CN104797664A - 具有持续开盖性能的喷墨油墨 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了用于喷墨油墨的持续开盖性能及相关方法。这样，喷墨油墨组合物可包含具有低于50,000Mw的重均分子量的线性聚氨酯粘结剂；5wt％至20wt％的包含选自下组的第一有机助溶剂的有机助溶剂体系：2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇和它们的混合物；水；和着色剂。此外，基于喷墨油墨组合物的重量，所述有机助溶剂体系还可包含总共小于5wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂。

Description

具有持续开盖性能的喷墨油墨

背景技术

喷墨印刷之所以已经成为一种在各种介质(特别是纸介质基底和相片介质基底)的表面上记录图像的普遍方式是有多种原因的。其中一些原因包括低打印机噪音、高速记录的能力和多色记录的能力。此外，这些优点能以对消费者的相对低的价格获得。就喷墨油墨化学性质而言，大多数商用喷墨油墨是基于水的。因此，它们的成分一般是水溶性的，正如许多染料的情况；或是水可分散的，正如颜料的情况。此外，喷墨油墨具有适应高频喷射的低粘度，并且喷射室(firing chamber)再填充过程可为典型的油墨喷墨构造。在印刷页上，就喷墨构造而言具有正印刷特性的油墨通常具有不太理想的性能，反之亦然。因此，发现在打印机设备中及在印刷介质上皆表现良好的其它配方将是本领域中的一个进步。

发明内容

已经认识到的是，许多传统的喷墨油墨不具有用于在页宽阵列打印头中打印的足够的持续开盖性能。这是因为许多这些类型的打印机可以利用在喷射之间的一个相对较长的时间段，同时给定的打印头可能是无盖的(uncapped)。如本文所使用的，“开盖(decap)”是指在一段给定时间后用于恢复无盖的打印头喷嘴使得它们的喷射特性基本符合它们的初始(没有盖(out-of-cap))的性能的喷吐(spits)次数。这样，开盖可被称为4秒开盖、8秒开盖、1分钟开盖等。如本文所使用的，“持续的开盖”是指在具有1英寸页边的8.5英寸纸上可用特定的开盖(例如1秒开盖、4秒开盖)打印给定油墨，在打印的行视觉上变差前打印行的数目。特别地，页宽阵列(“PWA”)打印不以与普通喷墨印刷机相同的方式运行，因此，具有相对短的开盖性能的油墨可能有问题。

传统的喷墨打印头跨度不到一英寸，并且扫描整个页面。为执行打印操作，打印头在一个方向上移动，同时页面在垂直方向上移动。实际上，打印头扫描页面，同时喷射油墨滴下以形成所需的打印输出。当不使用时，打印头移动到一个服务区，在这里打印头被清洗然后盖盖。随着打印头移动到休息位置，它会横越一个弹性刮刷(例如，丁腈橡胶)。刮刷将油墨从打印头表面擦去。在一些实施方式中，刮板被用来清理刮刷。

PWA打印头横跨整个页面宽度(例如8.5英寸)，并且包括成千上万个喷嘴。因此，PWA打印头具有比以上论述的扫描型打印头多很多的喷嘴，并且通常在细长的打印杆上形成。打印杆通常垂直于纸张路径。在操作过程中，打印杆和PWA打印头被固定，同时，纸张被供应至紧邻打印头。随着纸张相对于打印头移动，PWA打印头一次打印一行或多行。这与扫描型打印头实现的一次打印多个字符相似。

根据打印输出的特性，PWA打印头上的某些喷嘴可能比其它喷嘴使用得少。例如，用户可以大多数时间内使用一英寸的页边打印，偶尔使用小于一英寸的页边打印。因此，在一英寸的页边区域内的喷嘴使用不那么频繁，可能更容易堵塞。不均匀的喷嘴使用这一特点对扫描型打印头来说是不常见的。随着打印头扫描页宽，在页边区域中起始的扫描型打印头喷嘴随后移出页边区域并且得到使用。

因此，PWA打印头上的喷嘴比扫描型打印头上的喷嘴更容易堵塞。因此，通常PWA打印头的油墨干燥的问题比扫描型打印头更突出。因此，已经认识到的是，在PWA打印体系中具有持续开盖性能的喷墨油墨在打印中更有价值。

据此，喷墨油墨组合物可包含具有低于50,000Mw的重均分子量的线性聚氨酯粘结剂；5wt％至20wt％的包含选自下组的第一有机助溶剂的有机助溶剂体系：2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇和它们的混合物；水；和着色剂。此外，基于喷墨油墨组合物的重量，有机助溶剂体系还可包含总共小于5wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂。在一个实例中，喷墨油墨组合物可为被用于包括页宽阵列打印头的打印机的体系的一部分。

在另一个实例中，一种用于制造具有持续开盖性能的喷墨油墨的方法可包括将有机助溶剂体系与具有低于50,000Mw的重均分子量的线性聚氨酯粘结剂结合以形成混合物。该有机助溶剂体系可包含选自2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇和它们的混合物的组中的第一有机助溶剂。另外的步骤包括添加着色剂和水至混合物从而形成喷墨油墨组合物。在该实例中，有机助溶剂体系可以以5wt％至20wt％存在于喷墨油墨组合物中，并且，基于喷墨油墨组合物的重量，该有机助溶剂体系还可包含总共小于5wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂。

要注意的是，当论述本发明的组合物和方法时，这些论述中的每一条都可认为是适用于这些实施方式中的每一个，而不论它们是否在该实施方式的上下文中明确地被论述。因此，例如，在对喷墨油墨组合物中的线性聚氨酯粘结剂的论述中，这种线性聚氨酯粘结剂也可被用于制造喷墨油墨的方法中，反之亦然。

传统上，从常规的喷墨印刷机打印的喷墨油墨往往不需要具有持续的开盖性能，因为打印要求较少并且打印体系可以以通常不可用于PWA打印体系的多种方式(例如通过在打印在基底上之前将油墨液滴喷吐到墨盂(spittoon)中)被清洁。然而，已经认识到的是，特定的溶剂体系可与线性聚氨酯聚合物使用来为从(特别是)PWA打印头打印提供持续的开盖。例如，可用有效量的线性聚氨酯聚合物和有机助溶剂制造喷墨油墨来提供具有4秒开盖的至少50个打印行的持续的开盖。在一方面，持续的开盖性能可为具有4秒开盖的至少120个打印行。

本发明所使用的溶剂体系包括至少一种有机助溶剂，所述有机助溶剂包括2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇或它们的混合物。在一个实例中，该溶剂体系可为二元溶剂体系，其中喷墨油墨包括第二有机助溶剂，所述第二有机助溶剂包括2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷或1,2,4-丁三醇。如本文所使用的，“有机助溶剂”不包括水，因为水被另行包括。通常，总共存在于喷墨油墨中的有机助溶剂的量的范围可为5wt％至约20wt％。在另一个实例中，总助溶剂浓度可在10wt％至20wt％的范围内存在。在另一个实例中，总助溶剂浓度可在12wt％至17wt％的范围内存在，并且在一方面，从14wt％至16wt％。此外，喷墨油墨组合物的余下部分可为水，以及可选的少量的可存在于喷墨油墨组合物中的任意其它典型的添加剂，例如表面活性剂、杀菌剂、粘度调节剂等。在一个实例中，水可在喷墨组合物中以50wt％至90wt％的范围内的量存在。

通常，低沸点有机溶剂(沸点低于250℃的那些)的量可小于5wt％(基于喷墨油墨组合物整体的重量)。在一个实例中，喷墨油墨组合物含有少于3wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂。此外，一方面，喷墨油墨组合物可不包含沸点低于250℃的有机助溶剂。

通常，本文所论述的着色剂可包括颜料和/或染料。如本文所使用的，“染料”是指赋予油墨载剂颜色的化合物或分子。因此，染料包括吸收电磁辐射或其特定波长的分子和化合物。例如，染料包括发出荧光的那些和吸收可见光的特定波长的那些。通常，染料是水溶性的。此外，如本文所使用的，“颜料”通常包括颜料着色剂、磁性颗粒、氧化铝、二氧化硅和/或其它陶瓷、有机金属或其它不透明颗粒。在一个实例中，着色剂可为颜料。在另一个实例中，着色剂可以以0.1wt％至6wt％的范围的量存在于喷墨油墨组合物中。另一方面，着色剂可为着色的颜料，包括黑色、黄色、品红色、青色等。

本发明的喷墨油墨通常包括线性聚氨酯粘结剂。线性聚氨酯粘结剂可以以0.2wt％至5wt％的范围的量存在于喷墨油墨中。此外，线性聚氨酯粘结剂可具有从20,000Mw至低于50,000Mw的范围的重均分子量(MW)，并且具有从约20mg KOH/g聚合物至约55mg KOH/g聚合物的范围的酸值。

本公开内容的喷墨油墨组合物也可适用于在多种类型的记录介质(包括但不限于纤维素基纸介质(包括普通纸和相纸))的基底上的用途。在一个实例中，所述介质可为光滑介质。

本文所描述的典型的喷墨油墨包括水，并且可进一步包括本文所论述的有机助溶剂。此外，另外的非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和/或阴离子的表面活性剂可以以0.01wt％至10wt％的范围存在。在一个实例中，表面活性剂可以以0.01wt％至5wt％范围的量存在。除了着色剂或乳胶以外，配方的余量可为净化水，或本领域已知的其它载剂组分，例如杀菌剂、粘度调节剂、用于pH调节剂的材料、多价螯合剂、防腐剂等。

按照本公开内容的配方，可采用各种其它添加剂以便针对具体应用来增强油墨组合物的特性。这些添加剂的实例是为抑制有害微生物的生长而加入的那些。这些添加剂可为油墨配方中常规使用的杀菌剂、杀真菌剂和其它杀微生物剂。合适的杀微生物剂的实例包括但不限于(Nudex,Inc.)、UCARCIDE^TM(Union carbideCorp.)、(R.T.Vanderbilt Co.)、(ICI America)和它们的组合。

可引入多价螯合剂，例如EDTA(乙二胺四乙酸)，以消除重金属杂质的不良作用；可使用缓冲溶液以控制油墨的pH值。例如，可使用0.01wt％至2wt％。还可存在粘度调节剂和缓冲剂，以及本领域技术人员已知的其它添加剂，以便按需要改进油墨的性能。这些添加剂(如果存在的话)的含量可为0.01wt％至20wt％。

在具体关于方法的进一步的细节中，可以以很多种顺序进行任意步骤，并非意在限于写出的顺序。例如，在第一有机助溶剂与线性聚氨酯粘结剂结合之前可将着色剂添加到所述线性聚氨酯粘结剂，反之亦然。此外，要注意的是，可依次或同时进行这些步骤或单独步骤的任意或所有组合。例如，可依次进行或同时进行将线性聚氨酯粘结剂与第一有机助溶剂结合以及添加着色剂。

除了喷墨油墨和方法以外，喷墨油墨体系还可包括页宽阵列打印机和本文所述的任意喷墨油墨组合物。

此外，要理解的是，本公开内容不限于本文所公开的特定工艺步骤和材料，因为这样的工艺步骤和材料可有所改变。还要理解的是，本文所使用的术语仅用于描述特定实例的目的。这些术语并非意在限制，因为本公开内容的范围旨在仅由所附权利要求及其等效形式所限定。

要注意的是，除非上下文另外明确指出，如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代。

如本文所使用的，为方便起见，可在共同的列表中给出多个项目、结构要素、组合要素和/或材料。然而，这些列表应被解释为如同列表的每个成员单独确认为独立和唯一的成员。因此，在无相反指示的情况下，不应仅根据出现在一个共同的组中，就把该列表的任意独立成员解释为同一列表的任何其它成员的实际等效物。

浓度、用量和其它数值可在本文中以范围形式表示或给出。要理解的是，该范围形式仅为了方便和简洁而使用，并且因此应被灵活地解释为不仅包括明确列为范围的界限的数值，而且包括该范围内所包括的所有单个数值或子范围，如同明确列出了每个数值和子范围。例如，数值范围“约1至约5”应解释为不仅包括明确列出的约1至约5的值，而且包括该所示范围内的单个数值和子范围。因此，该数值范围包括诸如2、3和4的单个数值和诸如1～3、2～4和3～5的子范围等。此外，有下端“0”的数值范围可包括使用“0.1”作为下端点的子范围。

具体实施方式

实施例

以下说明了目前已知的本发明的喷墨油墨组合物和方法的一些实施例。然而，要理解的是，以下仅为示范或说明本发明的组合物和方法的原理的应用。在不背离本发明的组合物和方法的精神和范围的情况下，本领域技术人员可作出许多修改和替代的组合物和方法。所附权利要求旨在涵盖这些修改和布置。因此，虽然上面已详细描述了本发明的油墨组合物和方法，但以下实施例结合目前被视为可接受的实施方式提供进一步细节。

实施例1——聚氨酯油墨组合物

根据表1中列出的组成要素和含量生产线性聚氨酯组合物，载剂的余量为水。此外，根据表2中列出的组成要素和含量生产一般的线性聚氨酯组合物，载剂的余量为水。油墨载剂2包括4.2wt％的品红颜料(用苯乙烯丙烯酸酯聚合物分散)。

表1

表2

使用每5秒1次喷吐的喷吐频率，对每种聚氨酯配方的4秒开盖以及持续的开盖测试评估，测量为失效前连续打印的分钟数。由HP Officejet Pro 8500台式打印机将持续开盖图打印在普通办公用纸上。在10分钟的持续时间内，从打印头中的每个喷嘴每5秒喷出一滴油墨。每5秒间隔对应页面上的一行。如果纸上的墨滴没有方向出错超过一个点列(dot row)或完全丢失，则认为这行是良好的。结果列于表3和表4中。

表3

表4

从表3和表4可看出，本发明的线性聚氨酯组合物相对于更标准的聚氨酯组合物具有显著的开盖和持续的开盖的性能问题。没有开盖问题的标准聚氨酯可包括低Mw的聚合物，例如低于20K的那些、含有没有不利地影响开盖的单体的那些、具有开盖友好结构的那些等。

实施例2——线性聚氨酯组合物

对含0.75wt％的来自DIC的线性聚氨酯粘结剂和4.2wt％的品红色的颜料分散体的组合物的各种有机助溶剂的组合(如表5中所示)进行开盖以及持续的开盖测试。

表5

显著地，持续的开盖随二元溶剂体系和具有高沸点有机助溶剂体系的使用而增加。

实施例3——使用DHE的二元有机助溶剂聚氨酯组合物

如表6至表10中所示，对使用二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲(DHE)和多种有机助溶剂的二元有机助溶剂体系进行开盖以及持续的开盖测试。所述组合物还含有0.75wt％的来自DIC的线性聚氨酯粘结剂和4.2wt％的品红色的颜料分散体。

表6

如表6中所示，使用2-羟乙基-2-吡咯烷酮的比例越高，使得开盖与持续开盖越差。

表7

如表7中所示，最好的持续开盖是分别以2.25wt％和12.75wt％使用二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲和1,1,1-三(羟甲基)乙烷的二元体系。

表8

如表8中所示，最好的持续开盖是使用1,2,6-己三醇。

表9

--未测试

如表9中所示，使用二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲与1,2,6-己三醇的二元体系改善了持续开盖。

表10

如表10中所示，使用二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲与2-羟乙基脲的二元体系改善了持续开盖。具体地，最好的持续开盖是分别以2.25wt％和12.75wt％使用二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲和2-羟乙基脲的二元体系。

实施例4——使用1,2,6-己三醇的聚氨酯组合物

如表11中所示，对具有不同含量的1,2,6-己三醇的聚氨酯组合物进行开盖以及持续的开盖测试。所述组合物还含有0.75wt％的来自DIC的线性聚氨酯粘结剂、4.2wt％的来自DIC的品红色的颜料分散体、0.30wt％的表面活性剂(440)、0.10wt％的表面活性剂(LP-300)、0.10wt％的杀微生物剂(GXL)和0.14wt％的杀微生物剂(Kordek^TMMLX)。

表11

如表11中所示，1,2,6-己三醇对于本体系来说在15wt％的含量时最有效。

实施例5——使用1,2,6-己三醇和1,1,1-三(羟甲基)乙烷的二元助溶剂聚氨酯组合物

对具有多种含量的1,2,6-己三醇和1,1,1-三(羟甲基)乙烷的聚氨酯组合物进行开盖以及持续的开盖测试。所述组合物还含有0.75wt％的来自DIC的线性聚氨酯粘结剂、4.2wt％的来自DIC的品红色的颜料分散体系、0.30wt％的表面活性剂(440)、0.10wt％的表面活性剂(LP-300)、0.10wt％的杀微生物剂(GXL)和0.14wt％的杀微生物剂(Kordek^TMMLX)。

表12

如表12中所示，二元体系通常提供比单独使用1,1,1-三(羟甲基)乙烷更好的持续开盖。1,2,6-己三醇对本体系最有效。

Claims (15)

1.一种具有持续开盖性能的喷墨油墨组合物，包含：

具有低于50,000Mw的重均分子量的线性聚氨酯粘结剂；

5wt％至20wt％的有机助溶剂体系，所述有机助溶剂体系包含选自2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇和它们的混合物的组中的第一有机助溶剂，其中，基于所述喷墨油墨组合物的重量，所述有机助溶剂体系还包含总共小于5wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂；

水；和

着色剂。

2.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述有机助溶剂体系为包含第二有机助溶剂的二元有机助溶剂体系。

3.根据权利要求2所述的喷墨油墨组合物，其中所述第二有机助溶剂选自2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷和1,2,4-丁三醇的组中，并且其中所述有机助溶剂的总含量在12wt％至17wt％的范围内。

4.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述着色剂为颜料，并且以所述喷墨油墨组合物的0.1wt％至6wt％存在。

5.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述线性聚氨酯粘结剂以所述喷墨油墨组合物的0.2wt％至5wt％存在。

6.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述线性聚氨酯粘结剂具有从20,000Mw至低于50,000Mw的范围的重均分子量，并且具有从约20mg KOH/g聚合物至约55mg KOH/g聚合物的范围的酸值。

7.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述喷墨油墨组合物含有小于3wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂。

8.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述喷墨油墨组合物不包含沸点低于250℃的有机助溶剂。

9.根据权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其中所述喷墨油墨组合物提供具有4秒开盖的至少50个打印行的持续的开盖性能。

10.一种用于生产具有持续开盖性能的喷墨油墨组合物的方法，包括：

将有机助溶剂体系与具有低于50,000Mw的重均分子量的线性聚氨酯粘结剂结合以形成混合物，所述有机助溶剂体系包含选自2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇和及它们的混合物的组中的第一有机助溶剂；以及

添加着色剂和水至所述混合物，从而形成所述喷墨油墨组合物，

其中所述有机助溶剂体系以5wt％至20wt％存在于所述喷墨油墨组合物中，并且其中，基于喷墨油墨组合物的重量，所述有机助溶剂体系还包含总共小于5wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述线性聚氨酯粘结剂以0.2wt％至5wt％存在。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述有机助溶剂体系为包含第二有机助溶剂的二元有机助溶剂体系。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二有机助溶剂选自2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷和1,2,4-丁三醇的组中，并且其中所述有机助溶剂的总含量在12wt％至17wt％的范围内。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述喷墨油墨组合物不包含沸点低于250℃的有机助溶剂。

15.一种打印体系，包括

页宽阵列打印头；和

具有持续开盖性能并适于与所述页宽阵列打印头一同使用的喷墨油墨组合物，所述喷墨油墨组合物包含：

具有低于50,000Mw的重均分子量的线性聚氨酯粘结剂；

5wt％至20wt％的有机助溶剂体系，所述有机助溶剂体系包含选自2-羟乙基脲、1,2,6-己三醇、二-(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲、1,1,1-三(羟甲基)乙烷、1,2,4-丁三醇和它们的混合物的组中的第一有机助溶剂，其中，基于所述喷墨油墨组合物的重量，所述有机助溶剂体系还包含总共小于5wt％的沸点低于250℃的有机助溶剂；

水；和

着色剂。