CN101096476A - 墨水组合物、包含其的墨盒和包括该墨盒的喷墨记录装置 - Google Patents

墨水组合物、包含其的墨盒和包括该墨盒的喷墨记录装置 Download PDF

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CN101096476A CNA2007100058712A CN200710005871A CN101096476A CN 101096476 A CN101096476 A CN 101096476A CN A2007100058712 A CNA2007100058712 A CN A2007100058712A CN 200710005871 A CN200710005871 A CN 200710005871A CN 101096476 A CN101096476 A CN 101096476A
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Abstract

一种墨水组合物，其包含：具有任选地含有亲水性基团和憎水性基团的三酯结构的化合物、着色剂和溶剂。该具有三酯结构的化合物降低了着色剂的迁移性并且提高了对纸的粘合性，由此将打印图像的颜色之间的渗色最小化。该三酯化合物还提高了打印图像的水牢度以及耐干和湿磨度，在纸上具有优异的色牢度。另外，该墨水组合物提高了打印图像的图像质量并且具有优异的长期储存稳定性，使得其可被广泛地用于喷墨墨水、印刷墨水、涂料、织物印花、造纸、化妆品制备、陶瓷工业等。

Description

墨水组合物、包含其的墨盒和包括该墨盒的喷墨记录装置
本申请根据35 U.S.C.§119(a)要求于2006年6月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2006-0058073的优先权，该申请的披露内容以它的整体在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种墨水组合物、包含该墨水组合物的墨盒和包括该墨盒的喷墨记录装置。更特别地，本发明涉及一种展现出在打印图像的色彩之间的渗色(bleeding)减少并且打印图像的水牢度以及耐干和湿磨度(dry andwet rub fastness)提高的墨水组合物、包含其的墨盒和包括该墨盒的喷墨记录装置。
背景技术
一般而言，着色剂通过选择性地吸收或反射可见光而体现它们固有的颜色，并且被分类为染料和颜料。
染料被用于任何将被染色的材料例如纤维、皮革、毛皮、纸中，由此提供对日光、洗涤、摩擦等的显著坚牢性。颜料是颗粒形式的着色物质，并且不会直接染色到通过物理方式(例如粘结等)粘附在其上的材料的表面上，由此提供它们固有的颜色。
染料溶于溶剂例如水、有机溶剂和其混合物中。颜料通常不溶于溶剂，因此最重要的是将颜料颗粒均匀地分散于溶剂、载体或载色剂中，由此稳定地保持分散状态而不会重新凝聚。
染料型墨水在长期储存稳定性、保持其均匀性以及其清晰颜色和亮度方面非常优异。然而，染料型墨水的水牢性和耐光性差。
颜料型墨水具有高的光密度(OD)以及优异的水牢性和耐光性，并且展现出在颜色之间极少的渗色。与染料型墨水相比，颜料型墨水展现出差的色彩清晰度和弱的长期储存稳定性。而且，使用颜料型墨水打印的图像具有弱的耐干和湿磨度。
当用染料或颜料打印颜色(多色打印)时，在各颜色的界面处出现渗色，由此减弱了图像的清晰度。
为了通过降低着色剂在受体例如纸上的迁移性(mobility)而提高耐磨度和色牢度，如美国专利Nos.5,172,133和5,529,616中披露的那样使用包含颜料、水溶性树脂和特定醇的用于喷墨印刷的墨水组合物。
然而，该用于喷墨印刷的墨水组合物通过喷嘴喷出，因此应当具有低的粘度。用于该墨水组合物中的聚合物粘合剂的数量受到限制。因此，使用的聚合物粘合剂的数量不能将颜料颗粒充分地粘结在受体的顶部，由此提供不令人满意的耐磨度和色牢度。
作为通过降低着色剂在受体上的迁移性而提高耐磨度和色牢度的另外方法，已经披露了采用金属离子螯合的方法(美国专利No.4,694,302)、采用阳离子和阴离子反应的方法(美国专利No.5,623,294)和采用聚合物反应的方法(美国专利No.5,629,359)。然而，采用金属离子螯合的方法由于每一墨水组分和含于墨水中的金属离子的反应而因此难以获得长期储存稳定性，并且采用阳离子和阴离子反应的方法由于基质和离子的反应以及墨水组分间的反应而因此也具有差的性能。同样，除了难以获得长期储存稳定性之外，采用聚合物反应的方法由于未反应的单体而因此造成环境负担并且另外需要固化装置和固化时间。
发明内容
本发明提供了这样一种墨水组合物：其中打印图像的质量及其长期储存稳定性通过提高色牢度例如防渗色性、耐磨度、水牢度等而改进。
本发明还提供一种包含该墨水组合物的用于喷墨印刷的墨盒。
本发明还提供一种包括该用于喷墨印刷的墨盒的喷墨印刷用记录装置。
根据本发明的一个方面，提供一种包含着色剂、溶剂和具有由下式1表示的三酯结构的化合物的墨水组合物：
式(1)
其中R1、R2和R3的每一个独立地是取代或未取代的C1-C20羟基烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷氧基烷基或者取代或未取代的C1-C20巯基烷基；
R4是取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷氧基烷基或者取代或未取代的C1-C20巯基烷基。
根据本发明的一个实施方案，式1的化合物可以是由下式2-4表示的化合物：
式(2)
C2H5C{CH2O[CO(CH2)5O]nH}3
其中n为1-8的整数。
式(3)
式(4)
Figure A20071000587100063
根据本发明的另一个实施方案，式2的三酯化合物可以具有200-3,000的数均分子量。
根据本发明的另一个实施方案，基于1重量份的着色剂，该墨水组合物包含数量约0.1-10重量份的式1化合物。
根据本发明的另一个方面，一种用于喷墨印刷的墨盒包含该墨水组合物。
根据本发明的另一个方面，一种用于喷墨印刷的记录装置包括该用于喷墨印刷的墨盒。根据本发明的墨水组合物具有优异的色牢度、能够提供其中在颜色之间的渗色最小化的打印图像，并且还具有优异的储存稳定性。
附图说明
通过参照附图详细地描述其示例性实施方案，本发明的以上和其他特征及优点将变得更加明显，其中：
图1是包含根据本发明的一个实施方案的墨水组合物的墨盒的横截面图；和
图2是喷墨记录装置的立体图，其包括含有根据本发明的一个实施方案的墨水组合物的墨盒。
具体实施方式
在下文中，将通过描述其实施方案更详细地描述本发明。
根据本发明的一个实施方案，一种墨水组合物包含着色剂、溶剂和具有由下式1表示的三酯结构的化合物
式(1)
Figure A20071000587100071
其中R1、R2和R3的每一个独立地是取代或未取代的C1-C20羟基烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷氧基烷基或者取代或未取代的C1-C20巯基烷基；
R4是取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷氧基烷基或者取代或未取代的C1-C20巯基烷基。
在根据本发明的当前实施方案的墨水组合物中包含的具有由式1表示的三酯结构的化合物并不是线型的而是放射型的分子结构。当在纸上进行印刷时，存在于该三酯的中间和末端部分中的亲水性基团牢固地与纤维素(纸的成分)结合，由此墨水不能渗透到纸中。因此，包含在根据本发明的当前实施方案的墨水组合物中的着色剂不能渗透到纸中，由此能够保持高的光密度(OD)。
特别地，具有放射状结构的式1的化合物含有亲水性基团例如在中间部分的-O-C(＝O)-基团和-O-基团，以及在末端部分的-OH基团、-SH基团，这使得通过氢与着色剂结合的相互作用增强。因此，着色剂可以粘结在纸的表面上，由此通过降低其在纸表面上的迁移性而提高耐久性和防渗色性。
式1的化合物的例子包括由式2-4表示的化合物：
式(2)
C2H5C{CH2O[CO(CH2)5O]nH}3
其中n为1-8的整数。
式(3)
Figure A20071000587100081
式(4)
Figure A20071000587100082
式2的化合物具有200-3,000，并且优选300-900的数均分子量。当式2的化合物的数均分子量小于200时，难以获得上述效果。当式2的化合物的数均分子量大于3,000时，粘度迅速增加。式2的化合物的例子包括：数均分子量约300的聚己内酯三醇、数均分子量约500的聚己内酯三醇和数均分子量约900的聚己内酯三醇。
在根据本发明的当前实施方案的墨水组合物中，着色剂可以是自分散的颜料、与分散剂一起使用的常规颜料、直接染料、酸性染料、分散染料或活性染料。
在根据本发明的当前实施方案的墨水组合物中，该墨水组合物在20℃下具有15-70达因/cm，并且优选25-55达因/cm的表面张力。该墨水组合物的粘度为1.0-20cps，并且优选为1.5-5.0cps。
根据本发明的当前实施方案的包含式1化合物的墨水组合物可被广泛地用于喷墨墨水、印刷墨水、涂料、织物印花、造纸、化妆品制备、陶瓷工业等。
用于本发明的当前实施方案的式1化合物的总量基于1重量份着色剂为约0.1-10重量份。当式1化合物的总量小于0.1重量份时，难以获得例如耐久性提高等效果。当式1化合物的总量大于10重量份时，墨水粘度增加。
根据本发明的当前实施方案的溶剂可以是水和有机溶剂的混合物。
该有机溶剂可以是助溶剂、酰胺系列化合物，或其混合物。有机溶剂的总量基于1重量份着色剂为约0.5-20重量份。当有机溶剂的总量小于0.5重量份时，润湿性能和储存稳定性不好。当有机溶剂的总量大于20重量份时，粘度迅速增加。
助溶剂可以是醇例如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇或异丁醇；多元醇例如1，6-己二醇、1，2-己二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、丁二醇、1，4-丁二醇、1，2，4-丁三醇、1，5-戊二醇、1，2，6-己三醇、三甲醇丙烷(trimethanolpropane)、己二醇、甘油、聚(乙二醇)等；酮例如丙酮、甲乙酮、双丙酮醇等；酯例如乙酸乙酯、乳酸乙酯等；低级烷基醚例如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇单丁醚、二甘醇二乙醚、三甘醇单甲醚、三甘醇单乙醚等；含硫化合物或其混合物，其选自二甲基亚砜、四亚甲基砜和硫甘醇，但不限于此。
根据本发明的一个实施方案作为助溶剂的酰胺化合物可以是选自以下物质的至少一种：2-吡咯烷酮、2-哌啶酮、N-甲基-吡咯烷酮、己内酰胺、四氢-2-嘧啶酮、3-甲基-四氢-2-嘧啶酮、2-咪唑啉酮、二甲基咪唑啉酮、二乙基咪唑啉酮、丁基脲、1，3-二甲基脲、乙基脲、丙基脲、异丙基脲和1，3-二乙基脲。
当根据本发明的当前实施方案的助溶剂和酰胺化合物一起用作溶剂时，基于1重量份的助溶剂总量，酰胺化合物的数量为0.1-50重量份。
在根据本发明的当前实施方案的墨水组合物中，水的量基于1重量份着色剂为约1-30重量份。当水的量小于1重量份时，墨水组合物中的着色剂的密度太高，因此粘度高。当水的量超过30重量份时，墨水组合物中的着色剂的量太低，因此着色性能不好。
根据本发明的当前实施方案的墨水组合物可以进一步包含添加剂例如润湿剂、粘度控制剂等。
另外，根据本发明的当前实施方案的墨水组合物可以进一步包含酸或碱。此时，酸或碱提高了润湿剂相对于溶剂的溶解性，并且使颜料稳定。
如上所述的根据本发明的当前实施方案的墨水组合物可以通过以下方式获得：将着色剂和式1的化合物加入溶剂，然后在搅拌器中将所得的产物充分地混合和搅拌至均匀状态，并且通过过滤器将所得产物过滤。
同时，根据本发明的实施方案的墨水组合物的应用不受特别限制，除了用于印刷的墨盒之外，该墨水组合物还可以在调色剂组合物、所有类型的印刷墨水、涂料溶液等中使用。优选地，根据本发明的当前实施方案的墨水组合物可用于采用阵列头(array head)的喷墨打印机墨盒中。采用阵列头的喷墨打印机使用多个芯片在高速下进行打印，不像进行打印的同时一个芯片移动的梭型喷墨打印机那样，这使得当使用根据本发明的当前实施方案的墨水组合物时，能够提高记录装置的处理能力并且能够有效地进行打印。特别地，根据本发明的当前实施方案的墨水组合物可在包括具有超过10,000个喷嘴的阵列头的喷墨打印机中使用。
根据本发明的实施方案，提供了一种包含上述墨水组合物的用于喷墨印刷的墨盒。在下文中，将参照图1更详细地描述根据本发明的实施方案的用于喷墨印刷的墨盒。
图1是包含根据本发明的实施方案的墨水组合物的墨盒100的横截面图。
参照图1，根据本发明的当前实施方案的用于喷墨印刷的墨盒100包括墨盒主体110，该主体包括：墨水供料罐112、覆盖墨水供料罐112顶部的内罩114、以预定的间隙与内罩114隔开以封装墨水供料罐112和内罩114的外罩116。
墨水供料罐112被垂直的隔挡壁123分成第一腔室124和第二腔室126。第一腔室124与第二腔室126之间的墨水通道128形成于垂直隔挡壁123的底部。第一腔室124装满墨水，第二腔室126装满海绵129和墨水。对应于第二腔室126的通风孔126a形成于内罩114上。另外，过滤器140设置在第二腔室126的下部，使得将墨水杂质和细泡沫过滤以防止印刷头的喷嘴130堵塞。钩子142形成于过滤器140的边缘并且设置在竖管132的顶部。根据本发明的实施方案的墨水组合物被储存在第一腔室124和第二腔室126中，然后当记录装置工作时该墨水组合物通过过滤器140和印刷头的喷嘴130，由此将墨水从墨水供料罐112中以液滴形式喷射到印刷介质上。
另外，根据本发明的实施方案，提供一种包括用于喷墨印刷的墨盒的喷墨印刷用记录装置。在下文中，将参照图2更详细地描述根据本发明的实施方案的用于喷墨印刷的记录装置。
图2是包括容纳有根据本发明的实施方案的墨水组合物的墨盒11的喷墨记录装置5的立体图。
参照图2，墨盒11包括含有式1化合物、着色剂和溶剂的黑色墨水组合物。喷墨记录装置5的盖8通过铰链与记录装置5的主体13相连。可移动的插销10的啮合部分穿过孔7伸出。可移动的插销10与固定插销9啮合。当将喷墨记录装置5的盖8关闭时，固定插销9与盖8的内侧连接。在对应于穿过孔7伸出的可移动插销10的啮合部分的区域中，喷墨记录装置5的盖8上的固定插销9具有凹陷14。墨盒11被设置成使得墨水能够被喷射到在墨盒11下通过的纸3上。
如上所述，本发明提供一种墨水组合物、包含该墨水组合物的用于喷墨印刷的墨盒，和包括该墨盒的用于喷墨印刷的记录装置。根据本发明的墨水组合物将打印图像的颜色之间的渗色最小化，并且具有优异的耐磨度、优异的色牢度和优异的储存稳定性。
在下文中，将参照以下实施例更详细地描述本发明。以下实施例仅仅用于说明的目的，不意在限制本发明的范围。
实施例
用于以下实施例的着色剂如下。
<着色剂>
黑色1：Raven 5250，由Columbian Co.生产
黑色2：Regal 330，由Cabot Co.生产
青色：直接湖蓝(Direct Turquoise Blue)，由Clariant生产
品红：Basacid Rot 495，由BASF生产
黄色：Yellow GGN，由Spectra生产
<有机溶剂>
EG：乙二醇
DEG：二甘醇
Gly：甘油
1，2，6-hex：1，2，6-己三醇
DEGMBE：二甘醇单丁醚
<酰胺化合物>
2-P：2-吡咯烷酮
NMP：N-甲基-2-吡咯烷酮
Cyclo-P：环己基吡咯烷酮
<式1的化合物>
TS-1：聚己内酯三醇，数均分子量约300
TS-2：聚己内酯三醇，数均分子量约500
TS-3：聚己内酯三醇，数均分子量约900
TS-4：三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯)
TS-5：三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)
通过使用以上的着色剂、以上的式1化合物和有机溶剂，如下制备墨水样品。
将根据下表1的组合物的每一组分加入到250ml烧杯中，然后加入水以获得重量为100g的产物。此后，在搅拌器中在700rpm下将所得产物搅拌超过30分钟至均匀状态。然后通过0.45μm过滤器将所得产物过滤以获得墨水组合物。
表1
样品   着色剂(g) 有机溶剂(g)+式1化合物(g)
实施例1 墨水1   黑色1，(4) EG(8)，DEG(6)，TS-1(20)
实施例2 墨水2   黑色2，(4) Gly(7)，DEG(5)，TS-2(12)
实施例3 墨水3   青色，(4) EG(10)，DEGMBE(4)，TS-3，2-P(0.4)
实施例4 墨水4   品红，(4) 1，2，6-Hex(10)，DEG(6)，NMP(4)，TS-4(8)
实施例5 墨水5   黄色，(4) 1，2，6-Hex(9)，Gly(5)，Cyclo-P(6)，TS-5(4)
比较例1 墨水6   黑色1，(4) EG(8)，DEG(6)
比较例2 墨水7   黑色2，(4) Gly(7)，DEG(5)
比较例3 墨水8   青色，(4) EG(10)，DEGMBE(4)，2-P(6)
比较例4 墨水9   品红，(4) 1，2，6-Hex(10)，DEG(6)，NMP(4)
比较例5 墨水10   黄色，(4) 1，2，6-Hex(9)，Gly(5)，Cyclo-P(6)
实验例1：墨盒的储存稳定性的测试
将根据实施例1-5和比较例1-5制备的墨水组合物装入室温(25℃)和低温(-5℃)下的Samsung墨盒中两星期，然后如下评价喷嘴被堵塞以致于不能进行打印的程度。结果示于下表2中。
◎：5％或更少的现有喷嘴被堵塞
○：6-10％的现有喷嘴被堵塞
X：11-20％的现有喷嘴被堵塞
XX：21％或更多的现有喷嘴被堵塞
实验例2：耐磨度的测试
将根据实施例1-5和比较例1-5制备的墨水组合物再次装入墨盒M-50(由Samsung Co.生产)，然后采用打印机(MJC-2400C，由Samsung Co.生产)打印2x10cm的条形图。将所得图像干燥24小时，然后当使用测试仪摩擦图像5次时，将条形图的转移图像的光密度(OD)与摩擦之前条形图图像的光密度(OD)比较并且以百分比表示。结果如下评价并且示于下表2中。
A＝(转移图像的OD/原始条形图的OD)×100(％)
◎：A＜15
○：15≤A＜30
X：30≤A≤45
XX：A＞45
实验例3：耐渗色性的测试
将根据实施例1-5和比较例1-5制备的墨水组合物再次装入墨盒M-50(由Samsung Co.生产)，然后采用打印机(MJC-2400C，由Samsung Co.生产)用彩色墨水打印测试图。在30分钟之后，用显微镜测量基于两种邻近颜色之间的边界出现混色的点线的位置(评价标准：如美国专利No.5,854,307中披露，其全部内容被引入作为参考)
基于以下标准评价耐渗色性的程度。
5：在边界中没有出现混色。
4：出现对应于宽度为1个点直径的混色。
3：出现对应于宽度为2个点直径的混色。
2：出现对应于宽度为3个点直径的混色。
1：出现对应于宽度为4个或更多点直径的混色(基于600dpi，1个点直径＝100μm)。
实验例4：水牢度的测试
将根据实施例1-5和比较例1-5制备的墨水组合物再次装入墨盒M-50(由Samsung Co.生产)，然后采用打印机(MJC-2400C，由Samsung Co.生产)打印2×10cm的条形图。在5分钟之后，将5滴水滴在所得图像上。将图像干燥24小时，然后将水流过后降低的OD与原始条形图的OD相比并且以百分比表示。结果如下评价并且示于下表5中。
A＝(水流过后图像的OD/原始条形图的OD)×100(％)
◎：A＞95
○：90≤A＜95
X：75≤A＜90
XX：A＜75
表2
    墨盒储存稳定性     耐磨度     耐渗色性     水牢度
实施例1     ◎     ◎     5     ○
实施例2     ◎     ○     5     ◎
实施例3     ○     ◎     5     ○
实施例4     ◎     ◎     5     ◎
实施例5     ◎     ◎     4     ◎
比较例1     X     X     2     XX
比较例2     X     X     2     X
比较例3     ○     XX     3     X
比较例4     X     X     2     XX
比较例5     X     X     2     XX
含于根据本发明的墨水组合物中的具有式1的三酯结构的化合物降低了着色剂的迁移性并且提高了对纸的粘合性，由此将打印图像的颜色之间的渗色最小化并且提高了打印图像的水牢度以及耐干和湿磨度，由此在纸上具有优异的色牢度。另外，本发明的墨水组合物提高了打印图像的图像质量并且具有优异的长期储存稳定性，使得其可被广泛地用于喷墨墨水、印刷墨水、涂料、织物印花、造纸、化妆品制备、陶瓷工业等。
尽管已经参照其示例性实施方案特别地示出和描述了本发明，但本领域那些普通技术人员应当理解的是，在不偏离由权利要求书所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以在其中作出形式和细节的各种改变。

Claims (14)

1.一种墨水组合物，其包含着色剂、溶剂和具有由式1表示的三酯结构的化合物
式(1)
其中R1、R2和R3的每一个独立地是取代或未取代的C1-C20羟基烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷氧基烷基或者取代或未取代的C1-C20巯基烷基；
R4是取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷基、取代或未取代的C1-C20羟基烷氧基烷基或者取代或未取代的C1-C20巯基烷基。
2.权利要求1的墨水组合物，其中式1的化合物是由下式2、3或4表示的化合物：
式(2)
C2H5C{CH2O[CO(CH2)5O]nH}3
其中n为1-8的整数；
式(3)
式(4)
Figure A2007100058710003C1
3.权利要求2的墨水组合物，其中式2的化合物具有200-3,000的数均分子量。
4.权利要求3的墨水组合物，其中式2的化合物具有约300的数均分子量。
5.权利要求3的墨水组合物，其中式2的化合物具有约500的数均分子量。
6.权利要求3的墨水组合物，其中式2的化合物具有约900的数均分子量。
7.权利要求1的墨水组合物，其中基于1重量份的着色剂，式1的三酯化合物的量约为0.1-10重量份。
8.权利要求1的墨水组合物，其中所述着色剂选自自分散颜料、颜料和分散剂混合物、直接染料、酸性染料、分散染料和活性染料。
9.权利要求1的墨水组合物，其中溶剂是水和有机溶剂的混合物。
10.权利要求9的墨水组合物，其中基于1重量份的着色剂，水的量约为1-30重量份。
11.权利要求1的墨水组合物，其中该墨水组合物在20℃下的表面张力为15-70达因/cm，且粘度为1-20cP。
12.一种包含根据权利要求1的墨水组合物的墨盒。
13.一种包括根据权利要求12的墨盒的喷墨记录装置。
14.权利要求13的喷墨记录装置，其中该喷墨记录装置在包括具有10,000或更多喷嘴的阵列头的喷墨打印机中使用。
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