CN1446863A - 喷墨墨水组成物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种墨水组成物，其包含至少一种黑色颜料及一媒介物，其中该媒介物含有二级醇乙氧基酯类化合物(secondary alcohol ethoxylate)。当使用该墨水组成物打印于喷墨载体时具有最佳打印品质，不仅具有良好光学密度、防水性、抗旋光性、耐磨性，且无晕开、羽化现象及阻塞喷嘴口。

Description

喷墨墨水组成物

技术领域

本发明涉及一种墨水组成物，特指一种应用于喷墨打印机的黑色墨水组成物。

背景技术

随着个人计算机逐渐发展，喷墨打印机(ink jet printer)已成为非常普遍的接口设备，广泛地应用于家庭、个人工作室、甚至是各行各业。喷墨打印机的主要优点为价格低廉、操作时噪音低以及优良的全彩打印品质，并且可打印于各种载体，例如一般纸张(plain paper)、特殊喷墨打印纸张(coating paper)、相片纸(photo paper)、及专用投影片(transparence)等。

良好的喷墨墨水，当打印于喷墨载体时，不会有墨水阻塞喷墨口的情形发生，且墨水与载体接触后的打印品质佳，例如不会发生晕开(bleeding)及羽化现象(feathering)，具高光学密度(optical density)，良好的耐磨性(smearing)、防水性(water fastness)等。

就全彩喷墨打印机而言，常用的墨水包含蓝绿色墨水(cyan ink)、红紫色墨水(magenta ink)、黄色墨水(yellow ink)及黑色墨水(black ink)等四种。最近几年，则增加了浅蓝绿色墨水(light cyan ink)、浅红紫色墨水(light magenta ink)二种，总计为六色墨水。这些墨水组成包含至少一种水溶性染料(water-baseddye)、0.01～20重量％的表面活性剂(surfactant)、0.01～30重量％的有机溶剂、50～95重量％水及其它添加剂。

适合的溶剂包含二醇衍生物(例如乙二醇、丙二醇、1，3-丙烷二醇)、三醇衍生物(例如甘油、三羟甲基丙烷(trimethylolpropane，TMP))、吡咯烷酮衍生物(例如2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮(N-methyl pyrrolidone，NMP))及其组合。

美国专利第5,626,655及5,788,753号揭示使用二级醇乙氧基酯类化合物(secondary alcohol ethoxylate)作为表面活性剂，以控制染料型墨水的晕开现象(bleeding)。然而，这些染料型墨水在打印后图样的防水性与抗旋光性(lightfastness)不佳。

近几年来，由于纳米粒子技术的日趋成熟，则开始大量开发防水性与抗旋光性较佳的颜料型(pigment-type)墨水，颜料型墨水可包含至少一种颜料(pigment)、表面活性剂、有机溶剂、水及其它添加剂。颜料型喷墨墨水虽然拥有较佳的防水性与抗旋光性，但在色彩饱和度上，却比染料性(dye-type)喷墨墨水略逊一筹，且由于粒径大小(particle size)的关系，必须配合适当的分散剂与附着剂，否则易于喷墨头上发生沉淀与凝集现象。

为了使颜料型墨水中的颜料分散更为均匀，有必要减少颜料粒子的凝聚力，增加其分散性，故通常会利用表面活性剂、树脂、与胺类等试剂，作为颜料的表面处理剂，而达到分散稳定度。这种均匀分散的原理有两种：第一种是采用电荷排斥效应(electrical repulsion)来达到分散目的，是利用颜料表面存在的电荷，使颗粒间位势对抗产生的能量阻隔。第二种则是采用立体障碍效应(sterichindrance)来达成粒子间的分散效果，利用化学合成方法使颜料表面存在巨大的官能基团(bulky functional group)，或是被具大分子结构的化合物将颜料包围于内部，利用立体结构原理，产生立体阻碍，而避免颜料粒子间的结块与凝集。

喷墨打印机中的黑色墨水，其色料可为染料或颜料。理想的黑色颜料，一般而言，是以碳黑为主。因为碳黑的耐久性，如室外用途或曝晒于日光与空气中，绝非其它黑色颜料可比拟。黑色颜料的黑度，与其粒径大小有关。当粒径越小时吸收的光越多，其黑度增加。当粒径越大时反射光越多，其黑度降低。而由于喷墨打印机中，其喷嘴口大小的限制为20～30μm，故颜料粒子大小必须限制在1μm以下。但当使用粒径较小的碳黑粒子于喷墨墨水中时常会因碳黑粒子太小易渗透于纸张纤维内部，反而降低其黑度。

因此，当选用黑色墨水时，如何保有最佳打印品质(例如无晕开、无羽化、具高光学密度、良好的耐磨性、防水性、抗旋光性、色彩饱和度)且使用时不阻塞喷嘴口，为本发明主要研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷墨打印机用的墨水组成物，当使用该墨水组成物打印于喷墨载体时具有最佳打印品质，不仅具良好光学密度、防水性、抗旋光性、耐磨性，且无晕开、羽化现象及阻塞喷嘴口。

本发明一方面提供一种墨水组成物，其包含至少一种黑色颜料及一媒介物，其中该媒介物含有二级醇乙氧基酯类化合物(secondary alcoholethoxylate)。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色颜料为碳黑。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色颜料为黑色巨分子发光团。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色颜料的粒径大小为1μm以下。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中以该组成物重量为基准，该黑色颜料为0.01至10重量％。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中以该组成物重量为基准，该二级醇乙氧基酯类化合物为0.01至20重量％。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中以该组成物重量为基准，该二级醇乙氧基酯类化合物为0.1至10重量％。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该二级醇乙氧基酯类化合物至少包含2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物(2，6，8-trimethyl-4-nonyloxy-polyethyleneoxyethnol)。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该媒介物含有占该组成物重量0.01至30重量％的表面活性剂。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该媒介物尚包含酸碱缓冲液、螯合剂、抗氧化剂、抗紫外线剂及杀菌剂中的至少一种添加剂。

本发明另一方面提供一种墨水组成物，其包含：

0.01至10重量％的黑色颜料；

0.01至30重量％的溶剂；

0.01至20重量％的二级醇乙氧基酯类化合物(secondary alcoholethoxylate)；及

50至95重量％的水。

本发明又一方面提供一种墨水组成物，其包含至少一种黑色色料及一媒介物，其中该媒介物含有2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色色料为染料(dye)。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色色料为颜料(pigment)。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色颜料是为碳黑。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色颜料是为黑色巨分子发光团。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该黑色色料的粒径大小为1μm以下。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中以该组成物重量为基准，该黑色颜料为0.01至10重量％。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中以该组成物重量为基准，该2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物为0.01至20重量％。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中以该组成物重量为基准，该2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物为0.1至10重量％。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该媒介物含有占该组成物重量0.01至30重量％的表面活性剂。

根据上述构想，本发明所述的墨水组成物中该媒介物还包含酸碱缓冲液、螯合剂、抗氧化剂、抗紫外线剂及杀菌剂中的至少一种添加剂。

具体实施方式

本发明提供一种喷墨墨水组成物，其包含：黑色颜料(black pigment)、二级醇乙氧基酯类化合物(secondary alcohol ethoxylate)、表面活性剂及其它添加剂。

黑色颜料可为碳黑或黑色巨分子发光团(Macromolecular Chromophres，MMCs)，且颜料粒子大小一般限制在1μm以下。以墨水组成物重量为基准，黑色颜料占0.01至10重量％。目前市售的黑色颜料例如商品型号CW-1(日本Orient Kagaku Kogyo公司)或CAB-O-JET 300(美国Cabot公司)等。

为了得到最佳打印品质(即同时具良好光学密度、防水性、抗旋光性、耐磨性，且无晕开、羽化现象)，本发明选用二级醇乙氧基酯类化合物加入黑色墨水中作为防晕开(anti-bleeding)试剂。由于对于颜料型墨水而言，黑色颜料与彩色颜料间的表面张力差异较大，因此当黑色与彩色墨水重叠时，容易有晕开的情形，因此将本发明的二级醇乙氧基酯类化合物加入黑色颜料中时，其效果更为显著。

该二级醇乙氧基酯类化合物举例而言可为2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物(2，6，8-trimethyl-4-nonyloxy-polyethyleneoxyethnol)，市售的2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物例如Big Sum Chemical公司的商品型号TX-3或TX-6者。在本发明的墨水组成物中，以墨水组成物重量为基准，二级醇乙氧基酯类化合物为0.01至20重量％，更佳为0.1至10重量％。

为了调整载体渗透及喷嘴口表面的表面张力与保湿以及提供墨水中各成分的分散与乳化功能，本发明的墨水组成物可含0.01至30重量％的表面活性剂，

再者，为了特定应用，本发明的墨水组成物可进一步含有其它添加剂，例如有机溶剂、酸碱缓冲液(pH Buffer)、螯合剂、抗氧化剂、抗紫外线剂、及杀菌剂(Biocides)等。有机溶剂主要提供色料溶解性以及于载体上的干燥速度等功能。螯合剂可螯合墨水组成物中部分金属离子，以防止这些金属离子造成喷墨墨水匣喷嘴口或相关元件的腐蚀现象。抗氧化剂或抗紫外线剂可提供墨水打印于载体后，接触日光或空气时，有较长的文件或图稿保存时间。杀菌剂主要功能在于防止喷墨墨水于长时间使用时，免于受细菌与霉菌等污染。

实施例

成分

以下成分用以制备墨水组成物。

成分A

CW-1，为购自日本Orient Kagaku Kogyo公司的碳黑颜料。

成分B

CAB-O-JET 300，为购自美国Cabot公司的碳黑颜料。

成分C

PEG 200，为购自台湾盘亚股份有限公司的聚乙二醇。

成分D

购自德国Bayer公司的三羟甲基丙烷(TMP)。

成分E

购自德国ISP Investments公司的N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

成分F

购自德国BASF Aktiengesellschaft公司的1，3-丙二醇。

成分G.1

TX-3，为购自Big Sum Chemical公司的2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物。

成分G.2

TX-6，为购自Big Sum Chemical公司的2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物。

成分G.3

15-S-7，为购自Union Carbide公司的二级醇乙氧基酯类化合物(于脂族链具15个碳原子及7个乙氧基单元)，一般加入染料形彩色墨水中作为表面活性剂用，例如美国专利第5,626,655及5,788,753号中所述。

墨水组成物的制备

根据表1制备四种墨水组成物，于表中每一成分是以组成物的重量百分比计，剩余部分(balance)为水。

表1

成分	实例
					1	2	3	4(对照)
	A(CW-1)	2.5	2.5	2.5					2.5
B(CAB-O-JET 300)					1.5	1.5	1.5	1.5
	C(PEG 200)	3	3	3					3
D(TMP)					6	6	6	6
	E(NMP)	5	5	5					5
F(1，3-丙二醇)					2	2	2	2
	G.1(TX-3)	0.3	-	-					-
G.2(TX-6)					-	5	-	-
	G.3(15-S-7)	-	-	0.3					-

测试方法

使用HP DeskJet 656C喷墨打印机将以上调配的墨水组成物打印于市售的一般纸张上，并进行以下项目的测试。

光学密度

将喷墨打印完成的黑色图块，以分光仪(HunterLab UltraScan XE)测量其光学密度，结果示于表2中。光学密度值大于1.3者表示可由肉眼辨识。

晕开

将蓝绿、紫红、黄色等彩色色块分别和不同直径的黑色图块交错打印，观察黑色与彩色色块间的晕开程度，结果示于表2中。”○”表示完全无晕开现象发生，”△”表示略有晕开现象发生，”×”表示有严重晕开现象发生。

羽化

将喷墨打印完成的不同比例大小的黑色文字图样，观察文字的羽化散漫程度，结果示于表2中。”○”表示文字完全无羽化现象发生，”△”表示文字略有羽化现象发生，”×”表示文字有严重羽化现象发生。

耐磨性

将喷墨打印完成的黑色图块，以手指划过黑色色稿，观察其所留在手指上的黑色墨水多寡，结果示于表2中。”○”表示手指上完全无黑色墨水残留，”△”表示手指上略有黑色墨水残留，”×”表示手指上有很多黑色墨水残留。

防水性

将喷墨打印完成的黑色图样倾斜45度角，以装了水的滴管压挤喷出水于黑色图块上观察其所带出的黑色墨水多寡，结果示于表2中。”○”表示纸上完全无黑色墨水滑落，”△”表示手指上略有黑色墨水滑落，”×”表示手指上有很多黑色墨水滑落。

                       表2

测试项目	实例
					1	2	3	4(对照)
	光学密度	1.31	1.32	1.23					1.30
晕开					○	○	○	×
	羽化	○	○	×					○
耐磨性					○	○	○	×
	防水性	○	○	○					△

从以上结果可发现，在光学密度符合要求的前提下，实例1及2的墨水组成物在所有测试项目皆得到极佳的打印效果；实例3的墨水组成物也在防晕开、耐磨性及防水性有所改善；实例4的墨水组成物仅羽化测试结果较佳，晕开及耐磨性不佳。

综上所述，本发明的墨水组成物当打印于喷墨载体时有极佳的打印品质，并可免除公知技术中遇到的缺点。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明。凡是在本发明所述范围内所做的变化与修饰，均包含在本发明所要保护的专利范围内。

Claims (14)

1.一种墨水组成物，包含至少一种黑色颜料及一媒介物，其特征在于，所述媒介物含有二级醇乙氧基酯类化合物。

2.如权利要求1所述的墨水组成物，其特征在于，所述黑色颜料为碳黑或黑色巨分子发光团。

3.如权利要求1所述的墨水组成物，其特征在于，以所述组成物重量为基准，该黑色颜料为0.01至10重量％。

4.如权利要求1所述的墨水组成物，其特征在于，以所述组成物重量为基准，该二级醇乙氧基酯类化合物为0.01至20重量％。

5.如权利要求4所述的墨水组成物，其特征在于，以所述组成物重量为基准，该二级醇乙氧基酯类化合物为0.1至10重量％。

6.如权利要求1所述的墨水组成物，其特征在于，所述二级醇乙氧基酯类化合物至少包含2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物。

7.如权利要求1所述的墨水组成物，其特征在于，所述媒介物包含表面活性剂以及酸碱缓冲液、螯合剂、抗氧化剂、抗紫外线剂及杀菌剂中的至少一种添加剂。

8.一种墨水组成物，其特征在于，包含：

0.01至10重量％的黑色颜料；

0.01至30重量％的溶剂；

0.01至20重量％的二级醇乙氧基酯类化合物；及

50至95重量％的水。

9.一种墨水组成物，包含至少一种黑色色料及一媒介物，其特征在于，所述媒介物含有2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物。

10.如权利要求9所述的墨水组成物，其特征在于，所述黑色色料为染料。

11.如权利要求9所述的墨水组成物，其特征在于，所述黑色色料为颜料。

12.如权利要求9所述的墨水组成物，其特征在于，以所述组成物重量为基准，该2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物为0.01至20重量％。

13.如权利要求12所述的墨水组成物，其特征在于，以所述组成物重量为基准，该2，6，8-三甲基-4-壬氧基聚乙二氧基乙醇化合物为0.1至10重量％。

14.如权利要求9所述的墨水组成物，其特征在于，所述媒介物包含表面活性剂以及酸碱缓冲液、螯合剂、抗氧化剂、抗紫外线剂及杀菌剂中的至少一种添加剂。