CN101547984A - 用于喷墨打印的油墨 - Google Patents

Abstract

一种喷墨油墨，其包含油墨载剂和分散在该载剂中的白色颜料，所述颜料包含颗粒，其中至少5％的颗粒的平均粒度大于100纳米，且至少25％的颗粒的平均粒度小于50纳米；以及该喷墨油墨的使用方法。

Description

用于喷墨打印的油墨

背景

喷墨打印花费较低，用在许多应用中。在喷墨打印中，墨滴响应微处理器产生的电信号，从打印头喷出，沉积在打印介质如纸或聚合物基材上，形成所需的图像。

当打印介质具有白色记录表面时，可以各种颜色打印容易识别的字符、标记和图像。但是，当需要在具有非白色记录表面的打印介质或者透明或半透明记录介质上打印时，可能需要用白色油墨进行打印。仅举例而言，可以使用白色油墨进行喷墨打印，以指示安装在印刷电路板上的部件的位置。

白色油墨配方通常包括分散在溶剂中的微粒白色颜料。一种普通的白色颜料是二氧化钛TiO₂，也称为钛(IV)氧化物或氧化钛。当该物质用作颜料时，有时也称为“钛白”，“颜料白6”或“CI 77891”。二氧化钛由于明亮并且具有极高的折射率而广泛用作白色颜料。其它白色颜料包括氧化锌和钛酸盐或钛酸酯。

但是，基于这些化合物的白色油墨往往具有一些不大令人满意的性质。为了提供最佳的光学效果，白色颜料通常作为平均粒度约为1微米的颗粒提供，有时更大。但是，因为这些化合物密度较高，这么大的颗粒容易沉降和团聚。这在喷墨打印应用中非常不利，因为在该应用中油墨需要静置相当长时间，而打印头需要平稳流动的均匀油墨。如果油墨在打印头中不能正常运作，图像质量将下降。

同样，通常作为颗粒提供的其它颜料也可能遭遇类似的沉降和团聚问题。因此，对于其它应用来说足够稳定的颜料可能在喷墨应用中不具有足够的稳定性。

标记和术语

在以下说明书和权利要求中使用的某些术语是针对具体的系统部件。本领域技术人员将意识到，不同的计算机公司可能采用不同的名称命名同一部件。该文本将不根据名称区别部件，而是依据功能区别部件。在以下讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”为开放形式，因此应理解为“包括但不限于……”。

本文中使用的术语“峰值”是指在数值曲线中，曲线的一阶导数为0而曲线的二阶倒数为负时的点。

文中所用的术语“粒度”指大致呈球形的颜料颗粒的近似直径，或非球形颗粒的近似最长特征尺寸。“平均粒度”指多个颜料颗粒的近似平均直径或平均最长特征尺寸。

发明详述

本发明描述了包含微粒颜料的水性油墨组合物，以及该水性油墨组合物的制备和使用方法。在某些实施方式中，所述油墨可以是水性白色油墨。所述油墨使用特定的粒度组合，以同时提高储存和使用过程中的稳定性。因此，在施用于表面时，该油墨配剂改善了遮盖、覆盖和清晰度等方面的性质。

依据一些实施方式，稳定的油墨组合物包含分散在载体中的微粒颜料。所述载体可以是水。油墨还可以包含湿润剂、稳定剂、表面活性剂、流变调节剂、助溶剂和/或杀生物剂。此外，油墨可包含水溶性聚合物或共聚物和/或pH调节剂。

颜料

含大于约50纳米的颜料颗粒的油墨存在于分散体中时，容易沉降或团聚，即使存在常规的稳定剂时也是如此。已经发现，通过引入一部分非常细小的颗粒，即平均粒度小于约50纳米的颗粒，可以提高这类油墨的稳定性，因为细小的颗粒有助于大颗粒保持悬浮，因而在一些情况下能消除或减少所需的稳定剂的量。更特别地，在某些实施方式中，至少约5％的颗粒的平均粒度大于约100纳米，而至少约25％的颗粒的平均粒度小于约50纳米。在一些实施方式中，10％的颗粒的平均粒度大于约100纳米，至少50％的颗粒的平均粒度小于50纳米。

在某些实施方式中，颗粒的粒度分布的特征是具有两个峰值。例如，粒度分布可包括等于或小于约50纳米的一个峰值，还包括在约50纳米以上的第二个峰值。在一些实施方式中，粒度分布可包括等于或小于50纳米的一个峰值和在100纳米以上的第二个峰值。

颜料可以是任何合适的颜料物质。在某些实施方式中，颜料选自下组：二氧化钛、氧化锌、钛酸盐和钛酸酯、以及它们的组合。另外，颜料可包含其它着色剂，包括但不限于钛酸盐/酯和铌酸盐/酯，层状的双氢氧化物如Mg-Al-CO₃-LDH、Li-Al-Cl-LDH和Zn-Al-CO₃-LDH，无机磷酸盐，膦酸盐，以及它们的组合。

二氧化钛颜料

当在新油墨组合物中使用二氧化钛(TiO₂)颜料时，在一些实施方式中该颜料是金红石或锐钛矿晶体形式。在某些示例性配剂中，油墨组合物中二氧化钛的总含量约为3重量％至6重量％，低于50纳米的颗粒占总油墨组合物的约5-25重量％。

在一些实施方式中，油墨中的颜料包含基本上纯的二氧化钛，或者可包含其它金属氧化物，例如氧化锌。如果存在其它颜料，则在某些实施方式中这些其它颜料的含量约为5-15重量％，平均粒度约为5-50纳米，更优选约为10纳米。

液体载体

在一些实施方式中，油墨组合物的颜料分散在包含水或水与水混溶性助溶剂的混合物的载体或介质中。在另一些实施方式中，载体包含一种或多种二醇醚或它们的水性混合物。

任选的添加剂

在一些实施方式中，油墨任选地包含湿润剂。湿润剂可具有比液体载体更高的沸点，加入它可在储存过程中防止发生干燥和阻碍沉降。合适的湿润剂的例子包括多羟基醇，例如乙二醇、二甘醇、丙二醇、丁二醇、三甘醇、1，5-戊二醇和1，2，6-己三醇；二醇醚，例如双丙甘醇单甲醚和丙二醇正丙醚；以及其它化合物，包括三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、丙三醇、聚乙二醇和双丙甘醇。在一个示例性配剂中，油墨配剂中使用的湿润剂是丙二醇。

在一些实施方式中，油墨还包含流变调节剂。合适的流变调节剂可以是任何已知的可商购的流变调节剂，例如购自艾乐蒙特品公司(ElementisSpecialties Inc.)的

 EW和Rheolate-丙烯酸类聚合物，衍生纤维素材料，藻酸盐，有机粘土。

喷墨油墨可包含颜料稳定剂或分散剂，例如聚合物分散剂。作为聚合物分散剂的补充或替代，可以使用一种或多种表面活性剂化合物作为分散剂。这些表面活性剂可以是阴离子型、阳离子型、非离子型或两性的。非聚合型分散剂和一些聚合物分散剂的详细列表参见《麦氏功能材料》(McCutcheon′s Functional Materials)(北美版，Manufacturing ConfectionerPublishing Co.，Glen Rock，N.J.07452，1990)第110-129页“分散剂”章节。在美国专利第5,946,012号中进一步描述了合适的聚合物分散剂，该专利文献的内容通过参考结合于此。另选或另外地，一些或全部颜料颗粒，特别是较大的颜料颗粒，可经过表面改性，使它们具有自分散性。这类颜料可通过各种方式进行表面改性，包括但不限于用次氯酸碱金属盐、臭氧、硅化剂和芳族磺酸加成物的重氮盐进行处理。

在一些实施方式中，油墨还包含表面活性剂，以进一步提高稳定性。合适的表面活性剂包括但不限于：阴离子和/或非离子型乳化剂，例如烷基、芳基或烷芳基硫酸、磺酸或磷酸的碱金属盐或铵盐；烷基磺酸；磺基琥珀酸盐；脂肪酸；烯键式不饱和表面活性剂单体；和乙氧基化醇或酚。此外，适用于实施本发明的表面活性剂包括阴离子和非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂的例子包括：磺酸盐表面活性剂，例如磺基琥珀酸盐(Aerosol OT，A196；AY和GP，可购自CYTEC)和磺酸盐(Aerosol DPOS-45，OS，可购自CYTEC；Witconate C-50H，可购自WITCO；Dowfax 8390，可购自DOW)；以及含氟表面活性剂(Fluorad FC99C，可购自3M)。非离子型表面活性剂的例子包括：含氟表面活性剂(Fluorad FC170C，可购自3M)；烷氧基化表面活性剂(Tergitol系列15S-5，15S-7和15S-9，可购自联合碳化物公司(Union Carbide))；Sulfylnol系列；和有机硅氧烷表面活性剂(SilwetL-77和L-76-9，可购自WITCO)。油墨中表面活性剂的量通常为0.1-6重量％。

其它组分

除了上述组分外，在一些实施方式中，油墨任选地包含一种或多种其它组分，包括但不限于：聚合物、腐蚀抑制剂、pH调节剂和杀生物剂(抗细菌剂、抗真菌剂等)、粘合剂、螯合剂、缓冲剂、光稳定剂、抗卷曲剂、增稠剂、荧光增白剂、纳米颗粒稳定剂和/或其它添加剂，具体取决于喷墨油墨所需的性质。

油墨使用特定的粒度组合，无论是颜料处于浆料形式还是浆料随后用于油墨配剂，都有助于使颜料长时间保持稳定和抗絮凝。因此，该油墨配剂在施加到可打印表面时是稳定的，具有有利的性质。特别地，已经发现新的油墨组合物足够稳定，非常适合用于喷墨油墨。

在某些实施方式中，用于喷墨应用的含白色颜料的油墨配剂没有目前已知的油墨的许多不利的性质。在某些实施方式中，使用在适合喷墨打印的配剂中足够稳定的白色颜料，这样获得的油墨即使在储存或闲置一段时间后依然能有效地喷射。

实施例

下面将描述用于配制新油墨组合物的分散体的例子。这些例子仅仅是说明性的，不是为了以任何方式限制权利要求。

示例性分散体组合物(重量％)

 

样品号	A	B	C	D
					TiO2	52	52	52	0
ZnO	0	0	0	54
					水	39.5	39.5	39.5	37.5
Rhodosil消泡剂426R	0.5	0.5	0.5	0.5
					聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)	5.0	0	0	0
Surfynol 440或465	1.0	1.0	1.0	1.0
					丙二醇或丙三醇	2.0	2.0	2.0	2.0
SMA共聚物	0	5.0	0	5.0
					乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸的共聚物(PVP)	0	0	5.0	0
总和	100	100	100	100

使用上述颜料分散体配制的油墨的例子如下：

实施例I

组分                 重量％             范围

TiO₂-A(<100纳米)     2.5                0.5-12

TiO₂-B(>100纳米)     0.5                0-10

聚(环氧乙烷)         1                  0.1-6

异丙醇               4                  1.0-8

三甘醇单甲醚         5                  2.0-12

水                   87                 30-90

实施例II

组分                 重量％             范围

TiO₂-A(<100纳米)     2.5                0.5-12

TiO₂-B(>100纳米)     0.5                0-10

聚(乙烯基吡咯烷酮)   1                  0.1-6

异丙醇               4                  1.0-8

三甘醇单甲醚         5                  2.0-12

水                   87                 30-90

实施例III

组分                 重量％             范围

TiO₂-A(<100纳米)     2.5                0.5-12

TiO₂-B(>100纳米)     0.5                0-10

聚(乙二醇)           1                  0.1-6

异丙醇               4                  1.0-8

三甘醇单甲醚         5                  2.0-12

水                   87                 30-90

实施例IV

组分                 重量％             范围

TiO₂-A(<100纳米)     2.5                0.5-12

TiO₂-B(>100纳米)     0.5                0-10

聚丙烯酸，钠盐       1                  0.1-6

异丙醇               4                  1.0-8

三甘醇单甲醚         5                  2.0-12

水                   87                 30-90

将实施例I-IV的配剂在辊轮上均化过夜，通过0.2微米过滤器过滤。对所得油墨进行表征，装入所选的TIJ笔中，进行打印。使用的平台是HPDJ 970cxi和DJ 5550。将油墨打印到HP喷墨透明介质和其它可商购的有色介质上。打印的文字和图像具有良好的打印质量。该油墨流动良好，具有良好的稳定性、不透明性和/或白度。分散体A、C和D在三个月后也几乎无沉降。

油墨组

该油墨可与一种或多种其它油墨一起用于油墨组。油墨组的非白色油墨含有其它着色剂，所述着色剂可包括其它颜料着色剂，例如本领域中已知的颜料着色剂，包括但不限于青色油墨、品红色油墨和黄色油墨。油墨组中的其它油墨可以是水性或非水性的。两种体系之间的选择必须满足使油墨体系与打印基材匹配的特殊要求。例如，为了在纸或织物基材上打印，在一些实施方式中选择水性体系。但是，在选择塑料基材的另一些实施方式中，却是选择非水性介质。根据所需的目标应用和与选择的油墨组合物的相容性，很容易选择用于喷墨组的其它水性油墨。

上述讨论意在说明本发明的原理和各种实施方式。本领域技术人员在完全理解上述说明后，许多其它变体和修改形式是显而易见的。例如，颜料、载体以及其它添加剂和组分可与文中所述的不同，只要保持所述的粒度分布，以确保油墨用作喷墨油墨的稳定性。应理解以下权利要求包括所有这些变体和修改形式。

Claims (10)

1.一种喷墨油墨，其包含：

油墨载剂；和

分散在所述载剂中的白色颜料，所述颜料包含颗粒，其中至少5％的颗粒的平均粒度大于或等于100纳米，且至少25％的颗粒的平均粒度小于或等于50纳米。

2.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，至少10％的颗粒的平均粒度大于100纳米，至少50％的颗粒的平均粒度小于50纳米。

3.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，所述白色颜料选自下组：二氧化钛、氧化锌、钛酸盐和钛酸酯以及它们的组合。

4.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，所述颗粒的粒度分布的特征是具有两个峰值。

5.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，所述白色颜料的粒度分布包括等于或小于50纳米的一个峰值。

6.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，所述白色颜料的粒度分布包括等于或小于50纳米的一个峰值和在50纳米以上的第二个峰值。

7.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，所述白色颜料的粒度分布包括等于或小于50纳米的一个峰值和在100纳米以上的第二个峰值。

8.如权利要求1所述的喷墨油墨，其特征在于，所述喷墨油墨还包含不同于平均粒度小于50纳米的所述颗粒的稳定剂。

9.一种在打印介质上喷墨打印白色图像的方法，其包括：

将足以形成标记的量的如权利要求1-8中任一项所述的喷墨油墨施加到打印介质上。

10.一种喷墨打印机，其包含：包含白色油墨的第一喷墨笔，所述白色油墨包含如权利要求1-8中任一项所述的油墨。