CN1141324A

CN1141324A - 喷墨印刷油墨组合物

Info

Publication number: CN1141324A
Application number: CN 96107218
Authority: CN
Inventors: M·W·西迪奎
Original assignee: VIDEO FLUIDIC SYSTEM INTERNATIONAL CO Ltd
Current assignee: VIDEO FLUIDIC SYSTEM INTERNATIONAL CO Ltd; Videojet Technologies Inc
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-01-29
Also published as: JPH08269379A; EP0735120A2; CA2171524A1; EP0735120A3

Abstract

本发明所公开的喷墨印刷油墨组合物包含水，水溶性的或水可分散的聚合物树脂，具有在波长范围为700～1100nm的红外线吸收性的着色料，具有3～6个碳原子的亚烷基二醇，以及至少一种的具有2～6个碳原子的亚烷基二醇的单或二烷基醚其中烷基由1～6个碳原子组成。该喷墨印刷油墨组合物具有小于35达因/厘米的表面张力。本发明还公开一种喷墨印刷的改进方法，该改进方法包括使用本发明的油墨组合物。

Description

喷墨印刷油墨组合物

本发明涉及适用于在包括例如纸的多孔基材上和包括例如玻璃、塑料、以及金属的无孔基材上印刷的喷墨印刷油墨组合物，并且特别涉及那些适于印刷可读条形码信息的喷墨印刷油墨组合物。

喷墨印刷是一种熟知的方法，通过该方法在印刷装置与其上沉积印刷字符的基材之间不接触而完成印刷。简言之，喷墨印刷包括喷射油墨粒子流到表面上和用电子仪器控制射流方向以便使粒子在该表面上形成想望的印刷图象的工艺。此非接触印刷工艺特别适用于将印刷符号施加到包括多孔和无孔表面的各种表面。

回顾各种情况的喷墨印刷可以发现这些出版物：Kuhn等人的Scientific American，April，1979，162～178；Keeling的Phys.Technol.，12(5)，196～303(1981)。各种喷墨装置被公开在以下的美国专利中：3060429，3298030，3373437，3416153和3673601中。

一般说来，喷墨油墨组合物必须符合喷墨印刷操作中有用的某些严格要求。这些要求涉及到各组分的粘度、电阻率、溶解性、相容性以及基材的润湿性。另外，油墨必须是块干的和耐沾污的，必须能穿过喷墨嘴而不会堵塞喷墨咀，并且必须能毫不费力的块速清洁各机器零件。

此外，在制备热成象速印版的多份复印时，印刷在底基上的图象必须是通过热而成象的，所说的底基诸如Themofax纸、Azofax纸、Transofax版、热敏蜡纸等等能吸收至少50％的波长范围约为700至1100nm的红外线辐射，并且以热的形式再发射更长波长辐射而成速印版的像。

此外，就某些应用来说，想望的是印刷图象能用红外线扫描装置进行检测。于是，在条形码译释时，将印刷的图象暴露在波长范围为700nm至1100nm的红外线辐射下，由此，与背景反射相比，图象应是这样的以致图象的反射率(50％或以下)能被这样的红外线检测器检测。

若干种喷墨印刷油墨组合物已被公开在专利文献中。例如，英国专利申请GB2105735号公开一种喷墨印刷油墨组合物，它包括一种被分散在水介质中的油溶性染料浸染的聚氨酯乳胶。

美国专利4680332号公开一种包含水不溶性聚合物例如分散在液体介质中的聚丙烯酸酯的喷墨印刷油墨组合物，在所说的聚合物中含有油溶性染料，并且其中有永久性地附着的非离子型稳定剂。

美国专利5207825号公开一种喷墨印刷油墨组合物，它包含水性液体连接料、着色剂、以及为取代的双酚A衍生物的聚合添加剂。

美国专利5080716号公开一种包含记录剂、能溶解或分散记录剂的液体介质、以及取代的苯或甲苯磺酰胺化合物的喷墨印刷油墨组合物。

美国专利5254158号公开一种包含水性液体连接料、着色剂、以及选自胺型烷氧基化物、脱水山梨(糖)醇单酯型烷氧基化物、甘油的烯化氧加合物、以及它们的混合物的添加剂的油墨组合物。

美国专利5215577号和5178671号公开的喷墨印刷油墨组合物包含记录剂、溶解或分散记录剂的液体介质，而记录剂为芳族磺化重氮化合物。

美国专利5131949号公开一种包含记录剂、能溶解或分散该记录剂的液体介质、以及具有酰胺基的化合物的喷墨印刷油墨组合物。

美国专利5213613号公开一种包含记录剂和能将记录剂溶解或分散于其中的液体介质，其中油墨含有酰亚胺和至少一种的选自尿素、硫脲以及它们的衍生物的化合物，和挥发性的碱性化合物。

美国专利4692188号公开一种制备喷墨印刷油墨组合物的方法，该方法包括(1)将聚合物组合物和有机油可溶的染料溶解于与水不溶混的有机溶剂中；(2)向其添加一种水相水表面活性剂混合物；(3)使它们乳化；(4)从上面提到的混合物蒸发掉溶剂由此形成一种含有被截留在分散于水相中的聚合物颗粒之中的染料的油墨。该聚合物组合物包括聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯以及它们的共聚物。

美国专利5316575号(具有与本申请相同的代理人)公开一种适用于喷墨印刷的油墨组合物，它包括含水的树脂溶液和有机颜料，其中所说的油墨组合物是基本上无挥发性有机化合物的。

美国专利3705043号公开一种具有高红外线吸收系数的喷墨印刷油墨组合物，该组合物包括高红外线吸收的着色组分和以在水介质中的脂族多羟基化合物、脂族多羟基化合物的烷基醚衍生物及其混合物形式的湿润剂。

美国专利3687887号公开一种适用于薄膜或照相底片的标题烫印的喷墨印刷油墨组合物，该油墨组合物是一种含有溶解的苯乙烯一马来酐或聚醋酸乙烯酯树脂、乙二醇酯、炭墨、以及某些其他添加剂的含水体系、该油墨组合物的表面张力据报导大致为35～40达因/厘米。然而，在生产该组合物的实施例中，其最低的表面张力约为36达因/厘米，这在下文中将进行更详细的讨论。

先前已知的喷墨印刷油墨具有某些缺点，诸如使用有害的有机溶剂、长的干燥时间、较高的表面张力、以及不良的印刷质量。因此，出现一种对用于印刷条形码阅读器可识别的印刷信息的水性喷墨印刷油墨组合物的需求，该油墨组合物具有高的红外线吸收性、缩短的干燥时间、改进的印刷质量、提高的安全性和对基材的良好的粘合力。

本发明提供一种具有高红外线吸收性、得到改进的渗透性和粘合性、降低的干燥时间、提高的印刷质量、减低的喷墨率、提高的线速度和改进的安全性的水性喷墨印刷油墨组合物。

本发明的油墨组合物包括水、聚合物树脂、具有高红外线吸收性的着色料、作为润湿剂的乙二醇和作为渗透剂的乙二醇醚。在该喷墨印刷油墨组合物中为了提高树脂和着色料的溶解度或分散性和为了提高贮存期限可以存在诸如有机溶剂、生物杀伤剂、表面活性剂那样的辅助成分。该油墨组合物具有较低的表面张力。

本发明还提供一种使用本发明的油墨组合物在多孔和无孔表面上形成印刷图象的方法。根据本发明，该方法包括喷射油墨组合物的粒子流到表面上和用电子仪器控制射流的方向以便使油墨粒子在表面上形成想望的印刷图象。

本发明提供的喷墨印刷油墨组合物包括水、水可溶的或可分散的聚合物树脂、具有在波长范围为700～1100nm的高红外线吸收性的着色料、具有3～6个碳原子的亚烷基二醇、和至少一种的具有2～6个碳原子的亚烷基二醇的单或二烷基醚(其中烷基由1～6个碳原子组成)。

本发明的油墨组合物包括水、聚合物树脂、作为润湿剂的乙二醇、和作为渗透剂的乙二醇醚。附加的成份例如有机溶剂、生物杀伤剂、以及表面活性剂可存在于该喷墨印刷油墨组合物中以便改进树脂和着色料的溶解度或分散性和提高贮存期限。

一般说来，本发明的油墨组合物显示出以下的用于喷墨印刷体系的特性：(1)25℃时的粘度为约1.6至约7.0厘泊；(2)电阻率为约50至约2000欧姆-厘米；和(3)声速为约1200至1300米/秒；和(4)包括具有波长范围为700hm至1100nm的至少为50％的红外吸收率。

最好的是该油墨组合物的表面张力为低于35达因/厘米，另外，最好的是本发明的油墨组合物的表面张力处于约24达因/厘米至约34达因/厘米的范围内。据认为油墨组合物较低的表面张力使可能达到快速干燥，特别是对像纸那样的多孔基材来说。

有关本发明的油墨组合物的各种成份和特性的详细说明见下。

水被用作本发明的水性喷墨印刷油墨组合物的载体。一般来说，以该组合物的重量计，水的存在量为约40％重量至约80％重量、优选为约50％重量至约70％重量。为了防止油墨喷射咀被水中的溶解盐所堵塞，最好在制备油墨组合物时使用去离子水。

本发明的油墨组合物包括作为连结料并赋予基材对着色料的粘合作用的聚合物树脂。在本发明中能被使用的合适的聚合物树脂包括水可溶的或水可分散的树脂。因此，如果在没有大量分离的情况下可滤过大大小于印刷机毛细管孔径的过滤器、例如通过1μm的过滤器的话，该聚合物树脂可形成可使用的真溶液或胶体溶液。

可作为连接料的任何适用的水溶性或水可分散的聚合物树脂均可被使用。适用的水溶性或水可分散的聚合物树脂的例子包括丙烯酸树脂、苯乙烯马来酐树脂、紫胶基丙烯酸树脂、聚酯、以及它们的混合物。

在本发明中适用的水溶性或水可分散的丙烯酸树脂可以通过将不饱和的酸单体与其他单体例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙烯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯、等等、以及它们的混合物的共聚来制备。适用的不饱和的酸单体的例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、肉桂酸、巴豆酸、苯乙烯磺酸、等等、以及它们的混合物。不饱和酸单体还可是具有合适的阳离子包括钠、钾、铵的羧酸盐，或者是酰胺例如丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，或者是酸酐例如马来酐。

水溶性的或水可分散的丙烯酸树脂还可包括一种或多种的共聚用单体例如苯乙烯，α-甲基苯乙烯，邻位、对位和间位氯甲基苯乙烯，被氟、氯、溴、碘、或氨基取代的苯乙烯，丙烯腈，或丁二烯。

在几种商业上可购得的水溶性或水可分散的丙烯酸树脂可被用于本发明中。例如，罗姆和哈斯公司(Rohm&Haas Co.inPhiladelphia，Pennsylvania)销售的RHOPLEX AC-261，它是一种丙烯酸聚合物乳液。水溶性或水可分散的丙烯酸树脂还可是约翰逊父子公司(S.C.Johnson&Co.in Racine，Wisconsin)以商品名JONCRYL销售的丙烯酸树脂。Joncryl丙烯酸树脂的优选例是Joncryl 555、586、678、680、682、683和67，它们是苯乙烯、α-甲基苯乙烯和丙烯酸的水溶性共聚物。其他的优选例包括苯乙烯-丙烯酸共聚物、Joncryl 538和138。水溶性丙烯酸树脂还可从B.F.Goodrich Co.in Akron，Ohio购得，而优选的丙烯酸树脂是CARBOSET 526。

适用的苯乙烯-马来酐树脂的例子包括苯乙烯-马来酐共聚物。各种苯乙烯-马来酐共聚物是从Aldrich Chemical公司(Milwaukcc，Wisconsin)、以孟山都公司(st.Louis，Missouri)的SCRIOSET树脂、和以阿托化学公司(Malvern，Pennsylvania)的SMA和SMAH购得。若干类型的SMA和SMAH树脂是可使用的。SMA 1000是具有分子量Mw为5600和Mn为1600、Tg为138℃和酸值为480的1∶1摩尔比的苯乙烯-马来酐共聚物。SMA 2000是2∶1摩尔比的苯乙烯-马来酐共聚物，其分子量Mw＝7700和Mn＝1700、Tg为124℃、和酸值为350。SMA3000是摩尔比为3∶1的苯乙烯-马来酐共聚物，其分子量Mw＝10300和Mn＝1900、Tg为124℃。可用作SMAH树脂的苯乙烯-马来酐的偏酯的铵盐具有30-50％的酯化度。例如，SMA1440H是摩尔比为1∶1的苯乙烯-马来酐的偏酯的铵盐。所有的这些苯乙烯-马来酐共聚物均适用于本发明。本发明中使用的优选树脂是SMA17352树脂。

紫胶基丙烯酸树脂也可被用于制造本发明的喷墨印刷油墨组合物。紫胶是一种源于饲养在树上的昆虫的渗出液的天然存在的树脂。紫胶具有软化点为65℃、熔点为80℃、比重为1.15～1.20、酸值为65～75、碘值为18～20。紫胶通过在其上聚合丙烯酸单体而被改性，这种改性改进了紫胶的溶解度与成膜性。增加水溶性的用丙烯酸单体例如甲基丙烯酸羟乙酯改性的紫胶被优选。丙烯酸改性的紫胶是从Zinchem，Inc.(3-9 Belmont Avenue，Somerset，New Jersey 08875)购得的。

本发明的喷墨印刷油墨组合物还可由含聚酯的水分散体制备。任何合适的芳族或脂族聚酯及其混合物均可被使用。例如，芳族聚酯能通过在聚酯的主链中包括例如磺酸基的极性基以便它们能分散在水中那样的方式来生产。这样的聚酯，举例说，包括间苯二酸、5-磺基间苯二酸、对苯二酸，多元醇，如乙二醇，环己烷二甲醇和二甘醇。美国专利4704309号、4738785号、4883714号和4847316号提供可用于制备本发明的喷墨印刷油墨组合物的水可分散的聚酯的例子。水可分散的聚酯还可从Cargill Chemicals Co.得到。足以提供油墨图象对基材良好粘合性的聚合物树脂可存在于本发明的喷墨印刷油墨组合物中。存在于喷墨印刷油墨组合物中的树脂量一般为组合物重量的约0.5％到约5％、优选为约1％到约3％。过多使用树脂会增加油墨组合物的粘度而可能导致不良的印刷操作和差的印刷图象质量例如抹污。

本发明的油墨组合物可包括一种或多种的有机溶剂以增加树脂或着色料的溶解度或分散性。现已发现，最好使用两种溶剂的混合物。尽管其他的溶剂也可被使用，但优选的第一种溶剂是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。NMP溶剂能以足以溶解或分散树脂或着色料的量存在。最好避免过量使用溶剂，因为这对环境是不利的。在本发明组合物中的NMP的优选量处于约2％重量到约7％重量的范围内。

现已发现，优选的第二种溶剂是乙二醇醚。优选的乙二醇醚是亚烷基二醇的单和二烷基醚，其中烷基含有1～6个碳原子(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、等等)和亚烷基二醇具有2～6个碳原子。另外被优选的是单烷基亚烷基二醇醚。适用的单烷基亚烷基二醇醚的例子包括乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇己醚、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、三丙二醇甲醚、三乙二醇乙醚、三乙二醇甲醚等等。二甘醇单甲醚(卡必醇)是另一种优选的第二溶剂。第二种溶剂的优选量参见以下的讨论。

一种或多种的上述的乙二醇醚溶剂还可起改善油墨组合物渗透到多孔基材例如纸和TYVEK^TM(一种聚烯烃纸)的作用而导致改进图象对基材的粘合。二烷基亚烷基二醇醚作为另一种被优选的渗透剂。二甘醇甲基丁基醚(丁基卡必醇)是优选的渗透剂。

在本发明的油墨组合物中使用的乙二醇醚组分的总量按组合物粘度考虑而在广范围内变化。过量的乙二醇醚组分应该避免，因为组合物可能会变得太粘稠而不能通过喷咀喷射，并且还会引起环境污染问题。一般说来，油墨组合物的乙二醇醚组分占组合物重量的约8％到约17％重量，其用量根据烷基和亚烷基的碳链长度而变化，这对本技术的那些熟练人员来说是已知的。一般说来，单烷基亚烷基二醇醚以少于二烷基亚烷基二醇醚的量使用。于是，举例说，以组合物的重量计，单烷基二醇亚烷基醚的存在量可为约1％到约5％重量，而二烷基亚烷基二醇醚的存在量可为约7％到约12％重量。

本发明的喷墨印刷油墨组合物可包括一种或多种的润湿剂以防止油墨在喷射咀处被干透。可以使用任何合适的润湿剂。适用的润湿剂的例子包括脂族多元醇例如二醇、三醇、以及其他的多羟基化合物。合适的多元醇的例子包括亚烷基二醇，其中亚烷基优选含有3～6个碳原子，亚烷基二醇如丙二醇、丁二醇、己二醇、甘油等、以及它们的混合物。丙二醇是另一种优选的润滑剂。虽然乙二醇能起润湿剂作用，但是它的使用从其毒性考虑应加以限制。

其他合适的润湿剂的例子包括聚亚烷基二醇例如二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、四甘醇、聚乙二醇、以及它们的混合物。合适的商业上可购到的聚亚烷基二醇的例子包括Carbowax200和Carbowax 400，它们的平均分子量分别约为200和400。具有任何合适的平均分子量的聚亚烷基二醇均可被使用，并且最好是那些具有平均分子量低于600的聚亚烷基二醇，因为更高分子量的聚亚烷基二醇常常不希望地增加油墨组合物的粘度。

正如本技术领域的熟练人员所知，所使用的润湿剂组分的量在某种程度上取决所用的多元醇分子量，润湿作用通常随分子量的增加而降低。

任何合适量的润湿剂均可被使用。以组合物的重量计，润湿剂的优选用量为约2％至约7％重量、更优选为约2％至约4％重量。过量的润湿剂将不利地增加组合物的粘度。

本发明的喷墨印刷油墨组合物能包括一种或多种表面活性剂。据信表面活性剂提供多于一种的好处。于是，表面活性剂被认为在喷墨印刷油墨组合物的制备和使用期间能防止喷墨印刷油墨组合物的起泡。还认为表面活性剂通过降低油墨组合物的表面张力而提供较短的油墨干燥时间。

任何合适的表面活性剂均可被使用。合适的表面活性剂的例子包括硅氧烷和炔属二醇。硅氧烷表面活性剂，例如，DC-150可从Dou Corning Co.得到，或者SILVET I-77、720、722或7002可从联合碳化物公司得到。SURFYNOL牌炔属表面活性剂，可从AirProducts and Chemical Co.得到。可得到许多包括Surfynol104(2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇)的Surfynol表面活性剂，它可以在各种溶剂中的溶液得到，如Surfynol 104A、Surfynol104E、Surfynol 104H和Surfynol 104BC，以及其他的Surfynol诸如Surfynol GA、Surfynol SE、Surfynol TG、Surfynol PC、二甲基己炔二醇、Surfynol 61、二甲基辛炔二醇、Surfynol 82、四甲基癸炔二醇、Surfynol 440、Surfynol 465和Surfynol 485，它们全都能被用于本发明，优选的表面活性剂是Surfynol 104 PG50，它是2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇在丙二醇中的50％溶液。

任何合适量的表面活性剂均可被使用。表面活性剂以能有效地防止喷墨印刷油墨在使用期的起泡和缩短油墨干澡时间的量存在于本发明的喷墨印刷油墨组合物中。另外，表面活性剂最好以足以使油墨组合物获得低于35达因/厘米的表面张力的量使用，优选量为足以使油墨组合物的表面张力为24～34达因/厘米。表面活性剂的用量，以组合物的重量计，可为约0.1％重量至约1％重量、优选为从约0.25％重量至约0.35％重量。最好避免过量使用表面活性剂，因为过量使用表面活性剂可能对印刷质量产生不良的影响。上述给出的量是指活性成份的量，并且如果表面活性剂以稀释形式销售的话，该量应按比例增加。

本发明的喷墨印刷油墨组合可包括一种或多种的生物杀伤剂以防止细菌、霉菌或真菌的生长。对羟基苯甲酸甲酯(甲基Paraben)和6-乙酸基-2，2-二甲基-1，3-二噁烷(可从Givaudam公司以商品Giv Gard DXN购得)是合适的生物杀伤剂，而后者是一种优选的生物杀伤剂。

任何合适量的生物杀伤剂均可被使用。生物杀伤剂通常在本发明的喷墨印刷油墨组合物中以足以防止细菌、霉菌和真菌的量存在。以喷墨印刷油墨组合物的重量计，生物杀伤剂的含量一般为从约0.05％重量至约0.5％重量、而优选为从约0.1％重量至约0.2％重量。

该油墨组合物包括一种或多种的赋予印刷的信息以想望颜色的着色料。任何能溶解或分散在油墨组合物中的染料或颜料均可被使用，而就制备条形码可读的组合物而言，可以使用具有在波长范围为700nm至1100nm的红外线吸收性的染料或颜料。优选的着色料的例子包括水或油溶性的苯胺黑和炭黑。炭黑是商业上可购得的一种颜料分散体如Penn Color提供的Black AcroverseDispersion^#32B32D。可在本发明的喷墨印刷油墨中使用的其他着色料被例举，例如，在美国专利5254158号和英国专利申请GB2105735号中。

在制备本发明的油墨组合物中使用的其他着色料的例子包括，但并不限于，黄色染料例如C.I.溶剂黄19(C.I.13900A)，C.I.溶剂黄21(C.I.18690)，C.I.溶剂黄61，C.I.溶剂黄80，FD&C黄#5，色光黄16948(Yellow Shade 16948)，酸性黄23(Acid Yellow 23)，Levaderm柠横黄(Mobay)，醇溶性坚牢黄3G，Aizen Spilon黄C-GNH(Hodagaya Chemical公司)，Pergasol黄CGP(Ciba-Geigy)，等等；橙色染料例如C.I.溶剂橙1(C.I.11920)，C.I.橙37，C.I.橙40，Diaresin橙K(三菱化学工业株式会社)，Diaresin橙G(三菱化学工业株式会社)，Sumiplast橙3G(住友化学工业株式会社)，等等；红色染料例如C.I.溶剂红8，C.I.溶剂红81，C.I.溶剂红82，C.I.溶剂红84，C.I.溶剂红100，Cibacron亮红38-A(Aldrich Chemical公司)，Drimarene亮红E-6A(Pylam公司)，酸性红92，活性红31(帝国化学工业美国公司)，等等；桃红染料例如Diaresin桃红M(三菱化学工业株式会社)，Sumiplast桃红RFF(住友化学工业株式会社)，直接亮桃红B Ground Crude(Crompton&Knowles)，等等；紫色染料例如C.I.溶剂紫8，C.I.溶剂紫21，Diaresin紫(三菱)，Diaresin紫D，Sumiplast紫RR(住友)，等等；蓝色染料例如C.I.溶剂蓝2，C.I.溶剂蓝11，C.I.溶剂蓝25，C.I.溶剂蓝36，C.I.溶剂蓝55，等等；绿色染料例如C.I.溶剂绿3等；棕色染料例如C.I.溶剂棕3和Diaresin棕A(三菱)，等等，黑色染料例如C.I.溶剂黑3，C.I.溶剂黑5，C.I.溶剂黑7，C.I.溶剂黑22，C.I.溶剂黑27，C.I.溶剂黑29，酸性黑123，等等。

任何合适量的着色料均可被使用。在油墨组合物中着色料的含量通常以产生想望的反差率和可读性的需要量。以组合物的重量计，着色料的含量优选为从约1％至约10％重量、更优选为从约2％至约8％重量、而最优选为从约2％至约5％重量。

尽管吸收红外线的着色料的总量约占油墨组合物重量的约1％至约10％重量，但是当使用水分散的炭黑作为全部或部份的着色料时，一般希望将组合物的炭黑含量保持在组合物重量的约1％以下，因为更高的含量易于增加油墨的粘度并可能导致堵塞喷射咀。当使用炭黑与可溶的和/或加溶的染料的混合物时，现已发现，当组合物含有约0.1至约0.75％重量的炭黑与约1至约3％重量的可溶的和/或加溶的染料时会得到良好的结果。当单独使用可溶的和/或加溶的染料而未使用炭黑时，优选使用的染料量为组合物重量的约2至约5％重量。

为了取得良好的结果，喷墨印刷油墨组合物应具有低的电阻率，例如为50至2000欧姆-厘米。通常，在本发明的实践中使用的红外线吸收材料含有足够量的可电离的掺合物以赋予水性组合物以想望的导电性。例如，高红外线吸收染料或颜料，例如苯胺黑或炭黑，一般含有可电离的无机盐，例如在制造染料时为了使染料或颜料稳定化而已加入的芒硝或氯化钠。如果使用不含可电离的纯的红外线吸收组分时，可以通过添加可电离的材料，诸如包括盐酸二甲胺、和盐酸羟胺的可电离的盐来获得想望的电导性。通常，可电离的盐含量为高达2％以提供想望的导电性。

对实施本发明来说必须使油墨组合物具有在25℃测定为约1.0至约10厘泊、优选为约1.0至约5.0厘泊的粘度，以便达到想望的流变性。如以上所指出的，本发明的油墨组合物的粘度，正如本技术领域熟知的那样，可通过，例如，改变聚合物树脂、溶剂、渗透剂、润湿剂的量而方便地调整。

最好在油墨组合物中包括诸如碱那样的pH调节剂以保证聚合物树脂在水性载体中的可溶性和可分散性。为此，希望将油墨的PH保持在约7.0至约10.5、优选为约7.0至约10.0的范围内。想望的PH值取决于具体的树脂，并且如本技术领域的熟练人员所知，在某种程度上还取决于所用的其他组分。尽管可以使用无机碱类诸如氢氧化钠和氢氧化钾，但是它们在印刷图象中的存在会导致干燥后差的耐水性。最好使用能通过蒸发而被除掉的有机碱。最好使用快速蒸发的PH调节剂以促进老化时产生耐水性。因此，在可能使用有机胺的同时，最好还使用氢氧化铵以便将PH控制在想望的范围内。为了在油墨组合物的贮存期间保持长期的稳定性，还可以使用吗啉。

任何合适量的PH调节剂均可被使用。一般说来，以组合物的重量计，PH调整剂的用量为从约0.1％重量至约1％重量、优选为从约0.3％重量至约0.7％重量。过量使用PH调节剂可能会对印刷质量产生负面影响，并且还会引起环境问题。

本发明的喷墨印刷油墨组合物可被用于在任何合适的基材上印刷图象，这些基材包括多孔基材诸如包括Xerox^R纸、笔记本纸、证券纸、硅涂布纸等等的普通纸、光泽纸、透明材料、织物、织品、塑料、聚合物薄膜、Tyvek^R信封、瓦楞纸板、木材和木制品、以及无孔基材诸如裸马口铁板、铝、聚合物涂覆的锌或铝缸或板、无锌钢、或玻璃。

除非另有说明者外，此处所表示的所有百分比均系以本发明的油墨组合物的总重量为基准计的重量百分比。

以下的实施例进一步说明本发明，但是，当然不应将它们认为是对本发明范围的限制。

实施例1

此实施例说明本发明的喷墨印刷油墨组合物的制备及其优于某些先前知道的油墨的优点。

本发明喷墨印刷油墨组合物的一种具体例是通过将表1中所列的各成份合在一起并通过连续搅拌直至得到单一溶液为止而制得的。

表1.制备本发明的一种喷墨印刷油墨组合

物用的各种成份

材料	供应商	重量百分比
材料	供应商	重量百分比	去离子水*15％苯乙烯-马来酐溶液N-甲基吡咯烷酮(1-甲基-2-吡咯烷酮卡必醇丙二醇丁基卡必醇GiV Cacd DXN50％Surfynol 104 PG50氢氧化铵苯胺黑WSB催化剂	-AtochemISP TechnologyAshland ChemicalsAshland Chemicals联合碳化物Givaudam Corp.Air ProductsKobay ReslabInternational DyeStuff	62.4513.354.002.003.0010.000.100.600.504.00

*(SMA 17352树脂：2.00g，水：10.55g，NH₄OH：0.8g)。

将上述的组合物喷墨印刷到各种纸上并发现均能令人满意地使用。

实施例1的具体组合物与先前已知的油墨组合物例如16-5000油墨相比具有若干优点。与16-5000油墨不同，本发明的油墨组合物不含致畸胎物和致变物的乙二醇，也不含可能的致癌物三乙醇胺。16-5000油墨的配方被列于下文中。

16-5000油墨是通过将表2中所列的各成份掺合并混合在一起而制备的。

表2.16-5000油墨的配方：

重量百分比

乙二醇 7.00

三乙醇胺 0.25

苯胺黑WEB催化剂 4.00

卡必醇 3.00

水 85.75

现还发现，本发明的喷墨印刷油墨组合物还能比16-5000油墨组合物更快地被制造。例如，200加仑批量的16-5000油墨制造时间为36小时，而同样批量的本发明的油墨制造时间可能为6小时。据认为在组合物中的苯乙烯-马来酐树脂促进各种成份的快速溶解并且至少部份地导致减少制造时间。

与16-5000油墨相比本发明的喷墨印刷油墨组合物还具有更强的对光滑或无孔基材的粘合力。更强的粘合力是由苯乙烯-马来酐树脂提供的。现已发现，本发明的喷墨印刷油墨组合物比16-5000油墨具有更大的耐磨擦性，当进行磨擦试验时用拇指施加中等压力磨擦10次。

本发明的喷墨印刷油墨组合物还具有比16-5000油墨更高的耐水性。现已发现，16-5000油墨的印刷图象当浸水后会丧失其强度，而本发明的油墨组合物的印刷图象在浸水后仍保持其强度。据认为苯乙烯-马来酐树脂提供耐水性。

实施例2

此实施例说明本发明的油墨组合物的干燥时间短于先前已知的喷墨印刷油墨的干燥时间。

通过向各种基材施加同样大小的墨滴，将按实施例1制备的本发明的油墨组合物的干燥时间与16-5000油墨的干燥时间进行比较。油墨干燥时间按以下的方法测定。在70°F和90％相对湿度下用EXCEL 100印刷机将油墨施印到专门的基材上。在油墨被施印后使用秒表测定图象耐小指磨擦性。使用适当放大倍率的显微镜测定油墨滴的粒径。

表3列出各种基材上的墨滴的粒径和干燥时间。显然本发明油墨组合物的可比较尺寸墨滴的干燥时间短于16-5000油墨滴的干燥时间。

表3.小滴粒径与干燥时间的比较^**基材干燥时间(秒)，墨滴尺寸(密耳)

16-5000与实施例1 16-5000与实施例1油

油墨的比墨的比A.B.Dick Bond 4/1 16/16Tyvek 8/1 NM^*/22VIDEOJET^TM Card 64/25 14/14GlossyVIDEOJET Card Flat 9/1 14/14White Wove Sub 24 3/1 16/16^*由于过度蔓延而不能测定^**测试方法B：(LIWS 101)使用Excel 100印刷机；条件为70°F，

90％相对湿度

实施例3

此实施例进一步说明本发明油墨组合物的干燥时间短于先前知道的喷墨印刷油墨的干燥时间。

通过另一种方法使用微升喷射器测定油墨干燥时间。油墨的干燥时间是根据油墨小滴渗透和在70°F与90％相对湿度下在特定基材上干燥所需的时间而决定的。

表4列出16-5000油墨小滴与本发明油墨组合物小滴的干燥时间。同样也很明显的是本发明的油墨组合物具有比16-5000组合物更短的干燥时间。

表4.干燥时间的比较^**基材干燥时间(秒)^**

16-5000与实施例1油墨的比A.B.Dick Bond 14/1Tyvek 20/1VIDEOJET Card Glossy 120/40VIDEOJET Card Flat 40/1White Wove Sub 24 11/1^**测试方法C：(LTWD 101)使用微计喷射器；条件为70°F，90％相对湿度

实施例4

此实施例说明本发明的油墨组合物的表面张力小于美国专利3705043号所说的油墨组合物的表面张力。

根据以下美国专利3705043号所说的方法制备一种油墨组合物。各成份被列于表5中。

表5.美国专利3705043号的油墨组合物

重量百分比

水溶性的苯胺黑染料(酸性黑2) 2.5

N-甲基吡咯烷酮 5.0

二甘醇的甲基醚 5.0

乙氧基三甘醇 10.0

水 77.5

上述的美国专利3705043号油墨组合物具有51.2达因/厘米的表面张力。在70°F和68％相对湿度下将该油墨用EXCEL 100印刷机印刷在基材上。在印刷后马上使用跑表记录图象耐小指磨擦性。该油墨在多孔基材上的干燥时间如下：White Wove Sub 24纸为1秒钟；照相复制证券纸为6秒钟；VIDEOJET^TM Card flat为5秒钟。在光泽纸上的干燥时间为11秒钟。本发明的油墨具有在上述多孔基材上为不到1秒钟的干燥时间，而在光泽纸上的干燥时间为15～20秒钟。因此，在多孔基材上本发明的油墨组合物的干燥时间明显少于美国专利3705043号油墨的干燥时间。

此外，实施例1中所述的本发明油墨组合物的具体例具有28达因/厘米的表面张力。本申请中所列的表面张力数据是按照ASTM方法D-3825-9，即，通过快速气泡技术(fast bubble technique)在SENSADYNE 5000(一种可从Chemdyne Research Corp.，Mesa，Arizona购得的表面张力计)上测定动态表面张力的标准测试法而得到的。

实施例5

此实施例说明本发明的油墨组合物的表面张力低于美国专利3687887所述的油墨组合物的表面张力。美国专利3687887号指出其油墨组合物的表面张力处于35～40达因/厘米的范围内(见该专利说明书第4栏，3～7行)。

按照美国专利3687887号的实施例3中所述的方法制备油墨组合物。其各成份被示于表6中。

表6.3687887号专利的油墨组合物：

重量百分比SMA 1725 1.0丙烯酸树脂(CDX67-3-约翰逊父子公司) 1.0甲基卡必醇 8.0丁基卡必醇 4.0直接黑38 2.0酸性黑1 0.5酸性黄23 0.75酸性红73 0.75Dioxin 0.1吗啉 0.5N-甲基吡咯烷酮 1.0

水 80.4

上述的3687887号专利的油墨具有36.2达因/厘米的表面张力。在3687887号专利中实施例2和4的组合物(它们与实施例3具有许多的共同的成份)也被预期具有约为36达因/厘米的表面张力。

在70°F和68％相对湿度下将该实施例3的油墨用EXCEL100印刷机印刷在基材上。使用秒表测定图象耐小指的磨擦性。在多孔基材上的油墨干燥时间如下：White Wove Sub 24纸为1秒钟；照相复制证券纸为6秒钟；VIDEOJET^TM Card flat为5秒钟。在光泽纸上的干燥时间为13秒钟。本发明油墨的干燥时间在多孔纸上为少于1秒钟，而在光泽纸上为15～20秒钟。因此，很显然，在多孔基材上本发明的油墨组合物具有比3687887号专利油墨短的干燥时间。还可明显地看出，本发明的油墨组合物在多孔基材上的干燥时间少于3687887号油墨的干燥时间。

本发明另外提供一种如上所述的喷墨印刷油墨组合物，其中苯乙烯-马来酐树脂的含量为组合物重量的约1％重量至约3％重量，溶剂的含量为组合物重量的约2％重量至约7％重量，单烷基亚烷基二醇醚的含量为组合物重量的约1％重量至约5％重量，二烷基亚烷基二醇醚的含量为组合物重量的约7％重量至约12％重量，润湿剂的含量为组合物重量的约2％重量至约4％重量，表面活性剂的含量为组合物重量的约0.25％重量至约0.35％重量，生物杀伤剂的含量为组合物重量的约0.1％重量至约0.2％重量，着色料的含量为组合物重量的约2％重量至约8％重量，和碱的含量为组合物重量的约0.3％重量至约0.7％重量。

本发明另外还提供一种在多孔和无孔表面上喷墨印刷的改进方法，该改进方法包括使用本发明的喷墨印刷油墨组合物。

Claims

1.一种喷墨印刷油墨组合物包括水，水可溶的或水可分散的聚合物树脂，具有在波长范围为700～1100nm的红外线吸收性的着色料，具有3～6个碳原子的亚烷基二醇，以及至少一种具有2～6个碳原子的亚烷基二醇的单或二烷基醚其中所说的烷基由1～6个碳原子组成，所说的油墨组合物具有小于35达因/厘米的表面张力。

2.如权利要求1所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的组合物具有(1)在25℃为1.6至7.0厘泊的粘度；(2)50～2000欧姆-厘米的电阻率；和(3)1200至1300米/秒的声速。

3.如权利要求1或2所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的组合物具有24达因/厘米至34达因/厘米的表面张力。

4.如权利要求1至3的任何一项权利要求所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的水可溶的或水可分散的聚合物选自苯乙烯-马来酐树脂，丙烯酸树脂，紫胶基丙烯酸树脂，聚酯树脂，以及它们的混合物。

5.如权利要求4所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的聚合物树脂是具有苯乙烯：马来酐的摩尔比约为1比1的苯乙烯-马来酐树脂。

6.如权利要求5所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的聚合物树脂是具有酯化度为30％至50％的苯乙烯-马来酐的偏酯。

7.如前述权利要求任何一项所述的喷墨印刷油墨组合物，其中在所说的组合物中所说的聚合物树脂的含量为1％重量至3％重量。

8.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的着色料选自苯胺黑和炭黑。

9.如权利要求8所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的苯胺黑是水可溶的苯胺黑晶体。

10.如权利要求9所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的苯胺黑的含量为所说的组合物的3％重量至6％重量。

11.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的亚烷基二醇是丙二醇。

12.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的亚烷基二醇的含量为所说的组合物重量的2％重量至7％重量。

13.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的亚烷基二醇单烷基醚是二甘醇一甲醚。

14.如权利要求13中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的二甘醇一甲醚的含量为所说的组合物重量的1％重量至5％重量。

15.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的亚烷基二醇二烷基醚是二甘醇丁基甲基醚。

16.如权利要求15中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的二甘醇丁基甲基醚的含量为所说的组合物的7％重量至12％重量。

17.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的组合物另外包括N-甲基吡咯烷酮。

18.如权利要求17中所述的喷墨印刷油墨组合物；其中所说的N-甲基吡咯烷酮的含量为所说的组合物重量的2％重量至7％重量。

19.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，另外包括表面活性剂。

20.如权利要求19中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的表面活性剂是2，4，7，9-四甲基-5-炔基-4，7-二醇。

21.如权利要求19或20中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的表面活性剂的含量为所说的组合物重量的0.25％重量至0.35％重量。

22.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，另外还包括生物杀伤剂。

23.如权利要求22中所述的喷墨印刷油墨组合组合其中所说的生物杀伤剂是6-乙酸基-2，2-二甲基-1，3-二噁烷。

24.如权利要求22或23中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的生物杀伤剂的含量为所说的组合物重量为0.1％重量至0.2％重量。

25.如前述权利要求的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，另外还包括碱。

26.如权利要求25中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的碱是氢氧化铵。

27.如权利要求26中所述的喷墨印刷油墨组合组合其中所说的氢氧化铵含量为所说的组合物重量的0.3％重量至0.7％重量。

28.如权利要求1、4、17、19、22和26的任何一项权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物，其中所说的苯乙烯-马来酐树脂的含量为所说的组合物重量的1％重量至3％重量，所说的N-甲基吡咯烷酮的含量为所说的组合物重量的2％重量至7％重量，所说的单烷基亚烷基二醇醚的含量为所说的组合物重量的1％重量至5％重量，所说的二烷基亚烷基二醇醚的含量为所说的组合物重量的7％重量至12％重量，所说的亚烷基二醇的含量为所说的组合物重量的2％重量至4％重量，所说的表面活性剂的含量为所说的组合物重量的0.25％重量至0.35％重量，所说的生物杀伤剂的含量为所说的组合物重量的0.1％重量至0.2％重量，所说的着色料的含量为所说的组合物重量的2％重量至8％重量，以及所说的氢氧化铵含量为所说的组合物重量的0.3％重量至0.7％重量。

29.一种在多孔和无孔基材上进行喷墨印刷的方法，它包括使用如前述任何一项的权利要求中所述的喷墨印刷油墨组合物。