隨後在2,000轉/分下再操作2小時，也沒有將水/乙二醇混合物循環通過夾套以外。
在研磨過程中獲得的最大溫度為約50℃。所得調色劑經分析具有24.74％重量的非揮發分並具有導電率7340皮毫歐釐米。該調色劑的體積平均顆粒尺寸是1.798微米。
如果稀釋至3％(w/w)非揮發分含量，調色劑樣品具有1165皮毫歐釐米導電率和0.244E-10平方米/伏秒顆粒移動性。樣品在7500轉/分下在5℃下離心處理60分鐘，然後測得上層清液的導電率，結果為1015皮毫歐釐米(3％(w/w)調色劑樣品的導電率的87％歸因於可溶相)。
該實施例表明，在使用含羧酸基團的粘結劑樹脂和胺官能分散劑在無需加熱下研磨製成的調色劑中的調色劑顆粒沒有被充電且油墨樣品的導電率基本上都歸因於溶解物質，而不是調色劑顆粒。
實施例1將0.5升垂直砂磨機(6TSG-1/4型，Aimex Co.，Ltd.，Tokyo，Japan)是裝有390克1.3mm直徑Potters玻璃珠(Potters Industris，Inc.，Parsippany，N.J.)，60.0g Elvacite2776樹脂，8.14g 6.15重量％Zr Hexcem溶液，217gNorpar12，和10.0g Cabot Monarch120黑色顏料，和15.0g在石油餾出物中的40％(w/w)Solsperse13940超級分散劑。磨機在1,000轉/分下操作2小時，同時將保持在70℃下的水/乙二醇混合物循環通過小室夾套。將水/乙二醇混合物溫度降至35℃。
將磨機速度升至2,000轉/分並另外繼續研磨2小時以得到黑色液體電子照相調色劑。所得調色劑具有25.09％重量的非揮發分並具有導電率391皮毫歐釐米。調色劑的體積平均顆粒尺寸是1.38微米。如果稀釋至3％(w/w)非揮發分，調色劑樣品具有20皮毫歐釐米導電率和1.51E-10平方米/伏秒顆粒移動性。樣品在7500轉/分下在5℃下離心處理60分鐘，然後測得上層清液的導電率，結果為4皮毫歐釐米(3％(w/w)調色劑樣品的導電率的20％歸因於可溶相)。
將3％(w/w)工作強度調色劑在前述印刷裝置上進行試驗。反射光學密度(ROD)在電敷電壓(plating voltage)600伏下為1.04。
實施例2實施例2按照用於實施例1的步驟製成，只是除了Elvacite2776樹脂被替代為Joncryl835樹脂(一種Tg為50℃且酸數為53毫克KOH/克聚合物的苯乙烯-丙烯酸共聚物，由Johnson Polymer，Sturteyant，WI購得)以外。該濃縮油墨具有23.17％重量的非揮發分並具有導電率606皮毫歐釐米。調色劑的體積平均顆粒尺寸是2.04微米。如果稀釋至3％(w/w)非揮發分含量，調色劑樣品具有38皮毫歐釐米導電率和1.82E-10平方米/伏秒顆粒移動性。樣品在7500轉/分下在5℃下離心處理60分鐘，然後測得上層清液的導電率，結果為1.6皮毫歐釐米(3％(w/w)調色劑樣品的導電率的4％歸因於可溶相)。
將3％(w/w)工作強度調色劑在前述印刷裝置上進行試驗。反射光學密度(ROD)在鍍層電壓600伏下為1.14。
實施例3實施例3按照用於實施例1的步驟製成，只是降了Elvacite2776樹脂被替代為Joncryl611樹脂(一種Tg為50℃且酸數為52毫克KOH/克聚合物的苯乙烯-丙烯酸共聚物，由Johnson Polymer，Sturtevant，WI購得)從外。該濃縮油墨具有23.70％重量的非揮發分並具有導電率763皮毫歐釐米。調色劑的體積平均顆粒尺寸是2.10微米。
如果稀釋至3％(w/w)非揮發分含量，調色劑樣品具有55皮毫歐釐米導電率和1.58E-10平方米/伏秒顆粒移動性。樣品在7500轉/分下在5℃下離心處理60分鐘，然後測得上層清液的導電率，結果為4.8皮毫歐釐米(3％(w/w)調色劑樣品的導電率的9％歸因於可溶相)。
實施例4將0.5升垂直砂磨機(Model 6TSG-1/4，Aimex Co.，Ltd.，Tokyo，Japan)在室溫下裝有390克1.3mm直徑Potters玻璃珠(PottersIndustris，Inc.，Parsippany，N.J.)，60.0克Elvacite EDP296樹脂(由IneosAcrylics，Cordova，TN購得)，40.3克在Norpar12中的4.69重量％大豆卵磷脂溶液，196克Norpar12，10.0克Cabot Mogul L黑色顏料，和3.75克Solsperse28,000超級分散劑(由Avecia，Charlotte，NC購得)。
磨機在1,000轉/分下操作2小時，同時將保持在70℃下的水/乙二醇混合物循環通過小室夾套。將水/乙二醇混合物溫度降至35℃並將磨機速度升至2,000轉/分，然後再繼續研磨2.5小時。所得調色劑具有24.1％重量的非揮發分並具有導電率804皮毫歐釐米。調色劑的體積平均顆粒尺寸是12.5微米。
如果稀釋至3％(w/w)非揮發分含量，調色劑樣品具有91皮毫歐釐米導電率(Kb)和-4.37E-11平方米/伏秒顆粒移動性。樣品在7500轉/分下在5℃下離心處理60分鐘，然後測得上層清液的導電率(kf)，結果為80皮毫歐釐米(比率kf/kb＝0.88，即，3％(w/w)調色劑樣品的導電率的88％歸因於游離相)。
實施例4表明，在使用包含胺基團的增塑溶膠粘結劑樹脂和羧酸官能分散劑製成的油墨中的調色劑顆粒被以電泳移動性的常用值充負電。
按照本發明的液體油墨包括具有酸或胺基團的增塑溶膠，和分散劑，並具有改進的分散穩定性和在用於任何成像工藝時的改進的可充電性。
本發明的許多實施方案已得到描述。但可以理解，可以在不背離本發明主旨和範圍的情況下進行各種改進。因此，其它的實施方案在以下權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種液體油墨，包括a)Kauri-Butanol數低於或等於30的載液，b)增塑溶膠，c)分散劑，和d)電荷導向劑，其中如果使用正性電荷導向劑，增塑溶膠具有酸基團和且酸值為30-150毫克KOH/克，且分散劑具有胺基團使得胺基團與酸基團的摩爾比是0.075-0.3，而如果使用負性電荷導向劑，增塑溶膠的胺值為5-200毫克KOH/克，且分散劑具有酸基團使得酸基團與胺基團的摩爾比是0.075-0.3。
2.一種液體油墨，包含a)Kauri-Butanol數低於或等於30的載液，b)具有酸基團且酸值為30-150毫克KOH/克的增塑溶膠，c)具有胺基團使得胺基團與酸基團的摩爾比是0.075-0.3的分散劑，和d)正性電荷導向劑。
3.根據權利要求1或2的液體油墨，其中增塑溶膠的酸值為50-120毫克KOH/克。
4.根據權利要求3的液體油墨，其中胺基團與酸基團的摩爾比是0.09-0.2(摩爾)。
5.根據權利要求1或2的液體油墨，其中正性電荷導向劑至少包括有機酸金屬鹽。
6.根據權利要求1或2的液體油墨，其中正性電荷導向劑包括辛酸鋯。
7.根據權利要求1或2的液體油墨，其中分散劑是至少一種選自以下組合中的物質聚烯烴，聚乙烯基醇，聚乙烯基甲基醚，聚乙烯基乙基醚，聚氧化乙烯，明膠，甲基纖維素，甲基羥基丙基纖維素，乙基纖維素，羧基甲基纖維素的鈉鹽，澱粉，含氮聚合物，和含酸聚合物。
8.根據權利要求7的液體油墨，其中含氮聚合物是至少一種選自以下組合中的物質聚乙烯基吡咯烷酮，多元胺，聚乙烯亞胺，包含胺基團的聚(甲基)丙烯酸酯，烷基(甲基)丙烯酸酯和包含胺基團的(甲基)丙烯酸酯的共聚物，和其烴可溶衍生物。
9.根據權利要求1或2的液體油墨，其中分散劑包括衍生自甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的烴可溶共聚物。
10.根據權利要求1或2的液體油墨，它進一步至少包含著色劑。
11.一種液體油墨，包含a)Kauri-Butanol數低於或等於30的載液，b)胺值為5-200毫克KOH/克的增塑溶膠，c)具有酸基團使得酸基團與胺基團的摩爾比是0.075-0.3的分散劑，和d)負性電荷導向劑。
12.根據權利要求1或11的液體油墨，其中增塑溶膠的胺值為30-120毫克KOH/克。
13.根據權利要求1或11的液體油墨，其中酸基團與胺基團的摩爾比為0.09-0.2。
14.根據權利要求1或11的液體油墨，其中負性電荷導向劑包括至少一種選自以下組合中的物質含氮單體，季銨嵌段共聚物，卵磷脂，鹼性石油磺酸鋇，鹼性石油磺酸鈣，鹼性石油磺酸鈉，金屬環烷酸鹽化合物，和聚異亞丁基琥珀醯亞胺。
15.根據權利要求1或11的液體油墨，其中分散劑包括衍生自至少一種選自以下的單體的烴可溶共聚物聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚苯乙烯磺酸，聚乙烯基磺酸，苯乙烯/馬來酸共聚物，乙烯基甲基醚/馬來酸共聚物，丙烯酸，甲基丙烯酸，苯乙烯磺酸，乙烯基磺酸和其組合物。
16.根據權利要求1或11的液體油墨，它還包括著色劑。
17.根據權利要求1或11的液體油墨，其中增塑溶膠包括平均顆粒直徑為0.5-3.5微米的顆粒。
18.根據權利要求1或11的液體油墨，其中增塑溶膠包括平均顆粒直徑為0.6-3.0微米的顆粒。
19.根據權利要求1或11的液體油墨，其中增塑溶膠包括平均顆粒直徑為0.75-2.5微米的顆粒。
20.一種用於提供圖像的工藝，包括在一個表面上產生電荷分布，並將根據權利要求1-19任何一項的液體油墨施用到表面上使得油墨被有差別地吸引至該分布電荷，這樣在該表面上形成圖像。
21.根據權利要求20的方法，其中電荷分布通過在表面上形成均勻電荷，並隨後以成像分布逸散電荷而形成。
全文摘要
本發明提供一種液體油墨，包括a)Kauri－Butanol數低於或等於30的載液，b)增塑溶膠，c)分散劑，和d)電荷導向劑，其中如果使用正性電荷導向劑，增塑溶膠具有酸基團且酸值為30－150毫克KOH/克，且分散劑具有胺基團使得胺基團與酸基團的摩爾比是0.075－0.3，而如果使用負性電荷導向劑，增塑溶膠的胺值為5－200毫克KOH/克，且分散劑具有酸基團使得酸基團與胺基團的摩爾比是0.075－0.3。
文檔編號C09D11/02GK1403510SQ0214821
公開日2003年3月19日 申請日期2002年8月10日 優先權日2001年8月10日
發明者埃裡克·D·莫裡森, 卡姆·W·勞, 朱莉·Y·錢, 詹姆斯·A·貝克, 克里斯多福·J·沃爾特斯 申請人:三星電子株式會社