專利名稱：噴墨打印機(jī)用水性油墨組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于噴墨打印機(jī)的水性油墨組合物，具體涉及適用于氣泡噴射(bubble jet)噴墨打印頭的分散了顏料的水性油墨組合物。
背景技術(shù)：
噴墨打印機(jī)用的油墨不僅需要打印圖像的牢固性(尤其是耐光性和耐水性，這對(duì)于油墨來(lái)說(shuō)是必需的)，而且也需要一些特性，如噴墨穩(wěn)定性(具體是防止油墨在裝在打印頭中的噴嘴處硬化)等。因此，用于噴墨打印機(jī)的油墨與用于打印或書寫裝置的常用油墨分開研制。
美國(guó)專利4597794(相應(yīng)于日本專利公開公報(bào)昭56(1981)-157470)和日本專利公開公報(bào)平6(1994)-100812提出了噴墨打印機(jī)用的油墨組合物，它們包括顏料和/或著色劑、水溶性樹脂、水溶性有機(jī)溶劑和水。另外，公開文獻(xiàn)提出，通過(guò)使用具有某些化學(xué)結(jié)構(gòu)或通過(guò)配制特殊的化合物(如脲衍生物或聚甲基丙烯酸甲酯微粒)，油墨組合物就能得到良好的耐用性和優(yōu)良的噴墨穩(wěn)定性。用在公開文獻(xiàn)中的水溶性樹脂在本領(lǐng)域中是常用的，包括例如苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂(具體是苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸乙酯共聚物等)。
在公開文獻(xiàn)所述的技術(shù)中，當(dāng)混合用在水性油墨的大量水溶性有機(jī)溶劑時(shí)，主要使用的苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂可有效提高熱穩(wěn)定性。但是，因?yàn)樗苄杂袡C(jī)溶劑的分子量較低，所以如果使用了大量的溶劑的話，得到的油墨包含較多摩爾量的親水性化學(xué)物質(zhì)。這又使得打印圖像的干燥速率減低。從需要在噴墨打印機(jī)中實(shí)現(xiàn)高速打印的觀點(diǎn)看，優(yōu)選需要更快的打印圖像干燥速率。如果大量使用具有較低揮發(fā)性的水溶性有機(jī)溶劑，得自油墨組合物的打印圖像耐水性就會(huì)變差。
美國(guó)專利5725647提出，在油墨組合物中使用磺化的聚環(huán)氧乙烷作為潤(rùn)滑劑，以有效防止油墨組合物在打印頭的噴嘴處硬化。
磺化的聚環(huán)氧乙烷是一種聚合物表面活性劑，它包括(i)基本上包括聚環(huán)氧乙烷單元或者聚環(huán)氧乙烷單元和其它聚合物單元(如聚丙二醇等)的組合的分子骨架，和(ii)至少一個(gè)引入分子骨架中的磺化單元，它包括磺酸基團(tuán)或其金屬鹽。
數(shù)均分子量通常是500-90000。但是，在美國(guó)專利5725647中沒有提到，加入樹脂組分，以提高打印的圖像(即由打印油墨組合物組成的、在介質(zhì)上的油墨圖像)的性能，如耐水性等。
對(duì)于氣泡噴射噴墨打印，在裝在打印頭中的噴嘴處和噴嘴的周邊加熱油墨。另一方面，從提高打印圖像的分辨率看，要求使噴嘴的直徑最小。從這點(diǎn)看，噴墨打印機(jī)用的油墨不僅需要在噴嘴處具有抗堵塞性(這主要是使油墨在噴嘴處硬化)，而且也需要具有足夠的熱穩(wěn)定性，以達(dá)到加熱測(cè)試的給定程度。在本文中，加熱測(cè)試如下進(jìn)行把油墨裝入玻璃容器中，并用裝有把氣體從容器中釋放和蒸發(fā)出去的結(jié)構(gòu)的蓋子來(lái)密封，然后把它在65℃的烘箱中放置一定時(shí)間(通常是1周)。之后，取出容器，并倒置，用肉眼觀察是否產(chǎn)生沉淀，以及油墨怎樣粘附在容器壁上，接著評(píng)價(jià)熱穩(wěn)定性。根據(jù)觀察，當(dāng)在容器中有很少沉淀，且沒有油墨組分結(jié)塊，以及粘附到壁上的油墨是無(wú)色時(shí)，就判定油墨具有良好的熱穩(wěn)定性。
對(duì)于氣泡噴射噴墨打印，很難得到必要的熱穩(wěn)定性，即使使用磺化聚環(huán)氧乙烷作為潤(rùn)滑劑(如美國(guó)專利5725647所述)。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種水性油墨組合物，它具有良好的熱穩(wěn)定性，能有效地防止在噴嘴處堵塞，并有效提高打印圖像的干燥速率和耐用性(尤其是耐水性)，即使當(dāng)用于上述高分辨率氣泡噴射噴墨打印機(jī)時(shí)。
因此，本發(fā)明提供了一種噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物，它包括(a)水溶性顏料分散樹脂，(b)顏料，(c)水性溶劑和(d)濕潤(rùn)劑，其中水溶性顏料分散樹脂(a)是苯乙烯-(甲基)丙烯酸型樹脂，濕潤(rùn)劑(d)包含磺化聚環(huán)氧乙烷。
在噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物中使用的水性溶劑(c)可以是水或可包含多元醇。當(dāng)水性溶劑(c)包含多元醇時(shí)，也已發(fā)現(xiàn)多元醇宜少量使用，例如以水性油墨組合物總重量計(jì)，在1.5-10重量％的范圍內(nèi)。
產(chǎn)生本發(fā)明的技術(shù)效果的方法如下所述，但是因?yàn)橄挛奶岬降膬?nèi)容只不過(guò)是目前可預(yù)期的實(shí)驗(yàn)理論，所以不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明只基于理論起作用。
本發(fā)明的水性油墨組合物包含苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂和磺化聚環(huán)氧乙烷(濕潤(rùn)劑)的混合物。這可防止水性油墨組合物在裝打印頭中的噴嘴處硬化，以及提高熱穩(wěn)定性和有效防止在噴嘴處堵塞。
認(rèn)為磺化聚環(huán)氧乙烷有兩個(gè)作用，一個(gè)作用是作為水溶性有機(jī)溶劑(如多元醇)，另一個(gè)作用是作為表面活性劑。作為水溶性有機(jī)溶劑的作用可使油墨組合物具有中等的吸濕性，以有效防止其硬化。另一方面，作為表面活性劑的作用可把熱穩(wěn)定性提高到一定程度，但是當(dāng)單獨(dú)使用磺化聚環(huán)氧乙烷時(shí)，并沒有充分提高耐熱性。苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂結(jié)合磺化聚環(huán)氧乙烷可用來(lái)提高熱穩(wěn)定性。起作用的原因還沒有弄清楚，但是可認(rèn)為是，磺化聚環(huán)氧乙烷在顏料和水表面之間的界面上形成了吸收層，然后苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂與吸收層相互作用而穩(wěn)定，從而可有效提高分散穩(wěn)定性。
另一方面，苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂也可用來(lái)提高打印圖像的耐水性。在干燥的油墨即打印圖像中，苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂可作為粘合劑，以把顏料粘附到被打印介質(zhì)(即打印介質(zhì))的表面上。然后，可認(rèn)為苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂和磺化聚環(huán)氧乙烷的吸收層之間的相互作用可提高粘合顏料的作用，即提高耐水性。
為了更有效地提高防止在噴嘴處堵塞的作用，包含在水性油墨組合物中的水性溶劑優(yōu)選包含水溶性有機(jī)溶劑，更優(yōu)選是多元醇。已知，水溶性有機(jī)溶劑(非離子親水性化合物)的含量越高，那么打印圖像的干燥速率就會(huì)越慢。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橥ㄟ^(guò)配制磺化聚環(huán)氧乙烷作為濕潤(rùn)劑，水溶性有機(jī)溶劑(更優(yōu)選是多元醇)的含量可以控制得盡可能低，所以可有效提高熱穩(wěn)定性，而不降低干燥速率，因此也可有利地防止噴嘴堵塞。從盡可能提高干燥速率的觀點(diǎn)看，以水性油墨組合物總重量計(jì)，優(yōu)選控制多元醇的比例低于10重量％。
較佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述參照下列本發(fā)明的較佳實(shí)施方式簡(jiǎn)要描述本發(fā)明。
本發(fā)明的水性油墨組合物包含(a)水溶性顏料分散樹脂，(b)顏料，(c)水性溶劑和(d)濕潤(rùn)劑，其中水溶性顏料分散樹脂(a)是苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂，濕潤(rùn)劑(d)包含磺化聚環(huán)氧乙烷。首先，描述水溶性顏料分散樹脂(a)和濕潤(rùn)劑(d)，它們是本發(fā)明特殊的組分。
水溶性顏料分散樹脂(a)用于本發(fā)明的水溶性顏料分散樹脂(a)是苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂。苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂包括苯乙烯和丙烯酸(或甲基丙烯酸)的共聚物，或者三種或更多種單體(苯乙烯、丙烯酸(或甲基丙烯酸)和其它可聚合單體)形成的共聚物。因此，可通過(guò)聚合包括苯乙烯、(甲基)丙烯酸，如果需要的話，以及其它可共聚單體的原料單體混合物得到共聚物。
可共聚單體的例子包括馬來(lái)酸、(甲基)丙烯酸酯、乙烯基萘、α-甲基苯乙烯等。在單體混合物中，以單體總重量計(jì)，可共聚單體的含量(除去苯乙烯和(甲基)丙烯酸)優(yōu)選低于45重量％。
苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂的具體例子包括苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物或這些聚合物的鹽等。
苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂的物理和化學(xué)性質(zhì)并沒有限制，只要它能溶于水性溶劑即可。苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂的重均分子量?jī)?yōu)選約在3000-50000的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的水溶性顏料分散樹脂(a)主要包括苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂，但是可包含其它水溶性樹脂。其它水溶性樹脂的例子包括苯乙烯-馬來(lái)酸共聚物、苯乙烯-馬來(lái)酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-馬來(lái)酸半酯共聚物、乙烯基萘-丙烯酸共聚物、乙烯基萘-馬來(lái)酸共聚物、苯乙烯-馬來(lái)酸酐-馬來(lái)酸半酯共聚物等。當(dāng)使用其它水溶性顏料分散樹脂時(shí)，以水溶性樹脂總量計(jì)，苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂量的比例通常不小于60重量％，優(yōu)選不小于70重量％，更優(yōu)選不小于80重量％。
以水性油墨組合物總重量計(jì)，苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂的濃度優(yōu)選是0.03-5重量％，更優(yōu)選0.05-2重量％。當(dāng)苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂的濃度太低時(shí)，上述技術(shù)效果就會(huì)下降，特別是不能提高熱穩(wěn)定性和耐水性。另外，打印圖像的質(zhì)量就會(huì)下降，如得不到打印圖像的細(xì)部的精細(xì)度等。當(dāng)濃度太高時(shí)，打印圖像質(zhì)量就會(huì)下降。
潤(rùn)濕劑(d)用于本發(fā)明的潤(rùn)濕劑(d)應(yīng)包含磺化聚環(huán)氧乙烷。在本發(fā)明中，磺化聚環(huán)氧乙烷的例子包括上述美國(guó)專利5725647中所述的化合物，且可以是下述任何一種化合物這些化合物包括(i)基本上由聚環(huán)氧乙烷單元或者聚環(huán)氧乙烷單元和其它聚合物單元的組合組成的分子骨架，和(ii)至少一個(gè)引入分子骨架中的磺化單元，它包括磺酸基團(tuán)或其金屬鹽。
在美國(guó)專利5725647所述的化合物中，最優(yōu)選的是通過(guò)使5-磺基間苯二甲酸二甲酯鈉鹽和聚環(huán)氧乙烷進(jìn)行酯交換反應(yīng)得到的化合物。得到的化合物是基本上包含聚環(huán)氧乙烷作為分子骨架的磺化聚環(huán)氧乙烷，如下列化學(xué)式所示?；腔瘑卧巧鲜龌腔g苯二甲酸的磺酸鈉鹽(苯磺酸鈉鹽)的殘基。
式1 具有上述化學(xué)式的化合物容易在起水溶性有機(jī)溶劑的作用和起表面活性劑的作用之間取得平衡，從而提高這兩個(gè)作用，它也能有效與苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂相互作用。因此，對(duì)于這種化合物有效提高防止噴嘴堵塞的效果和提高水性油墨組合物的熱穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)是很有利的。為了更有效地起這些作用，作為原料的聚環(huán)氧乙烷的數(shù)均分子量為400-10000，優(yōu)選是500-700，更優(yōu)選是550-650。當(dāng)聚環(huán)氧乙烷的數(shù)均分子量太低時(shí)，起水溶性有機(jī)溶劑的作用就會(huì)下降，當(dāng)它太高時(shí)，起表面活性劑的作用就會(huì)下降。
可制備具有上述化學(xué)結(jié)構(gòu)的磺化聚環(huán)氧乙烷，例如，如下首先，把給定量的5-磺基間苯二甲酸二甲酯鈉鹽和給定量的聚環(huán)氧乙烷加入到特定體積的燒瓶中，然后混合。在真空和攪拌的條件下，在給定時(shí)間(通常約1小時(shí))把混合物加熱到第一溫度(通常175℃)。然后，把氮?dú)馔ㄈ霟恐校箖?nèi)壓力回復(fù)到大氣壓，接著在混合物中加入給定量的乙酸鋅鹽。隨后，在氮?dú)鈿夥罩?，在給定時(shí)間內(nèi)把混合物加熱到第二溫度(通常是220℃，2小時(shí))，進(jìn)行酯交換反應(yīng)。這時(shí)，燒瓶裝備了冷凝器單元，以濃縮和收集反應(yīng)生成的甲醇。當(dāng)停止產(chǎn)生甲醇時(shí)，移去冷凝器單元，在真空下，在約1小時(shí)內(nèi)把燒瓶中的產(chǎn)物從第二溫度冷卻到第一溫度。之后，冷卻到第三溫度(通常低于100℃)，且內(nèi)部壓力從真空變到大氣壓，收集產(chǎn)物。得到的產(chǎn)物可任選進(jìn)行純化，然后得到目標(biāo)磺化聚環(huán)氧乙烷。
以水性油墨組合物總重量計(jì)，磺化聚環(huán)氧乙烷的含量通常是0.3-7重量％，優(yōu)選是1-4重量％。當(dāng)磺化聚環(huán)氧乙烷的濃度太低時(shí)，上述技術(shù)效果就會(huì)下降，特別是熱穩(wěn)定性就會(huì)下降，且由于油墨組合物硬化造成的噴嘴堵塞就不能得到有效地防止。當(dāng)濃度太高時(shí)，根據(jù)水溶性有機(jī)溶劑的用量，干燥速率就會(huì)下降。
顏料(b)用在本發(fā)明中的顏料(b)并沒有限制，但是可以是在噴墨打印機(jī)中常用的顏料。所用顏料的例子包括喹吖啶酮顏料、酞菁染料顏料、炭黑、靛藍(lán)顏料、偶氮顏料、鎘類顏料等。在水性油墨組合物中，顏料的含量可在常用的范圍內(nèi)，以油墨組合物總重量計(jì)，具體是0.3-10重量％，優(yōu)選0.5-5.0重量％。當(dāng)含量不超過(guò)0.3重量％時(shí)，著色特性就會(huì)變差。當(dāng)它超過(guò)10.0重量％時(shí)，就不能有效防止噴嘴堵塞。
常用微粒形式的顏料的平均粒度不超過(guò)200納米，但并不限于此。當(dāng)粒度太大時(shí)，就容易發(fā)生打印頭的噴嘴堵塞。
顏料通常制備成顏料分散體，該分散體包含水/有機(jī)顏料(或無(wú)機(jī)顏料)/苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂三種組分。還可使用市售顏料分散體，例如包括以商品名“GA顏色系列”購(gòu)自MIKUNI COLORANT K.K.的顏料分散體。顏料分散體可如下制備，即用常用混合和捏合裝置分散包含顏料、水性溶劑、苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂和助劑(如表面活性劑等)的原料。例如，球磨機(jī)、砂磨機(jī)、行星式攪拌器、均化器等可用作混合和捏合裝置。在顏料分散體中，以顏料分散體的總重量計(jì)，顏料的濃度優(yōu)選是3-25重量％。
水性溶劑(c)用在本發(fā)明水性油墨組合物中的水性溶劑(c)可以單獨(dú)是水或水和水溶性有機(jī)溶劑的混合溶劑。作為水，優(yōu)選使用離子交換的水(即去離子水)，不同于包含各種離子的常用水。用來(lái)與水混合的水溶性有機(jī)溶劑的例子包括包含1-4個(gè)碳原子的烷基醇(如甲醇、正丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇等)、酰胺(如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等)、酮或酮醇(如丙酮、雙丙酮醇等)、醚(如四氫呋喃、二噁烷等)、聚亞烷基二醇(如聚乙二醇、聚丙二醇等)、亞烷基包含2-6個(gè)碳原子的亞烷基二醇(如乙二醇、丙二醇、丁二醇、三甘醇、硫二甘醇、己二醇、二甘醇等)、多元醇的低級(jí)烷基醚(如乙二醇單甲基(或單乙基)醚、二甘醇甲基(或乙基)醚、三甘醇單甲基(或單乙基)醚等)、N-甲基-2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮等。
在這些水溶性有機(jī)溶劑中，優(yōu)選使用多元醇(如二甘醇等)、多元醇的低級(jí)烷基醚(如三甘醇單甲基(或單乙基)醚等)。在這些多元醇中，更優(yōu)選是三元醇，因?yàn)樗歉呶鼭竦娜軇?。在本發(fā)明中，三元醇的例子包括甘油、1，2-己三醇、三羥甲基丙烷，也可使用它們的衍生物等。
在本發(fā)明中，相比常用溶劑，使用更少量的水溶性有機(jī)溶劑，尤其是多元醇對(duì)于提高耐水性具有更優(yōu)良的效果?；腔郗h(huán)氧乙烷(S)∶多元醇(H)的重量比(S∶H)通常是1∶1-1∶5，優(yōu)選是1∶2-1∶4。以水性油墨組合物總重量計(jì)，多元醇的濃度為1.5-10重量％。當(dāng)多元醇的濃度太高時(shí)，干燥速率就會(huì)下降，當(dāng)它太低時(shí)，就不能得到所需的效果(進(jìn)一步提高熱穩(wěn)定性等)。從這點(diǎn)看，以水性油墨組合物總重量計(jì)，多元醇的濃度優(yōu)選是4-9重量％。當(dāng)多元醇與磺化氧化乙烯之比太高時(shí)，顏料的分散能力就會(huì)下降，接著就會(huì)引起噴嘴堵塞。當(dāng)它太低時(shí)，就不能得到所需效果。
以油墨組合物的總重量計(jì)，磺化聚環(huán)氧乙烷和多元醇的總濃度通常是2-16重量％，優(yōu)選是5-13重量％。在這種情況下，以水性油墨組合物總重量計(jì)，包括多元醇等的水溶性有機(jī)溶劑的濃度通常低于10重量％，優(yōu)選是4-9重量％。
其它組分除了上述組分，也可包含在水性油墨中常用的添加劑。添加劑的例子是胺化合物、氟化合物表面活性劑、脲等，只要本發(fā)明的技術(shù)效果沒有變差即可。
水性油墨組合物本發(fā)明水性油墨組合物通常如下制備，即制備包含苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂和顏料的顏料分散體，然后與包含濕潤(rùn)劑和水溶性有機(jī)溶劑的水性溶劑進(jìn)行混合。
顏料分散體與水性溶劑的混合所用的混合和捏合裝置與所述混合顏料分散體中使用的裝置相同。當(dāng)顏料分散體與水性溶劑混合時(shí)，優(yōu)選控制顏料分散體和水性溶劑的混合比，以防止顏料的分散能力變差。通常，以顏料分散體為1重量份計(jì)，使用3-10重量份的水性溶劑。當(dāng)使用濃度更低的顏料時(shí)，可在制備的水性油墨組合物中加入水進(jìn)行稀釋，而不會(huì)使顏料的分散能力變差。
本發(fā)明的水性油墨組合物可用在常用噴墨打印機(jī)中。有用的打印機(jī)的具體例子包括購(gòu)自ENCAD Inc.的商品名“Novajet III”的打印機(jī)、購(gòu)自CANNON Inc.，的商品名“Serial No.BJ F8500的打印機(jī)”等。打印條件并沒有限制，可根據(jù)所用的打印機(jī)自由設(shè)定。例如，噴墨速率可設(shè)定為1000-10000赫茲。
本發(fā)明的水性油墨組合物可特別適用于具有氣泡噴射噴墨打印頭的打印機(jī)中。對(duì)于包含噴墨嘴的打印頭(所述噴嘴的直徑已經(jīng)被減小，以提高打印機(jī)的分辨率)，也可防止水性油墨組合物在噴嘴處硬化，也具有可調(diào)節(jié)到加快打印速率的快速干燥性質(zhì)。
用來(lái)打印本發(fā)明水性油墨組合物的介質(zhì)包括常用的紙和在其表面上具有可接受油墨的層的片材。具有可接受油墨層的片材的例子包括噴墨介質(zhì)“Serial No.IJ4331”，購(gòu)自Minnesota Minging And Manufacturing Company。
因?yàn)榈米员景l(fā)明水性油墨組合物的打印圖像具有優(yōu)良的耐水性，所以打印了圖像的介質(zhì)也可用在戶外。如果在戶外使用該介質(zhì)的話，用具有粘合劑層的透明涂膜覆蓋打印了圖像的表面，并沿著打印圖像的邊緣粘附密封帶。密封帶可用來(lái)防止水蒸氣等從介質(zhì)邊緣進(jìn)入涂膜和打印圖像表面之間。用本發(fā)明水性油墨組合物形成的打印圖像具有足夠的耐水性，以適應(yīng)在戶外使用(戶外耐水性)，即使沒有粘附密封帶。尤其當(dāng)以水性油墨組合物固體組分總重量計(jì)，使用了較少的多元醇時(shí)，可有效提高戶外耐水性。
實(shí)施例參照下列實(shí)施例更詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明。但是，本發(fā)明不應(yīng)理解為局限于這些通過(guò)使用下表1所示的配方(單位重量份)，如下制備實(shí)施例的具有不同顏色(總共有6種顏色)的水性油墨組合物。混合除了顏料分散體之外的所有組分，制備水性溶劑。用混合裝置(例如砂磨機(jī))混合水性溶劑和表1所示的各種顏料分散體(GA青色2，GA品紅色1，GA黃色1和GA黑色1；顏料分散體包含各種顯示各種顏料的顏料，所有的顏料都購(gòu)自MIKUNI COLORANT K.K.的“GA顏色系列”)，得到實(shí)施例的水性油墨組合物。對(duì)于淺青色油墨和淺品紅色油墨，是通過(guò)分別混合青色油墨或品紅色油墨和離子交換水而制備。油墨∶離子交換水的稀釋比是1∶5。
確定離子交換水的量，從而使各種有色顏料分散體包含3.5-6.0重量％的苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂，各種油墨組合物包含0.1-1.2重量％的苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂。
表1
在表1中，根據(jù)上述美國(guó)專利5725647中所述的方法制備磺化聚環(huán)氧乙烷，從而確定磺化聚環(huán)氧乙烷具有上述式1中所示的化學(xué)結(jié)構(gòu)?；腔郗h(huán)氧乙烷是通過(guò)49.3克(＝0.333當(dāng)量)的5-磺基間苯二甲酸二甲酯鈉鹽與400克(＝1.33當(dāng)量)的聚環(huán)氧乙烷(以商品名“Carbowax 600”購(gòu)自UNION CARBIDE Corp；數(shù)均分子量＝約600)的酯交換反應(yīng)制備的，且化合物具有425的羥基值。
FC-120是以商品名“Fluorad”購(gòu)自Minnesota Mining And ManufacturingCompany的含氟表面活性劑。通過(guò)在離子交換水中滴加胺的水溶液(N-二甲基乙醇胺的10％N水溶液)來(lái)控制pH值。
得到的實(shí)施例的油墨組合物通過(guò)下述方法對(duì)下列特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
熱穩(wěn)定性測(cè)試把油墨組合物裝入玻璃容器中，并用裝有把氣體從容器釋放和蒸發(fā)出去的結(jié)構(gòu)的蓋子密封，然后把它在65℃的烘箱中放置1周。之后，從烘箱中取出容器，并倒置，用肉眼觀察是否存在沉淀，油墨怎樣粘附在容器壁上，接著評(píng)價(jià)熱穩(wěn)定性。根據(jù)觀察，當(dāng)在容器中有很少沉淀，且沒有油墨結(jié)塊，以及粘附到壁上的油墨是無(wú)色時(shí)，就判定油墨具有良好的熱穩(wěn)定性。
適印性測(cè)試(1)打印機(jī)商品名“Novajet III”，購(gòu)自ENCAD Inc.
分辨率300dpi顏色總共有4種顏色，由C(青色)、M(品紅色)、Y(黃色)和K(黑色)組成打印方向單向打印道(pass)數(shù)4道噴墨速率5000赫茲打印介質(zhì)Ink Jet Medium IJ4331，購(gòu)自Minnesota Mining And ManufacturingCompany。
打印圖像使用竄墨試驗(yàn)(bleeding test)用的顏色表以及ISO圖像“Cafeteria”形成適印性測(cè)試(1)打印機(jī)商品名“BJ F8500”，購(gòu)自CANNON Inc.
分辨率1200dpi顏色總共有6種顏色，包含由C(青色)、M(品紅色)、Y(黃色)和K(黑色)組成的四種顏色，和由淺青色和淺品紅色組成的另外兩種顏色。
打印設(shè)置顏色/黑色(四種顏色(for color))，或者顏色/照片(六種顏色)，BJ交叉(cross)，最高圖像質(zhì)量模式打印介質(zhì)Ink Jet Medium IJ4331，購(gòu)自Minnesota Mining And ManufacturingCompany打印圖像使用ISO圖像“Cafeteria”形成耐水性在上述打印測(cè)試(1)的條件下，在打印介質(zhì)上打印圖像形成打印的圖像，從而制得測(cè)試樣品，把所述樣品粘附到鋁板上，然后放置24小時(shí)。把測(cè)試樣品在室溫(約25℃)的水中浸1分鐘，接著用手指來(lái)回摩擦5次，觀察測(cè)試樣品的外觀，如油墨流動(dòng)等。
對(duì)于所有實(shí)施例的油墨組合物，如下說(shuō)明得自上述測(cè)試的結(jié)果。所有結(jié)果都判定是良好的。
熱穩(wěn)定性判定結(jié)果是良好。只有非常少的沉淀，粘附在壁上的油墨組合物是無(wú)色的。
適印性(1)沒有發(fā)生噴嘴堵塞。色密度非常高。在各C、M、Y和K油墨組合物400％的打印量下沒有竄墨。得到的ISO圖像的色密度高于比較例1(如下述)。干燥速率足夠快，且在實(shí)際使用中沒有問題。
此處所用的術(shù)語(yǔ)“色帶(banding)”指一種缺陷，即所得的打印圖像因存在深色部分和淺色部分看上去外觀呈帶狀。由于噴墨量不均勻，可觀察到出現(xiàn)噴嘴堵塞，在油墨附著(粘附)在打印介質(zhì)上之后油墨擴(kuò)散能力較小。
耐水性觀察到油墨流動(dòng)少，這種情況不在損害打印圖像的圖像質(zhì)量的范圍內(nèi)。實(shí)際上沒有問題。
比較例1本比較例的水性油墨組合物用與上述實(shí)施例相同的方法制備，不同的是顏料分散體不含苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂。這些油墨組合物也用與實(shí)施例相同的方法評(píng)價(jià)，得自測(cè)試的結(jié)果說(shuō)明如下。
熱穩(wěn)定性判定為差。沉淀量比實(shí)施例的多。對(duì)于附在壁上的C，Y和K有色油墨組合物，觀察到淺色。
適用性(1)沒發(fā)生噴嘴堵塞。色密度很高。但在各C，M，Y和K油墨組合物400％的打印量下觀察到竄墨。干燥速率足夠快，實(shí)際上沒有問題。
適印性(2)沒有評(píng)價(jià)。(在上述熱穩(wěn)定測(cè)試過(guò)程中觀察到了較多沉淀?？梢灶A(yù)計(jì)會(huì)在高分辨率打印機(jī)中發(fā)生噴嘴堵塞，因此停止使用這種類型的打印機(jī)。)耐水性因?yàn)閷?duì)于所有有色油墨組合物都觀察到了油墨流動(dòng)，這些油墨組合物可判定為不能得到良好質(zhì)量的打印圖像。
比較例2本比較例的水性油墨組合物可用與實(shí)施例相同的方法制備，不同的是使用購(gòu)自MIMAKI ENGINEERING Co.Ltd的顏料分散體“Serial No.SPC-0180系列”，且不使用磺化聚環(huán)氧乙烷。這些顏料分散體包含苯乙烯-(甲基)丙烯酸型水溶性樹脂。得到的油墨組合物也是用與實(shí)施例相同的方法評(píng)價(jià)的。得自測(cè)試的結(jié)果如下述。
熱穩(wěn)定性判定為良好。有非常少的沉淀，且粘附在壁上的油墨組合物是無(wú)色的。
適印性(1)測(cè)試時(shí)噴墨性質(zhì)逐漸變差。色密度低，在單色部分觀察到色帶(banding)。根據(jù)這些不足，判定發(fā)生噴嘴堵塞。另外，在各C、M、Y和K油墨組合物400％的打印量下觀察到竄墨。對(duì)于得到的ISO圖像，色密度下降了。但是，干燥速率足夠快，且在實(shí)際使用中沒有問題。
適印性(2)沒有評(píng)價(jià)。(因?yàn)榧词褂迷谶m印性測(cè)試(1)的低分辨率打印機(jī)中，噴墨特性也會(huì)變差，所以在高分辨率打印機(jī)中可能發(fā)生噴嘴堵塞，因此停止使用這種類型的打印機(jī)。)耐水性對(duì)于所有有色油墨組合物，沒有觀察到油墨流動(dòng)。
如上述，本發(fā)明可提供了一種具有良好熱穩(wěn)定性的水性油墨組合物，它可有效防止噴嘴堵塞，也能有效提高打印圖像的干燥速率和耐水性，即使當(dāng)它用在高分辨率(如超過(guò)1200dpi)氣泡噴射型噴墨打印機(jī)中。
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物，它包括(a)水溶性顏料分散樹脂，(b)顏料，(c)水性溶劑和(d)濕潤(rùn)劑，其中水溶性顏料分散樹脂(a)是苯乙烯-(甲基)丙烯酸型樹脂，濕潤(rùn)劑(d)包含磺化聚環(huán)氧乙烷。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物，其特征在于所述水性溶劑(c)包含水和水溶性有機(jī)溶劑。
3.如權(quán)利要求2所述的噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物，其特征在于所述水溶性有機(jī)溶劑是多元醇。
4.如權(quán)利要求2或3所述的噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物，其特征在于以所述水性油墨組合物總重量計(jì)，所述水溶性有機(jī)溶劑的含量為1.5-10重量％。
全文摘要
提供一種具有良好熱穩(wěn)定性的水性油墨組合物，它可有效防止噴嘴堵塞，也能有效提高打印圖像的干燥速率和耐用性(尤其是耐水性)，即使當(dāng)它用在高分辨率氣泡噴射型噴墨打印機(jī)中。一種噴墨打印機(jī)用的水性油墨組合物，它包括(a)水溶性顏料分散樹脂，(b)顏料，(c)水性溶劑和(d)濕潤(rùn)劑，其中水溶性顏料分散樹脂(a)是苯乙烯－(甲基)丙烯酸型樹脂，濕潤(rùn)劑(d)包含磺化聚環(huán)氧乙烷。
文檔編號(hào)B41M5/00GK1466613SQ01816206
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月25日
發(fā)明者齊藤公二 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司