專利名稱：噴墨油墨組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨油墨。特別地，本發(fā)明涉及由加入具體的表面活性劑(該表面活性劑包括烷基醚硫酸鹽和乙氧基化硫醇)，具有增加穩(wěn)定性和增加噴射性的油墨組合物。
噴墨打印是涂敷油墨到基材上以形成圖象的公知技術(shù)，其中在從其涂敷油墨的印刷機(jī)功能部件和在其上沉積油墨的基材之間沒(méi)有物理接觸。以微液滴的形式涂敷油墨，該微液滴由公知機(jī)構(gòu)通過(guò)打印頭中的小噴嘴射出到基材上。
噴墨油墨可包含溶于油墨載體的著色劑(染料)或不溶于油墨載體的著色劑(顏料或分散染料)。與不溶性著色劑相關(guān)的通常問(wèn)題在于隨時(shí)間可發(fā)生粒度的增加，導(dǎo)致降低的噴射特性。當(dāng)噴射不溶性著色劑時(shí)的另外問(wèn)題是噴射噴嘴隨時(shí)間的堵塞，導(dǎo)致誤導(dǎo)的液滴或總滴排損失。當(dāng)采用粘結(jié)劑或其它聚合物配制油墨時(shí)，這是特別有問(wèn)題的。
US專利5,698,016描述了用于分散體和油墨的組合物，該組合物由兩親離子和含有連接到其上的有機(jī)基團(tuán)的改性碳產(chǎn)品組成，其中有機(jī)基團(tuán)和兩親離子具有相反的電荷。連接有機(jī)基團(tuán)到碳上的中間步驟是必須的以提供水分散性。沒(méi)有公開(kāi)穩(wěn)定的寬范圍油墨組合物。
歐洲專利申請(qǐng)0978546A1描述了包括如下物質(zhì)結(jié)合物的油墨組合物羧酸銨鹽和一種或多種表面活性劑，優(yōu)選非離子乙氧基化表面活性劑、羥基化或烷氧基化炔屬聚環(huán)氧乙烷表面活性劑，或陰離子磷酸酯。沒(méi)有公開(kāi)采用這些表面活性劑而沒(méi)有羧酸銨存在以達(dá)到穩(wěn)定性的能力。
由本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供具有改進(jìn)穩(wěn)定性和噴墨印刷機(jī)中噴射性能，而不依賴于多重穩(wěn)定機(jī)理以達(dá)到所需性能的含水噴墨油墨。由本發(fā)明解決的另一個(gè)問(wèn)題是提供對(duì)于任何穩(wěn)定油墨具有改進(jìn)噴射能力的含水噴墨油墨。
本發(fā)明提供一種油墨組合物，該油墨組合物包括液體介質(zhì)，著色劑和油墨重量的至少0.1wt％的兩親材料，該兩親材料具有通式R-O-QnA-M+，其中R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；A-表示硫酸根、磺酸根或磷酸根基團(tuán)；M+表示陽(yáng)離子如鉀、鈉、鋰或銨；和其中如果著色劑是含有共價(jià)連接到其上的有機(jī)基團(tuán)的改性炭黑，兩親材料的電荷與改性炭黑相同。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種油墨組合物，該油墨組合物包括液體介質(zhì)，著色劑和油墨重量的至少0.1wt％的兩親材料，兩親材料具有通式XQnR’-Y-R，其中X表示羥基或氨基官能度；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；R’表示C1-C6烷基官能度；Y表示氧、氮或硫；和R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基。
令人驚奇地，具體兩親材料的加入改進(jìn)了油墨的穩(wěn)定性，其中具體的兩親材料具有通式R-O-QnA-M+，其中R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；A-表示硫酸根、磺酸根或磷酸根基團(tuán)；M+表示陽(yáng)離子如鉀、鈉、鋰或銨。
第二兩親材料的加入改進(jìn)了油墨的噴射性，其中第二兩親材料具有通式XQnR’-Y-R，其中X表示羥基或氨基官能度；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；R’表示C1-C6烷基官能度；Y表示氧、氮或硫；和R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基。
通式R-O-QnA-M+的有用兩親材料非限制性地包括脂肪醇醚硫酸鈉鹽和烷基苯基醚硫酸鈉鹽，如十二烷基硫酸鈉和由Cognis提供的DisponilTMFES和DisponilTMAES表面活性劑。通式R-O-QnA-M+的另外兩親材料非限制性地包括烷基、芳基或烯基醚磷酸酯；烷基、芳基或烯基醚硫酸酯；和上述物質(zhì)的鹽，包括鈉、鉀、銨和鋰鹽；及其結(jié)合物。
通式XQnR’-Y-R的有用兩親材料非限制性地包括烷基、芳基或烯基硫醇乙氧基化物，如法國(guó)Rhodia的AlcodetTMHSC、AlocdetTMMC、AlcodetTMSK、AlcodetTM260和AlcodetTM218牌表面活性劑，或烷基酚乙氧基化物，如法國(guó)Rhodia的RhodafacTMRM-510和RhodafacTMRM-710牌表面活性劑。
噴墨油墨組合物包括液體介質(zhì)，著色劑和另外的穩(wěn)定組分。液體介質(zhì)典型地主要是水，優(yōu)選去離子水。噴墨油墨組合物包括可以是顏料或染料的著色劑。顏料可以是有機(jī)顏料或無(wú)機(jī)顏料。有機(jī)顏料”表示主要是有機(jī)化合物或有機(jī)化合物混合物的顏料，包括炭黑。
合適的有機(jī)顏料包括，例如，表面改性和未改性的，蒽醌、酞菁藍(lán)、酞菁綠、重氮顏料、單偶氮顏料、雜環(huán)黃、皮蒽酮、喹吖啶酮顏料、二噁嗪顏料、靛類顏料、硫靛顏料、苝酮(perynone)顏料、苝顏料、異吲哚啉、含有至少一個(gè)空隙的聚合物粒子等。炭黑是在氣相中由烴熱分解形成的小粒度碳粒子的屬類名稱和包括，例如，本領(lǐng)域已知為如下物質(zhì)的材料爐黑、燈黑、槽法炭黑、乙炔黑。炭黑另外包括處理的、改性的、和氧化的炭黑。
合適的無(wú)機(jī)顏料包括二氧化鈦、氧化鐵、和其它金屬粉末。一般情況下，使用的顏料數(shù)量小于20wt％，優(yōu)選3-8wt％，更優(yōu)選2-6wt％，基于油墨的總重量。本發(fā)明的油墨組合物優(yōu)選包括水平為0.1-25wt％，更優(yōu)選1-20wt％的乳液聚合物，基于油墨組合物的總重量。油墨組合物也可包括水互溶或水溶性材料如聚合物、濕潤(rùn)劑、分散劑、滲透劑、螯合劑、共溶劑、防沫劑、緩沖劑、殺蟲(chóng)劑、殺真菌劑、粘度改性劑、殺菌劑、表面活性劑、防卷劑、防滲劑和表面張力改性劑，所有這些物質(zhì)都是本領(lǐng)域已知的。有用的濕潤(rùn)劑包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇、1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、平均分子量為200、300、400、600、900、1000、1500和2000的聚乙二醇、二丙二醇、平均分子量為425、725、1000和2000的聚丙二醇、2-吡咯烷酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-哌啶酮、N-乙基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N-乙?；掖及?、N-甲基乙酰胺、甲酰胺、3-氨基-1，2-丙二醇、2，2-二硫代二乙醇、3，3-硫代二丙醇、四亞甲基砜、丁二烯砜、碳酸亞乙酯、丁內(nèi)酯、四氫糠醇、甘油、1，2，4-丁烯三醇、三甲基丙烷、羥泛酸、Liponic EG-1。優(yōu)選的濕潤(rùn)劑是平均分子量為400-1000的聚乙二醇、2-吡咯烷酮、2，2-二硫代二乙醇、和1，5-戊二醇。優(yōu)選的滲透劑包括正丙醇、異丙醇、1，3-丙二醇、1，2-己二醇、和己基卡必醇。
使用的濕潤(rùn)劑數(shù)量由油墨的性能確定和可為1-30wt％，優(yōu)選5-15wt％，基于油墨的總重量。用于形成油墨的通常使用濕潤(rùn)劑的例子是二醇、聚乙二醇、甘油、乙醇胺、二乙醇胺、醇、和吡咯烷酮。也可以使用本領(lǐng)域已知的其它濕潤(rùn)劑。
合適滲透劑的使用依賴于油墨的具體應(yīng)用。有用的例子包括吡咯烷酮、和N-甲基-2-吡咯烷酮。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在包含當(dāng)量基礎(chǔ)上多于20％的羥基、氨基、或硫醇官能度的噴墨油墨組合物中，相對(duì)于乳液聚合物的羥基官能度，羥基、氨基、或硫醇官能度存在于例如，滲透劑、濕潤(rùn)劑、表面活性劑等中，使得這種成分的沸點(diǎn)小于220℃，優(yōu)選小于200℃。
油墨中防沫劑的數(shù)量典型地為0-0.5wt％，基于油墨的總重量。用于形成顏料含水分散體的防沫劑是本領(lǐng)域公知的和市售例子包括Surfynol 104H和Surfynol DF-37(Air Products，Allentown，PA)。
在其中羥甲基丙烯酰胺或羥甲基甲基丙烯酰胺包括在共聚物中的實(shí)施方案中，是酸性潛在來(lái)源的催化劑，即，在以下公開(kāi)的干燥和固化條件下有效降低涂料組合物pH的化合物，包括在涂料組合物中，優(yōu)選該化合物的數(shù)量有效提供pH為約1-約4的涂料組合物。
基于油墨組合物的重量，可以在0-10wt％，優(yōu)選0.1wt％-10wt％，更優(yōu)選0.5wt％-6wt％，最優(yōu)選3wt％-6wt％水平下使用的催化劑包括，例如，氯化銨、硝酸銨、檸檬酸銨、磷酸二銨、氯化鎂、對(duì)甲苯磺酸的胺鹽及其混合物。
可以由本領(lǐng)域制備這樣組合物的任何方法，例如使用任何本領(lǐng)域認(rèn)可的技術(shù)，通過(guò)將成分混合，攪拌或攪動(dòng)在一起以形成含水油墨，而制備本發(fā)明的油墨組合物。本發(fā)明油墨組合物的制備程序不是關(guān)鍵的，除了達(dá)到油墨組合物是均相的程度。
由本領(lǐng)域已知的一種噴墨技術(shù)，使用例如，熱或氣泡噴墨印刷機(jī)、壓電印刷機(jī)、連續(xù)流印刷機(jī)、空氣刷或閥噴墨印刷機(jī)，將本發(fā)明的油墨組合物涂敷到基材上。優(yōu)選的基材是織造或非織造織物，它們可以從合適的纖維，例如，棉、聚酯、聚芳酰胺、絲、丙烯酸類物、羊毛、人造絲、尼龍、聚酰胺、和玻璃形成?？梢圆捎萌魏魏线m的基材，該基材包括紙、乙烯基物、皮革和聚酯。也可以在選擇的時(shí)間和溫度下，將油墨組合物在涂敷之后固化，即干燥和交聯(lián)，1秒-10分鐘的時(shí)間和60℃-300℃的溫度是典型的。理解更短的固化時(shí)間正常要求更高的溫度以進(jìn)行固化?？梢杂蔁岷洼椛淠芰?，如微波或紅外輻射的結(jié)合進(jìn)行固化。
對(duì)于本發(fā)明的目的，油墨穩(wěn)定性定義為使用購(gòu)自Microtrac，Inc.，Montgomeryville，賓夕法尼亞，U.S.A的Microtrac UPA150粒度分析儀，在60℃下五天之后粒度增加不大于70nm。
油墨的噴射能力或噴射性由噴射時(shí)間的增加而沒(méi)有誤導(dǎo)或油墨噴射噴嘴的堵塞來(lái)表示。噴射性測(cè)試由如下方式進(jìn)行采用由MimakiEngineering Company，Ltd.，日本制造的JF-0604型印刷機(jī)連續(xù)印刷棉織物，直到觀察到堵塞的噴射流或誤導(dǎo)的液滴。
如下實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1具有改進(jìn)穩(wěn)定性的配制劑除粘結(jié)劑和顏料分散體以外，通過(guò)將所有的成分共混在一起而制備表1和3所示的油墨組合物。使用14％氫氧化銨，將混合物的pH值調(diào)節(jié)到8-8.5。然后將粘結(jié)劑乳液逐漸加入到混合物中，同時(shí)攪拌。最后將顏料分散體逐漸加入到以上混合物中，同時(shí)攪拌。使用14％氫氧化銨，將油墨的最終pH值調(diào)節(jié)到8.5。使用1微米玻璃纖維過(guò)濾器(由Pall Corporation，Ann Arbor，MI 48103，USA制造)過(guò)濾最終的油墨。使用布氏粘度計(jì)(由Brookfield ENG LABS INC.，Stoughton，MA02072，USA制造)，在30rpm下采用超低(UL)接合器和轉(zhuǎn)軸測(cè)量粘度。使用Fisher Scientific表面張力計(jì)20(由Fisher Scientific，USA制造)測(cè)量表面張力。
通過(guò)在60℃熱老化和進(jìn)行粒度測(cè)量，評(píng)定穩(wěn)定性和保存期限時(shí)間。在過(guò)濾油墨之后，在任何熱老化和在60℃下的具體熱老化下之前，測(cè)量初始粒度。使用Microtrac UPA 150粒度分析儀(由Microtrac，Inc.，Montgomeryville，PA 18936制造)進(jìn)行粒度測(cè)量。
表1.具有改進(jìn)穩(wěn)定性的油墨配制劑
樣品1和2是對(duì)比樣品。
AcryJetTM是Rohm and Haas Company，費(fèi)城，PA.U.S.A的商標(biāo)。DS-4是從Rhodia，法國(guó)以商標(biāo)RhodocalTMDS-4銷售的烷基芳基磺酸鹽表面活性劑。SLS是從Stepan Company，Northfield，IL，USA在以商標(biāo)PolystepTMS-1銷售的十二烷基硫酸鈉。FES牌產(chǎn)品由Coghis提供。
表2.表1中油墨配制劑的油墨性能
與樣品F1-F2相比，樣品F3-F6顯示改進(jìn)的穩(wěn)定性。
表3.具有改進(jìn)穩(wěn)定性的油墨配制劑
樣品7和8是對(duì)比樣品。
AlcodetTMSK是法國(guó)Rhodia的烷基硫醇乙氧基化物(8EO)。
表4.表3中油墨配制劑的油墨性能
油墨樣品3-6顯示優(yōu)異的穩(wěn)定性及相當(dāng)?shù)膰娚湫浴Ｓ湍珮悠?-13顯示優(yōu)異的穩(wěn)定性和優(yōu)異的噴射性。
實(shí)施例2具有改進(jìn)噴射性的配制劑除粘結(jié)劑和顏料分散體以外，通過(guò)將所有的成分共混在一起而制備表5所示的油墨組合物。使用14％氫氧化銨，將混合物的pH值調(diào)節(jié)到8-8.5。然后將粘結(jié)劑乳液逐漸加入到混合物中，同時(shí)攪拌。最后將顏料分散體逐漸加入到以上混合物中，同時(shí)攪拌。使用14％氫氧化銨，將油墨的最終pH值調(diào)節(jié)到8.5。使用1微米玻璃纖維過(guò)濾器(由Pall Corporation，Ann Arbor，MI 48103，USA制造)過(guò)濾最終的油墨。使用布氏粘度計(jì)(由Brookfield ENG LABS INC.，Stoughton，MA 02072，USA制造)，在30rpm下采用超低(UL)接合器和轉(zhuǎn)軸測(cè)量粘度。使用Fisher Scientific表面張力計(jì)20(由Fisher Scientific，USA制造)測(cè)量表面張力。
表5.具有改進(jìn)噴射性的油墨配制劑
Cab-O-JetTM是Cabot Corporation，Billerica，MA U.S.A的商標(biāo)。
樣品14和17是對(duì)比樣品。
相對(duì)于油墨樣品14和17，油墨樣品15，16，18和19顯示改進(jìn)的噴射性。
權(quán)利要求
1.一種油墨組合物，包括液體介質(zhì)，著色劑和油墨重量的至少0.1wt％的兩親材料，該兩親材料具有如下通式R-O-QnA-M+，其中R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；A-表示硫酸根、磺酸根或磷酸根基團(tuán)；M+表示陽(yáng)離子如鉀、鈉、鋰或銨；和其中如果著色劑是含有共價(jià)連接到其上的有機(jī)基團(tuán)的改性炭黑，兩親材料的電荷與改性炭黑相同。
2.權(quán)利要求1的油墨組合物，其中兩親材料是一種或多種選自如下的組合物(a)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基醚磷酸酯及其鹽，包括鈉、鉀、銨和鋰鹽；和(b)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基醚硫酸酯及其鹽，包括鈉、鉀、銨和鋰鹽。
3.權(quán)利要求2的油墨組合物，其中以重量計(jì)油墨包括不大于10％的兩親材料。
4.權(quán)利要求1的油墨組合物，進(jìn)一步包括油墨重量的至少0.1wt％的第二兩親材料，其中第二兩親材料具有如下通式XQnR’-Y-R，其中X表示羥基或氨基官能度；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；R’表示C1-C6烷基官能度；Y表示氧、氮或硫；和R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基。
5.權(quán)利要求4的油墨組合物，其中第二兩親材料是一種或多種選自如下的組合物(a)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基硫醇乙氧基化物和(b)烷基酚乙氧基化物。
6.權(quán)利要求4的油墨組合物，其中以重量計(jì)油墨包括不大于10％的第二兩親材料。
7.一種油墨組合物，包括液體介質(zhì)，著色劑和油墨重量的至少0.1wt％的兩親材料，該兩親材料具有如下通式XQnR’-Y-R，其中X表示羥基或氨基官能度；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；R’表示C1-C6烷基官能度；Y表示氧、氮或硫；和R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基。
8.權(quán)利要求7的油墨組合物，其中兩親材料是一種或多種選自如下的組合物(a)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基硫醇乙氧基化物和(b)烷基酚乙氧基化物。
9.權(quán)利要求7的油墨組合物，進(jìn)一步包括油墨重量的至少0.1wt％的第二兩親材料，其中第二兩親材料具有如下通式R-O-QnA-M+，其中R表示烷基、芳基、烷基-芳基或烯基；Q表示環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的親水性重復(fù)單元，其中n＞4；A-表示硫酸根、磺酸根或磷酸根基團(tuán)；和M+表示陽(yáng)離子如鉀、鈉、鋰或銨。
10.權(quán)利要求9的油墨組合物，其中第二兩親材料是一種或多種選自如下的組合物(a)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基醚磷酸酯及其鹽，包括鈉、鉀、銨和鋰鹽；和(b)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基醚硫酸酯及其鹽，包括鈉、鉀、銨和鋰鹽。
全文摘要
由加入具體的表面活性劑，該表面活性劑包括烷基醚硫酸鹽和乙氧基化硫醇，提供具有增加穩(wěn)定性和增加噴射性的油墨組合物。油墨組合物的剩余部分包括合適的載體，該載體典型地包含水，醇，表面活性劑，濕潤(rùn)劑和非必要的樹(shù)脂組分。
文檔編號(hào)C09D11/10GK1510090SQ20031012310
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者付振文, L·C·格拉齊亞諾, 格拉齊亞諾 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯公司