CN101765644A - 油墨组合物及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种油墨组合物，其包含阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂、氧化的自分散型颜料和水性载剂。

Description

油墨组合物及其形成方法

发明领域

本发明一般涉及油墨组合物及其形成方法。

发明背景

喷墨打印或记录系统通常用作在印刷介质如纸上产生图象的一种有效方式。一般来说，通过喷墨记录系统以高速从喷嘴将油墨液滴喷射在纸上，在其上产生图象。一般期望使用能在印刷介质上产生同时表现出令人愉悦的美学效果和长久保持的印刷特性的图象的喷墨油墨。这些印刷特性的例子包括印刷品质(如光学密度、色度等)和耐久性(如耐水性、抗水性、耐褪色性、持久性、耐酸和碱标记笔涂抹性(acid and base highlighter smear resistance)等)。但是在一些情况中，在将油墨沉积在印刷介质上时，可能需要在油墨的印刷品质和耐久性之间进行折衷。例如，一些油墨可能具有相当好的光学密度，但是表现出相当差的耐标记笔涂抹性和耐水性。在另一个例子中，一些油墨可能是相当耐标记笔污染和耐水的，但是具有相对差的光学密度。

附图简要说明

通过参考以下详细说明和附图，本文揭示的实施方式的特征和优点将是显而易见的。

图1是图示说明对印刷在各种印刷介质上的油墨组合物的两种实施方式的光学密度进行测量的图；

图2是图示说明对油墨组合物的两种实施方式的不同样品的油墨转移百分比进行测量的图，每个样品进行不同的测试；

图3图示说明样品油墨B和对比油墨C、D和E的平均光学密度与平均单次涂抹的关系的图；和

图4是图示说明样品油墨B和对比油墨C、D和E的平均光学密度与平均两次涂抹的关系的图。

发明详述

本文揭示的油墨组合物的实施方式具有相当耐久、表现出相当高的光学密度、和表现出相当好的印刷品质的优点。发明人相信，阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂和氧化的自分散型颜料的组合有助于获得提高的耐久性、光学密度和印刷品质。油墨的实施方式可用于任何喷墨打印工艺中，可能特别适用于热喷墨打印。

本文揭示的油墨组合物包含水性油墨载剂中的阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂和氧化的自分散型燃料。

用于油墨组合物中的阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂一般由式[CHR-CR′-COOR″]_n表示。应该理解，该共聚物的分子量是变化的。在一种实施方式中，n为10-1000以上；R，R′和R″各自选自氢、烷基、芳基或它们的组合。用于R，R′和R″的合适官能团的其他非限制性例子包括苯甲酸酯、羧酸酯、磺酸酯、磷酸酯、硼酸酯、和/或它们的组合。可选择任何官能团为该共聚物提供独特的性质。应该理解，所述官能团中的一种或多种可沿该共聚物链的主链选择性地设置。不受任何理论的限制，发明人相信，所得共聚物粘合剂的实施方式可设计成具有亲水性/疏水性的平衡，意外和出乎意料地改进溶解性，以及在形成于印刷介质上时，改进包含该粘合剂的油墨的耐水性和耐涂抹性。

在一种实施方式中，该共聚物粘合剂是接枝或嵌段的共聚物，其包含选自以下的一种或多种重复单元：甲基三甲基甲硅烷基二甲基酮缩醛共聚物、甲硅烷基化的聚(乙烯醇)、乙氧基三乙二醇甲基丙烯酸酯、氯化苯甲酸四丁基铵、甲基丙烯酸三甲基甲硅烷基酯、1，1-二(三甲基甲硅烷氧基)-2-甲基丙烯、或它们的组合。在另一种实施方式中，该共聚物粘合剂是基于阴离子型丙烯酸酯的基团转移聚合的共聚物粘合剂。

作为一个非限制性例子，油墨中存在的共聚物粘合剂的量约为0.5-3重量％。

在一种实施方式中，油墨组合物可还包含溶于油墨载剂中的苯甲酸盐。不受任何理论的限制，发明人相信，苯甲酸盐与颜料相互作用从而提高颜料稳定性、油墨耐久性、和印刷性能。合适苯甲酸盐的非限制性例子包括苯甲酸铵、苯甲酸烷基铵、苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸锂、和/或它们的组合。在一种实施方式中，油墨组合物中存在的苯甲酸盐的量约为0.1-3重量％。

油墨组合物进一步包含氧化的自分散型颜料作为着色剂。如本文使用，术语“颜料”表示基本不溶于其所用的液体载剂的着色剂颗粒。自分散型颜料包括已经在表面例如用电荷或聚合物基团化学改性的那些颜料。这种化学改性有助于该颜料变得和/或基本保持分散于液体中。一般来说，自分散型颜料倾向于具有比常规颜料和染料更大的稳定性和更小的粘度；由此在配制本文揭示的油墨组合物时提供明显更大的灵活性。非自分散型颜料在使用液体载剂中或物理涂覆在该颜料表面上的独立和未结合的分散剂(如聚合物、低聚物、表面活性剂等)。

应该理解，氧化的自分散型颜料可经由臭氧氧化或经由任何其他合适氧化方法形成。

在一种实施方式中，着色剂分散体可包含一种或多种黑色自分散型颜料，或者黑色自分散型颜料和黑色非自分散型颜料的组合。在一种实施方式中，油墨组合物中存在的黑色颜料的量约为2-6重量％。虽然本文一般引用黑色颜料，但是应该理解，本文揭示的油墨组合物可包含任何其他合适的有色颜料(自分散型、非自分散型、或它们的组合)。

Yeh等人的美国专利第6852156号(于2005年2月8日授权)中描述了合适黑色自分散型颜料的非限制性例子，该专利通过参考全文结合于此。

油墨组合物的实施方式还包含油墨载剂。如本文所用，术语“油墨载剂”表示水和溶剂(需要时还有添加剂)的组合，以形成载剂，该载剂中设置阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂和着色剂分散体以形成油墨组合物。合适添加剂的例子包括但并不限于：表面活性剂、杀生物剂、缓冲剂、螯合剂、络合剂等。在一个非限制性的例子中，油墨载剂包含至少一种溶剂、表面活性剂、和水。

用于油墨载剂中的溶剂是水溶性或水混溶性的有机溶剂。适用于油墨组合物的溶剂的非限制性例子包括：乙氧基化的甘油、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-羟基乙基)-2-吡咯烷酮、2-乙基-2-羟基甲基-1，3-丙二醇、二甘醇、3-甲氧基丁醇、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、1，2-己二醇、1，2-辛二醇、2，5-二甲基-3-己炔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、吡啶的衍生物、和它们的组合。在一种实施方式中，油墨中使用的溶剂的量约为2-20重量％。

油墨组合物中可包含表面活性剂，至少部分地有助于控制该油墨的物理性质，如喷射稳定性、防水性和洇色性(bleeding)。油墨配方中可使用一种或多种表面活性剂。表面活性剂可选自阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂、和/或它们的组合。

合适阴离子型表面活性剂的非限制性例子包括：直链脂肪酸的钠盐；直链脂肪酸的钾盐；椰油脂肪酸的钠盐；椰油脂肪酸的钾盐；妥尔油脂肪酸的钠盐；妥尔油脂肪酸的钾盐；胺盐；酰基化的多肽；直线型烷基苯磺酸盐；高级烷基苯磺酸盐；苯；甲苯；二甲苯；异丙基苯磺酸盐；木质素磺酸盐；石油磺酸盐；N-酰基-正-烷基牛磺酸盐；石蜡磺酸盐；二代正-烷基磺酸盐(secondaryn-alkanesulfonate)；α烯烃磺酸盐；磺基琥珀酸酯；烷基萘磺酸盐；羟乙基磺酸盐；硫酸酯盐；硫酸化的聚氧乙烯化的直链醇；硫酸化的甘油三酯油；磷酸酯；多磷酸酯；全氟化的阴离子型表面活性剂；和/或它们的组合。

合适非离子型表面活性剂的非限制性例子包括：烷基苯酚乙氧基化物；聚氧乙烯化物；直链醇乙氧基化物；聚氧乙烯化的聚氧丙二醇；聚氧乙烯化的硫醇；长链羧酸酯；天然酸的甘油酯；天然酸的聚甘油基酯；脂肪酸的甘油酯；脂肪酸的聚甘油基酯；丙二醇；山梨糖醇酯；聚氧乙烯化的山梨糖醇酯；聚氧乙烯二醇酯；聚氧乙烯化的脂肪酸；聚环氧乙烷；聚乙二醇；烷醇胺缩合物；烷醇酰胺；炔属烃二醇；聚氧乙烯化硅酮；N-烷基吡咯烷酮；烷基聚糖苷；和/或它们的组合。

合适两性离子型表面活性剂的非限制性例子包括β-N-烷基氨基丙酸；N-烷基-β-亚氨基二丙酸；羧酸咪唑啉；N-烷基甜菜碱；氧化胺；磺基甜菜碱表面活性剂；和/或它们的组合。

其他添加剂也可结合在油墨组合物中。如本文所用，术语“添加剂”表示起到提高性能、环境效果、美学效果、或其他类似油墨性质作用的油墨成分。如上文提供的，适用于油墨的其他添加剂的例子包括缓冲剂、pH调节剂、杀生物剂、螯合剂、络合剂等，或它们的组合。

油墨载剂的余量包含水。

油墨组合物的形成实施方式包括提供或制造油墨载剂，并向该油墨载剂加入粘合剂和颜料分散体。在一种实施方式中，还向油墨载剂加入苯甲酸盐。作为非限制性的例子，在加入颜料分散体之前，向油墨载剂加入粘合剂和苯甲酸盐。

在本文所揭示油墨组合物的实施方式的使用方法的实施方式中，在至少一部分基材上设置油墨组合物以形成图象/印刷物。使用的油墨组合物的量至少部分地取决于要形成的所需图象/印刷物。合适喷墨打印技术的非限制性例子包括按需喷墨的喷墨打印，更具体包括热喷墨打印。合适喷墨打印技术的其他非限制性例子包括压电喷墨打印和连续喷墨打印。适用于这些喷墨打印过程的打印机包括便携式按需喷墨的喷墨打印机(如手持式打印机、可安装在手臂上的打印机、可安装在手腕上的打印机等)，桌面按需喷墨的喷墨打印机，或它们的组合。合适基材的非限制性例子包括涂覆纸、非涂覆纸、商用纸(如小册子)、标签、明信片纸、光泽纸、照相纸、幻灯片等，和/或它们的组合。

为了进一步说明本文揭示的实施方式，给出以下实施例。应该理解，为了说明目的提供这些实施例，不应理解为限制所揭示实施方式的范围。

本发明优选实施方式

实施例1

根据本文揭示的实施方式制备两种油墨。第一油墨(油墨A)包含在油墨载剂中的约0.9重量％的丙烯酸酯基团转移聚合的(GTP)共聚物粘合剂(由杜邦公司(E.I.du Pond de Nemours and Company，Wilmington，DE)制造)和约3.5重量％的臭氧氧化的自分散型黑色颜料。该油墨载剂包含2-吡咯烷酮、LEG-1、1，5-戊二醇和水的溶剂体系。该油墨载剂还包含乙氧基化的醇表面活性剂。第二油墨(油墨B)具有与油墨A类似的配方，但是油墨B具有略高的颜料加载量(约3.75重量％)，并包含0.2重量％的苯甲酸铵。

使用HP DESKJET 6540打印机将油墨A和B印刷在许多普通纸上。这些纸包括Hewlett Packard(以下为“HP”)高级纸(Adv)，HP全合一纸(AIO)，Data复印纸(DC)，HP彩色喷墨纸(HPCIJ)，HP多功能纸(HPMP)，HP亮白纸(brightwhite paper)(HPBW)，Gilbert磅纸(GBND)，Kodak亮白纸(KBW)，Hammermill复印纸(HamCo)，Microprint多系统纸(MMS)，Flagship多功能纸(Flagshi)，HP日常喷墨纸(HPEI)，JK复印纸(JKC)，Hansol多功能PPC纸(HPPC)，Golden Star多功能纸(GOISTAR)，Oji Sunace PPC纸(Sunace)，Hokuetsu Kin Mari纸(HKM)，Double A铜版纸(DA)，PaperOne全功能纸(POAP)，IQ Allround纸(IQAA)，HP办公纸(HPO，图1中沿x轴第一次出现的是该纸的一个区，图1中沿x轴第二次出现的是该纸的另一个区)，HP打印纸(HPP)，HP亮白80克纸(HPBW，图1中沿x轴的第二次出现)，Multicopy Original白纸(MC)，Stein Beis Recyconomic纸(SBR)，Rey Matt纸(RM)，First choice多用途(FCMU)，Classic laid成像(CLI)，Navigator soporset预打印(NSPP)，和UPM办公多功能(UPMO)。这些缩写对应于图1中用于标识纸的那些缩写。

使用Greytag Macbeth光密度计对印刷在各介质上的油墨A和B的光学密度进行测量。图1中图示说明以上提供的各种纸的光学密度结果。

如图1中所示，油墨A和B都表现出相对较高的光学密度。在本实施例中，较高的数字对应于较高的光学密度，一般来说，认为大于或等于1.3的光学密度是高的。这些结果表示，使用本文揭示的油墨印刷的图象颜色比较深，具有最小的黑色向彩色洇色性，具有极佳的耐水性，具有极佳的耐酸和碱涂抹性，以及/或者它们的组合。虽然油墨B(即，包含苯甲酸铵的油墨)的光学密度略高于油墨A的光学密度，但是这些光学密度是非常类似的。因此，油墨A和B都表现出有利的印刷品质。

还就标记笔耐受性和涂抹评价了油墨A和B的耐久性。将这些油墨印刷在多种普通纸上，例如HP高级纸，HP亮白纸，HP全合一纸，Data复印纸和Gilbert磅纸。用于评价油墨耐久性的标记笔包括Sanford Accent纤维尖端标记笔，Sharpie Accent纤维尖端标记笔，Avery Hi-Liter塑料尖标记笔，SharpieAccent舒适握持标记笔，Staples牌标记笔，Sharpie塑料尖标记笔，Bic BrightLiner标记笔，Stabilo Boss标记笔，Zebra Zazzle标记笔，和Faber-CastellTextliner标记笔。在各印刷介质上印刷油墨之后约5分钟和约1小时，测试印刷物的单次和两次标记笔涂抹。使用Greytag Macbeth光密度计测量从纸的印刷区域转移或涂抹至未印刷区域的油墨。图2中绘制了这些结果。如图2所示，与油墨A相比，油墨B(即，包含苯甲酸铵的油墨)的耐标记笔污染性更大。

还测试这些印刷物的耐水性。通过在印刷之后约5分钟和在印刷之后约1小时，将水滴在各印刷介质的印刷区域上，完成这种测试。使用Greytag Macbeth光密度计测量各样品的油墨转移百分比，结果也显示在图2中。一般来说，转移百分比越低，则耐标记笔涂抹性和耐水性越好。如图2中所示，与油墨A相比，油墨B验证了更高的耐水性。

实施例2

本实施例也使用实施例1的油墨B。使用对比油墨C、D和E代替(实施例1的)油墨A。对比油墨C、D和E包含表面改性的自分散型炭黑颜料作为着色剂、溶剂、表面活性剂，在一些情况中包含添加剂。配制对比油墨时都没有使用本文所揭示实施方式的氧化的炭黑和苯甲酸铵的组合。

测量并比较油墨B以及对比油墨C、D和E的光学密度和耐久性(就单次和两次标记笔涂抹而言)。使用HP DESKJET 6540打印机将油墨印刷在Gilbert磅纸、HP多功能纸、HP亮白纸、HP高级纸(advanced paper)、和HP全合一纸上。

使用Greytag Macbeth光密度计测量光学密度。在印刷介质上印刷油墨后约5分钟和约1小时，就单次和两次标记笔涂抹对印刷物进行测试。

图3中显示光学密度与单次涂抹结果(mOD)的关系，图4中显示光学密度与两次涂抹结果(mOD)的关系。对比油墨的所有结果说明光学密度和涂抹之间的典型折衷，即，当实现高光学密度时，涂抹一般较高；当实现较少涂抹时，光学密度一般较低。

如图3和4中所示，对比油墨C具有较低的涂抹和较低的光学密度，而对比油墨D和E具有较高的光学密度和较高的涂抹。形成鲜明对比，油墨B同时表现出高光学密度和相对低的涂抹。

虽然已经详细描述了若干实施方式，但是对本领域技术人员显而易见的是，可以对所揭示的实施方式进行改进。因此，以上描述应理解为示例而非限制。

Claims (22)

1.一种油墨组合物，其包含：

阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂；

氧化的自分散型颜料；和

水性载剂。

2.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，该油墨组合物中存在的阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂的量约为0.5-3重量％。

3.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，该组合物进一步包含苯甲酸盐。

4.如权利要求3所述的油墨组合物，其特征在于，该苯甲酸盐选自：苯甲酸铵、苯甲酸烷基铵、苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸锂、和它们的组合。

5.如权利要求3所述的油墨组合物，其特征在于，该油墨组合物中存在的苯甲酸盐的量约为0.1-3重量％。

6.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，该水性油墨载剂包含：

至少一种溶剂；

表面活性剂；和

水。

7.如权利要求6所述的油墨组合物，其特征在于，该至少一种溶剂选自乙氧基化的甘油、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-羟基乙基)-2-吡咯烷酮、2-乙基-2-羟基甲基-1，3-丙二醇、二甘醇、3-甲氧基丁醇、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、1，2-己二醇、1，2-辛二醇、2，5-二甲基-3-己炔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、吡啶的衍生物，和它们的组合。

8.如权利要求6所述的油墨组合物，其特征在于，该表面活性剂选自阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂、和它们的组合。

9.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，在基材上设置时，该油墨组合物是明显耐久的，并表现出明显合适的印刷品质水平。

10.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，氧化的自分散型颜料是炭黑。

11.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂具有下式：[CHR-CR′-COOR″]_n，其中R、R′和R″各自选自氢、烷基、芳基、苯甲酸酯、羧酸酯、磺酸酯、磷酸酯、硼酸酯、和它们的组合，其中n为10-1000。

12.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂是基于丙烯酸酯的基团转移聚合的共聚物粘合剂。

13.如权利要求1所述的油墨组合物，其特征在于，氧化的自分散型颜料是臭氧氧化的。

14.一种形成油墨组合物的方法，该方法包括：

提供水性油墨载剂；

向水性油墨载剂加入阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂；和

向水性油墨载剂加入氧化的自分散型颜料。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括向该水性油墨载剂加入苯甲酸盐。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在加入该氧化的自分散型颜料之前，向水性油墨载剂加入阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂和苯甲酸盐。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述苯甲酸盐选自苯甲酸铵、苯甲酸烷基铵、苯甲酸钠、苯甲酸钾、苯甲酸锂、和它们的组合。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，水性油墨载剂包含：

至少一种溶剂；

表面活性剂；和

水。

19.一种在基材上形成印刷物的方法，该方法包括：

提供油墨，其包含：

阴离子型丙烯酸酯共聚物粘合剂；

氧化的自分散型颜料；和

水性油墨载剂；和

在基材上设置该油墨。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，该油墨进一步包含苯甲酸盐。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，经由喷墨打印实现所述设置。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，基材选自涂覆普通纸、非涂覆普通纸、商用纸、标签、明信片纸、光泽纸、照相纸、幻灯片、和它们的组合。

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