CN101415786A - 喷墨油墨溶剂体系 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种耐蹭脏性喷墨油墨(160)配方，其包括油墨(160)，而油墨(160)包含：0.1－6％的着色剂；1－40％的溶剂；0.3－10％的胶乳粘合剂，其粒度为100－300纳米，玻璃化转变温度为－20至+100℃；水和0.1－4％的酸值为50－250、分子量为1,000－60,000的疏水性苯乙烯－丙烯酸类或丙烯酸类树脂或酸值为40－200、分子量为3,000－400,000的聚氨酯树脂。

Description

喷墨油墨溶剂体系
背景
喷墨打印已经成为在各种介质表面、特别是纸上记录图像的常用方法，这有许多原因，包括低打印机噪音、高速记录的能力和多颜色记录的能力。而且，对于消费者来说可以以较低的价格获得喷墨打印的这些优点。尽管人们在喷墨打印技术方面已经取得重大进步，但是伴随这些进步，消费者在比如更高的速度、更高的分辨力、形成全色图像、更高的稳定性等方面的需求也提高了。
关于喷墨油墨的化学性质，商品化的喷墨油墨大部分是水基的。因此，它们的组分通常是水溶性的(如同在许多染料中的情况)或水分散性的(如同在许多颜料中的情况)。因为它们的水基性质，与其它摄像或打印方法相比，喷墨油墨体系通常在暴露于水或高湿度环境时往往表现出较差的图像褪色和耐久性。
通过引入某些与喷墨油墨相容的聚合物胶体已经在喷墨油墨的耐水性方面取得了很大的进步。但是，许多喷墨油墨仍然表现出不符合要求的光学密度、耐久性和/或响应荧光笔(highlighters)的(耐)湿蹭脏性。具体地，碱性荧光笔对于传统的打印图像特别有害，这是因为碱性荧光笔油墨可能溶解含有碱溶性粘合剂的喷墨油墨。
发明概述
在本发明体系和方法的一方面，耐蹭脏性喷墨油墨配方包含0.1-6％的着色剂、1-40％的溶剂、0.3-10％的粒度为100-300纳米且玻璃化转变温度为-20至+100℃的胶乳粘合剂、水、和0.1-4％的酸值为50-250且分子量为1,000-60,000的疏水性苯乙烯-丙烯酸类或丙烯酸类树脂或酸值为40-200且分子量为3,000-400,000的聚氨酯树脂。
附图简要说明
以下附图说明了本发明体系和方法的各种实施方式，是本说明书的一部分。所述的实施方式仅仅是本发明体系和方法的例子，不限制本发明的范围。
图1是说明依据一个示例性实施方式的喷墨材料分配体系的简单框图。
在附图中，相同的附图标记表示类似但不必完全相同的元件。
发明详述
在公开和描述本发明体系和方法的具体实施方式之前，应该理解，本发明的体系和方法不局限于本文公开的具体方法和材料，因而它们可以在一定程度上变化。也应该理解，本文使用的术语仅仅是出于说明具体实施方式的目的，无意对发明进行限制，因为本发明体系和方法的范围仅仅由所附权利要求和其等同项来限定。
在本说明书和所附权利要求中，使用以下术语：
术语“开盖”是喷嘴在堵塞之前保持待用状态的时间长短的量度。类似地，术语“开盖溅墨”应定义为由于保持待用状态而发生堵塞后重新建立合适的滴液喷射所需的喷墨构造发射(firings)的数量。
术语“2次HL(2Pass HL)”应理解为指当用桑福德主音黄色荧光笔(SanfordMajor Accent Fluorescent Yellow highlighter)将1/8＂宽打印线刮擦两次后发生的油墨转移的量(以光学密度(OD)为单位)。
除非上下文另外清楚地说明，否则，单数形式的““一个”、“一种”和“该”包括复数的指代物。因此，比如引用“一种颜料”包括引用一个或多个这种物质。
当指代数值或用数字表示的范围时，术语“约”和“大约”表示包括由进行测量时发生的实验误差导致的值。
如本文使用的，“液体载色体”定义为包括可以用于将着色剂(包括颜料)携带至基材上的液态组合物。液体载色体是本领域熟知的，可以根据本发明体系和方法的实施方式使用各种液体载色体组分。这些液体载色体可以包括各种不同试剂的混合物，包括但不局限于表面活性剂、助溶剂、缓冲剂、杀生物剂、粘度调节剂、螯合剂、稳定剂和水。虽然本身不是液态的，液体载色体也可以携带其它固体，诸如聚合物、可紫外固化的材料、增塑剂、盐等。
文中使用的“着色剂”可包括染料、颜料、染料/颜料混合物，和/或可悬浮或溶解在油墨介质中的其它颗粒。染料通常是水溶性的，因此，可以按照需要用于许多实施方式中。但是，在其它实施方式中也可以使用颜料。可使用的颜料包括自分散的颜料和非自分散的分散颜料。自分散的颜料包括那些已经通过电荷或聚合物基团进行过化学表面改性的颜料。该化学改性有助于颜料开始和/或基本上保持分散在液体载色体中。颜料也可以是利用位于液体载色体中或物理涂布在颜料表面上的独立且自由的分散剂(例如可以是聚合物、低聚物或表面活性剂)的非自分散颜料。
术语“胶乳”或“胶乳分散体”包括胶乳微粒和胶乳微粒分散在其中的水性介质。更具体地，胶乳是包含液体(例如水和/或其它液体)和粒度为20纳米至500纳米(优选为100纳米至300纳米)的聚合物微粒的悬浮液。通常，在该液体中聚合物微粒的含量为0.3重量％至10重量％。这类聚合物微粒可包含大量通常无规聚合、也可交联的单体。另外，在一个实施方式中，胶乳组分的玻璃化转变温度约为-20℃至+100℃。
可以以范围形式显示浓度、数量和其它用数字表示的数据。应该理解，使用这种范围形式只是为了方便和简洁，应该灵活地将其解释成不仅包括作为范围界限明确列举的数值，而且包括所有包含在该范围内的单个数值或子范围，就如同各数值和子范围都已明确列举。比如，应该将约1重量％至约20重量％的重量范围解释为不仅包括明确列举的1重量％至约20重量％的浓度界限，还包括诸如2重量％、3重量％、4重量％之类的单个浓度和诸如5重量％至10重量％、10重量％至20重量％等之类的子范围。
在以下说明中，为了解释的目的，各种具体的详细描述仅仅是为了提供对本发明体系和方法的透彻理解而给出的，是为了生产和使用用于耐久性胶乳和粘合剂混合物的溶剂体系。但是，对本领域技术人员显而易见的是，本发明方法可以在这些具体细节的情况之外进行。说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”指关于该实施方式中描述的具体特征、结构或性质包括在至少一个实施方式中。在说明书中不同地方出现的术语“在一个实施方式中”不一定需要涉及所有相同的实施方式。
示例性结构
图1说明了依据一个示例性实施方式的可用于将喷墨油墨(160)施加到油墨接受介质(170)上的示例性体系(100)。如图1所示，本体系包括计算装置(110)，该装置可通过伺服机构(120)可控地与可移动的支架(140)耦联，所述支架(140)具有设置在其上的喷墨分配器(150)。材料储库(130)也与可移动的支架(140)耦联，因而与喷墨打印头(150)耦联。有许多辊轮(180)与喷墨分配器(150)相邻，分配器(150)的设置能够选择性地定位喷墨接受介质(170)。虽然在上下文中描述的本发明的示例性体系(100)是将喷墨油墨(160)施加到油墨接受介质(170)上，但是可以使用本发明体系和方法用本发明喷墨油墨标记任意数量的物体。现在将更详细地描述本发明示例性体系(100)的上述各组分。
如图1所示，与伺服机构(120)可控耦联的计算装置(110)控制喷墨油墨(160)选择性地沉积到油墨接受介质(170)上。可使用由计算装置(110)主导的程序形成所需图像或文本的表达。该表达随后被转化为容纳在处理器可读介质(未示出)中的伺服指令。当被计算装置(110)访问时，位于处理器可读介质中的指令用于控制伺服机构(120)以及可移动的支架(140)和喷墨分配器(150)。图1所示的计算装置(110)可以但不限于是工作站、个人计算机、膝上计算机、个人数字助理(PDA)或任何其它包含处理器的装置。
图1所示的本发明打印体系(100)的可移动支架(140)是可移动的材料分配器，可包括任何数目的用于分配本发明喷墨油墨(160)的喷墨材料分配器(150)。可移动的支架(140)可通过计算装置(110)控制，可以通过例如轴体系、带体系、链体系等可控移动，构成伺服机构(120)。在可移动的支架(140)工作时，计算装置(110)可告知用户工作条件，以及为用户提供用户界面。
在将图像或文本打印到油墨接受介质(170)上时，计算装置(110)可以可控地定位可移动支架(140)，引导一个或多个喷墨分配器(150)的方向，以选择性地将喷墨油墨作为数字寻址的液滴分配到油墨接受介质(170)上的预定位置，从而形成所需的图像或文本。本发明打印体系(100)使用的喷墨材料分配器(150)可以是任何类型的可用于进行本发明方法的喷墨分配器，包括但不限于热驱动的喷墨分配器、机械驱动的喷墨分配器、静电驱动的喷墨分配器、磁驱动的分配器、压电驱动的分配器、连续喷墨分配器等。
与喷墨材料分配器(150)流体连通的材料储库(130)在打印之前容纳本发明的喷墨油墨(160)。材料储库可以是一个或多个在打印之前密封喷墨油墨(160)的任何容器，该容器可由各种材料构成，包括但不限于金属、塑料、复合物或陶瓷。如图1所示，材料储库(130)可以独立于但是与喷墨材料分配器(150)流体连通。或者，材料储库(130)可以与喷墨材料分配器(150)直接耦联，成为分配器中的一部分。
图1还显示了有助于在油墨接受介质(170)上接受喷墨油墨(160)的本发明体系的组分。如图1所示，许多定位辊轮(180)可在打印过程中传输和/或定位油墨接受介质(170)。或者，可以使用各种带、辊轮、基材或其它传输装置在打印过程中传输和/或定位油墨接受介质(170)，这是本领域熟知的。另外，可以使用各种热捡拾辊(未示出)、热风扇(未示出)或辐射装置(未示出)来施加热能，以在油墨接受介质上固定图像。
通常，用各种有机聚合物调配喷墨油墨，以提高(耐)荧光笔蹭脏性。这些聚合物通常是溶于水或在水中胶态的苯乙烯-丙烯酸类、丙烯酸类、聚氨酯和聚酯。但是，通常用于获得良好的(耐)荧光笔蹭脏性的粘合剂的疏水性特征使得这些喷墨油墨的可靠性和稳定性成问题。
因此，本发明的示例性阴离子油墨体系为办公纸上对于荧光笔蹭脏和湿蹭脏提供近激光(near laser)耐受性，同时保持溶液中的高稳定性。下面将详细描述本发明的阴离子喷墨油墨(160)的形成和组成。
示例性组合物
依据本发明的体系和方法，用于在基材上打印图像的体系可包括喷墨油墨(160)和装载了喷墨油墨的打印头或其他材料分配器(150)。依据一个示例性实施方式，本发明的喷墨油墨可包含阴离子油墨体系和阳离子固定剂流体。更具体地，依据一个示例性实施方式，本发明的示例性喷墨油墨可包括：阴离子油墨，其包含着色剂，例如染料或颜料；溶剂体系，其含有2-吡咯烷酮和1，2-己二醇；水；和各种粘合剂，包括但不限于疏水性苯乙烯-丙烯酸类或丙烯酸类树脂和/或聚氨酯树脂和胶乳粘合剂的组合。依据一个示例性实施方式，下文所描述的苯乙烯-丙烯酸类树脂的酸值约为50-250，分子量约为1000-60,000。当包含聚氨酯树脂时，聚氨酯树脂的酸值为40-200，分子量为3000-400,000。此外，该示例性粘合剂组合中的胶乳粘合剂组分的粒度约为100-300纳米，玻璃化转变温度为-20至+100℃。另外，依据一个示例性实施方式，本发明的喷墨油墨体系可包括用于将油墨固定在所需基材上的阳离子固定剂流体。依据一个示例性实施方式，阳离子固定剂包括但不限于碰撞剂(crashing agent)，例如酸、金属盐或阳离子聚合物。依据上述组分，本发明的示例性喷墨油墨组合物可包含各种表面活性剂、缓冲剂、杀生物剂、螯合剂、粘度调节剂、润湿剂、稳定剂和/或其它已知的添加剂。下面将更详细地描述上述各喷墨油墨组分。
疏水性苯乙烯-丙烯酸类
如上所述，本发明的示例性喷墨油墨体系包含酸值为50-250、分子量约为1000-60,000的疏水性苯乙烯-丙烯酸类或丙烯酸类粘合剂。依据一个示例性实施方式，苯乙烯-丙烯酸类或丙烯酸类粘合剂可包括但不限于由巴斯夫(BASF)以商品名Acronal出售的酸值低于约220的苯乙烯-丙烯酸类或丙烯酸类粘合剂，酸值为215的约翰聚合物(Johnson Polymer)的Joncryl 678丙烯酸类树脂，和/或丙烯酸类粘合剂乳液如约翰聚合物的DFC 3030或约翰聚合物的Joncryl 624丙烯酸类乳液，其酸值分别为64和50。另外，还可以使用Joncryl 586以及其它Joncryls或SMA树脂之类的苯乙烯-丙烯酸类树脂。
聚氨酯(PU)树脂
当使用聚氨酯树脂与胶乳粘合剂组合时，聚氨酯树脂的酸值为40-200，分子量为3000-400,000。具体地，依据一个示例性实施方式，聚氨酯树脂可包括但不限于可商购的聚氨酯树脂，例如Avecia PU树脂；Alberdingk-Boley PU树脂的U520、U712、U910和U40；BASF PU树脂Luviset P.U.R；和CromptonPU树脂Witcobond W-232和W-236。
胶乳粘合剂
除了上述苯乙烯-丙烯酸类或丙烯酸类粘合剂外，本发明的示例性喷墨油墨体系包含粒度约为100-300纳米、玻璃化转变温度约为-20至+100℃的胶乳粘合剂。
依据一个示例性实施方式，本发明的示例性喷墨油墨的胶乳粘合剂组分包含各种胶乳分散体形式的聚合物微粒。包含胶乳可以提高之后形成的图像的耐久性。
依据一个示例性实施方式，本发明喷墨油墨中包含的胶乳微粒可包含具有表面酸基团的胶乳微粒。具体地，具有表面酸基团的胶乳微粒可以长时间保持稳定，往往可以抵抗团聚。因此，在一个示例性实施方式中，在胶乳微粒上可以存在经过中和的表面酸基团。这些酸基团可以存在于整个胶乳微粒上(包括表面上)，或者可以更集中地存在于表面上。在一个更具体的方面，可以使用酸单体与其它单体共聚形成胶乳聚合物来制备胶乳微粒。对酸官能团进行中和，以使胶乳颗粒具有表面电荷。在此示例性实施方式中，酸单体在形成胶乳聚合物的全部单体中所占的含量约为0.5重量％至10重量％。用于酸化胶乳微粒的表面的典型的酸包括羧酸，但是也可以使用更强的酸。羧酸是对于用于胶乳/喷墨油墨体系已经相当有效的弱酸。例如，可以使用约6重量％的甲基丙烯酸形成甲基丙烯酸官能化的胶乳微粒。
在另一个示例性实施方式中，可以通过多种单体共聚形成胶乳微粒来提供胶乳微粒，所述多种单体包括至少一种在用于形成胶乳微粒的全部单体中的含量约为0.1重量％至3重量％的交联单体。这种交联单体不提供酸基团，但是可以为胶乳提供喷墨应用所需的其他性质。
可使用的胶乳微粒的具体例子包括那些使用苯乙烯、甲基丙烯酸己酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸以各种重量比组合的乳液单体混合物制备的胶乳颗粒，上述这些单体共聚形成胶乳。通常，苯乙烯和甲基丙烯酸己酯单体提供胶乳微粒的本体，二甲基丙烯酸乙二醇酯和甲基丙烯酸甲酯可以较少的量与之共聚。依据该示例性实施方式，通过甲基丙烯酸提供酸基团。虽然提供了该胶乳微粒的例子，但是单体的其它组合可类似地用于形成胶乳微粒。可用于形成本发明的示例性体系和方法的胶乳微粒的示例性单体包括但不限于苯乙烯、C1-C8烷基甲基丙烯酸酯、C1-C8烷基丙烯酸酯、甲基丙烯酸乙二醇酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸、丙烯酸等。
本发明的示例性体系和方法的胶乳的其它方面可包括所需的玻璃化转变温度和微粒密度之类的性质。例如，在一个示例性实施方式中，对于在室温下打印的油墨而言，用于本发明示例性体系和方法的胶乳微粒的聚合物玻璃化转变温度可以约为-20℃至+100℃。胶乳的玻璃化转变温度可能有助于所需的油墨在热剪切稳定性、减速、开盖、颗粒沉降和助溶剂耐受性方面的性能。
着色剂
依据一个示例性实施方式，本发明的示例性喷墨油墨体系包括约0.1-6体积％的着色剂。具体地，本发明的示例性喷墨油墨体系可包含各种阴离子染料和/或颜料或染料/颜料混合物。
合适的阴离子染料的例子包括各种水溶性酸染料和直接染料。阴离子染料的具体例子包括直接黄(Direct Yellow)86，酸性红(Acid Red)249，直接蓝(Direct Blue)199，直接黑(Direct Black)168，直接黄132，活性黑(ReactiveBlack)31，直接黄157，活性黄37，酸性黄23，活性红180，酸性红52，酸性蓝9，直接蓝86，活性红4，活性红56，酸性红92，活性红31和Pro-Jet系列染料(可从艾弗克有限公司(Avecia Ltd.)购得)，包括Pro-Jet黄I，Pro-Jet品红I，Pro-Jet青I，Pro-Jet黑I，和Pro-Jet黄1-G；Aminyl亮红(Brilliant Red)F-B(斯米托化学公司(Sumitomo Chemical Co.))；可从赫斯特(Hoechst)购得的德森线“无盐”染料(Duasyn line of＂salt-free＂dyes)，例如德森直接黑HEF-SF，德森黑RL-SF，德森直接黄6G-SF VP216(，德森亮黄GL-SF VP220，德森酸性黄XX-SF VP413，德森亮红F3B-SF VP218，德森若丹明(Rhodamine)B-SF VP353，德森直接绿松蓝(Turquoise Blue)FRL-SF VP368，和德森酸性蓝AE-SF VP344；它们的混合物；等等。其它例子包括特瑞肯(Tricon)酸性红52，特瑞肯直接红227，和特瑞肯酸性黄17(特瑞肯颜色公司(Tricon Colors Incorporated)，本尼酸性红(Bernacid Red)2BMN，滂胺亮结合蓝(Pontamine Brilliant Bond Blue)A，BASF X-34，滂胺，食品(Food)黑2，Cato直接绿松色(direct Turquoise)FBLSupra Conc.，Carolina Color and Chemical)，Special坚牢绿松色(Fast Turquoise)8GL液体，Mobay Chemical)，lntra结合绿松色液体(bond Liquid Turquoise)GLL，Crompton and Knowles)，Cibracron亮红38-A，阿德瑞奇化学(AldrichChemical))，Drimarene亮红X-2B，Pylam，Inc.)，Levafix亮红E-4B(莫拜化学公司(Mobay Chemical))，Levafix亮红E-6BA(莫拜化学公司)，Pylam CertifiedD&C红(Red)#28，Pylam)，直接布里尔桃红(Brill Pink)B Ground Crude(Crompton & Knowles)，Cartasol黄GTF Presscake(赞多兹公司(Sandoz，Inc.))，Tartrazine Extra Conc.(FD&C黄#5，酸性黄23，赞多兹公司)，Cato直接黄RL(直接黄86，卡罗莱纳颜色和化学(Carolina Color and Chemical))，Cartasol黄GTF液体Special 110(赞多兹公司)，D&C黄#10(黄3，特瑞肯)，黄渐变(Shade)16948(特瑞肯)，Basacid黑X34(BASF)，Carta黑2GT(赞多兹公司)，Neozapon红492(BASF)，Orasol红G(气巴-吉瑞(Ciba-Geigy))，直接亮桃红B(Crompton-Knolls)，Aizen Spilon红C-BH(荷达化学公司(Hodagaya Chemical Company))，Kayanol红3BL(尼彭卡库公司(Nippon Kayaku Company))，Levanol亮红3BW(莫拜化学公司(Mobay Chemical Company))，Levaderm柠檬黄(莫拜化学公司)，Aizen Spilon黄C-GNH(荷达化学公司)，Spirit坚牢黄3G，Sirius Supra黄GD167，Cartasol亮黄4GF(赞多兹)，Pergasol黄CGP(气巴-吉瑞)，Orasol黑RL(气巴-吉瑞)，Orasol黑RLP(气巴-吉瑞)，Savinyl黑RLS(赞多兹)，Dermacarbon2GT(赞多兹)，Pyrazol黑BG(ICI美国(ICI Americas))，Morfast黑Conc A(Morton-Thiokol)，Diazol黑RN Quad(ICI美国)，Orasol蓝GN(气巴-吉瑞)，Savinyl蓝GLS(赞多兹公司)，Luxol蓝MBSN(Morton-Thiokol)，Sevron蓝5GMF(ICI美国)，和Basacid蓝750(BASF)；Levafix亮黄E-GA，Levafix黄E2RA，Levafix黑EB，Levafix黑E-2G，Levafix黑P-36A，Levafix黑PN-L，Levafix亮红E6BA，和Levafix亮蓝EFFA，所有这些都购自拜尔(Bayer)；Procion绿松色PA，Procion绿松色HA，Procion绿松色Ho5G，Procion绿松色H-7G，Procion红MX-5B，Procion红H8B，Procion红MX8B GNS，Procion红G，Procion黄MX-8G，Procion黑H-EXL，Procion黑P-N，Procion蓝MX-R，Procion蓝MX-4GD，Procion蓝MX-G，和Procion蓝MX-2GN，所有这些都购自ICI美国；Cibacron红F-B，Cibacron黑BG，Lanasol黑B，Lanasol红5B，Lanasol红B，和Lanasol黄46，所有这些都购自气巴-吉瑞；Baslien黑P-BR，Baslien黄EG，Baslien亮黄P-3GN，Baslien黄M-6GD，Baslien亮红P-3B，Baslien猩红(Scarlet)E-2G，Baslien红E-B，Baslien红E-7B，Baslien红M-5B，Baslien蓝E-R，Baslien亮蓝P-3R，Baslien黑P-BR，Baslien绿松蓝P-GR，Baslien绿松色M-2G，Baslien绿松色E-G，和Baslien绿E-6B，所有这些都购自巴斯夫(BASF)；Sumifix绿松蓝G，Sumifix绿松蓝H-GF，Sumifix黑B，Sumifix黑H-BG，Sumifix黄2GC，Sumifix Supra猩红2GF，和Sumifix亮红5BF，所有这些都购自斯马托化学公司(Sumitomo Chemical Company)；lntracron黄C-8G，lntracron红C-8B，lntracron绿松蓝GE，lntracron绿松色HA，和lntracron黑RL，所有这些都购自克姆脱和诺威染料和化学分公司(Cromptonand Knowles，Dyes and Chemicals Division)；Pro-Jet 485；品红377；它们的混合物；等等。所列的这些仅仅是示例性的，不应理解为限制本发明。
类似地，合适的颜料可以是黑色颜料、白色颜料、青色颜料、品红颜料、黄色颜料等。此外，颜料可以是本领域众所周知的有机或无机颗粒。合适的无机颜料包括例如炭黑。但是，其它无机颜料也是合适的，例如二氧化钛、钴蓝(CoO-Al2O3)、铬黄(PbCrO4)和氧化铁。合适的有机颜料包括例如偶氮颜料(包括二偶氮颜料和单偶氮颜料)，多环颜料(例如酞菁颜料，诸如酞菁蓝和酞菁绿，苝颜料，perynone颜料，蒽醌颜料，喹吖啶酮颜料，二噁嗪颜料，硫靛颜料，异吲哚啉酮颜料(isoindolinone pigments)，皮蒽酮颜料和喹诺酞酮(quinophthalone)颜料)，不溶的染料螯合物(例如，碱性染料型螯合物和酸性染料型螯合物)，硝基颜料，亚硝基颜料，等等。酞菁蓝的代表性例子包括铜酞菁蓝及其衍生物(颜料蓝(Pigment Blue)15)。喹吖啶酮的代表性例子包括颜料橙48，颜料橙49，颜料红122，颜料红192，颜料红202，颜料红206，颜料红207，颜料红209，颜料紫19和颜料紫42。蒽醌的代表性例子包括颜料红43，颜料红194(Perinone Red)，颜料红216(溴化的皮蒽酮红(Brominated Pyranthrone Red))和颜料红226(皮蒽酮红)。苝的代表性例子包括颜料红123(朱红(Vermillion))，颜料红149(猩红(Scarlet))，颜料红179(栗色(Maroon))，颜料红190(红)，颜料紫19，颜料红189(黄渐变红(Yellow Shade Red))和颜料红224。硫靛(thioindigoids)的代表性例子包括颜料红86，颜料红87，颜料红88，颜料红181，颜料红198，颜料紫36，和颜料紫38。杂环黄的代表性例子包括颜料黄1，颜料黄3，颜料黄12，颜料黄13，颜料黄14，颜料黄17，颜料黄65，颜料黄73，颜料黄74，颜料黄151，颜料黄117，颜料黄128，颜料黄138，颜料黄155，颜料黄83，和颜料黄213。这类颜料可以粉末或压饼形式从许多来源购得，包括巴斯夫公司、因哈德公司(Engelhard Corporation)和太阳化学公司(Sun ChemicalCorporation)。
可使用的黑色颜料的例子包括碳颜料。碳颜料可以是几乎任何能提供可接受的光学密度和印刷性质的商品碳颜料。适用于本发明体系和方法的碳颜料包括但不局限于炭黑、石墨、玻璃碳、木炭和它们的组合。这种碳颜料可以由各种已知的方法来生产，诸如槽法、接触法、炉法、乙炔法或热法，也可以从诸如卡博特(Cabot)公司、哥伦比亚化学公司(Columbian Chemicals Company)、德固赛公司(Degussa AG)和杜邦公司(E.I.DuPont de Nemours and Company)的厂商购买。合适的炭黑颜料包括但不限于卡伯特(Cabot)颜料，例如MONARCH1400、MONARCH 1300、MONARCH 1100、MONARCH 1000、MONARCH 900、MONARCH 880、MONARCH 800、MONARCH 700、CAB-O-JET 200、CAB-O-JET 300、REGAL，BLACK PEARLS、ELFTEX、MOGUL和VULCAN颜料；哥伦比亚(Columbian)颜料，例如RAVEN 7000、RAVEN 5750、RAVEN 5250、RAVEN 5000和RAVEN 3500；德固赛(Degussa)颜料，例如色黑(Color Black)FW200、RAVEN FW 2、RAVEN FW 2V、RAVEN FW 1、RAVEN FW 18、RAVENS 160、RAVEN FW S170、特种黑(Special Black)6、特种黑(Special Black)5、特种黑(Special Black)4A、特种黑(Special Black)4、PRINTEX U、PRINTEX 140U、PRINTEX V和PRINTEX 140V；和购自杜邦的TIPURE R-101。上述颜料包括未改性的颜料微粒、小分子粘附的颜料微粒和聚合物分散的颜料微粒。
类似地，在本发明的体系和方法中可以使用许多类型的彩色颜料，因此以下所列不是限制性的。例如，彩色颜料可以是蓝色，褐色，青色，绿色，白色，紫色，品红，红色，橙色，黄色颜料，以及它们的混合物。以下彩色颜料可购自卡博特(Cabot)公司：CABO-JET 250C，CABO-JET 260M，和CABO-JET 270Y。以下彩色颜料可购自巴斯夫公司：PALIOGEN橙，PALIOGEN橙3040，PALIOGEN蓝L 6470，PALIOGEN紫5100，PALIOGEN紫5890，PALIOGEN黄1520，PALIOGEN黄1560，PALIOGEN红3871K，PALIOGEN红3340，HELIOGEN蓝L 6901 F，HELIOGEN蓝NBD 7010，HELIOGEN蓝K 7090，HELIOGEN蓝L 7101 F，HELIOGEN蓝L6900，L7020，HELIOGEN蓝D6840，HELIOGEN蓝D7080，HELIOGEN绿L8730，HELIOGEN绿K 8683，和HELIOGEN绿L 9140。以下颜料购自气巴-吉瑞公司(Ciba-Geigy Corp.)：CHROMOPHTAL黄3G，CHROMOPHTAL黄GR，CHROMOPHTAL黄8G，IGRAZIN黄5GT，IGRALITE宝石红(Rubine)4BL，IGRALITE蓝BCA，MONASTRAL品红，MONASTRAL猩红，MONASTRAL紫R，MONASTRAL红B，和MONASTRAL紫栗色(Violet Maroon)B。以下颜料购自荷布驰(Heubach Group)：DALAMAR黄YT-858-D和HEUCOPHTHAL蓝GXBT-583D。以下颜料购自赫斯特专业化学公司(Hoechst Specialty Chemicals)：永久黄GR，永久黄G，永久黄DHG，永久黄NCG-71，永久黄GG，Hansa黄RA，Hansa亮黄5GX-02，Hansa黄-X，NOVOPERM黄HR，NOVOPERM黄FGL，Hansa亮黄10GX，永久黄G3R-01，HOSTAPERM黄H4G，HOSTAPERM黄H3G，HOSTAPERM橙GR，HOSTAPERM猩红GO，HOSTAPERM桃红E，永久宝石红(Permanent Rubine)F6B，和HOSTAFINE系列。以下颜料购自莫拜公司：QUINDO品红，INDOFAST亮猩红，QUINDO红R6700，QUINDO红R6713，和INDOFAST紫。以下颜料购自太阳化学公司(Sun Chemical Corp.)：L74-1357黄，L75-1331黄，和L75-2577黄。颜料的其它例子可包括Normandy品红RD-2400，永久紫VT2645，Argyle绿XP-111-S，亮绿色粉(Toner)GR 0991，苏丹(Sudan)蓝OS，PV坚牢蓝B2GO1，苏丹III，苏丹II，苏丹IV，苏丹橙G，苏丹橙220，Ortho橙OR 2673，Lithol坚牢黄0991 K，Paliotol黄1840，Lumogen黄D0790，Suco-Gelb L1250，Suco-黄D1355，Fanal桃红D4830，Cinquasia品红，Lithol猩红D3700，甲苯胺红，猩红(用于Thermoplast NSD PS PA)，E.D.甲苯胺红，Lithol宝石红色粉，Lithol猩红4440，Bon红C，皇家亮红RD-8192，Oracet桃红RF，和Lithol坚牢猩红L4300。这些颜料可商购，例如购自赫斯特公司(Hoechst Celanese Corporation)，皮乐乌驰(Paul Uhlich)，巴斯夫(BASF)，美国赫斯特(American Hoechst)，气巴-吉瑞(Ciba-Geigy)，阿德瑞奇(Aldrich)，杜邦(DuPont)，加拿大的乌基赫曼(Ugine Kuhlman of Canada)，多明颜色公司(Dominion Color Company)，马德(Magruder)，和马森(Matheson)。其它合适的彩色颜料的例子描述在Colour Index，第3版(The Society of Dyers and Colourists，1982)中。
没有特别列出的其它颜料也适用于本发明的示例性体系。上述颜料可以单独使用，或者两种或更多种组合使用，或者与阴离子或非离子型染料组合使用。通常，本发明体系和方法的颜料可以约为10纳米至10微米，一方面，直径可以是10纳米至约500纳米，但是如果颜料能保持分散并提供足够的色彩性质，可以使用此范围外的尺寸。在本发明体系和方法的一个具体方面，颜料在喷墨油墨组合物中所占的含量约为1重量％至6重量％。
另外，依据上述一个示例性实施方式，聚合物附着在颜料上，例如卡博特的附着聚合物的颜料。依据该示例性实施方式，引入附着聚合物的颜料可以减少甚至消除固定剂的使用或对所需基材的预处理。依据一个示例性实施方式，附着聚合物的颜料可包括但不限于具有聚合物附着物的任何颜料，其中聚合物是酸值为50-250、分子量约为1,000至60,000的苯乙烯-丙烯酸类树脂。
溶剂
本发明的示例性喷墨油墨体系还包含约1-40％的溶剂。依据一个示例性实施方式，溶剂主要包括2-吡咯烷酮和1，2-己二醇，或25℃时的蒸气压在约0.01mmHg以上的其它典型的挥发性溶剂。这些典型的快速溶剂表现出快速的蒸发速率，结果提高了产量和打印速率。虽然上述溶剂主要包含25℃时的蒸气压在约0.01mmHg以上的挥发性溶剂，但是剩余的溶剂部分可包含25℃时的蒸气压低于0.01mmHg的溶剂，包括但不限于乙氧基化的丙三醇(LEG-1)。
特别地，溶剂还可包括但不限于乙氧基化的丙三醇；2-甲基-1，3-丙二醇；2-甲基-2，4-戊二醇；1，5-戊二醇；2-吡咯烷酮；1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮；2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇；二甘醇；3-甲氧基丁醇；和1，3-二甲基-2-咪唑烷酮。溶剂还可包含但不限于1，2-己二醇；1，2-辛二醇；2，5-二甲基-3-己炔(hexyne)-2，5-二醇；三羟甲基丙烷；3-己炔-2，5-二醇；环丁砜；3-吡啶基甲醇；和其它吡啶衍生物。另外，溶剂可以赋予本发明的颜料基油墨所需的性质。更特别地，可以加入溶剂以便减小喷墨过程中水的蒸发速度，从而最大程度地减少堵塞或影响油墨的其它性质如粘度、pH、表面张力、光学密度和打印质量。
水
如上所述，本发明的示例性喷墨油墨体系中的其余组分包括水。
除了水以外，本发明的示例性喷墨油墨体系的其余组分可包含各种类型的缓冲剂和/或杀生物剂。任何普遍知道的缓冲剂都可用来在喷墨油墨体系中建立所需的pH水平。另外，可以使用各种杀生物剂来抑制不希望出现的微生物的生长。合适的杀生物剂的一些例子包括但不限于苯甲酸盐、山梨酸盐、商品如NUOSEPT(ISP)，UCARCIDE(Dow)，VANC1DE(RT Vanderbilt Co.)和PROXEL(Avecia)，以及其它已知的杀生物剂。通常，这种杀生物剂在喷墨油墨组合物中的含量小于约5重量％，通常约为0.05重量％至2重量％。
阳离子固定流体
如上所述，阳离子固定流体也可以与本发明的示例性喷墨油墨体系结合，用于将油墨固定在所需的基材上。依据本发明的示例性实施方式，阳离子固定流体可以是包含液体载色体和“碰撞剂”的溶液组合物。依据一个示例性实施方式，液体载色体与碰撞剂的组合可以是化学稳定的，可用于喷墨打印。碰撞剂可以是阳离子聚合物、多价金属离子或离子基团、和/或有机酸。碰撞剂通常与相结合的喷墨油墨中的至少一种组成组分一起沉淀(套印或底印(underprint)在基材上)。与碰撞剂一起沉淀的组成组分可以是例如阴离子染料或聚合物。
依据一个示例性实施方式，固定剂组合物可以与喷墨油墨分开储存，可以将流体分配体系设计为将固定剂组合物相对于喷墨油墨进行套印或底印。此外，本发明的示例性喷墨油墨和阳离子固定剂流体可以位于两个独立的喷墨笔中，或者可以位于一个共用的喷墨笔的两个独立的储库中。在另一个示例性实施方式中，可以在预处理操作中将阳离子固定剂流体施加到所需基材上，其中所需的基材完全被阳离子固定剂流体或其它固定元素涂布。
依据本发明的示例性实施方式，阳离子固定流体中包含的碰撞剂可以是能够促进喷墨油墨中一种或多种组分解溶解或沉淀的任何单独一种化学物或在固定剂组合物中组合的几种化学物质。阴离子染料的沉淀会影响喷墨图像的耐水性。非着色剂如阴离子表面活性剂的沉淀可能对于渗墨控制(bleed control)有益。可以通过碰撞剂与着色剂和/或其它喷墨油墨组分的碰撞或密切接近引起的质子转移来完成解溶解，或者通过碰撞剂引起的组分缔合和/或与碰撞剂发生的组分缔合来实现解溶剂。也可能发生其它碰撞或反应机理。
如上所述，依据一个示例性实施方式，碰撞剂可以是例如阳离子聚合物、多价离子或离子基团、或酸。在这些类别或其它类别中的许多可能的碰撞剂可用于碰撞喷墨油墨的一种或多种组分。例如，如果碰撞剂是阳离子聚合物，则碰撞剂可以是以下所列中的一种或多种：聚乙烯吡啶、聚烷基氨基乙基丙烯酸酯、聚烷基氨基乙基甲基丙烯酸酯、聚(乙烯咪唑)、聚乙烯亚胺、聚双胍、聚胍、聚乙烯胺、聚烯丙基胺、聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚季胺、阳离子聚氨酯、氨基纤维素和/或多糖胺。
或者，如果碰撞剂包含多价离子或离子基团，则可通过以下所列中的一种或多种提供碰撞剂：多价金属盐(例如硝酸铝、氯化钙和硝酸镁)、EDTA盐、卤化鏻膦盐、有机酸和/或其它单价盐。
此外，依据一个示例性实施方式，如果碰撞剂是酸，则可以通过以下所列中的一种或多种提供碰撞剂：丁二酸、乙醇酸、柠檬酸、硝酸、盐酸、磷酸、硫酸、聚丙烯酸、乙酸、丙二酸、马来酸、抗坏血酸、戊二酸、富马酸、酒石酸、乳酸、亚硝酸、硼酸、碳酸、羧酸如甲酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、氟乙酸、三甲基乙酸、甲氧基乙酸、巯基乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、rinolic acid、rinoleic acid、环己烷羧酸、苯乙酸、苯甲酸、邻甲苯酸、间甲苯酸、对甲苯酸、邻氯苯甲酸、间氯苯甲酸、对氯苯甲酸、邻溴苯甲酸、间溴苯甲酸、对溴苯甲酸、邻硝基苯甲酸、间硝基苯甲酸、对硝基苯甲酸、草酸、己二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、水杨酸、对羟基苯甲酸、邻氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸、对氨基苯甲酸、苯磺酸、甲基苯磺酸、乙基苯磺酸、十二烷基苯磺酸、5-磺基水杨酸、1-磺基萘、己磺酸、辛磺酸、十二烷磺酸、氨基酸如甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、α-氨基丁酸、α-氨基丁酸、α-丙氨酸、牛磺酸、丝氨酸、α-氨基正己酸、亮氨酸、正亮氨酸和/或苯丙氨酸。
当上述阴离子油墨体系与阳离子固定剂流体组合使用时，对于办公用纸上荧光笔蹭脏和湿蹭脏的耐受性水平与用传统的激光打印方法打印的类似图像的典型耐受性水平相当。具体地，如以下实施例中所述，上述阴离子油墨体系和阳离子固定剂流体提供的湿蹭脏和荧光笔蹭脏对于办公纸小于60mOD，对于涂布的办公纸小于30mOD。此外，当与黑色颜料一起使用时，所实现的光学密度相当高，在1.30-1.90的范围内。本发明的示例性油墨配方还提供在宽频率范围内良好的喷嘴状况，并且在储存过程中保持稳定。
实施例
以下实施例说明了目前已知的最佳的体系和方法的实施方式。然而，应该理解，以下内容仅仅是对应用本发明体系和方法的原理的举例或说明。只要不脱离本发明体系和方法的精神和范围，本领域的技术人员可以对组合物、方法和体系作出许多修改和设计替代物。所附权利要求意在包括这些修改和安排。因此，尽管以上已经对本发明的体系和方法进行了具体描述，以下的实施例进一步提供了有关目前认为是最可行和优选的本发明的体系和方法的实施方式的细节。
使用表1所示的组分和范围制备多种依据本发明的体系和方法的喷墨油墨配方以及更传统的对照油墨。将五种配方中每种配方的各组分混合，形成可喷墨的油墨：
表1
 
组分 配方A 配方B 配方C 配方D 配方E 配方F
卡博特200颜料 3.0 3.0 0.0 0.0 0.0 3.0
卡博特附着聚合物的颜料 0.0 0.0 3.0 3.0 3.0 0.0
丙烯酸类胶乳A 3.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
丙烯酸类胶乳B 0.0 3.0 0.0 0.0 0.0 0.0
丙烯酸类胶乳C 0.0 0.0 3.0 0.0 0.0 0.0
丙烯酸类胶乳D 0.0 0.0 0.0 3.0 3.0 0.0
Joncryl 586树脂 0.6 0.6 0.6 0.0 0.0 1.8
Avecia PU树脂 0.0 0.0 0.0 0.4 0.0 0.0
Zonyl FSO表面活性剂 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
2-吡咯烷酮 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 7.0
1，2-己二醇 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 4.0
LEG-1 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 0.0
水 余量 余量 余量 余量 余量 余量
将上述喷墨油墨配方打印在一片标准办公纸(阳离子固定剂流体作为底印)和不使用固定剂的涂布的光泽纸上。注意，配方E是胶乳对照配方，不含树脂。而且，配方F是非胶乳对照配方，含有Joncryl 586树脂。打印和之后的打印质量的结果示于表2中。
表2
Figure A200780010471D00201
如表2所示，属于配方A和B的结果是使用各种着色剂/颜料/染料体系的相同配方的代表。类似地，配方C和D是使用J586或PU树脂的各种附着聚合物的颜料将实现的代表性结果。配方E和F的结果分别表明用传统胶乳和非胶乳制剂可能预期的结果。如表2所示，所有测试的油墨都表现出可接受的开盖性能。但是，配方A-D通常在标准纸和光泽纸上都表现出增强的(耐)蹭脏性能。具体地，与更传统的对照配方相比，将配方A-D打印在涂布的胶印光泽(offset Lustro Gloss)介质上时，(耐)蹭脏性提高了2-10倍。
上述说明仅仅是阐述和描述了本发明体系和方法的示例性实施方式。这些说明不旨在以任何精确揭示的形式穷尽或限制本发明的体系和方法。根据上述说明，可以进行许多修改和变化。本发明体系和方法的范围旨在通过所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种耐蹭脏性阴离子可喷墨油墨体系，其包含：
1-6％的着色剂；
1-40％的溶剂；
3-10％的胶乳粘合剂，其粒度为100-300纳米，玻璃化转变温度为-20至+100℃；
水；和
1-4％的酸值为50-250、分子量为1,000-60,000的疏水性苯乙烯-丙烯酸类树脂或酸值为40-200、分子量为3,000-400,000的聚氨酯树脂。
2.如权利要求1所述的油墨体系，其特征在于，所述溶剂包含2-吡咯烷酮和1，2-己二醇的组合。
3.如权利要求1所述的油墨体系，其特征在于，所述着色剂包括自分散的颜料。
4.如权利要求1所述的油墨体系，其特征在于，所述聚氨酯树脂包括Avecia聚氨酯树脂、Alberdingk-Boley聚氨酯树脂、巴斯夫聚氨酯树脂或Crompton聚氨酯树脂中的一种
5.如权利要求1所述的油墨体系，其特征在于，所述着色剂包括染料、颜料或颜料/染料混合物中的一种。
6.如权利要求1所述的油墨体系，其特征在于，还包括与所述油墨(160)结合使用的阳离子固定剂流体，所述阳离子固定剂流体包括碰撞剂。
7.一种打印具有高耐蹭脏性的喷墨图像的方法，其包括：
在所需的基材上选择性地喷墨打印阴离子喷墨油墨(160)；
用阳离子固定剂流体将所述阴离子喷墨油墨(160)固定在所述所需的基材上；
所述阴离子可喷墨油墨(160)包含0.1-6％的着色剂；1-40％的溶剂；0.3-10％的胶乳粘合剂，其粒度为100-300纳米，玻璃化转变温度为-20至+100℃；水；和0.1-4％的酸值为50-250、分子量为1,000-60,000的疏水性苯乙烯-丙烯酸类树脂或酸值为40-200、分子量为3,000-400,000的聚氨酯树脂。
8.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用阳离子固定剂将所述阴离子喷墨油墨(160)固定在所述所需的基材上包括用所述阳离子固定剂套印所述所需的基材。
9.如权利要求13所述的方法，其特征在于，用阳离子固定剂将所述阴离子喷墨油墨(160)固定在所述所需的基材上包括用所述阳离子固定剂底印所述所需的基材。
10.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括2-吡咯烷酮和1，2-己二醇的组合。
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