CN104725929A - 水性可分散聚合物墨水 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于可变数据平版印刷或喷墨打印的墨水组合物或墨水浓缩物，包括纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物的共混物，其中该聚合物或该共混物的聚合物在100℃以下的温度下是水分散性的；并且固含量是总重量的大于25％的量。

Description

水性可分散聚合物墨水
技术领域
本公开涉及在基底如纸、塑料、金属或其它可印刷材料上印刷图像的墨水。特别地，本公开涉及特别适于成像或喷射到中间基底上的水性可分散聚合物墨水。
背景技术
常规的水性热喷墨或压电水性墨水已经发现会造成折皱、弯曲和/或透印，这在普通纸上打印时很容易看出，特别是如果墨水中的水量超过50重量％。同样，在非多孔基底上印刷需要具有掺入的粘合剂的专用墨水制剂以及干燥系统，这常常会限制印刷速度并提高了每次打印的成本。
许多方法已经用于扩大水性墨水的印刷范围，包括在基底上使用疏水性和/或凝结的底涂层。使用底涂层提高了印刷系统的成本和复杂性，并且不能普遍适用于所有类型的基底，包括普通纸和涂布纸。
发明内容
需要设计为在多种基底上提供改善的印刷品质的水基墨水组合物。还需要一经静置无需搅拌并且在对其上印刷该墨水的基底进行最小加热的情况下能够成膜的改善的墨水。此外，需要在低墨水制造成本下在多种基底上实现优异的印刷性能的印刷技术。
提供了包含作为纳米尺寸粒子的可分散聚合物或聚合物共混物的高固含量水性墨水。水基墨水降低了墨水成本，扩展了市场应用，而纳米尺寸粒子能实现高图像性能、薄图像层，并在使用中间辊或带时改善可转移性。根据实施方案的墨水的可分散聚合物自聚结以在干燥时形成坚固的膜。
提供了墨水基数字印刷的方法。在一个实施方案中，方法可包括在具有胶印结构的墨水基数字印刷系统中将低水含量水性墨水的薄膜施加到中间成像构件上。低水含量可以定义为低于75重量％、或低于60重量％、或低于50重量％的水。方法可包括从喷墨或压电系统将低水含量水性墨水的薄膜直接施加到基底上。
在一个实施方案中，用于使用中间基底的可变数据胶印或喷墨打印方法的墨水组合物或墨水浓缩物可以包括纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物的共混物，其中该聚合物或该共混物的聚合物在低于100℃的温度下是水分散性的；并且总固含量为大约25％或更大的量。在一个实施方案中，总固含量是25％至大约50％的量。在另一个实施方案中，总固含量大于50％。在另一个实施方案中，该墨水是水稀释的，并且总固含量是大约4％至大约25％的量。
在一个实施方案中，该聚合物或共混物包含选自磺化苯乙烯、苯乙烯、磺化聚酯、羧基-聚酯、聚酯、磺化苯乙烯、苯乙烯、二醇、多官能二醇、醇、多官能醇、酸和盐的组分。该聚合物或该聚合物共混物的聚合物可以具有5000至20,000的分子量。在一个实施方案中，该聚合物或该聚合物共混物的聚合物可以包含在20至50℃的温度下以小于10％的量可溶于水且以小于30％的量可溶于非水性液体载体的部分。
在一个实施方案中，该纳米粒子聚合物或该共混物的聚合物在高于70至95℃的温度下可以是基本可溶的。在另一个实施方案中，该聚合物或该聚合物共混物的聚合物可以包括不饱和官能团。该不饱和官能团可以包括助溶剂，该助溶剂具有大约15达因/厘米至大约40达因/厘米的表面张力，该助溶剂选自醇、二醇、烷基吡咯烷酮、异丙醇、酮类甲基乙基酮、氨基醇和DMSO。
在一个实施方案中，该纳米粒子聚合物的尺寸可以小于1微米，或小于500纳米，或小于200纳米，或小于20纳米或是形成双峰或三峰分布的纳米粒子的混合物。在一个实施方案中，该墨水的固含量可以包括以下的一种或其混合物：纳米粒子聚合物树脂、无机粒子、二氧化硅、颜料、盐、二糖苷、缓冲剂或湿润剂。
在一个实施方案中，墨水组合物可以包含粒度为5至200纳米的自分散颜料，其中该颜料是化学改性的或树脂包覆的。固含量可以包括形成纳米粒子聚合物的包覆自分散颜料的树脂。在另一个实施方案中，该墨水组合物可以包括表面活性剂。在一个实施方案中，用于包覆颜料的树脂可以是颜料与包覆树脂合并重量的9％至66％。
在一个实施方案中，该墨水组合物在20℃至50℃的温度范围内可以具有大约10厘泊至大约1,000,000厘泊的墨水粘度。在另一个实施方案中，该墨水组合物在10℃至大约90℃的温度下在损失0至80％液体载体后可以具有10,000厘泊至1,000,000,000厘泊的墨水粘度。
在一个实施方案中，墨水粘度在20℃至50℃的温度范围内可以为大约2厘泊至大约10厘泊。在一个实施方案中，该聚合物或聚合物共混物可以具有大约50℃至大约90℃的临界相分离温度。
在一个实施方案中，该墨水的表面张力在25℃下或在20至50℃温度范围内为15至40达因/厘米。在一个实施方案中，密度范围可以是大约0.95至1.3或1.1至1.2克/毫升。
在一个实施方案中，使用高固含量墨水印刷的方法可以包括将具有纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物共混物的墨水施加到中间转印构件上，其中该聚合物或该共混物的聚合物是水分散性的；并且固含量是大约5重量％至大约50重量％的量。在该方法中，中间转印构件可以具有大约18达因/厘米至大约25达因/厘米的表面张力。在一个实施方案中，该中间转印构件可以包括有机硅或氟代有机硅。
在一个实施方案中，方法可以包括在高于上临界相分离温度的墨水温度下施加该墨水，上临界相分离温度为大约30℃至大约50℃；冷却在该中间转印构件上的墨水；和将该墨水从中间转印构件转印到可印刷基底上。该基底可以是墨水基数字印刷系统的成像构件。在一个实施方案中，施加可以包括形成具有大约15达因/厘米至大约40达因/厘米的表面张力的薄膜。在另一个实施方案中，该方法可以包括在施加前用水稀释该墨水，由此该墨水的固含量小于25重量％，或为5重量％至25重量％，该施加进一步包括从喷墨打印头喷射稀释的墨水。
本文中描述了示例性实施方案。但是可以预见的是，该示例性实施方案的范围与精神涵盖包含本文中所述系统的特征的任何系统。
附图说明
图1显示了相关技术的墨水基数字印刷系统的侧视图；
图2显示了相关技术的水性墨水转印定影(transfix)印刷系统的侧视图；
图3显示了使用根据实施方案的高固含量墨水印刷的方法。
具体实施方式
示例性实施方案意在覆盖可以包括在本文中所述装置与系统的精神与范围内的所有替代、修改和等同物。
与数量结合使用的修饰语“大约”包含所述值并具有由上下文规定的含义(例如其至少包括与特定数量的测量相关的误差度)。当用于特定值时，其也应当视为公开了该值。
参照附图以适于理解实施方案的墨水、方法与系统。在附图中，类似的附图标记在通篇中用于标记相似或相同的元件。
根据实施方案的水性墨水适于使用网纹辊和喷墨墨水输送子系统的墨水基数字印刷，并还通常有利地适于喷墨打印。根据实施方案的水性墨水是可辐射固化的，并且可以配制为可喷射的，并可用于采用加热干燥子系统的喷墨系统。此外，根据实施方案的水性墨水可用于包括间接印刷或胶版印刷的墨水基数字印刷。
例如，在本文中描述了具有用于实施方案的墨水的网纹辊墨水输送子系统的墨水基数字印刷系统。2011年4月27日由Stowe等人提交的题为“Variable Data Lithography System”的美国专利申请号13/095,714(“714申请”)在图1中描述了用于墨水基数字印刷的示例性可变数据光刻系统。这里提供了对图1中显示的示例性系统100的一般描述。关于图1的示例性系统100中所示单个部件和/或子系统的另外的细节可以在714申请中找到。
如图1中所示，该示例性系统100可以包括成像构件110。图1中显示的实施方案中的成像构件110是鼓，但是该示例性描述不应解释为排除其中该成像构件110包括鼓、板或带或另一目前已知或今后开发的构造的实施方案。该可重复成像的表面可以由尤其包括例如通常称为有机硅(包括聚二甲基硅氧烷(PDMS))的一类材料的材料形成。例如，可以使用有机硅、氟代有机硅和/或VITON。该可重复成像的表面可以由安装层上的相对薄的层形成，选择相对薄的层的厚度以平衡印刷或标识性能、耐久性和可制造性。
该可重复成像的表面可以由复合材料形成，所述复合材料含有补强、或者热或电传导性粒子，或含有改变表面的表面能的粒子。该复合可重复成像的层可以调节至能满足成像、部分除水、墨水润湿性或其它印刷要求。可以包含到可重复成像的复合材料表面中的粒子包括金属氧化物、炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管和金属氧化物纳米管。
该成像构件110用于在转印辊隙112处将墨水图像施加到图像接收介质基底114。转印辊隙112由作为图像转印机构160的一部分的加压辊118形成，所述加压辊118在成像构件110的方向上施加压力。图像接收介质基底114不应被认为限制于任何特定的组成，例如纸、塑料或复合片材膜。示例性系统100可用于在多种图像接收介质基底上产生图像。714申请还说明了可以使用的多种标识(印刷)材料，包括颜料密度大于10重量％的标识材料。如714申请所做的那样，本公开将使用术语墨水来称呼多种印刷或标识材料，以包括通常被理解为是墨水、颜料和可以通过示例性系统100施加以在图像接收介质基底114上产生输出图像的其它材料的那些材料。
该714申请描述和说明了成像构件110的细节，包括该成像构件110由在结构安装层上形成的可重复成像的表面层组成，该结构安装层可以是例如圆柱形芯，或在圆柱形芯上的一个或多个结构层。
该示例性系统100包括通常包含一系列辊的润版液系统120，其可以视为润版辊或润版单元，用于用润版液均匀地润湿成像构件110的可重复成像的表面。润版液系统120的目的是向该成像构件110的可重复成像的表面输送润版液的层，该层通常具有均匀和受控的厚度。如上所述，已知润版液如润版药水可以主要包含水，并如下文更详细地描述的那样任选加入少量的异丙醇或乙醇以减少表面张力以及降低支持随后的激光制图所需的蒸发能。还可以向该润版药水中加入少量的某些表面活性剂。或者，可以使用其它合适的润版液以提高墨水基数字光刻系统的性能。示例性的润版液包括水、Novec7600(1，1，1，2，3，3-六氟-4-(1，1，2，3，3，3-六氟丙氧基、)戊烷并具有CAS#870778-34-0)和D4(八甲基环四硅氧烷)。其它合适的润版液公开在例如2011年10月28日提交的题为“DAMPENING FLUID FOR DIGITALLITHOGRAPHIC PRINTING”的共同未决的美国专利申请13/284,114中。
一旦该润版液计量添加到成像构件110的可重复成像的表面上，可以使用传感器125测量润版液厚度，该传感器125可以提供反馈以通过润版液系统120控制润版液向该成像构件110的可重复成像的表面上的计量添加。
在通过润版液系统120在该成像构件110的可重复成像的表面上提供精确和均匀量的润版液后，可以使用光学图案化子系统130，通过使用例如激光能量的依图像图案化该润版液层，从而在均匀的润版液层中选择性形成潜像。通常，该润版液将不会有效地吸收光能(IR或可见)。该成像构件110的可重复成像的表面应理想地吸收由靠近该表面的光学图案化子系统130所发射的大部分激光能量(可见或不可见，如IR)以尽量减少加热润版液时浪费的能量，并尽量减少热的横向发散，以便保持高空间分辨能力。或者，可以向润版液中添加适当的辐射敏感组分以辅助吸收入射的辐射激光能量。虽然在上文中光学图案化子系统130被描述为激光发射器，但是，要理解的是，多种不同的系统可用于输送光学能量以图案化该润版液。
在714申请中参照图5详细描述了该示例性系统110的光学图案化子系统130进行的图案化过程中的工作机理。简而言之，施加来自光学图案化子系统130的光学图案化能量使得选择性去除了部分润版液层。
在通过光学图案化子系统130图案化该润版液层后，将成像构件110的可重复成像的表面上的图案化层提供到墨棒子系统140。该墨棒子系统140用于在润版液层和成像构件110的可重复成像的表面层上施加均匀的墨水层。该墨棒子系统140可以使用网纹辊以将胶版印刷墨水计量施加到一个或多个墨水形成辊上，所述墨水形成辊与该成像构件110的可重复成像的表面层接触。单独地，该墨棒子系统140可以包括其它传统元件，如一系列计量辊以向可重复成像的表面提供精确的墨水进料速率。该墨棒子系统140可以将墨水沉积到表现可重复成像的表面的成像部分的袋，而在润版液的未格式化部分上的墨水将不会粘接到这些部分上。
驻留在成像构件110的可重复成像的层中的墨水的粘着性和粘度可以通过多种机制来改变。一种此类机制可以涉及使用流变性(复合粘弹性模量)控制子系统150。该流变性控制系统150可以在可重复成像的表面上形成墨水的部分交联芯，以例如提高墨水相对于可重复成像的表面层的粘合强度。固化机制可以包括光学或光固化、热固化、干燥或各种形式的化学固化。冷却也可用于经由多种物理冷却机制以及经由化学冷却来改变流变性。
该墨水随后从成像构件110的可重复成像的表面使用转印子系统160转印到图像接收介质114的基底上。当基底114通过成像构件110与加压辊118之间的辊隙，使得成像构件110的可重复成像的表面的孔隙内的墨水与基底114物理接触时，发生转印。由于墨水的粘附性已经通过流变性控制系统150改变，改变的墨水粘附性导致墨水粘附到基底114上并与成像构件110的可重复成像的表面分离。小心控制转印辊隙112处的温度与压力条件可以使得墨水从成像构件110的可重复成像的表面向基底114的转印效率超过95％。虽然可能一些润版液还会润湿基底114，此类润版液的体积将是最小的，并将快速蒸发或被基底114吸收。
在某些胶印光刻系统中，应当认识到，胶印辊(图1中未显示)可以首先接收墨水图像图案并随后根据已知的间接转印法将该墨水图像图案转印到基底。在将大部分墨水转印到基底114后，必须从成像构件110的可重复成像的表面上除去任何剩余墨水和/或剩余润版液，优选不刮擦或磨碎该表面。可以使用气刀除去剩余润版液。但是，预期会残留一定量的墨水残余物。去除此类残留的墨水残余物可以通过使用一定形式的清洁子系统170来实现。714申请描述了此类清洁子系统170的细节，该清洁子系统170包括至少第一清洁构件，如与成像构件110的可重复成像的表面物理接触的粘性或黏性构件，该粘性或黏性构件除去剩余墨水和来自成像构件110的可重复成像的表面的润版液的任何残留的少量表面活性剂化合物。该粘性或黏性构件随后可以与光滑辊接触，剩余墨水可以从该粘性或黏性构件转印到该光滑辊上，墨水随后通过例如刮墨刀从该光滑辊上剥离。
714申请详细描述了其它机制，通过这些机制可以促进成像构件110的可重复成像的表面的清洁。但是，无论清洁机制如何，从成像构件110的可重复成像的表面上清洁剩余墨水与润版液对于在提出的系统中防止重像是必不可少的。一旦清洁，将成像构件110的可重复成像的表面再次提供至润版液系统120，由此将新鲜的润版液层供给到成像构件110的可重复成像的表面，并重复该过程。
虽然图1显示了示例性印刷系统，实施方案的墨水可以通过该系统使用，其它印刷方法和系统也可获益于使用根据实施方案的墨水。根据实施方案的墨水可用于相关技术的印刷，无论是上文已经公开的墨水基数字印刷还是目前已知或今后开发的喷墨打印，包括间接或胶版印刷。例如，根据实施方案的墨水可用于使用喷墨打印系统与方法的印刷(如图2中显示的系统)，所述系统与方法使用中间转印表面。
特别地，图2显示了转印定影水性墨水印刷系统，采用该系统，可以有利地实施实施方案的墨水与方法。图2显示了中央成像滚筒201。布置打印头205(其可以是适于喷射水性墨水的喷墨打印头)以便将墨水直接喷到中间基底或成像构件205的表面上。
该水性墨水可以喷射到通过润版液计量添加系统209施加的润版液层中。在将墨水直接喷射到成像滚筒201上之后，可以使该筒旋转并将喷射的墨水转移到干燥系统211。该干燥系统211可以构造为干燥喷射的墨水，由此调节墨水的粘度，以便准备将墨水转印至另一基底。随后，喷射并干燥的墨水在由中央成像滚筒与单独构件形成的辊隙217处接触转印。该墨水可以在辊隙217处转印至诸如纸的基底。使用根据实施方案的墨水，该墨水可以以有利的高效率转印。
如上所述，可用于墨水基数字胶版印刷的墨水必须具备满足墨水基数字印刷系统(如图1中显示的系统)特定要求的物理和化学性质。该墨水必须与和它接触的材料相容，所述材料包括成像板和润版液，以及可印刷基底如纸、金属或塑料。该墨水还必须满足由子系统结构和材料组所限定的润湿和转印性质决定的所有子系统功能要求。
为墨水基数字印刷配制的墨水，或数字胶印墨水，在许多方面不同于为印刷应用开发的其它墨水(包括着色溶剂、UV凝胶墨水和其它墨水)。例如，数字胶印墨水含有高得多的颜料，并因此在室温下具有比其它墨水更高的粘度，这使得难以通过网纹辊或喷墨系统输送墨水。数字胶印墨水不应导致成像构件表面膨胀，并应当与润版液的选择兼容。根据实施方案的可水稀释的墨水和经水稀释的墨水包括满足此类要求的数字胶印丙烯酸酯墨水。
根据含水墨水实施方案的数字胶印墨水在润版液如D4中与相关技术的墨水相比具有低得多的溶解度。同样，实施方案的数字胶印墨水不会倾向于使墨水基数字印刷系统(如图1中显示的系统)中使用的含有机硅成像构件表面层膨胀，所述表面层可以是有机硅、氟代有机硅或含VITON的成像板或毯。
根据实施方案的墨水是一种具有例如大于25％的高固含量和小于75％的低水含量的可分散聚合物墨水。例如，根据实施方案的墨水组合物具有小于60％的水含量，并可以包含纳米粒子，该纳米粒子是聚合物和/或聚合物共混物。水性墨水能够尽量降低墨水制造成本，并因其低毒性和扩大的市场应用为某些消费者优选，而纳米尺寸粒子能够实现高品质图像性能、薄图像层和改善的转印能力。
该墨水组合物中的百分比固体可以包含下列的一种或其混合物：纳米粒子聚合物树脂、无机粒子、二氧化硅、颜料、盐、二糖苷、缓冲剂或湿润剂。实施方案中的墨水中的固体装载含量可以为25％至大约50％。在其它实施方案中，该墨水组合物可以作为墨水浓缩物处理，并用水稀释以获得大约4％至大约25％的固体装载含量，如果该墨水通过喷墨打印输送至中间基底表面，这可能是优选的。
根据实施方案的墨水的可分散纳米粒子聚合物包括在干燥时自聚结以形成牢固膜的聚合物。示例性聚合物包括：聚酯、聚苯乙烯、磺化聚苯乙烯、磺化聚酯、聚氯酯弹性体和聚合物混合物。
可分散聚合物墨水基本不需要表面活性剂，并且基本不需要分散剂来分散。根据实施方案的聚合物墨水可以含有纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物的共混物，并在20至50℃的温度范围内是水分散性的。用于平版印刷或喷墨打印的温度范围在该温度范围内。该纳米粒子聚合物的一部分(小于10％)可以在20至50℃的温度范围内溶解在该墨水制剂中。
为了消除将高固含量的低水含量墨水直接喷射到可印刷基底上所带来的挑战(因为高粘度或需要提高喷射温度)，根据实施方案的墨水可以作为薄膜施加到中间转印构件上。该墨水薄膜随后转印到可印刷基底上。例如，图1中显示的系统可用于用根据实施方案的墨水印刷。该墨水可以在喷射到中间转印过程之后基本或完全干燥，接着施加到可印刷基底上。例如，该墨水可以使用空气流、IR加热器和/或基底或接触该基底的印刷系统部件的受控加热来干燥。
根据实施方案的墨水在转印到中间转印构件时包括具有有利的润湿性质的低水含量墨水。在一个示例性实施方案中，转印构件的表面可以具有大约18达因/厘米至大约25达因/厘米的临界表面张力。示例性表面材料可以包括有机硅(24达因/厘米)和氟代有机硅(19-24达因/厘米)或氟代弹性体(24-34达因/厘米)。根据实施方案的墨水包括低水含量墨水，除了水之外，其具有至少一种表面张力为大约15达因/厘米至大约30达因/厘米的助溶剂。示例性助溶剂包括异丙醇或类似的醇(22-23达因/厘米)、甲基乙基酮(23-25达因/厘米)和DMSO(25达因/厘米)。虽然这些实例适于例如在室温下印刷的墨水，如果例如加热该墨水以促进在墨水基数字印刷系统的中间构件或中央成像构件上的水蒸发的话，可以在更高温度下使用的其它助溶剂也是合适的。助溶剂的其它实例包括二醇、烷基吡咯烷酮和氨基醇。
用具有提高的润湿/释放性质的根据实施方案的墨水印刷的方法可以包括将低水含量墨水施加到具有例如氟代有机硅表面的中间构件或中央成像构件上。该墨水的表面张力可以通过使用固体表面活性剂或低浓度的液体表面活性剂来动态地调节。
合适的表面活性剂的实例包括离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性离子表面活性剂等等，以及其混合物。合适的表面活性剂的实例包括烷基聚环氧乙烷、烷基苯基聚环氧乙烷、聚环氧乙烷嵌段共聚物、炔属聚环氧乙烷、聚环氧乙烷(二)酯、聚环氧乙烷胺、质子化聚环氧乙烷胺、质子化聚环氧乙烷酰胺、聚二甲基硅氧烷共聚醇、取代的氧化胺等等，具体实例包括伯、仲和叔胺盐化合物如月桂胺、椰油胺、硬脂胺、松香胺的盐酸盐、乙酸盐；季铵盐类型化合物，如十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、苄基三丁基氯化铵、苯扎氯铵等等；吡啶盐类型化合物如氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基吡啶等等；非离子型表面活性剂如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基酯、乙炔醇、乙炔二醇；和其它表面活性剂如2-十七烷基羟乙基咪唑啉、二羟乙基硬脂胺、十八烷基二甲基甜菜碱和十二烷基二羟乙基甜菜碱；氟代表面活性剂；等等，以及其混合物。非离子型表面活性剂的另外的实例包括聚丙烯酸、methalose、甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯十二烷基醚、聚氧乙烯辛基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、二烷基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇，可以以IGEPAL CA-210TM、IGEPAL CA-520TM、IGEPAL CA-720TM、IGEPALCO-890TM、IGEPAL C0-720TM、IGEPAL C0-290TM、IGEPAL CA-21OTM、ANTAROX 890TM和ANTAROX 897TM获自Rhone-Poulenc。合适的非离子型表面活性剂的其它实例包括聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物，包括作为SYNPERONICTM PE/F出售的那些，如SYNPERONICTM PE/F 108。合适的阴离子型表面活性剂的其它实例包括硫酸盐和磺酸盐、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基萘硫酸钠、二烷基苯烷基硫酸盐和磺酸盐、酸如可获自Sigma-Aldrich的松香酸(abitic acid)，可获自DaiichiKogyo Seiyaku的NEOGEN RTM、NEOGEN SCTM，其组合等等。合适的阴离子型表面活性剂的其它实例包括DOWFAXTM 2A1，一种来自Dow ChemicalCompany的烷基二苯基醚二磺酸盐，和/或来自Tayca Corporation(日本)的TAYCA POWER BN2060，其是支链的十二烷基苯磺酸钠。合适的阳离子型表面活性剂的其它实例(其通常带正电荷)包括烷基苄基二甲基氯化铵、二烷基苯烷基氯化铵、月桂基三甲基氯化铵、烷基苄基甲基氯化铵、烷基苄基二甲基溴化铵、苯扎氯铵、溴化十六烷基吡啶、C12，C15，C17三甲基溴化铵、季铵化聚氧乙基烷基胺的卤化物盐、十二烷基苄基三乙基氯化铵、可获自Alkaril Chemical Company的MIRAPOLTM和ALKAQUATTM，可获自KaoChemicals的SANIZOLTM(苯扎氯铵)等等，以及其混合物。可以使用任意两种或更多种表面活性剂的混合物。
任选表面活性剂可以以任何所需或有效量存在，在实施方案中，该表面活性剂以基于墨水组合物总重量的大约0.01至大约5重量％的量存在。应注意的是，该表面活性剂在一些情况下称为分散剂。
合适的表面活性剂和润湿或分散剂还包括可获自Dow的TERGITOLTMN系列、可获自Dow的15-S系列、可获自Ashland的STRODEX PK-90，可获自Momentive Performance Materials的超铺展性Silwet表面活性剂如Silwet L77，可获自3M的氟化表面活性剂。合适的表面活性剂可以包括可获自BYK Chemie GmbH的聚醚改性聚二甲基硅氧烷BYK 333，聚丙烯酸共聚物的离子溶液BYK 381，聚醚改性的聚二甲基烷基硅氧烷BYK 307，和聚醚改性的聚甲基烷基硅氧烷。
合适的表面活性剂可以包括氟代表面活性剂，可获自3M的FC 4430与4432，以及可获自Du Pont，Ltd的ZONYL FSN。合适的表面活性剂包括来自Air Products的DYHOL 604，可获自ISP的Surfadone LP 100，可获自AirProducts的SURFYNOL 2502，可购自Degussa AG的TEGO GLIDE 410、TEGO GLIDE 100、TEGO FLOW 425、TEGO PROTECT 5000、TEGOPROTECT 5100、TEGO TWIN 4000、TEGO WET KL 245、TEGO WET 510、TEGOT WET 500、TEGO WET 270、TEGO WET 265和TEGO TWIN 4000。
合适的表面活性剂还可包括可购自Innovative Chemical Technologies的THETAWET FS8050，可购自BYK Chemie GmbH的BYK 347和BYKDYNWET 800，可购自Air Product的DYNOL 604和DYNOL 810，可购自SILTECH的SILSURF A004-AC-UP，可获自OMNOVA的POLYFOX136A、156A和151N，以及可购自Chemgaurd Chemical的CHEMGAURDS-764p。
可以配置根据实施方案的墨水，以便在从例如中间转印构件或直接-可印刷基底喷墨系统转印至可印刷基底之后获得提高的牢固性。特别地，根据实施方案的墨水可以包含可分散纳米粒子聚合物或聚合物共混物，其中该聚合物包含能够光固化最终的转印墨水膜以提高牢固性的一个或多个不饱和官能团。根据实施方案的墨水、该墨水组合物的纳米粒子聚合物或聚合物共混物可以包括高分子量水溶性聚合物。该可分散聚合物的分子量范围为5000至20,000。例如，示例性实施方案可以包括包含选自以下的组分的聚合物：磺化苯乙烯、苯乙烯、磺化聚酯、羧基-聚酯、聚酯、磺化苯乙烯、苯乙烯、二醇、多官能二醇、醇、多官能醇、酸及其盐。在实施方案中，可分散聚合物可以是尺寸小于1微米、或小于500纳米、或小于200纳米、或小于20纳米的纳米粒子。其它实施方案可以含有作为在相同范围内形成双峰或三峰分布的纳米粒子混合物的可分散聚合物。
在一个实施方案中，该墨水包含被可分散聚合物包覆或借助可分散聚合物聚集的颜料。在优选实施方案中，该颜料是自分散颜料。例如，合适的颜料包括黑色颜料、白色颜料、青色颜料、品红色颜料、黄色颜料等等。此外，颜料可以是有机或无机粒子。合适的无机颜料包括炭黑。但是，其它无机颜料可能是合适的，如氧化钛、钴蓝(CoO-Al2O3)、铬黄(PbCrO4)和氧化铁。合适的有机颜料包括例如：偶氮颜料，包括二偶氮颜料和单偶氮颜料，多环颜料(例如酞菁颜料，如酞菁蓝和酞菁绿)，苝颜料，环酮颜料，蒽醌颜料，喹吖啶酮颜料，二噁嗪颜料，硫靛蓝颜料，异吲哚啉酮颜料，皮蒽酮颜料和喹酞酮颜料)，不溶性染料螯合物(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，蒽嵌蒽醌颜料如PRl68，等等。
酞菁蓝和酞菁绿的代表性实例包括铜酞菁蓝、铜酞菁绿及其衍生物(颜料蓝15、颜料绿7和颜料绿36)。喹吖啶酮的代表性实例包括颜料橙48、颜料橙49、颜料红122、颜料红192、颜料红202、颜料红206、颜料红207、颜料红209、颜料紫19和颜料紫42。蒽醌的代表性实例包括颜料红43、颜料红194、颜料红177、颜料红216和颜料红226。
苝的代表性实例包括颜料红123、颜料红149、颜料红179、颜料红190、颜料红189和颜料红224。硫靛的代表性实例包括颜料红86、颜料红87、颜料红88、颜料红181、颜料红198、颜料紫36和颜料紫38。杂环黄的代表性实例包括颜料黄1、颜料黄3、颜料黄12、颜料黄13、颜料黄14、颜料黄17、颜料黄65、颜料黄73、颜料黄74、颜料黄90、颜料黄110、颜料黄117、颜料黄120、颜料黄128、颜料黄138、颜料黄150、颜料黄151、颜料黄155和颜料黄213。此类颜料可以以粉末或压饼形式购自许多来源，包括BASFCorporation、Engelhard Corporation和Sun Chemical Corporation。
可以使用的黑色颜料的实例包括碳颜料。碳颜料几乎可以是任何提供可接受的光学密度和印刷特性的市售碳颜料。适用于根据实施方案的系统与方法的碳颜料可以包括但不限于炭黑、石墨、玻璃碳、炭及其组合。此类碳颜料可以通过多种已知方法制造，如隧道法、接触法、炉法、乙炔法或热法，并可购自厂商如Cabot Corporation、Columbian Chemicals Company、Evonik和E.I.DuPont de Nemours and Company。
合适的炭黑颜料包括但不限于Cabot颜料，如MONARCH 1400、MONARCH 1300、MONARCH 1100、MONARCH 1000、MONARCH 900、MONARCH 880、MONARCH 800、MONARCH 700、CAB-O-JET 200、CAB-O-JET 300、REGAL、BLACK PEARLS、ELFTEX、MOGUL和VULCAN颜料；Columbian颜料如RAVEN 5000和RAVEN 3500；Evonik颜料如ColorBlack FW 200、FW 2、FW 2V、FW 1、FW18、FW S160、FW S 170、SpecialBlack 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4、PRINTEX U、PRINTEX 140U、PRINTEX V和PRINTEX 140V。上述颜料名单包括未改性的颜料颗粒、小分子附着的颜料颗粒和聚合物分散的颜料颗粒。还可以选择其它颜料，以及其混合物。该颜料粒度希望尽可能小，以能够使粒子稳定地胶体悬浮在液体载体中并在该墨水用于热喷墨打印机或压电喷墨打印机时防止堵塞墨水通道。
该着色剂可以以任何所需或有效量存在于该墨水组合物中。在实施方案中，该着色剂可以以基于可拉伸墨水组合物总重量的大约0.05％至大约15％、或大约0.1％至大约10％、或大约1至大约5％的量存在。因此，根据实施方案的墨水能够提高对中间转印和喷墨打印应用的颜料稳定性。
墨水在20至50℃的温度范围内可以具有大约10厘泊至大约1,000,000厘泊的粘度范围。该粘度范围适于数字胶版印刷和可以在10厘泊粘度范围内进行的高固体载量喷墨打印。在将墨水沉积到中间基底上之后，可以通过从该可分散聚合物墨水中除去水来改变流变性。损失液体载体的大约50至80％，墨水粘度可以提高几个数量级，达到10,000至1,000,000,000厘泊。采用更高的墨水粘度范围，转印效率可以显著改善至大于80％，或大于90％，或大于95％。
另外的墨水性质包括能够润湿中间基底的表面张力，和与固体装载含量小于25％且例如尤其小于4％的墨水相比相对提高的密度。墨水的表面张力在25℃下或在20至50℃的温度范围内为15至40达因/厘米。墨水密度取决于固含量载量，并且为大约0.95至1.3或1.1至1.2克/毫升。
在一个实施方案中，墨水组合物可以配置用于喷墨打印。例如，根据实施方案的墨水可以配置用于稀释，并具有水/助溶剂共混物和大约4％至大约20％的固体载量，以及2.5至15厘泊的粘度。在另一个实施方案中，固体载量可以为大约5％至大约25％，优选大于25％，例如大于25％和小于或等于50％。
根据实施方案的墨水组合物可以包含水和水溶性或水混溶性有机组分的混合物，所述有机组分称为助溶剂、润湿剂等等(下文中称为助溶剂)，如醇和醇衍生物，包括脂族醇、芳族醇、二醇、乙二醇醚、聚乙二醇醚、长链醇、脂族伯醇、脂族仲醇、1，2-醇、1，3-醇、1，5-醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、甲氧基化甘油、乙氧基化甘油、聚乙二醇烷基醚的高级同系物等等，其具体实例包括乙二醇、丙二醇、二乙二醇、甘油、二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、三羟甲基丙烷、1，5-戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇、3-甲氧基丁醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，4-庚二醇等等；同样合适的是酰胺、醚、脲、取代脲如硫脲、亚乙基脲、烷基脲、烷基硫脲、二烷基脲和二烷基硫脲，羧酸及其盐，如2-甲基戊酸、2-乙基-3-丙基丙烯酸、2-乙基-己酸、3-乙氧基丙酸等等，脂，有机硫化物，有机亚砜，砜(如环丁砜)，卡必醇，丁基卡必醇，溶纤剂，醚，三丙二醇单甲醚，醚衍生物，羟基醚，氨基醇，酮，N-甲基吡咯烷酮，2-吡咯烷酮，环己基吡咯烷酮，酰胺，亚砜，内酯，聚电解质，甲基磺酰基乙醇，咪唑，1，3-二甲基-2-咪唑烷酮，甜菜碱，糖如1-脱氧-D-半乳糖醇，甘露糖醇，肌醇等等，取代和未取代的甲酰胺，取代和未取代的乙酰胺，以及其它水溶性或水混溶性材料，以及其混合物。在实施方案中，该助溶剂选自乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、甲氧基化甘油、乙氧基化甘油及其混合物。
当选择水和水溶性或水混溶性有机液体的混合物作为液体载体时，水对有机物的比可以是任何合适或所需的比，在实施方案中为大约100∶0至大约30∶70，或大约97∶3至大约40∶60，或大约95∶5至大约60∶40。该液体载体的非水组分通常用作湿润剂或助溶剂，其具有高于水(100℃)的沸点。该墨水载体的有机组分还可以用于改变墨水表面张力、改变墨水粘度、溶解或分散着色剂、和/或影响墨水的干燥性质。
根据一个实施方案，墨水组合物可以包括具有落在大约50℃至大约90℃范围内的临界相分离温度的聚合物。当该墨水组合物转印到温度高于该临界温度的中间转印构件表面上时，墨水粘度降低，提高润湿。在冷却时该粘度提高，以便能够获得提高的转印。该墨水组合物还适于在高温下的喷墨打印。
根据实施方案的墨水可以在底涂层上印刷。该底涂层可以包含任何合适的化合物，所述化合物可以有助于干燥过程并产生具有更高印刷品质的图像。这例如可以通过聚结颜料和/或可分散聚合物以尽量减少早期干燥阶段中的成膜来实现。如果该墨水是阴离子性质的，该底涂层可以包含聚合物材料如聚亚烷基亚胺及其衍生物，如聚乙烯亚胺。含有季铵官能团或二价或三价金属盐的聚合物也是合适的。
如果需要的话，在该底涂层组合物中还可以包括另外的pH控制剂。适于本发明的底涂层的此类pH控制剂的实例包括但不限于酸；碱，包括碱金属的氢氧化物如氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾，磷酸盐，碳酸盐，羧酸盐，亚硫酸盐；胺盐；胺，如二乙醇胺和三乙醇胺；以及其混合物和类似物。
当存在时，优选以最高大约1重量％，优选大约0.01至大约1重量％的量包含该pH控制剂。适当选择pH控制剂可以改善聚集添加剂的效力。根据实施方案的墨水可以在底涂层上形成，从而导致颜料和可分散纳米聚合物在例如促进干燥的中间转印构件或中央成像构件表面上聚集。相反，相关技术的墨水形成吸收水的膜，并降低了干燥效果。根据实施方案的墨水组合物可以配置为形成具有例如大约15达因/厘米至大约40达因/厘米的临界表面张力的薄膜。
形成了根据实施方案的低水含量纳米粒子可分散聚合物墨水组合物。首先，形成钠代磺酸酯聚酯乳液。该乳液包括下列组分：对苯二甲酸二甲酯(388克)、间苯二甲酸二甲酯5-磺酸钠(44克)、丙二醇(302克)、二乙二醇(34.2克)、三羟甲基丙烷(3克)和单丁基氧化锡(0.8克)。
将各组分装载在装有机械搅拌器和蒸馏装置的1升的帕尔反应器中。所得混合物加热至175℃大约一小时。随后，该温度提高至185℃，混合物再加热三小时。随后将该温度提高至200℃，压力经大约两小时由大气压降低至大约0.5托，在此过程中在蒸馏接收器中收集过量的二醇。
该混合物排放到排水管底部，获得产物共聚(1，2-亚丙基-二亚丙基-对苯二甲酸酯)-共聚(1，2-亚丙基-二亚丙基-5-钠代磺基-间苯二甲酸酯)。该产物聚酯树脂具有大约54.6℃的玻璃化转变温度，通过使用聚苯乙烯作为标样的凝胶渗透色谱法测得的3,500克/摩尔的数均分子量(Mn)和9，160的重均分子量(Mw)。10克产物聚酯树脂随后与50克水一起在75℃下加热1小时以提供平均粒度为大约50纳米的磺化聚酯粒子在水中的乳液。
将包含Dowfax表面活性剂的水性青色颜料分散体(17％在水中)加热至80℃，并添加到干燥的固体钠代磺化聚酯树脂产物中。该混合物在室温下搅拌1小时。包含在各实施例组合物A-E中的分散体与树脂的量显示在表1中。
表1-低水含量可分散聚合物墨水组合物
已经发现，墨水A在25℃的温度下含有大约27％的固体。墨水B-E具有更高的固含量，由此需要蒸发较少水以获得高粘性墨水。含有少于27％的水的墨水被发现具有低于10厘泊的粘度，并由此可以例如从喷墨压电打印头喷出。
已经发现，墨水C-E具有100至1000厘泊的粘度，并由此可以从网纹辊输送以便在数字成像印刷表面上产生薄膜。除去该墨水中含有的水的20-30％，流变性提高到50,000至500,000cp的范围，适于从中间表面转印。
根据实施方案的墨水组合物是适于喷墨打印和使用以胶印结构排列的中间转印构件或中央成像构件的墨水基数字印刷的成膜高固含量纳米粒子水性可分散聚合物墨水。该墨水配置为牢固粘结到多种基底上。
根据上文，实施方案的墨水可用于包括间接印刷、墨水基数字印刷和喷墨打印的印刷过程。使用高固含量墨水印刷的方法显示在图3中。特别地，图3显示了用于使用高固含量墨水印刷的方法300。该方法可以包括在S3001处将包含纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物的共混物的墨水施加到成像构件或中间转印构件，其中该聚合物或该共混物的聚合物是水分散性的；并且固含量为5重量％至50重量％。该成像构件或中间转印构件可以优选具有大约18达因/厘米至大约25达因/厘米的表面张力。该成像构件或中间转印构件可以具有包含有机硅或氟代有机硅的表面。该成像构件可以构成例如墨水基数字印刷系统的一个部件。该中间转印构件可以构成例如间接或转印定影印刷系统的一个部件。
在S3001处，该施加可以包括在高于上临界相分离温度的墨水温度下施加该墨水，上临界相分离温度为大约30℃至大约50℃。此外，施加的墨水可以形成膜，该膜具有大约15达因/厘米至大约40达因/厘米的表面张力。该墨水可以使用目前已知或今后开发的喷墨装置喷射，或可以使用例如网纹辊输送子系统施加。该墨水可以在准备喷射时用水稀释，使得该墨水的固含量低于25重量％。例如，可以制造并发出固含量大于25％的水稀释性墨水，随后用水稀释以便用于喷墨打印应用。由此，方法可以包括在施加前用水稀释该墨水，由此该墨水的固含量低于25重量％或为5重量％至25重量％，稀释在施加之前，该施加进一步包括从喷墨打印头喷射稀释的墨水。
方法可以包括在S3005处冷却在成像构件或中间转印构件上的墨水。方法可以包括在S3007处将墨水从成像构件或中间转印构件转印到可印刷基底如纸、纸板、塑料或其它合适基底上。

Claims (10)

1.一种用于使用中间基底的可变数据胶印或喷墨打印方法的墨水组合物或墨水浓缩物，包含：
纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物的共混物，其中所述聚合物或所述共混物的聚合物在低于100℃的温度下是水分散性的；并且总固含量是大约25％或更大的量。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述总固含量是25％至大约50％的量。
3.根据权利要求1所述的墨水组合物，其中所述聚合物或共混物包含选自磺化苯乙烯、苯乙烯、磺化聚酯、羧基-聚酯、聚酯、磺化苯乙烯、苯乙烯、二醇、多官能二醇、醇、多官能醇、酸和盐的组分。
4.根据权利要求1所述的墨水组合物，包含：
助溶剂，所述助溶剂具有大约15达因/厘米至大约40达因/厘米的表面张力，所述助溶剂选自醇、二醇、烷基吡咯烷酮、异丙醇、酮类甲基乙基酮、氨基醇和DMSO。
5.根据权利要求1所述的墨水组合物，其中所述纳米粒子聚合物的尺寸小于1微米，或小于500纳米，或小于200纳米，或小于20纳米或形成双峰或三峰分布的纳米粒子混合物。
6.根据权利要求1所述的墨水组合物，包含：
粒度为5至200纳米的自分散颜料，其中所述颜料是化学改性的或树脂包覆的。
7.一种使用高固含量墨水印刷的方法，包括：
将包含纳米粒子聚合物或纳米粒子聚合物的共混物的墨水施加到中间转印构件上，其中所述聚合物或所述共混物的聚合物是水分散性的；并且固含量是大约5重量％至大约50重量％的量。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括具有大约18达因/厘米至大约25达因/厘米的表面张力的所述中间转印构件。
9.根据权利要求7所述的组合物，所述中间转印构件具有包含有机硅或氟代有机硅的表面。
10.根据权利要求7所述的方法，所述施加进一步包括：
在高于上临界相分离温度的墨水温度下施加所述墨水，所述上临界相分离温度为大约30℃至大约50℃：
冷却在所述中间转印构件上的所述墨水；和
将所述墨水从所述中间转印构件转印至可印刷基底。
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