CN1229230C - 用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫,吸墨海绵及使其与墨盒紧密接触的方法 - Google Patents

用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫,吸墨海绵及使其与墨盒紧密接触的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物，其特征在于，主要由多元醇和异氰酸盐酯构成，并掺入交联剂；一种吸墨海绵，其特征在于通过对所述化合物进行发泡、硫化和交联而得到；一种确保使用上述吸墨海绵的紧密接触以及将吸墨海绵放置到容纳墨水的墨盒中，使吸墨海绵与墨盒的内壁相接触的方法。

Description

用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫， 吸墨海绵及使其与墨盒紧密接触的方法
技术领域
本发明涉及一种用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物，所述吸墨海绵向打印头供给墨水，并且涉及一种通过对该化合物进行发泡、硫化和交联而获得的吸墨海绵，以及一种确保墨水盒紧密接触的方法。更具体的，本发明涉及一种能够制成吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物，所得的吸墨海绵具有非常小的残余压应力，并容易随着墨盒的形变而长时间与墨盒内侧保持紧密接触；一种吸墨海绵；以及制造吸墨海绵的方法，所得吸墨海绵能长时间与墨盒内侧保持紧密接触。
背景技术
近年来，在办公设备方面的进步非常显著。在打印机领域，线点系统和热传递系统正在被喷墨系统所代替。
喷墨系统的打印机通常在墨盒(或墨存储容器)内具有吸墨海绵以用于稳定储存墨水。高度发展的打印机要求吸墨海绵不仅具有好的墨水储存性能，而且还具有其他许多性能。例如，吸墨海绵易于溶解在墨水中，溶解的物质会降低墨水的表面张力，因此导致打印缺陷。为了解决这个问题，曾经提出了一种新的吸墨海绵，其能够在不改变墨水性质的同时稳定地供应墨水，这种吸墨海绵是由特殊多元醇的聚氨酯泡沫制得。
例如，在日本JP8-027297A和日本JP11-152358A文献中都公开了一种由具有三维网状骨架结构的聚氨酯泡沫制成的吸墨海绵，该聚氨酯泡沫是通过使多元醇和多异氰酸酯在发泡剂、泡沫调整剂、催化剂和其他助剂的存在下反应得到。
然而，即使是这种吸墨海绵也仍然易于被墨盒中的墨水损坏。另外，当墨盒发生暂时性地形变，然后恢复原形后，吸墨海绵不能随着这种由塑性形变而引起的形变，其结果是，在吸墨海绵和墨盒的内侧产生了气流捷径。当吸墨海绵装到墨盒时，在真空包装和在真空打开时，以及储存中长时间堆积时，或者当墨盒掉落时也会发生塑性形变。如上所述，一旦存在一种捷径，空气就会进入从而妨碍了墨水的流畅供应，因此而导致打印缺陷。这种空气的滞阻很容易导致在现代的高精度喷墨打印机中出现打印缺陷。
发明内容
本发明借鉴以上所述最后完成。本发明的目的之一是提供一种制成吸墨海绵的聚氨酯泡沫，一种由聚氨酯泡沫组合物获得的吸墨海绵，以及一种使吸墨海绵能长时间与墨盒内侧保持紧密接触的方法。上述的吸墨海绵具有极低量的残余压应力，容易根据墨盒的形变随动。
为了达到上述目的，本发明人进行了一系列的研究得到了以下的发现。如果聚氨酯泡沫组合物掺入了交联剂作为其必要成分，当浸入到墨水(亲水有机溶剂的水溶液)中时，吸墨海绵具有非常低的残余压应力，容易根据墨盒的形变随动。
本发明还发现了以下事实。在残余压应力上的极度降低使得聚氨酯泡沫在长时间内保持应力。结果，聚氨酯泡沫作为吸墨海绵放置于墨盒中后，与墨盒内侧保持长时间的紧密接触。另外，即使墨盒在外压下变形，聚氨酯泡沫也与墨盒内侧保持长时间的紧密接触。这有助于在长时间内保持良好的印刷性能。
本发明还发现了上述聚氨酯泡沫适合于作为现代高精度喷墨打印机的吸墨海绵。
本发明人还发现了以下事实。如果吸墨海绵是由含有交联剂作为必要成分的聚氨酯泡沫组合物得到，吸墨海绵可以在长时间内保持与墨盒内侧的紧密接触，难以受到墨水影响的。基于上述发现完成了本发明。
因此，本发明在一种用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物，一种吸墨海绵，以及一种使吸墨海绵保持紧密接触的方法上投入精力。
(1)一种用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其通过对含有多元醇和异氰酸酯的聚氨酯泡沫组合物进行发泡，硫化和交联而得到，其特征在于，所述聚氨酯泡沫组合物中掺入有交联剂，并且所述聚氨酯泡沫为三维网状骨架型，其孔膜被去除。
(2)根据以上(1)所定义的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交联剂是一种含羟基化合物，其具有50～500的平均分子量和2～10个官能团。
(3)根据以上(1)和(2)所定义的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交联剂的羟值不小于100。
(4)根据以上(1)到(3)中任何一项所定义的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交联剂相对于100重量份的多元醇加入量为0.1～10重量份。
(5)根据以上(1)到(4)中任何一项所定义的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，多元醇为至少一种选自由聚醚多元醇，用苯乙烯接枝的聚合物多元醇，用丙烯腈接枝的聚合物多元醇，和用苯乙烯和丙烯腈接枝的聚合物多元醇组成的物质组中的物质。
(6)一种吸墨海绵，其通过上述(1)到(5)中任何一项所定义的聚氨酯泡沫得到。
(7)根据上述(6)所定义的吸墨海绵，其具有等于和小于10％的残余压应力，该残余压应力是在浸入亲水有机溶剂中在60℃下使其压缩30％，72小时后，在其释放状态下测得的。
(8)根据上述(6)或(7)所定义的吸墨海绵，其将用于喷墨打印机。
(9)一种方法使墨盒与置于其中的吸墨海绵保持紧密接触的方法，其特征在于，吸墨海绵为上述(6)到(8)中所述的任何一种吸墨海绵。
具体实施方式
和普通作为吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物一样，根据本发明的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物主要由多元醇和异氰酸酯组成。
所选用的多元醇的数均分子量应该为1000～10000，优选为2000～5000。另外，该多元醇的羟值应该为20～100，优选为30～60。这种多元醇的优选例子包括聚醚多元醇，聚酯多元醇，聚酯一聚醚多元醇，以及这些多元酵经改性后的多元醇如用苯乙烯和/或丙烯腈接枝的聚合物多元醇。其中，以第一个和最后一个为优选。这些多元醇可以单独使用，也可以组合使用。在组合使用的情况下，单独的多元醇应该以重量比为1∶1的比例进行化合。
上述的多元醇可以从商业渠道获得，例如，由Asahi Glass Co.，Ltd.生产的聚醚多元醇“E-3030”，分子量为3000，f＝3；由Dow PolyurethaneJapan，Ltd.生产的用43％的丙烯腈和苯乙烯接枝的共聚物多元醇“V3943A”，基多元醇的分子量为3000，f＝3；由Takeda ChemicalIndustries，Ltd.生产的“3P56B”聚酯一聚醚多元醇，分子量为3000，f＝3。
异氰酸酯可以是任何已知的，例如，甲苯二异氰酸酯，二异氰酸二苯甲酯、三苯二异氰酸酯(tripheny diisocyanate)、二异氰酸二甲苯酯，聚亚甲基聚亚苯基聚异氰酸酯，二异氰酸己二酯和异佛尔酮二异氰酸酯。
上述异氰酸酯可以以任何用量使用，对其没有特别的限制。但是，其用量相对于100重量份的所有多元醇来说，通常为20～100重量份，特别是为30～60重量份。当用量超过100重量份时，异氰酸酯将过量促进形成树脂的反应，从而产生闭孔泡沫。当用量低于20重量份时，异氰酸酯不会促进形成树脂的反应。
用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物主要由上述的多元醇和异氰酸酯组成。但是，在本发明中还掺入了作为必要成分的交联剂。
用于本发明的交联剂应该是一种含有羟基的化合物，其平均分子量为50～500，特别的为100～200，还具有2～10，特别是2～4个官能基团。
根据本发明，交联剂的羟值应为100或更高，优选为200～1500。当羟值低于100时，交联剂对减少残余压应力不起作用。
典型的交联剂的例子包括：三羟甲基丙烷，二甘醇，糖，季戊四醇，1，4一丁二醇，双丙甘醇，1，2一乙二胺和丙三醇，以及它们与环氧丙烷或环氧乙烷或其类似物的加合物。这些交联剂可以从商业渠道获得，例如由Takeda Chemical Industries，Ltd.生产的“T-880”和“GR-04”；由Dow Polyurethane Japan，Ltd.生产的“QX82211”。
交联剂的用量取决于掺入的组分，但相对于100重量份的所有多元醇来说，通常为0.1～10重量份，特别为1～5重量份。当交联剂用量超过10重量份时，由该交联剂得到的聚氨酯泡沫具有闭孔结构，不能够用作制备吸墨海绵。当交联剂用量低于0.1重量份时，由该交联剂得到的聚氨酯泡沫在浸入亲水有机溶剂后的残余压应力不显著。
根据本发明，除常规成分外，用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫化合物可以选择性地掺入发泡剂，催化剂和泡沫稳定剂。
视情况需要，发泡剂可以被掺入化合物中。水是一种优选的发泡剂，另外，二氯甲烷和单氟三氯甲烷也可以作为发泡剂。发泡剂的用量相对于100重量份的所有多元醇来说，通常为0～15重量份，特别为0～5重量份。
催化剂包括胺基催化剂和锡基催化剂。胺基催化剂的例子包括：四甲基六亚甲基二胺，五甲基二亚乙基三胺，二甲基环己胺，二一(二甲基氨基乙基)一醚，四甲基丙二胺，三甲基胺基乙基一哌嗪，四甲基乙二胺，二甲基苄胺，甲基吗啉，乙基吗啉，三亚乙基二胺等。锡基催化剂的例子包括：辛酸亚锡，二月桂酸二丁锡等。催化剂的用量相对于100重量份的所有多元醇来说，通常为0～5重量份，特别是为0.1～1重量份。
泡沫稳定剂包括，如，有机聚硅氧烷，羧酸烷基酯，苯磷酸烷基酯等。泡沫稳定剂的用量相对于100重量份的所有多元醇来说，通常为0～5重量份，特别是为0.5～2重量份。
亲水有机溶剂包括：例如，一羟基醇如甲醇，乙醇，异丙醇和丙醇；多羟基醇如丙三醇和1，2一亚乙基二醇；多羟基醇的聚合物如二乙二醇和三乙二醇，以及一羟基醇和多羟基醇的聚合物如二乙二醇一丁基醚和三乙二醇一丁基醚。
根据本发明的聚氨酯泡沫组合物可掺入其他的组分，包括填充料，如，碳酸钙，抗氧化剂，紫外线吸收剂和阻燃剂。
根据本发明，制成吸墨海绵是用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫是由上述的聚氨酯泡沫组合物通过以任已知方法进行发泡、硫化和交联而得到。例如，通过一步法和预聚法。顺便指出，发泡温度为0～40℃，特别是15～25℃。可在压缩或非压缩条件下完成发泡，虽然对压缩比例没有特别的限制，通常为1/1～1/5。
另外，根据本发明，由此获得的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫为三维网状骨架状，并除去了泡沫孔膜。除去泡沫孔膜可通过将其浸入碱性水溶液中或将氢气和氧气引入泡沫中发生爆炸而实现。其中，后一种方法为优选。
这样获得的吸墨海绵优选为具有有限的孔数，其通常为每英寸上具有40～60个孔。当具有过量的孔时，则聚氨酯泡沫将使墨水的流动和排出产生障碍。当具有过少的孔时，则聚氨酯泡沫的墨水保持能力差，将会导致漏墨。
根据本发明，吸墨海绵由上述化合物得到。但是，该吸墨海绵应满足具有等于或小于10％的残余压应力，特别是等于或小于5％，该残余压应力是在浸入亲水有机溶剂中在60℃下使其压缩30％经72小时后，在其释放状态下测得的。当残余压应力超过10％时，聚氨酯泡沫将不能保持足够的应力，从而不能长时间保持与墨盒内侧的紧密接触。而松散的接触为空气的进入提供了捷径，从而导致了打印缺陷。顺便提出，上述水溶液应优选为甲醇，1，2一亚乙基二醇或丙三醇等。
由上所述得到的吸墨海绵将被用于各种喷墨打印机和激光打印机中。该吸墨海绵尤其适宜于喷墨打印机。由于避免了被墨水损坏，其长时间保证了良好的打印质量。
根据本发明，由上述的含有交联剂作为必要成分的聚氨酯泡沫组合物通过发泡，硫化和交联而得到的吸墨海绵，可通过已知的方法放置到墨盒中。这样，吸墨海绵保持了与墨盒内侧的紧密接触。
这一过程通过任何已知的方法而达到。例如，将吸墨海绵形成与墨盒一致的形状，然后将其放置在墨盒中。最后，墨盒被灌注墨水并在抽真空后封闭。由此，就可以使吸墨海绵在不需要任何特殊步骤下就能够放入墨盒并与墨盒内侧保持紧密接触。
根据本发明，通过上述方法放置到墨盒中的吸墨海绵能够与墨盒的形变随动，从而保持了与墨盒内侧长时间保持紧密接触。这种紧密接触消除了吸墨海绵与墨盒内侧间形成的空气捷径。本发明的上述方法可以用于安装在高精密的喷墨打印机上的各种墨盒。上述吸墨海绵能够延长墨盒的寿命。
下面，通过实施例和比较例对本发明作更详细的描述，但并非用于限制本发明。
实施例
按照表1到表4的配比制备聚氨酯泡沫组合物。每种化合物通过在25℃下发泡，硫化和交联而形成高25mm，宽300mm，长300mm的块状柔韧的聚氨酯泡沫。所得聚氨酯泡沫通过爆炸除去了孔膜。所得的网状聚氨酯泡沫浸入亲水有机溶剂的水溶液中，于60℃下使其压缩30％经72小时。浸泡后，样品从压缩状态下释放，测定其残余压应力。
如表1到表4所示的聚氨酯泡沫组合物通过在25℃下发泡、硫化和交联得到形状完全相同的聚氨酯泡沫的吸墨海绵。
每个所得的吸墨海绵被放置到墨盒中。然后，墨盒被灌注墨水并在抽真空后封闭。灌注后的墨盒在60℃下加热72小时。
将热处理后的墨盒安装到购买的喷墨打印机上，评价其打印质量。通过以下标准对打印质量进行评估。结果示于表1到4。
○：非常好
×：差(部分打印不清楚)
表1到4的配方中的组分如下，测量在以下条件下进行。
配方中组分：
多元醇1：由Asahi Glass Co.，Ltd生产的聚醚多元醇“E-3030”；
多元醇2：由Dow Polyurethane Japan，Ltd.生产的丙烯腈和苯乙烯接枝的共聚物多元醇“V3943A”；
异氰酸酯：由Nippon Polyurethane Industies Co.Ltd.生产的聚异氰酸酯“TDI-80”；
交联剂1：由Takeda Chemical Industries，Ltd.生产的“T-880”，羟值为880；
交联剂2：由Dow Polyurethane Japan，Ltd.生产的“XQ82211”羟值为1300；
交联剂3：由Takeda Chemical Industries，Ltd.生产的“GR-04”，羟值为400；
硅树脂泡沫稳定剂：由Nippon Unicar Co.，Ltd.生产的“L-6202B”；
锡催化剂：由Takeda Chemical Industries，Ltd.生产的“Stanocto”
亲水有机溶剂水溶液
A：10％甲醇溶液
B：10％二乙二醇溶液
C：10％丙三醇溶液
表1
  化合物 实施例编号
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
  多元醇1   0   0   0   50   50   50   100   100   100
  多元醇2   100   100   100   50   50   50   0   0   0
  交联剂1   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5
  交联剂2   -   -   -   -   -   -   -   -   -
  异氰酸酯   24.5   24.5   24.5   26.6   26.6   26.6   28.7   28.7   28.7
  纯净水   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5
  胺催化剂   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  硅树脂泡沫稳定剂   1   1   1   1   1   1   1   1   1
  锡催化剂   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  亲水有机溶剂水溶液中30％的残余应力(％) 2.2 2.5 3.1 1.3 2.6 1.9 0.5 1.7 2.9
  水溶液   A   B   C   A   B   C   A   B   C
  打印质量   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
表2
  化合物 实施例编号
  10   11   12   13   14   15   16   17   18
  多元醇1   0   0   0   50   50   50   100   100   100
  多元醇2   100   100   100   50   50   50   0   0   0
  交联剂1   -   -   -   -   -   -   -   -   -
  交联剂2   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5
  异氰酸酯   25.3   25.3   25.3   27.4   27.4   27.4   29.5   29.5   29.5
  纯净水   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5
  胺催化剂   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  硅树脂泡沫稳定剂 1 1 1 1 1 1 1 1 1
  锡催化剂 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
  亲水有机溶剂水溶液中的30％的残余应力(％) 3.6 4.5 3.8 2.7 3.8 3.7 1.9 3.4 2.5
  水溶液   A   B   C   A   B   C   A   B   C
  打印质量   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ○
表3
  化合物 比较例编号
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
  多元醇1   0   0   0   50   50   50   100   100   100
  多元醇2   100   100   100   50   50   50   0   0   0
  交联剂1   -   -   -   -   -   -   -   -   -
  交联剂2   -   -   -   -   -   -   -   -   -
  异氰酸酯   22.1   22.1   22.1   24.2   24.2   24.2   26.4   26.4   26.4
  纯净水   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5   1.5
  胺催化剂   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  硅树脂泡沫稳定剂 1 1 1 1 1 1 1 1 1
  锡催化剂   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  亲水有机溶剂水溶液中30％的残余应力(％)   25.4   26.3   29.6   23.5   22.1   25.6   21.9   23.8   24.4
  水溶液   A   B   C   A   B   C   A   B   C
  打印质量   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×   ×
表4
化合物          比较例编号
  19   20   21
  多元醇1   100   100   100
  交联剂3   1.5   1.5   1.5
  异氰酸酯   26.4   26.4   26.4
  纯净水   1.5   1.5   1.5
  胺催化剂   0.3   0.3   0.3
  硅树脂泡沫稳定剂   1   1   1
  锡催化剂   0.2   0.2   0.2
  亲水有机溶剂水溶液中30％的残余应力(％) 3.6 2.9 2.8
  水溶液   A   B   C
  打印质量   ○   ○   ○
由上述用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫组合物得到的吸墨海绵具有非常小的残余应压力，从而可长时间保持与墨盒的紧密接触。这使得可长时间获得良好的打印质量。

Claims (13)

1.一种用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其通过对含有多元醇和异氰酸酯的聚氨酯泡沫组合物进行发泡，硫化和交联而得到，其特征在于，所述聚氨酯泡沫组合物中掺入有交联剂，并且所述聚氨酯泡沫为三维网状骨架型，其孔膜被去除。
2.根据权利要求1所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交联剂是含有羟基的化合物，其具有50～500的平均分子量和2～10个官能团。
3.根据权利要求1或2所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交联剂的羟值等于或大于100。
4.根据权利要求1或2所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交朕剂的加入量相对于100重量份的多元醇为0.1～10重量份。
5.根据权利要求3所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，交朕剂的加入量相对于100重量份的多元醇为0.1～10重量份。
6.根据权利要求1或2所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，多元醇为至少一种选自由聚醚多元醇，用苯乙烯接枝的聚合物多元醇，用丙烯腈接枝的聚合物多元醇，和用苯乙烯和丙烯腈接枝的聚合物多元醇组成的物质组中的物质。
7.根据权利要求3所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，多元醇为至少一种选自由聚醚多元醇，用苯乙烯接枝的聚合物多元醇，用丙烯腈接枝的聚合物多元醇，和用苯乙烯和丙烯腈接枝的聚合物多元醇组成的物质组中的物质。
8.根据权利要求4所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，多元醇为至少一种选自由聚醚多元醇，用苯乙烯接枝的聚合物多元醇，用丙烯腈接枝的聚合物多元醇，和用苯乙烯和丙烯腈接枝的聚合物多元醇组成的物质组中的物质。
9.根据权利要求5所述的用于吸墨海绵的聚氨酯泡沫，其中，多元醇为至少一种选自由聚醚多元醇，用苯乙烯接枝的聚合物多元醇，用丙烯腈接枝的聚合物多元醇，和用苯乙烯和丙烯腈接枝的聚合物多元醇组成的物质组中的物质。
10.一种吸墨海绵，其特征在于，由权利要求1到9中任何一项所述的聚氨酯泡沫得到。
11.根据权利要求10所述的吸墨海绵，其具有等于或小于10％的残余压应力，该残余压应力是在浸入亲水有机溶剂中在60℃下使其压缩30％经72小时后，在其释放状态下测得的。
12.根据权利要求10或11所述的吸墨海绵，其将用于喷墨打印机。
13.一种使墨盒与置于其中的吸墨海绵保持紧密接触方法，其特征在于，吸墨海绵为权利要求10到12中任何一项所述的吸墨海绵。
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