CN1653141B - 喷墨印刷方法和在其中使用的喷墨油墨 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及湿式喷墨印刷的改进方法。本发明提供渐进的点印刷喷墨方法，该方法包括步骤：施加第一滴墨滴到基材上，和随后在第一滴墨滴没有中间固化的情况下，施加第二滴墨滴到第一滴墨滴上。第一滴和第二滴墨滴具有不同的粘度、表面张力或固化速度。可在没有中间固化第一滴和随后的墨滴的情况下，按序施加进一步的墨滴到合并的第一滴和第二滴墨滴上。
Description
本发明涉及喷墨印刷方法和特别地涉及提供改进的湿式喷墨印刷的方法。
在喷墨印刷中，油墨的微小液滴以可控的方式，从一个或多个容器或印刷头流过喷嘴喷射到相对于容器移动的基材上。喷出的油墨在基材上形成图像。对于高速印刷来说，油墨必须快速地从印刷头中流出，这对油墨的物理性能施加了许多限制。这些限制包括低粘度，对于压电按需供滴式(DOD)喷墨印刷来说，所述低粘度通常为1-50mPas，优选6-30mPas，特别优选8-15mPas(在可能为25-110℃下的喷射温度处)，和使得喷射流可形成所需小液滴的表面张力(10-50达因/厘米，优选25-35达因/厘米)。油墨还必须是能快速转化成干燥印刷区域的均匀液体。分散在其中的颜料颗粒的粒度小于8微米，优选小于3微米，和特别优选小于1微米。
压电喷墨印刷的概念基于当向压电陶瓷转换器上施加电压时它的移动。当施加电压时，陶瓷的形状改变，从而产生孔隙，而所述孔隙被油墨填充。然后当除去电压时，陶瓷膨胀到它的起始形状，从而从印刷头中喷出墨滴。
常用的印刷体系是具有压电头的挠性单次流过单元。因此在没有中间(intermediate)固化第一滴墨滴的情况下，一滴油墨可印刷在另一滴上。这被称为湿式印刷。措辞“没有中间固化”在本领域应理解为是指当施加下一滴墨滴时，第一滴或随后的墨滴仍为液体。为了在施加下一滴墨滴之前避免第一滴或随后的墨滴固化，在施加下一滴墨滴之前，不固化第一滴或随后的墨滴，即不辐射它们。
湿式印刷主要用于彩色印刷，将不同颜色的墨滴按序施加到基材的相同区域内，所述液滴然后结合产生所需的颜色。典型的四色组是被称为C-M-Y-K的蓝绿色(CYAN)、品红色(MAGENTA)、黄色(YELLOW)和黑色(BLACK)，但该技术可延展到六种颜色的六色或任何渐进的(progressive)点印刷喷墨方法。所使用的油墨是已知的100％固体的UV着色油墨。
良好的印刷清晰度质量有下述要求：由油墨组合物快速形成固体着色点；在没有吸附到基材表面内的情况下，基材表面上油墨着色剂的浓度；在基材表面上形成的彩色点的速度控制；一种颜色的油墨从一点向不同颜色的相邻点的有限融合或渗出(bleed)；和由小液滴形成的印刷实地版(solid area)内色彩和色密度的均匀性。
与湿式印刷相关的最常见问题是混色、搅混和缺少轮廓清晰的线。混色和搅混涉及当色密度在印刷区域上改变时实地版的印刷。线边缘的清晰度在实现例如正文内清晰的图像方面是重要的。
因此，本发明提供渐进的点印刷喷墨方法，它包括步骤：施加第一滴墨滴到基材上，和随后在第一滴墨滴没有中间固化的情况下，施加第二滴墨滴到第一滴墨滴上，其中第一滴和第二滴墨滴具有不同的粘度、表面张力或固化速度。
优选在合并的第一滴和第二滴墨滴没有中间固化的情况下，按序施加进一步的墨滴到第一滴和第二滴墨滴上。
优选按序施加至少四滴墨滴。
优选第一滴和随后的墨滴具有不同的颜色。
优选墨滴是蓝绿色、品红色、黄色和黑色。
优选所施加的第一滴和最后一滴墨滴的粘度以渐进的方式从10向高变化到30mPas或从30向低变化到10mPas。
优选所施加的第一滴和最后一滴墨滴的表面张力以渐进的方式从20向高变化到40达因/厘米或从40向低变化到20达因/厘米。
优选所施加的第一滴和最后一滴墨滴的固化速度以渐进的方式从20向高变化到70m/min或从70向低变化到20m/min。
在另一实施方案中，本发明还提供适于在渐进的点印刷喷墨方法中使用的一套喷墨油墨，它包括具有不同粘度、表面张力或固化速度的至少两种油墨。
在进一步的实施方案中，本发明还提供容纳一套喷墨油墨的油墨分配器。
本发明的油墨组合物包括至少三种主要组分。这些是(i)单体和/或低聚物，(ii)光引发剂，和(iii)着色剂，优选颜料。另外，油墨可任选地含有表面活性剂和协同添加剂。
单体、低聚物或预聚物可拥有不同的官能度，和可使用包括单-、二-、三-和更高官能度的单体、低聚物或预聚物的混合物。这些组分可固化，典型地可光固化，例如可紫外线固化，和这些组分应当在印刷之后粘附在基材表面上并起到粘接颜料的作用。此外，调节单体或低聚物的比值是调节油墨粘度的方法。为了获得粘度梯度，改进单体和低聚物的比值。较高的官能度导致较高的粘度。粘度以渐进的方式从最粘稠的油墨变化到最不粘稠的油墨或相反。优选粘度从10向高变化到30mPas或从30向下到10mPas，特别优选从12向高变化到22mPas或从22向下到12mPas。使用本领域已知的标准技术测量粘度。
另外，可在渐进的颜色(例如C-M-Y-K)上使用表面张力梯度实现印刷质量的改进。为了获得表面张力梯度，改进单体、低聚物或预聚物的比值，和另外使用表面活性剂添加剂降低表面张力。优选表面张力从20向高变化到40达因/厘米或从40向低变化到20达因/厘米。特别优选从22向高变化到31达因/厘米或从31向低变化到22达因/厘米。使用本领域已知的标准技术测量表面张力。
此外，可在渐进的颜色(例如C-M-Y-K)上使用固化速度梯度实现印刷质量的改进。为了获得固化速度梯度，改进引发剂和协同添加剂。优选固化速度从20向高变化到70m/min或从70向低变化到20m/min。特别优选从30向高变化到50m/min或从50向低变化到30m/min。在涂布于硬质PVC上并在120W/cm的中压汞灯下经过的12微米的油墨膜上进行测量。
尽管第一滴和随后的液滴的粘度、表面张力或固化速度可以以渐进的方式从低变化到高或从高变化到低，但优选第一滴和随后的液滴的粘度增加，即第一滴和随后的液滴以渐进的方式从最不粘稠变化到最粘稠，和从所印刷的第一滴到最后的油墨，液滴的表面张力和固化速度下降，即从最高的表面张力降低到最低的表面张力，和从最高的固化速度降低到最低的固化速度。
单体、低聚物或预聚物(i)典型地为单官能团和/或多官能团的丙烯酸酯单体、低聚物或预聚物，如丙烯酸或甲基丙烯酸的酯，如丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸苯氧基乙酯、二丙烯酸己二醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三(丙二醇)三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、双(季戊四醇)六丙烯酸酯；或N-乙烯基酰胺，如N-乙烯基己内酰胺或N-乙烯基甲酰胺；或丙烯酰胺或取代的丙烯酰胺，如丙烯酰基吗啉。优选的单体、低聚物或预聚物是二-、三-或四元脂肪醇的乙氧化或丙氧化衍生物的丙烯酸酯，和环氧、聚氨酯、三聚氰胺或聚酯树脂的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或它们的乙氧化或丙氧化衍生物。
这些组分可以以下述名称销售：Ebecryl 40、Ebecryl 1039、DPGDA、TPGDA、ODA-n、TTEGDA、Ebecryl 160、OTA 480、IRR289、TMPTA、IRR 184、Ebecryl 111、Ebecryl 110、IBOA、HDDA、Ebecryl 81、ACTILANE 872、ACTILANE 735、ACTILANE 584、ACTILANE 525、ACTILANE 440、ACTILANE 432、ACTILANE430、ACTILANE 423、ACTILANE 421和ACTILANE 251。
术语“单官能团”是指每一单体或低聚物上具有一个反应性官能团，例如丙烯酸酯，和包括IBOA、Ebecryl 110、ODA-N和Ebecryl1039。术语“多官能团”是指每一单体或低聚物上具有大于一个反应性官能团，例如丙烯酸酯，和包括HDDA、DPGDA、TPGDA、TTEGDA、TMPTA和OTA 480。
对于自由基固化来说，光引发剂(ii)是必须的，和可包括，但不限于下述化合物或其结合：二苯酮和取代二苯酮、1-羟基环己基苯基酮、噻吨酮，如异丙基噻吨酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、2-苄基-2-二甲基氨基-(4-吗啉基苯基)丁-1-酮、苯偶酰二甲基缩酮、双(2，6-二甲基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙-1-酮、2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙-1-酮或5，7-二碘-3-丁氧基-6-荧光酮。其它有用的光引发剂是所谓的“阳离子”型，当它曝光于紫外光下时，释放可扩散的强酸。实例包括碘鎓盐和锍盐，如氟化二苯基碘鎓盐和六氟磷酸三苯基锍盐。
这些可以以下述商品名来销售：Irgacure 184、Irgacure 500、Darocure1173、Irgacure 907、ITX、Lucerin TPO、Irgacure 369、Irgacure 1700、Darocure 4265、Irgacure 651、Irgacure 819、Irgacure1000、Irgacure 1300、Esacure KT046、Esacure KIP150、EsacureKT37、Esacure EDB、H-Nu 470和H-Nu 470X。
着色剂(iii)可以是合适的染料，或者由于颜色、分散或其它原因，优选选择颜料。着色剂是本领域公知的，和包括，但不限于，在具有下述CI分类范围内的那些：Green PG 7和36；Orange PO 5、34、36、38、43、51、60、62、64、66、67和73；Red PR 112、149、170、178、179、185、187、188、207、208、214、220、224、242、251、254、255、260和264；Magenta/Violet PV 19、23、31和37和PR122、181和202；Yellow PY 17、120、138、155、168、175、179、180、181和185；Blue PB 15；Black PB 2、5和7。具体的颜料的实例包括IRGALITE BLUE GLVO、MONASTRAL BLUE FGX、IRGALITEBLUE GLSM、HELIOGEN BLUE L7101F、LUTETIACYANINEENJ、HELIOGENBLUE L6700F、MONASTRAL GNXC、MONASTRAL GBX、MONASTRAL GLX、MONASTRAL 6Y、IRGZIN DPP ORANGE RA、NOVAPERM ORANGE H5G70、NOVPERM ORANGE HL、MONOLITE ORANGE 2R、NOVAPERMRED HFG、HOSTAPERM ORANGE HGL、PALIOGEN ORANGEL2640、SICOFAST ORANGE 2953、IRGAZIN ORANGE 3GL、CHROMOPTHAL ORANGE GP、HOSTAPERM ORANGE GR PVCARMINE HF4C、NOVAPERM RED F3RK 70、MONOLITE REDBR、IRGAZIN DPP RUBINE TR、IRGAZIN DPP SCARLET EK、RT-390-D SCARLET、RT-280-D RED、NOVAPERM RED HF4B、NOVAPERM RED HF3S、NOVAPERM RED HF2B、VYNAMONRED 3BFW、CHROMOPTHAL RED G、VYNAMON SCARLET 3Y、PALIOGEN RED L3585、NOVAPERM RED BL、PALIOGEN RED3880HD、HOSTAPERM P2GL、HOSTAPERM P3GL、HOSAPERMRED E5B 02、SICOFAST RED L3550、SUNFAST MAGENTA 122、SUNFAST RED 122、SUNFAST VIOLET 19 228-0594、SUNFASTVIOLET 19 228-1220、CINQUASIA VIOLET RT-791-D、VIOLET RNRT-201-D、RED B NRT-796-D、VIOLET R RT-101-D、MONOLITEVIOLET 31、SUNFAST MAGENTA 22、MAGENTA RT-243-D、MAGENTA RT 355-D、RED B RT-195-D、CINQUASIACARBERNET RT-385-D、MONOLITE VIOLET R、MICROSOLVIOLET R、CHROMOPTHAL VIOLET B、ORACET PINK RF、IRGALITE YELLOW 2GP、IRGALITE YELLOW WGP、PV FASTYELLOW HG、PV FAST YELLOW H3R、HOSTAPERM YELLOWH6G、PV FAST YELLOW、PALIOTOL YELLOW D1155和IRGZINYELLOW 3R。
可使用协同添加剂改进固化质量和减少氧气抑制的影响。这种添加剂包括，但不限于ACTILANE 800、Ebecryl P115、Ebecryl 350、ACTILANE 725、CD 1012和DIDMA。
表面活性剂添加剂主要用于改性油墨的表面张力。这种添加剂包括，但不限于，ACTILANE 800、Tego glide 410、Tego glide 435、Tego glide 440、Tego glide 450、Tego flow 300、Tego flow 425、Tegoflow ZFS460、Tego rad 2100、Tego rad 2200-N、Tego rad 2600、Tegorad 2700、Tego wet ZFS453、Tego wet 250、Dow corning 67、SR 492、SR 9003、Surfadone 300、BYK 306、FC-430、Fc-171、FC-431、Tegodisperse 610、Tego disperse 710、anti terra-u、Disperbyk 108、antiterra 204、EFKA 47和EFKA 400。
实施例
为了例举本发明，使用下述配方：
单官能团丙烯酸酯 15-45％
多官能团丙烯酸酯 45-55％
光引发剂 1.0-6.0％
胺丙烯酸酯(协同添加剂) ＜5％
颜料分散液 ＜3％
Tegorad 2100(表面活性剂添加剂) 0.01-2.0％
使用Barco喷墨(Dot factory)打印机，在自粘合的PVC薄片基材上进行湿式印刷。
实施例1
制备在C-M-Y-K色彩上的粘度梯度在12至22mPas之间的油墨，并根据以上列出的印刷方法，使用湿式印刷测试。为了实现粘度梯度，单官能团对多官能团的比值从0.35变化到1.5。
使用下述顺序的颜色，粘度梯度从CYAN变化到BLACK，从CYAN的12mPas为起始到BLACK的22mPas为终点。
1)CYAN 12mPas
2)MAGENTA 14mPas
3)YELLOW 18mPas
4)BLACK 22mPas
与具有相同粘度的油墨相比，这得到改进的印刷结果。特别地，具有较少的混色和搅混，所生成的线较清晰，和颜色较清楚。
实施例2
制备在C-M-Y-K色彩上的粘度梯度在22至12mPas之间的油墨，并根据以上列出的印刷方法，使用湿式印刷测试。为了实现粘度梯度，单官能团对多官能团的比值从0.35变化到1.5。
使用下述顺序的颜色，粘度梯度从CYAN变化到BLACK，从CYAN的22mPas为起始到BLACK的12mPas为终点。
1)CYAN 22mPas
2)MAGENTA 18mPas
3)YELLOW 14mPas
4)BLACK 12mPas
同实施例1一样，与具有相同粘度的油墨相比，这得到改进的印刷结果。
实施例3
制备在C-M-Y-K色彩上的具有表面张力梯度的油墨，并根据以上列出的印刷方法，使用湿式印刷测试。表面张力范围为22至31达因/厘米。通过将添加到油墨组合物内的表面活性剂添加剂的用量从0.02％变化到0.8％，来实现表面张力梯度。
使用下述顺序的颜色，测试从CYAN的22达因/厘米为起始到BLACK的31达因/厘米为终点的表面张力梯度。
1)CYAN 22达因/厘米
2)MAGENTA 25达因/厘米
3)YELLOW 28达因/厘米
4)BLACK 31达因/厘米
同实施例1一样，与具有相同表面张力的油墨相比，这得到改进的印刷结果。
实施例4
还测试具有表面张力梯度的油墨，其中表面张力从CYAN的31达因/厘米为起始到BLACK的22达因/厘米为终点。
以下述顺序使用油墨：
1)CYAN 31达因/厘米
2)MAGENTA 28达因/厘米
3)YELLOW 25达因/厘米
4)BLACK 22达因/厘米
同实施例1一样，与具有相同表面张力的油墨相比，这得到改进的印刷结果。
实施例5
制备并测试在C-M-Y-K色彩上的具有固化速度梯度的油墨。当测量涂布在硬质PVC上并在120W/cm下穿过的12微米的油墨膜时，使用30至50m/min范围内的固化速度。使用中压UV汞灯。通过改变光引发剂和协同添加剂的用量来改变固化速度梯度。测试从CYAN的30m/min为起始到BLACK的50m/min为终点的速度梯度。
以下述顺序使用油墨：
1)CYAN 30m/min
2)MAGENTA 37m/min
3)YELLOW 45m/min
4)BLACK 50m/min
同实施例1一样，与具有相同固化速度的油墨相比，这得到改进的印刷结果。
实施例6
制备并测试在C-M-Y-K色彩上的具有固化速度梯度的油墨。当测量涂布在硬质PVC上并在120W/cm下穿过的12微米的油墨膜时，使用50至30m/min范围内的固化速度。使用中压UV汞灯。通过改变光引发剂和协同添加剂的用量来改变固化速度梯度。测试从CYAN的50m/min为起始到BLACK的30m/min为终点的速度梯度。
以下述顺序使用油墨：
1)CYAN 50m/min
2)MAGENTA 43m/min
3)YELLOW 36m/min
4)BLACK 30m/min
同实施例1一样，与具有相同固化速度的油墨相比，这得到改进的印刷结果。
Claims (7)
1.一种渐进的点印刷喷墨方法，它包括步骤：
a)施加第一滴光可固化墨滴到基材上，
b)随后在所述第一滴墨滴没有中间固化的情况下，施加第二滴光可固化墨滴到所述第一滴墨滴上，和
c)在第一滴和随后的墨滴没有中间固化的情况下，按序施加进一步的墨滴到合并的第一滴和第二滴墨滴上，
其中所施加的第一滴至最后一滴墨滴的粘度以渐进的方式从10向高变化到30mPa.s或从30向低变化到10mPa.s；
其中所施加的第一滴至最后一滴墨滴的表面张力以渐进的方式从20向高变化到40达因/厘米或从40向低变化到20达因/厘米；或
其中所施加的第一滴至最后一滴墨滴的固化速度以渐进的方式从20向高变化到70m/min或从70向低变化到20m/min。
2.权利要求1的渐进的点印刷喷墨方法，其中按序施加至少四滴墨滴。
3.权利要求1的渐进的点印刷喷墨方法，其中第一滴和随后的墨滴具有不同的颜色。
4.权利要求3的渐进的点印刷喷墨方法，其中墨滴是蓝绿色、品红色、黄色和黑色。
5.适于在渐进的点印刷喷墨方法中使用的一套光可固化喷墨油墨，它包括具有不同粘度、表面张力或固化速度的至少四种油墨，
其中所述喷墨油墨的粘度以渐进的方式从10向高变化到30mPa.s或从30向低变化到10mPa.s；
其中所述喷墨油墨的表面张力以渐进的方式从20向高变化到40达因/厘米或从40向低变化到20达因/厘米；或
其中所述喷墨油墨的固化速度以渐进的方式从20向高变化到70m/min或从70向低变化到20m/min。
6.权利要求5的一套光可固化喷墨油墨，其中喷墨油墨是蓝绿色、品红色、黄色和黑色。
7.容纳权利要求5或6的一套光可固化喷墨油墨的油墨分配器。
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