噴墨印表機用的油基油墨的製作方法

2023-04-30 12:40:16 1

專利名稱：噴墨印表機用的油基油墨的製作方法
技術領域：
本發明涉及壓電噴墨印表機(piezoelectric inject printer)用的顏料型油基油墨，其在下文中可簡單地稱為″油墨″，具體涉及在列印頭噴嘴沒有油墨堵塞，具有優異彈射能力和噴出可復原性(ejection recoverability)，和在記錄介質上也具有極好的定著特性和乾燥特性的油墨。
背景技術：
常規的噴墨記錄方法包括連續法和按需滴噴方法(drop-on-demandmethod)。根據前者的方法，使連續噴射的油墨選擇性地觸擊介質。另一方面，根據後者的方法，選擇性噴射油墨。然而近年來，按需滴噴印表機已經成為主流。這些按需滴噴印表機可分成兩種類型，一種是泡沫噴射系統，其中油墨被快速加熱，以用所得到的泡沫來噴射油墨，另一種是壓電系統，其中使用施加電壓時變形的陶瓷(壓電元件)來噴射油墨。
上述的壓電系統使用常規的油基油墨，通過使用壓電元件作為泵把電能轉變為機械能而噴射油墨，並且該壓電系統基本上能噴射各種油墨材料。然而，這種系統取決於信號的存在或不存在而噴射油墨。在噴嘴的邊緣(端面)，通過它中止噴射油墨，油墨中的溶劑蒸發。因此，因油墨固體成分的沉積而可能發生油墨堵塞或者由於油墨的濃縮在噴嘴中的油墨的粘度增加可能抑制油墨的噴射。因此常常需要進行維修工作。特別是，用於戶外使用的印刷品生產中的油墨採用作為列印介質的非吸收性介質，也就是，塑料膜如聚氯乙烯片。因此，它們使用具有相對高的揮發性的溶劑作為油墨溶劑。因而，油墨快速變幹，導致明顯出現油墨堵塞。
當溶解在油墨中的空氣超過一定的水平時，由於通過壓電元件的高頻振動產生空穴(cavitation)而在列印頭噴嘴中出現的微泡吸收壓力，導致驅動響應的減少。此外，由於周圍的空氣溫度的改變，噴嘴中泡沫的產生可能引起噴射故障。
為了克服上述的問題，利用高沸點溶劑的噴墨顏料油墨已經被提議作為常規油基油墨的代用品(JP-A-2003-96370)。然而，JP-A-2003-96370中所公開的油墨，僅單獨或者結合使用乙二醇醚酯作為非水的有機溶劑，以避免存儲期間油墨粘度增加或顏料凝聚。因此，它們具有固體成分諸如樹脂在溶劑中改進的溶解性，但是，當用在上述的壓電噴墨印表機中時，得不到足夠的油墨彈射能力(ink ejectability)。而且，當在暫時中止之後恢復列印時，油墨噴射可復原性降低，從而未能提供穩定質量的印刷品。

發明內容
因此，本發明的目的是提供壓電噴墨印表機用的顏料型油基油墨，其在印刷過程中在列印頭噴嘴沒有油墨堵塞，具有優異彈射能力和噴出可復原性，和在記錄介質上也具有極好的定著特性和乾燥特性。
上述的目的可以通過以下所述的本發明來實現。具體地，本發明提供壓電噴墨印表機用的油基油墨，所述油墨包括定著(粘合劑)樹脂(fixing(binder)resin)，顏料和溶劑，其中所述溶劑包括環狀酯和下式(1)表示的化合物(在下文中稱為″化合物A″) 其中X1表示烷基，X2表示氫原子或烷基，和n代表1-4的整數；相對於每100重量份式(1)表示的所述化合物，所述環狀酯的量為1-60重量份。
本發明的發明人已進行了廣泛研究來解決上述問題。結果，已經發現，特別是當用於壓電噴墨印表機中時，與使用常規溶劑的油基顏料油墨相比，上述的油墨在列印頭噴嘴沒有油墨堵塞，否則在列印期間會由於油墨固體成分的沉積堵塞發生在列印頭噴嘴的邊緣，即使列印在暫時中止之後恢復時也具有優異油墨噴出可復原性，不會減少油墨彈射能力，否則這會由於因油墨濃縮在噴嘴中的油墨粘度增加而發生，並且在記錄介質上具有極好的定著特性和乾燥特性。
根據本發明，使用特定混合的溶劑代替顏料型油基油墨中溶劑使得可以提供這樣的油墨該油墨特別是當用在壓電噴墨印表機中時，在列印頭噴嘴邊緣沒有油墨固體成分的沉積，在噴嘴中沒有因為油墨濃縮而增加油墨粘度，自列印頭噴嘴具有優異彈射能力和噴出可復原性和在記錄介質上也具有極好的定著特性和乾燥特性。
由於本發明的油墨即使用在連續列印中時，在列印頭噴嘴也沒有油墨堵塞，並且即使列印頭在列印操作之間留置時也保持良好的油墨噴出可復原性，該油墨具有優異彈射能力、定著特性和乾燥特性並且因此有效地可用作壓電噴墨印表機的油墨。
具體實施例方式
本發明將會基於實現本發明的最好方式來更詳細地描述。本發明主要特徵所在的溶劑是化合物A和環狀酯的混合物。相對於每100重量份的化合物A，環狀酯的量是1-60重量份。其中分別使用化合物A或環狀酯作為單一溶劑的油墨，既自列印頭噴嘴沒有足夠的彈射能力，又在記錄介質上沒有足夠的定著特性和乾燥特性。當在壓電噴墨印表機中使用本發明的油墨列印時，組合使用適當比例的化合物A和環狀酯作為本發明油墨溶劑，使得可以防止油墨固體成分在噴嘴邊緣的沉積和由於噴嘴中的油墨濃縮而增加油墨粘度，從而防止噴嘴的油墨堵塞和提高彈射能力和噴出可復原性。
如果環狀酯的量太大，所得到的油墨具有降低的顏料分散性和存儲穩定性，並且取決於記錄介質的種類，發生抗墨性(ink repelling)。另一方面，如果環狀酯的量太小，引起油墨固體成分的沉積和由於噴嘴中的油墨濃縮而引起油墨的粘度增加，導致在預防噴嘴處油墨堵塞上和在油墨彈射能力及噴出可復原性上顯著降低。
所述化合物A的實例包括乙二醇的單甲基醚乙酸酯、單乙基醚乙酸酯和單丁基醚乙酸酯，丙二醇的單甲基醚乙酸酯，二甘醇的正丙基醚乙酸酯和正丁基醚乙酸酯，和三甘醇的乙基醚乙酸酯和正丁基醚乙酸酯，特別優選的是乙二醇單丁基醚乙酸酯。
所述環狀酯用於抑制油墨固體成分的沉積和由於噴嘴中的油墨濃縮而引起的油墨粘度增加，並且因此進一步提高油墨彈射能力和噴出可復原性，因為如果單獨使用化合物A這些有利的作用不能帶來滿意的效果。
所述環狀酯的實例包括環上含酯官能團且在室溫下是液態的那些，例如β-內酯、γ-內酯、δ-內酯和ε-內酯，具有下式(2)所表示的環狀酯化合物是優選的
其中X3和X4各自獨立地表示氫原子或C1-7烷基或鏈烯基，和m表示1-3的整數。
式(2)表示的環狀酯的具體實例包括γ-內酯如γ-丁內酯、γ-戊內酯、γ-己內酯、γ-辛內酯和γ-月桂內酯；δ-內酯如δ-戊內酯；和ε-內酯如ε-己內酯。在上述例舉的內酯中，特別優選的是γ-丁內酯和/或γ-戊內酯。
所述化合物A和環狀酯的總量優選佔整個油墨的80-98wt％。總量大於上限導致所得到的油墨具有降低的可印刷性，而總量小於下限導致所得到的油墨具有增大的粘度，導致自噴嘴的油墨彈射能力降低。
作為所述化合物A和環狀酯，可優選使用分別具有130-250℃沸點的那些。過高的沸點導致乾燥特性的降低，引起印刷品的粘連等。另一方面，過度低的沸點導致過快的乾燥，在列印頭噴嘴產生油墨堵塞。因此在上述範圍外的沸點，導致可列印性降低。
特別描述的是，用於本發明中的粘合劑樹脂是非水溶性樹脂，其用來把作為著色劑的顏料定著在列印介質上，並且是可溶解在所述化合物A和環狀酯中的已知的天然或合成樹脂。在不阻礙本發明目的的範圍內，可以使用任何已知的天然或合成樹脂。所述粘合劑樹脂的實例包括丙烯酸(酯)類樹脂；乙鏈烯基樹脂如氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物樹脂、聚乙酸乙烯酯樹脂和縮丁醛樹脂；聚酯樹脂；聚醯胺樹脂；纖維素類樹脂；環氧樹脂；松香衍生物如松香改性的酚醛樹脂；和石油樹脂。在上述樹脂之中，優選的是丙烯酸(酯)類樹脂和氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物樹脂。這些粘合劑樹脂可以單獨使用或組合使用。
所述丙烯酸(酯)類樹脂的說明性的實例是(甲基)丙烯酸酯的聚合物和共聚物(注意的是在這裡使用的術語″(甲基)丙烯酸酯″意思是丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)。所述(甲基)丙烯酸酯的實例包括(甲基)丙烯酸烷基酯如(甲基)丙烯酸乙基酯、丙基酯和丁基酯；和(甲基)丙烯酸羥烷基酯如(甲基)丙烯酸羥甲基酯、羥乙基酯、羥丙基酯、羥丁基酯和羥戊基酯。所述聚合物和共聚物的具體實例包括甲基丙烯酸甲酯聚合物、甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯共聚物、甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸羥乙基酯/甲基丙烯酸共聚物、苯乙烯/(甲基)丙烯酸酯共聚物、作為主成分的(甲基)丙烯酸酯和共聚單體如丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、丙烯醯胺、乙鏈烯基甲苯、甲基丙烯酸縮水甘油基酯和丙烯酸羥乙基酯及其混合物的共聚物。作為上述丙烯酸(酯)類樹脂的一個例子，本發明中可以使用″PARALOID B-66″(商品名，Rohm and Haas Company的產品)。
所述氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物樹脂的示例性實例是氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、氯乙烯/醋酸乙烯酯/馬來酸共聚物和氯乙烯/醋酸乙烯酯/乙烯醇共聚物，及其混合物。作為所述氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物的一個例子，本發明中可以使用″VYHH″(商品名，Dow Chemical Japan，Ltd.的產品)。
上述例舉的丙烯酸(酯)類樹脂和氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物樹脂可以單獨使用或組合使用。當丙烯酸(酯)類樹脂和氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物組合使用時，它們的混合比例(丙烯酸(酯)類樹脂/(氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物))優選在1/1至9/1(重量)的範圍內。基於整個油墨，這樣的粘合劑樹脂可以使用的比例優選為1-10wt％。
用於本發明油墨中的顏料的實例包括酞菁顏料如酞菁藍和酞菁綠；炭黑；皮蒽酮(pyranthrone)顏料如皮蒽酮橙和皮蒽酮紅；可溶性偶氮顏料如永久紅2B，顏料猩紅和立索紅；不可溶的偶氮顏料如聯苯胺黃、漢撒黃和甲苯胺紅；喹啉並酞酮顏料如喹啉並酞酮黃；有機顏料如硫靛藍、苯並咪唑酮、蒽醌、二嗪、二酮基吡咯並吡咯、異吲哚啉酮和喹吖啶酮顏料；和無機顏料如二氧化鈦、群青、普魯士藍、氧化鐵紅、鋅白、碳酸鈣和硫酸鋇。基於整個油墨，這樣的顏料可以使用的比例優選為0.5-8wt.％。
在本發明的油墨中，如高分子的分散劑、表面活性劑、增塑劑、抗靜電劑、粘度調節劑、消泡劑、抗氧化劑和紫外線吸收劑等的一種或多種添加劑可以在不會損害本發明目的實現的範圍內添加和使用。所述高分子分散劑的示例性實例是由聚酯、聚丙烯酸(酯)、聚氨酯、聚胺或聚己內酯大分子作為主鏈和具有極性基如氨基、羧基、磺基或羥基作為側鏈，而形成的那些，聚酯類高分子分散劑是優選的。
本發明的油墨的製備是通過用已知的方法把上述的多種成分捏合和分散成均勻的混合物。作為其製備方法的一個實例，所述分散劑和顏料加入所述溶劑中，並用0.3-mm的氧化鋯珠捏合和分散三小時而形成均勻的顏料分散體。所述粘合劑樹脂和溶劑然後添加到該顏料分散體中來製備油墨。優選地，製備的油墨具有在25℃時8-15mPa·s的粘度和不低於60℃的閃點。注意的是油墨的粘度是用落球粘度計(″AMVn″，商品名；NihonSiberHegner K.K.製造)測量的值。過高的油墨粘度傾向於在列印頭噴嘴產生油墨堵塞，並且需要加熱列印頭來降低粘度。然而，這樣促進油墨中溶劑的蒸發，導致增大油墨堵塞。另一方面，過度低的油墨粘度導致可印刷性的降低。在已知的記錄介質如塑料膜，例如聚氯乙烯膜上用所述油墨的列印可以用普通的壓電噴墨印表機來完成。
以下將基於實施例和比較實施例更具體地描述本發明，其中″份″或″份數″和″％″符號是基於重量的除非另有明確的指出。應該記住的是本發明不限於下述實施例或者由其來限定。
實施例1-4本發明油墨R1-R4的製備是通過如表1所示按比例配合下述的粘合劑樹脂a、顏料b和溶劑c，然後捏合成均勻的混合物以使其具有在25℃時8-15mPa·s的粘度。表1中的粘合劑樹脂a、顏料b和溶劑c依下列各項-粘合劑樹脂aa1丙烯酸(酯)類樹脂(″PARALOID B-66″，商品名；Rohm and HaasCompany的產品)a2乙鏈烯基樹脂(″VYHH″，商品名，Dow Chemical Japan，Ltd.的產品)-顏料b酞菁藍-溶劑cc1乙二醇單丁基醚乙酸酯c2γ-丁內酯c3γ-戊內酯表1

注意的是表中的數值是份數。
比較實施例1比較油墨S1是用和實施例2相同的方法製備的，除了沒有使用γ-戊內酯和用丙二醇單甲基醚乙酸酯(89.5份)代替乙二醇單丁基醚乙酸酯(59.5份)。
比較實施例2比較油墨S2用和實施例2相同的方法製備的，除了用環己酮代替γ-戊內酯。
比較實施例3比較油墨S3和實施例3相同的方法製備的，除了用環己酮代替γ-丁內酯。
分別使用上述實施例和比較實施例所獲得的單個油墨，200-μm的聚氯乙烯膜(″WIDEFLEX-PL4″，商品名；KANBO PRAS CORPORATION的產品)作為列印介質，用其上安裝有壓電Spectra Nova 256-噴嘴列印頭的噴射評估試驗機來列印。就列印時的油墨彈射能力和油墨定著特性和乾燥特性而言，所述油墨用下述的測試方法來分級。分級結果如表2中所示。
(油墨彈射能力)在列印進行幾秒之後，列印停止並留置列印頭。然後恢復列印。油墨彈射能力的分級是基於直到五個或更多噴嘴在油墨噴射中產生故障時的列印頭留置時間，所述故障為油墨在列印之後立即從噴嘴曲線噴出而不是直線飛行或者噴嘴不再能噴出油墨。
分級等級A列印頭直到五個或更多噴嘴在油墨噴射中產生故障的留置時間是5分鐘或更長。
B列印頭直到五個或更多噴嘴在油墨噴射中產生故障的留置時間是2分鐘或更長但是短於5分鐘。
C列印頭直到五個或更多噴嘴在油墨噴射中產生故障的留置時間是小於2分鐘。
(油墨的定著特性)進行滿列印(solid printing)和字符列印。在列印之後不久，用手指摩擦列印的表面，然後基於列印表面上的油墨沾汙程度以及油墨剝落程度依肉眼觀察對定著特性分級。
分級等級A在列印表面上既沒有觀察到油墨沾汙也沒有觀察到油墨剝落。
B在列印表面上觀察到油墨沾汙和油墨剝落。
(油墨的乾燥特性)列印之後，測量每個列印表面指觸乾燥(dry-to-the-touch)時間，根據下述的標準分級乾燥特性。
分級等級A指觸乾燥時間小於3分鐘。
B指觸乾燥時間是3分鐘或更長。
表2

從上述油墨彈射能力的分級結果來看，已經證明即使當重複列印時本發明的每種油墨也幾乎沒有產生噴嘴的油墨噴射的實際故障，並且即使當列印頭留置時油墨也具有良好的噴射可恢復性。從定著特性來看，也已經證明本發明的每種油墨對記錄介質具有優異粘著力。從乾燥特性來看，也已經證明，即使當進行連續列印時，沒有發生印刷品粘頁等和可以實現穩定的列印。
權利要求
1.一種壓電噴墨印表機用的油基油墨，所述油墨包括粘合劑樹脂、顏料和溶劑，其中所述溶劑包括環狀酯和下述式(1)表示的化合物 其中X1表示烷基，X2表示氫原子或烷基，和n代表1-4的整數；相對於每100重量份式(1)表示的所述化合物，所述環狀酯的量為1-60重量份。
2.權利要求1的油墨，其中所述環狀酯是下式(2)所表示的化合物 其中X3和X4各自獨立地表示氫原子或C1-7烷基或鏈烯基，和m表示1-3的整數。
3.權利要求2的油墨，其中式(2)表示的所述化合物具有130℃-250℃的沸點。
4.權利要求1的油墨，其中式(1)表示的所述化合物和所述環狀酯的總量佔整個油墨的80-98wt.％。
5.權利要求1的油墨，其中式(1)表示的所述化合物是乙二醇單丁基醚乙酸酯。
6.權利要求1的油墨，其中所述環狀酯是選自γ-丁內酯和γ-戊內酯中的至少一種環狀酯。
7.權利要求1的油墨，其中式(1)表示的所述化合物具有130℃-250℃的沸點。
8.權利要求1的油墨，其中所述粘合劑樹脂是選自丙烯酸(酯)類樹脂和氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物樹脂中的至少一種樹脂。
9.權利要求1的油墨，其中所述粘合劑樹脂是重量比例為1/1至9/1的丙烯酸(酯)類樹脂和氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物樹脂的共混物。
10.權利要求1的油墨，其在25℃時具有8-15mPa·s的粘度。
11.權利要求1的油墨，其具有不低於60℃的閃點。
全文摘要
一種壓電噴墨印表機用的油基油墨包括粘合劑樹脂、顏料和溶劑。所述溶劑包括環狀酯和下述式(1)表示的化合物其中X1表示烷基，X2表示氫原子或烷基，和n代表1－4的整數。相對於每100重量份式(1)表示的所述化合物，所述環狀酯的量為1－60重量份。優選，所述環狀酯是下式(2)所表示的化合物其中X3和X4各自獨立地表示氫原子或C1－7烷基或鏈烯基，和m表示1－3的整數。
文檔編號B41J2/01GK1891766SQ20051009139
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月6日 優先權日2005年7月6日
發明者杉田行生, 田村充功 申請人:札.印克帖克株式會社