CN102558942A - 一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物 - Google Patents

Abstract

一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于黑色颜料占黑色墨水组合物总质量的3％～10％；水溶性有机溶剂占墨水总质量的16％～40％；表面活性剂占墨水总质量的0.2％～3％；杀菌剂占墨水总质量的0.2％～1％；pH调节剂占墨水总质量的0.1％～3％；余下的为去离子水；所说的黑色墨水组合物中分散剂的总量相对于黑色颜料的比例即D/P比大于0.65，小于1.5。优越性：向墨水中添加分散剂，结果发现，分散剂极大地影响了墨的喷射特性，墨水快速喷射时发生重影、断线的情形得以改善；分散剂也是表面活性剂，加入分散剂对于喷嘴也有某种润湿效果，从而帮助墨滴在表面活性剂的作用下能够具有快速精准的喷射性。

Description

一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物

(一)技术领域：

本发明涉及一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，尤其是一种适用于快速喷射时不会出现重影、断线现象的具有优良喷射性的黑色墨水组合物。

(二)背景技术：

喷墨记录方法是一种通过微小的喷嘴喷射墨滴以在诸如纸的记录介质上进行打印的记录方法，由于小型价廉，作为家庭或办公室中使用的个人计算机的输出机被广泛普及。近年来，商务打印市场上正在出现喷墨打印机取代黑白激光机的新趋势。随着各大厂商不断推进喷墨打印机的科技更新，喷墨在打印速度上越来越快，打印质量上越来越好，以更高效率的满足SOHO及中小型企业用户的需求。

中国专利CN 1782001A报道油墨组合物在温度24～26℃下采用最大气泡压力法测定的动态表面张力与静态表面张力之差为0～7(mN/m)时能获得排出稳定性优良的油墨组合物，然而仅仅这样是不够的。使用目前市面上现有的墨水产品在相对慢速的机器上喷打不会出现喷射轨迹偏差，例如重影现象。但是在快速喷打时就会出现重影现象，进而出现断线现象导致打印失败。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，它能够解决现有技术的不足，在快速喷打时不会出现重影和断线现象。

本发明的技术方案：一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于它含有去离子水、水溶性有机溶剂、表面活性剂、分散剂、杀菌剂、pH调节剂和黑色颜料；所说的黑色颜料占黑色墨水组合物总质量的3％～10％；所说的水溶性有机溶剂占墨水总质量的16％～40％；所说的表面活性剂占墨水总质量的0.2％～3％；所说的杀菌剂占墨水总质量的0.2％～1％；所说的pH调节剂占墨水总质量的0.1％～3％；余下的为去离子水；所说的黑色墨水组合物中分散剂的总量相对于黑色颜料的比例即D/P比大于0.65，小于1.5。

上述所说的黑色墨水组合物，使用的黑色颜料为炭黑；将黑色颜料添加在黑色墨水组合物中时，使用自分散的黑色颜料分散液或是通过分散剂的作用分散于水性介质中的黑色颜料分散液；所说的颜料分散液的粒径(D50)为90～120nm。

上述所说的自分散的黑色颜料，即亲水性基团直接或间接通过其他原子团化学结合在颜料表面的颜料，为市售的黑色颜料分散液CAB-O-JET300；所说的通过分散剂的作用分散于水性介质中的黑色颜料为以下产品的一种：卡博特公司的Mongul-L、REGAL 400R、Monarch1300、Monarch 900或REGAL 330R，三菱化学公司(MitsubishiChemical Corporation)的MA-7、MA100或#40，德固赛公司(Degussa)的Special black 4，哥伦比亚化学公司(Columbian Chemical)的Raven3500、Raven 1255或Raven 3600ultra；优选使用三菱化学公司(Mitsubishi Chemical Corporation)的MA-7。

上述所说的水溶性有机溶剂包含渗透剂和保湿剂。

上述所说的渗透剂为N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、三乙二醇丁醚、丙二醇丁醚或二丙二醇丁醚，优选使用2-吡咯烷酮、二乙二醇丁醚和三乙二醇丁醚；

上述所说的保湿剂是高沸点、难挥发的醇类，为丙三醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，2-己二醇、1，6-己二醇、1，2，6-己三醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、一缩二丙二醇、一缩三丙二醇、聚乙二醇400或聚乙二醇600中的至少一种，优选使用丙三醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、1，2-己二醇、1，2，6-己三醇、三甘醇。

上述所说的表面活性剂为阴离子型和非离子型中的至少一种，其中所说的阴离子型表面活性剂为烷基羧酸盐或烷基磺酸盐；所说的非离子型表面活性剂为聚氧乙烯醚、脂肪酸多元醇酯、糖酯或烷基糖甙；

所说的阴离子型表面活性剂为罗迪亚公司(Rhodia)的产品GEROPON或氰特化工公司(Cytec)的产品Aerosol OT；

非离子表面活性剂为罗门哈斯公司(Rhomhaas)的产品TritonX-100；空气化工公司(Air Products)的产品Surfynol系列，为Surfynol420、Surfynol440、Surfynol465、Surfynol485或Surfynol104E；Dynol系列，为Dynol604或Dynol607；日信公司(Nissin)的产品E1010；杜邦公司(Dupont)的氟表面活性剂Zonyl FSO-100；BYK公司(BYK-Chemie Japan K.K.)的产品BYK系列，为BYK345、BYK346、BYK347、BYK347或BYK349；埃夫卡公司的产品EFKA系列；

优选非离子表面活性剂；优选Surfynol系列、Dynol系列、BYK系列和EFKA系列中的至少一种。

上述所说的分散剂为以下产品的至少两种以上：美国路博润公司(Lubrizol)产品聚酯类的分散剂——solsperse系列，为solsperse43000，44000，46000或47000；空气化工公司(AirProducts)的产品Zetasperse系列，为Zetasperse2500、3400或3700；德国明凌公司(Munzing Chemie Gmbh)的产品丙烯酸类的分散剂EDPLAN系列，为EDPLAN 482；德国迪高公司(TEGO Chemie Gmbh)的产品聚酯类的分散剂TEGO Dispers系列，为TEGO Dispers750W、755W、760W或765W；亨斯曼公司(HUMTSMAN)的产品聚氨酯类的分散剂——JEFFSPERSE系列，为JEFFSPERSE X3202或JEFFSPERSE X3204；巴斯夫公司(BASF)的产品——苯乙烯-丙烯酸类的树脂型分散剂Joncryl系列，为Joncryl67或Joncryl671；OMG公司的产品——聚氨酯类的分散剂Gen SN 95；广州高创化工提供的苯乙烯-丙烯酸类的树脂型分散剂9300、HD62。

上述所说的分散剂为通过研磨作用分散颜料所使用的分散剂以及墨水中后加入的颜料分散剂。

上述所说的通过研磨作用分散颜料所使用的分散剂为树脂型分散剂，为苯乙烯-丙烯酸树脂，其分子量优选为10000以上，25,000以下，优选巴斯夫公司(BASF)的产品Joncryl系列，Joncryl67或Joncryl671。

上述所说的墨水中后加入的颜料分散剂为苯乙烯-丙烯酸类的树脂型分散剂和聚氨酯类的分散剂的组合物，优选Joncryl67、JEFFSPERSE X3204以及Gen SN 95的组合物。

上述所说的杀菌剂为苯甲酸钠、五氯酚钠、2-吡啶硫醇-1-氧化钠、山梨酸钠、脱氢乙酸钠以及1，2-苯丙异噻唑啉-3-酮；优选1，2-苯丙异噻唑啉-3-酮。

上述所说的pH调节剂是氨水、三乙胺、三乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠、N，N-二甲基乙醇胺中的至少一种；优选使用三乙醇胺。

本发明的优越性：1、本发明向墨水中添加分散剂，结果发现，分散剂极大地影响了墨的喷射特性，墨水快速喷射时发生重影、断线的情形得以改善；2、分散剂也是表面活性剂，加入分散剂对于喷嘴也有某种润湿效果，从而帮助墨滴在表面活性剂的作用下能够具有快速精准的喷射性。

(四)具体实施方式：

实施例：在下文中将通过以下实施例和比较例更具体地描述本发明。

<黑色颜料分散液的制备>

分散液1

使用的是市售的黑色颜料分散液CAB-O-JET300。该分散液中颜料固体成分为15％，颜料的粒径D50大约是115纳米。

分散液2

按重量百分比将9300(广州高创化工提供，30％)树脂溶液20％和去离子水60％混合于容器中，并搅拌均匀。然后加入黑色颜料C.I.P.B.7 20％，充分润湿。用高速剪切机将上述所得的分散液高速剪切0.5～8小时，转速为1000～10000rpm，剪切完成后放置10～20分钟。然后将其泵入研磨机中进行研磨分散，采用循环研磨0.5～24小时。研磨过程中，每隔15分钟采用动态激光散色粒度仪进行粒度检测，直到分散液的粒径达到要求。(9300：Mw＝8000)(黑色颜料C.I.P.B.7∶分散剂9300＝20∶6)

分散液3

按重量百分比将Joncryl67(BASF公司，30％)树脂溶液10％和去离子水70％混合于容器中，并搅拌均匀。然后加入黑色颜料C.I.P.B.7 20％，充分润湿。用高速剪切机将上述所得的分散液高速剪切0.5～8小时，转速为1000～10000rpm，剪切完成后放置10～20分钟。然后将其泵入研磨机中进行研磨分散，采用循环研磨0.5～24小时。研磨过程中，每隔15分钟采用动态激光散色粒度仪进行粒度检测，直到分散液的粒径达到要求。(Joncryl67：Mw＝13000)(黑色颜料C.I.P.B.7∶分散剂Joncryl67＝20∶3)

分散液4

按重量百分比将Joncryl671(BASF公司，30％)树脂溶液10％和去离子水70％混合于容器中，并搅拌均匀。然后加入黑色颜料C.I.P.B.7 20％，充分润湿。用高速剪切机将上述所得的分散液高速剪切0.5～8小时，转速为1000～10000rpm，剪切完成后放置10～20分钟。然后将其泵入研磨机中进行研磨分散，采用循环研磨0.5～24小时。研磨过程中，每隔15分钟采用动态激光散色粒度仪进行粒度检测，直到分散液的粒径达到要求。(Joncryl671：Mw＝17250)(黑色颜料C.I.P.B.7∶分散剂Joncryl671＝20∶3)

<黑色墨水组合物的制备>

在将下表1至3中示出的组分按重量百分比混合并且充分搅拌后，用孔径1.2微米的膜过滤器过滤，由此制得墨1至20，其中，墨1～7是实施例，墨8～20是比较实施例。

表1

表2

表3

<评价>

(重影现象)

将以上获得的墨1至20的每一种充填入墨盒，分别填充两个，并且将该墨盒安装在爱普生ME OFFICE 70(EPSON ME OFFICE 70)的双黑色墨(左右各180个喷嘴)的位置，打印覆盖率为95％的A4黑色色块。对打印机驱动而言，选择默认模式。纸张类型选择A4普通纸。纸张选择永图(YONGTU)A4普通纸。

墨盒上机自动清洗一次后，喷嘴检查，数左右墨盒墨水的重影数，并记录。若都无重影，打印A4黑色色块10页后继续喷嘴检查，数左右墨盒墨水的重影数，并记录。若都无重影，接着打印40页，然后喷嘴检查，数左右墨盒墨水的重影数，并记录。重影现象的评价标准如下。评价结果如下面的表5所示。

[重影现象的评价标准]

A：上机喷嘴检查无重影，打印40页A4黑色色块，喷嘴检查无重影。

B：上机喷嘴检查无重影，打印10页A4黑色色块，喷嘴检查无重影，打印40页A4黑色色块，喷嘴检查有重影。

C：上机喷嘴检查无重影，打印10页A4黑色色块，喷嘴检查有重影。

D：上机喷嘴检查有重影。

表4

如表4所示，即使对于墨8～11，其D/P比为0.667，大于0.65，但是评价标准仍然为C或者D。

(连续喷射性)

将以上获得的墨1～18、20的每一种充填入墨盒，分别填充两个，并且将该墨盒安装在爱普生ME OFFICE 70(EPSON ME OFFICE 70)的双黑色墨(左右各180个喷嘴)的位置，打印覆盖率为95％的A4黑色色块。对打印机驱动而言，选择默认模式。纸张类型选择A4普通纸。纸张选择永图(YONGTU)A4普通纸。

设定打印任务40页，有断线时，结束打印任务，并清洗至状态良好后继续打印，记录每套墨盒从上机到测试完成的总清洗次数(上机自动清洗一次不计入)。连续喷射性的评价标准如下。评价结果如下面的表5所示。

[连续喷射性的评价标准]

A：总清洗次数为0。

B：总清洗次数为1。

C：总清洗次数为2。

D：总清洗次数大于等于3。

表5

从表5中的比较例可以看出，对于重影现象越严重的墨其连续喷射性也越差，需要清洗。

(稳定性)

把墨1～7分别放置在60℃的恒温烘箱中两个星期，利用时温等效原理加速测试，测定加速前后墨水的粒径变化。其评价标准如下。评价结果如下面的表6所示。

[粒径稳定性的评价标准]

A：粒度D50两周变化ΔD50小于等于10nm。

B：粒度D50两周变化ΔD50大于10nm小于等于30nm。

C：粒度D50两周变化ΔD50大于30nm。

表6

从表6中的实施例5可以看出，选择分散剂以通过分散剂作用分散黑色颜料时，分散剂的分子量小于10000以下会导致墨水不稳定。

尽管已详细描述了本发明的各种优选实施方案和实施例，但是，对熟悉本领域的人员来说，应该可以理解，在不离开所附权力要求定义的本发明精神和范围下可在描述的实施方案中进行各种改进和替换。

Claims (10)

1.一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于它含有去离子水、水溶性有机溶剂、表面活性剂、分散剂、杀菌剂、pH调节剂和黑色颜料；所说的黑色颜料占黑色墨水组合物总质量的3％～10％；所说的水溶性有机溶剂占墨水总质量的16％～40％；所说的表面活性剂占墨水总质量的0.2％～3％；所说的杀菌剂占墨水总质量的0.2％～1％；所说的pH调节剂占墨水总质量的0.1％～3％；余下的为去离子水；所说的黑色墨水组合物中分散剂的总量相对于黑色颜料的比例即D/P比大于0.65，小于1.5。

2.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的黑色颜料为炭黑；将黑色颜料添加在黑色墨水组合物中时，使用自分散的黑色颜料分散液或是通过分散剂的作用分散于水性介质中的黑色颜料分散液；所说的颜料分散液的粒径(D50)为90～120nm。

3.根据权利要求2所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的自分散的黑色颜料，即亲水性基团直接或间接通过其他原子团化学结合在颜料表面的颜料，为市售的黑色颜料分散液CAB-O-JET300；所说的通过分散剂的作用分散于水性介质中的黑色颜料为以下产品的一种：卡博特公司的Mongul-L、REGAL 400R、Monarch1300、Monarch 900或REGAL 330R，三菱化学公司的MA-7、MA100或#40，德固赛公司的Special black 4，哥伦比亚化学公司的Raven3500、Raven 1255或Raven 3600ultra。

4.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的水溶性有机溶剂包含渗透剂和保湿剂；

所说的渗透剂为N-甲基吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、三乙二醇丁醚、丙二醇丁醚或二丙二醇丁醚；

所说的保湿剂是高沸点、难挥发的醇类，为丙三醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，2-己二醇、1，6-己二醇、1，2，6-己三醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、一缩二丙二醇、一缩三丙二醇、聚乙二醇400或聚乙二醇600中的至少一种。

5.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的表面活性剂为阴离子型和非离子型中的至少一种，其中所说的阴离子型表面活性剂为烷基羧酸盐或烷基磺酸盐；所说的非离子型表面活性剂为聚氧乙烯醚、脂肪酸多元醇酯、糖酯或烷基糖甙；

所说的阴离子型表面活性剂为罗迪亚公司的产品GEROPON或氰特化工公司的产品Aerosol OT；

所说的非离子表面活性剂为罗门哈斯公司的产品Triton X-100；空气化工公司的产品Surfynol系列，为Surfynol420、Surfynol440、Surfynol465、Surfynol485或Surfynol 104E；Dynol系列，为Dynol604或Dynol607；日信公司的产品E1010；杜邦公司的氟表面活性剂Zonyl FSO-100；BYK公司的产品BYK系列，为BYK345、BYK346、BYK347、BYK347或BYK349；埃夫卡公司的产品EFKA系列。

6.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的分散剂为以下产品的至少两种以上：美国路博润公司产品聚酯类的分散剂——solsperse系列，为solsperse43000，44000，46000或47000；空气化工公司的产品Zetasperse系列，为Zetasperse2500、3400或3700；德国明凌公司的产品丙烯酸类的分散剂EDPLAN系列，为EDPLAN 482；德国迪高公司的产品聚酯类的分散剂TEGO Dispers系列，为TEGO Dispers750W、755W、760W或765W；亨斯曼公司的产品聚氨酯类的分散剂——JEFFSPERSE系列，为JEFFSPERSE X3202或JEFFSPERSE X3204；巴斯夫公司的产品——苯乙烯-丙烯酸类的树脂型分散剂Joncryl系列，为Joncryl67或Joncryl671；OMG公司的产品——聚氨酯类的分散剂

Gen SN95；广州高创化工提供的苯乙烯-丙烯酸类的树脂型分散剂9300、HD62。

7.根据权利要求1或6所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的分散剂为通过研磨作用分散颜料所使用的分散剂以及墨水中后加入的颜料分散剂；

所说的通过研磨作用分散颜料所使用的分散剂为树脂型分散剂，为苯乙烯-丙烯酸树脂，其分子量优选为10000以上，25,000以下；所说的墨水中后加入的颜料分散剂为苯乙烯-丙烯酸类的树脂型分散剂和聚氨酯类的分散剂的组合物。

8.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的杀菌剂为苯甲酸钠、五氯酚钠、2-吡啶硫醇-1-氧化钠、山梨酸钠、脱氢乙酸钠以及1，2-苯丙异噻唑啉-3-酮的至少一种。

9.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的pH调节剂是氨水、三乙胺、三乙醇胺、氢氧化钾、氢氧化钠、N，N-二甲基乙醇胺中的至少一种。

10.根据权利要求1所说的一种快速喷墨记录用黑色墨水组合物，其特征在于所说的黑色颜料使用三菱化学公司的MA-7；所说的渗透剂使用2-吡咯烷酮、二乙二醇丁醚和三乙二醇丁醚；所说的保湿剂使用丙三醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、1，2-己二醇、1，2，6-己三醇、三甘醇；所说的表面活性剂为非离子表面活性剂，选用Surfynol系列、Dynol系列、BYK系列和EFKA系列中的至少一种；所说的分散剂为通过研磨作用分散颜料所使用的分散剂以及墨水中后加入的颜料分散剂，通过研磨作用分散颜料所使用的分散剂选用巴斯夫公司的产品Joncryl系列、Joncryl67或Joncryl671，墨水中后加入的颜料分散剂选用Joncryl67、JEFFSPERSE X3204以及

Gen SN 95的组合物；所说的杀菌剂选用1，2-苯丙异噻唑啉-3-酮；所说的pH调节剂使用三乙醇胺。