CN101273097A - 制备颜料组合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备颜料组合物的方法，包括将聚合物和颜料组合以形成混合物和加热该混合物至约70℃至250℃的温度以形成该颜料组合物。该方法可进一步包括将该颜料组合物在水介质中分散以形成含水颜料分散体的步骤。还公开了该颜料组合物和含水颜料组合物可用于喷墨油墨组合物。

Description

制备颜料组合物的方法
技术领域
本发明涉及颜料组合物，用于制备颜料组合物的方法，以及包含这些颜料组合物的水分散体和喷墨油墨组合物。
背景技术
喷墨油墨组合物一般由用作载体的载色剂和着色剂如染料或颜料组成。添加剂和/或助溶剂也可引入以调节喷墨油墨，实现所需的总体性能。
通常，颜料单独不容易分散在液体载色剂中。已经开发出各种技术，其可提供可用于喷墨印刷的稳定的颜料分散体。例如，分散剂可加入颜料以改善其在特定介质中的分散性。分散剂的例子包括水溶性聚合物和表面活性剂。通常，这些聚合物分散剂的分子量低于20,000以保持溶解度和因此保持颜料稳定性。
颜料的表面包含各种不同的官能团，和存在的基团的类型取决于颜料的具体种类。已经开发出用于将材料且特别是聚合物接枝到这些颜料表面上的若干方法。例如，已表明聚合物可连接到包含表面基团如酚和羧基的炭黑上。但是，依赖于颜料表面的固有官能度的方法不能广泛应用，因为不是所有的颜料具有相同的特定官能团。
还已开发出用于制备改性的颜料产物的方法，其可提供具有各种不同的连接的官能团的颜料。例如，美国专利No.5,851,280公开了用于将有机基团连接到颜料上的方法，该连接包括例如通过重氮盐反应进行连接，其中有机基团是重氮盐的一部分。
还已描述了制备改性的颜料(包括具有连接的聚合物基团的颜料)的其它方法。例如，PCT公开No.WO 01/51566公开了通过将第一化学基团和第二化学基团反应形成连接有第三化学基团的颜料而制造改性的颜料的方法。还描述了包含这些颜料的油墨组合物，包括喷墨油墨。另外，美国专利No.5,698,016公开了一种包含两亲离子和改性碳产品的组合物，所述改性碳产品包含连接有至少一个有机基团的碳。所述有机基团具有与两亲离子相反的电荷。还公开了引入该组合物的含水和非水油墨和涂料组合物，包括喷墨油墨组合物。另外，聚合物涂覆碳产品和其制备方法描述于美国专利No.6,458,458中。
尽管这些方法提供具有连接基团的改性颜料，但仍需要改进用于制备颜料组合物，尤其包含聚合物的组合物的方法，由此提供形成改性颜料的有利替换方法。
发明内容
本发明涉及一种制备颜料组合物的方法，包括将聚合物和颜料组合以形成混合物和加热该混合物至约70℃-250℃的温度以形成颜料组合物的步骤。优选，聚合物包含至少一种羧酸基团的铵盐。还公开了由该方法得到的颜料组合物。
本发明进一步涉及一种制备含水颜料分散体的方法，包括形成如本文所述的颜料组合物并将该颜料组合物分散在水中以形成含水颜料分散体的步骤。还公开了由该方法得到的含水颜料分散体。
本发明进一步涉及一种喷墨油墨组合物，包含液体载色剂以及本文所述的颜料组合物或包含本文所述的颜料组合物的含水颜料分散体。优选，颜料组合物和含水颜料分散体使用本文所述的方法制备，和液体载色剂是含水载色剂。
应理解，以上概述和以下详细说明仅为示例性和解释性的，且用于对所要求保护的本发明提供进一步解释。
具体实施方式
本发明涉及用于制备颜料组合物和含水颜料分散体的方法，以及涉及所得的颜料组合物和含水颜料分散体，和进一步涉及包含它们的喷墨油墨组合物。
本发明方法包括将聚合物和颜料组合以形成混合物的步骤。所得混合物随后加热以形成聚合物组合物。在优选实施方案中，本发明方法进一步包括将聚合物组合物分散在水介质中以形成含水颜料分散体的步骤。以下更详细描述这些步骤中的每一个。
在本发明方法中，聚合物和颜料组合以形成混合物。聚合物优选为水溶性聚合物，如包含聚氧化烯基团的聚合物、包含季铵基团的聚合物、包含通过乙酸乙烯酯聚合随后水解得到的基团的聚合物(如聚乙烯醇)、包含由乙烯基吡咯烷酮的聚合得到的基团的聚合物(如聚-N-乙烯基吡咯烷酮)、和包含至少一种酸基团或其盐的聚合物，酸基团如磺酸基团或羧酸基团，盐包括钠、钾和铵盐。最优选的是包含至少一种羧酸基团的盐，尤其至少一种羧酸基团的铵盐的聚合物。对于该优选实施方案，可以使用任何具有这种基团的聚合物，包括例如通过包含羧酸基团或其盐的单体聚合制备的聚合物和通过包含可转化成羧酸基团或其盐的基团的单体聚合制备的聚合物。聚合物可以是包含铵羧酸盐基团的均聚物或共聚物，和可以是无规聚合物、交替聚合物、接枝聚合物、嵌段聚合物、星状聚合物和/或梳状聚合物。优选，聚合物包含至少10％重量的铵羧酸盐基团，更优选至少20％重量，和最优选至少30％重量。聚合物还可包含多种羧酸基团，其中至少一种是铵盐的形式。可用于本发明方法的聚合物的例子包括，但不限于，丙烯酸铵或甲基丙烯酸铵聚合物，如苯乙烯-丙烯酸铵或苯乙烯-甲基丙烯酸铵共聚物。
聚合物的分子量可根据各种因素而变化。例如，聚合物分子量影响聚合物的溶解度、所得溶液的粘度、以及聚合物的形式(固体、蜡、粘稠液体、或自由流动液体)。这还可影响以下更详细描述的本发明方法中所用的混合或加热条件。优选，聚合物的分子量低于约20,000，如约2,000至15,000，更优选约5,000至12,000，和最优选约8,000至10,000。
颜料可以是本领域技术人员通常使用的任何类型的颜料，如黑色颜料和其它彩色颜料，包括蓝色、黑色、棕色、青色、绿色、白色、紫色、品红色、红色、橙色、或黄色颜料。不同颜料的混合物也可使用。炭黑颜料的代表性例子包括各种炭黑(颜料黑7)如槽法炭黑、炉黑和灯黑，且包括例如以
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Black
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和
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商标购自Cabot Corporaion的炭黑(如Black
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2000、Black
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1400、Black1300、Black
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1100、Black
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880、Black800、Black
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700、BlackL、
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8、
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800、
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700、
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L、
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330、
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400、
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P)。合适种类的彩色颜料包括，例如，蒽醌、酞菁蓝、酞菁绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、苝、杂环黄、喹吖啶酮、和(硫代)靛系染料。这些颜料以粉末或滤饼形式商购自许多来源，包括，BASF Corporation、Engelhard Corporation和Sun Chemical Corporation。其它合适的彩色颜料的例子描述于颜色索引，第三版(染料学家和颜料学家学会，1982)(Color Index，3rd edition(The Society of Dyers and Colourists，1982))。优选，颜料是青色、品红色、黄色、或黑色颜料如炭黑。
取决于颜料的所需性能，颜料可具有宽范围的BET表面积，其通过氮吸附测定。正如本领域技术人员已知的，较高表面积对应于较小的粒径。如果较高表面积对于所需应用不容易得到，本领域技术人员也会认识到，如果需要，颜料可进行常规尺寸减小或粉碎技术如球磨或喷射研磨，以使颜料减小至较小粒径。
颜料还可以是包含任何上述颜料的改性颜料。例如，改性的颜料可包含具有连接至少一个离子基团、可离子化基团、或其混合物的颜料。例子包括已使用氧化剂氧化以将离子和/或可离子化基团引入表面上的颜料。已方向如此制备的改性颜料在表面上具有较高程度的含氧基团。氧化剂包括，但不限于，氧气、臭氧、过氧化物如过氧化氢、过硫酸盐包括过硫酸钠和钾、次岩盐如次氯酸钠、氧化酸如硝酸、和含过渡金属的氧化剂如高锰酸盐、四氧化锇、氧化铬、或硝酸铈铵。也可使用氧化剂的混合物，尤其气态氧化剂如氧和臭氧的混合物。也可使用将离子或可离子化基团引入到颜料表面上的其它表面改性方法，如氯化和磺酰化。
另外，改性颜料可包含连接有至少一个有机基团的颜料，其中有机基团包含至少一个离子基团、至少一个可离子化基团、或其混合物。这些改性颜料可使用本领域技术人员已知的任何方法制备，使得有机化学基团连接到颜料上。例如，改性颜料可使用描述于美国专利No.5,554,739、5,707,432、5,837,045、5,851,280、5,885,335、5,895,522、5,900,029、5,922,118、和6,042,643、和PCT公开WO 99/23174的方法制备，其说明书在此作为参考完全并入本发明。与使用例如聚合物和/或表面活性剂的分散剂型方法相比，这种提供更稳定的基团在颜料上的连接。
离子基团可以是阴离子或阳离子且与相反电荷的抗衡离子缔合，包括无机或有机抗衡离子如Na+、K+、Li+、NH4 +、NR’4 +、乙酸根、NO3 -、SO4 -2、R’SO3 -、R’OSO3 -、OH-和Cl-，其中R′表示氢或有机基团如取代的或未取代的芳基和/或烷基基团。可离子化基团能够在使用介质中形成离子基团的那些。可阴离子化基团形成阴离子和可阳离子化基团形成阳离子。优选，连接的基团是有机基团。有机离子基团包括描述于美国专利No.5,698,016的那些，其说明书此作为参考完全并入本发明。
阴离子基团是带负电荷的离子基团，其可由具有可形成阴离子的可离子化取代基如酸性取代基的基团(可阴离子化基团)生成。它们还可以是可离子化取代基的盐中的阴离子。阴离子基团的代表性例子包括-COO-、-SO3 -、-OSO3 -、-HPO3 -、-OPO3 -2、和-PO3 -2。可阴离子化基团的代表性例子包括-COOH、-SO3H、-PO3H2、-R’SH、-R’OH和-SO2NHCOR′，其中R′表示氢或有机基团如取代的或未取代的芳基和/或烷基基团。例如，连接的基团可包含羧酸基团、磺酸基团、硫酸根基团、或其盐，如苯羧酸基团、苯二羧酸基团、苯三羧酸基团、苯磺酸基团、或其盐。连接的有机基团还可以是任何这些物质的取代的衍生物。
阳离子基团是带正电荷的有机离子基团，其可由可形成阳离子的可离子化取代基如质子化胺(可阳离子化基团)生成。例如，烷基或芳基胺可在酸性介质中被质子化以形成铵基团-NR′2H+，其中R′表示有机基团如取代的或未取代的芳基和/或烷基基团。阳离子基团还可以是带正电荷的有机离子基团。例子包括季铵基团(-NR′3 +)和季鏻基团(-PR′3 +)。在此，R’表示氢或有机基团如取代的或未取代的芳基和/或烷基基团。
当改性颜料包含具有连接的有机基团的颜料时，有机基团可以是聚合物的。优选，聚合物基团包含上述的离子或可离子化基团。因此，有机基团可以是包含一个或多个阴离子或可阴离子化基团的聚合物基团。例子包括，但不限于，聚酸如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物，包括苯乙烯-丙烯酸聚合物，和含马来酸酐的聚合物的水解衍生物。有机基团还可以是包含一个或多个阳离子或可阳离子化基团的聚合物基团。例子包括，但不限于，直链或支链的聚胺如聚乙烯亚胺(PEI)、乙烯亚胺的低聚物(如五乙烯胺，PEA)和聚乙烯亚胺的衍生物。
如上所述，在本发明方法中，聚合物和颜料组合以形成混合物。该混合物可以是干燥形式或可以是分散体或悬浮液的形式，取决于用于制备它的聚合物和颜料的形式。例如，聚合物可以是固体形式(如粉末或蜡)或液体形式(如粘性或非粘性液体，包括糖浆或油)。另外，聚合物可以是含水或非水聚合物溶液、悬浮液、分散体、或乳液的形式。优选，聚合物可以是聚合物溶液的形式，和，尤其是，包含水或水与水混溶性溶剂如醇的混合物的含水聚合物溶液的形式。另外，颜料可以是干燥形式(如粉末、粒料、或滤饼)或在液体中的含水或非水分散体或悬浮液的形式。另外，颜料可以是湿滤饼的形式，包含约20-80％的液体如水，但仍为固体或半固体形式。优选，颜料是颜料悬浮液或分散体的形式和，尤其是，包含水或水与水混溶性溶剂如醇的混合物的含水颜料悬浮液或分散体的形式。如果聚合物或颜料是包括液体介质的形式，如溶液、分散体、或悬浮液，那么所得混合物因此是类似的形式。或者，如果聚合物或颜料都不是包含液体介质的形式，那么所得混合物是固体或半固体形式，包括例如易流动性或粘性粉末、糊、或油灰。最后，如果聚合物或颜料，但不是两者，是包括液体介质的形式，那么所得混合物可具有液体或固体形式，取决于液体介质的用量。
聚合物和颜料可使用本领域已知的任何技术或设备组合，这取决于组分和产生的混合物的形式。例如，如果聚合物和颜料都不是具有液体介质的形式或所得混合物是固体或半固体形式，可以使用高强度混合条件。这些条件是本领域技术人员已知的且可使用设计用于混合、共混、搅拌、匀化、分散、和/或配混材料的各种高强度混合器和类似设备而实现。高强度混合器可以是间歇、半连续、或连续混合器，但连续混合器相对间歇处理设备而言提供经济和实际的优点且一般是优选的。高强度混合器的例子包括，但不限于，单或双行星混合器、双轴行星混合器(尤其其中一个轴具有锯齿形叶片的那些)、螺旋混合器如双螺旋混合器或双叶片圆锥形混合器、双臂捏合机如Brabender或Farrel混合器、高强度混合器这种Henschel或papenmeir混合器、2或3辊混合器、和单或双(双)螺杆挤出机。高强度混合条件也可包括使用真空而得到的低压条件。
例如，如果聚合物和/或颜料是包含液体介质的形式，和所得混合物也是这种形式，可以使用高剪切混合。因此，混合可在合适的容器中在高剪切条件下采用能够提供研磨或冲击作用如液体剪切空化的设备或其它减小颗粒尺寸的装置进行。不同的剪切设备可结合或串联使用，如水平介质磨机、垂直介质磨机如磨碎机、球磨机、锤磨机、转盘销式磨机、流能磨、喷磨机、声波器等。优选，高剪切在高压流体碰撞反应器中发生。其它例子包括，但不限于，高压均化器、转子定子、分配设备、冲击分散器(介质/球)等。
聚合物和颜料可在足以产生所需混合物的温度和时间内组合。混合时间和温度两者取决于若干因素，包括例如颜料的种类和形式，聚合物的种类、分子量和形式，和各组分的相对量。通常，各组分在约5℃至约70℃，优选约15℃至约50℃，和更优选约20℃至约30℃的温度下组合。在组合步骤过程中可发生温度升高，这取决于所用的混合设备的种类。混合时间通常是约5分钟至约24小时，优选约10分钟至约12小时，和更优选约30分钟至约2小时。
在制备混合物后，本发明方法进一步包括将混合物加热至约70℃至250℃的温度以形成颜料组合物的步骤。加热可使用能够将混合物的温度升高至所需温度范围的任何已知的设备进行。例子包括加热套、热电偶、热浴等。还包括以上讨论的且可在混合过程中增加温度的高强度混合器和高剪切混合器。优选，混合物被加热至约100℃至200℃和更优选约140℃至185℃的温度。另外，加热可在惰性气氛如氮或氩下进行。
混合物被加热足够时间以形成所需颜料组合物。该时间取决于各种因素，包括聚合物的种类、反应规模、和颜料与聚合物的相对比率。另外，如果混合物是包含液体介质的形式或使用包含液体介质的形式的颜料或聚合物制备的，介质在加热步骤过程中也被除去。因此，加热步骤也可以是其中介质蒸发的干燥步骤，和用于加热的时间包括干燥该混合物所必需的时间。在本发明方法优选的实施方案中，混合物被加热足够时间以使大量的羧酸铵基团转化成在加热过程中被除去的氨。典型地，混合物被加热约5分钟至5天，如约1小时至约3天的时间。任何本领域已知的干燥方法也可用于加热步骤，包括例如烘炉干燥、喷雾干燥和闪蒸。
聚合物和颜料根据各组分的形式可按照各种比率组合。例如，如果聚合物和颜料都以不含液体介质的形式加入，每一组分的量可优选为以颜料对聚合物的重量计约5∶1至1∶5，更优选以颜料对聚合物的重量计约5∶1至1∶1，和最优选以颜料对聚合物的重量计约2∶1至1∶1。如果颜料和/或聚合物是包含液体介质的形式，各组分的量取决于颜料或聚合物的浓度。聚合物溶液、分散体、悬浮液或乳液浓度通常是约0.1％至25％重量，优选约1％至20％重量，和更优选约2％至10％重量。颜料分散体或悬浮液通常是1％至25％重量，优选约2％至20％重量，和更优选约5％至15％重量。所加的量或所用的浓度可调节使得颜料与聚合物的比率落入上述范围内。
在本发明方法中，聚合物和颜料组合以形成混合物，并将该混合物加热以形成颜料组合物。所得颜料组合物包含大于50％，优选大于60％，更优选大于70％的颜料。因此，本发明颜料组合物不同于聚合物组合物如涂料、油墨等，因为这些组合物包含分散在聚合物中的颜料。典型的涂料和油墨组合物产生包含低于50％重量颜料的涂层或图像。
尽管不愿局限于理论，据信在聚合物和颜料混合物加热后，聚合物发生化学和/或物理变化，而对颜料表面没有其它反应。因此，据信本发明方法不引发颜料与聚合物反应，而是将聚合物自身转化。例如，如果聚合物包含至少一种羧酸基团的铵盐，据信在加热时，铵羧酸盐基团转化成羧酸基团。聚合物也可，或单独地，经历交联反应，其中聚合物的分子量在加热过程中增加。据信所得聚合物组合物因此包含颜料和聚合物，该聚合物不同于用于制备它的聚合物。已发现该方法能够产生连接的聚合物含量高于可供选择的方法的颜料组合物。
本发明方法可进一步包括将聚合物组合物分散以形成颜料分散体的步骤。优选聚合物组合物被分散在包括水或水与水混溶性溶剂的混合物的水介质中，由此形成含水颜料分散体。如果颜料组合物由包括水介质的混合物形成，那么该步骤也可称作再分散步骤，和在这种情况下水介质可相同或不同。本领域已知用于制备颜料分散体的任何方法可用于该分散(或再分散)步骤。例如，分散体可使用高剪切混合条件形成，和可以使用任何上述设备或方法。优选的方法包括使用碱，单独地或与高剪切混合条件组合使用。例如，水溶性碱如氢氧化物试剂可用于分散颜料组合物，所述氢氧化物试剂是包含OH-离子的碱，包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化铵。也可使用其它氢氧化物盐、以及氢氧化物试剂的混合物。另外，也可使用其它在水介质中产生OH-离子的碱性试剂。例子包括碳酸盐如碳酸钠、碳酸氢盐如碳酸氢钠、和醇化物如甲醇钠和乙醇钠。
因此，本发明进一步涉及包含上述颜料组合物的含水颜料分散体。颜料组合物的用量根据颜料和聚合物的相对量而变化，但足以产生包含约0.1％至25％重量颜料的含水颜料分散体。尽管本发明含水颜料分散体可使用最少的额外组分制备，但是也可包括合适的添加剂以向含水颜料分散体赋予各种性能，包括改善的分散稳定性。其它添加剂可包括以下关于本发明喷墨油墨组合物更详细描述的那些。
本发明含水颜料分散体可进一步纯化和/或分级以除去可共存在于分散体中的杂质或不需要的游离物质。例如，含水颜料分散体可例如通过过滤、离心、或两种方法的组合洗涤以去除未反应的原料、副产物盐和其它反应杂质。产物也可例如使用本领域熟练技术人员已知的技术通过蒸发而分离或通过过滤和干燥而回收。另外，使用膜或离子交换的已知的超滤/渗滤技术可用于纯化分散体和除去大量的游离离子和非所需物质。任选的抗衡离子交换步骤也可在纯化工艺中进行，由此采用已知的离子交换技术如超滤、反渗透、离子交换柱等将形成含水颜料分散体一部分的抗衡离子用替换的抗衡离子(包括，如两亲离子)交换或替换。可交换的抗衡离子的具体例子包括，但不限于，Na+、K+、Li+、NH4 +、Ca2+、和Mg2+。
本发明的颜料组合物和含水颜料分散体可用于各种应用，包括，但不限于油墨、涂料、塑料、纸、纺织品和橡胶产品。尤其是，它们已被发现有效地用于喷墨油墨组合物，尤其含水喷墨油墨组合物。
因此，本发明还涉及喷墨油墨组合物，包含a)液体载色剂和b)本发明的颜料组合物或本发明的含水颜料分散体。优选颜料组合物或含水颜料分散体使用以上更详细描述的本发明方法而制备。
通常，喷墨油墨组合物由用作载体的载色剂和着色剂如染料或颜料组成。添加剂和/或助溶剂可引入以调节油墨，实现所需性能。优选，用于本发明喷墨油墨组合物的液体载色剂是含水载色剂，和喷墨油墨组合物因此是含水喷墨油墨组合物。含水载色剂可与关于制备改性的有机着色剂分散体的方法以上所述的相同。
用于本发明喷墨油墨组合物的颜料组合物或含水颜料分散体与上述的相同，且以有效地提供所需图像质量(例如，光学密度)而没有不利地影响喷墨油墨的性能的量存在。例如，通常使用颜料组合物或含水颜料分散体以提供包含基于油墨重量的约0.1％至约20％的颜料的量的喷墨油墨组合物。也可使用着色剂的混合物。另外，使用包含描述于例如美国专利No.5,630,868、5,803,959、5,837,045和5,922,118中的改性颜料产物的配方也在本发明范围内，这些专利都在此作为参考并入本发明。
本发明的喷墨油墨组合物可用最少的额外组分(添加剂和/或助溶剂)和处理步骤形成。但是，合适的添加剂也可引入这些喷墨油墨组合物中以赋予许多所需性能，同时保持组合物的稳定性。例如，可加入表面活性剂以进一步增加组合物的胶体稳定性。其它添加剂是本领域熟知的，且包括润湿剂、杀生物剂、粘结剂、干燥促进剂、渗透剂等。特定添加剂的量根据各种因素变化，但通常存在量是0％至40％。
另外，本发明喷墨油墨组合物可进一步引入染料以改性颜色平衡和调节光学密度。这些染料包括食品染料、FD&C染料、酸性染料、直接染料、活性染料、酞菁磺酸的衍生物包括铜酞菁衍生物、钠盐、铵盐、钾盐、锂盐等。
喷墨油墨组合物可使用如用于上述颜料组合物和含水颜料分散体的那些的方法纯化和/或分级。这样，不需要的杂质或不需要大颗粒可除去以生成具有良好的总体性能的喷墨油墨。
本发明通过以下实施例进一步阐明，所述实施例本质上仅为示例性的。
实施例
实施例1-4-含水颜料分散体的制备
以下实施例描述使用本发明方法制备本发明含水颜料分散体。
实施例1
将30g Joncryl 683(分子量Mw为8,000-10.000和酸值为165的水溶性苯乙烯丙烯酸类共聚物，可得自Johnson Polymer，Inc.)、12.5mL浓氢氧化铵和655mL DI水的混合物使用Silverson Rotor-Stator Mixer组合，直至所有的固体完全溶解。向该快速搅拌的溶液中加入37.5g PY74作为湿滤饼(20％水分含量，可得自Sun Chemical)。所得混合物随后在室温下在高剪切混合条件使用Silverson Rotor-Stator Mixer在1,000-5,000RPM下搅拌1小时。所得黄色混合物倒入Pyrex蒸发皿(约1/3满)中并置于A级(Class A)炉中。混合物随后在1750℃下加热18小时，由此形成固体黄色颜料组合物。
所得颜料组合物冷却至室温和与400mL DI水组合，随后90mL 1MNaOH组合，并随后在高剪切混合条件下使用Silverson Rotor-Stator Mixer分散。混合在1,000-5,000RPM下继续1小时。在此过程中定期检查pH和使用另外的1M NaOH调节至大于12.5。所得含水颜料分散体随后在冰浴中用Misonix探头声波器(Misonix Sonicator 3000)声处理，直至中值体积(mV)粒径低于180nm(使用Particle Size Analyzer测定)。
含水颜料分散体使用聚砜中空纤维膜(孔径：0.05微米)和0.1M NaOH作为补充液体通过渗滤纯化。渗余物的固体含量在整个渗滤过程中调节和保持在10％。在10体积的碱之后，补充液体变为DI水和继续渗滤直至渗透物的导电率＜250微西门子。最终浓度调节至10％固体。最后，分散体进一步在冰浴中使用Misonix探头(Misonix Sonicator 3000)声处理直至最终中值体积(mV)粒径是约100nm。
本发明所得含水黄色颜料分散体的性能在下表1中给出。
实施例2
本发明含水红色颜料分散体使用类似于实施例1所述的过程制备，除了103g颜料红122滤饼(71％水分含量，可得自Sun Chemical)用于替代PY74外。用于加热步骤的炉温度是150℃。
本发明所得含水红色颜料分散体的性能在下表1中给出。
实施例3
本发明含水蓝色颜料分散体使用类似于实施例1所述的过程制备，除了81g颜料蓝15:4滤饼(63％水分含量，可得自Sun Chemical)用于替代PY74外。用于加热步骤的炉温度是150℃。
本发明所得含水红色颜料分散体的性能在下表1中给出。
实施例4
本发明含水黑色颜料分散体使用类似于实施例1所述的过程制备，除了30g Black700炭黑(BP700，可得自Cabot Corporation)用于替代PY74外。用于加热步骤的炉温度是150℃。
本发明所得含水黑色颜料分散体的性能在下表1中给出。
对比例1
含水黑色颜料分散体使用类似于实施例4所述的过程制备，除了在将黑色颜料和聚合物组合后，所得混合物不在炉中加热外。样品直接在第一声处理步骤之后渗滤。
所得对比含水黑色颜料分散体的性能在下表1中给出。
含水颜料分散体的性能
实施例1-4和对比例1的含水颜料分散体的性能在下表1中给出。
表1：分散体的性能
  样品   UPA mv   Na+(ppm)   ％连接
  实施例1   0.116   6,379   9.2
  实施例2   0.0865   13,400   24.7
  实施例3   0.1191   12,103   22.4
  实施例4   0.1312   13,568   21.8
  对比例1   0.1393   7,864   14.6
如在以上实施例中讨论的，粒径使用
Figure A20068003516600161
Particle Size Analyzer测定，和记录值是是中值体积粒径(mV)。钠离子浓度使用Orion钠离子选择性探头测定和记录为每克固体的钠的微克数。连接百分数使用TA InstrumentsTGA Model 2950由热重分析(TGA)计算。对于TGA分析，样品在氮气氛下根据以下温度分布分析(除非另有所指)：10℃/分钟直到110℃，在110℃下保持10分钟，在10℃/分钟下继续加热直到800℃，和在800℃下保持10分钟。百分数连接通过将最终产物在110℃和800℃之间的重量损失与原料在110℃和800℃之间的重量损失相比而确定。
如表1中的结果所示，通过将颜料和包含羧酸基团的铵盐的聚合物组合随后加热而制备的本发明颜料组合物具有高含量的连接的聚合物，而且产生具有良好的(较低的)颜料粒径的含水颜料分散体。连接的聚合物的量预期根据所用的颜料的种类和尺寸而变化。但是，比较使用相同的类型颜料产生的两种分散体(实施例4和对比例1，都使用相同的黑色颜料)，结果清楚地显示使用本发明方法的高得多的连接水平，以及较小粒径分散。
实施例5-8-喷墨油墨组合物的制备
本发明喷墨油墨组合物以在下表2所示配方使用实施例1-4的含水颜料分散体制备。
表2：喷墨油墨配方：
  组分   量(％)
  含水颜料分散体   3.5(固体基准)
  2-吡咯烷酮   7
  1，5-戊二醇   7
  三羟甲基丙烷   5
  Surfynol 465   0.2％
  DI水   其余
将实施例8的黑色喷墨油墨组合物倒入HP45盒中和由HP P1000热喷墨打印机打印。印刷在三种不同的普通纸上进行：HP Bright White(HPBW)，Hammermill Copy Plus(HCP)和Xerox 4024(4024)。实施例5-7的彩色喷墨油墨组合物由Canon i550热喷墨打印机打印到各种光泽介质上。发现本发明的各喷墨油墨组合物打印良好，产生具有理想的总体性能的印刷图像。
例如，评估使用实施例8的黑色喷墨油墨组合物打印的图像的OD、干燥时间、轮廓色污斑(highlighter smear)和水牢度。结果在下表3中给出。
表3：在各种纸张类型上的黑色印刷结果
  HPBW   HCP   4024
  OD   1.43   0.90   0.85
  干燥时间   85-90s   0-5s   5-10s
  轮廓色污斑   0.488   0.069   0.046
  水牢度   是   是 是
在表3中，干燥时间是指对擦过印刷图像的表面的一张纸油墨不再发生颜色转移的时间，以秒计。轮廓色污斑是指在2遍高升(highliter)摩擦过程中转移的颜料的OD(酸和碱高升的平均值)。最后，水牢度是指在1000微升水在45°角下在印刷之后5分钟内滴到印刷图像上时是否出现颜料流动。表3中的结果显示，本发明喷墨油墨组合物可用于产生具有良好的总体性能的印刷图像。
以上对本发明优选的实施方案的描述是为了解释和说明目的而给出。这不意味着是穷尽的或将本发明限定至所公开的精确形式。改性和变化根据以上教导是可能的，或根据本发明的实施而得到。选择和描述所述实施方案以解释本发明的原理和实际应用以使本领域技术人员能够将本发明以各种实施方案和各种变型应用，如适于所考虑的具体用途。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (34)

1.一种制备颜料组合物的方法，包括以下步骤：
i)将包含至少一种羧酸基团的铵盐的聚合物和颜料组合以形成混合物，和
ii)加热该混合物至约70℃至250℃的温度以形成颜料组合物。
2.权利要求1的方法，其中聚合物是含水聚合物溶液的形式。
3.权利要求1的方法，其中颜料是含水颜料悬浮液或分散体的形式。
4.权利要求1的方法，其中聚合物和颜料在高强度或高剪切混合条件下组合。
5.权利要求1的方法，其中颜料和聚合物按照颜料与聚合物的5∶1至1∶5的重量比组合。
6.权利要求5的方法，其中颜料与聚合物的重量比是5∶1至1∶1。
7.权利要求1的方法，其中聚合物包含至少10％重量的至少一种羧酸基团的铵盐。
8.权利要求7的方法，其中聚合物包含至少20％重量的至少一种羧酸基团的铵盐。
9.权利要求7的方法，其中聚合物包含至少30％重量的至少一种羧酸基团的铵盐。
10.权利要求1的方法，其中聚合物是丙烯酸铵聚合物或甲基丙烯酸铵聚合物。
11.权利要求1的方法，其中聚合物是苯乙烯-丙烯酸铵聚合物或苯乙烯-甲基丙烯酸铵聚合物。
12.权利要求1的方法，其中混合物使用喷雾干燥器加热。
13.权利要求1的方法，其中颜料包括蓝色颜料、黑色颜料、棕色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、红色颜料、黄色颜料、或其混合物。
14.一种制备含水颜料分散体的方法，包括以下步骤：
i)将包含至少一种羧酸基团的铵盐的聚合物和颜料组合以形成混合物，
ii)加热该混合物至约70℃至250℃的温度以形成颜料组合物，和
iii)在水介质中分散该颜料组合物以形成含水颜料分散体。
15.权利要求14的方法，其中颜料组合物在高剪切混合条件下分散。
16.权利要求14的方法，其中颜料组合物通过加入碱而分散。
17.一种喷墨油墨组合物，包含a)液体载色剂和b)颜料组合物，其中颜料组合物通过包括以下步骤的方法制备：
i)将包含至少一种羧酸基团的铵盐的聚合物和颜料组合以形成混合物，和
ii)加热该混合物至约70℃至250℃的温度以形成颜料组合物。
18.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中聚合物是含水聚合物溶液的形式。
19.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中颜料是含水颜料悬浮液或分散体的形式。
20.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中聚合物和颜料在高强度或高剪切混合条件下组合。
21.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中颜料和聚合物按照颜料对聚合物的重量比5∶1至1∶5组合。
22.权利要求21的喷墨油墨组合物，其中颜料对聚合物的重量比是5∶1至1∶1。
23.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中聚合物包含至少10％重量的至少一种羧酸基团的铵盐。
24.权利要求23的喷墨油墨组合物，其中聚合物包含至少20％重量的至少一种羧酸基团的铵盐。
25.权利要求23的喷墨油墨组合物，其中聚合物包含至少30％重量的至少一种羧酸基团的铵盐。
26.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中聚合物是丙烯酸铵聚合物或甲基丙烯酸铵聚合物。
27.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中聚合物是苯乙烯-丙烯酸铵聚合物或苯乙烯-甲基丙烯酸铵聚合物。
28.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中混合物使用喷雾干燥器加热。
29.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中颜料包括蓝色颜料、黑色颜料、棕色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、红色颜料、黄色颜料、或其混合物。
30.权利要求17的喷墨油墨组合物，其中液体载色剂是含水载色剂。
31.一种喷墨油墨组合物，包含a)液体载色剂和b)含水颜料分散体，其中含水颜料分散体通过包括以下步骤的方法制备：
i)将包含至少一种羧酸基团的铵盐的聚合物和颜料组合以形成混合物，和
ii)加热该混合物至约70℃至250℃的温度以形成包含聚合物和颜料的颜料组合物，和
iii)在水介质中分散该颜料组合物以形成含水颜料分散体。
32.权利要求31的喷墨油墨组合物，其中颜料组合物在高剪切混合条件下分散。
33.权利要求31的喷墨油墨组合物，其中颜料组合物通过加入碱而分散。
34.权利要求31的喷墨油墨组合物，其中液体载色剂是含水载色剂。
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