專利名稱：包含三偶氮染料的噴墨印刷用油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在噴墨印刷(“IJP”)中的油墨。IJP為非擊打式印刷技術(shù)，其中在不使噴嘴與基體接觸的情況下將油墨滴通過細(xì)密噴嘴噴射到基體上。
對于用在IJP中的油墨而言存在許多苛刻的性能要求。例如它們最好能提供具有良好的耐水性、耐光性和光密度的清晰、無拖尾圖像。油墨通常要求在施用到基體上時快速干燥以抑制弄臟，但它們不應(yīng)該在噴墨噴嘴的端部上形成硬殼，因為這樣將阻止印刷機(jī)工作。油墨還應(yīng)該隨時間存儲穩(wěn)定，而不分解或形成沉淀物，所述沉淀物可能堵塞細(xì)密噴嘴。
我們現(xiàn)在已設(shè)計了特別用于噴墨印刷的油墨。
根據(jù)本發(fā)明，提供了包含液體介質(zhì)和式(1)的三偶氮化合物或其鹽的油墨 結(jié)構(gòu)式(1)其中液體介質(zhì)包含水和有機(jī)溶劑。
當(dāng)式(1)的化合物呈鹽的形式時，優(yōu)選鹽為堿金屬鹽，特別是鋰鹽、鈉鹽和鉀鹽、銨鹽和取代的銨鹽。特別優(yōu)選的鹽為帶有氨和揮發(fā)性胺的鹽?？墒褂靡阎夹g(shù)將游離酸形式轉(zhuǎn)化為鹽。例如，堿金屬鹽可通過將組合物的堿金屬鹽溶于水中，用無機(jī)酸酸化并用氨或胺將溶液的pH調(diào)節(jié)到pH為9-9.5并通過滲析除去堿金屬陽離子來轉(zhuǎn)化為帶有氨或胺的鹽。
油墨優(yōu)選包含(a)0.01-30份式(1)的化合物或其鹽；和(b)70-99.99份包含水和有機(jī)溶劑的液體介質(zhì)；
其中，所有的份均以重量計并且份數(shù)(a)+(b)＝100。
組分(a)的份數(shù)優(yōu)選為0.1-20份，更優(yōu)選為0.5-15份，且特別是1-5份。組分(b)的份數(shù)優(yōu)選為99.9-80份，更優(yōu)選為99.5-85份，特別是99-95份。
優(yōu)選組分(a)完全溶解在組分(b)中。優(yōu)選20℃下組分(a)在組分(b)中具有的溶解度為至少10％。這使得可制備用于制備油墨的液體染料濃縮物，并降低了如果在存儲期間發(fā)生液體介質(zhì)的蒸發(fā)便染料沉淀的可能性。
水與有機(jī)溶劑的重量比優(yōu)選為99∶1-1∶99，更優(yōu)選為99∶1-50∶50，且特別是95∶5-80∶20。
優(yōu)選存在于水和有機(jī)溶劑的混合物中的有機(jī)溶劑為水混溶性有機(jī)溶劑或這種溶劑的混合物。優(yōu)選的水混溶性有機(jī)溶劑包括C1-6-烷醇，優(yōu)選甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、環(huán)戊醇和環(huán)己醇；直鏈酰胺，優(yōu)選二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；酮和酮醇，優(yōu)選丙酮、甲基醚酮、環(huán)己酮和雙丙酮醇；水混溶性醚，優(yōu)選四氫呋喃和二噁烷；二醇，優(yōu)選具有2-12個碳原子的二醇，例如戊烷-1，5-二醇、乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇和硫代二甘醇和低聚烷撐二醇和聚烷撐二醇，優(yōu)選二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇和聚丙二醇；三醇，優(yōu)選甘油和1，2，6-己三醇；二醇的單C1-4-烷基醚，優(yōu)選具有2-12個碳原子的二醇的單C1-4-烷基醚，特別是2-甲氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙醇、2-[2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基]乙醇和乙二醇單烯丙基醚；環(huán)酰胺，優(yōu)選2-吡咯啉酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、己內(nèi)酰胺和1，3-二甲基咪唑啉酮；環(huán)酯，優(yōu)選己內(nèi)酯；亞砜，優(yōu)選二甲基亞砜和環(huán)丁砜。優(yōu)選液體介質(zhì)包含水和兩種或多種，特別是2-8種水溶性有機(jī)溶劑。
通常液體介質(zhì)將另外包含一種或多種表面活性劑，例如陰離子和/或非離子表面活性劑。陰離子表面活性劑的實例包括磺酸鹽表面活性劑如磺基琥珀酸鹽(購自CYTEC的AerosolTMOT、A196；AY和GP)和磺酸鹽(購自CYTEC的AerosolTMDPOS-45、OS；購自WITCO的WitconateTMC-50H；購自DOW的DowfaxTM8390)；和氟代表面活性劑(購自3M的FluoradTMFC99C)。非離子表面活性劑的實例包括氟代表面活性劑(購自3M的FluoradTMFC170C)；烷氧基化表面活性劑(購自Union Carbide的TergitolTM系列15S-5、15S-7和15S-9)；和有機(jī)硅氧烷表面活性劑(購自WITCO的SilwetTML-77和L-76-9)。
在液體介質(zhì)中任選可包括一種或多種緩沖劑以調(diào)節(jié)油墨的pH。緩沖劑可以為基于有機(jī)物的生物緩沖劑或無機(jī)緩沖劑，優(yōu)選基于有機(jī)物的生物緩沖劑。優(yōu)選使用的緩沖劑的實例包括購自諸如AldrichChemical(Milwaukee，Wis.)的三(羥甲基)氨基甲烷(TRIS)、4-嗎啉乙烷磺酸(MES)、4-嗎啉丙烷磺酸(MOPS)和β-羥基-4-嗎啉丙烷磺酸(MOPSO)。另外，在實施本發(fā)明期間使用的緩沖劑應(yīng)該提供的pH為約3-約9，優(yōu)選約4-約6，且最優(yōu)選約4-約5。
在液體介質(zhì)中任選可包括一種或多種在噴墨油墨中通用的殺菌劑，例如購自Huls America(Piscataway，N.J.)的NuoseptTM95；購自Zeneca(Wilmington，Del.)的ProxelTMGXL；和以商品名Ucarcide250購自Union Carbide Company(Bound Brook，N.J.)的戊二醛。
液體介質(zhì)任選還可包括一種或多種金屬螯合劑。將所述螯合劑用于結(jié)合可存在于油墨中的過渡金屬陽離子。優(yōu)選的金屬螯合劑的實例包括乙二胺四乙酸(“EDTA”)、二乙二胺五乙酸(“DPTA”)、反-1，2-二氨基環(huán)己烷四乙酸(“CDTA”)、乙底酸(“EGTA”)或其它螯合劑。
在一個實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的油墨具有的pH為約3-約5，優(yōu)選約3.5-約4.5。在另一個實施方案中，油墨的pH優(yōu)選為4-11，更優(yōu)選為7-10。
25℃下油墨的粘度優(yōu)選少于50cP，更優(yōu)選少于20cP，且特別是少于5cP。
油墨還可包含另外常規(guī)用在噴墨印刷油墨中的組分，例如粘度和表面張力改性劑、腐蝕抑制劑和焦燒物(kogation)減少劑。
為了避免疑問，本發(fā)明僅涉及包含式(1)的化合物的油墨。在該專利說明書中所要求的保護(hù)范圍并不包括式(1)的化合物本身。
本發(fā)明的油墨提供了具有吸引力、中性黑色調(diào)的印刷品，該色調(diào)特別適于課本和圖像的噴墨印刷。所述油墨具有良好的存儲穩(wěn)定性和阻塞用在噴墨印刷機(jī)中的很細(xì)噴嘴的傾向性低。此外，所得到的圖像具有良好的光密度、耐光性、耐濕性和在氧化空氣污染物(如，臭氧)的存在下的耐褪色性?？蓪⒂湍尤氲絿娔兄胁⑼ㄟ^許多已知方法，例如在通過Hewlett Packard、Seiko Epson、Canon和Lexmark的許多專利申請中所述的方法用在噴墨印刷機(jī)中。例如，可以以常規(guī)方式將油墨注入到空的噴墨墨盒和噴墨印刷機(jī)中再利用的墨盒中。
本發(fā)明另外通過以下實施例進(jìn)行解釋說明，其中所有的份和百分率如果不另外指出均以重量計?？s寫“Ac”意思是CH3CO-。
實施例1制備包含下式的油墨 制備中間體2，5-二(2-乙酰氧基乙氧基)苯胺步驟1-制備1，4-二(2-乙酰氧基乙氧基)氫醌將氫醌二-(2-羥基乙基)醚(179g)、乙酸(100ml)和乙酸酐(300ml)在回流下攪拌并加熱一整夜。在冷卻至室溫并浸沒在水(21)中之后，將產(chǎn)物通過過濾分離、用水洗滌、干燥并從乙醇重結(jié)晶而獲得212g的產(chǎn)物。
步驟2-制備2-硝基-1，4-二(2-乙酰氧基乙氧基)氫醌將步驟1的產(chǎn)物(211.5g)溶于乙酸(1800ml)中。然后保持溫度低于20℃在20分鐘內(nèi)加入硝酸(51.9ml)和乙酸(200ml)的混合物。在室溫下攪拌一整夜之后，將溶液浸在水(91)中，并將產(chǎn)物通過過濾分離、用水洗滌并從乙醇重結(jié)晶而獲得209g的產(chǎn)物。
步驟3-制備2，5-二(2-乙酰氧基乙氧基)苯胺在50℃下將2-硝基-1，4-二(2-乙酰氧基乙氧基)氫醌(115g)溶解在乙醇中，并采用氫氣在鈀催化劑(2g，5％Pd/C)存在下將其還原。當(dāng)氫氣吸收中止時，將溶液篩分以除去催化劑并使濾出物冷卻至室溫。通過過濾分離出結(jié)晶固體并將其在真空下干燥而獲得90g的產(chǎn)物。
第一階段-制備單偶氮基-4-(4-乙酰氨基-2-磺基-3-苯偶氮基)-2，5-二(2-乙酰氧基乙氧基)苯胺 在pH為9下將4-氨基-3-磺基乙酰苯胺(174g；0.6mol)在水(2.5l)中攪拌并加入亞硝酸鈉(45.54g；0.66mol)。在攪拌下將該溶液加入到含有濃鹽酸(180ml)的冰/水中。在小于10℃下攪拌1.5h之后，通過加入氨基磺酸除去過量的亞硝酸。將2，5-二(2-乙酰氧基乙氧基)苯胺(178.2g；0.6mol)溶于丙酮(1000ml)中并在0-10℃下加入到上述重氮鹽懸浮液中，隨后緩慢加入吡啶(30ml)。在室溫下攪拌一整夜之后，將沉淀產(chǎn)物濾出，用水洗滌。然后將濕漿料在丙酮中攪拌、過濾并干燥(50℃)而得到橙色固體(210g；64％)。
第二階段-制備雙偶氮中間體 在pH為10下將得自第一階段的單偶氮產(chǎn)物(24.75g；0.05mol)在攪拌下溶于水(300ml)中，向其中加入亞硝酸鈉(6.90g；0.1mol)和丙酮(200ml)中。然后在室溫下將所得到的混合物在攪拌下加入到0.10M的鹽酸(70ml)中。在攪拌1h之后，通過加入氨基磺酸除去過量的亞硝酸。然后在pH為7-8下在少于10℃下將所得到的重氮鹽加入到攪拌著的鉻變酸(20.00g；0.05mol)中，所述pH在必要時通過加入2N的氫氧化鋰維持。在攪拌一整夜之后，通過加入25％(w/v)的氯化鋰使產(chǎn)物沉淀，然后過濾并采用30％的氯化鋰溶液洗滌。將所得到的濕漿料懸浮在水(700ml)中并加入氫氧化鋰水合物(25.00g；0.60mol)和將溶液在70℃下加熱。3h之后，通過加入濃鹽酸將溶液中和至pH為6-7。將產(chǎn)物通過緩慢加入20％的氯化鋰來沉淀、過濾并采用25％(w/v)的氯化鋰溶液洗滌。將濕漿料溶于水中，然后滲析至低電導(dǎo)率。將溶液蒸發(fā)至干燥(70℃)而獲得黑色粉末(25.5g；67％)。
第三階段-制備標(biāo)題染料將在水(160ml)中的得自第二階段的氨基雙偶氮化合物(0.015mol)在pH為9下攪拌，向其中加入calsolene油(1ml)和亞硝酸鈉(1.20g；0.0174mol)。將所得到的溶液攪拌，然后在0-10℃下將其在攪拌下加入到含有濃鹽酸(5ml)的冰/水(100g)中。在0-10℃下攪拌1h之后，通過加入氨基磺酸除去過量的亞硝酸。將所得到的重氮鹽加入到攪拌著的1-乙基-1，2-二氫-6-羥基-4-甲基-2-氧代-3-吡啶碳酰胺(3.10g，0.158mol)的水(100ml)溶液中，然后將其調(diào)節(jié)到pH為7。在攪拌一整夜之后，將溶液在攪拌下傾入到丙酮(31)中，過濾并采用丙酮洗滌。將固體溶于水并滲析至低電導(dǎo)率，在蒸發(fā)(80℃)之后而獲得黑色粉末(8.9g；61％；εmax為81,232且λmax為601nm)。
第四階段-制備油墨可制備具有如下配方的油墨2-吡咯烷酮5份硫代二甘醇5份SulfynolTM465 1份(購自Air Products Inc.，USA)染料 3份水86份實施例2 油墨制劑可制備表I和II中所述的另外的油墨，其中在第一欄中所述的染料為得自實施例1的化合物。前面第二欄中所引用的數(shù)字指的是有關(guān)成分的份數(shù)，并且所有的份均以重量計。油墨可裝入到空的噴墨打印機(jī)墨盒(如HP 51625A或51641A墨盒)中，并通過熱噴墨印刷或壓電噴墨印刷施用到紙上(如使用HP-DeskJet 340、540、600、840C、930C或932c熱噴墨打印機(jī))。
在表I和II中使用以下縮寫PG＝丙二醇DEG＝二乙二醇
NMP＝N-甲基吡咯烷酮DMK＝二甲基酮IPA＝異丙醇MEOH＝甲醇2P＝2-吡咯烷酮MIBK＝甲基異丁基酮P12＝丙烷-1，2-二醇BDL＝丁烷-2，3-二醇CET＝三(2-氨基乙基)胺緩沖劑PHO＝Na2HPO4和TBT＝叔丁醇TDG＝硫代二甘醇打印測試實施例將實施例1所述油墨(第四階段)使用Hewlett Packard DeskJet560CTM噴墨打印到各種紙上。以20nm的光譜間隔使用具有光譜范圍為400-700nm的0°/45°的測量幾何的Gretag SpectrolinoSpectrodensitometerTM，使用具有2°(CIE 1931)的觀察角和情況A的密度操作的光源D50測量各種印刷品的CIE彩色坐標(biāo)(a、b、L、色度C和色調(diào)H)。在尺寸大于10mm×10mm的打印機(jī)上使不少于2個量度斜對著穿過固體彩色印版。所得到的印刷品的性能列于表1，其中用于制備油墨的染料的實施例編號在左手欄內(nèi)指出，且ROD為相對光密度。
在表1、2和3中使用的基體如下編號HP Printing PaperTM1HP Premium Plus MkllTM2Epson Premium PhotoTM3Ilford Instant DryTM4
表1耐光性為了評價耐光性，將印刷品在Atlas Ci5000 WeatherometerTM中輻照100小時。結(jié)果列于表3。褪色程度表示為ΔE，其中較低的數(shù)值表示較高的耐光性，并且ΔE定義為在印刷品的CIE彩色坐標(biāo)L、a、b方面的總體改變，并由等式ΔE＝(ΔL2+Δa2+Δb2)0.5表示。
表2耐臭氧性使用HP560TM噴墨打印機(jī)將得自實施例1的油墨(第四階段)印刷到所示基體上。然后使用購自Hampden Test Equipment的臭氧測試室評價印刷基體的臭氧穩(wěn)定性。試驗在百萬分之一的臭氧的存在下在40℃和50％的相對濕度下進(jìn)行24小時。印刷油墨的耐臭氧性使用Gretag Spectrolino Spectrodensitometer，通過在暴露于臭氧之前和之后的光密度差來判斷。因此，％OD損失越低，耐臭氧性越高。結(jié)果列于表4中，其中用于制備油墨的染料的實施例編號在左手欄內(nèi)指出。這些清楚證明了基于本發(fā)明的組合物的油墨顯示出良好的耐臭氧性。
表3
表I
表II
權(quán)利要求
1.一種包含液體介質(zhì)和式(1)的三偶氮化合物或其鹽的油墨 結(jié)構(gòu)式(1)其中液體介質(zhì)包含水和有機(jī)溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的油墨，其包含(a)0.01-30份式(1)的化合物或其鹽；和(b)70-99.99份包含水和有機(jī)溶劑的液體介質(zhì)；其中，所有的份均以重量計并且份數(shù)(a)+(b)＝100。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的油墨，其中組分(a)的份數(shù)為1-5份且組分(b)的份數(shù)為99-95份。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的油墨，其中組分(a)完全溶解在組分(b)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的油墨，其中液體介質(zhì)包含一種或多種陰離子和/或非離子表面活性劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的油墨，其中液體介質(zhì)包含一種或多種pH緩沖劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的油墨，其中液體介質(zhì)包含一種或多種殺菌劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的油墨，其中液體介質(zhì)包含一種或多種金屬螯合劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項的油墨，其pH為3-5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一項的油墨，其在25℃下的粘度少于50cP。
全文摘要
本發(fā)明提供了包含液體介質(zhì)和式(1)的三偶氮化合物或其鹽的油墨，其中液體介質(zhì)包含水和有機(jī)溶劑。
文檔編號C09D11/00GK1711330SQ200380103393
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者D·P·德沃納爾德 申請人:艾夫西亞有限公司