CN105038406A - 水性喷墨打印油墨 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性油墨组合物，所述组合物包含水、共溶剂和水性亚微米着色剂蜡分散体，所述水性亚微米着色剂蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；其中所述水性亚微米着色剂蜡分散体通过以下步骤制备：(a)熔化和混合干着色剂与至少一种蜡以形成着色剂浓缩物，其中所述着色剂浓缩物含至少25重量％的着色剂；(b)碾磨步骤(a)的着色剂浓缩物以形成经碾磨的着色剂浓缩物；(c)合并(b)的经碾磨的着色剂浓缩物与水并分散以形成着色剂蜡分散体；其中步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机或卧式磨机中进行；并且其中步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。

Description

水性喷墨打印油墨
技术领域
本文公开了一种水性喷墨打印油墨，其含有纳米颜料化或染料化蜡颗粒以改善释放和光泽性质并且其适合与广泛的颜色和打印介质一起使用。
背景技术
喷墨打印技术常常包括油墨向转印定影带或鼓上的喷射、然后是压力下油墨向打印介质如纸上的转印。这常被称为转印或转印定影喷墨打印。喷墨打印技术还常包括油墨直接向打印介质上的喷射，例如直接到纸的打印。
除包括润滑剂、溶剂和粘结剂在内的其它成分外，针对转印或直接喷墨打印技术配制的油墨还可包含分散为具有小于约150纳米的“平均”颗粒或液滴尺寸D50的染料或颜料的水性分散体并且其使用分散剂来稳定化。“平均”颗粒或液滴尺寸通常以d50表示，或者定义为在粒度分布的中值下的体积中值粒度值，其中所述分布中50％的颗粒大于d50粒度值，而所述分布中其它50％的颗粒小于d50值。平均粒度可通过采用光散射技术来推断粒度的方法如动态光散射测量。颗粒直径指如源自透射电子显微镜所生成或来自动态光散射测量的颗粒图像的不连续层的单个液滴的长度。
颜料通常比水重并往往附聚和沉降，除非通过分散剂稳定它们。
伴随针对转印定影打印技术设计油墨的挑战包括获得油墨向转印定影带或鼓的所需油墨附着和释放。为获得所需的附着和释放性能，可使用不粘打印版，即“毯”，并施加一层淀粉，即“皮”，并且在喷墨之前向转印定影带或鼓设置甘油。
伴随针对直接到纸的打印技术设计油墨的挑战包括与向可能亲水或疏水的不同打印介质(包括涂布纸、未涂布纸或塑料)上打印相关的挑战。
发明内容
描述了一种水性油墨组合物，所述组合物包含水、共溶剂和水性亚微米着色剂蜡分散体，所述水性亚微米着色剂蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；其中所述水性亚微米着色剂蜡分散体通过以下步骤形成：(a)熔化和混合干着色剂与至少一种蜡以形成着色剂浓缩物，其中所述着色剂浓缩物含至少25重量％的着色剂；(b)碾磨步骤(a)的着色剂浓缩物以形成经碾磨的着色剂浓缩物；(c)合并(b)的经碾磨的着色剂浓缩物与水并分散以形成着色剂蜡分散体；其中步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机或卧式磨机中进行；并且其中步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。
还描述了一种水性油墨组合物，所述组合物包含水、两种或更多种二醇类型的共溶剂以及水性亚微米蜡分散体，所述水性亚微米蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布，其中所述水性亚微米着色剂蜡分散体通过以下步骤形成：(a)熔化和混合干着色剂与至少一种蜡以形成着色剂浓缩物，其中所述着色剂浓缩物含至少25重量％的着色剂；(b)碾磨步骤(a)的着色剂浓缩物以形成经碾磨的着色剂浓缩物；(c)合并(b)的经碾磨的着色剂浓缩物与水并分散以形成着色剂蜡分散体；其中步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机或卧式磨机中进行；并且其中步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。
还描述了一种使用水性油墨组合物进行水性喷墨打印的方法，所述方法包括向喷墨打印装置中引入水性油墨组合物；其中所述水性油墨组合物包含水、共溶剂和水性亚微米着色剂蜡分散体，所述水性亚微米着色剂蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；其中所述水性亚微米着色剂蜡分散体通过以下步骤形成：(a)熔化和混合干着色剂与至少一种蜡以形成着色剂浓缩物，其中所述着色剂浓缩物含至少25重量％的着色剂；(b)碾磨步骤(a)的着色剂浓缩物以形成经碾磨的着色剂浓缩物；(c)合并(b)的经碾磨的着色剂浓缩物与水并分散以形成着色剂蜡分散体；其中步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机或卧式磨机中进行；并且其中步骤(c)的合并使用活塞均质器进行；使油墨的小滴以成像的图案喷射到中间转印构件上；任选地，加热图像以部分或完全地移除溶剂；和使油墨以成像的图案从中间转印构件转印到最终记录基底；或使油墨的小滴以成像的图案直接喷射到最终图像接收基底上。
附图说明
图1为根据本发明的一种颜料化蜡分散体的透射电子显微镜图像。
图2为根据本发明的一种颜料化蜡分散体的透射电子显微镜图像。
图3为流变图，示出了根据本发明的一种水性油墨组合物的剪切粘度(y轴)-剪切速率(x轴)。
图4为流变图，示出了根据本发明的一种水性油墨组合物的剪切粘度(y轴)-剪切速率(x轴)。
图5为流变图，示出了根据本发明的一种水性油墨组合物的剪切粘度(y轴)-剪切速率(x轴)。
图6为用根据本发明的一种水性油墨组合物在相纸基底上打印的打印点的图像。
图7为用根据本发明的一种水性油墨组合物在DigitalColorElite纸基底上打印的打印点的图像。
图8为用根据本发明的一种水性油墨组合物在4200纸基底上打印的打印点的图像。
图9为用根据本发明的一种水性油墨组合物在相纸基底上打印的打印线的图像。
图10为用根据本发明的一种水性油墨组合物在DigitalColorElite纸基底上打印的打印线的图像。
图11为用根据本发明的一种水性油墨组合物在4200纸基底上打印的打印线的图像。
图12为打印点的图像，示出了用根据本发明的一种水性油墨组合物在相纸基底上打印的圆度。
图13为打印点的图像，示出了用根据本发明的一种水性油墨组合物在DigitalColorElite纸基底上打印的圆度。
图14为打印点的图像，示出了用根据本发明的一种水性油墨组合物在4200纸基底上打印的圆度。
具体实施方式
本发明描述含有颜料化或染料化蜡颗粒的水性喷墨油墨组合物。
本文的水性油墨组合物包含颜料化蜡分散体。在实施例中，水性油墨组合物包含D50为约140纳米至约220纳米的蜡封装颜料的分散体。所述蜡分散体可使用高压活塞均质器制备。在实施例中，颜料化蜡分散体包含美国专利申请序列号14/256937(代理人案号20130505-US-NP)中描述的那些。在实施例中，颜料化蜡分散体为水性亚微米颜料化蜡分散体，其包含多个颜料化蜡颗粒，所述颜料化蜡颗粒包含被蜡壳包围的颜料芯，其中所述颜料化蜡颗粒呈现出150纳米至小于300纳米的粒度分布。
颜料化蜡分散体可通过包括以下步骤的方法制备：(a)熔化和混合干颜料与至少一种蜡以形成颜料浓缩物，其中所述颜料浓缩物含至少25重量％的颜料；(b)碾磨步骤(a)的颜料浓缩物以形成经碾磨的颜料浓缩物；(c)合并(b)的经碾磨的颜料浓缩物与水并分散以形成颜料化蜡分散体，其包含多个颜料化蜡颗粒，所述颜料化蜡颗粒包含被蜡壳包围的颜料芯，其中所述颜料化蜡颗粒呈现出150纳米至小于约300纳米的粒度分布；其中步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机中进行；并且其中步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。
制备颜料化蜡分散体的本发明方法包括：(a)熔化和混合干颜料与至少一种蜡以形成颜料浓缩物，其中所述颜料浓缩物含至少25重量％的颜料；(b)碾磨步骤(a)的颜料浓缩物以形成经碾磨的颜料浓缩物；和(c)合并(b)的经碾磨的颜料浓缩物与水并分散以形成颜料化蜡分散体，其包含多个颜料化蜡颗粒，所述颜料化蜡颗粒包含被蜡壳包围的颜料芯，其中所述颜料化蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；其中步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机中进行；并且其中步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。所述颜料化蜡颗粒具有约80至约300纳米或约100至约250纳米或约170至约230纳米的平均粒度。在某些实施例中，其中所述颜料化蜡颗粒呈现出约150至小于约230纳米或约150至小于约200纳米的粒度分布。在实施例中，颜料化蜡颗粒具有约200纳米的Z均粒度。平均粒度可以任何合适或所需的方式测量，例如使用NanotracTM252(Microtrac，Montgomeryville，PA，USA)粒度分析仪。
颜料分散过程可在任何合适或所需的设备中进行。在实施例中，颜料化蜡分散过程在包围磨机的夹套容器装置中进行，在实施例中夹套容器包围篮式磨机或浸泡介质磨机。通常，磨机包括具有加热夹套的容器、用于混合相变载体与任选的分散剂并在后来混合相变载体与任选的分散剂和颜料以润湿颜料的分散叶片或者含研磨介质(在实施例中，陶瓷研磨介质)以分散颜料的浸泡磨头(篮组件)。
在一个实施例中，熔化、混合、润湿和分散中的全部都在同一容器中进行并且混合叶片由浸泡磨机或篮式磨机所代替。在另一个实施例中，熔化、混合和润湿在不同的容器中进行并然后将经润湿的混合物转移到浸泡磨机。
在实施例中，步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机或卧式介质磨机中进行。
在实施例中，步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。
在某些实施例中，步骤(a)的熔化和混合与步骤(b)的碾磨在浸泡介质磨机中进行而步骤(c)的合并使用活塞均质器进行。通过本发明的包括使用浸泡介质磨机(在实施例中，Hockmeyer浸泡介质磨机)来进行湿颜料研磨的方法获得的优点包括浸泡介质磨机仅需要一个罐来进行颜料分散(润湿)和碾磨操作。因此，提供了简化的方法。以前，湿颜料研磨使用卧式介质磨机进行，其需要进给罐、进给泵和用于在进给罐和碾磨室之间再循环材料的连接管道。此外，本发明的步骤(a)和(b)使用浸泡介质磨机的方法的有益效果在于，浸泡介质磨机使用顶置式驱动器来支持碾磨篮和转动叶轮。此方法可在大气压力下运行并且不需要驱动轴的机械密封。卧式介质磨机在高达100psi的压力下运行并且需要驱动轴的机械密封。本发明的方法的另一优点在于，在浸泡介质磨机中，碾磨在浸泡篮内进行。小的碾磨篮需要少量的研磨介质和较低的功率来获得较高的叶轮速度。
熔化和混合干颜料与至少一种蜡可使用夹套容器内的高剪切分散叶片或叶轮附件来进行。叶轮转速(rpm)、梢速(英尺每秒)和温度可为任何合适或所需的速度或温度，在实施例中，在高于100℃、高于120℃、100至约170℃、110至170℃或110至160℃的温度、约500至约5,500rpm或500至约5,000rpm或3,000至约5,200rpm的rpm、及4至40英尺每秒或23英尺每秒至40英尺每秒的梢速下。
熔化和混合干颜料与至少一种蜡可在任何合适或所需的温度下进行。在实施例中，步骤(a)的熔化和混合在约90至约170℃、或约100至约145℃或约120至约140℃的温度下进行。
熔化和混合干颜料与至少一种蜡可进行任何合适或所需的时间量。在实施例中，步骤(a)的熔化和混合进行约0.1至约10小时、或约4至约10小时、或约5至约8小时、或约6至约7小时的时间。在一个特别的实施例中，步骤(a)的熔化和混合进行约1至约4小时的时间。
步骤(a)中的混合可通过任何合适或所需的方法进行。在实施例中，步骤(a)的混合使用设置在约500至约5,500转每分钟、约1,500至约4,000转每分钟或约2,000至约3,000转每分钟下的分散叶片进行。
步骤(b)的碾磨可使用任何合适或所需的方法进行。在实施例中，步骤(b)的碾磨包括研磨步骤。碾磨步骤(b)可采用浸泡磨机或篮式磨机。篮式磨机可在侧面和底部上含有具有合适的开口(例如，0.1毫米开口)的丝网并可被填充以研磨介质，例如陶瓷研磨介质，在实施例中，0.3毫米直径的球形氧化锆研磨介质。篮式磨机可使用螺旋钻来将熔融混合的颜料和蜡颗粒拉入磨机中。转子和研磨介质施加的离心力将浆料通过侧面和底部丝网推出。碾磨可进行任何合适或所需的时间，在实施例中，进行数小时，直至获得期望的粒度分布。
可为本文的方法选择任何合适或所需的磨机。在实施例中，磨机可如美国专利7,559,493中所述。在实施例中，本文的方法可使用可得自HockmeyerEquipmentCorporation的微粉磨机HockmeyerHCPN进行。该磨机为浸泡磨机，包括采用研磨介质来减小材料例如颜料的粒度的立式篮式磨机。在其它实施例中，磨机可为如美国专利5,184,783、5,497,948、5,820,040、7,175,118、7,559,493、7,828,234、7,883,036、7,914,200、8,182,133或8,376,252中所述的磨机。
可在浸泡磨头(篮组件)中引入任何合适或所需的介质碾磨材料如珠或丸。在实施例中，对于碾磨步骤，在磨头中设置40毫升0.3毫米直径的氧化锆。
在实施例中，碾磨步骤(b)在约90至约170℃、或约100至约145℃、或约120至约140℃的温度下进行。
碾磨步骤(b)可进行任何合适或所需的时间量，在实施例中，碾磨步骤(b)进行约0.1至约8小时、或约1至约8小时、或约3至约6小时或约2至约4小时的时间。在一个特别的实施例中，步骤(a)的熔化和混合进行约0.1至约4小时的时间。
步骤(b)的经碾磨的颜料浓缩物可立即使用或贮存以备后用。在实施例中，步骤(b)的经碾磨的颜料浓缩物被泄放到铝托盘中。
合并步骤(c)可通过任何合适或所需的方法进行。在实施例中，合并步骤(c)包括(1)预均质化、然后(2)均质化。例如，在实施例中，合并步骤(c)包括(1)在约90至约170℃的温度下在约100至约1,000rpm和约300至约1,000psi下预均质化约0.1至约1.5小时的时间；然后(2)在约90至约170℃的温度下在约100至约1,000rpm和约4,000至约8,000psi下均质化约0.5至约5小时的时间。
所述方法可还包括(d)冷却颜料化蜡分散体至任何合适或所需的温度、(e)过滤颜料化蜡分散体和(f)泄放颜料化蜡分散体。
冷却步骤(d)可包括冷却颜料化蜡分散体到任何合适或所需的温度；在实施例中，冷却到约20至约50℃的温度。
过滤步骤(e)可通过任何合适或所需的方法进行。在实施例中，过滤颜料化蜡分散体包括通过过滤器尺寸为约100至约300微米的过滤器过滤。在实施例中，颜料化蜡分散体可在20至约50℃的温度下通过150微米尼龙过滤器过滤。
所述颜料化蜡分散体颗粒提供小尺寸蜡颜料分散体。颜料化蜡颗粒的粒度可使用任何数量的合适的动态光散射设备如MalvernZetasizer测量。例如，可在将其保持在高温如约120℃下的同时随时间监测Z-均粒度以判断颜料颗粒的稳定性。在实施例中，本文的颜料化蜡颗粒具有约80至约300纳米、或约100至约250纳米、或约120至约230纳米或约170至约230纳米的Z均粒度。
颜料化蜡分散体可以任何合适或所需的量存在于水性油墨组合物中。在实施例中，基于水性油墨组合物的总重量计，颜料化蜡分散体以约0至约70重量％、或约10至约60重量％或约25至约45重量％的量存在于水性油墨组合物中。如果使用基于染料的蜡分散体，则基于染料的蜡分散体也可以任何合适或所需的量存在于水性油墨中。在实施例中，基于水性油墨组合物的总重量计，染料化蜡分散体以约0至约70重量％、或约10至约60重量％或约25至约45重量％的量存在于水性油墨组合物中。
水性油墨组合物含有水性液体载体。液体载体的总量可以任何合适或所需的量提供。在实施例中，基于水性油墨组合物的总重量计，液体载体以约75至约97重量％、或约80至约95重量％或约85至约95重量％的量存在于水性油墨组合物中。
本文的油墨组合物可仅由水组成，或者可包含水与水溶性或可与水混溶的有机组分(称为共溶剂)、保湿剂等(后文称共溶剂)的混合物，所述有机组分、保湿剂等有如醇和醇衍生物，包括脂族醇、芳族醇、二醛、二醇醚、聚二醇醚、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，具体例子包括乙二醇、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；还合适的有酰胺，醚，脲，取代的脲如硫脲、亚乙基脲、烷基脲、烷基硫脲、二烷基脲和二烷基硫脲，羧酸及它们的盐如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，酯，有机硫化物，有机亚砜，砜(例如环丁砜)，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-咪唑啉酮、甜菜碱)，糖(例如1-脱氧-D-半乳糖醇、甘露醇、肌醇等)，取代或未取代的甲酰胺，取代或未取代的乙酰胺和其它水溶性或可与水混溶的材料以及它们的混合物。在实施例中，共溶剂选自乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、甲氧基化甘油、乙氧基化甘油以及它们的混合物。当选择水与水溶性或可与水混溶的有机液体的混合物作为液体载体时，水对有机物的比率范围可为任何合适或所需的范围，在实施例中，约100∶0至约30∶70、或约97∶3至约40∶60或约95∶5至约60∶40。液体载体的非水组分通常充当保湿剂或共溶剂，其具有高于水的沸点(100℃)的沸点。油墨载体的有机组分还可用来改变油墨表面张力、改变油墨粘度、溶解或分散着色剂和/或影响油墨的干燥特性。
在某些实施例中，共溶剂选自环丁砜、甲基乙基酮、异丙醇、2-吡咯烷酮、聚乙二醇以及它们的混合物。
在其它实施例中，本文的水性油墨组合物包含水、两种或更多种二醇类型的共溶剂以及水性亚微米蜡分散体，所述水性亚微米蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布。在某些实施例中，着色剂为颜料。在一个特别的实施例中，二醇共溶剂中至少之一为甘油。在一个特别的实施例中，共溶剂为甘油和1，3-丙二醇；并且甘油和1，3-丙二醇分别以6∶1至1∶2的比率存在。在另一个特别的实施例中，共溶剂为甘油和1，3-丙二醇且甘油和1，3-丙二醇分别以2∶1至5∶1的比率存在，共溶剂的总量基于油墨的总重量计小于约35重量％并且基于油墨的总重量计大于10重量％。
液体载体的总量可以任何合适或所需的量提供。在实施例中，基于可拉伸油墨组合物的总重量计，液体载体以约75至约97重量％、或约80至约95重量％或约85至约95重量％的量存在于可拉伸油墨组合物中。
本文的颜料化蜡分散体可含有任何合适或所需的颜料着色剂。例如，着色剂可为颜料或染料。在特别的实施例中，着色剂为颜料。在一个特别的实施例中，着色剂为选自品红颜料、青色颜料、黄色颜料、黑色颜料以及它们的混合物和组合的颜料。颜料化蜡分散体可通过增效剂和分散剂稳定化。
合适的颜料的例子包括：紫5100(BASF)；紫5890(BASF)；绿L8730(BASF)；大红D3700(BASF)；蓝15∶4(SunChemical)；蓝B2G-D(Clariant)；蓝B4G(Clariant)；PACC蓝15∶4(SunChemical)；永久红P-F7RK；紫BL(Clariant)；大红4440(BASF)；Bon红C(DominionColorCompany)；粉RF(BASF)；红3871K(BASF)；蓝15∶3(SunChemical)；红3340(BASF)；咔唑紫23(SunChemical)；坚固大红L4300(BASF)；黄17(SunChemical)；蓝L6900、L7020(BASF)；黄74(SunChemical)；PACC橙16(SunChemical)；蓝K6902、K6910(BASF)；品红122(SunChemical)；蓝D6840、D7080(BASF)；苏丹蓝OS(BASF)；蓝FF4012(BASF)；PV坚固蓝B2GO1(Clariant)；蓝GLO(BASF)；蓝6470(BASF)；苏丹橙G(Aldrich)；苏丹橙220(BASF)；橙3040(BASF)；黄152、1560(BASF)；坚固黄0991K(BASF)；黄1840(BASF)；黄FGL(Clariant)；喷墨黄4GVP2532(Clariant)；调色剂黄HG(Clariant)；黄D0790(BASF)；Suco-黄L1250(BASF)；Suco-黄D1355(BASF)；Suco坚固黄D1355、D1351(BASF)；粉E02(Clariant)；Hansa亮黄5GX03(Clariant)；永久黄GRL02(Clariant)；永久宝石红L6B05(Clariant)；粉D4830(BASF)；品红(DUPONT)；黑L0084(BASF)；颜料黑K801(BASF)；和炭黑如REGAL330TM(Cabot)、Nipex150(Evonik)炭黑5250和炭黑5750(ColumbiaChemical)等以及它们的混合物。
颜料化蜡分散体可含有任何合适或所需的蜡。蜡应根据所需的最终产品来选择。
在实施例中，蜡选自聚烯烃、巴西棕榈蜡、米糠蜡、小烛树蜡、漆树蜡、霍霍巴油、蜂蜡、褐煤蜡、地蜡、纯白地蜡、石蜡、微晶蜡、费-托蜡、硬脂酸硬脂酯、二十二烷基山嵛酸酯、硬脂酸丁酯、油酸丙酯、单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、季戊四醇四山嵛酸酯、二甘醇单硬脂酸酯、二丙二醇二硬脂酸酯、二甘油二硬脂酸酯、三甘油四硬脂酸酯、山梨糖醇单硬脂酸酯、聚乙烯蜡、酯蜡、酰胺蜡、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺以及它们的组合。
因此提供了包含多个颜料化蜡颗粒的水性亚微米颜料化蜡分散体，所述颜料化蜡颗粒包含被蜡壳包围的颜料芯，其中所述颜料化蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布。
在实施例中，基于颜料化蜡分散体中的颜料和蜡的总重量计，水性亚微米颜料化蜡分散体含有至少25重量％的颜料。
所述水性亚微米颜料化蜡分散体为低粘度分散体，具有接近于水的粘度。在实施例中，水性亚微米颜料化蜡分散体具有约1.2至约12厘泊的粘度。在实施例中，水性油墨在约20℃至约40℃的温度范围下具有约1.2至约12厘泊的粘度。
在实施例中，蜡封装颜料的稳定水性分散体具有约140纳米至约220纳米的D50，在实施例中，使用高压活塞均质器制备。在某些实施例中，蜡可为具有不同分子量并且具有小于约60℃至约100℃的熔点的聚亚甲基蜡或聚乙烯蜡。分散体中的固体含量可不同。在实施例中，基于颜料分散体的总重量计，颜料化蜡分散体具有约15重量％至约35重量％的固体含量。
所公开的油墨还可含有表面活性剂。合适的表面活性剂的例子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、两性离子型表面活性剂等以及它们的混合物。合适的表面活性剂的例子包括烷基聚氧化乙烯、烷基苯基聚氧化乙烯、聚氧化乙烯嵌段共聚物、炔属聚氧化乙烯、聚氧化乙烯(二)酯、聚氧化乙烯胺、质子化聚氧化乙烯胺、质子化聚氧化乙烯酰胺、聚二甲基硅氧烷共聚醇、取代的氧化胺等，具体例子包括伯、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；季铵盐类型的化合物如月桂基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、苄基三丁基氯化铵、杀藻胺等；吡啶盐类型的化合物如氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷基吡啶等；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2-十七烯基羟乙基咪唑啉、二羟乙基硬脂胺、硬脂基二甲基甜菜碱和月桂基二羟乙基甜菜碱；含氟表面活性剂；等，以及它们的混合物。非离子型表面活性剂的其它例子包括聚丙烯酸、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、聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯辛基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯油烯基醚、聚氧乙烯失水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、二烷基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇，其可以IGEPALCA-210TM、IGEPALCA-520TM、IGEPALCA-720TM、IGEPALCO-890TM、IGEPALC0-720TM、IGEPALC0-290TM、IGEPALCA-210TM、ANTAROX890TM和ANTAROX897TM得自Rhone-Poulenc。合适的非离子型表面活性剂的其它例子包括聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的嵌段共聚物，包括可以SYNPERONICTMPE/F例如SYNPERONICTMPE/F108商购获得的那些。合适的阴离子型表面活性剂的其它例子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、酸如可得自Sigma-Aldrich的松香酸、可得自DaiichiKogyoSeiyaku的NEOGENRTM、NEOGENSCTM、它们的组合等。合适的阴离子型表面活性剂的其它例子包括DOWFAXTM2A1，一种得自DowChemicalCompany的烷基二苯醚二磺酸盐，和/或得自TaycaCorporation(日本)的TAYCAPOWERBN2060，其为支链十二烷基苯磺酸钠。合适的通常带正电荷的阳离子型表面活性剂的其它例子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、杀藻胺、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盐、可得自AlkarilChemicalCompany的十二烷基苄基三乙基氯化铵MIRAPOLTM和ALKAQUATTM、可得自KaoChemicals的SANIZOLTM(杀藻胺)等以及它们的混合物。可使用任何两种或更多种表面活性剂的混合物。
任选的表面活性剂可以任何所需或有效的量存在，在实施例中，基于油墨组合物的总重量计，表面活性剂以约0.01至约5重量％的量存在。应指出，表面活性剂有时被命名为分散剂。
油墨组合物可还包含添加剂。油墨组合物中可包含的任选添加剂包括杀生物剂、杀真菌剂、pH调节剂(如酸或碱、磷酸盐、羧酸盐、亚硫酸盐、胺盐、缓冲溶液等)、螯合剂如EDTA(乙二胺四乙酸)、粘度调节剂、流平剂等以及它们的混合物。
本文的包含颜料化蜡颗粒或染料化蜡颗粒的水性油墨组合物比先前的不含有颜料化蜡颗粒或染料化蜡颗粒的水性油墨组合物具有改进的释放性质。由于颜料和染料被封装在蜡中，故在有或无“皮”的情况下，使用蜡封装颜料制造的油墨更可能完全转印到纸。由于颜料被封装在蜡中，故它们较不可能附聚。另外，蜡封装颜料比颜料(非蜡封装颜料或单独的颜料)轻，因此较不可能沉降。
与不使用蜡封装颜料或蜡封装染料配制的油墨相比，使用本发明的水性含蜡油墨制得的打印品具有改善的光泽特性，呈现出更宽的颜色宽容度，并且具有更长的货架寿命。本发明的含有颜料化蜡颗粒分散体的水性油墨组合物将提供当与转印定影喷墨打印机一起使用时具有显著改善的“释放”效率的喷墨油墨并且适合于广泛的打印介质。
在实施例中，本文提供的水性油墨组合物含有含青色、品红、黄色、黑色或其它定制色颜料或染料的蜡的分散体。
在实施例中，油墨组合物为低粘度组合物。术语“低粘度”相对于常规的高粘度油墨如丝网打印油墨使用，后者往往具有至少1,000厘泊(cps)的粘度。在特别的实施例中，在约30℃的温度下，本文公开的油墨具有不大于约100cps、不大于约50cps、或不大于约20cps或约2至约30cps的粘度，但粘度可在这些范围之外。当用于喷墨打印应用中时，油墨组合物通常具有适用于所述喷墨打印过程中的粘度。例如，对于热喷墨打印应用，在室温(即，约25℃)下，油墨粘度为至少约1厘泊、不大于约10厘泊、不大于约7厘泊或不大于约5厘泊，但粘度可在这些范围之外。对于压电喷墨打印，在喷射温度下，油墨粘度为至少约2厘泊、至少约3厘泊、不大于约20厘泊、不大于约15厘泊或不大于约10厘泊，但粘度可在这些范围之外。喷射温度可低到约20至25℃，并可高到约70℃、高到约50℃或高到约40℃，但喷射温度可在这些范围之外。
在实施例中，在约30℃至约40℃的喷射温度下，本文的油墨组合物具有约2至约20厘泊的粘度。在某些实施例中，在约30℃的温度下，本文的油墨组合物具有约2至约20厘泊的粘度。
本文的油墨组合物具有提供适合于间接打印应用的润湿和释放性质的选定表面张力特性。在实施例中，油墨组合物选择为提供适合用于压电喷墨打印头中的表面张力、粘度和粒度。
在实施例中，本文的油墨组合物具有约15至约50达因每厘米、或约18至约38达因每厘米或约20至约35达因每厘米的表面张力，但表面张力可在这些范围之外。
所述油墨组合物可通过任何合适的方法制备，例如通过成分的简单混合。一种方法涉及混合所有油墨成分于一起并过滤混合物以获得油墨。油墨可通过混合成分、加热(如果需要)和过滤、然后向混合物中添加任何所需的其它添加剂并在室温下于适度振摇下混合直至获得均匀的混合物来制备，在实施例中，用时约5至约10分钟。或者，可在油墨制备过程中混合任选的油墨添加剂与其它油墨成分，所述油墨制备过程根据任何所需的程序如通过混合所有成分、加热(如果需要)和过滤来进行。
在一个特别的实施例中，油墨如下制备：1)制备颜料化蜡分散体，做法是(a)熔化和混合干颜料与至少一种蜡以形成颜料浓缩物，其中所述颜料浓缩物含至少25重量％的颜料；(b)碾磨步骤(a)的颜料浓缩物以形成经碾磨的颜料浓缩物；(c)合并(b)的经碾磨的颜料浓缩物与水并分散以形成颜料化蜡分散体，所述蜡分散体包含多个颜料化蜡颗粒，所述颜料化蜡颗粒包含被蜡壳包围的颜料芯，其中所述颜料化蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；2)混合所述颜料化蜡分散体与水性油墨载体；3)任选地过滤混合物；4)添加其它组分如另外的水、共溶剂和任选的添加剂；和5)任选地过滤组合物。
本文还公开了一种方法，其包括以成像的图案向基底上施加如本文所公开的油墨组合物。
所述油墨组合物可用在其中涉及向喷墨打印设备中引入油墨组合物并使得油墨的小滴以成像的图案喷射到基底上的过程中。在一个特别的实施例中，打印设备采用热喷墨方法，其中喷嘴中的油墨以成像的图案选择性地被加热，从而使得油墨的小滴以成像的图案喷射。在另一个实施例中，打印设备采用声学喷墨方法，其中通过声束使得油墨的小滴以成像的图案喷射。在又一个实施例中，打印设备采用压电喷墨方法，其中通过压电振动元件的振荡使得油墨的小滴以成像的图案喷射。可采用任何合适的基底。
在实施例中，本文的方法包括向喷墨打印设备中引入如本文所公开的那样制得的油墨、以成像的图案向中间转印构件上喷射油墨的小滴、加热图像以部分或完全地移除溶剂和使油墨以成像的图案从中间转印构件转印到最终记录基底。在一个特别的实施例中，将中间转印构件加热到高于最终记录片材而低于打印设备中的油墨的温度。胶版或间接打印方法也已见公开，例如在美国专利5,389,958中。在一个特别的实施例中，打印设备采用压电打印方法，其中通过压电振动元件的振荡使得油墨的小滴以成像的图案喷射。
在一个特别的实施例中，使用本文的水性油墨组合物进行水性喷墨打印的方法包括向喷墨打印设备中引入水性油墨组合物；其中所述水性油墨组合物包含水、共溶剂和如本文中所述制得的水性亚微米着色剂蜡分散体，所述水性亚微米着色剂蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；以成像的图案向中间转印构件上喷射油墨的小滴；任选地，加热图像以部分或完全地移除溶剂；和使油墨以成像的图案从中间转印构件转印到最终记录基底；或者直接向最终图像接收基底上以成像的图案喷射油墨的小滴。在某个实施例中，着色剂为颜料。在另一个特别的实施例中，二醇共溶剂中至少之一为甘油。在又一个特别的实施例中，共溶剂为甘油和1，3-丙二醇；并且其中甘油和1，3-丙二醇分别以6∶1至1∶2的比率存在。
可采用任何合适的基底或记录片材作为最终记录片材，包括普通纸如4024纸、图像系列纸、Courtland4024DP纸、直纹笔记本纸、铜版纸、二氧化硅涂布纸如SharpCompany二氧化硅涂布纸、JuJo纸、HAMMERMILL纸等、透明材料、织物、纺织品、塑料、聚合物膜、无机基底如金属和木材等。
以下实例提供以进一步明确本发明的各种方面。这些实例仅意在示意而非意在限制本发明的范围。另外，份数和百分数以重量计，另有指出除外。
图1为用FNP-80蜡(48.75重量％)制得的颜料化蜡分散体的透射电子显微镜图片。图2为用青BG10颜料(25重量％)制得的颜料化蜡分散体的透射电子显微镜图片。蜡域为约200纳米，每个域内有着小的颜料聚集体。
实例1
含2重量％青色颜料的水性青色油墨。以表1中示出的量混合表1的组分以提供含有青色颜料化蜡分散体的水性青色油墨。
表1
PEI-1为如美国专利7,973,186中所述的聚乙烯亚胺分散剂并且在实施例中其具有下式
SFD-B124为衍生的磺化铜酞菁，可得自SunChemical。
图3、4和5中示出了实例1的水性油墨的流变图。实例1的油墨用2重量％的青BG10颜料和3.9重量％的FNP-80蜡配制。可将油墨配制成具有较高或较低的粘度以便通过用不同的打印头高效地喷射。
实例2
含2重量％品红颜料的水性品红油墨。以表2中示出的量混合表2的组分以提供含有品红颜料化蜡分散体的水性品红油墨。
表2
使用打印机用实例1的油墨制备试验打印品。
使用具有以下试验关键参数的打印机将油墨打印到不同的基底上，包括DigitalColorElite纸、高级相纸和4200纸基底。
试验关键参数：液滴质量：6.5ng；液滴速度：8m/s；频率：5KHz；电压：19-24V。在打印到DigitalColorEliteGloss纸基底和4200纸基底上后在烘箱中于60℃下干燥两分钟。
表3中示出了打印和铺展后打印点的直径。它们使用PIASII以及光学显微镜(非接触)在打印品上直接测量。PIAS-II为个人图像分析系统，使用了数字放大镜和高分辨率光学模块～5μm/像素，其具有～3.2mmx2.4mm的视场以测量点尺寸和线宽度。
表3
图6为用根据本发明的一种水性油墨组合物在相纸基底上打印的打印点的图像。
图7为用根据本发明的一种水性油墨组合物在DigitalColorElite纸基底上打印的打印点的图像。
图8为用根据本发明的一种水性油墨组合物在4200纸基底上打印的打印点的图像。
表4示出了以线打印在纸基底上的实例1的油墨的线宽度(以微米计)。
表4
图9为用实例1的水性油墨组合物在相纸基底上打印的打印线的图像。
图10为用实例1的水性油墨组合物在DigitalColorElite纸基底上打印的打印线的图像。
图11为用实例1的水性油墨组合物在4200纸基底上打印的打印线的图像。
表5示出了用实例1的油墨在纸基底上打印的点的光学显微镜点圆度。
表5
图12为打印点的图像，示出了用实例1的水性油墨组合物在相纸基底上打印的圆度。
图13为打印点的图像，示出了用实例1的水性油墨组合物在DigitalColorElite纸基底上打印的圆度。
图14为打印点的图像，示出了用实例1的水性油墨组合物在4200纸基底上打印的圆度。

Claims (10)

1.一种水性油墨组合物，所述水性油墨组合物包含：
水；
共溶剂；和
水性亚微米着色剂蜡分散体，所述水性亚微米着色剂蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；
其中所述水性亚微米着色剂蜡分散体通过以下步骤制备：(a)熔化和混合干着色剂与至少一种蜡以形成着色剂浓缩物，其中所述着色剂浓缩物含至少25重量％的着色剂；(b)碾磨步骤(a)的所述着色剂浓缩物以形成经碾磨的着色剂浓缩物；(c)合并(b)的所述经碾磨的着色剂浓缩物与水并分散以形成所述着色剂蜡分散体；其中步骤(a)的所述熔化和混合与步骤(b)的所述碾磨在浸泡介质磨机或卧式磨机中进行；并且其中步骤(c)的所述合并使用活塞均质器进行。
2.根据权利要求1所述的水性油墨组合物，其中所述着色剂包含颜料化蜡颗粒，所述颜料化蜡颗粒具有约200纳米的Z均粒度。
3.根据权利要求1所述的水性油墨组合物，其中所述水性油墨在约20℃至约40℃的温度范围下具有约1.2至约12厘泊的粘度。
4.根据权利要求1所述的水性油墨组合物，其中所述油墨具有约15至约50达因每厘米的表面张力。
5.根据权利要求1所述的水性油墨组合物，其中所述油墨在约30℃至约40℃的喷射温度下具有约2至约20厘泊的粘度。
6.一种水性油墨组合物，所述水性油墨组合物包含：
水；
两种或更多种二醇类型的共溶剂；和
水性亚微米蜡分散体，所述水性亚微米蜡分散体包含多个着色剂蜡颗粒，所述着色剂蜡颗粒包含被蜡壳包围的着色剂芯，其中所述着色剂蜡颗粒呈现出约150纳米至小于约300纳米的粒度分布；
其中所述水性亚微米着色剂蜡分散体通过以下步骤制备：(a)熔化和混合干着色剂与至少一种蜡以形成着色剂浓缩物，其中所述着色剂浓缩物含至少25重量％的着色剂；(b)碾磨步骤(a)的所述着色剂浓缩物以形成经碾磨的着色剂浓缩物；(c)合并(b)的所述经碾磨的着色剂浓缩物与水并分散以形成所述着色剂蜡分散体；其中步骤(a)的所述熔化和混合与步骤(b)的所述碾磨在浸泡介质磨机或卧式磨机中进行；并且其中步骤(c)的所述合并使用活塞均质器进行。
7.根据权利要求6所述的水性油墨组合物，其中所述着色剂为颜料。
8.根据权利要求6所述的水性油墨组合物，其中所述二醇共溶剂中至少之一为甘油。
9.根据权利要求6所述的水性油墨组合物，其中所述共溶剂为甘油和1，3-丙二醇；并且其中所述甘油和1，3-丙二醇分别以6∶1至1∶2的比率存在。
10.根据权利要求6所述的水性油墨组合物，其中所述共溶剂为甘油和1，3-丙二醇且其中所述甘油和1，3-丙二醇分别以2∶1至5∶1的比率存在，并且其中所述共溶剂的总量基于所述油墨的总重量计小于约35重量％并且基于所述油墨的总重量计大于10重量％。
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