CN101583493B - 使用颜料基油墨在普通介质上产生具有改进的饱和度的复合色的系统和方法 - Google Patents

使用颜料基油墨在普通介质上产生具有改进的饱和度的复合色的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种印刷系统(100，200)具有基材(130)、第一有色油墨(105)和第二有色油墨(110)。第一有色油墨(105)包含第一颜料颗粒，所述颗粒具有第一净ζ电势。第二有色油墨(110)包含第二颜料颗粒和极性相反量的表面活性剂。所述第二颜料的颗粒具有与第一净ζ电势极性相反的第二净ζ电势。所述第一有色油墨(105)和第二有色油墨(110)一起印刷在所述基材(130)的共同表面(150)上，形成复合色。

Description

使用颜料基油墨在普通介质上产生具有改进的饱和度的复合色的系统和方法
背景
本发明涉及颜料基油墨。本发明更具体涉及使用颜料基油墨印刷在介质上的复合色。
在需要耐久性和持久性的应用中，颜料基油墨通常比染料基油墨更优越。颜料基油墨通常在液体载体中引入了许多微小的固体颜料颗粒，这些颗粒具有油墨指定的颜色。颜料颗粒是不溶的，因此提供耐水性比染料基油墨更好的有色油墨。上述颜料油墨中的液体载体通常是水溶液。
因为颜料颗粒在纯水液体载体中容易絮凝或团聚在一起，所以用于油墨制剂的颜料通常以分散体形式获得。在此情况下，分散体是包含颜料颗粒的水溶液，该颜料颗粒已经用分散剂处理过，因此大大降低了颜料颗粒相互吸引的趋势。
静电分散剂是分散剂的一种形式。静电分散剂颗粒具有净正电荷或净负电荷，通过吸附附着在颜料颗粒的表面，导致在各颜料颗粒的大部分表面上形成分散剂颗粒的薄层。该层反过来根据分散剂颗粒的电荷极性，极化具有净正ζ电势或净负ζ电势的颜料颗粒。因为同种电荷相互排斥，所以颜料颗粒相互排斥，从而基本上均匀地分散在整个液体载体中。
在水溶液中，静电分散剂比其它可得的分散剂(例如空间分散剂)为颜料分散体提供了大得多的稳定性。因此，在需要颜料基油墨的许多应用中，静电分散剂是最佳选择。静电分散剂同时利用了静电稳定化作用和空间稳定化作用。
当将两种或更多种有色油墨印刷在一起形成复合色时，使用颜料基油墨遇到一个特别挑战。在许多基材(一个例子是白纸)上，由颜料基油墨形成的复合色表现出较差的色饱和度或色丰度。提高颜料油墨在白纸上的复合色饱和度的尝试包括用固定剂油墨套印或底印。但是，该方法需要使用单独的固定剂笔，会增加印刷成本。提高颜料油墨复合色饱和度的其他尝试涉及使用经过特别处理的印刷介质。这种介质通常很贵，而通常优选的是将目标印刷在普通介质(例如白纸)上。
发明概述
一种印刷系统包括基材、第一和第二有色油墨。第一有色油墨包含第一颜料的颗粒，所述颗粒具有第一净ζ电势。第二有色油墨包含第二颜料颗粒和极性相反量的表面活性剂。所述第二颜料的颗粒具有与第一净ζ电势极性相反的第二净ζ电势。将第一和第二有色油墨一起印刷在所述基材的共同表面上，形成复合色。
印刷具有改进的色饱和度的复合色的方法包括：将第一和第二有色油墨一起印刷，所述第一有色油墨具有第一极性，所述第二有色油墨包含极性相反量的表面活性剂，这样第二有色油墨具有与所述第一极性相反的第二极性。
一种制备用于印刷复合色的有色油墨的方法包括：提供具有第一净ζ电势的颜料颗粒的水性分散体；向该分散体中加入极性相反量的表面活性剂，使颜料颗粒具有与第一净ζ电势极性相反的新的第二净ζ电势。
附图简要说明
以下附图显示了本发明所述原理的各种实施方式，是本说明书的一部分。所描述的实施方式仅仅是例子，不限制权利要求的范围。
图1是依据本文所述原理的印刷系统的示例性实施方式。
图2是依据本文所述原理的印刷系统的示例性实施方式。
图3是说明依据本文所述原理印刷复合色的示例性方法的流程图。
图4是说明依据本文所述原理用于印刷复合色的有色颜料的示例性制备方法的流程图。
在附图中，相同的附图标记表示类似但不必完全相同的对象。
发明详述
本说明书描述了使用颜料基油墨印刷复合色的示例性系统和方法，所述复合色在普通介质上表现出改善的色饱和度。
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。例如，应该将约1％至约20％的百分数范围解释为不仅包括明确列举的1％至约20％的百分数界限，还包括诸如2％、3％、4％之类的单个百分数和诸如5％至15％、10％至20％等之类的子范围。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“复合色”指在印刷介质上混合至少两种不同的有色油墨(它们合并形成第三种复合色)而形成的颜色。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“ζ电势”指由于离子在胶体颗粒(例如颜料颗粒)的表面累积而产生的静电电势。文中使用的术语“净ζ电势”指多个胶体颗粒的平均ζ电势值。ζ电势的测量结果可表征为具有正极性或负极性。
本说明书和所附权利要求中使用的术语“色饱和度”指C*/L*的比值，其中C*定义为色度值，L*定义为亮度值，这些数值是依据CIELAB色空间测量的。
说明书和所附权利要求中使用的术语“液体载体”或“油墨载体”广义地指其中放入了颜料或染料以形成油墨的载体。液体载体可包括溶剂、助溶剂、缓冲剂、杀生物剂、掩蔽剂、粘度调节剂、表面活性剂、螯合剂、树脂、水和它们的组合。
在以下描述中，出于解释的目的，为了提供对本发明系统和方法的透彻理解，陈述了许多具体的细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，本发明的系统和方法可以在没有这些具体细节的情况下进行。说明书中提及的“一个实施方式”、“一个实施例”或类似的语言指在该实施方式或实施例中描述的具体特征、结构或性质至少包括在该实施方式中，但不是必须包括在其它实施方式中。在说明书中不同地方出现短语“在一个实施方式中”或类似的短语的各种情形不一定都是指同一个实施方式。
本说明书描述了一种示例性印刷系统，其包括基材、第一和第二有色油墨。第一有色油墨包含第一颜料颗粒，所述颗粒具有第一净ζ电势。第二有色油墨包含第二颜料颗粒和极性相反量的表面活性剂，这样第二颜料颗粒具有与第一颜料颗粒的净ζ电势极性相反的第二净ζ电势。将第一和第二有色油墨一起印刷在所述基材上，形成复合色。因此，该示例性系统提供了用于由具有相反极性颜料颗粒的颜料基油墨印刷复合色的有效且节省成本的溶液。
本说明书还描述了通过一起印刷第一和第二有色油墨来印刷具有改善的色饱和度的复合色的方法。第一有色油墨具有第一极性，第二有色油墨包含极性相反量的表面活性剂，使得第二有色油墨具有与所述极性相反的第二极性。
本说明书还描述了一种制备用于印刷复合色的有色油墨的方法，其包括：提供具有第一ζ电势的颜料颗粒的水性分散体；向所述分散体中加入极性相反量的表面活性剂。颜料颗粒具有与第一净ζ电势极性相反的第二净ζ电势。
现在参看图1，该图显示了依据本文所述原理的示例性印刷系统(100)。印刷系统(100)包括用于接受第一有色油墨(105)和第二有色油墨(110)的墨滴(120)的基材(130)。基材(130)可由任何材料形成，包括但不限于纸、卡片材料、塑料、织物、金属、玻璃和它们的组合。在一些实施方式中，基材(130)可以是普通印刷纸。
第一有色油墨(105)可以是包含多个第一颜料颗粒的分散体的水溶液。合适的颜料颗粒的例子包括黄色颜料(例如PY74、PY128、PY155、PY218等)，品红色颜料(例如PR122、PV19、PR202、PR168、PR177、PR178、PR254、PR269等)，或青色颜料(例如PB15:3、PB15:4等)。颜料颗粒可以商购，例如以包含静电分散剂的水性分散体的形式购得，所述分散剂如上文所述附着在颜料颗粒的外表面，从而稳定分散体。第一有色油墨中的颜料颗粒具有第一净ζ电势。在一些实施方式中，该净ζ电势直接对应于与颜料颗粒一起使用的静电分散剂的极性。
如同第一有色油墨(105)一样，第二有色油墨(110)是包含多个第二颜料颗粒的分散体的水溶液。合适的颜料颗粒的例子包括上述的黄色颜料、品红色颜料或青色颜料。第二颜料颗粒的分散体可包含静电分散剂，其极性与第一颜料颗粒使用的静电分散剂的极性相同。在许多情况中，第一和第二颜料分散体可使用相同的静电分散剂。
第二有色油墨(110)还包含极性相反量的表面活性剂，这样第二颜料颗粒具有与第一颜料颗粒的净ζ电势极性相反的净ζ电势。
将第一和第二有色油墨(105，110)一起印刷在基材(130)的共同表面(150)上。第一和第二有色油墨(105，110)具有彼此不同的颜色。因此，第一有色油墨(105)中的颜料与第二有色油墨(110)中的颜料具有不同的颜色。当将第一和第二有色油墨(105，110)一起印刷时，在基材(130)上形成复合色。
因为不难理解，将两种包含相反极性ζ电势的颜料颗粒的油墨一起印刷，在普通介质上会产生饱和度提高的复合色，所以第一有色油墨(105)和第二有色油墨(110)通过油墨分配装置(140)一起被印刷到基材(130)上时，它们会产生高度饱和的复合色。
应理解，许多方法和装置可用于将第一和第二有色油墨(105，110)沉积在基材(130)上。这些可能的方法和装置的例子包括但不限于：喷墨、液体电子照相、泡沫喷射、光笔和其它笔方法和装置，另外还包括它们的组合。
现在参看图2，依据本发明的印刷系统(200)可包括三种独立的有色油墨(205，210，215)，它们被用于印刷在基材(130)上。三种有色油墨(205，210，215)分别包含青色油墨、品红色油墨和黄色油墨。青色、品红色和黄色油墨组被用于目前可用的许多印刷系统中，用于配制这些油墨的颜料分散体通常可从供应商处购得。
在所示实施方式中，有色油墨(205，210，215)中的一种可包含颜料颗粒，该颗粒具有极性为第一极性的净ζ电势，而有色油墨(205，210，215)中的另两种可包含极性相反量的表面活性剂，使得它们的颜料颗粒具有与第一极性相反的净ζ电势。
例如，品红色有色油墨(210)可包含具有负静电分散剂的颜料颗粒的分散体，因此在品红色颜料的表面上产生负的净ζ电势。青色和黄色有色油墨(205，215)可包含具有负静电分散剂并加入了阳离子表面活性剂的颜料颗粒的类似分散体。青色和黄色有色油墨(205，215)中阳离子表面活性剂的含量应使得表面活性剂与颜料颗粒和静电分散剂相互作用，在颜料颗粒上产生正的净ζ电势。
在这种设置中，品红色油墨和黄色油墨(210，215)可一起印刷，产生复合红色。因为品红色和黄色颜料颗粒的净ζ电势的极性相反，所以在普通介质上产生的复合红色比用具有相同极性ζ电势的品红色和黄色颜料印刷的复合红色具有更好的色饱和度。
还可以将青色和品红色油墨(205，210)一起印刷，由于青色和品红色颜料颗粒的净ζ电势的极性相反，所以能在普通介质上产生色饱和度提高的复合蓝色。
还应理解，通过将三种有色油墨(205，210，215)中的两种或更多种以不同的比例一起印刷，可以在普通基质上产生许多色饱和度提高的复合色阴影。
在其它实施方式中，有色油墨(205，210，215)中的两种可以用颜料颗粒的分散体配制，该颜料颗粒具有由静电分散剂的极性限定的净ζ电势，而有色油墨(205，210，215)中的一种可另外包含极性相反量的表面活性剂，使得其颜料颗粒的净ζ电势与静电分散剂的极性相反。
在另一些实施方式中，可以使用阴离子表面活性剂，使包含带正电荷的静电分散剂的有色油墨(205，210，215)中，至少一种有色油墨中的颜料颗粒的净ζ电势的极性变得相反。
现在参看图3，该图显示了印刷具有改善的色饱和度的复合色的示例性方法(300)。
提供第一有色油墨(步骤310)，该第一油墨具有第一极性的颜料颗粒。当颜料颗粒在液体油墨载体中时，颜料颗粒的极性可以是颗粒的净ζ电势。在一些实施方式中，第一油墨的颜料颗粒的极性由静电分散剂的极性决定。
还提供第二有色油墨(步骤320)。所述第二油墨包含极性相反量的表面活性剂，使颜料颗粒具有与第一极性相反的极性。例如，可以由商购的颜料分散体配制这两种有色油墨。颜料分散体可包含使颜料颗粒表面具有净正ζ电势或净负ζ电势的静电分散剂。在第二油墨是由包含带净正电荷的静电分散剂的颜料分散体配制时，可向第二油墨中加入阴离子表面活性剂，从而使颜料颗粒的ζ电势的极性相反。
在第二油墨是由包含带净负电荷的静电分散剂的颜料分散体配制时，可向第二油墨中加入阳离子表面活性剂，从而使极性相反，得到带净正电荷的颜料颗粒。
第一和第二油墨可以是青色、品红色或黄色油墨。将第一和第二油墨一起印刷在基材上(步骤330)，形成复合色。当一起印刷时，第一和第二油墨中颜料颗粒的相反极性使得在普通介质如白纸上形成色饱和度提高的复合色。
在一些实施方式中，第一和第二油墨可以基本上同时印刷(步骤330)。在其它实施方式中，第一和第二油墨可以大致依次地印刷在一起(步骤330)，例如在一些液体电平版印刷和喷墨打印机的情况中。
在其它实施方式中，可以将三种或更多种有色油墨一起印刷，其中的至少两种油墨包含具有相反极性的带电荷颜料颗粒。在这些实施方式中，有色油墨中的至少一种包含极性相反量的表面活性剂，使得其颜料颗粒具有与其它有色油墨的颜料颗粒极性相反的电荷。使用青色、品红色和黄色油墨可产生的复合色的非限制性例子包括红色、蓝色和绿色。
应理解，当一起印刷时(步骤330)，使用的有色油墨的相对量可依据复合色所需的色调而变化，可使用任何所需量的有色油墨来产生该色调。
现在参看图4，该图显示了制备用于印刷复合色的有色油墨的示例性方法(400)。该方法(400)提供了一种在水性分散体中使颜料颗粒的净ζ电势的极性变得相反的方法。然后，通过该方法(400)制备的第一有色油墨可与第二有色油墨一起印刷，所述第二有色油墨包含的颜料颗粒的净ζ电势的极性与第一油墨经方法(400)处理之前的水性分散体中颜料颗粒的起始极性相同，由此形成复合色。复合色的特征是在普通介质上具有改善的色饱和度。
方法(400)包括提供具有第一ζ电势的颜料颗粒的水性分散体(步骤410)。许多合适的水性分散体都可采用，一些可在本领域中商购。一个非限制性例子是可从卡博特公司(Cabot Corp)购得的
Figure G2008800026610D00071
系列的颜料分散体。可根据用油墨印刷的原色和复合色所需的色调来调节分散体中颜料的含量。通常，配制的油墨包含小于10重量％的颜料。在一些实施方式中，油墨中颜料颗粒的含量在3重量％至5重量％之间。
然后向分散体和液体油墨载体中加入表面活性剂(步骤420)。在需要油墨分散体中的颜料颗粒最终具有正的净ζ电势的实施方式中，表面活性剂是阳离子表面活性剂。在需要油墨分散体中的颜料颗粒最终具有负的净ζ电势的实施方式中，表面活性剂是阴离子表面活性剂。
在向分散体中加入表面活性剂(步骤420)后，立即测量颜料颗粒的ζ电势(步骤430)。在一些实施方式中，可使用来自胶体动态公司(ColloidalDynamics)的ZetaProbe之类的设备通过电声测量确定颜料颗粒的ζ电势。在其它实施方式中，可使用激光多普勒速度计(Laser Doppler Velocimeter，LDV)测量颜料颗粒的ζ电势大小。然后评价净ζ电势(步骤440)，以确定颜料颗粒的极性是否与加入表面活性剂(步骤420)之前的颗粒的极性相反。如果颜料颗粒具有所需的极性，则过程结束。如果颜料颗粒不具有所需的极性(即颜料颗粒仍然保留其初始极性)，则加入更多的表面活性剂(步骤420)，重复测量(步骤430)和评价(步骤440)颜料颗粒的ζ电势的步骤。
例如，如果分散体中颜料颗粒的净ζ电势最初是负的，则向分散体中加入阳离子表面活性剂(步骤420)。然后测量颜料颗粒的净ζ电势(步骤430)，以确定颗粒是否已获得净的正ζ电势。如果颜料颗粒不表现出净的正ζ电势，则向分散体和液体载体中加入更多的阳离子表面活性剂(步骤420)，再次评价颗粒的ζ电势(步骤440)。
在分散体的颜料颗粒具有所需的极性后，向分散体中加入液体油墨载体组分(步骤450)，以产生合适的油墨制剂。这些组分可包括但不限于二甘醇、1，2-己二醇、丙三醇、LEG-1、Tergitol 15S7、Zonyl FSO、Proxel GXL、溶剂、助溶剂、缓冲剂、杀生物剂、掩蔽剂、粘度调节剂、螯合剂、树脂、其它表面活性剂、水和它们的组合。这些额外的油墨组分可增加油墨混合物的稳定性或功能性。
上述说明仅仅是阐述和描述了所述原理的实施方式和实施例。这些说明不旨在以任何精确揭示的形式穷尽或限制这些原理。根据上述说明，可以进行许多修改和变化。
实施例
为了说明本发明的实施方式，本文给出实施例。该实施例仅仅是为了说明的目的，不以任何方式限制本文描述的原理的范围。
使用可从卡博特公司商购的Cab-O-Jet(COJ)分散体配制青色、品红色和黄色油墨，用于在白纸上印刷复合色。使用的具体分散体是分别为青色、品红色和黄色的COJ250C、COJ260M和COJ270Y。使用的青色、品红色和黄色颜料的重量百分数分别为3％、4％和4％。这些特定的分散体包含具有负的净ζ电势的颜料颗粒。使用上述分散体制备测试油墨组，并向COJ250C青色分散体和COJ270Y黄色分散体中加入阳离子表面活性剂即十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)。用TTAB滴定青色和黄色分散体至颜料颗粒的净ζ电势从负极性转变为其最大正值的时刻。
还使用未改性的分散体制备青色、品红色和黄色对照油墨组。根据下表1所示的配方将测试组和对照组分散体制成油墨。
表1：油墨配方
  组分   重量％
  颜料   3-4％
  二甘醇   2％
  1，2-己二醇   4％
  丙三醇   5％
  LEG-1   5％
  Tergitol 15S7   1％
  Zonyl FSO   0.2％
  Proxel GXL   0.2％
  水   余量
测试油墨组和对照油墨组中颜料颗粒的净ζ电势的极性都总结在下表2中。
表2：原色的极性
  油墨组   青色   品红色   黄色
  对照   -   -   -
  测试   +   -   +
然后，使用惠普DeskJet 6540打印机，采用这两种油墨组在惠普“All InOne”通用纸(部件编号HPAIO，non-ColorLok版本)以及一组9张通用白纸上印刷彩色印刷靶。使用热喷墨笔套件印刷靶。复合色印刷靶包括原色(青色、品红色和黄色)和复合间色(红色、蓝色和绿色)。在测试油墨组和对照油墨组中，通过印刷品红色油墨和黄色油墨产生红色，通过印刷品红色油墨和青色油墨产生蓝色，通过印刷青色油墨和黄色油墨产生绿色。然后在CIELab色体系中测量对照油墨组和测试油墨组的色饱和度，用C*/L*表示。对照油墨组和测试油墨组的色饱和度分别总结在下表3和4中。
表3：使用对照组的色饱和度
  颜色   净电荷   最大C*/L*  9张介质平均
  青色   -   0.76   0.66
  品红色   -   0.89   0.89
  黄色   -   0.83   0.84
  红色   --   0.74   0.78
  绿色   --   0.84   0.83
  蓝色   --   0.76   0.79
表4：使用测试组的色饱和度
  颜色   净电荷   最大C*/L*  9张介质平均
  青色   +   0.66   0.63
  品红色   -   0.87   0.88
  黄色   +   0.79   0.80
  红色   -+   0.90   0.90
  绿色   ++   0.86   0.84
  蓝色   -+   0.99   0.98
表3和表4的数据表明，与原色为相同极性的情况相比，当一起印刷的原色是相反极性时，红色、绿色和蓝色这些复合色具有明显提高和改善的色饱和度。

Claims (10)

1.一种印刷系统(100，200)，其包括：
基材(130)；
第一有色油墨(105)，其包含第一颜料的颗粒，所述颗粒具有第一净ζ电势；
第二有色油墨(110)，其包含第二颜料颗粒和表面活性剂，该表面活性剂的量使得所述第二颜料的所述颗粒具有与所述第一净ζ电势极性相反的第二净ζ电势；
所述第一有色油墨(105)和第二有色油墨(110)一起印刷在所述基材(130)的同一表面(150)上，形成复合色。
2.如权利要求1所述的印刷系统(100，200)，其特征在于，所述第一净ζ电势具有负极性，所述表面活性剂是阳离子表面活性剂。
3.如权利要求1所述的印刷系统，其特征在于，所述第一净ζ电势具有正极性，所述表面活性剂是阴离子表面活性剂。
4.如权利要求1所述的印刷系统(100，200)，其特征在于，所述第一有色油墨(105)和所述第二有色油墨(110)是截然不同的原色。
5.如权利要求1所述的印刷系统(100，200)，还包括第三有色油墨，其与所述第一有色油墨(105)或所述第二有色油墨(110)一起印刷在所述基材(130)上，形成另外的间色。
6.如权利要求1所述的印刷系统(100，200)，其特征在于，所述基材(130)包括以下所列中的至少一种：纸、卡片材料、塑料、玻璃和它们的组合。
7.一种印刷具有改进的色饱和度的复合色的方法，其包括：将第一有色油墨(105)和第二有色油墨(110)一起印刷，所述第一有色油墨(105)包含具有第一极性的颜料颗粒，所述第二有色油墨(110)包含颜料颗粒和表面活性剂，所述表面活性剂的量使得所述第二有色油墨(110)包含具有与所述第一极性相反的第二极性的颜料颗粒。
8.一种制备用于印刷复合色的有色油墨的方法，其包括：
提供具有第一净ζ电势的颜料颗粒的水性分散体；
向所述分散体中加入表面活性剂，所述表面活性剂的量使得所述颜料颗粒获得与所述第一净ζ电势极性相反的新的第二净ζ电势。
9.如权利要求8所述的方法，还包括向分散体中加入以下所列的至少一种：二甘醇、1，2-己二醇、丙三醇、LEG-1、Tergitol 15S7、Zonyl FSO、Proxel GXL和水。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二净ζ电势具有与所述第一净ζ电势的绝对值基本相等的绝对值。
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