CN1431259A - 一种喷墨打印黑墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种喷墨打印黑墨水及其制备方法，其特点是将组合染料5～15份和去离子水10～60份，加入带有搅拌器和温度计的混合釜中，于温度70～80℃搅拌混合20～30分钟，并将染料载体8～50份、表面活性剂0.1～0.5份、助剂0.1～0.5份加入另一带有搅拌器的混合釜中，于室温下搅拌混合成透明液体后，加入到上述热的染料水溶液中，搅拌混合20～30分钟，补加余量的去离子水20～45份，搅拌下降温至室温，出料，过滤，获得喷墨打印墨水。该黑墨水在温度20℃时的表面张力为26～55mN/m，电导率在10000μs/cm以下，粘度为1～8mPas，pH值为6～11。它具有好的颜色乌黑度，打印质量好，不洇色，不堵喷头，贮藏稳定的优点，适用于压电振荡式打印机和热发泡式打印机。

Description

一种喷墨打印黑墨水及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种喷墨打印黑墨水及其制备方法，具体地说，涉及一种用多色水溶性染料混合作为黑色色素的喷墨打印黑墨水及其制备方法。

二、背景技术

作为一种非接触式打印技术，喷墨打印已有压电振荡式，热发泡式和静电方式的喷墨打印机。所用的喷墨墨水已有水基型和溶剂型两大类。水基型又分为水溶性染料型和颜料型两种。家庭和办公用喷墨打印用压电振荡式和热泡式打印机，一般使用水基型墨水，以保证使用条件下的安全性和卫生性。

水基型黑色墨水一般使用水溶性黑色染料或碳黑作为着色剂。碳黑型水基黑墨水在颜色密度、耐光、耐水等性能方面明显优于染料型黑墨水，但作为喷墨打印用的碳黑墨水对碳黑的粒径和碳黑在墨水中的贮存稳定性要求很高，一般要经过有机硅表面处理(USP5863323，USP5749950)，生产工艺很复杂。此外，在常见的图片打印体系中，常使用黄、品红、青三原色和黑色的四色喷墨打印，为保证颜色鲜艳度，三原色一般采用染料型墨水，如果用碳黑型墨水与之配套，由于碳黑墨水的遮盖性强，加之其墨水配方体系与染料型不同，会使图片打印混色后失真，因此在这种情况下，染料型黑墨水是不可替代的。

最常用的染料型黑墨水一般使用直接、活性、酸性和食品黑色阴离子染料。由于单个黑色染料不能做到对可见光谱全吸收，会使打印的黑色带有一定的色光，从而影响打印品的乌黑度，因此通常需要将染料量增加很多，来达到乌黑度的要求。如此就会造成黑色染料在高浓度下的聚集，堵塞打印机喷头，甚至在贮存期内发生沉淀。为了防止这种情况发生，一般的技术是采用减少染料用量，以牺牲颜色的乌黑度为代价。如USP4585484使用C.I.食品黑2，用量仅3～4％；USP5560771使用C.I.直接黑154，用量稍大，也只有5％，或者C.I.酸性黑24，用量只有4％。一种改进技术是添加分散剂或胶体稳定剂，如CN1310215A使用直接黑L-3BQ，用量为3.0～10.0，采用烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇三油酸酯表面活性剂，以及聚丙烯酸作为分散剂，并且加入5.0～10.0％的氨水作为碱剂增加直接黑染料的溶解度。其结果使墨水的表面张力很低，在普通纸上造成洇色；此外，水溶性高聚物使得墨水粘度增大，影响打印的流畅；墨水呈较强的碱性，则会影响打印机部件的寿命。总之，使用单只黑色染料的结果使得在打印黑色的乌黑度与打印顺畅性，以及不堵喷头的性能之间很难达到理想的平衡。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种喷墨打印的黑墨水及其制备方法，它具有乌黑的颜色，打印质量好，不洇色，不堵喷头和贮藏稳定。

本发明者发现，几种不同颜色染料适当混合的黑墨水，可以使最大吸收光波长值相互补充，形成在可见光谱区域内对光波几乎平均地吸收，使打印的黑色图形或文字无论在任何光源下均呈现黑色，增强了色泽的乌黑度。与单色黑色染料的墨水相比，由于不偏色光，达到同样视觉深度的黑色所需要的染料量较少；如果在相同的染料用量下，则可以得到较深的黑色。

几种不同结构的多组分染料的混合，可以克服单一染料的分子之间容易聚集并进一步形成结晶的缺点，有利于贮存稳定性和打印稳定性。因为结构不同的染料在溶液中将干扰结晶的形成，产生混晶的染料浓度大大高于单一染料结晶的浓度，因此可以在比单一染料使用染料浓度高得多的染料用量下应用，不至于产生较大颗的晶粒。这对于使用染料量较大的黑色墨水尤为重要。即，多组分染料混合的黑墨水可以比单一染料黑墨水的乌黑度更高，而不会引起墨水贮存稳定性和打印堵头的问题。

水溶性染料为直接染料和/或酸性染料。它们之间可以互相混用。混用的原则首先是色光的需要，使得染料拼混后对可见光谱均匀吸收；其次是牢度的需要，使用水溶性好的染料与水溶性较差的染料混用，可以兼顾染料水溶性与纸上耐水性能，并且适量加入耐光牢度的染料，可以得到耐光牢度的墨水。

在本发明中，水溶性染料是经过精制处理的(去掉无机盐和有机杂质)，在黑墨水中的使用量为5～15份。如果染料用量过少，则黑色的乌黑度较低；如果染料用量过多，则由于染料浓度太大使墨水的粘度太大，或染料发生大颗粒聚集影响墨水贮存稳定性和打印稳定性。

染料载体在本发明黑墨水中的使用量为8～50份。如果染料载体用量太少，容易堵塞喷头，特别在气温较高的打印环境中(＞20℃)，打印机停止打印一段时间后，墨水在喷头处干燥形成染料聚集体，而在气温较低的打印环境或贮存条件下(≤0℃)，墨水容易结冰，或者粘度增大使得流动性差，墨水打印不流畅。反之，如果染料载体用量太多，则在纸上打印后不易干燥，手摸会使文字符号或图象模糊，并且在高湿度环境下打印墨迹返潮，引起边缘不清晰。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

喷墨打印黑墨水的配方组分为：

组合染料                       5～15份

染料载体                       8～50份

表面活性剂                     0.1～5份

助剂                           0.1～0.5份

去离子水                       55～80份

其中，染料为直接染料或者酸性染料中的至少一类，混合染料中至少有两种不同颜色。该喷墨打印黑墨水，在温度20℃时的表面张力为26～55mN/m，电导率在10000μs/cm以下，粘度为1～8mPas，pH值为6～11。

染料载体为无毒或低毒的多元醇、聚乙二醇、多元醇单烷基醚和/或水溶性杂原子有机化合物中的至少一种。多元醇为二甘醇，三甘醇，甘油；多元醇单烷基醚为乙二醇单丁醚，二甘醇单乙醚，二甘醇单丁醚，三甘醇单甲醚；聚乙二醇(分子量200～400)；水溶性杂原子有机化合物为二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基吡咯烷酮、硫代双乙醇、环丁砜、甲酰胺。它们在墨水中起到溶解染料，使墨水保持不干燥，调节墨水粘度的作用。

表面活性剂为阴离子或非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂为脂肪酸盐，烷基苯磺酸盐，烷基硫酸盐或烷基磷酸盐；非离子表面活性剂为烷基醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物或甘油聚氧乙烯醚中的至少一种。

助剂为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸四钠，维生素C，5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。这些都是本领域技术人员熟知的现有技术，可以配合使用，其前提条件是这些助剂对本发明目的的实现以及本发明产品的优良效果不产生不利的影响。

喷墨打印黑墨水的制备方法：

1.将直接染料或者酸性染料的混合物5～15份和去离子水10～60份，加入带有搅拌器和温度计的混合釜中，于温度70～80℃搅拌混合20～30分钟。

2.将染料载体8～50份、表面活性剂0.1～0.5份、助剂0.1～0.5份，加入另一带有搅拌器的混合釜中，于室温下搅拌混合成透明液体后，加入到上述热的染料水溶液中，搅拌混合20～30分钟，补加余量的去离子水20～45份，搅拌下降温至室温，出料。

3.产物采用压滤机过滤，获得喷墨打印墨水产品。

喷墨打印黑墨水的主要物理指标：在温度20℃时，测得表面张力为26～55mN/m，粘度为1～8mPas，电导率在10000μs/cm以下，pH＝6～11。

喷墨打印黑墨水主要用于压电振荡式打印机和热泡式打印机。

四、附图说明

图1 实施例1的分光透射率曲线

图2 实施例2的分光透射率曲线

图3 实施例3的分光透射率曲线

图4 实施例4的分光透射率曲线

五、具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

1.喷墨打印黑墨水制备实施例

1.1实施例的制备如表1所示。

1.2实施例的墨水测试结果如表2所示。

2.喷墨打印黑墨水的应用实例

2.1打印机型和纸张

以实例No.1喷墨打印黑墨水填充于Canon S400SP型喷墨打印机的黑色墨盒中；以实例No.2喷墨打印黑墨水填充于LEXMARK Z32型喷墨打印机的黑色墨盒中；以实例No.3喷墨打印黑墨水填充于HP DeskJet 640C型喷墨打印机的黑色墨盒中；以实例No.4喷墨打印黑墨水填充于Epson Photo 720型喷墨打印机的黑色墨盒中。以这四种喷墨打印机分别用A4普通打印纸(佳印牌，江苏常熟市芬欧汇川纸业公司生产)，打印文字与数字混合的文档，印字面积约占A4纸面积的15％。在此选用普通打印纸，是考虑到黑色墨水主要用于文档打印，从打印质量(乌黑度和清晰度)来看，普通打印纸的打印质量好，专用喷墨打印纸的质量也一定好。

2.2连续打印

考虑到一般的室内环境温度，在20℃的温度下，连续打印100页普通纸，从开始打印到出现断线时计数打印的页数，评价墨水的常温连续打印性能。

A——从61页以后发生断线情况；

B——从31页至60页发生断线情况；

C——在30页及以前发生断线情况。

2.3长时间停止打印后重新打印

连续打印10分钟后，暂停打印，室温下放置10天，执行清洗喷头的操作，以喷头恢复的清洗次数来评价。

A——清洗操作2次及以下；

B——清洗操作3～5次；

C——清洗操作5次以上。

2.4打印质量

在普通纸上以中文字号八号字体打印中文和数字，以其清晰可辨程度评价打印质量。

 A——清晰，线条平整；

 B——较清晰，线条比实际稍粗；

 C——有毛边，模糊。

 2.5乌黑度及偏色

 对打印文档进行肉眼观察和评价。

喷墨打印黑墨水的应用实例，结果表明其打印效果均能达到A级标准，详见表2。

3.墨水的性能测试

3.1物理指标测定

表面张力测定用JYW-200A自动界面张力仪(吊环法，承德试验有限责任公司生产)；pH值测定用精密酸碱度仪PHS-3C(上海理达仪器厂生产)；粘度测定用NDJ-1A旋转粘度计(上海按德仪器设备公司生产)；电导率测定用DDS-11A型电导率仪(上海高登自动化技术公司生产)。测定结果详见表2。

3.2黑墨水的分光透射率曲线的测定

喷墨打印黑墨水分别用去离子水稀释2500倍，以去离子水为参比液，用722型光栅分光光度计(上海光学仪器厂生产)，1cm比色皿于400～640nm波长范围，每隔10nm测定光谱透射率，以透射率(％)对透射波长λ(nm)作图，详见附图1～4。

表2和附图1～4表明，本发明的喷墨打印黑墨水的颜色乌黑度好，打印质量好，长时间停止打印后的打印质量容易恢复；黑色在可见光区均匀吸收，表现了很好的乌黑度，实例3的黑度最好。表1实施例的制备

    No.                          1          2          3         4

C.I.酸性黑1                      2.4        2.9        3.1       3.2

C.I.酸性黑2                      2.2        1.8        1.7       0.7

C.I.酸性黄17                     -          0.6        -         -

C.I.直接黄50                     0.5        -          1.8       1.7

C.I.酸性橙7                      -          2.1        -         -

C.I.酸性橙95                     3.0        -          -         -

C.I.酸性红14                      -         -          2.6       2.2

C.I.酸性红52                     0.4        -          -         -

C.I.酸性红138                    1.0        -          -         -

二乙醇胺                         1          1          -         -

三乙醇胺                         -          -          1         1

二甘醇                           -          12.5       -         -

三甘醇                           -                    13         10

甘油                             16         -          5         -

三甘醇甲醚                       2          2.5        -         -

二甘醇丁醚                       -          -          -         10

二甘醇乙醚                       -          -          2         -

聚乙二醇400                      -          5          -         -

甲酰胺                           -          -          -         6

环丁砜                           -          -          10        -

EDTA二钠                         -          -          0.05      -

JFC^*                            -          -          -         1

A剂^**                           0.5        1          1         -5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(16％)    0.2        0.2        0.2       0.2

去离子水                         70.8       70.4       58.55     64.0

混合温度℃                       70～80     70～80     70～80    70～80

混合时间min                      40～60     40～60     40～60    40～60^*JFC为脂肪醇聚氧乙烯醚，购自江苏海安石油化工厂；^**A剂为脂肪酸硫酸钠，购自成都川大天成科技开发有限责任公司。表2实施例的墨水测试结果

    No.         1           2         3         4表面张力，mN/m     41.2        37.3      38.5      29.6PH值               9.1         9.2       8.6       8.5粘度，mPas         4.5         3.8       4.3       3.5电导率，μs/cm     9500        7100      9200      7200连续打印           A           A         A         A喷头恢复           A           A         A         A打印质量           A           A         A         B乌黑度             A           A         A         A偏色               微红        微蓝      微紫      微紫

Claims (5)

1.一种喷墨打印黑墨水，其特征在于该黑墨水的配方组分(按重量计)为：

组合染料                       5～15份

染料载体                       8～50份

表面活性剂                     0.1～5份

助剂                           0.1～0.5份

去离子水                       55～80份

其中，染料为直接染料或酸性染料；所选择的混合染料中，至少有两种不同颜色，该喷墨黑墨水，在20℃时的表面张力为26～55mN/m，电导率在10000μs/cm以下，粘度为1～8mPas，pH值为6～11。

2.按照权利要求1所述喷墨打印黑墨水，其特征在于染料载体为多元醇、聚乙二醇、多元醇单烷基醚和/或水溶性杂原子有机化合物中的至少一种。

3.按照权利要求1所述喷墨打印黑墨水组合物，其特征在于表面活性剂为阴离子表面活性剂或者非离子表面活性剂中的至少一种。

4.按照权利要求1～3所述喷墨打印黑墨水的制备方法，其特征在于：

(1)将直接染料或者酸性染料的混合物5～15份和去离子水10～60份，加入带有搅拌器和温度计的混合釜中，于温度70～80℃搅拌混合20～30分钟，

(2)将染料载体8～50份、表面活性剂0.1～0.5份、助剂0.1～0.5份，加入另一带有搅拌器的混合釜中，于室温下搅拌混合成透明液体后，加入到上述热的染料水溶液中，搅拌混合20～30分钟，补加余量的去离子水20～45份，搅拌下降温至室温，出料，

(3)产物采用压滤机过滤，获得喷墨打印墨水产品。

5.按照权利要求1～4所述喷墨打印黑墨水的用途，其特征在于该喷墨打印黑墨水主要用于压电振荡式打印机和热发泡式打印机。

Images