CN102510885A - 喷墨油墨印刷系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷墨油墨印刷方法和相关系统包括含有喷墨油墨的印刷机。该油墨包含水性液体载体，1wt％-5wt％的颜料，1wt％-5wt％的丙烯酸聚合物粒子，0.3wt％-3wt％的氨基甲酸酯聚合物粒子，以及被配制印刷在乙烯基介质上。该系统还包括加热装置。加热印刷在乙烯基介质上的喷墨油墨时，印刷油墨中的聚合物粒子熔化，在乙烯基印刷介质上形成包封至少一部分颜料的膜。

Description

喷墨油墨印刷系统和方法
背景技术
使用各种印刷技术，聚合物通常被用来提高印刷品的耐久性。一个例子是市售打印机中所用的干墨粉。它们包括不溶于水的聚合物，其一般不包括用于稳定印刷性的表面基团。因此该聚合物难以在水基喷墨油墨中使用。为了解决该问题，有时使用胶乳聚合物，因为该聚合物固含量较高时粘度低。但与电子照相基(即激光基)印刷品相比，其最终的印刷耐久性一般不够好。一些情形中，使用化学定影剂来提高耐水牢度。但是该系统在耐磨擦性方面经常并未显示出所需要的改进。因此需要新聚合材料或添加剂对于水基喷墨印刷使用中实现更耐久的印刷功能，特别是在非多孔介质上。
详细说明
本发明被公开和说明之前，应了解，本说明书不限定于本文公开的特定方法步骤和材料，因为这样的方法步骤和材料可以变化。还认为本文所用术语只是用来说明特定的实施方式。因为本发明公开的范围只受所附权利要求及其等同物限定，所以术语不限制于此。
应当注意到，本说明书和所附权利要求中，单数形式“一″和″该″包括复数，除非文中另有明确说明。
本文所用的“液体载体”、“载体”或“液体介质”指的是可以分散或溶解本发明中的着色剂的来形成喷墨油墨的流体。液体载体是本领域熟知的，根据本发明的实施方式，可以使用多种油墨载体。这些油墨载体可以包括不同试剂的混合物，包括但不局限于：表面活性剂，有机溶剂和共溶剂，缓冲剂，抗微生物剂，粘度改良剂，螯合剂，稳定剂，抗结垢(anti-kogation)剂和水。尽管本身不是液体载体的一部分，除了着色剂外，液体载体还运载固体添加剂例如聚合物，胶乳，UV固化材料，增塑剂，盐等。而且，术语″水性液体载体″或″水性载体″指的是包括水作为溶剂的液体载体。这特别指主要是水的液体载体，即水的含量大于其他任何单独液体组分的含量。
本文所用的″液体载体组分″指的是液体载体中存在的任何溶剂、表面活性剂和/或其他任何液体。
本文所用的″着色剂″可包括染料、颜料和/或其他可以悬浮或溶解于根据本发明实施方式制备的液体载体中的粒子。染料通常是水溶性的，因此在一些实施方式中的使用是理想的。然而，颜料也能够在一些其它的实施方式中被使用。可以使用的颜料包括自分散颜料和由单独分散剂分散的标准颜料，例如分散的聚合物。自分散颜料包括用小分子、聚合物基团(polymeric grouping)或电荷进行化学表面改性的那些。该化学改性有助于颜料变成和/或基本上保持分散于液体载体中。该颜料还可以被单独的添加剂(例如聚合物，低聚物或表面活性剂)分散于液体载体和/或颜料中，该颜料利用物理涂覆层以利于颜料变成和/或基本保持分散于液体载体中。
此处的″颜料″一般包括颜料着色剂，磁性粒子，氧化铝，二氧化硅和/或其他陶瓷，有机金属化合物或其他不透明粒子，不管该粒子是否会产生颜色。因此虽然本说明书主要例举了颜料着色剂的用途，术语“颜料”更常用于描述不但是颜料着色剂，而且以及其他颜料，例如有机金属化合物，铁氧体，陶瓷等。然而，在一个具体例子中，颜料是颜料着色剂。
此处所用的″染料″指的是使得油墨着色的单独化合物、络合物或分子，通常是水溶性的。
本文所用的Tg是玻璃化转变温度，由Fox方程式计算得到：共聚物Tg＝1/(Wa/(Tg A)+Wb(TgB)+...)，其中Wa＝共聚物中单体A的重量分数，TgA是单体A的均聚物Tg值，Wb＝单体B的重量分数，TgB是单体B均聚物Tg值等。
本文所用术语″耐磨擦牢度″和″抗涂抹牢度(smearfastness)″分别指的是印刷油墨图像对抗固体物磨擦掉印刷油墨图像的阻力。用于喷墨印刷领域的抗涂抹牢度的一种类型是耐受荧光笔(highlighter)尖端磨擦的阻力。由磨擦导致的破坏的另一类型包括从介质表面实际除去印刷油墨。例如，干磨擦和/或对印刷在乙烯基介质上的油墨使用氨水清洁溶剂(Windex
Figure BPA00001525269400021
)磨擦是确定耐磨擦牢度的另一个例子。差耐磨擦牢度是由于油墨与介质表面粘结性不足或表面对油墨的吸收不足，以及印刷油墨内耐剪切力不够。
本文所用术语″耐水牢度″指的是印刷油墨图像暴露于水时抗稀释或去除的阻力。耐水牢度可以通过用水或水性溶液湿润印刷油墨，然后测定印刷油墨光密度的变化来测量。
当评价根据本发明系统和/或方法印刷的图像的″耐磨擦牢度″或″耐水牢度″时，可以通过将印刷图像与对照印刷图像比较来确定“提高”或“改进”的耐磨擦牢度。以与印刷图像相同的方式制作对照印刷图像，除了用于产生对照印刷图像的聚合物粒子不包含本文所述的丙烯酸和氨基甲酸酯的混合物。在更特殊的例子中，在两种油墨中的丙烯酸粒子具有相同的单体含量，不同在于对照油墨不包含氨基甲酸酯聚合物。印刷和融化条件没有进行其他改变。
当涉及介质时，术语″非多孔″指的是接触时间小于0.5s时，Bristow Test小于2ml/m2的印刷介质，Bristow Test是本领域已知的，概述如下。设定尺寸的测试样品固定到匀速自由转动的轮的光滑边缘上，该轮与以一定压力压靠在测试样品上的静止的测试流体涂覆器接触。测试流体涂覆器含有固定在1mm X15mm测试流体输送槽上方的测试液储存室，输送槽被这样设置以致于长边垂直于轮边缘的旋转方向，平行于轮轴。一定量的测试流体经流体存储器被置于流体输送槽上。随着轮和固定在上面的测试样品匀速转动，测试液涂覆器与旋转测试样品接触，并在一定压力下保持在适当位置上。测试液在宽度大约15mm(由涂覆器槽宽控制)的传送带上从测试液涂覆器输送到测试样品上，并且其长度是在限定测试条件下与测试样品相互作用的测试液体吸收特性的函数。测试样品每单位面积吸收的液体量由原始放置于涂覆器的测试液的体积、传送的测试液在测试样品上产生的带的平均宽度和长度计算。液体吸收的时间由原始放置于涂覆器的测试液体积和涂覆器的几何形状计算。应当注意到，使用本发明系统和方法制作的印刷图像对于多孔乙烯基介质和非多孔乙烯基介质都是有效的，尽管通常在非多孔乙烯基介质上印刷可接受的耐磨擦牢度的水性油墨更困难一些。根据本发明的实施方式特别解决了该问题。
本文所用的术语″氨基甲酸酯键″指的是具有如下结构的任何化合物：
Figure BPA00001525269400031
其中R1和R2表示任何有机化合物。因此“氨基甲酸酯”或″聚氨酯″包括含有氨基甲酸酯键的聚合物，包括不是由传统异氰酸酯和醇类形成的聚合物。当描述单体时，“氨基甲酸酯”指的是具有氨基甲酸酯键的单体。
本文所用的术语″约″，通过推定给定值可能“稍高于”或“稍低于”端点，用于使端点数字范围具有弹性。该术语的弹性度由特定的变量限定，并是在本领域技术人员的常识内以根据经验和本文的相关说明进行确定。
本文所用的术语″基本上″指的是作用、特性、性能、状态、结构、项目或结果的完全或几乎完全限度或程度。由绝对完全性产生的偏差的确切可允许程度，在某些情况下取决于具体环境。但是，一般来讲，完全的接近度应该是如得到绝对完全性，具有相同的结果。当“基本上”用于负面含义涉及完全或几乎完全缺少作用、特性、性能、状态、结构、项目或结果时，其应用是同等适用的。例如，“基本上不含”粒子的组合物或者是完全不含粒子，或者是几乎完全不含粒子，其效果如同其完全不含粒子。换言之，“基本上不含”一组分或成分的组合物，仍可能实际上包含这些组分，只要其没有可测量的效果即可。
本文所用的多个项目、结构要素、组成要素和/或材料，为了方便，可以存在于一般列表中。但是这些列表应理解为如同列表的每一项都单独地识别为独立的且独一无二的项目。因此，在无相反的指定下，仅根据在普通群组内的表示，该列表中没有一项被解释为该列表的任何其他项目的实际等同物。
浓度、数量及其他数字资料可以以范围格式表达或表示。应该了解，该范围格式仅为了方便及简单明了而使用，因此应该将其弹性地解释为不仅包括被清楚列举为该范围之极限的数值，而且包括该范围内所涵盖的所有个别数值或亚范围，就如同各数值及亚范围已经清楚列举一般。作为说明用，数值范围″约1wt％-约5wt％″应被解释为不仅包括约1wt％-约5wt％的清楚列举值，而且包括该指定范围内的个别数值和亚范围。因此，该数值范围包括以下个别数值：例如2，3.5和4，以及亚范围例如1-3，2-4和3-5等。该相同原则适用于仅一个数值的范围。而且，不管该范围的宽度或被描述的特性，该解释应该适用。
本文描述用于在非多孔基材(例如乙烯基介质)进行喷墨油墨印刷的方法及系统。更详细地，本实施方式使用含聚合物粒子的喷墨油墨，该聚合物粒子被设计成可在乙烯基介质上提供耐久性印刷薄膜，其中该粒子还被设计成为稳定的可喷墨油墨组合物的一部分。在一个实施方式中，该聚合物粒子可以包含丙烯酸胶乳粒子和氨基甲酸酯胶乳粒子的混合物。当与仅包含丙烯酸胶乳的油墨相比，该粒子组合可提供具有耐久性提高了的印刷。
而且，可将丙烯酸和氨基甲酸酯聚合物粒子的混合物配制成在印刷后达到适合温度时可熔化，从而产生包封该印刷图像的薄膜。制成的薄膜的耐久性可足以保护印刷图像免于物理和化学磨擦所造成的损害。该薄膜还可以使图像具备额外的耐水牢度。得自于该实施方式的耐久性和耐水牢度的提升可以包括大程度改善荧光笔耐涂抹牢度、耐磨擦性、湿沾污抗性和光学密度(荧光笔涂抹后)。向可喷墨油墨分散体中加入该胶乳聚合物的混合物，有助于提高在介质上形成的薄膜的抗拉强度，并因此获得了提高的印刷耐久性。
丙烯酸胶乳易于包含于可以自喷墨印刷结构件可靠地喷出的组合物中。然而，当印刷在乙烯基介质上时，使用干磨擦试验及氨水清洁溶剂(例如WINDEX
Figure BPA00001525269400051
)，单独的丙烯酸聚合物显示出差的耐久性，以及尤其差的耐磨擦牢度和差的耐涂抹牢度。增强耐久性的一个方案是提高油墨中聚合物的含量。例如，常规颜料为基础的油墨通常包含的丙烯酸聚合物粒子的含量是该颜料的两倍。但是油墨的可喷出性随着已分散于其中的固体粒子数量的增加而明显降低。当尝试配制在印刷时可得到良好色彩强度的油墨时，这是一个更值得关心的问题。该配方需要的颜料含量可为至多约5wt％。向该油墨中加入足够的丙烯酸聚合物以提供可令人接受的耐久性，会导致油墨具有会损害喷出性能的足够高固体含量。
在根据本实施方式的油墨中，印刷耐久性凭借包含丙烯酸聚合物粒子和氨基甲酸酯聚合物粒子的混合物而增强。更具体地，该方法包括氨基甲酸酯聚合物替代通常包含在高耐久性油墨配方中一部分丙烯酸聚合物。由于氨基甲酸酯聚合物的耐久性通常优于丙烯酸聚合物，与丙烯酸聚合物相比，更少量的氨基甲酸酯聚合物就可以获得同样的耐久性。本实施方式的一个方面是，与仅有丙烯酸聚合物的油墨相比，包含丙烯酸和氨基甲酸酯混合物的油墨每单位固体含量可以提供更好的耐久性。在另一方面中，包含丙烯酸和氨基甲酸酯混合物的油墨的粒子含量低于特定的以丙烯酸为基础的油墨，但显示其耐久性程度与以丙烯酸为基础的油墨类似或更高。
在一特定实施方式中，喷墨油墨组合物可以含有水性液体载体、着色剂和一组分散于该油墨中的包含丙烯酸胶乳粒子和氨基甲酸酯粒子的聚合物粒子。一方面，油墨中丙烯酸聚合物内容物和氨基甲酸酯聚合物内容物是以实质上不同的粒子存在。即，分散于该油墨中一部分粒子主要由氨基甲酸酯聚合物组成，且这些粒子不同于油墨中基本上由丙烯酸聚合物组成的其他粒子。在这种实施方式中，油墨中丙烯酸和氨基甲酸酯的相对含量是以存在的各种粒子的相对数表示。在另一实施方式中，油墨可以包含丙烯酸-氨基甲酸酯杂化聚合物，其中丙烯酸与氨基甲酸酯的比例可以通过选择各自粒子的聚合物比例而设定。
可以选择各聚合物在油墨中的含量以提供所需要的耐久性程度(耐磨擦牢度、耐水牢度和/或耐涂抹牢度)，并可得到固体的稳定分散体，使得得到的组合物可靠地喷出。油墨中该聚合物粒子的总含量在以下范围内：约0.5wt％-约40wt％，优选约1wt％-约15wt％，更优选约3wt％-约6wt％。根据一个实施方式，该油墨可以是以颜料为基础的油墨，包含约1wt％-约5wt％，约2wt％-约4wt％的颜料。丙烯酸聚合物粒子的含量可为约1wt％-约5wt％，氨基甲酸酯聚合物粒子的含量可为约0.3wt％-约3wt％。
在一个特定的实施方式中，被氨基甲酸酯替代的丙烯酸聚合物的百分比为约5wt％-约50wt％，且替代丙烯酸聚合物的氨基甲酸酯可占总的聚合物混合物的约1％-约30％。为了说明使用这两种类型聚合物(丙烯酸和氨基甲酸酯)优于仅使用大量丙烯酸聚合物，例如含颜料和丙烯酸聚合物之重量比为1∶2的油墨的耐久性和可喷出性，不如含颜料、丙烯酸聚合物和氨基甲酸酯之比为1∶1∶0.5的油墨。在另一个典型实施方式中，其特征为颜料、丙烯酸聚合物和氨基甲酸酯的比例为约1∶1∶0.3的油墨，相对于不含氨基甲酸酯但含有更多丙烯酸聚合物的油墨，具有改进的结果。在另一典型实施方式中，颜料、丙烯酸和氨基甲酸酯之比为约1∶1.3∶0.3的油墨获得了改良结果。这些实施方式用于说明，不应被视为对以上教导的替代范围之内的可能“比”的限制。更广泛地说，根据本发明实施方式制备的油墨可具有约1∶1至约1∶2的颜料与总聚合物之比，其中该总聚合物含量具有丙烯酸与氨基甲酸酯重量比为约1∶0.2-约1∶1。在另一实施方式中，丙烯酸聚合物粒子与氨基甲酸酯聚合物粒子的重量比为约1.3∶0.3-约1∶0.5。
如上所讨论的，增加聚合物含量可以提高耐久性效果，但通常是以降低可喷射性为代价。在本发明的实施方式中，通过用较小量的氨基甲酸酯聚合物来取代一定百分含量的丙烯酸聚合物可以提高这两种性能。应该注意的是，本文所用术语″替代″并不是指改良已经配制的基于丙烯酸的油墨。反而是，通常指两种油墨配制方式的差异，其中第一种油墨包含一定量的丙烯酸但不包含氨基甲酸酯，第二种油墨包含的丙烯酸比第一种少，而且还包含一定量的氨基甲酸酯。在特定实施方式中，氨基甲酸酯的数量可以小于油墨中丙烯酸含量的差额。
丙烯酸聚合物粒子可以通过常规乳液聚合技术制备，例如批次法，半批次法或极小乳液法。在特定实施方式中，丙烯酸粒子可以包含已聚合的疏水单体或疏水性单体含量较大的共聚物。疏水性单体的含量可为至多98％。疏水性单体可以使得所得印刷膜具有耐久性，因此可以形成具有大耐磨擦牢度和耐水牢度的印刷油墨。适用于芯或壳的疏水性单体包括但不局限于：丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸己酯，丙烯酸月桂酯，丙烯酸十八烷基酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸己酯，甲基丙烯酸月桂酯，甲基丙烯酸十八烷基酯，丙烯酸2-乙基己酯，甲基丙烯酸2-乙基己酯，甲基苯乙烯，乙烯基苄基氯，丙烯腈，甲基丙烯腈及苯乙烯。鉴于印刷条件、欲使用的喷墨系统或在其上进行印刷的特定介质，可以选择所用单体以提供所需效果。在另一更特定的实施方式中，丙烯酸聚合物包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯腈中的至少两种。
该疏水性单体中可以非必要地包含少量已共聚合的酸性单体，例如从0.1wt％至约30wt％，以促进聚合物合成。合适的酸性单体包括丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，马来酸，乙烯基苯甲酸和苯乙烯磺酸酯及它们的衍生物。这些单体使得粒子得到表面电荷以使它们在水中稳定。可通过升高油墨的pH来进一步增强得到的电荷，从而羧基转化成盐形式。
在特定实施方式中，丙烯酸聚合物粒子还包括通过交联作用在喷射前或喷射期间来为粒子提供剪切强度。聚合物中交联单体的含量可至多约25wt％。合适的交联单体包括聚合后包含用于交联的有机官能团的多官能单体和低聚物。可以使用的交联单体包括但不局限于：乙二醇二甲基丙烯酸酯，二甘醇二甲基丙烯酸酯，乙二醇二丙烯酸酯，二甘醇二丙烯酸酯，1，6-己二醇二丙烯酸酯，四甘醇二丙烯酸酯，二缩三丙二醇二丙烯酸酯，乙氧基化双酚A二丙烯酸酯，季戊四醇三丙烯酸酯和四丙烯酸酯，N，N′-亚甲基二丙烯酰胺，二乙烯基苯，及它们的组合、混合物和衍生物。
氨基甲酸酯粒子可以包含能够反应形成聚氨酯的成分单体的任何组合。在一特定方面，使用至少两成分单体，第一单体是含有至少两个异氰酸酯根部分的分子，例如二异氰酸酯。可以使用的二异氰酸酯的一些例子包括：异佛尔酮二异氰酸酯，甲苯-2，4-二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，萘二异氰酸酯，2，4-甲苯二异氰酸酯，2，6-甲苯二异氰酸酯，亚甲基二苯基-4，4′-二异氰酸酯，1，4-四亚甲基二异氰酸酯，和联苯二异氰酸酯。在相同方面中，第二单体可以是多元醇，例如二醇。潜在的成分二醇包括C2-C8二醇以及聚乙二醇，包括乙二醇，丙二醇，聚乙二醇，聚丙二醇，双酚A，氢醌，以及聚丁二醇。这些可以反应以制备氨基甲酸酯键接基团或聚氨酯。市售的已知用于涂料、油墨和其他着色组合物的氨基甲酸酯胶乳聚合物可用于本实施方式。
可选择适用于特定喷墨印刷系统或用于特定印刷介质的液体载体。如上所讨论的，本文所述的粒子可提供用于配制在非多孔印刷介质(例如乙烯基)上产生良好结果的水性喷墨油墨的特定效果。因此，在特定实施方式中，喷墨油墨载体是水性载体。
该载体可以主要由水构成。或者，主要是水的载体中可以包含其他共溶剂。更具体地，载体可以包括本领域已知适用于配制水性喷墨油墨的有机共溶剂。合适的水溶性有机共溶剂包括但不局限于脂肪族醇，芳香族醇，二醇，三醇，二元醇醚，聚(二元醇)醚，内酰胺，甲酰胺类，乙酰胺类，长链醇，乙二醇，丙二醇，二甘醇，三甘醇，甘油，二丙二醇，二元醇丁基醚，聚乙二醇，聚丙二醇，酰胺，醚，羧酸，酯，有机硫化物，有机亚砜，砜，醇衍生物，卡必醇，丁基卡必醇，溶纤剂(cellosolve)，醚衍生物，氨基醇和酮类。特别地，包含的共溶剂具有在加热下能至少如载体中水一般快地蒸发的蒸气压。在更特定实施方式中，共溶剂在加热下比水蒸发得更快。
适用于喷墨油墨的颜料没有特别限定，可以使用无机颜料或有机颜料。适用的无机颜料包括例如，氧化钛，钴蓝(CoO-Al2O3)，铬黄(PbCrC4)，及氧化铁。合适的有机颜料包括例如：偶氮颜料，多环状颜料(例如，酞菁颜料，苝颜料，苝酮颜料，蒽醌颜料，喹吖啶酮颜料，二噁嗪颜料，硫靛颜料，异吲哚啉酮颜料和喹啉并酞酮(quinophthalone)颜料)，染料螯合物(例如碱性染料型螯合物和酸性染料型螯合物)，硝基颜料，亚硝基颜料等。
就这些或其他颜料而言，本发明代表性实施方式配方中所用的分散剂的非限定性例子包括：Solsperse 32000，Solsperse 39000，Solsperse 5000，Solsperse 22000，Disperbyk 163，Disperbyk 167，Disperbyk 168，Disperbyk 180，Disperbyk 190，Disperbyk 191等。
该喷墨油墨组合物还可非必要地包含湿润剂。该湿润剂非限定性的例子包括硅氧烷聚醚丙烯酸酯，例如Tego Rad 2200N，Tego Rad 2300，及Byk 358N。该油墨还可以包含聚醚改性的聚-二甲基-硅氧烷湿润剂，例如Byk 333，Byk 307，及SilwetL-7604。如果使用的话，湿润剂的含量为喷墨油墨组合物的0.01wt％-约10wt％。
根据需要，该喷墨油墨还可以包含可提供存储稳定性和可喷出性的其他添加剂，其包括抗微生物剂，保湿剂，缓冲剂，粘度改良剂，螯合剂和稳定剂。
本系统和方法可以在通常难以在其上得到良好结果的介质上产生耐久性和耐水牢度印刷。尤其是，该系统和方法能够用于在不能够很好吸收液体油墨的介质上印刷，这些包括像乙烯基这样的非多孔表面。根据本文实施方式的聚合物粒子，当在喷墨油墨中配制时，已经发现在乙烯基介质上出乎意料的得到良好结果。因此在一个特定实施方式中，该系统和方法包括用调配成用于在乙烯基介质上印刷的油墨在乙烯基介质上印刷。
通过在每一聚合物中选择单体混合物，可以形成其Tg利于在特定印刷和加热条件下成膜的聚合物。根据特定实施方式，胶乳粒子的Tg通常可以在以下范围内：约-40℃-约125℃。更具体地，Tg可以为约0℃-约75℃，或更具体地，约15℃-约45℃。
由高Tg聚合物形成的印刷膜可以使由其包封的印刷图像具备增强的耐久性。因此，在另一特定实施方式中，可以使用Tg高的聚合物。一般来讲，高Tg聚合物可以是Tg至少为45℃的任何聚合物。在一个实施方式中，高Tg聚合物的Tg为约45℃-约125℃，或其中之任何亚范围的Tg。在另一例子中，高Tg聚合物的Tg为约50℃-约80℃。
所用聚合物在印刷油墨上或整个印刷油墨中提供耐久性保护膜。根据一般性实施方式，通过将印刷油墨和/或印刷介质加热到足以导致粒子聚结的程度，可以促进这些油墨形成印刷膜。可以选择Tg，因此可以使用轻微或中等加热以产生聚结。更具体地，可以调配聚合物粒子，使得它具有可以使导致聚结所需加热程度不会过度地破坏由该油墨提供的色彩或损害该印刷介质的Tg。例如芯聚合物的Tg在进行印刷的环境温度的10℃之内。施加足以导致印刷图像流动的热，以保证粒子、着色剂和印刷表面发生适当的相互作用，以促进印刷膜的形成。在更特定的实施方式中，印刷油墨被加热到约50℃-约100℃的温度。
本实施方式的一个方面提供在乙烯基介质上耐久性的喷墨油墨印刷。如上所述，难以在该介质上得到令人满意的喷墨印刷，因为它们不能稳定地吸收该油墨中通常含有的一定量的液体油墨载体。本发明的系统和方法通过印刷胶乳的聚结可以提供包封的印刷图像，其可通过部分除去液体载体而促进。根据本实施方式加热印刷油墨或印刷介质，通过蒸发掉至少一部分液体载体或液体载体中的一种液体成分的至少一部分而促使薄膜形成。不受任何特定理论的限制，认为载体的蒸发通过将粒子呈现更稠密的排列而促进聚结。因此，在该系统和方法中施加的热可足以从印刷油墨中蒸发掉至少一部分液体载体。
有助于在乙烯基介质上印刷的另一个因素与乙烯基介质本身对施加热如何反应有关。即，施加足量热可以导致乙烯基印刷表面塑化变粘。该粘性与印刷油墨的热诱导流动和聚合物芯的熔化一起可以促进保形薄膜在表面上形成。该薄膜和着色剂粘附到黏性表面上，进一步增强了印刷图像的耐久性。因此，在特定实施方式中，施加的热足以导致乙烯基表面塑化(未熔融或流动)，与此同时，该热足以导致印刷油墨中的聚合物流动。
可将加热装置引入印刷系统中以于印刷时或接近印刷时加热介质。或者，可以在油墨喷至介质期间或之后，使用加热装置加热该油墨。
还提供一种喷墨油墨印刷系统和方法，其可以包括至少一种含本文所述氨基甲酸酯和丙烯酸聚合物粒子的混合物的喷墨油墨和乙烯基印刷介质。该乙烯基介质可以是用于印刷图像耐久性显示的任何以乙烯基为主的材料。该介质包括但不局限于：Avery 1005，Avery 3000，Avery 3100，Avery MPI 1005 EZ，AveryMPI 4002，Ultraflex Normandy Pro，Ultraflex JetFlex FL，Ultraflex Strip Mesh，Ultraflex BlOflex，Verseidag Front Lit Standard Easy P/N 7945，LG Bannux 1100，3MScotchCal，Mactac JT5829，MacTac JT5929p，Intelicoat SBL-7SIJ，IntelicoatGFBL5SIJ，3M Controltac Plus IJ180C-10，3M ScotchLight，Dykson Jet 220，C2SSterling Ultra Gloss等。
根据该系统和方法，为了在乙烯基印刷介质上印刷，配制包含着色剂、水性液体载体，以及氨基甲酸酯和丙烯酸聚合物粒子的混合物的喷墨油墨。该喷墨油墨可以装载于喷墨油墨印刷机中，并在乙烯基介质上印刷。然后用加热装置将得到的印刷图像加热到促进薄膜形成且塑化乙烯基印刷介质的温度，例如约50-约100℃，但该温度不足以高得致使乙烯基印刷介质流动。由于水或者一种或多种其他溶剂从印刷油墨蒸发，因此粒子聚结以将着色剂包封于透明膜中。发生聚结的温度通常通过聚合物的Tg测定。根据一个实施方式，该系统可以包括设计成加热油墨的加热装置。在一更特定的实施方式中，该热源可被设计成油墨印刷在印刷介质上之后将该油墨加热。在另一实施方式中，该热源被设计成加热印刷介质本身的表面。该加热装置可以通过辐射热直接加热表面，或可以利用传导或透射方式，例如加热一介质表面，该介质表面并非印刷表面但与印刷表面热连接。
在某种程度上进行总结和重申，公开的喷墨印刷方法和相关的系统，提供了一种用于提高耐水牢度和耐磨擦的耐久性印刷膜。所用喷墨油墨可以包含含有丙烯酸聚合物粒子和氨基甲酸酯聚合物粒子的粒子组合。聚合物粒子可以被设计成在被印刷于印刷介质上时形成印刷膜。该喷墨油墨可以使用比只有丙烯酸聚合物的油墨更少的粒子含量得到增强的耐久性，并因此得到由喷墨印刷头的更可靠的喷出。
实施例
实施例1-测试丙烯酸和丙烯酸-氨基甲酸酯油墨在乙烯基介质上的印刷性能
配制三种水性喷墨油墨，其中颜料和胶乳聚合物粒子分散于水中。用3wt％的颜料和4.5wt％的丙烯酸聚合物粒子配制油墨A。用3wt％的颜料和6wt％的丙烯酸聚合物粒子配制油墨B。油墨C配制成包含3wt％的颜料、3wt％的丙烯酸聚合物粒子和1.5wt％的氨基甲酸酯聚合物粒子。将油墨填充于喷墨笔中，并安装于Hewlett-Packard喷墨印刷机内。将每种油墨印刷于非多孔乙烯基介质上，同时观察每种油墨的印刷性能。观察到相对于印刷油墨A或油墨C的笔，油墨B的笔性能显示：墨滴的喷出速度降低，印刷质量较差。
实施例2-测试丙烯酸和丙烯酸-氨基甲酸酯油墨在乙烯基介质上的耐磨擦牢度
将实施例1中的油墨A、B和C填充入喷墨笔中，并安装于Hewlett-Packard喷墨印刷机中。将每种油墨在非多孔乙烯基介质上印刷两次。然后用线性磨擦机(TABER
Figure BPA00001525269400121
线性磨擦机-5750型)在该印刷上进行两次磨擦试验(干磨擦及溶剂磨擦)。该试验包括用线性磨擦机的臂以受控的划擦速度和长度下来回线性运动划擦介质样品，线性磨擦机的头部可沿着介质样品的轮廓进行。在线性磨擦机的臂轴上施加250g的砝码，以使得负荷恒定。
就干磨擦试验而言，具体地讲，划擦机头或耐磨头(wearaser)连接于该线性磨擦机的臂末端。该划擦机头的接触区域(contact patch)直径约为1/4英寸，并包括具有轻度至中等磨擦效果的研磨剂(具体地，CALIBRASE
Figure BPA00001525269400122
CS-10)。该划擦头来回划擦各介质样品。
在该溶剂磨擦试验中，划擦头是浸透WINDEX
Figure BPA00001525269400123
玻璃清洁剂的普通马克笔尖。该马克笔尖来回划擦各介质样品。
然后评判磨擦过的介质样品的图像损失。观察到用油墨C印刷的样品显示其耐干磨擦牢度和耐溶剂磨擦牢度明显高于用油墨A和油墨B印刷的样品。
实施例3-测试其他丙烯酸及丙烯酸-氨基甲酸酯油墨在乙烯基介质上的耐磨擦牢度
配制两种水性喷墨油墨，油墨D和油墨E，其中颜料和胶乳聚合物粒子分散于水中。油墨D配制有3wt％的颜料和4.8wt％的丙烯酸聚合物粒子。油墨E的配制包含3wt％的颜料，3.9wt％的丙烯酸聚合物粒子，0.9wt％的氨基甲酸酯聚合物粒子。将该油墨填充入喷墨笔中，并安装于Hewlett-Packard喷墨印刷机中。将油墨印刷在乙烯基介质上。
在油墨D和油墨E的印刷品上进行实施例2的各个磨擦试验。然后判断该磨擦过的介质样品的图像损失。发现用油墨E印刷的样品显示其耐干磨擦色牢度和耐溶剂磨擦色牢度明显高于用油墨D印刷的样品。
上述典型实施方式是用于在一个或多个特定用途中举例说明本发明的原理，但本领域普通技术人员明了不需要创造性劳动且在不违背本发明原理和概念的情况下，进行实施方式在形式、应用及细节方面的多种变化。因此除了下文所述的权利要求外，不对本发明进行限制。

Claims (15)

1.一种喷墨油墨印刷系统，包括：
包含至少一种喷墨油墨的喷墨印刷机，该油墨含有水性液体载体，含量为约1wt％-约5wt％的颜料，含量为约1wt％-约5wt％的丙烯酸聚合物粒子，含量为约0.3wt％-约3wt％的氨基甲酸酯聚合物粒子，所述喷墨油墨被配制印刷在乙烯基介质上；和
加热装置，
其中在乙烯基介质上印刷后，从加热装置施热于喷墨油墨时，丙烯酸聚合物粒子和氨基甲酸酯聚合物粒子熔化，从而在乙烯基介质上形成带有包封至少一部分颜料的膜的印刷图像。
2.根据权利要求1的系统，其中丙烯酸聚合物粒子和氨基甲酸酯聚合物粒子构成全部的聚合物粒子，其中颜料与全部聚合物粒子的重量比为约1∶1-约1∶2，所述聚合物粒子中丙烯酸聚合物粒子与氨基甲酸酯聚合物粒子的重量比为约1∶0.2-约1∶1。
3.根据权利要求2的系统，其中丙烯酸聚合物粒子与氨基甲酸酯聚合物粒子的重量比为约1.3∶0.3-约1∶0.5。
4.根据权利要求1-3中一项的系统，其中丙烯酸聚合物粒子包含至少一种选自如下组成的聚合疏水性单体组：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基苯乙烯、乙烯基苄基氯、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙烯、及其组合。
5.根据权利要求4的系统，其中丙烯酸聚合物粒子包含苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯腈中至少两种的共聚物。
6.根据权利要求1-5中一项的系统，其中丙烯酸聚合物粒子包含0.1wt％至约30wt％的聚合酸性单体。
7.根据权利要求6的系统，其中聚合酸性单体选自由丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、乙烯基苯甲酸、苯乙烯磺酸酯、及其组合所组成的组。
8.根据权利要求1-7中一项的系统，其中丙烯酸聚合物粒子含有数量至多占丙烯酸聚合物粒子约25wt％的交联剂。
9.根据权利要求8的系统，其中交联剂选自由乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、二甘醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、N，、N’-亚甲基二丙烯酰胺、二乙烯基苯、及其组合所组成的组。
10.根据权利要求1-9中一项的系统，其中丙烯酸聚合物粒子和氨基甲酸酯聚合物粒子熔化时来自加热装置的热为50-100℃。
11.根据权利要求1-10中一项的系统，其中液体载体还包括至少一种有机共溶剂，该有机共溶剂在加热装置加热时比水蒸发得快。
12.根据权利要求1-11中一项的系统，其中，与对照印刷图像相比，该印刷图像具有提高的耐磨擦牢度，所述对照印刷图像的制备与该印刷图像相同，除了在用于产生对照印刷图像的喷墨油墨中，氨基甲酸酯聚合物粒子被相同量的丙烯酸聚合物粒子替代外。
13.根据权利要求1-12中一项的系统，其中该系统还包含乙烯基介质。
14.根据权利要求13的系统，其中加热装置加热时，至少一部分水性液体载体蒸发，乙烯基介质塑化，并且喷墨油墨流动。
15.一种使用权利要求1-14中一项的系统形成印刷图像的方法，包括：
a)在乙烯基介质上喷射喷墨油墨形成印刷图像；和
b)对该印刷图像施加约50℃-100℃热，以使丙烯酸聚合物粒子和氨基甲酸酯聚合物粒子熔化，从而在乙烯基介质上形成包封至少一部分颜料的膜。
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