CN1227306C - 具有抗光性和防水性的多色染料组合及其喷墨墨水组合物 - Google Patents

Abstract

一种具抗光性和防水性的多色染料组合的喷墨墨水，其包括一染料组合色料(dye set)，一界面活性剂(surfactants)，以及一溶剂。染料组合色料包括蓝、红、和黄三种染料组合色料，其中，蓝色染料组合色料包括直接性蓝色染料199，酸性蓝色染料9，和直接性蓝色染料86；红色染料组合色料包括反应性红色染料180，酸性红色染料52，和反应性红色染料；黄色染料组合色料包括酸性黄色染料和直接性黄色染料86。此种多色染料组合的喷墨墨水应用于喷墨技术时，不但具有极佳的抗光性和防水性，更同时呈现出宽大的色域和高品质的色彩影像，而大大提升打印品质。

Description

具有抗光性和防水性的多色染料组合 及其喷墨墨水组合物

                    技术领域

本发明关于一种具有抗光性和防水性的多色染料组合，以及含有此组合色料的喷墨墨水组合物，且特别是有关于一种应用于喷墨打印的兼具抗光性和防水性的喷墨墨水。

                    背景技术

对于彩色喷墨打印机的墨水颜色而言，通常包括了红色墨水(magentaink)，蓝色墨水(cyan ink)，黄色墨水(yellow ink)和黑色墨水(black ink)，共四色墨水，其中大多使用水溶性的色料(water-base dye)为主。最近几年则再加上浅红墨水(light magenta ink)和浅蓝墨水(light cyan ink)，形成六色墨水，甚至再加上浅黄色墨水(light yellow ink)，形成七色墨水。这些四色、六色或七色墨水，其组成包括了一种以上的染料或颜料，水，有机溶剂，及其他添加物。然而，水溶性的染料墨水，在打印后影像的防水性及抗光性上很差。因此，近年来开始大量开发防水性及抗光性佳的颜料墨水。利用颜料为色料的喷墨墨水，虽然比水溶性的染料墨水拥有较佳的防水性及抗光性，但却必须配合适当的分散剂(dispersant)与附着剂，再加上颜料具有较大的颗粒尺寸(particle size)，故比染料更易发生沉淀与凝集，而阻塞喷墨头，降低打印品质。因此，如何改进水溶性染料墨水的防水性及抗光性，成为目前研发人员努力的方向。

对于喷墨打印而言，若喷墨墨水中仅使用单一色料，常易造成喷墨口因染料结晶而造成喷嘴的阻塞(plugging)，所以通常会在墨水中添加多种保湿剂，但此举却容易造成墨水干燥速度缓慢，且抗水性差。例如在1986年美国专利案号4,631,085，1987年美国专利4,713,113、1988年美国专利案集。1999年，美国专利案号5,925,177揭露了一种特别的墨水组成，包括酸性黄色染料23(acid yellow 23)，尿素(urea)，和水。添加尿素可以防止黄色染料发生结晶，因此改善了阻塞喷墨头的问题。

对于彩色喷墨打印而言，一较佳的含有色料组合的墨水，其墨水特性及印刷品质必需符合下面几点要求：耐磨(good crusting resistance)，稳定(good stability)，独特的粘度(proper viscosity)，独特的表面张力(propersurface tension)，高色彩饱和度(high color saturation)，低油墨犯水性(littlecolor-to-color bleed)，干燥时间短(rapid dry time)等。而且当使用在喷墨列表机时，不会于喷嘴上造成凝聚(kogation)而影响打印品质，或喷墨于一般纸张(plain paper)上时，可具有如同喷墨在特殊用纸一样的品质。

色彩的表示方法依实际色物体的汇集与否分为两大表色系统，一为显色系统(color appearance system)：主要是依据实际色物体的汇集给予有系统的排列及描述而得的系统，例如Ostwald表色系统，Munsell表色系统，德国DIN表色系统等。另一为混色系统(color mixing system)：不是基于实际色物体所归纳的系统，而是基于三原色光能混合出许多色彩所归纳的系统，到目前为止最重要的混色系统是以仪器测量色彩的CIE系统。举例来说，Munsell表色系统是由美国画家Munsell所创制，是利用三属性--色相(hue)，明度(value)，彩度(chroma)-来描写色彩的最有名的系统。CIE系统的色刺激(为X，Y，Z三刺激质)与色彩的感觉是由光源，物体，观测者三要素合并所造成的，其色域是利用L^*，a^*，b^*此三值来定义，L^*表示色彩的亮度(lightness of a color)，a^*和b^*则代表色彩的色相(hue)和彩度(chroma)。a^*的范围从表示绿色的-a到表示红色的+a，b^*的范围则是从表示蓝色的-b到表示黄色的+b。

简单的说，可以从CIE系统的色域图看出某一色料组合的墨水表现出的色域是否宽大。请参照图1，其绘示两种不同色料组合的墨水的色域比较图。图中以a^*、b^*为X、Y轴，从图中可看出第一种色料组合的墨水101拥有比第二种色料组合的墨水102还要宽广的色域，因此第一种色料组合的墨水101可以表现的颜色也较为丰富。另外，也可利用色域图看出某一色料组合的墨水的抗光性，先测量喷墨打印完成的图样的色彩光学性质，得到第一色域图，再与图样经过照光步骤所得的第二色域图进行比对。一般而言，第二色域图会比第一色域图的色域范围来得小，色域范围相差越大，表示抗光效果越差。同理，也可利用色域变化来了解某一色料组合的墨水的防水性。

综上所述，如何寻找出可呈现宽广色域和高品质影像，且兼具抗光性和防水性的喷墨墨水，是为目前研发人员努力的目标。

                    发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种水溶性多色染料组合色料(dyeset)，使其兼具有高度的抗光性和防水性。

本发明的另一个目的就是在提供一种含有上述多色染料组合的喷墨墨水组合物，使喷墨打印的文字或图案不但具有极佳的抗光性和防水性，更同时呈现出宽大的色域和高品质的色彩影像，而大大提升打印品质。

根据本发明的目的，提出一种包含多色染料组合的抗光性喷墨墨水，其包括：一染料组合色料(dye set)，一界面活性剂(surfactants)，以及一作为媒介物的水溶液。其中，应用于本发明的染料组合色料是包括：一蓝色染料组合色料，一红色染料组合色料，和一黄色染料组合色料。其中，该蓝色染料组合色料是包括：直接性蓝色染料199(direct blue 199)，酸性蓝色染料9(acid blue 9)，及直接性蓝色染料86(direct blue 86)。该红色染料组合色料是包括：反应性红色染料180(reactive red 180)，酸性红色染料52(acid red52)，反应性红色染料(reactive red)。该黄色染料组合色料是包括：酸性黄色染料(acid yellow 23)和直接性黄色染料86(direct yellow 86)。

而应用于本发明的喷墨墨水的界面活性剂是2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)和EHMPD(2-乙基-2-(羟甲基)-1，3-丙二醇)，其添加量各约为4.0重量％(占墨水总重中的重量百分比)。水溶液中的水添加量约为50重量～85重量％的水。且更添加了有机溶剂，例如1，4-丁二醇，用以加强墨水渗透及分散的特性。

此外，根据本发明的目的所提出的喷墨墨水更可以包括：酸碱缓中液，螯合剂，保湿剂(humectant)，杀菌剂(biocide)，防腐剂等相关添加物。其中，应用于本发明的酸碱缓冲液是氢氧化钾，螯合剂是尿素，保湿剂是PEG(聚乙二醇)。

                    附图说明

图1为两种不同色料组合的墨水的色域比较图。

图2为实验对照组的墨水组合物照光前与照光后的色彩性质的比较图。

图3为本发明的墨水组合物照光前与照光后的色彩性质的比较图。

图4为本发明的墨水组合物照光前的色彩性质图。

图5为本发明的墨水组合物照光后的色彩性质图。

图6为本发明的墨水组合物与实验对照组的光学性质的比较图。

图7为本发明的墨水组合物与实验对照组在置入水、并干燥后的光学性质的比较图。

                    实施例

依照本发明一较佳实施例的包含多色染料组合的兼具抗光性和防水性的喷墨墨水，至少包括，染料组合色料，界面活性剂(surfactants)，溶于溶剂中，其中，溶剂包括水与有机溶剂(organic solvent)。较佳地，本发明的喷墨墨水更包括酸碱缓冲液，螯合剂(chelating agent)，杀菌剂(biocide)，保湿剂(humectant)，防腐剂和相关添加物。

本发明中的多色染料组合色料包括红色、蓝色、黄色三种颜色的组合，其包括：(1)直接性蓝色染料199(direct blue 199)(来自科莱恩)，酸性蓝色染料9(acid blue 9)(来自科莱恩)，直接性蓝色染料86(direct blue 86)(来自拜耳)。(2)反应性红色染料180(reactive red 180)(来自拜耳)，酸性红色染料52(acid red 52)(来自科莱恩)，反应性红色染料(reactive red)(来自拜耳)。(3)酸性黄色染料(acid yellow 23)(来自科莱恩)，直接性黄色染料86(direct yellow86)(来自拜耳)。

本发明实施例的喷墨墨水配方中采用2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)(来自DOW)和EHMPD(2-乙基-2-(羟甲基)-1，3-丙二醇，来自Lancaster)作为墨水配方中的界面活性剂，其添加量的范围约为0.01重量％～10.0重量％，而较佳的添加量约各为4.0重量％(占墨水总重中的重量百分比)，是用以调整墨水的粘度及表面张力，使墨水配方当添加了适当含量的界面活性剂后，可调整至适当粘度范围使供墨及喷墨顺利，以及适当的表面张力使墨滴不易荫开。此外，在喷墨墨水添加界面活性剂亦具有分散和渗透的功能，可以加强色料在墨水中的分散性，和对于纸张或其他载体的渗透性。

本实施例的喷墨墨水中，水的添加量为50.0重量％～85.0重量％，并且更添加了有机溶剂13-S-5(来自中日合成)，13-S-7(来自中日合成)，OT-75(来自KYOWA)，465(来自air producet)和1，4-butandiol(来自Lancaster)，用以加强墨水渗透及分散的特性。其中，有机溶剂的添加量的范围约在0.5重量％～3.0重量％之间。

由于色料需于适当酸碱值(pH value)范围内，才能显出理想的色系，因此在实施例的喷墨墨水中，较佳地还可以添加氢氧化钾作为酸碱缓冲液，以调节出所需的酸碱值，其中，本发明的氢氧化钾添加量约为0.5重量％。

本实施例的墨水配方较佳地还可添加尿素以作为墨水配方中螯合剂(chelating agent)，以防止结晶盐类的产生造成凝集颗粒而阻塞墨水匣的喷墨头。其中，本发明的尿素添加量约为0.5重量％。

由于墨水匣喷头长时间曝露于大气环境当中，使得喷墨头处的墨水较易因挥发而产生沉淀物，导致喷墨头阻塞(clogging)，进而影响打印效果。因此本实施例的喷墨墨水中，较佳地还可以添加PEG 700(polyethyleneglycol 700)(来自U.C.C.)作为墨水配方中的保湿剂(humectant)，以减缓墨水于喷墨头的挥发速率，防止喷头阻塞的情形发生。本发明的PEG 700添加量约为4.0重量％。

另外，杀菌剂和防腐剂可以抑制细菌在墨水中滋长，防止墨水腐败变质。因此，本实施例的墨水配方更可添加SL-700(来自KYOWA)作为中的杀菌剂(biocide)。而如熟习此技艺者所周知的具耐候性等相关添加物，当然亦可应用于本发明的喷墨墨水。

为进一步了解本发明的喷墨墨水，在使用了本发明的多色染料组合之后，是否会增加喷墨墨水的防水性和抗光性，请参阅以下所举的实验与实验结果，然并不以此限定本发明。

本实施例的实验对照组的墨水组合物是来自于市售惠普(Hewlett-Packard)彩色墨水匣C6578的墨水。而本发明的墨水组合物则如下所示：

                  本发明的墨水组合物

(1)	直接性蓝色染料199(direct blue 199)	3重量％
			酸性蓝色染料9(acid blue 9)	1重量％
	直接性蓝色染料86(direct blue 86)	0.5重量％
			保湿剂：PEG700(polyethylene glycol 700)(来自U.C.C.)	4.0重量％
	界面活性剂：2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)EHMPD(来自DOW)	4.0重量％4.0重量％
			螯合剂：尿素(来自Lancaster)	0.5重量％
	酸碱缓冲液：氢氧化钾(来自Lancaster)	0.5重量％
			杀菌剂：SL-700(来自KYOWA)	0.5重量％
	有机溶剂：13-S-5(来自中日合成)13-S-7(来自中日合成)OT-75(来自KYOWA)465(来自air producet)	2重量％2重量％3重量％0.5重量％
			水
	(2)	反应性红色染料180(reactive red 180)			4.0重量％
			酸性红色染料52(acid red 52)	0.5重量％
		反应性红色染料(reactive red)			0.5重量％
			保湿剂：PEG 700(polyethylene glycol 700)(来自U.C.C.)	4.0重量％
		界面活性剂：2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)EHMPD(来自DOW)			4.0重量％4.0重量％
			螯合剂：尿素(来自Lancaster)	0.5重量％
		酸碱缓冲液：氢氧化钾(来自Lancaster)			0.5重量％
			杀菌剂：SL-700(来自KYOWA)	0.5重量％
		有机溶剂：13-S-5(来自中日合成)13-S-7(来自中日合成)OT-75(来自KYOWA)465(来自air producet)			2重量％2重量％3重量％0.5重量％

	水
			(3)	酸性黄色染料23(acid yellow 23)	5重量％
	直接性黄色染料86(direct yellow 86)	1重量％
				保湿剂：PEG 700(polyethylene glycol 700)(来自U.C.C.)	4.0重量％
	界面活性剂：2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)EHMPD(来自DOW)	4.0重量％4.0重量％
				螯合剂：尿素(来自Lancaster)	0.5重量％
	酸碱缓冲液：氢氧化钾(来自Lancaster)	0.5重量％
				杀菌剂：SL-700(来自KYOWA)	0.5重量％
	有机溶剂：13-S-5(来自中日合成)13-S-7(来自中日合成)OT-75(来自KYOWA)465(来自air producet)	2重量％2重量％3重量％0.5重量％
				水

本发明乃是以市售专用喷墨打印机分别将实验组的墨水组合物与本发明的墨水组合物的墨水喷在市售一般纸张(plain paper)专用喷墨纸(coatingpaper)上。并以Microsol的简易型照光机进行照光实验。另外，以浸泡去离子水的方式进行防水性实验。

(一)、实验对照组的抗光性测试

将实验对照组的墨水组合物(HP-C6578)喷墨于市售专用喷墨纸上，经过16小时的照光实验，相当于平常日光照射时间三个半月，而一天约10小时的日光照射。比较照光前与照光后的色彩性质，其结果显示于图2。其中，实线表示照光前，虚线表示照光后。

从图2中可看出：HP-C6578照光后的色域比起照光前的色域缩小，特别是与红色相关的颜色(X轴右方处)，抗光性比较弱，因此色域有显著的变化。

(二)、本发明的墨水组合物的抗光性测试

将本发明的墨水组合物喷墨于市售专用喷墨纸上，经过16小时的照光实验，相当于平常日光照射时间三个半月，而一天约10小时的日光照射。比较照光前与照光后的色彩性质，其结果显示于图3。其中，实线表示照光前，虚线表示照光后。

从图3中可看出：照光前后的色域无显著的变化，因此本发明的墨水组合物具有良好的抗光性。

(三)、本发明的墨水组合物与实验对照组照光前后的色域比较

将本发明的墨水组合物与实验对照组的墨水组合物，分别喷墨于市售专用喷墨纸上，比较照光前的色彩性质，其结果显示于图4。接着，经过16小时的照光实验，相当于平常日光照射时间三个半月，而一天约10小时的日光照射，再比较照光后的色彩性质，其结果显示于图5。其中，实线代表本发明的墨水组合物，虚线代表实验对照组的墨水组合物。

从图4和图5中可看出：照光前后，本发明的墨水组合物均比实验对照组的墨水组合物的色域还要大，因此本发明的墨水组合物拥有比较宽广的色域，可以表现的颜色亦较为丰富。

(四)、本发明的墨水组合物与实验对照组的防水性测试与比较

由于市售一般纸张没有专用喷墨纸张的优异防水性，因此在此实验中，选用一般纸张进行防水性测试，使结果更趋近于墨水组合物本身的防水效果。

将本发明的墨水组合物与实验对照组，分别喷墨于市售一般纸张上，测量其光学色彩性质，其结果显示于图6。然后，置入去离子水30分钟，将纸张取出，于室温下自然干燥后，再测量其光学色彩性质，其结果显示于图7。其中，实线代表本发明的墨水组合物，虚线代表实验对照组的墨水组合物。

从图6和图7中可看出：置入去离子水前，在本发明的墨水组合物比实验对照组的墨水组合物的色域还要大，虽然，两组墨水组合物在防水测试后，其色域均明显的缩小，但是本发明的墨水组合物仍然比实验对照组的墨水组合物的色域还要大很多。因此本发明的墨水组合物拥有较佳的防水性。

                    发明效果

由上述实施例的结果可以清楚得知，本发明的墨水组合物，兼具极佳的抗光性和防水性，更同时呈现出宽大的色域和高品质的色彩影像，而大大提升打印品质。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (22)

1.一种水溶性染料组合的抗光性色料，其包括：

(a)蓝色染料组合色料，其中，该蓝色染料组合色料包括：直接性蓝色染料199，酸性蓝色染料9，和直接性蓝色染料86；

(b)红色染料组合色料，其中，该红色染料组合色料包括反应性红色染料180，酸性红色染料52，和反应性红色染料；及

(c)黄色染料组合色料，其中该黄色染料组合色料包括酸性黄色染料，和直接性黄色染料86。

2.一种水溶性多色染料组合的抗光性喷墨墨水，至少包括：

染料组合色料，该染料组合色料包括：

蓝色染料组合色料，其中，该蓝色染料组合色料包括直接性蓝色染料199，酸性蓝色染料9，和直接性蓝色染料86；

红色染料组合色料，其中，该红色染料组合色料包括反应性红色染料180，酸性红色染料52，和反应性红色染料；及

黄色染料组合色料，其中该黄色染料组合色料包括酸性黄色染料23，和直接性黄色染料86；

媒介物，该媒介物为水溶液。

3.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含界面活性剂。

4.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中该界面活性剂是2-吡咯烷酮。

5.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中该界面活性剂是2-乙基-2-(羟甲基)-1，3-丙二醇。

6.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中该界面活性剂添加量范围为0.01重量％～10.0重量％。

7.如权利要求6所述的喷墨墨水，其中该界面活性剂的添加量为4.0重量％。

8.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含保湿剂。

9.如权利要求8所述的喷墨墨水，其中该保湿剂是PEG 700。

10.如权利要求8所述的喷墨墨水，其中该保湿剂的添加量为4.0重量％。

11.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含螯合剂。

12.如权利要求11所述的喷墨墨水，其中该螯合剂是尿素。

13.如权利要求11所述的喷墨墨水，其中该螯合剂的添加量为0.5重量％。

14.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含酸碱缓冲液。

15.如权利要求14所述的喷墨墨水，其中该酸碱缓冲液是氢氧化钾。

16.如权利要求14所述的喷墨墨水，其中该酸碱缓冲液的添加量为0.5重量％。

17.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含有机溶剂。

18.如权利要求17所述的喷墨墨水，其中该有机溶剂是1，4-丁二醇。

19.如权利要求17所述的喷墨墨水，其中该有机溶剂的添加量的范围0.5重量～3.0重量％。

20.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该水溶液中水的含量为50重量％～85重量％。

21.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含杀菌剂。

22.如权利要求2所述的喷墨墨水，其中该喷墨墨水还包含防腐剂。

Images