CN107922765B - 可光固化墨水组合物 - Google Patents

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Abstract

一种可光固化墨水组合物包含光反应性粘合剂、水溶性聚合物增感剂、水溶性光引发剂、着色剂和余量水。所述水溶性聚合物增感剂包含官能化蒽酮部分、聚醚链和将聚醚链的一端连接到官能化蒽酮部分上的酰胺键或醚键。所述水溶性光引发剂具有式(I),其中n是1至5的任何整数和M是具有1至5的化合价的金属。

Description

可光固化墨水组合物
背景
通过辐射,特别是通过紫外线(UV)辐射固化墨水已变得普及。可UV固化墨水通常包含单体和光引发剂。这些单体通常是能够自由基聚合的那些。各聚合物链的生长端是与附加单体反应的自由基,在添加各单体时将该自由基转移到链末端。使用光引发剂形成第一自由基以开始该聚合过程。作为一个实例,光引发剂能够吸收UV光以生成与单体反应的自由基。
在可UV固化组合物中可以使用两种类型的光引发剂。I型光引发剂是在吸收UV光时发生均匀(hemolytic)键断裂以形成自由基的单分子光引发剂。II型光引发剂是双分子光引发剂。II型光引发剂是包含光引发剂与共引发剂(如增效剂或增感剂)的体系,在暴露在UV光下时它们可以一起形成自由基。对于II型光引发剂,在涉及通过夺氢、通过能量转移或通过电子转移还原一种或多种光激化合物的双分子过程中生成自由基。
附图简述
通过参考下列详述和附图可看出本公开的实例的特征,其中类似附图标记对应于类似但可能不相同的部件。
图1是图示说明本文中公开的三甲基苯甲酰基苯基次膦酸钠盐(TPO-Na)光引发剂的稳定性的图;
图2是图示说明对比光引发剂的稳定性的图;
图3是图示说明三甲基苯甲酰基苯基次膦酸钠盐(TPO-Na)光引发剂和本文中公开的水溶性聚合物增感剂的一个实例的UV-可见光吸收的图;
图4是六种不同青色墨水的固化和未固化样品在湿摩擦试验后的彩色照片的黑白图像;
图5是六种不同青色墨水的固化和未固化样品在湿摩擦试验后的彩色照片的黑白图像;
图6是未固化黑色墨水、固化黑色墨水、未固化品红色墨水和固化品红色墨水在即刻(immediate)摩擦试验后的彩色照片的黑白图像;
图7是未固化黑色墨水、固化黑色墨水、未固化品红色墨水和固化品红色墨水在湿摩擦试验后的彩色照片的黑白图像;且
图8是未固化青色墨水和固化青色墨水在湿摩擦试验后的彩色照片的黑白图像。
详述
喷墨印刷工业使用各种类型的墨水,如基于油的墨水、基于溶剂的(非水性)墨水、基于水的(水性)墨水和固体墨(其在为分配做准备时熔融)。基于溶剂的墨水是快干型的,因此广泛用于工业印刷。在将含粘合剂和其它成分的基于溶剂的墨水喷射到基底上时,一种或多种溶剂从墨水中部分或完全蒸发,以干膜形式在经印刷的基底上留下粘合剂和其它成分,如颜料粒子。在干燥过程中,通常为挥发性有机化合物(VOC)的溶剂释放不合意的蒸气。在较高印刷速度下或对宽幅图像(其中大量墨水沉积到基底上)而言,蒸气生成量可极大增加。由于这种和其它担心,已努力制备基于水的墨水。
但是,可辐射固化(或可光固化)的基于水的墨水组合物至少部分由于它们的特定配方性质和可得的光引发剂而在可用的选择中明显受到限制。例如,许多光引发剂不溶于水,因此难以在基于水的墨水组合物中配制。作为另一实例,一些光引发剂在基于水的墨水载体中分解,因此在基于水的墨水组合物中不稳定。作为再一实例,一些光引发剂不合意地在固化材料各处迁移(例如和因此可从固化材料中析出(leach out))。作为再一实例,一些光引发剂在395nm波长(这是UV LED灯的常见波长)下不吸收。另外,一些可辐射固化(或可光固化)的基于水的墨水组合物没有有效固化。
本文中公开的可光固化墨水组合物的实例是包含水溶性光引发剂和水溶性聚合物增感剂的实例的水性墨水。一种或多种水溶性光引发剂和一种或多种水溶性聚合物增感剂一起形成在墨水的碱性条件中化学稳定(即抗分解)、防止在固化墨膜中和从固化墨膜中迁移、在395nm波长下有活性并表现出与高反应性非水溶性光引发剂(如
Figure BPA0000256366930000021
819(BASF Corp.))相当的固化效率的光引发体系。
除一种或多种水溶性光引发剂和一种或多种水溶性聚合物增感剂外,该可光固化墨水组合物还可包含光反应性粘合剂(其在固化过程中发生交联聚合)、着色剂和水。该可光固化墨水组合物还可包含下文更详细描述的其它添加剂。
该水溶性光引发剂是具有式(I)的三甲基苯甲酰基苯基次膦酸金属盐(即TPO盐):
Figure BPA0000256366930000031
其中n是1至5的任何整数且M是具有1至5的化合价的金属。合适的金属的实例包括Li、Na、K、Cs、Rb、Be、Mg、Ca、Ba、Al、Ge、Sn、Pb、As和Sb。
该TPO盐可以由(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯(TPO-L)和金属盐形成。可以将(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯添加到合适的溶剂(例如甲乙酮(MEK))中以形成溶液,然后可以将金属盐添加到该溶液中。可以将该溶液在预定温度下加热和搅拌预定时间以允许该反应发生。由于该反应,形成固体TPO盐。可以收集、洗涤并干燥该固体。用于形成锂TPO盐(TPO-Li)和钠TPO盐(TPO-Na)的两种示例性合成途径显示在方案A和B中:
Figure BPA0000256366930000032
对于方案A,将大约0.1摩尔(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯引入600毫升甲乙酮(MEK)中。然后将4当量0.4摩尔溴化锂添加到该溶液中。在大约15分钟后,将该均匀溶液加热和搅拌24小时。在一个实例中,该溶液在热板上的65℃油浴中加热。形成白色固体(在这一实例中为TPO-Li)。可以将该混合物冷却至室温,并通过真空过滤或一些其它合适的方法收集白色固体。可以将该白色固体在烧杯内在搅拌下用石油醚(250毫升,三次)洗涤大约30分钟。随后可以将该白色固体在烘箱中干燥。作为一个实例,TPO-Li收率可以为89%。
对于方案B,将大约0.4摩尔(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基次膦酸乙酯引入600毫升甲乙酮(MEK)中。然后将1.1当量0.46摩尔碘化钠添加到该溶液中。在大约15分钟后,将该均匀溶液加热和搅拌24小时。在一个实例中,将该溶液在热板上的65℃油浴中加热。形成白色固体(在这一实例中为TPO-Na)。可以将该混合物冷却至室温,并通过真空过滤或一些其它合适的方法收集白色固体。可以将该白色固体在烧杯内在搅拌下用石油醚(500毫升,三次)洗涤。随后可以将该白色固体在烘箱中干燥。作为一个实例,TPO-Na收率可以为90%。
该水溶性光引发剂可以以基于可光固化墨水组合物的总重量%的大约0.1重量%至大约10重量%的量存在于可光固化墨水组合物中。
本文中公开的水溶性光引发剂的溶解度高。在一个实例中,该水溶性光引发剂可具有至少0.1重量%的水溶解度。当水溶解度为至少0.1重量%时,其是指在添加到水中的水溶性光引发剂的总重量%中,该总量的至少0.1重量%可溶于水。在一些情况下,该水溶性光引发剂可具有至少0.5重量%的水溶解度。在一些情况下,该水溶性光引发剂可具有高达大约20重量%的水溶解度。相信也可能实现更高的水溶解度,可能高达100重量%。
本文中公开的水溶性光引发剂也在可光固化墨水组合物中(在碱性条件下,即pH大于7至大约14)化学稳定,因为其不分解。另外,尽管该水溶性光引发剂本身可能不是高度反应性的,但与本文中公开的水溶性聚合物增感剂组合,所得光引发体系是高度反应性的并表现出合意的固化效率。
该水溶性聚合物增感剂包含官能化蒽酮部分(moiety)、聚醚链和将聚醚链的一端连接到官能化蒽酮部分上的酰胺键或醚键。下面更详细论述该聚合物增感剂的各组分。
该聚合物增感剂的一个部分是官能化蒽酮部分。本文所用的“官能化蒽酮部分”具有式:
Figure BPA0000256366930000051
其中X可以是S、O或NH。当X=S时,该官能化蒽酮部分是噻吨酮(thioxanthrenone),当X=O时,该官能化蒽酮部分是呫吨酮,当X=NH时,该官能化蒽酮部分是吖啶酮。R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯(alkene)或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基;且Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。
本文中公开的聚合物增感剂的另一部分包含一个或多个聚醚链。聚醚链的合适实例包括聚乙二醇或甲基取代的聚乙二醇。在一个实例中,该聚醚链的一端经由酰胺键或醚键连接到官能化蒽酮部分上。聚醚链的分子量在一些情况下可影响最终聚合物增感剂的溶解度。例如,聚醚链中的较高氧原子/碳原子比率倾向于使聚合物增感剂更可溶于水。聚醚链的分子量也可影响聚合物增感剂在固化墨水中的迁移程度。较长的聚醚链可使得聚合物增感剂更难在固化墨水内移动,由此降低迁移。因此,可以选择聚醚链的分子量和长度以提供良好的水溶解度和聚合物增感剂在固化墨水中的低迁移或无迁移。
如上所示,酰胺键或醚键将聚醚链连接到官能化蒽酮部分上。已经发现,本文中公开的聚合物增感剂由于酰胺或醚键而水解稳定,尤其是与包含酯键的增感剂比较时。因此,酰胺或醚键改进聚合物增感剂在基于水的可光固化墨水组合物中的稳定性。
本文所用的“酰胺键”是指酰胺基团或具有连接到酰胺基团的碳原子上的桥连基团(在一些式中显示为“Y”)的酰胺基团。酰胺键将官能化蒽酮部分的末端苯环之一与聚醚链连接。聚醚链可直接键合到酰胺基团的氮原子上,且酰胺基团的碳原子可直接键合或经桥连基团连接到官能化蒽酮部分的一个苯环中的碳原子上。要理解的是,酰胺键可在一个苯环上的不同位置连接到官能化蒽酮部分上。例如,酰胺基团的碳原子或桥连基团的碳原子可连接到该环的邻位、间位或对位的碳原子上。酰胺键的连接位置部分取决于在形成聚合物增感剂时用作官能化蒽酮部分的起始材料。该酰胺键可通过合适的反应,如取代反应或缩合反应形成。
本文所用的“醚键”是指将官能化蒽酮部分的末端苯环之一与聚醚链连接的醚基团(即R’-O-R”)。该醚键的R’和R”可以分别是官能化蒽酮部分和聚醚链的一部分。例如,该醚键的R’可以是一个苯环中的碳原子之一,且该醚键的R”可以是聚醚链的一端的碳原子。要理解的是,醚键可在一个苯环上的不同位置连接到官能化蒽酮部分上。例如,醚键的R’碳原子可以是在该环的邻位、间位或对位的碳原子。醚键的连接位置部分取决于在形成聚合物增感剂时用作官能化蒽酮部分的起始材料。该醚键可通过合适的反应,如取代反应形成。
在一些实例中,官能化蒽酮部分、聚醚链和酰胺或醚键不构成整个聚合物增感剂。在一些实例中,该聚合物增感剂可包含附加官能化蒽酮部分和/或聚醚链。在另一些实例中,该聚合物增感剂可具有连接到聚醚链的相反末端上的一个或多个官能团。
在一个实例中,该聚合物增感剂具有式(II):
Figure BPA0000256366930000061
在式(II)中,R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基。Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。合适的烷基的一些实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基等。合适的烯基的一个实例是乙烯基。合适的芳基的一些实例包括苯基、苯基甲基等。在式(II)中,X是O、S或NH且该聚醚链具有n个重复单体单元,其中n为1至200。如式(II)中所示,该键是醚键。
在另一实例中,该聚合物增感剂具有式(III):
Figure BPA0000256366930000071
在式(III)中,R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基。Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。合适的烷基的一些实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基等。合适的烯基的一个实例是乙烯基。合适的芳基的一些实例包括苯基、苯基甲基等。在式(III)中,X是O、S或NH,Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数,第一聚醚链具有m个重复单体单元,其中m为1至200,且第二聚醚链具有n个重复单体单元,其中n为1至200。如式(III)中所示,该键是酰胺键。
在另一些实例中,该聚合物增感剂包含经由附加醚键或附加酰胺键连接到聚醚链的相反末端上的附加官能化蒽酮部分。
在一个实例中,该聚合物增感剂具有式(IV):
Figure BPA0000256366930000081
其包含经由附加醚键连接到聚醚链的相反末端上的附加官能化蒽酮部分。
在式(IV)中,R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基。Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。如上文提到,合适的烷基的一些实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基等;合适的烯基的一个实例是乙烯基;且合适的芳基的一些实例包括苯基、苯基甲基等。要理解的是,这些基团可用于本文中公开的任何式。在式(IV)中,X是O、S或NH且该聚醚链具有n个重复单体单元,其中n为1至200。
在另一实例中,该聚合物增感剂具有式(V):
Figure BPA0000256366930000082
其包含经由附加酰胺键连接到聚醚链的相反末端上的附加官能化蒽酮部分。
在式(V)中,R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基。Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。如上文提到,合适的烷基的一些实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基等;合适的烯基的一个实例是乙烯基;且合适的芳基的一些实例包括苯基、苯基甲基等。在式(V)中,X是O、S或NH,Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数,第一聚醚链具有m个重复单体单元,其中m为1至200,第二聚醚链具有n个重复单体单元,其中n为1至200,且第三聚醚链具有p个重复单体单元,其中p为1至200。
在再一实例中,该聚合物增感剂包含第一、第二和第三官能化蒽酮部分。另外,在这一实例中,第一、第二和第三官能化蒽酮部分各自独立地和分别连接到第一、第二和第三酰胺或醚键上。第一、第二和第三酰胺或醚键分别连接到第一、第二和第三聚醚链上。在一个实例中,第一酰胺或醚键将第一聚醚链的一端连接到第一官能化蒽酮部分上。第一聚醚链的相反末端经由一个或多个碳原子连接到第二和第三聚醚链的每个上。
具有三个官能化蒽酮部分的聚合物增感剂的两个实例分别具有式(VI,具有三个醚键)和(VII,具有三个酰胺键):
Figure BPA0000256366930000091
Figure BPA0000256366930000101
在式(VI)和(VII)中,R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基。Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。如上文提到,合适的烷基的一些实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基等;合适的烯基的一个实例是乙烯基;且合适的芳基的一些实例包括苯基、苯基甲基等。在式(VI)和(VII)的每个中,各聚醚链具有n个重复单体单元,其中n为1至200,且X是O、S或NH。在式(VII)中,Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数。
再进一步,在另一实例中,该聚合物增感剂包含第一、第二、第三和第四官能化蒽酮部分。在这一实例中,第一、第二、第三和第四官能化蒽酮部分各自独立地和分别连接到第一、第二、第三和第四酰胺或醚键上。第一、第二、第三和第四酰胺或醚键分别连接到第一、第二、第三和第四聚醚链上。在一个实例中,第一酰胺或醚键将第一聚醚链的一端连接到第一官能化蒽酮部分上。第一聚醚链的相反末端经由一个或多个碳原子连接到第二、第三和第四聚醚链的每个上。
具有四个官能化蒽酮部分的聚合物增感剂的两个实例分别具有式(VIII,具有四个醚键)和(IX,具有四个酰胺键):
Figure BPA0000256366930000111
在式(VIII)和(IX)中,R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基。Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯或烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基。如上文提到,合适的烷基的一些实例包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、戊基、己基等;合适的烯基的一个实例是乙烯基;且合适的芳基的一些实例包括苯基、苯基甲基等。在式(VIII)和(IX)的每个中,各聚醚链具有n个重复单体单元,其中n为1至200,且X是O、S或NH。在式(IX)中,Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数。
在式II至XI的每个中,要指出,一个或多个聚醚链可连接到一个或多个官能化蒽酮部分的一个苯环的不同位置上。
聚合物增感剂的分子量可影响其在固化墨水中的迁移度。例如,重均分子量(Mw)为大约500或更大的聚合物增感剂与小分子增效剂(例如甲基二乙醇胺、三甲胺及其类似物)相比可具有降低的在固化墨水中的迁移。可通过将聚合物增感剂的Mw提高到大约1000或更大而进一步降低迁移。在一个实例中,该聚合物增感剂可具有大约500至大约5000的Mw。各种分子量的聚醚链(例如聚乙二醇或甲基取代的聚乙二醇)可得,以能够生成具有各种分子量的聚合物增感剂。在一些实例中,该聚乙二醇链可选自PEG 300、PEG 550、PEG600、PEG 750、PEG 1000和PEG 2000。
也可以通过改变官能化蒽酮部分或将R基团添加到官能化蒽酮部分上(在一些情况下最低限度)改变该聚合物增感剂的分子量。
聚合物增感剂的分子量还可影响该增效剂在水中的溶解度。如上所述,聚合物增感剂的分子量可受一个或多个聚醚链影响。尽管一个或多个官能化蒽酮部分本身不溶于水,但添加一个或多个水溶性聚醚链可使整个聚合物增感剂可溶于水。随着聚醚链增加,分子量提高,且水溶解度提高。在这样的情况下,一个或多个可溶性聚醚链可具有足够的分子量以使其可溶性克服一个或多个官能化蒽酮部分的不溶性。例如,当在聚乙二醇链中包含一个单体(例如-CH2CH2O-)(例如式(II)中的n=1)时,该聚合物增感剂在最低限度上可溶于水,并且随着单体数增加,该聚合物增感剂的水溶解度提高。此外,可以将水溶性R基团包含或添加到一个或多个官能化蒽酮部分中以提高该聚合物增感剂的溶解度。在一个实例中,该聚合物增感剂可具有至少0.1重量%的水溶解度。当水溶解度为至少0.1重量%时,其是指在添加到水中的聚合物增感剂的总重量%中,该总量的至少0.1重量%可溶于水。在一些情况下,该聚合物增感剂可具有0.1重量%至20重量%的水溶解度。相信也可能实现更高的水溶解度,可能高达100重量%。
该水溶性聚合物增感剂以基于可光固化墨水组合物的总重量%的大约0.1重量%至大约10重量%的量存在于可光固化墨水组合物中。
如上文提到,可光固化墨水组合物还包含光反应性粘合剂。该光反应性粘合剂可以是具有通过紫外线自由基聚合的可聚合基团的任何可紫外线(UV)聚合化合物。该可聚合基团可包括烯属不饱和双键,其具体实例可包括丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、乙烯基醚基团、马来酸酐基团和取代的马来酰亚胺基团。
该可紫外线聚合化合物可以是单体、低聚物或其混合物。该可紫外线聚合化合物可以是水溶性可紫外线聚合化合物或水不溶性可紫外线聚合化合物。对于可紫外线聚合化合物,“水溶性”是指在25℃下基于100质量份水,该化合物以1质量份或更大(例如10质量份或更大)的量溶解。对于可紫外线聚合化合物,“水不溶性”是指在25℃下基于100质量份水,该化合物以小于1质量份的量溶解。
水溶性可紫外线聚合化合物的一个实例包括可自由基聚合单体,如丙烯酰基吗啉(ACMO)、羟乙基丙烯酰胺(HEAA)、双丙酮丙烯酰胺、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基-甲酰胺、乙烯基萘磺酸、(甲基)丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、琥珀酸酐和(甲基)丙烯酸2-羟乙酯的酯,和邻苯二甲酸酐和(甲基)丙烯酸2-羟乙酯的酯。水溶性可紫外线聚合化合物的另一些实例包括可自由基聚合单体(如多元醇的(甲基)丙烯酸酯,和缩水甘油醚(衍生自多元醇)的(甲基)丙烯酸酯),或也可例举通过使水溶性可紫外线聚合单体聚合到所需聚合度而得的低聚物。
在另一些实例中,该光反应性粘合剂可包括可UV或LED固化聚氨酯和一种或多种疏水性可辐射固化单体的组合。在一个实例中,该光反应性粘合剂可包括水分散性(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯,如NeoResins(Avecia)生产的
Figure BPA0000256366930000131
R-441。UV反应性粘合剂的其它实例可包括
Figure BPA0000256366930000132
7710、
Figure BPA0000256366930000133
7655(可获自Allnex)、
Figure BPA0000256366930000134
R-440、
Figure BPA0000256366930000135
R-441、
Figure BPA0000256366930000136
R-447、
Figure BPA0000256366930000137
R-448(可获自DSM NeoResins)、
Figure BPA0000256366930000138
UV 2317、
Figure BPA0000256366930000139
UV VP LS 2348(可获自Bayer)、Lux 260、Lux 430、Lux 399、Lux 484(可获自Alberdingk Boley)、
Figure BPA00002563669300001310
LR 8949、
Figure BPA00002563669300001311
LR 8983、
Figure BPA00002563669300001312
PE 22WN、
Figure BPA00002563669300001313
PE 55WN或
Figure BPA00002563669300001314
UA 9060(可获自BASF)和来自供应商的实验性可UV固化聚氨酯分散体。
可以独自使用任何光反应性粘合剂或其中两种或更多种组合使用。光反应性粘合剂以基于该墨水组合物的重量%的大约5重量%至大约70重量%的量存在于可光固化墨水组合物中。在另一些实例中,光反应性粘合剂的量为基于该墨水组合物的重量%的大约10重量%至大约60重量%,或大约15重量%至大约50重量%。
如上文提到,该可光固化墨水组合物还包含着色剂。该可光固化墨水组合物中的着色剂可以是颜料或染料。在一些实例中,着色剂可以以基于该可光固化墨水组合物的总重量%的大约0.5重量%至大约15重量%的量存在。在一个实例中,着色剂可以以大约1重量%至大约10重量%的量存在。在另一实例中,着色剂可以以大约5重量%至大约10重量%的量存在。
该着色剂的体积平均粒度可以为10nm至1,000nm。该着色剂的体积平均粒度是指着色剂本身的粒度,或具有附着到着色剂上的添加剂,如分散剂的着色剂的粒度。
该着色剂的示例性颜色是黑色、青色、品红色、黄色、红色、绿色、蓝色、棕色、白色或金属光泽(如金色和银色)。该着色剂也可以是无色或浅色的。
该着色剂可以是通过将染料或颜料固定到作为核的二氧化硅、氧化铝或聚合物珠粒的表面上而得的粒子、染料的不溶性色淀产品、有色乳液和有色胶乳。
在一些实例中,该着色剂可以是染料。本文所用的“染料”是指吸收电磁辐射或其某些波长的化合物或分子。如果染料吸收可见光谱中的波长,该染料可赋予墨水组合物可见颜色。该染料可以是非离子型、阳离子型、阴离子型的,或非离子型、阳离子型和/或阴离子型染料的混合物。该染料可以是亲水阴离子染料、直接染料、反应性染料、聚合物染料或油溶性染料。可用的染料的具体实例包括磺酰罗丹明B、酸性蓝113、酸性蓝29、酸性红4、Rose Bengal、酸性黄17、酸性黄29、酸性黄42、吖啶黄G、酸性黄23、酸性蓝9、氯化硝基四氮唑蓝一水合物(Nitro Blue Tetrazolium Chloride Monohydrate)或Nitro BT、罗丹明6G、罗丹明123、罗丹明B、罗丹明B异氰酸盐、藏红O、天青B和天青B曙红(Azure B Eosinate),它们可获自Sigma-Aldrich Chemical Company(St.Louis,Mo.)。阴离子型水溶性染料的实例包括独自或与酸性红52一起的直接黄132、直接黄199、品红色377(可获自Ilford AG,Switzerland)。水不溶性染料的实例包括偶氮染料、呫吨染料、次甲基染料(methine)、多次甲基染料(polymethine)和蒽醌染料。水不溶性染料的具体实例包括可获自BASF Corp.的
Figure BPA0000256366930000141
Blue GN、
Figure BPA0000256366930000142
Pink和
Figure BPA0000256366930000143
Yellow染料。黑色染料可包括直接黑154、直接黑168、坚牢黑2、直接黑171、直接黑19、酸性黑1、酸性黑191、Mobay Black SP和酸性黑2。
在另一些实例中,该着色剂可以是颜料。本文所用的“颜料”通常包括有机或无机颜料着色剂、磁性粒子、氧化铝、二氧化硅和/或其它陶瓷、有机金属或其它不透明粒子,无论这样的微粒是否提供颜色。因此,尽管本说明书主要举例说明颜料着色剂的使用,但术语“颜料”可以更笼统地描述颜料着色剂以及其它颜料,如有机金属、铁氧体、陶瓷等。
合适的颜料包括下列,它们可获自BASF Corp.:
Figure BPA0000256366930000151
Orange、
Figure BPA0000256366930000152
Blue L 6901F、
Figure BPA0000256366930000153
Blue NBD 7010、
Figure BPA0000256366930000154
Blue K 7090、
Figure BPA0000256366930000155
Blue L 7101F、
Figure BPA0000256366930000156
Blue L 6470、
Figure BPA0000256366930000157
Green K 8683、
Figure BPA0000256366930000158
Green L 9140、
Figure BPA0000256366930000159
Yellow 3G、
Figure BPA00002563669300001510
Yellow GR、
Figure BPA00002563669300001511
Yellow 8G、
Figure BPA00002563669300001512
Yellow 5GT和
Figure BPA00002563669300001513
Rubine 4BL。下列颜料可获自Degussa Corp.:Color Black FWI、Color Black FW2、ColorBlack FW2V、Color Black 18、Color Black、FW200、Color Black 5150、Color Black S160和Color Black 5170。下列黑色颜料可获自Cabot Corp.:
Figure BPA00002563669300001514
400R、
Figure BPA00002563669300001515
330R、
Figure BPA00002563669300001516
660R、
Figure BPA00002563669300001517
L、BLACK
Figure BPA00002563669300001518
L、
Figure BPA00002563669300001519
1400、
Figure BPA00002563669300001520
1300、
Figure BPA00002563669300001521
1100、
Figure BPA00002563669300001522
1000、
Figure BPA00002563669300001523
900、
Figure BPA00002563669300001524
880、
Figure BPA00002563669300001525
800和
Figure BPA00002563669300001526
700。下列颜料可获自Orion Engineered Carbons GMBH:
Figure BPA00002563669300001527
U、
Figure BPA00002563669300001528
V、
Figure BPA00002563669300001529
140U、
Figure BPA00002563669300001530
140V、
Figure BPA00002563669300001531
35、Color Black FW 200、Color Black FW 2、ColorBlack FW 2V、Color Black FW 1、Color Black FW 18、Color Black S 160、Color BlackS 170、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A和Special Black 4。下列颜料可获自DuPont:
Figure BPA00002563669300001532
R-101。下列颜料可获自Heubach:
Figure BPA00002563669300001533
Magenta、
Figure BPA00002563669300001534
Scarlet、
Figure BPA00002563669300001535
Violet R、
Figure BPA00002563669300001536
Red B和
Figure BPA00002563669300001537
Violet Maroon B。下列颜料可获自Clariant:
Figure BPA00002563669300001538
Yellow YT-858-D、永固黄GR、永固黄G、永固黄DHG、永固黄NCG-71、永固黄GG、Hansa Yellow RA、Hansa Brilliant Yellow 5GX-02、Hansa Yellow-X、
Figure BPA00002563669300001539
Yellow HR、
Figure BPA00002563669300001540
Yellow FGL、Hansa BrilliantYellow 10GX、永固黄G3R-01、
Figure BPA0000256366930000161
Yellow H4G、
Figure BPA0000256366930000162
Yellow H3G、
Figure BPA0000256366930000163
Orange GR、
Figure BPA0000256366930000164
Scarlet GO和Permanent Rubine F6B。下列颜料可获自Sun Chemical:
Figure BPA0000256366930000165
Magenta、
Figure BPA0000256366930000166
Brilliant Scarlet、
Figure BPA0000256366930000167
Red R6700、
Figure BPA0000256366930000168
RedR6713、
Figure BPA0000256366930000169
Violet、L74-1357 Yellow、L75-1331 Yellow、L75-2577 Yellow和LHD9303 Black。下列颜料可获自Birla Carbon:
Figure BPA00002563669300001610
7000、
Figure BPA00002563669300001611
5750、
Figure BPA00002563669300001612
5250、
Figure BPA00002563669300001613
5000
Figure BPA00002563669300001614
II、
Figure BPA00002563669300001615
2000、
Figure BPA00002563669300001616
1500、
Figure BPA00002563669300001617
1250、
Figure BPA00002563669300001618
1200、
Figure BPA00002563669300001619
1190
Figure BPA00002563669300001620
1170、
Figure BPA00002563669300001621
1255、
Figure BPA00002563669300001622
1080和
Figure BPA00002563669300001623
1060。下列颜料可获自MitsubishiChemical Corp.:No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF-88、MA600、MA7、MA8和MA100。该着色剂可以是白色颜料,如二氧化钛或其它无机颜料,如氧化锌和氧化铁。
青色颜料的具体实例可包括C.I.颜料蓝-1、-2、-3、-15、-15:1、-15:2、-15:3、-15:4、-16、-22和-60。品红色颜料的具体实例可包括C.I.颜料红-5、-7、-12、-48、-48:1、-57、-112、-122、-123、-146、-168、-177、-184、-202和C.I颜料紫-19。黄色颜料的具体实例可包括C.I颜料黄-1、-2、-3、-12、-13、-14、-16、-17、-73、-74、-75、-83、-93、-95、-97、-98、-114、-128、-129、-138、-151、-154和-180。尽管在本文中已经给出几个实例,要理解的是,可以使用可用于改变可UV固化墨水的颜色的任何其它颜料或染料。
该颜料可以用聚合物、低聚物或小分子自分散。自分散颜料是指在颜料表面上具有水增溶基团的颜料,其即使不用单独分散剂也可分散在水中。可通过对颜料进行表面改性处理,如酸/碱处理、偶联剂处理、聚合物接枝处理、等离子体处理或氧化/还原处理获得自分散颜料。除上述表面改性颜料外,自分散颜料的实例还可包括市售自分散颜料,如可获自Cabot Corporation的
Figure BPA00002563669300001624
Figure BPA00002563669300001625
IJX-TM157、IJX-TM253、IJX-TM266、IJX-TM273、IJX-TM444、IJX-TM55、
Figure BPA00002563669300001626
Figure BPA00002563669300001627
Figure BPA00002563669300001628
Figure BPA00002563669300001629
自分散颜料的一些实例具有磺酸、磺酸酯、羧酸或羧酸酯作为其表面上的官能团。至少具有羧酸或羧酸酯作为其表面上的官能团的颜料的一个实例是用树脂涂布的颜料。这种类型的颜料可称作微囊颜料。市售微囊颜料可获自DIC Corporation或TOYO Ink Co.,Ltd.。该自分散颜料也可具有物理吸附或化学键合到颜料上的聚合物化合物。
该颜料可以用单独分散剂分散。可用的颜料分散剂的实例可包括聚合物分散剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。
作为聚合物分散剂,可以使用具有亲水结构和疏水结构的聚合物。作为具有亲水结构和疏水结构的聚合物,可以使用缩合聚合物或加成聚合物。缩合聚合物的实例可包括基于聚酯的分散剂。加成聚合物的实例可包括具有烯属不饱和基团的单体的加成聚合物。通过使具有亲水基团的具有烯属不饱和基团的单体和具有疏水基团的具有烯属不饱和基团的单体共聚,可以获得合适的聚合物分散剂。此外,可以使用具有亲水基团的具有烯属不饱和基团的单体的均聚物。具有亲水基团的具有烯属不饱和基团的单体的实例可包括具有羧基、磺酸酯基团、羟基、磷酸酯基团等的单体。一些具体实例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、衣康酸、衣康酸单酯、马来酸、马来酸单酯、富马酸、富马酸单酯、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、磺化乙烯基萘、乙烯醇、丙烯酰胺、磷酸甲基丙烯酰氧基乙酯、磷酸双甲基丙烯酰氧基乙酯、甲基丙烯酰氧基乙基苯基酸磷酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯和二乙二醇二甲基丙烯酸酯。
合适的分散剂/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、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、取代的胺氧化物等。合适的表面活性剂可包括非离子仲醇乙氧基化物,如TERGITOLTM 15-S-12和TERGITOLTM 15-S-7(可获自Dow ChemicalCompany);非离子辛基酚乙氧基化物表面活性剂,如TRITONTM X-100或TRITONTM X-405(可获自Dow Chemical Company);和十二烷基硫酸钠。
阴离子表面活性剂的一些实例可包括烷基苯磺酸盐、烷基苯基磺酸盐、烷基萘磺酸盐、高级脂肪酸盐、高级脂肪酸酯的硫酸酯盐、高级脂肪酸酯的磺酸盐、高级醇醚的硫酸酯盐和磺酸盐、高级烷基磺基琥珀酸盐、聚氧乙烯烷基醚羧酸盐、聚氧乙烯烷基醚硫酸盐、烷基磷酸盐和聚氧乙烯烷基醚磷酸盐。阴离子表面活性剂的一些具体实例包括十二烷基苯磺酸盐、异丙基萘磺酸盐、单丁基苯基酚单磺酸盐、单丁基联苯磺酸盐和二丁基苯基酚二磺酸盐。
非离子表面活性剂的一些实例可包括聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯脂肪酸酯、失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯脂肪酸酰胺、烷基链烷醇酰胺、脂肪酸链烷醇酰胺(alkyloamide)、聚乙二醇聚丙二醇嵌段共聚物、乙炔二醇和乙炔二醇的聚氧乙烯加合物。非离子表面活性剂的一些具体实例包括聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚和聚氧乙烯十二烷基苯基醚。非离子表面活性剂的进一步实例可包括硅表面活性剂,如聚硅氧烷氧乙烯加成物;氟表面活性剂,如全氟烷基羧酸酯、全氟烷基磺酸酯和氧乙烯全氟烷基醚;和生物表面活性剂,如针胞子酸、鼠李糖脂和溶血卵磷脂。
该聚合物分散剂或非离子、阳离子、阴离子和/或两性表面活性剂可以以基于可光固化墨水组合物的总重量%的大约0.01重量%至10重量%的量存在。
另一些合适的着色剂包括通过染料、荧光染料或荧光颜料着色的蜡树脂粉末或乳液。
该可光固化墨水组合物的余量是水(例如纯净水、去离子水等)。因此,水的重量%取决于该墨水组合物中的其它组分。
本文中公开的可光固化墨水组合物的一些实例除水外还包含助溶剂。可用的助溶剂的种类可包括有机助溶剂,包括醇(例如脂族醇、芳族醇、多元醇(例如二醇)、多元醇衍生物、长链醇等)、二醇醚、聚二醇醚、含氮溶剂(例如吡咯烷酮类、己内酰胺类、甲酰胺类、乙酰胺类等)和含硫溶剂。此类化合物的实例包括脂族伯醇、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、聚乙二醇烷基醚的更高级同系物(C6-C12)、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺、取代和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等。合适的助溶剂的另一些实例包括碳酸亚丙酯和碳酸亚乙酯。
多元醇的一些实例可包括糖醇,如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、三乙二醇、四乙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、1,2-己二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、甘油、三羟甲基丙烷和木糖醇;和糖类如木糖、葡萄糖和半乳糖。多元醇衍生物的一些实例可包括乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丁基醚、二乙二醇单甲基醚、二乙二醇单乙基醚、二乙二醇单丁基醚、丙二醇单丁基醚、二丙二醇单丁基醚和双甘油的环氧乙烷加成物。含氮溶剂的一些实例可包括2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、环己基吡咯烷酮和三乙醇胺。醇的实例可包括乙醇、异丙醇、丁醇和苄醇。含硫溶剂的实例可包括硫代二乙醇、硫代双甘油、环丁砜和二甲亚砜。
可以使用单一助溶剂或可以组合使用几种助溶剂。当包含时,一种或多种助溶剂根据喷射构造总共以0.1重量%至60重量%的量存在,尽管也可使用在此范围外的量。作为另一个实例,一种或多种助溶剂可以为可光固化墨水组合物的总重量%的大约1重量%至大约30重量%或大约40重量%。
该可光固化墨水组合物还可包含各种其它添加剂以增强用于特定用途的墨水组合物的性质。这些添加剂的实例包括为抑制微生物的生长而添加的那些、粘度改进剂、pH调节材料、螯合剂、抗结垢剂(anti-kogation agents)、防腐剂等。
为抑制微生物的生长而添加的添加剂可以是杀生物剂、杀真菌剂和其它抗微生物剂。合适的抗微生物剂的实例包括但不限于
Figure BPA0000256366930000191
(Nudex、Inc.)、UCARCIDETM(Union carbide Corp.)、
Figure BPA0000256366930000192
(R.T.Vanderbilt Co.)、
Figure BPA0000256366930000193
(ICIAmerica)及其组合。
可以包含螯合剂,如EDTA(乙二胺四乙酸)以消除重金属杂质的有害影响,并可以使用缓冲溶液控制墨水的pH。可以例如使用(该墨水组合物的总重量%的)0重量%至大约2重量%的螯合剂和/或缓冲溶液。也可存在粘度改进剂,以及按需要改变墨水的性质的其它添加剂。此类添加剂可以以基于墨水组合物的总重量%的0重量%至大约20重量%的量存在。
本文中公开的聚合物增感剂和光引发剂可以都在pH为大于7至14或更高的碱性水性环境中稳定。因此,该可光固化墨水组合物可以配制成具有大于7至14或更高的pH。在一些实例中,该可光固化墨水可具有8或更高的pH。在一个具体实例中,该可光固化墨水可具有8.5的pH。本文所用的术语“稳定”是指聚合物增感剂和光引发剂具有至少1年贮存寿命的能力。例如,本文中公开的可光固化墨水组合物可具有大于1年、大于2年或更久的贮存寿命。
如本文中提到,该聚合物增感剂和光引发剂可以都表现出比其它增感剂或光引发剂,如小分子增效剂相比更低的在固化墨水中的迁移。该墨水组合物中的光反应性粘合剂可包括在固化过程中聚合或交联的聚合物或单体。随着该粘合剂固化,该聚合物增感剂可变得部分由于该聚合物增感剂的聚醚链而锁定到固化的粘合剂中。该光引发剂可完全聚合以与固化的粘合剂形成聚合物网络。因此,该聚合物增感剂和该光引发剂在固化的墨水组合物中几乎没有或没有迁移。
本公开还延伸至制备可光固化墨水组合物的方法。在一个实例中,一种方法可包括混合反应性粘合剂、聚合物增感剂、光引发剂、着色剂和水(独自或与一种或多种助溶剂组合)。在一个实例中,该方法还可包括将该墨水组合物的pH调节到大于7至14。在另一实例中,该方法可包括将该墨水的pH调节到8或更高。
该可光固化墨水组合物可以在广泛选择的基底上印刷,包括未处理的塑料、软质以及硬质多孔或无孔基底。一些实例包括纸(例如普通纸、涂布光泽纸等)、纸板、泡沫板、织物等。该墨水组合物在各种基底上表现出良好附着。该可光固化墨水组合物还具有适合喷墨印刷的粘度,因此能够实现良好印刷性能。在一些实例中,该墨水组合物可以配制用于热喷墨印刷。本公开的可光固化墨水组合物能够实现高印刷速度并且非常适合用于数字喷墨印刷。
该可光固化墨水组合物可以是可UV固化的,在一个具体实例中可以是可UV LED固化的。本文所用的“可UV固化”是指可通过暴露在来自任何UV源如汞蒸气灯、UV LED源等的紫外光下固化的组合物。汞蒸气灯发射在240nm至270nm和350nm至380nm波长下的高强度光。“可LED固化”是指可通过来自紫外线LED的紫外光固化的组合物。紫外线LED通常发射特定波长的光。例如,紫外线LED尤其可提供365nm和395nm波长。术语“可光固化”笼统表示可通过暴露在来自适合固化组合物的任何波长的光下固化的组合物。通常,该可光固化组合物是可UV固化的,在一些情况下可UV LED固化。
为进一步举例说明本公开,在本文中给出实施例。要理解的是,这些实施例用于举例说明并且不应被解释为限制本公开的范围。
实施例
实施例1
制备钠TPO盐(TPO-Na)。首先将128.8克(0.42摩尔)三甲基苯甲酰基苯基次膦酸乙酯引入600毫升甲乙酮(MEK)中。然后将1.1当量69克(0.46摩尔)碘化钠添加到该溶液中。在15分钟后,将该均匀溶液加热至65℃并搅拌24小时。在该溶液中形成白色固体。在冷却至室温后,通过真空过滤收集白色固体,并在烧杯内通过搅拌用石油醚(500毫升,各三次)洗涤。将该白色固体在烘箱中进一步干燥。产量为112.7克(90%)TPO-Na。
将该TPO-Na溶解在10%1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮(2HE2P)和水的溶液中。在形成后立即、在加速储存环境中2周后和在加速储存环境中4周后测量该溶液的吸光度。在暴露在加速储存环境下后的吸光度指示该溶液的加速储存(或贮存)寿命(ASL)。用UV-Vis分光光度计测量吸光度。加速储存环境可以是具有大约45℃至大约60℃的温度的环境。在这一实施例中,加速储存环境是在大约50℃的温度下烘烤的烘箱,并将TPO-Na溶液在加速储存环境中储存所选时间。ASL结果显示在图1中。与初始吸收(标作TPO-Na/10%2HE2P)相比,TPO-Na在加速储存2周或4周后没有表现出任何降解,这意味着TPO-Na在此条件下稳定。
作为对比例,将
Figure BPA0000256366930000211
819(BASF Corp.)溶解在10%1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮(2HE2P)和90%乙醇的溶液中。因为
Figure BPA0000256366930000212
819不溶于水,选择该溶剂混合物。在形成后立即和在与TPO-Na溶液相同的加速储存环境中2周后测量该溶液的吸光度。在该溶剂混合物存在下,
Figure BPA0000256366930000213
819很可能经历溶剂分解,在几个月后失去其反应性(通过加速储存结果证实)。结果显示在图2中。比较TPO-Na溶液的结果与
Figure BPA0000256366930000214
819溶液的结果,
Figure BPA0000256366930000215
819在加速储存2周后表现出几乎50%的吸收损失。这些结果证实TPO-Na相比于
Figure BPA0000256366930000216
819的显著稳定性改进。
实施例2
制备具有式(II)的水溶性聚合物增感剂:
Figure BPA0000256366930000221
其中官能化蒽酮部分是噻吨酮,n为大约13,且R5是甲基。这被称作TX-PEG-600。
将0.5重量%的实施例1的TPO-Na光引发剂溶解在水中。将0.25重量%水溶性聚合物增感剂溶解在水中。测量TPO-Na盐(标作TPO-Nax100)和水溶性聚合物增感剂(标作TXPEG600x100)的UV-可见光吸收。吸光度结果(乘以100)沿左Y轴显示在图3中,LED输出沿右Y轴显示。
如图3中所示,TPO-Na具有在372nm的吸收λmax,其尾部延伸至410nm,并与395nmLED的发射光谱具有相当好的重叠。在395nm下的摩尔消光系数ε为114,其略低于在乙醇中测量的水不溶性类似物TPO-L(可用于制备TPO盐的酯起始材料)和
Figure BPA0000256366930000222
819(它们都没有显示)。TX-PEG-600(λmax=398nm,ε=6810)与异丙基噻吨酮(ITX,未显示,但其具有与LED发射光谱的完美重叠)相比具有吸收光谱的轻微红移。图3中的结果说明TPO-Na盐和水溶性聚合物增感剂在395nm LED光下具有高反应性。
实施例3
如下合成该墨水的光反应性粘合剂(被称作PUD-620):
(部分1)将103.4克双酚A甘油酯二丙烯酸酯(BGDA)、1.03克4-甲氧基苯基(4-methoxyphenyl)(MEHQ)、142.3克异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和164克丙酮在500毫升4颈圆底烧瓶中混合。连接机械搅拌器(具有玻璃棒和
Figure BPA0000256366930000223
桨叶)和冷凝器。将该烧瓶浸在60℃恒温浴中。该反应器系统保持在干燥氧气覆盖层下。加入12滴二月桂酸二丁基锡(DBTDL)以引发该聚合。聚合在60℃下继续2小时直至%NCO达到理论值。取出0.5克样品进行%NCO滴定以确认反应。
(部分2)将114.26克甲基丙烯酸3-(丙烯酰氧基)-2-羟丙酯(AHPMA)、1.14克MEHQ和66克丙酮在烧杯中混合并经30秒添加到反应器系统中。该聚合在60℃下继续4小时。取出0.5克预聚物进行最终%NCO滴定。将水浴温度降至30℃。
(部分3)将40.05克牛磺酸、25.6克50%NaOH和200.3克去离子水在烧杯中混合直至牛磺酸完全溶解。将该溶液在30℃下在剧烈搅拌下经1-3分钟添加到反应器系统中。将水浴温度提高到40℃以完成该反应。该混合物在10-15分钟后变得清澈和粘性。
(部分4)将该粘性预聚物混合物在充分搅拌下经5-10分钟添加到1026.9克去离子水中以形成聚氨酯分散体(PUD)。将该PUD经400目不锈钢筛过滤。在55℃下用Rotovap除去丙酮。
通过Malvern Zetasizer测量PUD-620中的聚氨酯的平均粒子半径并且为14nm(半径)。pH为7.2。%固体为32.3%。
实施例4
制备一组青色墨水以举例说明本文中公开的光引发体系的作用。
表1A列出用三种不同的可UV固化聚氨酯分散体制备的六种青色配制物。PUD-520是使用与实施例3中对PUD 620描述的类似程序合成的丙烯酸酯化聚氨酯分散体。但是,对于PUD-520,在PUD合成的第1部分的过程中使用己二异氰酸酯代替异佛尔酮二异氰酸酯。IRR 782是为喷墨用途开发的实验性可UV固化聚氨酯分散体。
Figure BPA0000256366930000231
7710是与IRR782相同系列的商品,并且其设计用于木材涂布用途。IRR 782和
Figure BPA0000256366930000232
7710都获自Allnex。
如表1A中所示,用分散的
Figure BPA0000256366930000233
819和TX-PEG-1000配制对比样品4-4A、4-5A和4-6A。也如表1A中所示,用本文中公开的光引发剂体系的一个实施例,即TPO-Na(来自实施例1)和TX-PEG-1000配制实施例样品4-1、4-2和4-3。TX-PEG-1000类似于TX-PEG-600(来自实施例2),除了用聚乙二醇1000(n~22)替代聚乙二醇600(n~13)。在样品1-3中,TX-PEG-1000和TPO-Na的载量相同。
表1B列出另外6个对比例(分别标作对比例4-1B、4-2B、4-3B、4-4B、4-5B和4-6B)的配方。这些实施例的配方与表1A中所列的相同,除了从所有墨水配方中除去TX-PEG-1000。
表1A
Figure BPA0000256366930000241
表1B
Figure BPA0000256366930000242
基于下列程序制备墨水。
(部分1)制备PUD和PI(光引发剂)混合物。取表1A要求的特定量的PUD,并将pH调节到pH=7.5或更高。加入所需量(根据表1A)的
Figure BPA0000256366930000243
819或TPO-Na、增感剂(即TX-PEG-1000)和含氟表面活性剂DYNAX DX-4000并充分混合该混合物。在含有
Figure BPA0000256366930000244
819的配制物的情况下,该混合物在水浴中加热至50℃持续30分钟直至所有
Figure BPA0000256366930000245
819溶解到PUD中。一旦完全溶解,产生浅绿黄色。在表1B中所示的对比样品的情况下,没有加入TX-PEG-1000。
(部分2)将如表1A和1B中所示的所需量的颜料分散体(用内部墨水配制物分散的来自TOYO pigment的青色分散体)添加到另一烧杯中,并在持续搅拌下,将PUD/PI/载体混合物添加到该颜料分散体中。将墨水滴定至pH=8.5并稀释至所需体积。
为了加速印刷过程,用#5线棒(wire bar)将该墨水涂布在涂布胶印纸(SterlingUltra Gloss(SUG))上以获得10gsm湿覆盖量(laydown)。这是用6ng笔(pen)和每像素3滴在1英寸像素尺寸的1/300下印刷的相同墨水量。在进入固化过程之前,将该墨水使用热枪干燥2分钟。
将一些干燥样品和对比样品在传送机上以100英尺/分钟、使用16瓦/cm2LED灯、用在395nm波长下的最大发射固化。对于未固化样品和对比样品,也以与固化样品相同的方式涂布和干燥墨水,除了省略最后固化步骤。
使用Taber Linear Abrasion湿摩擦测试器(型号5750)评估样品和对比样品的固化效果。将棒末梢用一块白布包裹,在试验前在该布上施加150微升水。该末梢在墨膜样品和对比样品上以每分钟42个周期摩擦5个摩擦周期。
对墨膜样品和对比样品的损伤以下列两种方式评级:(1)视觉等级,如果墨水被完全除去,抗湿摩擦性被评为5,如果完全没有除去墨水,抗湿摩擦性被评为零(0)。在这一评级试验中,值越小越好。(2)在湿摩擦试验之前和之后测量图像的光学密度。使用光学密度差(被称作Delta OD)测量固化效果。delta OD越高,湿摩擦试验和固化效果越差。
试验结果列在表2A和表2B中。
对于在配制物中不含水溶性增感剂的对比例4-1B至4-6B(表2B和图5),含有
Figure BPA0000256366930000251
819的配制物(即对比例4-4B、4-5B、4-6B)对PUD 520和IRR 782表现出一定固化效果,但对
Figure BPA0000256366930000252
7710的效果不大,而含有TPO-Na盐的配制物(即对比例4-1B、4-2B、4-3B)在抗湿摩擦性方面对所有这三种PUD没有表现出固化效果。
但是,如表2A和图4中所示,在水溶性增感剂存在下,所有固化的对比样品(4-4A、4-5A、4-6A)和实施例样品(4-1、4-2、4-3)都表现出优异的抗湿摩擦性。由这些结果清楚看出,TPO-Na和TX-PEG-1000的组合(样品4-1、4-2、4-3)产生与
Figure BPA0000256366930000253
819和增感剂(对比例4-4A、4-5A、4-6A)一样好的固化效果,同时其消除
Figure BPA0000256366930000261
819带来的溶解度和稳定性问题。
表2A
Figure BPA0000256366930000262
表2B
Figure BPA0000256366930000263
实施例5
根据本文中公开的实施例制备黑色墨水、品红色墨水和青色墨水。特别地,将实施例1的TPO-Na和实施例2的水溶性聚合物增感剂并入黑色墨水和青色墨水中。墨水的配方显示在表3中。
表3
Figure BPA0000256366930000264
在未处理的涂布胶印纸(Sterling Ultra Gloss(SUG)介质)上用试验台高速印刷机印刷黑色和品红色墨水。对于固化的样品,印刷墨水、干燥并在160mJ/cm2的剂量目标下固化。印刷速度(包括干燥和固化)为100fpm。对于未固化样品,也印刷和干燥墨水,但没有固化(即在印刷过程中关闭固化灯)。
用即刻摩擦试验和湿摩擦试验评估黑色和品红色墨水(未固化和固化)的耐久性。对于即刻摩擦试验,固化或干燥(在未固化样品的情况下)一完成,就将Digital Ink Rub测试器(TMI,Inc.)使用0.25lb.重量放置到印刷品上,并以每分钟42个周期摩擦5个摩擦周期。即刻摩擦试验结果以黑白形式显示在图6中,如图示说明,未固化黑色墨水(K-UC)和未固化品红色墨水(M-UC)在暴露在测试器下的区域都几乎完全被擦掉。相反,固化的黑色墨水(K-C)和固化的品红色墨水(M-C)几乎没有至没有表现出墨水损失,因此表现出优异的耐久性。这些结果说明本文中公开的墨水在固化时能够耐受来自印刷机本身的划伤和摩擦,即使在高印刷速度下也如此。
如实施例4中所述进行湿摩擦试验。湿摩擦试验结果以黑白形式显示在图7中。如图示说明,未固化黑色墨水(K-UC)和未固化品红色墨水(M-UC)都没有固化的黑色墨水(K-C)和固化的品红色墨水(M-C)耐久。
在未处理的涂布胶印纸(Sterling Ultra Gloss(SUG)介质)上用试验台高速印刷机印刷青色墨水。对于固化的样品,印刷青色墨水、干燥并在160mJ/cm2的剂量目标下固化。印刷速度(包括干燥和固化)为100fpm。对于未固化样品,也印刷和干燥青色墨水,但没有固化(即在印刷过程中关闭固化灯)。
用湿摩擦试验评估青色墨水(未固化和固化)的耐久性。如上所述进行湿摩擦试验。在湿摩擦试验之前和之后用密度计测量印刷品的光学密度。计算光学密度的变化。湿摩擦试验结果以黑白形式显示在图8中,并且光学密度测量/计算结果显示在表4中。固化的青色墨水表现出比未固化青色墨水改进的耐久性。
表4
Figure BPA0000256366930000281
要理解的是,本文中提供的范围包括指定范围和在指定范围内的任何值或子范围。例如,大约5重量%至大约70重量%的范围应被解释为不仅包括大约5重量%至大约70重量%的明确列举的界限,还包括独立值,如6.5重量%、10重量%、12.5重量%、55重量%等和子范围,如大约12重量%至大约60重量%、大约25重量%至大约50重量%等。此外,当使用“大约”描述值时,这意味着包括与指定值的轻微变化(最多+/-10%)。
说明书通篇提到“一个实例”、“另一实例”、“一实例”等是指联系该实例描述的特定要素(例如特点、结构和/或特征)包括在本文所述的至少一个实例中,并且可以存在或不存在于其它实例中。此外,要理解的是,除非上下文清楚地另行规定,对任何实例描述的要素可以以任何合适的方式在各种实例中组合。
在描述和要求保护本文中公开的实例时,除非上下文清楚地另行规定,单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象。
尽管已详细描述了若干实例,要理解的是,所公开的实例可以修改。因此,上文的描述应被视为非限制性的。

Claims (13)

1.可光固化墨水组合物,其包含:
光反应性粘合剂;
水溶性聚合物增感剂,其包含:
官能化蒽酮部分;
聚醚链;和
将聚醚链的一端连接到官能化蒽酮部分上的酰胺键;
具有式(I)的水溶性光引发剂:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中n是1至5的任何整数且M是具有1至5的化合价的金属;
着色剂;和
余量水。
2.如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其中M选自Li、Na、K、Cs、Rb、Be、Mg、Ca、Ba、Al、Ge、Sn、Pb、As和Sb。
3.如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其中所述水溶性聚合物增感剂具有式(III):
Figure 4162DEST_PATH_IMAGE002
且其中:
R1、R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基;
Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基;
Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数;
X是O、S或NH;
m为1至200;且
n为1至200。
4.如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其进一步包含经由附加酰胺键连接到聚醚链的相反末端上的附加官能化蒽酮部分。
5.如权利要求4中所述的可光固化墨水组合物,其中:
所述水溶性聚合物增感剂具有式(V):
Figure DEST_PATH_IMAGE003
且其中:
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基;
Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基;
X是O、S或NH;
Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数;
m为1至200;
n为1至200;且
p为1至200。
6.如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其中:
所述聚醚链是第一聚醚链;
所述水溶性聚合物增感剂进一步包含:
第二和第三聚醚链;和
第二和第三官能化蒽酮部分;
第二聚醚链连接到第一聚醚链的相反末端上且第二官能化蒽酮部分经由第二酰胺键连接到第二聚醚链上;且
第三聚醚链连接到第一聚醚链的相反末端上且第三官能化蒽酮部分经由第三酰胺键连接到第三聚醚链上。
7.如权利要求6中所述的可光固化墨水组合物,其中所述水溶性聚合物增感剂具有下式:
Figure 390144DEST_PATH_IMAGE004
其中对于式(VII):
R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基;
Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基;
X是O、S或NH;且
n为1至200;且
Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数。
8. 如权利要求6中所述的可光固化墨水组合物,其进一步包含:
连接到第一聚醚链的相反末端上的第四聚醚链;和
经由第四酰胺键连接到第四聚醚链上的第四官能化蒽酮部分。
9.如权利要求8中所述的可光固化墨水组合物,其中所述水溶性聚合物增感剂具有下式:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中对于式(IX):
R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基、取代或未取代芳烷基、卤素原子、-NO2、-O-Rd、-CO-Rd、-CO-O-Rd、-O-CO-Rd、-CO-NRdRe、-NRdRe、-NRd-CO-Re、-NRd-CO-O-Re、-NRd-CO-NReRf、-SRd、-SO-Rd、-SO2-Rd、-SO2-O-Rd、-SO2NRdRe和全氟烷基;
Rd、Re和Rf各自独立地选自氢原子、取代或未取代烷基、取代或未取代烯丙基、取代或未取代烯基、取代或未取代芳基和取代或未取代芳烷基;
X是O、S或NH;且
n为1至200;且
Y是键、(CH2)q或O(CH2)q,其中q是1至100的任何整数。
10.如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其进一步包含水溶性有机溶剂。
11.如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其中所述水溶性聚合物增感剂和所述水溶性光引发剂各自在pH为大于7至14的水中稳定。
12. 如权利要求1中所述的可光固化墨水组合物,其中:
所述水溶性聚合物增感剂以基于所述可光固化墨水组合物的总重量%的0.1重量%至10重量%的量存在于所述可光固化墨水组合物中;且
所述水溶性光引发剂以基于所述可光固化墨水组合物的总重量%的0.1重量%至10重量%的量存在于所述可光固化墨水组合物中。
13.制备可光固化墨水的方法,其包括:
获得具有式(I)的水溶性光引发剂:
Figure 763357DEST_PATH_IMAGE006
其中n是1至5的任何整数且M是具有1至5的化合价的金属;和
将所述水溶性光引发剂与光反应性粘合剂、着色剂、助溶剂、水和水溶性聚合物增感剂混合,所述水溶性聚合物增感剂包含:
官能化蒽酮部分;
聚醚链;和
将聚醚链的一端连接到官能化蒽酮部分上的酰胺键。
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