高電阻率噴墨墨水組合物的製作方法

2023-12-01 03:39:06 3

專利名稱：：高電阻率噴墨墨水組合物的製作方法高電阻率噴墨墨水組合物
背景技術：
：噴墨印刷是一種公知技術，通過該技術，可以在印刷設備不接觸待沉積印刷字符的基材的條件下實現印刷。簡而言之，噴墨印刷涉及將墨水微滴的流噴射至表面並控制該流的方向以使微滴在該表面上形成期望的印刷圖像的技術。一般來說，噴墨墨水組合物應當滿足對於噴墨印刷操作有用的特定要求。這些要求涉及墨水的粘度和電阻率、組分的溶解度和相容性和/或基材的潤溼性。此外，墨水應當可以快速乾燥和防汙，並且能夠不阻塞地通過墨水噴嘴，而且可使機器部件清潔起來最省力。印刷的信息或圖像還應當耐磨。當以按需分配模式(drop-on-demandmode)印刷時，一些噴墨墨水組合物被應用到帶有高靜電荷的基材(例如聚乙烯和聚氯乙烯熱塑收縮包裝材料)上，印刷機噴嘴比正常情況下更容易阻塞。墨水在噴嘴板上噴嘴周圍積累。這導致圖像質量變差。需要定期對印刷機噴嘴進行清潔，這使得印刷機更頻繁地處於停機狀態。因此，需要一種可以改善上述基材上的圖像質量的噴墨墨水組合物。還需要減少墨水積累和印刷機噴嘴阻塞情況的發生。本發明提供了這種組合物。通過這裡提供的對本發明的描述，可以容易地了解本發明的優點以及附加的發明特徵。發明概述本發明提供了一種可使印刷機噴嘴板上的墨水積累減少的噴墨墨水組合物。本發明提供了一種噴墨墨水組合物，該組合物包括非導電溶劑、一種或更多種可溶於所述非導電溶劑的粘合劑樹脂以及可溶於所述非導電溶劑的著色劑。本發明還提供了一種在帶靜電的基材上印刷的方法。本發明的噴墨墨水組合物具有一個或更多個優點印刷機噴嘴上的墨水積累減少、停機時間或清潔時間縮短以及印刷質量提高。圖1示出了根據本發明的一種實施方式的噴墨墨水組合物被印刷在帶2kV靜電的PVC基材上時經過1000個印刷周期之後印刷機噴嘴板的照片；圖2示出了根據本發明的一種實施方式的噴墨墨水組合物被印刷在PVC基材上時經過1000個印刷周期之後印刷機噴嘴板的照片，該基材上安裝有離子發生器以在印刷前消耗基材上的靜電；圖3示出了根據本發明的一種實施方式的噴墨墨水組合物被印刷在帶18kV靜電的PVC基材上時經過1000個印刷周期之後印刷機噴嘴板的照片，其中印刷頭為16陣列印刷頭；圖4示出了根據本發明的一種實施方式的噴墨墨水組合物被印刷在裝有離子發生器的PVC基材上時經過1000個印刷周期之後印刷機噴嘴板的照片；圖5示出了現有技術中的噴墨墨水組合物被印刷在帶靜電的PVC基材上時經過300個印刷周期之後印刷機噴嘴板的照片；圖6示出了低電阻率的噴墨墨水組合物被印刷在裝有離子發生器的PE基材上時經過300個印刷周期之後印刷機噴嘴板的照片。發明詳述諸如聚乙烯和PVC之類的基材往往帶有高靜電荷。該靜電荷是在基材從巻軸上展開和/或通過傳送帶系統傳輸到印刷機噴嘴下方時產生的。無意於受限於任何理論和機理，可以認為靜電荷(可從0到大於20kV，例如5-10kV或30-40kV)往往使墨水微滴變形(例如，拉長微滴尾部)，使微滴更容易破碎並形成所謂的"微小附滴(microsatellite)"，即圍繞在噴嘴板上的印刷機噴嘴周圍的破碎的微滴尾部的集合。這些微小附滴在印刷機噴嘴上積累，降低了印刷質量，而且為了保持良好的印刷質量，還要求頻繁地進行清潔。頻繁清潔減少了印刷機的工作時間。本發明提供了一種可以減少微小附滴形成並提高印刷質量的噴墨墨水組合物。因此，本發明提供了一種噴墨墨水組合物，該組合物包括非導電溶劑、一種或更多種可溶於該非導電溶劑的粘合劑樹脂以及可溶於該非導電溶劑的著色劑。可以使用任何合適的非導電溶劑。例如，非導電溶劑可選自酯、烴、滷代烴、醚、酮、醇、二醇醚、吡咯烷酮及其組合，尤其是例如乙酸乙酯的非導電酯。非導電溶劑的電阻率為約4MQxm或更大，優選約10M!Tcm或更大。非導電溶劑優選不具有結合氫的能力。非導電溶劑可以以任何合適的量存在，例如相對於噴墨墨水組合物重量約50-90重量％，優選約70-85重量％，更優選約80-83重量％。在一種實施方式中，噴墨墨水組合物不含或基本不含水、醇或其它能夠形成氫鍵的溶劑。本發明的噴墨墨水組合物可以包括任何合適的著色劑，例如染料，尤其是非離子染料，例如油黑860(OilBlack860)或蘇丹黑(SudanBlack)。著色劑可以以任何合適的量存在，例如相對於噴墨墨水組合物重量約1-6重量％，優選約2-5重量％，更優選約3-4重量％。在一種實施方式中，噴墨墨水組合物不含或基本不含離子染料，尤其是陰離子染料，例如陰離子Cr"絡合染料。本發明的噴墨墨水組合物可以包括任何合適的粘合劑樹脂，例如選自下列的一種或更多種松香樹脂、乙烯基樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、硝基纖維素、乙酸丁酸纖維素、丙烯酸樹脂，及其組合。粘合劑樹脂優選對降解是穩定的，例如該樹脂不會水解降解、熱降解或光化學降解，或者不釋放離子降解產物。在一種實施方式中，噴墨墨水組合物不含或基本不含已知會降解並釋放離子降解產物的硝基纖維素。松香樹脂的實例是松香酯樹脂，例如可從Hercules公司獲得的STAYBELITEEster10，它可以促進在圖像上形成膜；乙烯基樹脂的實例是可從UnionCarbide獲得的VMCH樹脂，其為含有用於改善與基材之間的粘附性的丙烯酸單體單元的氯乙烯/乙酸乙烯樹脂。粘合劑樹脂可以以任何合適的量存在，例如相對於噴墨墨水組合物重量約5-25重量％，優選約10-20重量％，更優選約12-15重量％。本發明的噴墨墨水組合物還可包括一種或更多種添加劑，例如保溼劑、增塑劑和潤溼劑。保溼劑有利地防止了墨水過早地(例如，在印刷機空閒期間)失去水分。可以使用任何合適的保溼劑，例如二醇醚，如三丙二醇一甲醚和丙二醇甲醚。在基材上印刷過程中，保溼劑有利地保持墨水乾燥時間較短，適宜地保持在短於10秒，優選短於2秒。保溼劑可以以任何合適的量存在，例如相對於噴墨墨水組合物重量約0.01-5重量％，優選約0.1-2重量％，更優選約0.2-0.5重量％。增塑劑有利地賦予圖像耐久性並賦予墨水組合物相容性，而且在實施方式中延長墨水組合物的保存期。可以使用任何合適的增塑劑，例如鄰苯二甲酸烷基節酯，如可從Ferro以增塑劑160獲得的鄰苯二甲酸丁基節酯。增塑劑可以以任何合適的量存在，例如相對於噴墨墨水組合物重量約0.1-2.5重量％，優選約0.5-2重量％,更優選約1.0-1.5重量％。潤溼劑有利地使墨水微滴具有球形。可以使用任何合適的潤溼劑，例如聚亞垸基氧化物(例如聚環氧乙烷)改性的聚二甲基矽氧烷，如可從OSiSpecialties獲得的SILWETL-7622。潤溼劑可以以任何合適的量存在，例如相對於噴墨墨水組合物重量約0-2重量％，優選約0.2-1.5重量%，更優選約0.5-0.8重量％。在一種實施方式中，本發明提供了一種噴墨墨水組合物，其中，相對於噴墨墨水組合物重量，存在約60-90重量％的非導電溶劑，約1-5重量％的著色劑以及約10-20重量％的一種或更多種粘合劑樹脂。在所有實施方式中，噴墨墨水組合物可包括相對於噴墨墨水組合物重量至多1重量％的保溼劑。在所有實施方式中，噴墨墨水組合物可包括相對於噴墨墨水組合物重量約0.1-1.0重量％的潤溼劑。在所有實施方式中，噴墨墨水組合物可包括相對於噴墨墨水組合物重量至多2重量％的增塑劑。在一種具體實施方式中，噴墨墨水組合物包含作為非導電溶劑的乙酸乙酯、作為著色劑的油黑860以及作為粘合劑樹脂的松香樹脂和乙烯基樹脂。在所有實施方式中，噴墨墨水組合物包括作為保溼劑的三丙二醇一甲7醚。本發明的噴墨墨水組合物可以通過任何合適的方法製備，例如通過將所需的組分混合然後可選地將混合物研磨和/或過濾以去除不溶雜質。本發明還提供了一種在基材上印刷噴墨墨水圖像的方法，該方法包括將上述噴墨墨水組合物的一連串微滴從多個噴孔噴射到基材上，控制射出的微滴相對於基材運動的時間，以使微滴在基材上形成圖像，然後使圖像乾燥。根據本發明，基材是帶有靜電荷的基材，例如帶有高靜電錶面電荷的塑料基材。這種塑料基材的實例是包裝材料，例如包含聚氯乙稀或聚乙烯的包裝材料。另一種印刷用基材是PVC管。本發明還提供了一種方法，在具有高靜電荷的基材上以按需分配方式噴墨印刷圖像時，該方法可以減少印刷機噴嘴板上的微小附滴的形成，該方法包括將任一種上述噴墨墨水組合物的微滴流引到基材上，並且控制微滴的方向以在基材上形成圖像，從而減少微小附滴的形成。本發明的噴墨墨水組合物可以實現在PVC基材上在2kV靜電荷下不間斷地印刷1000個印刷周期以上。例如，根據一種實施方式，墨水組合物在PVC上在約18kV下工作了1000個印刷周期。印刷周期是指在基材上印刷一個完整代碼所需的時間(例如，1個代碼/秒)。本發明的噴墨墨水組合物適用於在所有類型的帶有靜電荷的塑料上印刷，其中塑料例如是熱塑收縮包裝材料、吹塑材料、波紋紙、諸如雙軸定向的聚丙烯、PVC之類的膜以及冷凍食品和菸草產品包裝。本發明的噴墨墨水組合物的電阻率高於約100000Q，cm，優選高於1MQ，cm，更優選高於2MQ，cm或更高。本發明的噴墨墨水組合物比電阻率為1000Q'cm的墨水組合物具有更長的無故障工作時間(runtimetofailure)。因此，例如，與電阻率約為1000^cm的墨水組合物相比，電阻率為2MQ，cm的墨水的無故障工作時間在2kV的靜電荷下延長了30小時，在5kV的靜電荷下延長了20小時，在10kV的靜電荷下延長了15小時。以下實施例進一步闡述了本發明，但該實施例不應被解釋為以任何方式限制本發明的範圍。實施例1本實施例說明了本發明的噴墨墨水組合物的實施方式。將以下組分混合以得到墨水組合物，將墨水組合物過濾以去除未溶解的雜質。tableseeoriginaldocumentpage9在帶靜電的PVC膜基材上對實施例1的墨水(1)進行測試。使用VJ1120型噴墨印刷機(其為微閥印刷機)。圖l和2示出了經過1000個印刷循環之後印刷機噴嘴板的照片。在得到圖1的測試中，印刷機噴嘴板帶有2kV的靜電，基本上沒有觀察到墨水積累。在得到圖2的測試中，安裝離子發生器以在印刷之前消耗基材上的靜電。圖2同樣表明測試過程中基本上沒有墨水積累。圖3示出了在帶18kV靜電的PVC基材上進行IOOO個印刷周期之後的印刷機噴嘴板的照片。印刷頭是16陣列印刷頭。圖4示出了在裝有離子發生器的PVC基材上進行1000個印刷周期之後的印刷機噴嘴板的照片。圖1-4表明，本發明的墨水組合物與低電阻率墨水組合物相比具有優異性能，低電阻率墨水組合物的照片示於圖5-6，在帶靜電的PVC基材(圖5)或帶靜電的PE基材(圖6)上進行300個印刷周期之後即可以看到明顯的墨水積累。與包含硝基纖維素和作為著色劑的陰離子染料的低電阻率墨水組合物相比，本發明的墨水組合物具有更長的無故障工作時間。當印刷頭上的墨水積累導致印刷代碼不再清晰時，即認為出現故障。通過引用將本文中的所有文獻(包括出版物、專利申請和專利)結合於此，其中每篇文獻被認為單獨並具體地引用，並通過引用來結合其全文。在描述本發明的內容上下文中(特別是權利要求上下文中)，除非另有說明或明顯與上下文矛盾，所用術語"一個"、"一種"和"所述"以及類似用語應被解釋為既包括單數也包括複數。除非另有說明，術語"包括"、"具有"、"包含"和"含有"應被解釋成開放式術語(即表示"包括但不限於")。除非另有說明，本文中的數值範圍僅作為分別具體提到落入該範圍內的各個獨立數值的速記方法，每個獨立數值被認為是以單獨記載的方式結合到本說明書中。除非另有說明或明顯與上下文矛盾，本文所述的所有方法可以以任何合適的順序進行。除非另有說明，本文中使用示例或示例性語言("例如")的目的僅為更好地說明本發明，而無意於對本發明的範圍施加限制。說明書中的語言不應被解釋成權利要求中未出現的要素對於本發明的實施是必要的。本文描述了本發明的優選實施方式，包括本發明人知道的實施本發明的最佳模式。在閱讀了以上說明之後，這些優選實施方式的變種對於本領域技術人員來說是顯而易見的。本發明人期望本領域技術人員能夠適當地利用這些變種，而且本發明人希望本發明以不同於本文具體描述的方式來實施。因此，本發明在法律允許的條件下包括權利要求中記載的主題的所有改進和等同物。此外，除非另有說明或明顯與上下文矛盾，本發明還涵蓋上述要素以所有可能方式的任意組合。10權利要求1.一種噴墨墨水組合物，包括非導電溶劑、一種或更多種可溶於所述非導電溶劑的粘合劑樹脂以及可溶於所述非導電溶劑的著色劑。2.如權利要求1的噴墨墨水組合物，其中所述非導電溶劑選自酯、烴、滷代烴、醚、酮、醇、二醇醚、吡咯垸酮及其組合。3.如權利要求2的噴墨墨水組合物，其中所述非導電溶劑是酯。4.如權利要求3的噴墨墨水組合物，其中所述酯是乙酸乙酯。5.如權利要求1的噴墨墨水組合物，其中所述著色劑是非離子染料。6.如權利要求5的噴墨墨水組合物，其中所述非離子染料是油黑860或蘇丹黑。7.如權利要求1的噴墨墨水組合物，其中所述粘合劑樹脂選自松香酯樹脂、乙烯基樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、硝基纖維素、乙酸丁酸纖維素、丙烯酸樹脂及其組合。8.如權利要求1的噴墨墨水組合物，還包括保溼劑、增塑劑和潤溼劑中的一種或更多種。9.如權利要求8的噴墨墨水組合物，其中所述保溼劑是二醇醚。10.如權利要求9的噴墨墨水組合物，其中所述二醇醚是三丙二醇一甲醚或丙二醇甲醚。11.如權利要求8的噴墨墨水組合物，其中所述增塑劑是鄰苯二甲酸烷基苄酯。12.如權利要求11的噴墨墨水組合物，其中所述鄰苯二甲酸烷基苄酯是鄰苯二甲酸丁基苄酯。13.如權利要求8的噴墨墨水組合物，其中所述潤溼劑是聚亞垸基氧化物改性的聚二甲基矽氧烷。14.如權利要求1的噴墨墨水組合物，其中，相對於所述噴墨墨水組合物的重量，存在約60-90重量％的所述非導電溶劑，約1-5重量％的所述著色劑，約10-20重量％的所述粘合劑樹脂。15.如權利要求14的噴墨墨水組合物，還包括相對於所述噴墨墨水組合物的重量至多1重量％的保溼劑。16.如權利要求14的噴墨墨水組合物，還包括相對於所述噴墨墨水組合物的重量約0.1-1.0重量％的潤溼劑。17.如權利要求14的噴墨墨水組合物，還包括相對於所述噴墨墨水組合物的重量至多2重量％的增塑劑。18.如權利要求1的噴墨墨水組合物，其包含作為所述非導電溶劑的乙酸乙酯、作為所述著色劑的油黑860以及作為所述粘合劑樹脂的松香樹脂和乙烯基樹脂。19.如權利要求18的噴墨墨水組合物，還包括作為保溼劑的三丙二醇一甲醚。20.—種在基材上印刷噴墨墨水圖像的方法，包括將權利要求1的噴墨墨水組合物的一連串微滴從多個噴孔噴射到所述基材上，控制射出的微滴相對於所述基材運動的時間，以使微滴在所述基材上形成圖像，然後使所述圖像乾燥。21.如權利要求20的方法，其中所述基材是帶有高靜電錶面電荷的塑料基材。22.如權利要求21的方法，其中所述塑料基材是包裝材料。23.如權利要求22的方法，其中所述包裝材料包含聚氯乙稀或聚乙烯。24.—種在具有高靜電荷的基材上以按需分配方式噴墨印刷圖像時減少噴嘴板上的微小附滴形成的方法，包括將權利要求1的噴墨墨水組合物的微滴流引到所述基材上，並且控制所述微滴的方向以在所述基材上形成圖像，從而減少微小附滴的形成。全文摘要本發明公開了一種減少在印刷機噴嘴板上的墨水積累的噴墨墨水組合物。該噴墨墨水組合物包括非導電溶劑、一種或更多種可溶於該非導電溶劑的粘合劑樹脂以及可溶於該非導電溶劑的著色劑。本發明還公開了一種在帶靜電的基材上印刷的方法。本發明的噴墨墨水組合物具有一個或更多個優點印刷機噴嘴上的墨水積累減少、停機時間或清潔時間縮短以及印刷質量提高。文檔編號C09D11/00GK101547980SQ200780032565公開日2009年9月30日申請日期2007年6月12日優先權日2006年6月30日發明者派屈克·J·莫斯,特倫斯·A·仁納爾,艾沙·塞德申請人:錄象射流技術公司