CN101705029A - 溶剂型染料喷墨打印墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

溶剂型染料喷墨打印墨水及其制备方法，涉及一种墨水。提供一种溶剂型染料喷墨打印墨水及其制备方法。其组成为丙烯酸树脂5％～8％，着色剂1％～8％，酸度调节剂0.1％～1％，消泡剂0.01％～0.02％，氨化剂0.01～12％，表面活性剂0.01％～1％，催干剂0.01～0.02％，余为溶剂。制备时先按照配方将所有原料投入封闭反应釜中，用剪切乳化机剪切搅拌即得。打印图像清晰度好，打印墨水的铜版纸色域范围能达到国家喷墨打印标准的色域范围；可在无涂层的承印物介质上清晰成像；墨水流畅性好、1周内不堵塞喷墨打印机喷墨头；防水性能和光稳定性能好，对打印机无腐蚀；安全环保，并能适用于EPSON等品牌喷墨打印机。

Description

溶剂型染料喷墨打印墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种墨水，尤其是涉及一种溶剂型染料喷墨打印墨水及其制备方法。

背景技术

由于数码打样是印刷的重要环节，因此数字印刷的发展受到数码打样耗材的成本和技术的制约，长期发展缓慢。

目前，随着喷墨打印机的日益普及，喷墨打印机也越来越被更多的消费者所接受，打印机墨水越来越受到人们的青睐。喷墨打印墨水是喷墨打印材料中的重要组成部分，它的质量和性能与打印画面质量密切相关，也极大程度影响着打印机的墨滴喷嘴的特性和打印系统的使用效果。要取得优良的打印特性必须是打印墨水、打印纸和打印机相匹配。尽管打印机种类千差万别，打印纸张也有许多类型，但打印墨水的优劣是决定能否顺利输出图片和打印出高质量图片的关键。

喷墨打印技术是在20世纪末期被研究开发出来的。进入20世纪90年代后，喷墨打印以极其迅猛的势头发展。至今，国际上几家大的生产打印机的公司(如惠普HP，佳能Canon，爱普生Epson)在中国市场上已推出了几十种型号的喷墨打印机及其相配套的墨盒和墨水，且已被个人及商业电脑用户广泛接受。近几年，国际上几家大的公司相继投入巨资进行研发，使得打印品质得到极大提高。

据中国计算机行业协会统计数据表示，中国每年的彩色喷墨打印墨水这一项耗材市场额达百亿元，而且还以每年12％的速度增长。

目前，兼容喷墨打印耗材主要存在以下缺点：

1、色彩密度偏低，存在色差，而且色彩不鲜艳；

2、打印连续性能不好，易堵头；

3、打印图像清晰度低，即打印出的文字和图像不整洁，有扩散、化开、缺墨、不均和墨滴飞溅的现象；

4、防水性能和光稳定性能差。

公开号为CN1364836的发明专利申请提供一种喷墨打印机用的打印墨水，由表面活性剂、添加剂、染料、甘油、乙二醇和水组成，表面活性剂为OP-10，添加剂为石碳酸，染料为一种单色染料或两种单色染料的组合。

公开号为CN101067060的发明专利申请提供一种喷墨打印墨水及其制备方法，其组分及质量百分比为：着色剂9％～22％，一缩二乙二醇8％～10％，三乙醇胺0.035％～0.04％，二乙二醇丁醚6％～8％，聚乙烯吡咯烷酮1.5％～3％，其余为水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶剂型染料喷墨打印墨水及其制备方法。

所述溶剂型染料喷墨打印墨水的原料组成及其按质量百分比的含量如下：

丙烯酸树脂5％～8％，着色剂1％～8％，酸度调节剂0.1％～1％，消泡剂0.01％～0.02％，氨化剂0.01～12％，表面活性剂0.01％～1％，催干剂0.01～0.02％，余为溶剂.

所述着色剂可选用金属络合染料。所有的金属络合染料都能作为本发明所述溶剂型染料喷墨打印墨水的着色剂。

所述酸度调节剂可选用草酸、三乙醇胺、顺丁烯二酸氨水、甲胺或硫酸盐等。

所述消泡剂可采用台湾德谦公司的0506型消泡剂产品。

所述氨化剂可选用三乙醇胺等。

所述表面活性剂可选用阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂可选自脂肪酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、蓖麻油硫酸盐等中的一种；非离子表面活性剂选自乙炔基乙二醇、聚氧乙烯基烷基醚、聚氧乙烯基烷基苯基醚、聚氧乙烯基辛基苯基醚、聚氧乙烯基脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯等中的一种。

所述催干剂可选用乙醇、异丙醇、环己基吡咯烷酮等中的一种。

所述溶剂最好为乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇等中的一种。

所述溶剂型染料喷墨打印墨水的制备方法如下：

先按照配方将所有原料投入封闭反应釜中，用剪切乳化机剪切搅拌，得溶剂型染料喷墨打印墨水。

所述剪切搅拌的时间最好为2h，剪切搅拌的温度最好为50～80℃。

以下给出所述溶剂型染料喷墨打印墨水的突出优点：

经试验，所述溶剂型染料喷墨打印墨水达到以下主要技术与性能指标：

1)打印图像清晰度好，打印墨水的铜版纸色域范围能达到国家喷墨打印标准的色域范围；

2)可以在无涂层的承印物介质上清晰成像，如：铜版纸、白卡纸等纸张；

3)墨水流畅性好、1星期内不堵塞喷墨打印机喷墨头；

4)防水性能和光稳定性能好，对打印机无腐蚀；

5)安全环保，并能适用于EPSON等品牌喷墨打印机。

具体实施方式

制备墨水工艺：先按照配方将所有原料投入封闭反应釜，在密闭的状态下用剪切乳化机高速剪切搅拌2h并控制温度在50～80℃。

以下以黑色(K)配制过程为例，说明所述溶剂型染料喷墨打印墨水的成分及配制过程。

制备水可稀释染料液先按照配方将所有原料投入封闭反应釜，在密闭的状态下用剪切乳化机高速剪切搅拌2h并控制温度在50～80℃。这一过程用到原料及比例(按质量百分比)如表1所示。

表1

原料	比例
		丙烯酸树脂(如台湾庄臣公司的J678)	5％～8％
金属络合染料着色剂(如纬庆公司的BLACK-20)	2％～15％
		溶剂(如丁醇)	85～90％
酸度调节剂(如草酸)	0.1％～1％
		消泡剂(台湾德谦公司0506型)	0.01％～0.02％
氨化剂(如：一乙醇胺)	0.01～12％
		表面活性剂(聚氧乙烯基脂肪酸酯)	0.01％～1％
催干剂(环己基吡咯烷酮)	0.01％～0.02％

(2)检测过程主要检测墨水的基本物理化学性能，物化性能决定了墨水的打印性能。墨水的物化性能检测主要包括：表面张力、粘度、电导率和酸碱度四个方面，所用仪器包括表面张力仪、旋转式粘度计、数字电导率仪、精密pH计等。所制得的溶剂型染料喷墨打印墨水的基本物化性能检测数据如表2所示。

表2

颜色	表面张力(dyn/cm)	粘度(cps)	电导率(Ωm)	pH值
					黑	37.5	400	2	7.8
品红	38	250	4	7.3
					黄	39	200	4	6.8
青	39	300	0.2	7.8
					淡黑	38	180	4	7.1
淡品红	37	180	1.5	7.5
					淡青	37	160	0.4	7.5
淡淡黑	36	150	5	7.0

检测完毕，合格的墨水便可进行过滤，包装。

样品测试：

经过严格测试，在各项物化指标都符合打印标准的基础上，进行打印性能和颜色性能的测试，使其能够符合喷墨打印墨水的打印要求。打印性能包括：打印流畅性、稳定性、干燥速度、清晰度、腐蚀性、防水性和耐光性；颜色特性包括：色密度和打印色域。测试过程所用仪器设备如表3所示。

表3

测试仪器、设备和材料	实现功能
		Epson stylus pro 4880C打印机	装墨打印
GretagMacbeth eyeone pro分光光度计	快速测量色块
		X-rite SP62分光光度计	测量色度
X-rite DensiEye分光密度仪	测量色密度
		100倍带光源读数显微镜	观察打印点
橡胶管	测试腐蚀性

溶剂型染料喷墨打印墨水的打印性能和颜色特性测试如下：

1)流畅性：

将溶剂型染料喷墨打印墨水装入Epson stylus pro 4880C打印机，打印流畅性测试线条无断线，表明流畅性良好。

2)稳定性：

将溶剂型染料喷墨打印墨水装入Epson stylus pro 4880C打印机，放置20天，再次打印流畅性测试线条，各色均能正常打出，表明打印稳定性良好。

将溶剂型染料喷墨打印墨水在容器中静置30天，无沉淀分层现象，表明化学稳定性良好。

3)干燥性：

用脱脂棉棒擦拭用溶剂型染料喷墨打印墨水刚打印出的八色实地色块，无蹭脏现象，表明干燥性良好。

4)清晰度：

用溶剂型染料喷墨打印墨水打印图形、5号文字、7号文字和单通道梯尺，用100倍带光源读数显微镜观察其边缘整洁，无扩散、化开、缺墨、不均及墨粒飞溅现象，表明清晰度良好。

5)腐蚀性：

用溶剂型染料喷墨打印墨水浸泡橡胶管30天，观察其无砂眼现象，且墨盒亦无被腐蚀漏墨现象发生，表明墨水无腐蚀性。

6)防水性：

将八色溶剂型染料喷墨打印墨水打印的测试图放入水中，观察其具有轻微化散，基本能保持较高的清晰度、分辨率及色度。

7)耐光性：

将八色溶剂型染料喷墨打印墨水打印色块放置在室内30天，用X-rite SP62分光光度计测量其前后色度变化。光照前后色度对照如表4所示。

表4

色相	C	M	Y	K	LC	LM	LK	LLK
									光照前Lab值	49.76-15.73-50.31	55.8772.92-33.31	89.1-6.1945.65	38.731.62-8.6	68.05-33.8-34.76	64.3462.38-32.6	50.491.710.28	61.581.033.8
光照后Lab值	50.26-16.46-48.51	56.4871.83-27.15	89.36-5.5743.83	38.811.68-8.40	68.49-33.75-33.82	65.8160.70-26.83	51.001.910.53	62.311.223.96
									前后色差ΔE	0.4	0.4	0.4	0.3	0.4	0.4	0.4	0.4

通过色差(DeltaE2000色差公式)发现，光照前后的色度变化都小于0.5，由表5可见，颜色变化控制在人眼能察觉范围内。

表5

色差值ΔE	感觉色差程度
		0.0～0.5	(微小色差)感觉极微
0.5～1.5	(小色差)感觉轻微
		1.5～3	(较小色差)感觉明显
3～6	(较大色差)感觉明显
		6以上	(大色差)感觉强烈

8)色密度：

用X-rite DensiEye分光密度仪测量八色色块的实地密度，各色实地色密度数据见表6。

表6

色相	C	M	Y	K	LC	LM	LK	LLK
									密度	1.26	1.1	0.8	1.3	0.84	0.7	0.8	0.48

由表6可见，色密度数据均能达到标准色密度要求。

9)色域：

色域是墨水与特定纸张结合所能表达的色彩范围。溶剂型染料喷墨打印墨水能在多种承印材料上表达宽广色域。墨水所表达的色域能够包含印刷机的色域，故研发墨水能很好地实现数码打样质量要求。

溶剂作为墨水主要载体。加入有机溶剂的主要作用是调节其表面张力和粘度并提高它们的温度稳定性。

着色剂的作用是使墨水呈现不同的颜色，着色剂的好坏直接影响打印质量。可以作为墨水着色剂的一般都是染料和颜料。作为墨水的着色剂需具备以下条件：(1)良好的溶解稳定性，即溶于水时不发生分解变色；(2)良好的色彩还原性；(3)有一定的耐光性，即在一般的光照条件下不发生分解变色；(4)还要有一定的耐水性，即着色剂在水中的溶解度不能太大。通常情况下着色剂在水中的溶解度只要使墨水能打印出的图像有良好的色彩饱和度就可以了。其中适宜的溶解度是最首要的条件。本发明研制墨水所选着色剂为染料型，因为染料型墨水的流动性较好，保存稳定性能好，不易堵塞喷墨头，而且色彩鲜艳，色彩的还原性能好；但是染料是分子级溶解的，在光照条件下，染料分子会发生裂解，从而导致色彩发生变化，另外染料墨水的耐水性能也不是很好。针对染料墨水的缺陷，本发明研发墨水通过加入弱酸性固色剂提高墨水的耐水性，加入紫外线吸收剂，提高墨水的耐光性。

表面活性剂用于改变墨水的表面张力，使墨水的表面张力限定在一定范围之内。墨水的表面张力是一个非常重要的性能指标，在喷墨打印过程当中，墨滴的形成是由表面张力来控制的，在喷头最细的地方，由表面张力产生的力最大，因此，墨水的进一步减小直径直到墨水流断开，成为一个个珠形的小液滴。墨水的表面张力越低，则墨滴与纸张形成的接触角越小，在具有较高分辨率打印机的前提下，有助于提高覆盖率，从而得到高质量的印字和图案；但是如果墨水的表面张力过低的话，就会难以形成微小均匀的墨滴，且容易出现溅墨现象。对于压电式喷墨打印机来说，过低的表面张力将会导致对压电材料的过分润湿，也会导致墨水在喷射过程中产生阻尼震荡，从而会影响到墨水的喷射性能。选择较好的表面活性剂也会提高墨水的兼容性。所以说，选择适当的表面活性剂十分的重要。

一般情况下，表面活性剂使用较多的有以下几类：阴离子表面活性剂，如脂肪酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、蓖麻油硫酸盐；非离子表面活性剂，如乙炔基乙二醇、聚氧乙烯基烷基醚、聚氧乙烯基烷基苯基醚、聚氧乙烯基辛基苯基醚、聚氧乙烯基脂肪酸酯和山梨糖醇脂肪酸酯。

墨水的酸碱度要控制在一定的范围之内，以减少墨水对喷头的腐蚀.若pH值过低(酸性)，墨水会腐蚀喷头；若pH值过高(碱性)，会产生额外的盐而降低喷头的使用寿命(腐蚀)并提高了电导率，所以一般情况下，这个范围应该控制在7～9之间.应用于墨水的酸度调节剂通常有草酸、三乙醇胺、顺丁烯二酸氨水、甲胺、硫酸盐等.

催干剂的加入有助于印迹的迅速干燥，不至于一涂之下就变得一团糟，也不会玷污与之接触的物质。良好的干燥效果应该是当打印之后，立即用脱脂棉擦拭印迹，如果没有墨迹带出，则说明墨水的干燥性能良好。常用的催干剂有乙醇、异丙醇、环己基吡咯烷酮等。加入催干剂后的墨水在打印到纸张后迅速干燥，这种干燥主要通过挥发干燥的方式，使溶剂在纸张表面快速挥发，印迹干燥。单纯挥发干燥并不能满足多色墨同时打印到纸张上的干燥要求，且根据打印机各色喷射顺序不同，必须调整不同颜色墨水有不同的干燥速度，并加入适当的渗透剂，使墨水渗透干燥。

其它添加剂的加入是为了改善墨水的某些性能。例如，加入金属离子螯合剂是为了避免重金属离子产生沉淀，以减少对喷墨头的堵塞；加入防腐剂是为了防止墨水变质，以延长墨水的保质期；加入光稳定剂是为了提高墨水的耐光性能；加入水溶性聚合物则是为了提高墨水在介质上的粘附性能。

本发明由于利用去离子水和醇类为墨水溶剂，金属络合染料溶解后再在胺类化合物胺化下，使金属络合染料胺化达到水溶性，得到墨水的核心材料——水可稀释的染料液，使墨水喷在纸张上之后，不容易产生扩散，让打印图文更为精细。因此不仅具有优良色彩还原度，而且无毒环保。经加入高效导电剂精加工后，该喷墨能满足各种不同的功能的多种彩色打印机要求。

本发明研发墨水各个颜色的pH值如表7所示。各颜色的pH值控制在6.8～7.8间，且经过腐蚀性测试实验，研发墨水对打印机的墨盒、墨道、打印喷头完全没有腐蚀作用。

表7

颜色	黄色	品红色	青色	黑色	淡青色	淡品红	淡黑	淡淡黑
									pH	6.8	7.3	7.8	7.8	7.5	7.5	7.1	7.0

本发明克服了现有技术中存在的问题，说明如下：

对于室内打印设备而言，一般采用的都是水性油墨，如EPSON、HP等室内喷墨打印设备。水性油墨的优点是墨滴可以做到非常精细，可以实现非常精细的图像再现。但水性油墨存在着油墨耐抗性能(光性差、防水性)差，对耗材要求比较苛刻的限制，必须打印在有涂层的打印纸上，所以其应用也受到一些局限。

各喷墨打印供应商推出了工业化的溶剂型油墨，即使用高溶解性物质溶解颜料颗粒或染料，油墨喷射到承印物表面时，溶剂渗透及挥发，颜料或染料在材料表面结膜干燥。但是，溶剂型墨水的主要组分是有机溶剂，一般都采用酯和酮类的溶剂，与介质结合的过程中，首先对介质进行溶胀，然后融合，将墨水中的着色剂和底材紧密结合。所以，溶剂型墨水不要求介质覆有涂层，且其挥发速度快，能够满足高速打印的要求。但溶剂型墨水最大的问题就是不环保，因为墨水中可挥发有机物含量高(VOC物质，如苯、酮类物质)，对人体及环境有很大的潜在危害。

本发明是利用去离子水和醇类为溶剂，使用胺类化合物胺化金属络合染料，使金属络合染料胺化达到水溶性，克服了水性墨水和酯、酮类溶剂型墨水的缺点：(1)能在包括铜版纸在内的多种纸张打印；(2)排除酯和酮类溶剂对环境的污染及对人体的危害.该墨水喷打到纸张后，醇类溶剂快速渗透和挥发不容易产生扩散，让打印图文更为精细.

本发明对喷墨墨水的缺陷进行改进，突破水性墨水盒溶剂型墨水的几点技术瓶颈，突破了水性墨水无法再非打样纸打印的限制，同时与溶剂型墨水不同的是采用去离子水和醇类作为主要溶剂，克服了溶剂型墨水污染环境，危害人体健康的弊端。

Claims (10)

1.溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于其原料组成及其按质量百分比的含量如下：

丙烯酸树脂5％～8％，着色剂1％～8％，酸度调节剂0.1％～1％，消泡剂0.01％～0.02％，氨化剂0.01～12％，表面活性剂0.01％～1％，催干剂0.01～0.02％，余为溶剂。

2.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述着色剂为金属络合染料。

3.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述酸度调节剂选自草酸、三乙醇胺、顺丁烯二酸氨水、甲胺或硫酸盐。

4.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述氨化剂为三乙醇胺。

5.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述表面活性剂选自阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。

6.如权利要求5所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述阴离子表面活性剂选自脂肪酸盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、蓖麻油硫酸盐中的一种；非离子表面活性剂选自乙炔基乙二醇、聚氧乙烯基烷基醚、聚氧乙烯基烷基苯基醚、聚氧乙烯基辛基苯基醚、聚氧乙烯基脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯中的一种。

7.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述催干剂选自乙醇、异丙醇、环己基吡咯烷酮中的一种。

8.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水，其特征在于所述溶剂为乙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇中的一种。

9.如权利要求1所述的溶剂型染料喷墨打印墨水的制备方法，其特征在于其具体步骤为：先按照配方将所有原料投入封闭反应釜中，用剪切乳化机剪切搅拌，得溶剂型染料喷墨打印墨水。

10.如权利要求9所述的溶剂型染料喷墨打印墨水的制备方法，其特征在于所述剪切搅拌的时间为2h，剪切搅拌的温度为50～80℃。