CN101501148B - 灰色油墨组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种灰色油墨组合物，其包含具有分散在其中的黑色颜料和至少一种彩色颜料的油墨载色体。一种阴离子分散剂：a)分散在油墨载色体中；b)与分散的黑色颜料或至少一种分散的彩色颜料中的至少一种的至少一部分表面连接；和/或c)它们的组合。黑色颜料或一种或多种彩色颜料中的至少一种具有与其表面的至少另一部分连接的阴离子表面活性剂。

Description

灰色油墨组合物及其制备方法
背景
本公开总体涉及灰色油墨组合物及其制备方法。
在打印彩色和黑白图像时通常都要使用灰色油墨。在喷墨打印彩色图像时，使用不同的灰色油墨色调形成基底(base)是有利的，而在喷墨打印黑白(灰梯度(grayscale))图像时，可以使用不同灰色油墨色调获得所需的阴暗。
通常，通过两种方法之一制备灰色油墨。制备灰色油墨的一种技术包括稀释黑色油墨。但是，这种技术可能导致油墨的色调偏移。另一种制备灰色油墨的技术包括将诸颜色(品红色、青色和/或黄色)绘制到介质上，从而得到所需的色调。
在一些情况下，绘制多种彩色油墨可能导致介质上的高油墨通量(flux)，结果导致深色区域中的细节丢失。此外，用彩色油墨打印以描绘出中性和灰色区域的图像可能会发生褪色。这可能至少部分地是因为构成三原色合成黑(composite black)的各颜色之间的耐光性不同造成的。此外，当使用三油墨体系时，这些油墨通常具有高着色剂负载以获得足够的色度，结果可能导致高纹理性。此外，可能难以保持中性灰的颜色一致性，一部分原因是因为不同颜色的墨滴体积的变化。当使用双笔六油墨(CMYcmk)体系时，在一些情况下打印的图像可能呈现较高墨滴重量的笔中的油墨的色调。这些缺陷通常在图像的灰色和中性区域中非常明显。在一些情况下，多着色剂油墨导致灰梯度的混乱，结果造成有色差的图像。
因此，需要提供一种灰色油墨，该油墨在打印时能够保持颜色的一致性和中性。
附图简要说明
通过参考以下详细说明和附图，本发明实施方式的目的、特征和优点将显而易见，其中：
图1涉及本发明的一个实施方式，具体地，该图描述了对照油墨和含有附着在颜料上的阴离子表面活性剂的油墨的紫外吸收的下降百分率。
发明详述
油墨组合物的实施方式有利地包括与颜料的至少一部分表面连接(这种连接的一个非限制性例子是通过吸附连接)的阴离子表面活性剂。不受限于任何理论，据信加入表面活性剂可以明显提高颜料稳定性(例如，电子立体空间(electrosteric)稳定性)，最大程度地减少颜料的不均匀沉降。另外，还据信通过油墨组合物的实施方式形成的图像随时间流逝的色调偏移和光学密度损失明显减小。此外，打印的灰色油墨的中性和颜色基本一致。
通常，灰色油墨组合物的实施方式包括具有分散在其中的黑色颜料和至少一种彩色颜料的油墨载色体。阴离子分散剂有助于颜料的分散和/或与至少一些颜料颗粒的表面的连接，阴离子表面活性剂与所述分散的颜料的至少一些的另一部分表面连接。
包含具有与之连接(例如附着在颜料上或涂敷在颜料上)的不同类型和数量的分散剂(例如阴离子聚合物)的颜料的油墨载色体可能是不太稳定的。具有更多的附着的分散剂的那些颜料颗粒往往更为稳定。加入阴离子表面活性剂以稳定这种油墨载色体似乎是违背常理的，因为两种阴离子物质(例如阴离子分散剂和阴离子表面活性剂)通常是相互排斥的。但是，不受限于任何理论，据信阴离子表面活性剂具有与那些附着了较少量分散剂的颜料连接和稳定该颜料的倾向，从而大大平衡了所述油墨载色体。
除非上下文另外清楚地说明，否则，单数形式的冠词“一”和“该”包括复数的指代物。此外，文中所用的术语“有效量”指足以实现所期望和/或所需的效果的物质和/或试剂的最少量。例如，“油墨载色体”的有效量指为了形成油墨组合物同时保持适合有效喷墨打印的性质所需的最少量。
文中所用的“液体载色体”或“油墨载色体”指其中放入了着色剂以形成油墨的载色体。各种油墨载色体可以用于依据本文所述的实施方式的组合物、体系和方法。合适的油墨载色体可以包括但不限于表面活性剂、溶剂、助溶剂、缓冲剂、杀生物剂(非限制性例子是可以商品名PROXEL GXL(一种1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(1，2-benzisothiazolin-3-one)的溶液)从特拉华州威尔明顿的艾卫克公司(Avecia Inc.located in Wilmington，Delaware)商购的试剂)、掩蔽剂、粘度调节剂、表面活性剂、螯合剂、树脂和/或水，和/或它们的组合。
在一个实施方式中，油墨载色体可包括2-乙基-2-(羟甲基)-1，3-丙二醇、2-吡咯烷酮、1，5-戊二醇、丙三醇、1，2-己二醇、三(羟甲基)氨基甲烷、乙二胺四乙酸、低分子量甘油基聚氧乙基醚(LEG-1)、SURFYNOL 440(一种可从位于宾夕法尼亚州阿伦敦的空气产品和化学公司(Air Products andChemicals，Inc.located in Allentown，PA)商购的非离子表面活性剂)、ZonylFSO(一种可从位于特拉华州威尔明顿的杜邦公司(Dupont located inWilmington，DE)商购的非离子含氟表面活性剂)、苯乙烯马来酸酐共聚物、和/或它们的组合。
灰色油墨组合物含有预定的有效量的黑色颜料和至少一种彩色颜料(例如，青色、紫色、品红色、红色、橙色、黄色、绿色或蓝色颜料、或它们的组合)。应理解，灰色油墨表现出一种色调，可以通过改变颜料预定的有效量来改变灰色油墨的色调。
在一个实施方式中，预定的有效量的黑色颜料具有的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下约0.01-0.3的峰值可见吸收(toprovide visible absorbance at peak maxima ranging between about 0.01andabout 0.3at a 1∶2,500dilution of ink∶diluent)。文中所用的术语“稀释剂”旨在包括水、运载体和/或其它适合稀释油墨到所需的稀释度的液体、和/或它们的组合。应理解，各种黑色颜料可用于灰色油墨组合物。黑色颜料的非限制性例子包括水分散性硫颜料，例如增溶的硫化黑1(Solubilized SulfurBlack 1)，炭黑之类的材料(非限制性例子包括FW18、FW2、FW1、FW200(均由位于Düsseldorf的德固赛公司(Degussa Inc.)制造)；莫尼驰(Monarch)1100、莫尼驰(Monarch)700、莫尼驰(Monarch)800、莫尼驰(Monarch)1000、莫尼驰(Monarch)880、莫尼驰(Monarch)1300、莫尼驰(Monarch)1400，瑞格乐(Regal)400R、瑞格乐(Regal)330R、瑞格乐(Regal)660R(均由位于马萨诸塞州波士顿的卡博特公司(Cabot Corporation located in Boston，MA)制造)；瑞翁(Raven)5750、瑞翁(Raven)250、瑞翁(Raven)5000、瑞翁(Raven)3500、瑞翁(Raven)1255、瑞翁(Raven)700(均由位于佐治亚州玛利埃塔美的哥伦比亚碳业公司(Columbian Chemicals，Co.located in Marietta，GA)制造)，或炭黑的衍生物。
通常，彩色颜料或彩色颜料的组合具有的颜料负载是黑色颜料的颜料负载的分数。因此，彩色颜料的量至少部分地取决于使用的黑色颜料的量和灰色油墨所需的阴暗度(例如明亮、中等、黑暗)。
在一个实施方式中，彩色颜料包括青色颜料和紫色颜料的组合。各种青色颜料可用于灰色油墨组合物。青色颜料的非限制性例子包括铜酞菁或镍酞菁颜料，例如颜料蓝15:3(PB 15:3)、PB 15:4，或铜酞菁的衍生物。在该实施方式中，预定的有效量的青色颜料具有的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下约0.001-0.1的峰值可见吸收。
在该实施方式中，预定的有效量的紫色颜料具有的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下约0.005-0.2的峰值可见吸收。紫色油墨的非限制性例子包括喹吖(二)酮颜料，PV19、PV23、PV37、PV42、PV3、PV32、PV36、PV 38或它们的组合。
本文所揭示的灰色油墨的一个非限制性实施方式包括足以提供约0.07的峰值可见吸收的有效量的黑色颜料、足以提供约0.025的峰值可见吸收的有效量的青色颜料、足以提供约0.02的峰值可见吸收的有效量的紫色颜料。
在另一个实施方式中，彩色颜料包括之前描述的青色颜料和品红颜料的组合。合适的品红颜料的例子包括但不限于：PR122、PR192、PR202、PR206、PR207、PR209、PR43、PR194、PR112、PR123、PR168、PR184、PR5、PR7、PR12、PR48、PR57、PR57:1或它们的组合。在该实施方式中，预定的有效量的品红颜料具有的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下约0.001-0.2的峰值可见吸收。
在另一个实施方式中，彩色颜料是蓝色颜料。预定的有效量的蓝色颜料具有的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下约0.001-0.1的峰值可见吸收。蓝色颜料的非限制性例子包括颜料蓝15:6(PB15:6)、PB60、PB1、PB2、PB3、PB16、PB22、PB 15:34、PB80和PB76。
能够与油墨组合物中一个或多个颜料表面连接的任何合适的阴离子表面活性剂都可使用。这些阴离子表面活性剂的例子包括但不限于磷酸盐、磺酸盐和/或它们的组合。具体的非限制性例子包括壬基苯酚乙氧基化物磷酸盐；非离子加合物的磷酸酯；聚氧乙烯加合物的磷酸酯；十二烷基苯磺酸的钠盐；十二烷基硫酸的钠盐；N-月桂酰肌氨酸的钠盐；月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠；十三烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(sodium trideceth sulfate)；十四烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(sodium myreth sulfate)；和/或它们的组合。
在形成灰色油墨组合物的方法的一个实施方式中，将颜料(黑色和彩色)和阴离子分散剂(非限制性例子包括丙烯酸类聚合物)分散在油墨载色体中。通常，阴离子分散剂有助于颜料分散在整个油墨载色体中，或者是颜料分散在油墨载色体中的主要动力。另外或另选地，一些阴离子分散剂与颜料的至少一部分表面连接(例如吸附或涂敷)。
通常在颜料分散后，将阴离子表面活性剂加入油墨载色体中。阴离子表面活性剂与至少一个颜料(黑色和/或彩色)表面相连。应理解，阴离子表面活性剂通常与颜料表面中没有与阴离子分散剂相连的区域/部分连接。还应理解，一些阴离子表面活性剂还可以与连接有聚合物材料的颜料表面的区域/部分相连。文中所用的术语“与……连接”表示吸附、附着、结合到分散的颜料的表面上等等。不受限于任何理论，据信阴离子表面活性剂可以通过与不那么稳定的颜料颗粒连接而有利地稳定至少一些颜料，使颜料分散体在油墨载色体中平衡。
在喷墨体系的一个实施方式中，在合适基材的至少一部分上建立灰色油墨组合物的实施方式。应理解，可以选择任何适合在其上打印标记(例如字母数字标记和/或图形标记)的基材。在一个实施方式中，基材是纸(非限制性例子包括普通复写纸或其中具有回收纤维的纸)或相纸(非限制性例子包括在纸的一面或两面上都具有挤出形成的聚乙烯或聚丙烯的纸)，和/或它们的组合。在一个实施方式中，基材沿着整个长度方向的厚度约为0.025毫米至0.5毫米。合适的基材的其它例子包括乙烯基材料、聚合物材料(其非限制性例子包括可从特拉华州威尔明顿的杜邦公司(Dupont located inWilmington，DE)商购的TYVEK)、帆布材料、金属材料、等等、或它们的组合。
当打印在基材上时，灰色油墨组合物的实施方式具有基本一致的颜色和中性。
为了进一步说明本发明的实施方式，给出以下各实施例。应理解，这些实施例是为了说明的目的给出，不应理解为将本发明的范围限制在所述具体实施方式中。
实施例
形成多种灰色油墨组合物。其中的一种灰色油墨组合物(即对照)不包含附着于颜料的阴离子表面活性剂。其它灰色油墨组合物包含不同量的附着于颜料的阴离子表面活性剂。各油墨组合物包含表1所列的各组分(非对照油墨还包含附着于颜料的阴离子表面活性剂)。
表1：不含阴离子表面活性剂的油墨的组成
  组分   浓度
  黑色颜料   2.09
  青色颜料   0.495
  紫色颜料   0.395
  杀生物剂   0.15
  甘油基聚氧乙基醚   3
  2-吡咯烷酮   6
  丙三醇   5
  1，2-己二醇   4
  非离子表面活性剂   0.65
  非离子含氟表面活性剂   0.17
  三乙醇胺(TEA)   0.5
  二甘醇   5.6
  苯乙烯马来酸酐共聚物   0.8
  水   74.13
向非对照油墨组合物中加入0.2％或0.7％的阴离子表面活性剂。使用的阴离子表面活性剂是ESI TERGE 330(可从位于密苏里州的堪萨斯城的库克复合物和聚合物公司(Cook Composites and Polymers，located inKansas City，MO)商购)、DEXTROL OC 40(可从位于纽约州布朗克斯的德克斯特化学有限公司(Dexter Chemical，LLC located in Bronx，NY)商购)和DEXTROL OC60(可从纽约州布朗克斯的德克斯特化学有限公司商购)。
将油墨组合物以4000rpm的转速离心约0.5小时，作为定性稳定性测量，以模拟长期储存寿命(约1.5年)。测量紫外吸收的降低。图1说明各油墨的紫外吸收的下降百分率。表2说明各油墨的吸收的变化百分率。图1和表2显示的结果表明具有附着于颜料的阴离子表面活性剂的那些油墨的颜料损失下降。
表2：吸收的变化，％
油墨   黑色颜料的紫外吸收变化，％   青色颜料的紫外吸收变化，％   紫色颜料的紫外吸收变化，％
  不含添加剂的对照   5   29   39
  0.2％ESI特吉(Terge)320   5   23   22
  0.7％ESI特吉(Terge)320   -4   14   12
  0.2％德克斯瑞(Dextrol)OC-40   -5   14   11
  0.7％德克斯瑞(Dextrol)OC-40   -2   11   7
  0.2％德克斯瑞(Dextrol)OC-60   -3   12   9
  0.7％德克斯瑞(Dextrol)OC-60   -5   10   6
尽管我们详细地描述了几个实施方式，但是，本领域的技术人员显而易见的是，公开的实施方式是可以修改的。因此，以上的描述是示例性的而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种灰色油墨组合物，其包含：
油墨载色体；
分散在油墨载色体中的黑色颜料；
分散在油墨载色体中的至少一种彩色颜料；
阴离子分散剂：a)分散在油墨载色体中；b)与所述分散的黑色颜料或所述至少一种分散的彩色颜料中的至少一种的至少一部分表面连接；或c)它们的组合；和
阴离子表面活性剂，其与所述分散的黑色颜料或所述至少一种分散的彩色颜料中的至少一种的至少另一部分表面连接。
2.如权利要求1所述的灰色油墨，其特征在于，所述至少一种彩色颜料包括青色颜料和紫色颜料，所述青色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.1的峰值可见吸收，所述紫色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.005-0.2的峰值可见吸收。
3.如权利要求1所述的灰色油墨，其特征在于，所述至少一种彩色颜料包括青色颜料和品红颜料，所述青色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.1的峰值可见吸收，所述品红颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.2的峰值可见吸收。
4.如权利要求1所述的灰色油墨，其特征在于，所述至少一种彩色颜料包括蓝色颜料，其颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.1的峰值可见吸收。
5.如权利要求1至4中任一项所述的灰色油墨组合物，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自磷酸盐、磺酸盐和它们的组合；所述阴离子分散剂选自丙烯酸类聚合物、苯乙烯马来酸酐、苯乙烯丙烯酸类、阴离子聚氨酯和它们的组合。
6.一种制备灰色油墨组合物的方法，其包括：
将预定的有效量的各黑色颜料和至少一种彩色颜料分散到油墨载色体中；
向该油墨载色体中加入阴离子分散剂，其中所述阴离子分散剂：a)分散在油墨载色体中；b)与所述分散的黑色颜料或所述至少一种分散的彩色颜料中的至少一种的至少一部分表面连接；或c)它们的组合；和
向该油墨载色体中加入阴离子表面活性剂，从而使阴离子表面活性剂与所述分散的黑色颜料、所述至少一种分散的彩色颜料、或它们的组合中的至少一种的至少另一部分表面连接。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述灰色油墨表现出色调，所述方法还包括改变颜料的预定量以改变色调。
8.一种油墨体系，其包含：
基材；和
在基材的至少一部分上施加的灰色油墨，该灰色油墨包含：
油墨载色体；
分散在油墨载色体中的黑色颜料；
分散在油墨载色体中的至少一种彩色颜料；
阴离子分散剂：a)分散在油墨载色体中；b)与所述分散的黑色颜料或所述至少一种分散的彩色颜料中的至少一种的至少一部分表面连接；或c)它们的组合；和
阴离子表面活性剂，其与所述分散的黑色颜料或所述至少一种分散的彩色颜料中的至少一种的至少另一部分表面连接。
9.如权利要求8所述的油墨体系，其特征在于，所述黑色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.01-0.3的峰值可见吸收；所述至少一种彩色颜料选自青色颜料、紫色颜料、品红颜料、蓝色颜料和它们的组合，所述青色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.1的峰值可见吸收，所述紫色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.005-0.2的峰值可见吸收，所述品红颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.2的峰值可见吸收，所述蓝色颜料的颜料负载足以提供在油墨∶稀释剂1∶2,500的稀释比例下0.001-0.1的峰值可见吸收。
10.如权利要求8或9所述的油墨体系，其特征在于，施加的灰色油墨的中性基本一致。
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