CN114938652A - 水性可能量固化喷墨油墨 - Google Patents

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Abstract

一种水性可能量固化喷墨油墨,其包括(A)非光聚合性树脂、(B)水溶性光聚合性单体、(C)平均粒径为50~300nm的颜料、和(D)基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量至少为25wt.%的水。还提供包括已干燥和固化形式的水性可能量固化喷墨油墨的印刷品,以及用喷墨印刷头形成印刷图像的方法。

Description

水性可能量固化喷墨油墨
技术领域
本发明涉及一种水性可能量固化喷墨油墨,特别是包括(A)非光聚合性树脂、(B)水溶性光聚合性单体、(C)平均粒径为50~300nm的颜料和(D)水的水性可能量固化喷墨油墨。
背景技术
本文提供的“背景”描述是为了总体上呈现本公开内容的背景。本发明的发明人在此背景技术部分中所描述的范围之上所做的工作以及说明书中的某些申请日之前尚未成为现有技术的方面,均未以明示或隐含的方式认定为本发明的现有技术。
用挥发性有机化合物(VOC)配制的油墨会散发出蒸气并会污染环境。由于这个问题和其它问题,与制备环保油墨相关的努力已转向水基油墨。传统上,这种水基油墨由水基聚合物粘合剂(通常是丙烯酸胶乳)和颜料(或着色剂)的混合物分散在水中而制成的。水从这些油墨中蒸发然后形成薄膜残留物。然而,水性油墨的干燥是一个缓慢的过程,并且很难在用于包装和标签的塑料薄膜上粘附。
为了提高在此类塑料薄膜上的粘附性,可使用可能量固化(例如UV/EB)成分来配制油墨(例如US 2013/0050366A1和JP 2012097191,均通过整体引用以并入本文)。然而,可能量固化成分含量过高的油墨一旦固化后会因高度收缩而导致塑料薄膜起皱和表面缺陷。此外,为了提高粘附性而对此类塑料薄膜进行表面处理也可能导致表面缺陷。这种起皱/表面缺陷会对粘附性和图像印刷质量产生不利影响。
就用可能量固化(如UV/EB)成分配制的固化油墨而言,固化速度与最终印刷图像的柔性(flexibility)之间存在权衡关系,理想的快速固化可能量固化成分导致印刷图像具有不可接受的柔性(印刷图像太僵硬,弯曲时破裂)。
因此,在水性可能量固化喷墨油墨中,很难在可接受的1)干燥速度、2)印刷质量(与收缩表面缺陷有关)、3)粘附性、4)固化速度和5)印刷图像柔性之间达到平衡。
发明内容
鉴于上述情况,需要在不牺牲印刷质量、粘附性和印刷图像柔性的情况下能够提供快速干燥和固化速度的水基喷墨油墨。
因此,本公开的一个目的是提供满足这些标准的新型水性可能量固化喷墨油墨。
本公开的另一个目的是提供一种新型印刷品,其包含干燥和固化形式的水性可能量固化喷墨油墨。
本公开的再一个目的是提供一种新型的通过将上述水性可能量固化喷墨油墨施加到基材上,进行干燥并且然后固化从而在基材上形成印刷图像的方法。
上述目的以及其它目的将在下面的详细描述中变得明显,这些目的已通过发明人的以下发现得以实现:(A)非光聚合性树脂,(B)水溶性光聚合性单体,和(C)具有50~300nm平均粒径的颜料在(D)水中的组合提供快速干燥和固化的油墨,而不会对印刷图像质量、粘附性或柔性产生不利影响。
因此,本发明提供:
(1)一种水性可能量固化喷墨油墨,包括:
(A)非光聚合性树脂;
(B)水溶性光聚合性单体;
(C)平均粒径为50~300nm的颜料,以及
(D)基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量至少为25wt.%的水。
(2)根据(1)所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,述非光聚合性树脂(A)为聚乙烯吡咯烷酮、聚(2-噁唑啉)、或聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体。
(3)根据(1)或(2)所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,所述非光聚合性树脂(A)具有4000~6000g/mol的重均分子量。
(4)根据(1)~(3)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中所述非光聚合性树脂(A)为水溶性,且其汉森溶解度参数(δ)为23.0~27.0MPa1/2
(5)根据(1)~(4)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述非光聚合性树脂(A)以0.1~10wt.%的量存在。
(6)根据(1)~(5)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述水溶性光聚合性单体(B)以30~70wt.%的量存在。
(7)根据(1)~(6)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,所述水溶性光聚合性单体(B)包括(聚)亚烷基二醇官能团。
(8)根据(1)~(7)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,所述水溶性光聚合性单体(B)为(B2)多烯键式不饱和单体或(B1)单烯键式不饱和单体和(B2)多烯键式不饱和单体的混合物。
(9)根据(1)~(8)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,所述颜料(C)未被涂覆。
(10)根据(1)~(9)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,基于所述水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述颜料(C)以0.1至10wt.%的量存在。
(11)根据(1)~(10)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,进一步包括(D1)有机溶剂。
(12)根据(1)~(11)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,进一步包括(E)表面活性剂。
(13)根据(1)~(12)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,进一步包括(F)光引发剂。
(14)根据(1)~(12)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,实质上不含(F)光引发剂。
(15)根据(1)~(14)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,进一步包括(G)蜡。
(16)根据(15)所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,所述蜡(G)为聚烯烃蜡。
(17)根据(1)~(16)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,进一步包括(H)硅烷。
(18)一种印刷品,其包括:
基材、和配置于所述基材上的干燥和固化形式的(1)~(17)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨。
(19)一种在基材上形成印刷图像的方法,包括:
使用喷墨印刷头将(1)~(17)中任一项所述的水性可能量固化喷墨油墨施加到基材上;
干燥;然后
固化水性可能量固化喷墨油墨。
(20)根据(19)所述的方法,其中,所述水性可能量固化喷墨油墨在50~70℃的干燥温度下干燥1~2分钟,从而导致基于施加到所述基材上的水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述水性可能量固化喷墨油墨的重量损失为至少25wt.%。
以上段落提供了总体介绍,并不旨在限制权利要求的范围。所说明的实施方式以及进一步的优势可以通过结合以下具体描述得到最好的理解。
具体实施方式
在以下的说明中,应当理解,在不脱离本文公开的本实施方式的范围的情况下,可以利用其它实施方式,并且可以进行结构和操作上的改变。
术语“可固化的”和“光聚合性的”描述了材料/组合物响应于合适的固化刺激物(能量源)而聚合、固化和/或交联的能力,上述固化刺激例如光化辐射、加速粒子辐射和热能,例如紫外(UV)能量、来自光谱可见区域的辐射、红外线(IR)能量、电子束(EB)能量、热能或其它能量源。术语“可固化”旨在涵盖暴露于如上所述的能量源,特别是紫外(UV)能量和电子束(EB)能量时的所有形式的固化。
如本文所用,术语“固化的”是指存在于组合物中的可固化/光聚合性组分通过形成(1)化学键、(2)机械键或(3)化学键和机械键的结合而经过聚合、交联和/或固化,从而形成聚合或交联的网络的组合物。术语“固化的”旨在包括“部分固化的”组合物以及“完全固化的”组合物两者,其中“部分固化的”组合物是指存在于组合物中的小于50wt.%,或小于40wt.%,或小于30wt.%,或小于20wt.%,或小于10wt.%,或小于5wt.%的可固化/光聚合性官能团被聚合和/或交联;“完全固化的”组合物是指至少50wt.%,优选至少60wt.%,优选至少70wt.%,优选至少80wt.%,更优选至少90wt.%,甚至更优选至少95wt.%,再更优选至少99wt.%的可固化/光聚合性官能团被聚合和/或交联。上述固化程度可以通过使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量反应的烯键式不饱和基团的百分比得以量化。
如本文所用,“烯键式不饱和”是指包含可固化/光聚合性的C=C的基团,例如(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、乙烯基、烯丙基等。此类烯键式不饱和基团可存在于分类为单体、低聚物和/或聚合物的材料中,其中“单体”是指分子可以结合在一起以形成低聚物或聚合物的化合物,“低聚物”是包含相对较少的重复结构单元(即2、3或4个重复单元)的聚合化合物,“聚合物”是指由许多重复结构单元(即5个或更多重复单元)组成的大分子、或者高分子。除非另有说明,烷氧基化化合物被排除在低聚物或聚合物的定义之外并且在本文中被认为是单体。例如,乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯在本文中被认为是单体。
如本文所用,“单烯键式不饱和”是指每个分子具有一个烯键式不饱和基团的化合物/组分,而“多烯键式不饱和”是指每个分子具有两个或更多个(例如2、3、4、5、6、7、8等)烯键式不饱和基团的化合物/组分。例如,“单烯键式不饱和单体”是指含有一个烯键式不饱和基团的单体材料,当暴露于固化刺激时,该烯键式不饱和基团可以参与固化。
术语“(甲基)丙烯酸酯”在本文中用于指代丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯基团两者。换而言之,该术语应被理解为“甲基”是可选的。此外,“(甲基)丙烯酸酯”通常用于指丙烯酸类化合物和丙烯酸酯类化合物。
如本文所用,“烷氧基化的”或“烷氧基化物”是指含有衍生自与一种或多种具有2~4个碳原子的环氧烷的低聚反应或聚合反应的反应的(聚)醚基团(即,(聚)亚烷基二醇)的化合物,并且具体包括乙氧基化化合物(含有衍生自与环氧乙烷(EO)的反应的化合物的(聚)乙二醇)、丙氧基化的化合物(含有衍生自与环氧丙烷(PO)的反应的化合物的(聚)丙二醇)、和丁氧基化的化合物(含有衍生自与环氧丁烷(BO)反应的化合物的(聚)丁二醇),以及它们的混合物。
当在本文中提及各种油墨/组合物时,除非另有说明,否则短语“实质上不含”描述了相对于油墨/组合物的总重量,存在于油墨/组合物中的特定组分(例如,光引发剂)的量小于约1wt.%,优选小于约0.5wt.%,更优选小于约0.1wt%,甚至更优选小于约0.05wt.%,再更优选0wt.%。
如本文所用,术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件可以或不可以发生或随后描述的组分可能存在或可能不存在(例如,0wt.%)。
除非另有说明,“水溶性”是指在25℃时在水中的溶解度大于或等于50g/L(≥5wt.%)的化合物/组分,包括在水中易溶/混溶的化合物/组分,而“水不溶性”是指在25℃下在水中的溶解度小于50g/L(<5wt.%)的化合物/组分。
水性可能量固化喷墨油墨
本公开涉及具有/提供可接受的1)干燥速度、2)印刷质量、3)粘附性、4)固化速度和5)印刷图像柔性的水性可能量固化喷墨油墨。
本公开的水性可能量固化喷墨油墨一般包括以下组分:(A)非光聚合性树脂、(B)水溶性光聚合性单体、(C)平均粒径为50~300nm的颜料和(D)水,并且任选地包括(D1)有机溶剂、(E)表面活性剂、(F)光引发剂、(G)蜡、(H)硅烷、和(I)添加剂(例如:荧光增白剂、稳定剂、安全标签剂等)。
(A)非光聚合性树脂
在所公开的水性可能量固化喷墨油墨中使用的树脂是聚合化合物,即均聚物或共聚物,其本身是非光聚合性的,因此在干燥或经受能量(固化)源(例如UV或EB源)时不发生任何化学变化。因此,与光聚合性性树脂不同,非光聚合性性树脂(A)在经受能量源时会形成膜而不会收缩。因此,使用非光聚合性树脂(A)给水性可能量固化喷墨油墨提供所希望的粘附性和印刷质量成果。
基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,非光聚合性树脂(A)可以至多10wt.%的量存在于水性可能量固化喷墨油墨中,例如,至少0.1wt.%,优选至少0.5wt.%,更优选至少1wt.%,甚至更优选至少1.5wt.%,还甚至更优选至少1.6wt.%,并且至多10wt.%,优选至多8wt.%,优选至多6wt.%,更优选至多4wt.%,甚至更优选至多2wt.%,还甚至更优选至多1.8wt.%。
适用于所公开的水性可能量固化喷墨油墨的非光聚合性树脂(A)具有至多7000g/mol的相对低的重均分子量,例如,至少3000g/mol的重均分子量,优选至少3200g/mol,优选至少3400g/mol,优选至少3600g/mol,优选至少3800g/mol,优选至少4000g/mol,并且至多7000g/mol,优选至多6800g/mol,优选至多6600g/mol,优选至多6400g/mol,优选至多6200g/mol,优选至多6000g/mol。
在一些实施方式中,光聚合性树脂(A)是水溶性的。例如,非光聚合性性树脂(A)在25℃的水中的溶解度可以为至少50g/L,优选至少75g/L,优选至少100g/L,优选至少150g/L,优选至少200g/L,优选至少250g/L,优选至少300g/L,优选至少350g/L,更优选至少400g/L,甚至更优选至少450g/L,还甚至更优选至少500g/L。在一些实施方式中,非光聚合性树脂(A)具有至少23.0,优选至少23.5,优选至少24.0,优选至少24.5,优选至少25.0,至多27.0,优选至多26.5,优选至多26.0,优选至多25.5的汉森溶解度参数(δ,以MPa1/2为单位)。
关于水溶性的非光聚合性树脂(A),特别提及由杂环单体聚合形成的水溶性的非光聚合性树脂。非光聚合性树脂(A)可以由含有光聚合性基团的杂环单体聚合形成,其中光聚合性基团被聚合并且杂环在聚合后保持完整(即,非光聚合性树脂包括重复杂环单元,其中没有剩余的光聚合性基团),或者非光聚合性树脂(A)可以由杂环单体的开环聚合形成,其中非光聚合性树脂实质上不含重复杂环单元。杂环单体可以包括4-、5-、6-或7-元单环杂环,优选5-元杂环,其可以是饱和的、部分不饱和的或完全不饱和的,并且可以包括碳原子和1、2、3或4个独立地选自氮(N)、氧(O)和硫(S)的杂原子。优选地,非光聚合性树脂(A)由含有2个杂原子的杂环单体聚合形成,优选O和/或N,更优选2个杂原子中一个是N、一个是O。在优选的实施方式中,非光聚合性树脂(A)是聚乙烯吡咯烷酮和/或聚(2-噁唑啉)。
<聚乙烯吡咯烷酮>在一些实施方式中,非光聚合性树脂(A)是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的均聚物,特别可例举可购自Ashland公司的PVP K-12。聚乙烯吡咯烷酮的低分子量(例如3000至7000g/mol)共聚物也可用于本公开,包括但不限于:乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺共聚物、以及例如乙烯基吡咯烷酮/二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯共聚物的乙烯基吡咯烷酮/(甲基)丙烯酸酯共聚物。
<聚(2-噁唑啉)>在一些实施方式中,非光聚合性树脂(A)是聚(2-噁唑啉),其可以由2-噁唑啉的活性阳离子开环聚合形成。优选地,聚(2-噁唑啉)是聚(2-烷基-2-噁唑啉)(由2-烷基-2-噁唑啉的开环制备),其中烷基基团由氢和至少1个,优选至少2个,更优选至少3个碳原子,和至多6个,优选至多5个,更优选至多4个碳原子组成。聚(2-烷基-2-噁唑啉)的示例性烷基可包括但不限于甲基、乙基、异丙基、正丙基和环丙基,优选甲基和乙基。可用于本公开的聚(2-噁唑啉)可包括各种α-端基(通过激发活性阳离子开环聚合形成的端基)和ω-端基(终止活性阳离子开环聚合的基团)。例如,聚(2-噁唑啉)可具有α-端基,包括但不限于:氢、甲基、烯丙基、炔丙基和苄基;和ω-端基,包括但不限于:羟基、氨基(包括未取代的氨基(-NH2)和取代的氨基(例如,2-羟基乙胺、哌嗪等))、叠氮基和巯基(-SH)。在优选实施方式中,聚(2-噁唑啉)是聚(2-乙基-2-噁唑啉)或含有上述端基的任意组合的聚(2-甲基-2-噁唑啉),更优选含有氢α-端基和羟基ω-端基的聚(2-乙基-2-噁唑啉)或聚(2-甲基-2-噁唑啉)。可购自Polymer Chemistry Innovations,Inc.的目标分子量为5000g/mol的聚(2-乙基-2-噁唑啉)的AQUAZOL 5,以及可购自AVROXA公司的低分子量ULTROXA产品是可用于所公开的水性可能量固化喷墨油墨的聚(2-噁唑啉)的具体实例。
或者,非光聚合性树脂(A)可以分散在水中。在一些实施方式中,非光聚合性树脂(A)是聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体。聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体可以通过物理方法制备,其中首先独立地制备聚氨酯和聚(甲基)丙烯酸酯的水性分散体(乳液),然后在机械混合下混合在一起。或者,可根据化学方法制备聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体,由此首先制备聚氨酯分散体,然后(甲基)丙烯酸酯(和任选地其它乙烯基单体)在聚氨酯分散体中聚合,在某些情况下,是在核壳乳液聚合中聚合,其中聚氨酯作为种子颗粒,并且(甲基)丙烯酸酯(和任选地其它乙烯基单体)在聚氨酯颗粒内聚合。
聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体的聚氨酯部分可以是含有多个氨基甲酸酯基(-O-C(O)-NH-)的聚合物或低聚物(预聚物),由以下反应形成的:
(i)合适的聚异氰酸酯(含有至少两个异氰酸酯官能团的有机化合物),例如脂肪族、环脂肪族和/或芳香族多异氰酸酯,特别可列举丁二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、3(4)-异氰酸根合甲基-甲基环己基异氰酸酯(IMCI)、三甲基六亚甲基二异氰酸酯(2,2,4和/或2,4,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯)、双(4,4′-异氰酸根合-环己基)甲烷(H12MDI)、双(异氰酸酯-甲基)-甲基环己烷、1,8-二异氰酸根合辛烷、1,4-环己二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,5-萘二异氰酸酯、2,4′-和/或4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、三苯基甲烷-4,4′,4”-三异氰酸酯等;和
(ii)合适的多元醇,例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、1,3-丙二醇、丁二醇(例如1,2-、1,3-、1,4-丁二醇)、戊二醇(例如1,5-戊二醇)、己二醇(例如1,6-己二醇)、甘油、1,2,4-丁三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、二(三羟甲基丙烷)、季戊四醇、二季戊四醇、戊三醇(例如1,2,5-戊三醇)、己三醇(例如1,2,6-己三醇)、新戊二醇、甘露醇、山梨糖醇、葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖、特种多元醇(例如,聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚丁二烯多元醇、多硫化物多元醇等)等,以及任何上述多元醇的烷氧基化加成物。
如本领域普通技术人员所熟知的,除了氨基甲酸酯基团之外,聚氨酯还可以包括另外的基团,例如脲、脲基甲酸酯、缩二脲、碳二亚胺、噁唑烷基、异氰脲酸酯、脲二酮、醚、酯、碳酸根等。
聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体的聚(甲基)丙烯酸酯部分可以由一种或多种(甲基)丙烯酸酯聚合形成,例如(甲基)丙烯酸烷基酯(例如,(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯等)和(甲基)丙烯酸羟烷基酯(包括含有一个、两个、三个或更多个羟基的(甲基)丙烯酸羟烷基酯)。这种(甲基)丙烯酸羟烷基酯可以通过使用例如乙二醇、丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、己二醇、季戊四醇等的多元醇(二醇、三醇等)与(甲基)丙烯酸以所得到的产物含有一个或多个羟基的量进行反应来制备。具体实例包括但不限于:(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟己酯、(甲基)丙烯酸4-羟基环己酯、二(甲基)丙烯酸三甘油酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、以及任何上述的烷氧基化加成物。上述(甲基)丙烯酸酯单体的共聚物也包括在本文出现的术语“聚(甲基)丙烯酸酯”内。用以提供可用于水性可能量固化喷墨油墨的聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体的(甲基)丙烯酸酯单体的聚合可以通过本领域技术人员已知的任何聚合技术来完成。
在一些实施方式中,水性可能量固化喷墨油墨实质上不含聚氨酯树脂、由纤维素衍生物(例如羧甲基纤维素、如纤维素乙酸丙酸酯等的纤维素酯)制成的树脂、聚(甲基)丙烯酸酯树脂(丙烯酸树脂)、聚(甲基)丙烯酰胺树脂、聚(乙酸乙烯酯)树脂、水溶性环氧树脂、聚乙烯醇树脂、聚烯烃树脂,以及由它们的任何共混物或共聚物制成的树脂,包括由上述一种或多种与另一种未列出的聚合物类型所形成的共混物或共聚物,以及其乳液或分散体。这种树脂的具体实例包括但不限于:JONCRYL 678,其是一种可购自BASF公司的重均分子量为8500g/mol的丙烯酸树脂;AVICOR 2550,其是一种可购自Celanese公司的丙烯酸乳液;UNITIKA YA-4010和UNITIKA SE-1030N,其是可获自Unitika公司的聚烯烃乳液;DISPEXGA40,其是可获自BASF公司的丙烯酸共聚物;以及INDUPRINT SE 245,其是可获自Indulor公司的基于苯乙烯和丙烯酸酯的乳液聚合物。
在一些实施方式中,水性可能量固化喷墨油墨实质上不含中~高分子量(例如,>7000g/mol)的非光聚合性树脂,例如均可购自Ashland公司的聚乙烯吡咯烷酮均聚物PVPK-15、PVP K-30、PVP K-60、PVP K-85、PVP K-90和PVP K-120;乙烯基吡咯烷酮/醋酸乙烯酯共聚物,例如均可购自BASF的LUVITEC VA 64P、LUVITEC VA 6535P和LUVISKOL VA37E,均可购自Ashland公司的PVP/VA E-535、PVP/VA I-335、PVP/VA W-635和PVP/VAW-735;乙烯基吡咯烷酮/乙烯基己内酰胺共聚物,例如可购自BASF公司的LUVITEC VPC 55K 65W;乙烯基吡咯烷酮/(甲基)丙烯酸酯共聚物,如乙烯基吡咯烷酮/甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯共聚物,例如可购自Ashland公司的SOREZ HS-205;和中~高分子量的聚(2-噁唑啉),例如可购自Polymer Chemistry Innovations,Inc.的AQUAZOL 50、AQUAZOL 200和AQUAZOL 500。例如,已发现丙烯酸树脂,例如丙烯酸均聚物、丙烯酸共聚物(例如,丙烯酸/苯乙烯共聚物)和丙烯酸乳液;聚烯烃树脂,例如聚烯烃乳液;以及其它中~高分子量的非光聚合树脂,例如上述那些,倾向于形成不稳定的水性可能量固化喷墨油墨。
在优选实施方式中,本公开的水性可能量固化喷墨油墨实质上不含光聚合性树脂,即含有光聚合性基团并因此在经受固化源时会发生化学变化(即聚合、交联等)的聚合物。例如,光聚合性树脂可包括但不限于:可能量固化聚氨酯,例如(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯分散体,如由多异氰酸酯、多元醇和羟烷基(甲基)丙烯酸酯的氨基甲酸酯化制备得到的(甲基)丙烯酸酯化聚氨酯分散体(如JP2012097191和EP2703459中所描述的,均通过引用整体并入本文),特别可列举均可购自Allnex公司的UCECOAT 2801、UCECOAT 2804、UCECOAT6558、UCECOAT 7177、UCECOAT 7655、UCECOAT 7710;可购自Fitz Chem LLC的NEORAD R441;以及可购自Covestro的BAYHYDROL UV2317。
(B)水溶性光聚合性单体
水性可能量固化喷墨油墨可以用任何光聚合性单体配制,只要该光聚合性单体是水溶性的,即在25℃下在水中具有至少50g/L,优选至少55g/L,优选至少60g/L,优选至少65g/L,优选至少70g/L,优选至少75g/L,优选至少80g/L,优选至少85g/L,优选至少90g/L,优选至少95g/L,优选至少100g/L,优选至少150g/L,优选至少200g/L,优选至少250g/L,优选至少300g/L,优选至少350g/L,更优选至少400g/L,甚至更优选至少450g/L,还甚至更优选至少500g/L的溶解度。
基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,存在于水性可能量固化喷墨油墨中的水溶性光聚合性单体(B)的总量可以为自至少30wt.%,优选至少32wt.%,优选至少34wt.%,优选至少36wt.%,优选至少38wt.%,更优选至少40wt.%,甚至更优选至少42wt.%,还甚至更优选至少44wt.%,并且至多70wt.%,优选至多68wt.%,优选至多66wt.%,优选至多64wt.%,优选至多62wt.%,优选至多60wt.%,优选至多58wt.%,更优选至多56wt.%,甚至更优选至多54wt.%,还甚至更优选至多52wt.%中的任意含量。
水溶性光聚合性单体(B)可以是(B1)单烯键式不饱和单体、(B2)多烯键式不饱和单体(二烯键式不饱和、三烯键式不饱和等),或它们的混合物,优选地,水性可能量固化喷墨油墨通过用多烯键式不饱和单体(B2)或单烯键式不饱和单体(B1)和多烯键式不饱和单体(B2)的混合物配制。优选地,就稳定性而言,本文所用的水溶性光聚合性单体(B)包括(聚)醚官能团(即,(聚)亚烷基二醇官能团),优选(聚)乙二醇官能团。
单烯键式不饱和单体(B1)是含有单烯键式不饱和(光聚合性)基团的单体,所具有的烯键式不饱和基团例如为:(甲基)丙烯酸酯基、(甲基)丙烯酰胺基、乙烯基、或烯丙基。在优选实施方式中,单烯键式不饱和单体(B1)是单(甲基)丙烯酸酯单体。水溶性且可用于本文的单烯键式不饱和单体(B1)的合适实例包括但不限于例如(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、和2-羟基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯的单(甲基)丙烯酸羟烷基酯;含有(聚)亚烷基二醇官能团的单(甲基)丙烯酸酯,优选(聚)乙二醇官能团,例如含有至少2、优选至少4、优选至少6、优选至少8、更优选至少10、甚至更优选至少20、还更优选至少40摩尔当量的反应形式的环氧烷烃(例如环氧乙烷),和至多600,优选至多550,优选至多500,优选至多400,优选至多300,优选至多200,更优选至多100,甚至更优选至多80,还甚至更优选至多60摩尔当量的反应形式的环氧烷烃(例如,环氧乙烷)。
单烯键式不饱和单体(B1)的具体实例包括但不限于均可购自Sartomer Co.Inc.的二乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯(例如CD545)、甲氧基聚乙二醇(550)单丙烯酸酯单体(例如CD553)、烷氧基化丙烯酸四氢呋喃甲酯(例如,CD611)、三乙二醇乙基醚甲基丙烯酸酯(例如,CD730)、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯(例如,SR256)、甲氧基聚乙二醇(350)单甲基丙烯酸酯(例如,SR550)和甲氧基聚乙二醇(350)单丙烯酸酯(例如,SR551);包括其中两种或更多种的组合。优选的单烯键式不饱和单体(B1)是可购自Sartomer Co.Inc.的甲氧基聚乙二醇(350)单丙烯酸酯(例如,SR551)。
在优选实施方式中,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,水性可能量固化喷墨油墨包括至少10wt.%,优选至少12wt.%,更优选至少14wt.%,甚至更优选至少16wt.%,还甚至更优选至少18wt.%,且至多30wt.%,优选至多28wt.%,优选至多26wt.%,更优选至多24wt.%,甚至更优选至多22wt.%,还更优选至多20wt.%的量的单烯键式不饱和单体(B1)。
多烯键式不饱和单体(B2)可以是二烯键式不饱和单体、三烯键式不饱和单体或高级烯键式不饱和化合物(例如四、五等烯键式不饱和单体),其中烯键式不饱和(光聚合性)基是例如(甲基)丙烯酸酯基、(甲基)丙烯酰胺基、乙烯基、烯丙基,或它们的混合物。优选地,多烯键式不饱和单体(B2)含有至少一个(甲基)丙烯酸酯基,更优选所有烯键式不饱和基都是(甲基)丙烯酸酯基,甚至更优选所有烯键式不饱和基都是丙烯酸酯基。
在一些实施方式中,多烯键式不饱和单体(B2)可以基于多元醇,其中多元醇的两个、三个、四个或更多个羟基被光聚合性基团(例如,(甲基)丙烯酸酯官能团)官能化。示例性多元醇包括但不限于乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、1,3-丙二醇、丁二醇(例如1,2-、1,3-、1,4-丁二醇)、戊二醇(例如1,5-戊二醇)、己二醇(例如1,6-己二醇)、甘油、1,2,4-丁三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、二(三羟甲基丙烷)、季戊四醇、二戊季戊四醇、戊三醇(例如,1,2,5-戊三醇)、己三醇(例如,1,2,6-己三醇)、新戊二醇、甘露醇、山梨醇、葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖和上述多元醇的烷氧基化加成物。在优选实施方式中,多烯键式不饱和单体(B2)含有(聚)醚官能团(即,(聚)亚烷基二醇官能团),优选(聚)乙二醇官能团,例如含有至少2,优选至少5,优选至少10,优选至少20,更优选至少40,甚至更优选至少60,还甚至更优选至少80摩尔当量的反应形式的环氧烷(例如环氧乙烷),并且至多1000,优选至多900,优选至多800,优选至多700,优选至多600,优选至多500,优选至多400,更优选至多300,甚至更优选至多200,还甚至更优选至多100摩尔当量的反应形式的环氧烷(例如,环氧乙烷)。
水溶性且可用于本文的二烯键式不饱和单体的合适实例包括但不限于可购自Sigma-Aldrich公司的四乙二醇二丙烯酸酯,均可购自Sartomer Co.Inc.的聚乙二醇(400)二丙烯酸酯(例如SR344)、聚乙二醇(600)二丙烯酸酯(例如SR610)、聚乙二醇(600)二甲基丙烯酸酯(例如SR252)和聚乙二醇(1000)二甲基丙烯酸酯(例如SR740A),包括其中两个或多个的组合。
可用于本文的水溶性三烯键式不饱和单体的合适实例包括但不限于均可购自Sartomer Co.Inc.的乙氧基化(6)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如SR499)、乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如,SR9035)和乙氧基化(20)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如,SR415),优选乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如,SR9035)。
在优选实施方式中,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,水性可能量固化喷墨油墨以例如至少20wt.%,优选至少22wt.%,优选至少24wt.%,更优选至少26wt.%,甚至更优选至少27wt.%,还甚至更优选至少28wt.%,并且至多40wt.%,优选至多38wt.%,更优选至多36wt.%,甚至更优选至多34wt.%,还甚至更优选至多32wt.%的量包括多烯键式不饱和单体(B2),优选三烯键式不饱和单体。
对于印刷图像柔性和固化速度之间的理想平衡,水溶性光聚合性单体(B)优选为单烯键式不饱和单体(B1)和多烯键式不饱和单体(B2)的混合物。在一些实施方式中,多烯键式不饱和单体(B2)相对于单烯键式不饱和单体(B1)的重量比为至少0.45:1,优选至少0.5:1,优选至少0.6:1,优选至少0.7:1,优选至少0.8:1,优选至少0.9:1,优选至少1:1,优选至少1.1:1,优选至少1.2:1,更优选至少1.3:1,甚至更优选至少1.4:1,还甚至更优选至少1.5:1,并且至多5:1,优选至多4:1,更优选至多3:1,甚至更优选至多2:1,还甚至更优选至多1.6:1。在优选实施方式中,多烯键式不饱和单体(B2)的存在量大于单烯键式不饱和单体(B1)。
虽然在一些情况下包括水不溶性光聚合性单体和/或光聚合性低聚物(水溶性或水不溶性)是可接受的,但在优选实施方式中,水性可能量固化喷墨油墨实质上不含水不溶性光聚合性单体,光聚合性低聚物(水溶性或水不溶性),或两者都不含。
(C)颜料
通过适当选择一种或多种颜料,可以将所公开的水性可能量固化喷墨油墨配制成具有任何所需要的颜色。本领域技术人员应容易地理解,水性可能量固化喷墨油墨不限于任何特定颜色,可接受的颜色可以包括但不限于:青色、品红色、黄色和定位套版色(key)(黑色)(“CMYK”)、白色(包括各种色调的白色,如纯白色、蛋壳色、奶油色、象牙色等)、红色、蓝色、橙色、绿色、浅青色、浅品红色和紫色。通常,颜料可以以相对于水性可能量固化喷墨油墨的总重量的至少0.1wt.%,优选至少0.5wt.%,更优选至少1wt.%,甚至更优选至少2wt.%,还甚至更优选至少3wt.%,并且至多20wt.%,优选至多15wt.%,更优选至多10wt.%,甚至更优选至多8wt.%,还甚至更优选至多7wt.%的量使用。
本文所用颜料的尺寸通常足够小,以使其能够可靠地从印刷头喷射而不会严重堵塞印刷喷嘴、毛细管或印刷设备的其它组件,并且足够大以不会使水性可能量固化喷墨油墨的粘度增加到不可接受的水平。颜料的可接受的平均粒度可以在至少50nm,优选至少60nm,优选至少70nm,优选至少80nm,优选至少85nm,优选至少90nm,优选至少100nm,优选至少120nm,优选至少140nm,更优选至少160nm,甚至更优选至少180nm,甚至更优选至少200nm,并且至多300nm,优选至多280nm,更优选至多260nm,甚至更优选至多240nm,还甚至更优选至多220nm的范围。例如,当使用白色颜料时,白色颜料的平均粒径通常为200至300nm,当使用黑色或有色颜料时,黑色/有色颜料的平均粒径通常为100nm至200nm。商业颜料可以直接使用,或者可以研磨和筛分以满足所需的粒径规格。例如,激光衍射和/或扫描电子显微镜方法可用于测量颜料粒度。
在一些实施方式中,本文使用的颜料具有至少40nm、优选至少50nm、更优选至少60nm,甚至更优选至少70nm,并且至多100nm,优选至多90nm,更优选至多80nm,甚至更优选至多75nm的D10粒度(10%的颗粒小于该粒径且90%的颗粒大于该粒径)。在优选实施方式中,所公开的水性可能量固化喷墨油墨不含任何粒径小于85nm、优选小于80nm、优选小于70nm、优选小于60nm、优选小于50nm,优选小于45nm,更优选小于40nm,甚至更优选小于35nm,还更优选小于30nm的颜料。
本公开的优选颜料是未包覆的,例如,是未用如树脂的有机涂层,即,在US 2013/0050366 A1(通过引用整体并入本文)中描述的那些树脂涂层;或无机涂层,例如二氧化硅、氧化铝、氧化铝-二氧化硅、硼酸和氧化锆涂层包覆的颜料。
可用于本文的颜料的具体实例包括但不限于:有色颜料,例如PALIOGEN Violet5100(可购自BASF公司)、HELIOGEN Green L8730(可购自BASF公司)、SUNFAST Blue 15:3和15:4(可购自Sun Chemical公司)、LITHOL Fast Scarlet L4300(可购自BASF公司)、SUNBRITE橙、红和黄颜料(可购自Sun Chemical公司)、HELIOGEN Blue L6900(可购自BASF公司)、PALIOGEN Blue L6470(可购自BASF公司)、NOVO PERM Yellow FGL(可购自Clariant公司)、Ink Jet Yellow 4G(可购自Clariant公司)和CINQUASIA Magenta D4535(可购自BASF公司);黑色颜料和炭黑,例如PALIOGEN Black L0086(可购自BASF公司)、REGAL 330(可购自Cabot公司)、MOGUL L和REGAL 400R(可购自Cabot公司),以及炭黑PBL 7(可购自Cabot公司);白色颜料如颜料白1(碱式碳酸铅)、颜料白3(硫酸铅)、颜料白4(氧化锌)、颜料白5(锌钡白)、颜料白6(二氧化钛)、颜料白7(硫化锌)、颜料白10(碳酸钡)、颜料白11(三氧化二锑)、颜料白12(氧化锆)、颜料白14(氯氧化铋)、颜料白17(次硝酸铋)、颜料白18(碳酸钙)、颜料白19(高岭土)、颜料白21(硫酸钡)、颜料白24(氢氧化铝)、颜料白25(硫酸钙)、颜料白27(二氧化硅)、颜料白28(偏硅酸钙)、颜料白32(磷酸锌粘固粉);以及它们的混合物。
溶剂体系
所公开的水性可能量固化喷墨油墨中存在水(D)。基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,通常水以至少25wt.%,优选至少27wt.%,优选至少29wt.%,更优选至少30wt.%,甚至更优选至少32wt.%,还甚至更优选至少34wt.%,并且至多55wt.%,优选至多50wt.%,优选至多45wt.%,优选至多42wt.%,更优选至多40wt.%,甚至更优选至多38wt.%,还甚至更优选至多36wt.%的量存在。优选水(D)构成本文的水性可能量固化喷墨油墨中使用的全部或大部分溶剂体系。
相容的有机溶剂(D1)可任选地用于水性可能量固化喷墨油墨中。包括一种或多种有机溶剂(D1)可有助于某些组分的溶剂化并为水性可能量固化喷墨油墨提供可接受的挥发性以改善干燥时间。在一些实施方式中,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,有机溶剂(D1)以至少0.1wt.%,优选至少0.5wt.%,更优选至少1wt.%,甚至更优选至少2wt.%,还甚至更优选至少3wt.%,并且至多20wt.%,优选至多18wt.%,优选至多15wt.%,更优选至多13wt.%,甚至更优选至多11wt.%,还甚至更优选至多10wt.%的量存在于水性可能量固化喷墨油墨中。
示例性有机溶剂(D1)包括但不限于:
·含有1~8个碳原子的低级醇,例如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇;
·二醇类,例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇;
·乙二醇醚类,例如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单正丙醚、乙二醇单-异丙醚、二乙二醇单-异丙醚、乙二醇单正丁基醚、乙二醇单叔丁基醚、二乙二醇单正丁基醚、三乙二醇单正丁基醚、二乙二醇单叔丁基醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单叔丁醚、丙二醇单正丙醚、丙二醇单异丙醚、丙二醇单正丁醚、二丙二醇单正丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单正丙醚和二丙二醇单异丙醚;
·醚类(非二醇醚),例如含有4~8个碳原子的醚,例如乙醚、二丙醚、甲基叔丁基醚、二丁基醚、二噁烷和四氢呋喃;
·酮类,例如含有3~6个碳原子的酮,包括丙酮、甲基乙基酮、3-戊酮、环己酮和双丙酮醇;
·酯类,包括含有3~8个碳原子的酯,例如乙酸甲酯、乙酸乙酯,乙酸正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乙酸甲氧基乙酯、乙酸乙氧基乙酯、乙酸甲氧基丙酯、乙酸乙氧基丙酯;
·以及它们的混合物。
在优选实施方式中,当使用有机溶剂(D1)时,有机溶剂优选为二醇,优选丙二醇。
(E)表面活性剂
本文的水性可能量固化喷墨油墨可以任选地与表面活性剂(E)一起配制,例如,如果需要,以在干燥/固化之前降低油墨的表面张力和/或帮助基材表面的润湿和流平。表面活性剂(E)的包含是任选的,但当包含时,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,以从0.001wt.%,优选从0.005wt.%,更优选从0.1wt.%,甚至更优选从1wt.%,并且至多5wt.%,优选至多4wt.%,优选至多3wt.%,更优选至多2wt.%,甚至更优选至多1.5wt.%的量使用。
表面活性剂(E)可以根据其疏水性和亲水性两者来选择,并且可以但不需要可溶于水。表面活性剂(E)可以任选地包括允许其交联或以其它方式成为固化油墨网络的一部分的光聚合性基团。可接受的表面活性剂(E)可以包括但不限于:聚硅氧烷、含氟聚合物、双子表面活性剂、以及它们的共聚物、它们的组合物、以及它们的含有一种以上共价键合在一起的表面活性剂的多功能表面活性剂,例如共聚物或由上述表面活性剂类型之一与聚(甲基)丙烯酸酯、聚醚等制成的多功能表面活性剂。
具体实例可包括但不限于:聚醚硅氧烷共聚物,例如可购自Siltech Corporation的SILTECH C-20、C-42、C-101、C-241、C-442和C-468;以及可购自Byk Chemie公司的BYK-333和377;有机改性的有机硅(例如烷基和/或芳基改性的有机硅),例如可购自SiltechCorporation的SILTECH C-32,和可购自Momentive公司的COATOSIL 1211C和3573;光交联性的有机硅丙烯酸酯或有机硅聚醚丙烯酸酯,例如可购自Evonik Industries的TEGO Rad2100、Rad 2200、Rad 2250、Rad 2300,以及可购自Byk Chemie公司的BYK-UV 3500和3530;聚丙烯酸酯,例如可购自Byk Chemie公司的BYK-381和361N;含氟聚合物,例如可购自3MCorporation的FC-4430和FC-4432;炔二醇和炔二醇基双子表面活性剂,例如可购自EvonikIndustries的SURFYNOL和DYNOL表面活性剂;聚硅氧烷基双子表面活性剂,例如可购自Evonik Industries的TEGO Twin 4100;及它们的混合物。
在优选实施方式中,表面活性剂(E)是双子表面活性剂,优选硅氧烷基双子表面活性剂,特别可列举可购自Evonik Industries公司的TEGO Twin 4100。
(F)光引发剂
水性可能量固化喷墨油墨可任选地配制为用加速粒子辐射固化(例如电子束固化),因此不需要使用光引发剂。当设计成用加速的粒子固化刺激例如EB固化来固化时,水性可能量固化喷墨油墨可以包括但优选实质上不含光引发剂(F),更优选完全不含光引发剂(F)(例如,0wt.%)。
当水性可能量固化喷墨油墨将经受例如例如UV能量等光化性固化刺激时,可能需要使用光引发剂(F)以进行充分固化。因此,根据需要,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,水性可能量固化喷墨油墨可以以至多5wt.%的量含有光引发剂(F),例如,至少0.05wt.%,优选至少0.1wt.%,优选至少0.2wt.%,优选至少0.4wt.%,更优选至少0.6wt.%,甚至更优选至少0.8wt.%,还甚至更优选至少1wt.%,并且至多5wt.%,优选至多4wt.%,优选至多3wt.%,更优选至多2.5wt.%,甚至更优选至多2wt.%,还甚至更优选至多1.5wt.%。
任何提供合适固化的光引发剂(F)都可以任选地用于本文,包括水溶性的或水不溶性的光引发剂。在本公开中提及光引发剂(F)时,“水溶性”是指具有在25℃的水中的溶解度至少为5.0g/L的光引发剂,而“水不溶性”是指在25℃的水中的溶解度小于5.0g/L的光引发剂。可使用的光引发剂的合适实例包括但不限于:
·α-羟基酮,例如1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基丙酮(例如,OMNIRAD 2959,以前的Irgacure 2959,可购自IGM resins公司)、1-羟基环己基苯基酮(例如,GENOCURE CPK,可购自Rahn公司)和1-苯基-2-羟基-2-甲基丙酮(例如,OMNIRAD 73,可购自IGM resins公司);
·苯甲酰次膦酸酯,例如(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基次膦酸乙酯(例如,OMNIRAD TPO-L,可购自IGM resins公司);
·酰基和双酰基氧化膦,例如苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(例如,OMNIRAD 819,可购自IGM resins公司)、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦(例如,GENOCURE TPO,可购自Rahn公司)、和双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦;
·烷基苯酮,例如2-苄基-2-(二甲基氨基)-4′-吗啉基苯基丁酮(例如,GENOCUREBDMM,可购自Rahn公司获得)、2-羟基-2-甲基苯丙酮、2,2-二甲基-2-羟基-苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(例如,OMNIRAD BDK,可购自IGM resins公司))和2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代-1-丙酮;
·二苯甲酮,例如三甲基二苯甲酮和甲基二苯甲酮;
·苯甲酰甲酸酯类,例如氧代苯基乙酸2-[2-氧代-2-苯基-乙酰氧基-乙氧基]-乙酯和氧代苯基乙酸2-[2-羟基-乙氧基]-乙酯(例如OMNIRAD 754),可购自IGM resins公司;以及
·它们的组合物
在优选实施方式中,光引发剂(F)是水溶性的,更优选是水溶性α-羟基酮,特别可列举可购自IGM resins公司的OMNIRAD 2959。
(G)蜡
本文的水性可能量固化喷墨油墨可以任选地用蜡(G)一起配制,例如,以改进与使用水性可能量固化喷墨油墨制成的印刷品的处理相关的各种性质,例如滑动或润滑、耐摩擦、耐划痕或耐磨性,和防粘连(可堆叠性)。蜡(G)的包含是任选的,但是当包含时,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,蜡(G)可以以至少0.05wt.%,优选至少0.1wt.%,优选至少0.2wt.%,优选至少0.4wt.%,更优选至少0.6wt.%,甚至更优选至少0.8wt.%,还甚至更优选至少1wt.%,并且至多10wt.%,优选至多8wt.%,优选至多6wt.%,更优选至多5wt.%,甚至更优选至多4wt.%,还甚至更优选至多3wt.%的量使用。
蜡(G)可以是植物或动物系蜡,如小烛树蜡、蜂蜡、米蜡、羊毛脂;石油系蜡,如石蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡、聚氧乙烯蜡、凡士林;矿物蜡,例如褐煤蜡和地蜡;合成蜡,例如碳蜡、Hoechst蜡、聚烯烃蜡和硬脂酸酰胺(例如乙烯双(硬脂酰胺))蜡,包括合成的共聚蜡,例如α-烯烃马来酸酐共聚物;等以及任何上述蜡的分散体/乳液。尽管蜡(G)可以满足非光聚合性树脂(A)的定义,但蜡(G)在本公开中被认为是单独且不同的组分/材料,至少是因为蜡与非蜡质聚合物相比具有不同的性质,例如渐变(不确定)的熔点。
本公开的优选蜡(G)是聚烯烃蜡(合成的)。优选地,聚烯烃蜡是完全非极性和线性的聚烯烃蜡,其是未改性(例如,未氧化、酸改性或用特殊单体改性)的,并且具有窄分子量分布。特别优选的蜡(G)是聚烯烃蜡乳液。聚烯烃蜡可以被微粉化,例如,具有至少1μm、优选至少2μm、优选至少3μm、更优选至少4μm、甚至更优选至少5μm,还甚至更优选至少5.5μm,并且至多50μm,优选至多40μm,优选至多30μm,优选至多20μm,优选至多15μm,优选至多12.5μm,更优选至多10μm,甚至更优选至多8μm,还甚至更优选至多6μm的D50粒度。
聚烯烃蜡的合适实例包括但不限于:聚乙烯蜡,优选高密度聚乙烯蜡,更优选微粉化高密度聚乙烯蜡;和聚丙烯蜡,优选茂金属基聚丙烯蜡,更优选微粉化茂金属基聚丙烯蜡,具体可列举由日本花王公司制造的JCCL-PE蜡,其又是由HYTEC-E-6500(聚乙烯蜡,可购自TOHO Chemical Industry,Co.)、均可购自Clariant公司的CERIDUST 3610(微粉化高密度聚乙烯蜡)和CERIDUST 6050M(微粉化茂金属基聚丙烯蜡)制成。
已发现当将上述聚烯烃蜡结合到水性可能量固化喷墨油墨中时,产生具有有利的处理相关的属性,同时不干扰水性可能量固化喷墨油墨本身的稳定性的印刷图像。另一方面,其它类型的合成蜡,例如聚四氟乙烯(Teflon)蜡(例如,NANOFLON 119N,可获自Shamrock公司)和其它类型的植物或动物系蜡,例如巴西棕榈蜡(例如CERASPERSE UV 636,以前称为EVERGLIDE UV 636,其为分散在UV单体三(丙二醇)二丙烯酸酯中的巴西棕榈蜡,可获自Shamrock公司)会导致油墨不稳定并导致油墨在混合后很快分离成层。
(H)硅烷
水性可能量固化喷墨油墨中可任选地包含一种或多种硅烷(H),例如用作粘合促进剂。有用的硅烷(H)具有多个反应位点(多官能团),这些反应位点能够与水性可能量固化喷墨油墨中的各种组分以及基材上的有机官能团反应,从而例如促进油墨组分交联和/或粘附于基材。
硅烷(H)可以是含有至少1个反应性硅烷基团的小分子硅烷或含有至少3个反应性硅烷基团的硅烷低聚物(部分水解缩合的重复单元较少的硅烷)。例如,硅烷(H)可含有最多6个,优选最多5个,优选最多4个,优选最多3个反应性硅烷基团。存在于硅烷(H)中的反应性硅烷基团可以是具有至少一个与硅原子直接键合的可水解基团的任何基团。可水解基团包括但不限于:烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、叔丁氧基以及取代的变体,以及这些基团中的一个或多个的混合物)和卤素基团(例如、氯、溴),包括烷氧基和卤素基团的混合物。因此,每个反应性硅烷基团可以具有一个、两个或三个可水解基团,它们可以相同或不同,优选相同,更优选存在的每个可水解基团都是甲氧基。
硅烷(H)可以是单一类型的多官能团并且包含多个反应性硅烷基团,这些基团是仅有的能够与水性可能量固化喷墨油墨/基材中发现的有机官能团反应的基团。例如,硅烷(H)可以是含有硅烷的异氰脲酸酯,优选三(3-(三烷氧基甲硅烷基)烷基)异氰脲酸酯(例如,如US9,617,454B2(通过引用整体并入本文)中所描述的),更优选三(3-(三甲氧基甲硅烷基)烷基)异氰脲酸酯,甚至更优选三(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)异氰脲酸酯(例如,SILQUEST A-LINK 597,可获自Momentive公司)。
或者,硅烷(H)可以是混合的多官能团,并且在一种或多种其它类型的能够与水性可能量固化喷墨油墨以及基材的各种组分中发现的有机官能团反应的反应位点之外,还包含一个或多个反应性硅烷基团。例如,硅烷(H)可以是环氧官能硅烷(包含反应性硅烷基团和反应性环氧基团)。具体而言,硅烷(H)可以是环氧烷基三烷氧基硅烷,优选环氧烷基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基烷基三烷氧基硅烷,优选环氧丙氧基烷基三甲氧基硅烷;或环氧官能(烷氧基)硅烷低聚物,优选环氧丙氧基烷基(烷氧基)硅烷低聚物,更优选环氧丙氧基烷基(甲氧基)硅烷低聚物;特别地可举例均可获自Momentive公司的SILQUEST A-186(β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷)、SILQUEST A-187(γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷)和COATOSIL MP 200硅烷(γ-环氧丙氧基丙基(甲氧基)硅烷低聚物)。
通常,如果存在的话,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,水性可能量固化喷墨油墨中使用的硅烷(H)的量在至少0.05wt.%,优选至少0.1wt.%,优选至少0.2wt.%,优选至少0.4wt.%,更优选至少0.6wt.%,甚至更优选至少0.8wt.%,还甚至更优选至少1wt.%,并且至多5wt.%,优选至多4wt.%,更优选至多3wt.%,甚至更优选至多2wt.%,还甚至更优选至多1.5wt.%的范围内。
(I)添加剂
本发明的水性可能量固化喷墨油墨还可以任选地与各种添加剂一起配制以改进各种油墨特性和性能。例如,水性可能量固化喷墨油墨可任选地包含一种或多种荧光增白剂、稳定剂、安全标签剂、保湿剂、光敏剂、杀菌剂、pH调节剂、防褪色剂或任何其它已知用于水基油墨体系的油墨添加剂。
每种添加剂可以本领域公认的使用量任选地包含,例如,基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量,每种添加剂的添加量可以为自0.0001wt.%,优选自0.001wt.%,优选自0.01wt.%,优选自0.1wt.%,更优选地自0.5wt.%,甚至更优选自1wt.%,还甚至更优选自2wt.%,并且至多10wt.%,优选至多9wt.%,优选至多8wt.%,优选至多7wt.%,优选至多6wt.%,更优选至多5wt.%,甚至更优选至多4wt.%,还甚至更优选至多3wt.%。
性能
本文所公开的水性可能量固化喷墨油墨在25℃下通常具有至少5cP,优选至少6cP,优选至少8cP,优选至少10cP,优选至少12cP,优选至少14cP,优选至少16cP,优选至少18cP,并且至多35cP,优选至多33cP,优选至多30cP,优选至多28cP,优选至多26cP,优选至多24cP,优选至多22cP,优选至多20cP的粘度(以厘泊为单位,cP)。粘度可以使用例如Rheometrics Fluid Rheometer RFS3、ARES流变仪(均由TA Instruments公司的一个部门Rheometrics制造)或Haake Roto Visco 1流变仪、由AMETEK Brookfield制造的Brookfield DV-E粘度计和TCP/P-Peltier温度控制单元测量。
粘附性可以通过根据ASTM D3359-09的交叉影线胶带粘附测试(其全部内容以引用的方式并入本文),并根据该标准在0B到5B的范围内量化。本文公开的水性可能量固化喷墨油墨在多种基材上提供有利的粘合性能,粘合性能等级为3B以上,优选4B以上,更优选5B。
印刷质量可以通过印刷图像的简单目视检查或通过使用本领域技术人员已知的图像清晰度软件,例如个人图像分析系统(PIAS)软件来确定。
水性可能量固化喷墨油墨的干燥速度可以根据下文描述的实施例测量,作为在特定时间内施加的热量下每单位覆盖面积损失的水或其它挥发性组分的量(以mg计)(单位为mg/cm2·s),例如通过称量基材、新鲜样品(具有新施加的水性可能量固化喷墨油墨的基材),在60℃下干燥2分钟,然后重新称量干燥的样品,以确定考虑基材重量后水性可能量固化喷墨油墨的重量损失。干燥速度结果可以用重量损失表示,方法其通过是从100中减去干燥的水性可能量固化喷墨油墨的重量相对于新施加的水性可能量固化喷墨油墨的起始重量的百分比得到,并分类为:3–不合格,缓慢干燥(0~<25%的重量损失);2–通过,可接受的干燥(25~35%的重量损失);1–通过,快速干燥(>35%的重量损失)。本文的水性可能量固化喷墨油墨具有可接受的(2)或快速(1)干燥速度,优选快速(1)干燥速度。
水性可能量固化喷墨油墨的固化速度可根据下文所述的实施例,在经受(i)UV或(ii)EB固化条件后,根据油墨的表面条件(粘性)来测量。为了测试固化速度,水性可能量固化喷墨油墨可能会经受(i)使用H型UV灯泡的UV能量密度(剂量)为1,000mJ/cm2的UV固化条件,或(ii)使用电子束发生器的具有3.5Mrad剂量的电子束辐射的EB固化条件,例如可获自Electron Crosslinking AB(瑞典)、Comet AG(瑞士)或Energy Sciences,Inc.(ESI)(美国)。然后固化油墨的表面状况(粘性,tack)可以使用触摸来确定,或者使用根据国际标准ISO 12634(通过引用的方式整体并入本文)的粘性测量来确定,并且油墨分类为:3–不合格,缓慢固化(发粘,粘性不随时间消失,油墨可擦掉);2–通过,可接受的固化(轻微粘性,粘性随着时间的推移而消失);1–通过,快速固化(无粘性)。本文的水性可能量固化喷墨油墨具有可接受的(2)或快速(1)固化速度,优选快速(1)固化速度。
制作方法
本文所述的水性可能量固化喷墨油墨的实施方式可以通过本领域技术人员已知的任何合适技术制备,例如通过结合非光聚合性树脂(A)、水溶性光聚合性单体(B)和水(D)、以及任何所需的任选成分(例如有机溶剂(D1)、表面活性剂(E)、光引发剂(F)、蜡(G)、硅烷(H)和添加剂(I)(例如荧光增白剂、稳定剂、安全标签剂等)),并在20至45℃之间的温度下搅动(例如搅拌、超声处理、摇晃)直至形成均匀的分散体。然后,可以添加平均粒度为50~300nm的颜料(B),并在20至45℃之间的温度下搅动(例如,搅拌、超声处理、摇晃)直至形成均匀的分散体。
印刷品
水性可能量固化喷墨油墨可以印刷在各种基材上,包括三维部件以及以卷筒形式供应的平板或网,用于制造多种印刷品。此外,基材可以具有各种表面类型,例如,平坦表面、结构化表面(例如颗粒表面)和三维表面(例如弯曲和/或复杂表面),由于油墨必须经过很长的距离才能到达弯曲和/或复杂表面的所有部分,因此这些基材是出了名的困难基材。此类印刷物品可能适用于图形艺术、纺织品、包装(例如,食品包装、药品包装等)、彩票、商业形式和出版业,其实例包括标牌或标签、奖券、出版物、包装(例如,软包装)、折叠纸盒、硬质容器(例如,塑料杯或桶、玻璃容器、金属罐、瓶子、罐子和管子)、销售点展示,等等。特别优选的印刷品是用于包装的印刷品,例如薄塑料薄膜(例如,软包装),优选食品/产品包装(例如,初级、二级或三级食品包装),其可以包括食品、非食品、药品和/或个人护理用品。
水性可能量固化喷墨油墨可印刷在多孔或可渗透基材上,其实例包括但不限于:非涂布纸、木材、膜和织物(包括例如但不限于:机纺织物、无纺布和箔层压织物)。
水性可能量固化喷墨油墨也可以印刷在多孔或非渗透性基材(例如各种塑料、玻璃、金属(例如钢、铝等)和/或非渗透性纸(例如,铜版纸))上。这些可以包括但不限于:模制塑料部件以及塑料薄膜的平板或卷。实例包括含有如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚酯、双轴取向聚苯乙烯(OPS),如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和取向聚丙烯(OPP)的聚烯烃、聚乳酸(PLA)、尼龙和取向尼龙、聚氯乙烯(PVC)、三乙酸纤维素(TAC)、聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚缩醛、聚乙烯醇(PVA)等的模制塑料部件以及塑料薄膜的平板或卷。
形成印刷图像的方法
本发明提供了一种在基材上形成印刷图像的方法,在其一个或多个实施方式中,通过用喷墨印刷头将水性可能量固化喷墨油墨施加到基材表面上,干燥,然后固化水性可能量固化喷墨油墨。本文所述的水性可能量固化喷墨油墨的使用通过提供有利的1)干燥速度、2)印刷质量(与收缩表面缺陷相关)、3)粘附性、4)固化速度和5)印刷图像的柔性,克服了水性油墨系统常见的问题。
在本方法中,可以使用喷墨印刷领域的技术人员已知的任何按需成滴(drop ondemand)印刷头来施加水性可能量固化喷墨油墨。典型的参数例如印刷分辨率、印刷速度、印刷头和油墨温度、驱动电压和脉冲宽度可以根据喷墨印刷头的规格进行调整。通常适用于本文方法的喷墨印刷头具有2~80pL范围内的液滴尺寸和10~100kHz范围内的液滴频率,例如可以获得高质量的印刷件。
在施加到基材上之后,水性可能量固化喷墨油墨被干燥。优选地,水性可能量固化喷墨油墨使用外部加热,IR或n-IR干燥,例如使用如加热元件(例如,镍铬丝加热器)的加热器、加热灯、暖/热空气加热装置等,以促进干燥和/或增加所施加的可能量固化喷墨油墨的干燥速度。水性可能量固化喷墨油墨可在多种条件下干燥,具体取决于特定基材、所施加的油墨量等,但通常在适合引起相对于所施加的水性可能量固化喷墨油墨的起始重量为至少25wt.%,优选至少30wt.%,更优选至少35wt.%,甚至更优选至少40wt.%,再更优选至少45wt.%,且至多至多60wt.%,优选至多55wt.%,更优选至多50wt.%的重量损失(由于蒸发)的条件下干燥。
例如,水性可能量固化喷墨油墨可以在至少35℃,优选至少40℃,优选至少45℃、更优选至少50℃,甚至更优选至少55℃,还甚至更优选至少60℃,并且至多100℃,优选至多90℃,优选至多80℃,更优选至多75℃,甚至更优选至多70℃,还甚至更优选至多65℃,并且持续至多10分钟,例如至少0.5分钟,优选至少1分钟,更优选至少1.5分钟,甚至更优选地至少2分钟,并且至多10分钟,优选至多8分钟,更优选至多6分钟,甚至更优选至多4分钟,还甚至更优选至多3分钟。
在干燥到可接受的程度后,水性可能量固化喷墨油墨被固化。可以使用任何固化刺激,但优选使用紫外线(UV)能量和/或电子束(EB)能量。不管使用哪种固化刺激,能量源都可以在线定位并且直接位于加热器的下游,使得固化步骤可以在所施加的油墨干燥后不久进行,尽管也可以考虑其它配置。
当水性可能量固化喷墨油墨用光引发剂(F)一起配制时,可以使用UV光实现令人满意的固化程度。合适的UV光源包括但不限于:H型UV灯泡(汞蒸气灯泡)、短波紫外灯、带有滤光涂层(如熔融石英)的白炽灯(卤素灯)、气体放电灯和UV激光器。优选地,H型UV灯泡(例如最大功率至多600瓦/英寸的H型UV灯泡)用于UV固化方法。在一些实施方式中,使用具有至少350mJ/cm2、优选至少500mJ/cm2、优选至少600mJ/cm2,优选至少700mJ/cm2,更优选至少800mJ/cm2,甚至更优选至少900mJ/cm2,还甚至更优选至少1000mJ/cm2,并且至多1500mJ/cm2,优选至多1400mJ/cm2,更优选至多1300mJ/cm2,甚至更优选至多1200mJ/cm2,还甚至更优选至多1100mJ/cm2的能量密度(剂量)的UV光固化水性可能量固化喷墨油墨。
或者,无论是否存在光引发剂(F),都可以使用EB能量来固化水性可能量固化喷墨油墨。在电子束固化方法中,电子通过金属箔从真空室中出来,并在反应室中到达基材上的水性可能量固化喷墨油墨。电子束固化过程通常产生很少的热量,因此有助于防止基材因热处理而变形。在暴露于电子束辐射后,存在于水性可能量固化喷墨油墨中的任何可固化/光聚合性组分(例如,水溶性光聚合性单体(B))将发生聚合、交联和/或硬化。
可使用任何电子束发生器将水性可能量固化喷墨油墨暴露于电子束辐射,例如可购自Electron Crosslinking AB公司(瑞典)、Comet AG公司(瑞士)或Energy Sciences,Inc.(ESI)(美国)的电子束发生器。在一些实施方式中,水性可能量固化喷墨油墨通过暴露于至少0.5Mrad、优选至少1Mrad,优选至少1.5Mrad,优选至少2Mrad,更优选至少2.5Mrad,甚至更优选至少3Mrad,还甚至更优选至少3.5Mrad,并且至多10Mrad,优选至多9Mrad,优选至多8Mrad,优选至多7Mrad,更优选至多6Mrad,甚至更优选至多5Mrad,还甚至更优选至多4Mrad的剂量的电子束辐射从而固化到令人满意的程度。电子束辐射的剂量可以基于基材的尺寸和表面特性、水性可能量固化喷墨油墨的涂层厚度和/或所需的固化水平来调整,例如通过减少或增加剂量和/或曝光时间。
在本文公开的方法中可以使用各种电子束加速电势,然而,通常使用小于300kV的加速电势,优选小于260kV,更优选小于240kV,甚至更优选小于220kV,例如在约70至约200kV的范围内。
本公开的方法可任选地包括在固化操作期间供应惰性气体以置换抑制自由基聚合的氧(“惰性化”)。在一些实施方式中,在固化过程中存在小于约200ppm,优选小于180ppm,更优选小于160ppm,甚至更优选小于140ppm的氧。可以使用任何合适的惰性气体,包括但不限于氮气和氩气。
还应认识到,在施加水性可能量固化喷墨油墨之前,在本文的方法中可以任选地采用基材表面处理,例如电晕处理、大气等离子体处理和/或火焰处理以改善印刷品的特性,例如油墨粘附性。这些表面处理工艺可以在线(即,在生产运行期间)或离线(即,在生产运行之前,例如在分开的设施中制造基材期间,对基材进行表面处理)进行。此类基材表面处理的参数可根据待印刷的基材材料、所使用的特定水性可能量固化喷墨油墨、所应用的印刷方法以及印刷品的所需特性和应用而有很大变化。
以下实施例旨在进一步说明水性可能量固化喷墨油墨,而无意于限制权利要求的范围。
实施例
水性可能量固化喷墨油墨
在下表1-3中示出几种示例性水性可能量固化喷墨油墨。每种组分的量以相对于总重量100%的重量百分比表示。SR551是甲氧基聚乙二醇(350)单丙烯酸酯,SR344是聚乙二醇(400)二丙烯酸酯,SR610是聚乙二醇(600)二丙烯酸酯,SR9035是乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,以上均可购自Sartomer Co.Inc。PVP K-12是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的低分子量(4000-6000g/mol)均聚物,可购自Ashland公司。AQUAZOL 5是一种聚(2-乙基-2-噁唑啉),目标分子量为5000g/mol,可购自Polymer Chemistry Innovations。UCECOAT2801是丙烯酸酯化聚氨酯在水中的分散体(阴离子),可购自Allnex公司。TEGO Twin 4100是一种聚硅氧烷基双子表面活性剂,可购自Evonik Industries公司。OMNIRAD 2959是1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基丙酮(光引发剂),可购自IGM resins公司。JCCL-PE蜡是日本花王公司制造的合成聚乙烯蜡。COATOSIL MP 200硅烷是一种γ-环氧丙氧基丙基(甲氧基)硅烷低聚物,可购自Momentive公司。碳黑PBL7是可购自Cabot的黑色颜料。“Comp.Ex”是指比较例。
Figure BDA0003737672700000301
Figure BDA0003737672700000311
表3.水性可能量固化喷墨油墨(实施例18-20)
Figure BDA0003737672700000321
制备方法
油墨通过下述方法制备:通过将非光聚合性树脂(A)、水溶性光聚合性单体(B)和水(D),以及任何所需的任选成分(例如,有机溶剂(D1)、表面活性剂(E)、光引发剂(F)、蜡(G)、硅烷(H)和添加剂(I)(例如荧光增白剂、稳定剂、安全标签剂等))组合,并且将这些成分在25℃搅拌直到形成均匀分散体。然后,添加平均粒径为50~300nm的颜料(B),在25℃搅拌所得到的混合物直至形成均匀的分散体。
水性可能量固化喷墨油墨评估方法
干燥速度测量
干燥速度可以作为在特定时间内施加的热下每单位覆盖面积损失的水或其它挥发性成分的量(mg)来进行测量(单位为mg/cm2·s)。
为了进行干燥速度评估,首先称量基材并记录重量。接下来,通过将待测试的水性可能量固化喷墨油墨施加到基材上来制备新鲜样品,并且测量并记录新鲜样品的重量。然后将新鲜样品在60℃下干燥两(2)分钟,并重新称量干燥的样品以确定在计入基材重量后的水性可能量固化喷墨油墨的重量损失。干燥速度结果以重量损失表示,通过从100减去干燥的水性可能量固化喷墨油墨相对于新施加的水性可能量固化喷墨油墨的起始重量的百分比得到,并根据表4进行分类。
表4.干燥速度类别
重量损失 结果
0~<25% 3–不合格,缓慢干燥
25~35% 2–通过,可接受的干燥
>35% 1–通过,快速干燥
固化速度测量
水性可能量固化喷墨油墨的固化速度通过使干燥样品(根据上述干燥速度测量值制备)经受以下任一条件来测量:
(i)使用H型UV灯泡,UV能量密度(剂量)为1,000mJ/cm2的UV固化条件,或
(ii)使用来自瑞士Comet AG公司的电子束发生器,电子束辐射剂量为3.5Mrad的EB固化条件。
然后通过手指(使用触摸)确定固化油墨的表面状况(粘性),并根据表5进行分类。
表5.固化速度类别
表面状况 结果
发粘,粘性不随时间消失,油墨可擦掉 3–不合格,缓慢固化
轻微粘性,粘性随着时间的推移而消失 2–通过,可接受的固化
无粘性 1–通过,快速固化
水性可能量固化喷墨油墨性能
表6.实施例9-17和比较例2的性能
Figure BDA0003737672700000331
表7.实施例18-20的性能
实施例18 实施例19 实施例20
干燥速度 1 1 1
固化速度(UV) 1 1 1
固化速度(EB) 1 1 1
在本文中说明了数值限制或范围的情况下,均包括端点。同样,如同已明确写明一样,数值限制或范围内的所有数值和子范围均明确包括在内。
如本文所用,词语“一种”和“一类”等具有“一个或多个”的含义。
显然,根据以上教导,可以对本发明进行多种修改和变化。因此,应当理解,在所附权利要求的范围内,可以不同于本文具体描述的方式实施本发明。
以上提及的所有专利和其它参考文献均通过引用全文的方式并入本文,如同详细阐述一样。

Claims (20)

1.一种水性可能量固化喷墨油墨,其包括:
(A)非光聚合性树脂;
(B)水溶性光聚合性单体,
(C)平均粒径为50~300nm的颜料;和
(D)基于水性可能量固化喷墨油墨的总重量至少为25wt.%的水。
2.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述非光聚合性树脂(A)为聚乙烯吡咯烷酮、聚(2-噁唑啉)或聚氨酯-聚(甲基)丙烯酸酯混合分散体。
3.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述非光聚合性树脂(A)具有4000~6000g/mol的重均分子量。
4.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述非光聚合性树脂(A)为水溶性,其汉森溶解度参数δ为23.0~27.0MPal/2
5.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
基于所述水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述非光聚合性树脂(A)以0.1~10wt.%的量存在。
6.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
基于所述水性可能量固化喷墨油墨的总重量,水溶性光聚合性单体(B)以30~70wt.%的量存在。
7.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述水溶性光聚合性单体(B)包括(聚)亚烷基二醇官能团。
8.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述水溶性光聚合性单体(B)为(B2)多烯键式不饱和单体或(B1)单烯键式不饱和单体与(B2)多烯键式不饱和单体的混合物。
9.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述颜料(C)未被涂覆。
10.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
基于所述水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述颜料(C)以0.1~10wt.%的量存在。
11.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
进一步包括(D1)有机溶剂。
12.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
进一步包括(E)表面活性剂。
13.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
进一步包括(F)光引发剂。
14.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
实质上不含(F)光引发剂。
15.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
进一步包括(G)蜡。
16.根据权利要求15所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
所述蜡(G)为聚烯烃蜡。
17.根据权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨,其中,
进一步包括(H)硅烷。
18.一种印刷品,其包括:
基材、和配置于所述基材上的干燥和固化形式的权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨。
19.一种在基材上形成印刷图像的方法,其包括:
使用喷墨印刷头将权利要求1所述的水性可能量固化喷墨油墨施加到基材上;
干燥;然后
固化所述水性可能量固化喷墨油墨。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,
所述水性可能量固化喷墨油墨在50~70℃的干燥温度下干燥1~2分钟,从而导致基于施加到所述基材上的水性可能量固化喷墨油墨的总重量,所述水性可能量固化喷墨油墨的重量损失为至少25wt.%。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7390656B2 (ja) * 2020-02-20 2023-12-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 インク、貼付用キット、貼付用シート、及び貼付用シートを製造する方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5952401A (en) * 1993-12-14 1999-09-14 Canon Kabushiki Kaisha Ink for use in ink-jet recording
US7097295B1 (en) * 1999-09-10 2006-08-29 Fuji Xerox Co., Ltd. Recording liquid for ink printers and method for recording images
JP2007100071A (ja) * 2005-09-07 2007-04-19 Fujifilm Corp インクセット、画像記録方法及び装置
CN102233758A (zh) * 2010-03-30 2011-11-09 富士胶片株式会社 图像形成方法
US20150064423A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Fujifilm Corporation Inkjet ink composition, image recording method, and image-recorded material

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0241027A3 (en) * 1986-04-11 1989-12-13 Takeda Chemical Industries, Ltd. An adhesive composition
EP1792744B1 (en) 2004-08-30 2008-10-22 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Image recording method
US20070054981A1 (en) 2005-09-07 2007-03-08 Fuji Photo Film Co., Ltd Ink set and method and apparatus for recording image
US8603370B2 (en) * 2008-10-09 2013-12-10 Fujifilm Corporation Near-infrared absorptive composition, near-infrared absorptive coated material, near-infrared absorptive liquid dispersion, near-infrared absorptive ink, printed material, and near-infrared absorptive image-forming composition
JP5557566B2 (ja) 2010-03-19 2014-07-23 富士フイルム株式会社 紫外線硬化型水性インク組成物、インクセット、およびインクジェット画像形成方法
JP2012052066A (ja) 2010-09-03 2012-03-15 Fujifilm Corp 活性エネルギー線硬化型インク組成物、インクジェット記録方法及びインクジェット印画物
JP2012097191A (ja) 2010-11-02 2012-05-24 Mimaki Engineering Co Ltd 水性インク
JP5634888B2 (ja) 2011-01-12 2014-12-03 富士フイルム株式会社 インク組成物、画像形成方法及び印画物
EP2484706A1 (de) 2011-02-03 2012-08-08 Sika Technology AG Haftvermittlerzusammensetzung
JP2014529637A (ja) 2011-08-01 2014-11-13 サン ケミカル コーポレイション 高伸縮のエネルギー硬化性インク、及び熱転写ラベルへの応用における使用方法
JP5554302B2 (ja) 2011-08-29 2014-07-23 富士フイルム株式会社 黒色系インク組成物、インクセット及び画像形成方法
JP5722288B2 (ja) 2012-08-29 2015-05-20 富士フイルム株式会社 画像形成装置及び画像形成方法
EP2845885B1 (en) 2012-08-31 2018-01-31 HP Scitex Ltd Photo-curable ink composition
EP2735365A1 (en) 2012-11-21 2014-05-28 Allnex Belgium, S.A. Process for the preparation of colloidal polymerized particles.
JP6221298B2 (ja) 2013-03-28 2017-11-01 セイコーエプソン株式会社 光硬化型インクジェット用インク組成物及びインクジェット記録方法
DE102013008926A1 (de) 2013-05-24 2014-11-27 Schlenk Metallic Pigments Gmbh Verwendung von modifizierten Effektpigmenten in strahlenhärtbaren Beschichtungszusammensetzungen
US10717877B2 (en) 2013-06-26 2020-07-21 Momentive Performance Materials Gmbh Photocurable coating composition and its use
WO2015068292A1 (ja) 2013-11-08 2015-05-14 共同印刷株式会社 印刷物
JP6066960B2 (ja) 2014-05-30 2017-01-25 富士フイルム株式会社 成形加工用活性光線硬化型インク組成物、インクセット、インクジェット記録方法、成形加工用加飾シート、加飾シート成形物及びインモールド成形品の製造方法
JP6872875B2 (ja) 2016-09-28 2021-05-19 理想科学工業株式会社 着色樹脂粒子分散体
JP2018123293A (ja) 2016-12-20 2018-08-09 ローランドディー.ジー.株式会社 水性インクジェットインク、インクジェット記録方法、およびインクジェット記録装置
US10005294B1 (en) 2017-03-13 2018-06-26 Xerox Corporation Two component ink jettable primer and incorporation of adhesion promoter to the ink for printing onto 3D objects
WO2018182040A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 Kao Corporation Radiation curable ink compositions, printed articles, and methods of using the same
JP2019005992A (ja) 2017-06-23 2019-01-17 理想科学工業株式会社 塗工物の製造方法、塗布装置、及び、活性エネルギー線硬化型インク
CN112004847B (zh) 2018-04-18 2023-05-09 花王株式会社 辐射可固化的喷墨油墨组合物、印刷制品和使用其的热喷墨方法
JP7110755B2 (ja) 2018-06-22 2022-08-02 コニカミノルタ株式会社 インクジェット記録液セット、インクジェット記録用前処理液の製造方法、印刷物及びインクジェット記録方法
JP7081665B2 (ja) 2018-07-02 2022-06-07 コニカミノルタ株式会社 画像記録方法
JP2021105143A (ja) 2019-12-27 2021-07-26 サカタインクス株式会社 水性インクジェット印刷用インク組成物

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5952401A (en) * 1993-12-14 1999-09-14 Canon Kabushiki Kaisha Ink for use in ink-jet recording
US7097295B1 (en) * 1999-09-10 2006-08-29 Fuji Xerox Co., Ltd. Recording liquid for ink printers and method for recording images
JP2007100071A (ja) * 2005-09-07 2007-04-19 Fujifilm Corp インクセット、画像記録方法及び装置
CN102233758A (zh) * 2010-03-30 2011-11-09 富士胶片株式会社 图像形成方法
US20150064423A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Fujifilm Corporation Inkjet ink composition, image recording method, and image-recorded material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
凌云星等: "《油墨技术手册(中)》", vol. 1, 30 November 2007, 中国轻工业出版社, pages: 886 - 63 *

Also Published As

Publication number Publication date
US12084585B2 (en) 2024-09-10
JP7503637B2 (ja) 2024-06-20
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JP2023517268A (ja) 2023-04-25

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