CN102653645A - 黑色墨水组合物 - Google Patents

Abstract

一种黑色墨水组合物，包括：(A)自分散性黑色颜料；(B)小于1重量％的二醇醚类化合物；(C)溶剂；以及(D)水。本发明的颜料型黑色墨水组合物，不含表面活性剂，可用于喷墨打印系统，对于墨水在喷头材料间的相容性良好，提升墨水润湿性及墨水快干功能，使打印图像良好且打印质量稳定。

Description

黑色墨水组合物

技术领域

本发明涉及一种黑色墨水组合物，特别是一种不含表面活性剂的黑色墨水组合物。

背景技术

喷墨打印技术是一种非撞击式打印技术(non-impact printing)，其技术特性需求包含：需提供鲜明(sharp)、无毛边(non-feathering)的图像，具有良好的水洗牢度(water-fastness)、日光牢度(light-fastness)、光学密度(optical density)，快干与储存稳定性佳，打印流畅性佳，不阻塞喷头(non-clogging)等等。

一般而言，墨水的表面张力和黏度，对于喷墨的射出速度、墨滴的间隔距离、墨滴大小和喷墨时墨滴流的稳定有很大的影响。颜料型喷墨墨水应用于喷墨打印系统时，全部是通过使用表面活性剂来控制表面张力。例如，美国专利US 6,695,443揭示一种墨水配方，同时含有阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；美国专利US 6,737,449揭示一种配方，同时含有乙炔乙二醇(acetylene glycol)表面活性剂，但上述专利所添加的表面活性剂不易分解且污染环境，增加自然界的负担。在建议添加表面活性剂的已知技术中，美国专利US 6,004,389揭露一种墨水配方，同时含有聚氧乙基甘油醚(polyoxyethyl glycerin ether)化合物，包括二乙二醇单丁醚(diethylene glycol mono-n-butyl ether)、三乙二醇单丁醚(triethylene glycol mono-n-butyl ether)、丙二醇单丁醚(propylene glycol mono-n-butyl ether)或二丙二醇单丁醚(dipropyleneglycol mono-n-butyl ether)，但所述专利所添加的聚氧乙基甘油醚含量大于3重量％，且实际上需搭配表面活性剂使用，然而，根据所述专利的教导添加聚氧乙基甘油醚，却使墨水更容易渗入打印纸中，造成墨滴容易在纸基材上晕开而模糊，影响打印图像质量。

因此，如何有效解决墨水易渗入打印基质中造成打印图像晕开模糊等问题，是目前亟欲解决的课题。

发明内容

为实现上述及其他目的，本发明提供一种黑色墨水组合物，包括：(A)自分散性黑色颜料；(B)以所述组合物总重量计，小于1重量％的二醇醚类(glycol ether)化合物；(C)溶剂；以及(D)水。

本发明的自分散性黑色颜料指碳黑(carbon black)(Color Index颜料黑7，也称为PBk7)，且所述碳黑经处理而键结有至少一种选自羰基、羧基、羟基、磺酰基、或其盐的官能团。

此外，不同于需添加非离子型表面活性剂、乙氧基化非离子型氟表面活性剂或含硅表面活性剂的上述专利墨水组合物，本发明的黑色墨水组合物不含表面活性剂，不会对生物及环境造成危害。相对地，本发明的黑色墨水组合物主要通过二醇醚类化合物实现本发明的目的，其中，所述二醇醚类化合物选自乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚及二丙二醇甲醚中的一种或多种。此外，所述二醇醚类化合物占所述黑色墨水组合物的0.1至1重量％，以使所述组合物的表面张力范围介于47至54mN/m。

本发明的黑色墨水组合物具有相对较高的表面张力，可有效解决已知墨水的过度渗透，改善打印效果，提升图像质量，其次，本发明使用的二醇醚类化合物除可调整表面张力外，也可湿润喷头，使所述墨水与喷头更为相容，还使墨水具有快干及维持墨水的稳定性等优点。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明实施方式，该领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易了解本发明的优点及功效。本发明还可通过其它不同的实施方式实施或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明所揭示的精神下赋予不同的修饰与变更。

本发明提供一种黑色墨水组合物，包括：(A)自分散性黑色颜料；(B)以所述组合物总重量计，小于1重量％的二醇醚类(glycol ether)化合物；(C)溶剂；以及(D)水。

前述黑色墨水组合物中，可使用的黑色颜料可为任何市面上能购得的碳黑颜料，适用于本发明的碳黑颜料例如哥伦比亚(ColumbianChemicals Company)、三菱、德固萨(Evonik Degussa)公司购得的碳黑，且所述碳黑经处理而键结有至少一种选自羰基、羧基、羟基、磺酰基、或其盐中的官能团。一般而言，所用黑色颜料的含量，以组合物总重量计，为1至10重量％，优选3至6重量％。

本发明黑色墨水组合物中，还可包括渗透剂、保湿剂或其混合物。适用的渗透剂包含但非限于N-甲基吡咯烷酮、1，3-丁二醇，并可选自由前述化合物所组成的组中的一种或多种。而适用的保湿剂的实例，较常见的为甘油、二甘醇。

本发明黑色墨水组合物中所用的渗透剂的含量，以组合物总重量计，可为2至20重量％，优选5至20重量％，更优选5至15重量％。当使用的渗透剂为N-甲基吡咯烷酮时，用量可为5至15重量％；当使用的渗透剂为1，3-丁二醇时，用量可为2至10重量％，优选2至8重量％。

本发明黑色墨水组合物中所用的保湿剂的含量，以组合物总重量计，可为2至10重量％，尤其当使用的保湿剂为甘油时，其含量优选2至8重量％；当使用的保湿剂为二甘醇，所用的含量可为5至20重量％，优选10至18重量％。

为实现本发明的目的，所述黑色墨水组合物中含有小于1重量％的二醇醚类化合物，其中，所述二醇醚类化合物选自乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚及二丙二醇甲醚中的一种或多种，并优选乙二醇单丁醚(ethyleneglycol mono-butyl ether)。就含量而言，本发明的黑色墨水组合物含有至少约0.1重量％的二醇醚类化合物，另一方面，所调配的黑色墨水组合物的表面张力范围介于47至54mN/m。

本发明的黑色墨水组合物中，除上述成分外，余量为水，通常，水是一般使用的水，例如可以是纯水、去离子水或蒸馏水。

本发明的黑色墨水组合物还可包括其他添加剂。所述添加剂例如可为杀菌剂，例如：钮西柏(NUOSEPT；NudeX，Inc.，a division of HulsA merical所售)、优卡赛(UCARCIDE；Union Carbide所售)、凡赛(VANCIDE；RTVanderbiltCo.所售)及普若西乐(PROXEL XL2；ICIAmericas所售)。

添加剂并非必须添加，可以视实际需要添加或不添加，添加剂的浓度范围亦无特殊限制。当添加杀菌剂时，用量优选0.1至0.5重量％。

以下通过特定的具体实施例进一步说明本发明的特点与功效，但非用于限制本发明的范畴。

实施例

制备例黑色墨水组合物的配制

以下根据表1及表2所示墨水组成分的含量，分别于室温下搅拌混合，制得本发明的黑色墨水组合物实施例1至28。墨水的各组成成分的量的单位为重量百分比(wt％)。

表1 墨水组合物的成分

表2 墨水组合物的成分

GLY：甘油(试剂级)

1，3-BG：1，3-丁二醇(试剂级)

NMP：N-甲基吡咯烷酮(试剂级)

DEG：二乙二醇(试剂级)

EGMBE：ethylene glycol mono-butyl ether(试剂级)

Proxel GXL：杀菌剂(ICI公司)

J1008503：碳黑颜料(永光产品：BK-A15)

浊点测试

以水取代前述实施例配方中的碳黑颜料，以便于观察。本测试例还以美国专利US 6,004,389揭露的墨水配方作为比较例样品，并测试其浊点温度，所述专利中含表面活性剂与不含表面活性剂的组成如下表3所示。

测量时，全部取50克样品，接着由室温加热样品至105℃，其间观察样品溶液出现混浊的温度。

表3 美国专利US 6,004,389的墨水配方

结果显示，本发明的黑色墨水组合物与所述专利不含表面活性剂的墨水配方，其浊点温度都大于100℃，而含表面活性剂的原始配方的浊点温度则约21℃，本发明的黑色墨水组合物的稳定性良好，可避免墨水受热时成分间无法互溶而析出。

润湿力(渗透力)测试

将本发明的黑色墨水组合物样品与前表3美国专利US 6,004,389的墨水配方的液滴分别滴于表面覆有蜡膜和无蜡膜的玻璃基材表面，并利用接触角测定仪测量液滴与基材的接触角度。结果如下表4所示。

表4 涂蜡基材试验

	接触角	底面直径	表面张力
				比较例1原始配方	27.88	8.22	27.5
比较例2无表面活性剂的配方	51.17	6.93	36.7
				实施例19	78.54	6.40	52

表5 未涂蜡基材试验

	接触角	底面直径	表面张力
				比较例1原始配方	9.11	11.76	27.5
比较例2无表面活性剂的配方	17.03	10.56	36.7
				实施例19	43.34	8.58	52

如表4和表5所示，无论在涂蜡或未涂蜡的玻离基材上，本发明的黑色墨水组合物都具有较大的接触角，即与所述基材有较小的接触面积，不易在基材上晕开。因此，相较于美国专利US 6,004,389的墨水配方，本发明的墨水组合物具有较高的表面张力，在打印时不会因墨滴容易渗入基材而使图像晕开模糊。此外，在悬垂液滴测试上，本发明的黑色墨水组合物因内缩力较大，故可于针管下开口形成体积较大的液珠，相对地已知墨水则容易受到外力影响，在移动打印喷头时飞溅喷洒，造成所谓的卫星喷点(satellite drop)。

字母分辨率测试

1.使用HP公司的#27原厂墨水、本发明的黑色墨水及比较例1及2的样品，以字元点数“2”为主要观测大小，以英文字母B、M及R打印于纸张上，其中，前述每一实施例及比较例的墨水样品分别打印于paper On、double A及HP Office等品牌的纸上供后续测试。

2.利用显微镜将观察到的打印状况拍摄下来，并将结果记录于附件中。

线段分辨率测试

1.使用HP公司的#27原厂墨水、本发明的黑色墨水及比较例1及2的样品分别打印于paper On、double A及HP Office等品牌的纸上供后续测试。

2.以线宽点数“0.01”为主要观测大小，利用线宽检测仪(QualityEngineering Associates，Inc PERSONAL IAS)检测三次，以三次平均值为数值，结果如下表6所示。

表6 分辨率测试结果

	字母分辨率	线段分辨率
			#27墨水	◎	◎
比较例1	△	△
			比较例2	○	○
实施例19	☆	☆

☆表示最佳；◎表示次佳；○表示良好；△表示稍差

如附件及表6结果显示，在打印字体周围的卫星点与毛边方面，相较于#27墨水及美国专利US 6,004,389的墨水配方，本发明的黑色墨水组合物所打印的卫星点或毛边明显少于已知墨水，具有较佳的分辨率。由此可证明，具有较高表面张力的墨水液滴较容易与基材呈现小的接触面积，使墨水不易渗入纸张，具有高分辨率。而线宽分辨率部分，本发明的黑色墨水所打印的线宽在三种纸上全部具有较细小的线宽，分辨率较佳。此结果与上述字母分辨率测试结果一致，本发明黑色墨水组合物的打印质量相当良好。

综上，本发明的黑色墨水组合物用于喷墨打印时，由于具有较高的表面张力，不易于打印基材上晕开，且具有较细小的线宽，分辨率佳，不会造成图像模糊，具有良好的打印效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何该领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，该领域技术人员在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由权利要求书范围所涵盖。

附件：字母分辨率测试

分辨率测试，字元2字母B

分辨率测试，字元2字母M

分辨率测试，字元2字母R

Claims (10)

1.一种黑色墨水组合物，包括：

(A)自分散性黑色颜料；

(B)小于1重量％的二醇醚类化合物；

(C)溶剂；以及

(D)水。

2.如权利要求1所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述黑色颜料为碳黑。

3.如权利要求1所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述二醇醚类化合物为选自由乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚及二丙二醇甲醚所组成的组中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述二醇醚类化合物占所述黑色墨水组合物的0.1至1重量％。

5.如权利要求1所述的黑色墨水组合物，其特征在于，进一步包括渗透剂、保湿剂或其混合物。

6.如权利要求5所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述渗透剂包括选自由N-甲基吡咯烷酮及1，3-丁二醇所组成的组中的一种或多种。

7.如权利要求5所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述保湿剂包括选自由甘油及二甘醇所组成的组中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述组合物的表面张力范围介于47至54mN/m。

9.如权利要求8所述的黑色墨水组合物，其特征在于，所述黑色墨水组合物不含表面活性剂。

10.如权利要求9所述的黑色墨水组合物，所述二醇醚类化合物为选自由乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚及二丙二醇甲醚所组成的组中的一种或多种。