CN1657288A - 改进的喷墨印刷系统 - Google Patents

Abstract

一种喷墨印刷系统，它包括至少一种喷墨墨汁和把喷墨墨汁喷射到基本上非吸收性的喷墨墨汁受体表面上的装置，其特征为所说受墨物表面的分散表面能σ_S ^d相对于所说喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值σ_S ^d/σ_L ^d大于0.9，也要求保护一种喷墨印刷方法。用可固化的墨汁进行高表面生产率的喷墨印刷(例如＞100米²/小时)可以良好的图像质量和色密度在不同种类的受墨物表面上实施，这是由于可直接被固化的墨汁珠滴受控制扩散的结果。

Description

改进的喷墨印刷系统

技术领域

[0001]本发明涉及高速喷墨印刷。

背景技术

[0002]在喷墨印刷中，极小的墨汁流体液滴被直接投射到墨汁受体表面上，印刷装置和受墨物之间没有物理接触。印刷装置中储存着电子学印刷数据，并控制机械装置喷射液滴形成图像。印刷是通过在纸张上移动一个印刷头来完成的，或者是反过来。早期有关喷墨印刷的专利包括US 3739393(MEAD CORP.)、US 3805273(MEAD CORP.)和US 3891121(MEAD CORP.)。

[0003]用于喷墨印刷的墨汁组合物典型地包括以下成分：染料或颜料，水和/或有机溶剂，润湿剂诸如乙二醇，洗涤剂，增稠剂，聚合物粘合剂，防腐剂等。容易理解，这类墨汁的优化组成应依赖于所用的喷墨印刷方法和被印刷的受墨物的性质。墨汁组合物可粗略地分为：

·基于水的，其干燥机理涉及吸收、渗透、和蒸发；

·基于油的，其干燥主要涉及吸收和渗透；

·基于溶剂的，其干燥主要涉及蒸发；

·热熔或相变型，其中墨汁在喷射时是液体，但在室温时是固体并且其中干燥被固化所代替；

·可被紫外线固化的，其中干燥被聚合反应所替代。

[0004]应该容易理解，前两种类型的墨汁组合物更适合于多少带有吸收性质的接受介质，而热熔墨汁和可被紫外线固化的墨汁则更适合于非吸收性的受墨物。

[0005]早期有关基于水的墨汁的专利包括US 3903034(AB DICKCO)，US 3889269(AGFA GEVAERT)，US 3870528(IBM)，US 3846141(AB DICK CO)，US 3776742(MEAD CORP.)和US 3705043(ABDICK CO)。然而，使用基于水的墨汁的系统会有一些缺点，诸如：(a)它们需要蒸发水，因而需要大型干燥体系，特别是当注重印刷速度时；(b)大的印刷面积有起皱的趋势；(c)图像对于湿擦和干擦的敏感性；(d)低粘度墨汁在喷口顶端干燥的趋向，这可通过使用润湿剂，通常是二醇类，来增加粘度以避免这一问题；使用基于极性溶剂的墨汁可以克服基于水的墨汁内在的一些问题，但又会导致另外的问题诸如可能产生有毒蒸气或可燃性蒸气。因此已经在进行努力来开发低溶剂墨汁组合物，从中产生出可被紫外线固化的墨汁组合物的想法。

[0006]US 4303924(MEAD CORP)公开了一种喷墨印刷方法，它使用带电荷的液滴，其中的墨汁组合物包含(a)多功能不饱和可被紫外线固化的化合物，(b)单功能不饱和化合物，(c)活性增效剂，(d)着色剂，(e)为增加导电性的油溶性盐，(f)光引发剂和(g)一种有机极性溶剂，优选只小量使用。

[0007]然而，和基于水或基于溶剂的墨汁在吸收性受墨物上相比较，可被紫外线固化的墨汁在基本上非吸收性的受墨物上的行为和相互作用却被发现相当复杂。具体说来，这种墨汁在底物上良好和受控制的扩散是成问题的。

[0008]EP 1199181 A(TOYO INK MANUFACTURING CO.)公开了一种在合成树脂底物表面进行喷墨印刷的方法，所说方法包括以下步骤：

1.对所说表面进行表面处理，从而为该表面提供65-72mJ/m²的比表面自由能；

2.提供表面张力为25-40mN/m的可被活化能光束固化的墨汁；

3.用喷墨印刷装置把墨汁排放到具有比表面自由能的表面上，从而形成所说墨汁在该表面上的印刷部份；

4.往印刷的部份投射活化能光束。

[0009]表面张力和表面能是等价的参数。液体的表面张力被定义为作用在表面单位长度上的力，用mN/m表示，而固体的表面能是为创造界面的单位面积所需要的能量，用mJ/m²表示。这些量纲是等价的：mN/m×m/m＝mJ/m²。在本发明公开内容中为保持一致性，术语墨汁的表面能将被用来代替术语墨汁的表面张力。这样，在EP 1199181 A(TOYO INK MANUFACTURING CO.)公开的方法中第二步中的表面张力25-40mN/m，等价于表面能25-40mJ/m²。

[0010]EP 1199181 A(TOYO INK MANUFACTURING CO.)进一步还讲到受墨物表面能应该大于墨汁的表面能。并且在实施例中，虽然四种未作处理的合成树脂底物(ABS、PBT、PE和PS)的表面能高于四种不同墨汁的表面能，却仍然未能观察到墨汁良好的“影像质量”，即墨汁良好的扩散。EP 1199181 A(TOYO INKMANUFACTURING CO.)也未提及墨汁和底物表面能的分散和极性分量。用于实施例中的表面处理为电晕处理和等离子体处理。

[0011]JP 2003261799(KONICA)公开了一种方法，把包含有游离基聚合引发剂、可聚合的单体和表面活性剂的墨汁喷射到优选是非吸收性记录介质上，并用紫外光照射它们。一种表面能为38达因/厘米的定向聚丙烯(OPP)薄层，用表面张力为24至30mN/m的一套黑、黄、品红和蓝色墨汁印刷，这套墨汁含有24重量％Kyarad^TM DPCA(六丙烯酸酯)，23重量％Discoat^TM 335HP(四甘醇二丙烯酸酯)，41重量％轻质丙烯酸酯PO-A^TM(丙烯酸苯氧乙基酯)，5重量％Irgacure^TM369(引发剂)和3重量％乙烯基单体型表面活性剂。

[0012]WO 03074619 A(DOTRIX NV-SERICOL LTD)公开了一种逐次点式喷墨印刷方法，它包括的步骤为先往底物上施用第一次墨汁液滴，在无需第一次墨汁液滴中间固化步骤的条件下接着施用第二次墨汁液滴到第一次施敷的墨汁液滴上，其中第一次和第二次施用的墨汁液滴具有不同的粘度、表面张力或固化速度。也对适用于这种逐次点式喷墨印刷方法的一套喷墨墨汁申请了专利，该套墨汁中包含至少两种具有不同粘度、表面张力或固化速度的墨汁。

[0013]在WO 03074619 A(DOTRIX NV-SERICOL LTD)的实施例中公开了使用高速打印机来把可被紫外线固化的墨汁印刷到PVC底物上。这是用一种“湿压湿印刷”方法来完成的，其中第一次/后续的墨汁液滴不被固化，即它们在下一次墨汁液滴施敷以前不用光线照射。用这种方式可以实现墨汁扩散的增加，因为在底物上汇合的墨汁体积增加了。WO 03074619 A(DOTRIX NV-SERICOL LTD)也没有提及墨汁和底物表面能的分散表面能和极性表面能分量。

[0014]这样，就有需要提供一套适宜于用可固化的墨汁进行高面积生产率印刷(即每单位时间印刷很大的受墨物面积，例如大于100米²/小时)的喷墨印刷系统，它能使用不同类型的受墨物。

发明目的

[0015]本发明的一个目的是，提供一种适合于高面积生产率喷墨印刷的喷墨印刷系统，即每单位时间可印刷大面积的受墨物。

[0016]本发明的另一个目的是，提供一种带有喷墨墨汁的喷墨打印系统，该喷墨墨汁当被喷射到基本上非吸收性的喷墨受墨物表面上的具有大于2.0的扩散因子和高的光密度值。

[0017]本发明进一步的目的是提供一种高表面生产率的喷墨印刷方法，它使用一种喷墨墨汁，当喷射到基本上非吸收性的受墨物表面时具有大于2.0的扩散因子和高的光密度。

[0018]由下面的说明书，本发明的这些目的和其它目的将变得明显。

发明概要

[0019]已经令人惊奇地发现，一种包含喷射喷墨墨汁装置的喷墨印刷系统，在把具有分散表面能σ_L ^d的该墨汁喷射到具有分散表面能σ_S ^d的基本上非吸收性受墨物表面时，如果比值σ_S ^d/σ_L ^d大于0.9，即可实现有利的扩散和高的色密度。

[0020]本发明的目的是用一种喷墨印刷系统来实现的，该系统包含至少一种分散表面能为σ_L ^d的喷墨墨汁，和把所说的喷墨墨汁喷射到分散表面能为σ_S ^d的基本上非吸收性的喷墨受墨物表面上的装置，其特征为比值σ_S ^d/σ_L ^d值大于0.9。

[0021]本发明的目的也可以用一种喷墨印刷方法来实现，该方法包括以下步骤：

(1)把至少一种分工用表面能为σ_L ^d的喷墨墨汁喷射到分散表面能为σ_S ^d的基本上非吸收性喷墨受墨物的表面上；

(2)固化所说的喷墨墨汁；

其特征为比值σ_S ^d/σ_L ^d值大于0.9。

附图简述

[0022]图1为定义接触角和表面能之间关系的示意性表示图。

发明详述

定义

[0023]受墨物接受喷墨墨汁的表面的表面能，如在本发明公开内容中所用的那样，是用符号σ_S来代表的。σ_L是由用符号σ_S ^d代表的分散分量和用符号σ_S ^p代表的极性分量所组成的，如Owens-Wendt方程所定义的那样。

[0024]液体喷墨墨汁的表面能，如在本发明公开内容中所用的那样，用符号σ_L来代表的。σ_L是由用符号σ_L ^d代表的分散分量和用符号σ_L ^p代表的极性分量所组成的。σ_L ^d可以用在己烷中悬滴的形状测定，如果不溶于己烷中，也可以用方程式(3)测定。如果喷墨墨汁溶解在己烷中，则分散表面能σ_L ^d、其定义对于非极性液体如Fowkes在方程式(4)中所定义的那样，对于极性液体如Fowkes在方程式(5)中所定义的那样，可用Owens-Wendt方法来测定。这里极性液体被定义为(σ_L-σ_L ^d)大于0.2的液体，而σ_L ^d可用方程式(4)获得。

[0025]术语“表面能的分散分量”在本申请书中已被简称为“分散表面能”。

[0026]术语“表面能的极性分量”在本申请书中已被简称为“极性表面能”。

[0027]术语“色料”，如在本发明中使用的那样，是意指染料和颜料。

[0028]术语“染料”，如在本发明中使用的那样，是意指在它施敷时所用介质中的溶解度，于室温条件下为10毫克/立升或更大的色料。

[0029]术语“颜料”，如在DIN 55943中所定义的那样，该文献在此引入作为参考，是指无机或有机的、有颜色或无色的着色剂，在有关的室温条件下它实际上溶于应用的介质中，因此它在介质中的溶解度小于10毫克/立升。

[0030]术语“颜料”，如在本发明中使用的那样，是指加到受墨物中来修饰具性质的无机或有机材料，例如聚酯薄膜上涂胶层的粘合性、受墨物的不透明性、摩擦-电学性质。

[0031]术语“单功能的”意指一个活性官能团。

[0032]术语“多功能的”意指多于一个活性官能团。

[0033]术语“基本上非吸收性的喷墨受墨物”是指任意一种喷墨受墨物，只要它满足下面两个标准中的至少一个；

1)墨汁掺入喷墨受墨物不深于2微米；

2)在5秒钟内，喷射在喷墨受墨物表面上的100 PL液滴中只有不多于20％的液滴消失；如果存在一层或多层涂层，干燥的厚度应小于5微米。本领域中的技术人员可以用标准的分析方法来测定一种受墨物是否符合上述基本上非吸收性受墨物两个标准中的一个或者两者都符合。例如，在把墨汁喷射到受墨物表面之后，可取下一小片受墨物并用透射电子显微镜来测定墨汁的渗入深度是否大于2微米。有关合适的分析方法的进一步信息可参看以下文献：Desie，G.等人所著“底物性质在液滴中对按需印刷的影响”一文，发表于第18届非击打式印刷国际会议成像科学技术会议录，2002年第360-365页。

[0034]术语“dpi”是术语“每英寸点数”的缩写，即每2.54厘米喷墨墨汁液滴造成的点数。

表面能

[0035]表面张力和表面能代表相同的物理量。

[0036]在图1中，在由蒸气3组成的环境中有一滴液体1静置在固体2的表面上并形成角度θ，可被认为是通过平衡涉及的三种能量达到的静置平衡。就是说，固体和液体之间的界面能σ_SL、固体和蒸气之间的界面能(即固体的表面能σ_S)和液体及蒸气间的界面能(即液体的表面能σ_L)。液相与表面造成的角度θ被称为接触角或润湿角。如图1所显示的，该角度为液体表面的切面和固体表面的切面之间的夹角，在沿着它们的接触线上的任意点。固体的表面能σ_S将有利于液体的扩散，但它将被固-液界面能σ_SL和液体表面能σ_L在固体表面的平面中的矢量所对抗。接触解θ可以用下面的方程式(1)来定义：

cosθ＝(σ_S-σ_SL)/σ_L               (方程式1)

[0037]没有直接的方法来直接测量固体的表面能σ_S，但它可间接地通过实验测定平衡静态接触角来获得。

[0038]Owens-Wendt方程被用来在低能量表面诸如聚合物表面上计算固体的表面能σ_S以及它的极性分量(σ_S ^p)和分散分量(σ_S ^d)。对于诸如金属或金属氧化物这样的高能量表面，则必须使用基于和两种不混溶液体的界面接触角的其它测量和计算方法。[可润湿性的近代方法：理论和应用。SCHRADER出版，Malcolm E等人，New York：Plenum出版社，1992年，ISBN 0306439859。]表面能只能在下述情况下被获得，如果在固体和液体之间没有化学相互作用：

·固体在液体中不溶解

·固体不溶胀

·没有组份被提取，例如表面活性剂

·没有化学反应

·二碘甲烷在碱性表面上的不稳定性

·...等等

[0039]Owens-Wendt方程可被用来获得固体表面的极性表面能分量和分散表面能分量，它是通过在该固体表面上对一系列具有已知极性和分散表面能分量的参比液体进行接触角测量而实施的，即所谓Owens-Wendt方法(参见Owens，Daniel K.，等人“聚合物表面自由能的估算”一文，发表于Journal ofApplied Polymer Science，1969年第13卷，No.8，第1741-1747页)。经常使用的参比液体有水、甘油、乙二醇、甲酰胺、二甲亚砜、苯甲醇、磷酸三甲苯酚酯和苯胺。固体表面能的计算是基于用下列方程式(2)作线性回归：

σ_L(1+cos□)/2(σ_L ^d)^1/2＝(σ_S ^d)^1/2+(σ_L ^p/σ_L ^d)^1/2．(σ_S ^p)^1/2         (方程式2)

[0040]参比液体的性质可从文献上查到。但是，用于计算σ_S ^d和σ_S ^p的值是从实验测得的表面能(σ_L)结合不存在己烷中溶液条件下对己烷的界面能测量(σ_L ^d)而获得的，或者是结合在纯非极性表面如PTFE(特氟隆)上的接触角而获得的。下表1中所列出的用于我们线性回归计算中的一些液体表面能和分散表面能的数值，是和那些例如，在VAN KREVELEN，D.W.等人所编著的“聚合物的性质”(Properties ofPolymers)第2版，阿姆斯特丹；Elsevier科学出版公司，1976年第169页上所列数值一致的。

[0041]

表1

液体	σL(mJ/m2)	σL d(mJ/m2)
			水	72.8	21.8
甘油	64.1	34.0
			乙三醇	48.0	29.0
formamide	58.0	39.0
			二甲亚砜	44.0	36.0
磷酸三甲酚酯	40.9	39.2
			1-溴化萘	44.4	43.5
二碘甲烷	50.8	50.4
			苯甲醇	40.3	35.8
十六碳烷	27.6	27.6

[0042]对于方程式(2)中的接触角θ，使用了最大前进和最小后退静态接触角的平均值。这就消除了表面粗糙性对受墨物表面的任何影响，然后即可通过把从线性回归中获得的σ_S ^d和σ_S ^p值加在一起而计算出固体的表面能σ_S。

[0043]液体的表面能σ_L可通过悬滴法来测量。这一方法只需要小量液体，并可被用于可用紫外线固化的墨汁组合物的液滴。经校正的液滴视频图像给出液滴的形状，然后将这液滴形状与从Young-Laplace方程计算出的理论液滴形状比较，或者把一些关键尺寸与Bashford-Adams表中数据(＝Young-Laplace方程的数值解)比较，这种方法需要两种相比较的流体相之间密度差别的知识。

[0044]对于在己烷中显示不能溶解的液体(即溶解度小于按重量计0.1％)，可用悬滴法来测定其表面能σ_L(在空气中测量)及其分散能σ_S ^d两种参数，其中σ_S ^d等于相对一种不能与其混溶的非极性液体(己烷)的界面能σ_L1，L2，该法直接从被重力所影响的一大滴悬滴的形状得到所需值。这些值再使用下列方程式、在已知己烷的σ_L ^d值的条件下测定喷墨墨汁的σ_L ^d值：

${\mathrm{\σ}}_{L1,L2}={\mathrm{\σ}}_{L1}+{\mathrm{\σ}}_{L2}-2\sqrt{{\mathrm{\σ}}_{L1}^d\·{\mathrm{\σ}}_{L2}^d}$ (方程式3)

其中σ_L1 ^d和σ_L2 ^d是液体L1和L2的表面张力σ_L1和σ_L2中分散力的贡献，如在Fowkes，F.M所著“化学进展丛书43：接触角、可润湿性和粘合性”(Advances in Chemistry Series 43：Contact Angle，Wettability and Adhesion)一书第99-111页中描述的那样，该书由Gould，R.F等人出版，华盛顿特区：美国化学协会，1964年。

[0045]如已经叙述过的那样，对于在己烷中显示出溶解度的液体，其表面能中的分散分量σ_L ^d是由在PTFE(特氟隆)上的接触角间接获得的，而PTFE的分散表面能σ_S ^d则是用上述Owens-Wendt方法来测定的。对于在非极性底物上的非极性液体，σ_L ^d是用Fowkes方程(方程式4)来获得的：

${\mathrm{\σ}}_L^d=\frac{4\·{\mathrm{\σ}}_S^d}{{(1+\cos \mathrm{\θ})}^2}$ (方程式4)

[0046]对于极性液体在非极性底物上的情况，σ_L ^d要用一种不同的Fowkes方程(下列方程式5)来获得：

${\mathrm{\σ}}_L\·(1+\cos \mathrm{\θ})=2\·\sqrt{{\mathrm{\σ}}_S^d\·{\mathrm{\σ}}_L^d}$ (方程式5)

[0047]如果对于一种液体、即一种喷墨墨汁，其液体表面能σ_L与该液体用方程式(4)获得的分散表面能σ_L ^d之间的差值大于0.2mJ/m²，该液体就被认为是一种极性液体，并且用方程式(5)来计算σ_L ^d，否则就用方程式(4)计算。上述方程式(4)和(5)可在由SCHRADER，Malcolm E.，等人编辑的“可润湿性的近代方法：理论和应用”(ModemApproaches to Wettability：Theory and Application)。该书由纽约Plenum出版社出版，1992年，ISBN 0306439859。

[0048]对于本发明的喷墨印刷系统，受墨物表面的分散表面能σ_S ^d对喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值σ_S ^d/σ_L ^d值应大于0.9。这一比值的上限为10，因为受墨物表面的分散表面能σ_S ^d低于50mJ/m²(例如聚苯乙烯的σ_S ^d值为41.4mJ/m²，聚(1，1-二氯乙烯)的σ_S ^d值为42.0mJ/m²)而喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d可以低至5mJ/m²。

喷射装置

[0049]在本发明的喷墨印刷系统中，喷射装置可以是一个或多个以受控方式通过喷嘴往受墨物表面喷射墨汁小液滴的印刷头，受墨物表面相对印刷头移动。排放或喷射的墨汁在受墨物表面形成图像。在高的印刷速度下，墨汁必须迅速地从印刷头中排出，这就对墨汁的物理性质提出了一些限制，例如在喷射温度从25至110℃范围内具有低的粘度，表面能应使印刷头喷嘴能够形成必需的小滴液，能够迅速转化成干的印刷面积的均相液体...等。

[0050]用于本发明喷墨印刷系统的一种优选的印刷头是压电式印刷头。压电式喷墨印刷是基于压电式陶瓷转换器当被施以电压时产生的运动。加上电压改变了印刷头中压电式陶瓷转换器的形状并产生一个空隙，后者随后用墨汁填充。当电压再次被除去时，陶瓷即膨胀到它原来的形状，同时从印刷头排出一滴墨汁。

[0051]不过，本发明的喷墨印刷系统并不仅限于压电式喷墨印刷。其它喷射墨汁的喷墨印刷头也可以使用，并包括各种类型的，诸如连续型、热的、静电的以及音响式按需喷墨型。

[0052]为进行印刷，通常喷墨印刷头是在横贯运动着的受墨物表面往返扫描。常常喷墨印刷头在返回途中不能印刷。为获得高的面积生产率，优选使用双向印刷。特别优选以“单程印刷方法”进行印刷，该法可通过使用页宽喷墨印刷头(例如从XAAR购买所负宽印刷头)来实施，或者用多重交错喷墨印刷头来实施，后者覆盖了受墨物表面的整个宽度。在单程印刷方法中喷墨印刷头一般保持静止，而受墨物表面则在喷墨印刷头下面输送。

[0053]按照本发明，高面积生产率喷墨印刷意指图像将以高于50米²/小时、优选高于100米²/小时、更优选200米²/小时、最优选高于300米²/小时的生产率被印刷。分辨率应至少为180dpi，优选至少300dpi。用于本发明高面积生产率喷墨印刷系统中的受墨物优选具有至少240毫米宽度，于是需要至少35米/分的印刷速度。更优选受墨物的宽度至少为300毫米，特别优选受墨物的宽度至少为500毫米。

固化方法

[0054]按照本发明喷墨印刷方法的一个优选实施方案，是把一种可固化的墨汁喷射在受墨物表面上，创造出未固化的印刷图像。随后，这种印刷图像通过把它曝露于射线下来固化，或者通过电子束固化。优选的射线固化方法是紫外光固化法。

[0055]这种固化方法可以安排与喷墨打印机的印刷头结合、并与之一道运行，从而使在受墨物表面上印好的图像在印刷到受墨物上很短时间后就被曝露于固化它的射线之下。在这样的安排中，可能难于提供足够小的射线源与印刷头相连接并随它一起运行。这样，可以使用静止固定的射线源，例如进行紫外线固化的射线源，借助柔软的射线传导方法诸如纤维光学线束或一种内部反射的柔软管线连接到射线源上。

[0056]供选择地，固化用的射线可以从固定的源通过反射镜提供给射线头，包括在射线头上的反射镜。

[0057]安排不和印刷头一起运动的射线源也可以是一种拉长的射线源，它横向延伸穿过要进行固化的受墨物表面并邻近印刷头的横向途径，从而使随后由印刷头所形成的图像分步或连续地在射线源下面通过。

[0058]在实际安排中，为了用不同颜色的墨汁进行印刷以产生多种颜色的图像，可能希望在印刷工段内比较紧邻区域提供许多印刷头。在这种情况下，每个印刷头应有它自己精巧的射线源。

[0059]任何紫外光源可被用作射线源，诸如高压或低压汞灯，冷阴极射线管，非可见光，紫外LED、紫外激光以及闪光。在这些射线源中，优选的是呈现出比较长波长的紫外贡献，即主要发射300-400纳米波长紫外光的射线源。具体地说，紫外-A型光源是优选的，因为降低的光散射能导致更有效的内部固化。

[0060]紫外射线一般可以分成UV-A、UV-B和UV-C三个区域，如下所示：

·UV-A：400纳米至320纳米

·UV-B：320纳米至290纳米

·UV-C：290纳米至100纳米

[0061]进一步，可以用两种发射不同波长或不同照度的光源来固化印刷的图像。例如，第一十紫外光源可选择主要发射UV-C波段的，具体在240纳米-200纳米。第二十紫外光源选择主要发射UV-A波段的，例如用一台掺杂镓的灯，或不同的既发射富含UV-A波段光又发射富含UV-B波段光的灯。使用两种紫外光源已发现具有一些益处，例如能有快速的固化速度。

[0062]已知不同颜色的墨汁会不同地吸收紫外射线，即它们分别不同地在UV-A、UV-B和UV-C范围内吸收。使用两种固化灯能保证所有色料在一次单程中完全固化。例如，有些喷墨墨汁吸收UV-C，因此墨汁层的深部可能不会被第一个UV源固化，第一个主要发射UV-C的射线源完成墨水层紧靠表面部份的固化。在这种情况下第二个紫外线发射源将固化墨汁层的较深部份。这样，所有墨汁，即使是“困难的”颜色诸如黑色和稠密的墨汁，也可以在一次单程中被固化。

[0063]为使固化变得容易，喷墨打印机常包括一种或多种氧耗尽单元。这种氧耗尽单元放在氮气或其它较惰性气体(例如CO₂)的覆盖层中，带有可调节的位置和可调节惰性气体浓度的装置，以便降低固化环境中的氧浓度。残留氧浓度一般维持在低至200ppm，但一般也可以在200ppm至1200ppm之间。

受墨物

[0064]用于本发明喷墨印刷系统中的受墨物基本上是非吸收性的。例如，标准纸张就不适宜用于本发明中，相反，涂布树脂的纸张可能是适宜的，如果它对墨汁基本上是非吸收性的话，例如涂布聚乙烯的纸和涂布聚丙烯的纸。

[0065]用于本发明喷墨印刷系统中的受墨物可以是透明的、半透明的或不透明的。

[0066]适宜用于本发明喷墨印刷系统的受墨物是聚合物底物，例如纤维素乙酸酯丙酸酯，纤维素乙酸酯丁酸酯，聚酯类诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚1，8-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；定向聚苯乙烯(OPS)；定向聚合的尼龙(ONy)；聚丙烯(PP)；定向聚丙烯(OPP)；聚氯乙烯(PVC)；以及各种聚酰胺，聚碳酸酯，聚亚酰胺，聚烯烃，聚(乙烯基缩醛类)，聚醚类和聚磺酰胺类，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯的不透明的白色聚酯类和挤压掺合物。也可以使用丙烯酸树脂类、酚树脂类、玻璃和金属类作为受墨物。其它合适的受墨物材料可参看“可润湿性的近代方法：理论和应用”(ModernApproaches to Wettability：Theory and Application)一书，该书由SCHRADER，Malcolm E.，等人编辑，New York：Plenum出版社，1992年，ISBN 0306439859。

[0067]受墨物中也可以并入无机颗粒物作为填料，诸如含CaCO₃的PET，含TiO₂的PET，a-PET和PET-g。

[0068]聚酯薄膜底物、特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯，对于某些特别的、要求有优良的维度稳定性的应用是优选的。当这类聚酯被用作受墨物时，可用一层上胶层来改善喷射的墨汁层与底物之间的粘合，如果它和未上胶的底物一起构成基本上非吸收性的受墨物的话，为此目的有用的上胶层在照像领域中是众所周知的，并包括，例如，1，1-二氯乙烯的聚合物诸如1，1-二氯乙烯/丙烯腈/丙烯酸三元共聚物或者1，1二氯乙烯/丙烯酸甲酯/衣康酸三元共聚物。

[0069]稳定剂、平整添加剂、消光剂、用于诸如蜡这类物质的物理薄膜性质的调节剂，在需要时也可被加入到这种上胶层中。

[0070]本发明的目的可通过采用对基本上非吸收性受墨物的表面进行表面处理来实现。这种表面处理的结果增加了受墨物表面的分散表面能σ_S ^d，使得所说的受墨物表面的分散表面能σ_S ^d对所说的喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值σ_S ^d/σ_L ^d变得大于0.9，更优选大于1.2。

[0071]在墨汁喷射之前为增加受墨物表面的分散表面能而进行的优选表面处理有火焰处理、电晕处理、等离子体处理、或液体处理。在这些处理当中，以等离子体处理极为有效，因为其中没有臭氧产生。

喷墨墨汁

[0072]用于本发明喷墨印刷系统中的喷墨墨汁组合物至少包括三种主要组份：(i)单体和/或低聚物，(ii)光引发剂，(iii)着色剂，优选至少一种颜料。此外，这种墨汁中还可供选择地包含一种或多种表面活性剂、分散剂、树脂、抑制剂、硬化剂、稳定剂和增效添加剂。

单体和低聚物

[0073]这种喷墨墨汁包含单体和/或低聚物，它们通过喷墨打印机的固化方法而聚合。单体、低聚物或预聚物可以具有不同程度的官能度，并且也可以使用由包括一、二、三或更高官能度单体的组合物、低聚物或预聚物所组成的混合物。这些组份是可固化的，典型地是可以光固化的，例如可被紫外光固化的，并且在印刷以后应能粘合在受墨物表面上并用来粘合着色剂。

[0074]调节单体和低聚物之间的比值也是一种调节墨汁粘度的方法。愈高的官能度导致更高的粘度。

[0075]任何普通的游离基聚合方法，使用光致生酸或光致生碱的光固化系统，或光诱导的其它共聚合反应都可以应用。一般，优选游离基聚合和阳离子聚合，也可使用不需要引发剂的光诱导的其它共聚合。进一步，把这些系统结合起来的杂化系统也是有效的。

[0076]阳离子聚合的优点是它的效力，因为聚合反应不会被氧所抑制，不过它进行得慢并且费用也高。如果使用阳离子聚合反应则优选使用表氧化合物和一种氧杂环丁烷在一起，以增加聚合反应的速度。

[0077]游离基聚合是最广泛使用的方法。优选的游离基聚合的实施方案描述于下。

[0078]可以使用本领域中普通已知的任何可聚合的化合物。对于本发明喷墨印刷系统中的喷墨墨汁而言，特别优选的是单官能团和/或多官能团的丙烯酸酯类单体、低聚物或预聚物，诸如丙烯酸异戊酯、丙烯酸硬脂基酯、丙烯酸月桂基酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异戊基styl酯、丙烯酸异硬脂基酯、丙烯酸2-乙基己基-二甘醇酯、丙烯酸2-羟基丁基酯、2-丙烯酰氧乙基六氢邻苯二甲酸、丙烯酸丁氧乙基酯、丙烯酸乙氧基二甘醇酯、丙烯酸甲氧基二甘醇酯、丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、丙烯酸甲氧基丙二醇酯、丙烯酸苯氧乙基酯、丙烯酸四氢呋喃甲基酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-羟乙基酯、丙烯酸2-羟丙基酯、丙烯酸2-羟基-3-苯氧丙基酯、丙烯酸乙烯基醚酯、2-丙烯酰氧乙基丁二酸、2-丙烯酰氧乙基邻苯二甲酸、2-丙烯酰氧乙基-2-羟乙基-邻苯二甲酸、内酯改性的柔软的丙烯酸酯以及叔丁基环己基丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1，9-壬二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二羟甲基-三环癸烷二丙烯酸酯、双酚AEO(环氧乙烷)加合物二丙烯酸酯、双酚APO(环氧丙烷)加合物二丙烯酸酯、羟基新戊酸酯新戊二醇二丙烯酸酯、烷氧化的二羟甲基三环癸烷二丙烯酸酯和聚四亚甲基二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、EO改性的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三(丙二醇)三丙烯酸酯、己丙酯改性的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇乙氧基四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、甘油丙氧基三丙烯酸酯，以及己内酰胺改性的二季戊四醇六丙烯酸酯或者N-乙烯基酰胺诸如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，诸如丙烯酰吗啉。

[0079]进一步，与上述丙烯酸酯相对应的甲基丙烯酸酯可以和这些丙烯酸酯一起使用。在这些甲基丙烯酸酯中，优选甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基三甘醇甲基丙烯酸酯、羟乙基甲基丙烯酸酯、苯氧乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸环己基酯、四甘醇二甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，这是由于它们高的灵敏度和改进的对受墨物表面的粘合性。

[0080]进一步，这种喷墨墨汁也可以包含可聚合的低聚物。这些可聚合的低聚物的实例包括表氧化物丙烯酸酯类、脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯类、芳香族氨基甲酸酯丙烯酸酯类、聚酯丙烯酸酯类，以及直链丙烯酸低聚物。

光引发剂

[0081]通常一种称为光引发剂的催化剂可以引发聚合反应。这种光引发剂需要比单体和低聚物为少的能量来活化，以形成聚合物。

[0082]光引发剂吸收光并负责产生游离基或阳离子。游离基或阳离子是高能量物种，它们可诱发单体、低聚物及聚合物的聚合反应，并在多官能团单体和低聚物情况下也包括引发交联。

[0083]引发剂的优选用量为总墨汁重量的1-10重量％，更优选为总墨汁重量的1-6重量％。

[0084]用光化性射线照射可以在两个步骤中通过改变波长或强度来实施。在这种情况下优选一起采用两种类型的引发剂。

[0085]对于游离基固化来说光引发剂是必需的，并可以包括，但不限于，下列化合物或它们的组合：二苯酮和取代的二苯酮、1-羟基环己基苯基酮、噻吨酮类诸如异丙基噻吨酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、2-苄基-2-二甲胺基-(4-吗啉苯基)-丁烷-1-酮、偶苯酰二甲缩酮、双(2，6-二甲基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基膦氧化物、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基膦氧化物、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉丙烷-1-酮、2，2-二甲氧基-1，2-二苯乙烷-1-酮或5，7-二碘-3-丁氧基-6-荧光酮、二苯基碘氟化物和三苯基锍六氟磷酸盐。

[0086]适宜用于本发明喷墨印刷系统中的喷墨墨汁的光引发剂包括可从CIBA SPECIALTY CHEMICALS买到的IrgacureT^M184、Irgacure^TM 500、Irgacure^TM 907、Irgacure^TM 369、Irgacure^TM 1700、Irgacure^TM 651、Irgacure^TM 819、Irgacure^TM 1000、Irgacure^TM 1300、Irgacure^TM 1870、Darocure^TM 1173、和Daroeure^TM 4265，可从BASFAG买到的Lucerin TPO，可从LAMBERTI买到的Esacure^TM KT046、Esacure^TM KIP150、Esacure^TM KT37、和Esacure^TM EDB、可从SPECTRA GROUP LTD.买到的H-Nu^TM 470和H-Nu^TM 470X，以及异丙基噻吨酮。

抑制剂

[0087]一种通过热或光化性射线以抑制墨汁中聚合反应的聚合抑制剂可以被加入。优选在着色剂分散体的制备过程中加入一种抑制剂。

[0088]已知有多种化合物可作为聚合抑制剂，这些化合物可以无需修饰直接被使用。聚合抑制剂的实例包括酚型抗氧剂、受阻胺、光稳定剂、磷型抗氧剂、也可使用普通用于(甲基)丙烯酸酯单体中的氢醌单甲醚以及氢醌、叔丁基儿茶酚、连苯三酚。这些化合物中，在分子内具有衍生自丙烯酸的双键的酚类化合物是特别优选的，因为它即使在密闭的无氧环境下加热也还具有聚合-抑制效应。合适的抑制剂有，例如，由Sumitomo Chemical Co.，Ltd.生产的Sumilizer^TM GA-80、Sumilizer^TM GM和Sumilizer^TM GS。

[0089]因为过量加入这些聚合抑制剂将会降低墨汁固化的灵敏度，因此优选在掺合之前就测定能够防止聚合反应的用量。聚合抑制剂的用量一般在墨汁总重量的200至20,000ppm之间。

[0090]一些能降低氧聚合抑制的化合物可与游离基抑制剂合适地结合，这些化合物有：2-苄基-2-二甲胺基-1-(4-吗啉苯基)-丁烷-1-酮和1-羟基环己基-苯基酮；1-羟基环己基-苯基酮和二苯酮；2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉丙烷-1-酮或2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉丙烷-1-酮和二乙基噻吨酮或异丙基噻吨酮；以及二苯酮和具有叔胺基的丙烯酸酯衍生物，并加入叔胺类。通常使用一种胺类化合物来降低氧聚合抑制作用或用来增加灵敏度。然而，当把胺类化合物与高酸值的化合物结合使用时，在高温的储存稳定性就会降低。这样，具体地说，就应避免在喷墨印刷中把胺类化合物与高酸值的化合物结合使用。

[0091]增效添加剂可被用来改善固化品质并减少氧抑制的影响。这类添加剂包括，但不限于可从AKZO NOBEL买到的ACTILANE^TM 800和ACTILANE^TM 725，可从UCB CHEMICALS买到的Ebecryl^TM P115和Ebecryl^TM 350以及可从CRAY VALLEY买到的CD 1012、CraynorCN386(胺改性的丙烯酸酯)和Craynor CN501(胺改性的乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)。

着色剂

[0092]在本发明喷墨印刷系统的一个优选的实施方案中，喷墨墨汁还进一步包含至少一种着色剂。着色剂可以是染料，但优选是颜料或它们的组合。有机和/或无机颜料二者都可以使用。

[0093]适宜用于本发明喷墨印刷系统中喷墨墨汁的颜料包括作为红色或品红颜料的下列颜料：颜料红3、5、19、22、31、38、43、48:1、48:2、48:3、48:4、48:5、49:1、53:1、57:1、57:2、58:4、63:1、81、81:1、81:2、81:3、81:4、88、104、108、112、122、123、144、146、149、166、168、169、170、177、178、179、184、185、208、216、226、257；颜料紫3、19、23、29、30、37、50和88；作为蓝色或蓝绿色颜料的下列颜料：颜料蓝1、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17:1、22、27、28、29、36和60；作为绿色颜料的：颜料绿7、26、36和50；作为黄色颜料的：颜料黄1、3、12、13、14、17、34、35、37、55、74、81、83、93、94、95、97、108、109、110、128、137、138、139、153、154、155、157、166、167、168、177、180、185和193；作为黑色颜料的：颜料黑7、28和26；作为白色颜料的：颜料白6、18和21。

[0094]在本发明喷墨印刷系统所用的喷墨墨汁中可以使用一种颜料或一种染料与一种或多种其它颜料和/或染料的组合。

[0095]虽然通常用碳黑作为黑色墨汁中的着色材料，但它呈现的高紫外吸收，会导致在用紫外线固化方法中灵敏度较低的问题。于是，使用复合颜色颜料而不是钛黑或碳黑的黑色墨汁，可被用来产生呈现出良好对紫外线透明的黑色图象。这样，这种黑色墨汁在喷墨印刷中可以相当有效地工作，用来改进在阴影区域内的内部硬化，在阴影区有大量带有复合颜色的墨汁特别是喷射在一个部位上。进一步，它也可以在双向印刷中有效地工作。

[0096]分散在喷墨墨汁中的颜料颗粒应具有小于10微米的颗粒大小，优选小于3微米，最优选小于1微米。颜料颗料的平均颗粒大小优选为0.05至0.5微米。通过控制颗粒大小，可以防止印刷头喷咀的堵塞，并能保持墨汁的储存稳定性、墨汁透明性和墨汁固化灵敏度。

树脂

[0097]用于本发明喷墨印刷系统中的喷墨墨汁，可进一步包含一种树脂，以使喷墨墨汁中着色剂能稳定分散。用于本发明中的树脂没有特别的限制，但优选下列树脂：石油类型树脂(例如苯乙烯型、丙烯酰基型、聚酯、聚氨基甲酸酯型、酚型、丁醛型、纤维素型和松脂型)；以及热塑型树脂(例如氯乙烯、醋酸乙烯基酯型)。这些树脂的具体实例包括丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、缩醛化和不完全皂化的聚乙烯基醇，以及醋酸乙烯基酯共聚物。商品树脂已知有以下列商品名称出售的：可从AVECIA购得的Solsperse^TM 32000和Solsperse^TM 39000，可从EFKA CHEMICALS BV购得的EFKA^TM 4046和可从BYK CHEMIE GMBH购得的Disperbyk^TM 168。

[0098]在喷墨墨汁中的树脂含量优选这样来控制，使得墨汁给出的粘度在100s^-1的剪切速率条件下小于100mPa·s，优选小于50mPa·s，更优选小于30mPa·s。

分散剂知表面活性剂

[0099]本发明喷墨印刷系统的目的优选通过选择或调节可固化的喷墨墨汁来实现。加入合适的表面活性剂或者是具有表面活性的化合物可用来降低喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d，从而使得所说的受墨物表面的分散表面能σ_S ^d对所说的喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值σ_S ^d/σ_L ^d变得大于0.9，更优选变得大于1.2。

[0100]一种氟化的或硅氧烷化合物可被用作表面活性剂，其潜在的缺点是在图像形成后的渗色，因为这种表面活性剂不能交联。这样，优选使用一种具有表面活性效果的可共聚单体，例如，硅氧烷改性的丙烯酸酯类，硅氧烷改性的甲基丙烯酸酯类，氟代的丙烯酸酯类以及氟代的甲基丙烯酸酯类。具体的实例已被公开于WO 9929787A(XAARTECHNOLOGY LTD)和WO 9929788A(XAAR TECHNOLOGYLTD)，在此引入作为参考。

[0101]用于本发明喷墨印刷系统喷墨墨汁中的表面活性剂的合适实例包括、但不限于：可从AKZO-NOBEL购得的ACTILANL^TM 800，可从DEGUSSA公司购得的Tego glide^TM 410，Tego glide^TM 435，Tegoglide^TM 440，Tego glide^TM 450，Tego flow^TM 300，Tego flow^TM 425，Tegoflow^TM ZFS460，Tego rad^TM 2100，Tego rad^TM 2200-N，Tego rad^TM 2600，Tego rad^TM 2700，Tego disperse^TM 610，Tego disperse^TM 710，Tego wet^TMZFS453和Tego wet^TM 250；可从DOW CORNING公司购得的Dowcorning 67^TM；可从INTERNATIONAL SPECIALTY PRODUCTS购得的Surfadone^TM 300；可从3M公司购得的FC-430^TM、FC-171^TM和FC-431^TM；可从BYK CHEMIE GMBH购得的BYK^TM 306，BYK^TM333，BYK^TM antiterra-u，Disperyk^TM 108和BYK^TM antiterra 204；  以及可从EFKA CHEMICALS公司购得的FEKA^TM 47和EFKA^TM 400。

有机溶剂

[0102]往用于本发明喷墨印刷系统喷墨墨汁中加入极小量有机溶剂可能是有益的，它可以在用紫外线固化以后改善受墨物表面的粘合性。在这种情况下，加入的溶剂可在某范围内的任意数量，该范围可保证不引起耐溶剂性和VOC问题，并优选在0.1至5.0％范围，特别优选0.1-3.0％。

[0103]合适的有机溶剂包括醇类、芳烃类、酮类、酯类、脂肪烃类、较高级脂肪酸类、卡必醇类、溶纤剂类、较高级脂肪酸酯类。合适的醇类包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。合适的芳烃类包括甲苯和二甲苯。合适的酮类包括甲乙酮和甲基异丁基酮。

喷墨墨汁的制备

[0104]用于喷墨墨汁中的着色剂分散体可以通过混合、粉碎和分散至少一种着色剂和至少一种树脂来制备。混合设备包括加压捏合机、敞口捏合机、行星式搅拌器、溶解器、以及一台Dalton Universal混合器。列出作为粉碎和分散的设备有胶体磨、高速分散器、双辊混合器、珠磨机、油漆调节器和三重辊压机。

[0105]在混合、研磨和分散过程中，每种工艺均在冷却条件下实施以防止热量的积累，并尽可能在光照条件下实施，但所用光线中的紫外光应基本上被排除掉。

[0106]最好是这种喷墨墨汁的粘度低于100mPa·s，更优选粘度低于50mPa·s，最优选粘度低于30mPa·s粘度在100s^-1的剪切速率条件下测定。

工业应用

[0107]本发明的方法可以，例如，在平面上应用于比较传统的喷墨印刷中，诸如聚合物载体上的广告印刷，但也可以用于新出现的应用诸如装饰印刷(例如墙纸、帘、和地板覆盖物)，在不平常客体(例如滑雪橇和移动电话盖)上的印刷以及证件印刷(例如护照和身份证)等方面。

[0108]本发明将借助下面的实施例详尽说明。在这些实施例中给出的百分数和比值除非特别指明都是按重量计的。

实施例

测量方法

1.液体的表面能σ_L

[0109]悬滴法是在25℃用一台FTA400，用19或20不锈钢计量器从开始的10埃测定的。用视频照相机放大时像素尺度用由前10埃检定的1524.5微米标准来校正。在这一绝对校正以后，校正值可用对水的测量来证实。为完成计算需要的墨汁密度值可通过在Mettler AT200上称量10毫升墨汁测定到0.001克/厘米³的准确度来测定。表面能σ_L值可由液滴的尺寸和形状、用基于液滴被重力影响的Young-Laplace形状的Bashford·Adams方法获得。

2.液体的表面能σ _L ^d

[0110]所有用于实施例中的喷墨墨汁都具有在己烷中按重量计大于0.1％的溶解度。如上所述的Owens-Wendt方法被用来测定接触角，再由接触角用上述Fowkes方程(方程式4或5)中的一个方程来计算液体、即喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d。PTFE的分散表面能σ_S ^d是用Owens-Wendt方法和Owens-Wendt方程一起来测定的，其值为22.0mJ/m²。

3.固体的分散表面能和极性表面能

[0111]通过基于表1的参比液体的线性回归，Owens-Wendt方程被用来计算分散表面能σ_S ^d和极性表面能σ_S ^p。表面能σ_S是通过把计算的分散表面能σ_S ^d和极性表面能σ_S ^p加在一起而获得的。

4.静态最大前进接触角和最小后退接触角的测量

[0112]静态最大前进接触角和最小后退接触角是用一种起源于机构内部的内在装置，基于斜板方法来测量的。30微升液滴被沉积在水平的PTFE表面上，然后把PTFE表面慢慢倾斜直到最大倾斜角达到85度。当倾斜度增加时重力促使液滴愈来愈凸向一边，从而创造出更大的接触角，即静态前进接触角，以及更小的接触角，即静态后退接触角。这一过程用视频照相机连续监测，每倾斜0.5度倾斜角记录下1帧图像。在某个确定的倾斜角度液滴流走。就在液滴流走之前由最后一帧图像测定出静态最大前进接触角和最小后退接触角。

5.光密度

[0113]光密度是用可见滤光片、用一台MacBeth TR 1224型光密度计测量的

6.点尺寸

[0114]点尺寸是用类似于从ImageXpert买到的KDY装置，但是使用购自MEDIA CYBERNETICS的Image·Pro图像分析软件来测定的。点尺寸的测量是通过测量单一点的直径来完成的。而不顾及任何附属点，后者是由其它喷墨墨汁液滴产生的重叠点，或者是同一滴喷墨墨汁液滴的一部份所产生的。

7.扩散因子

[0115]扩散因子是用来量度被墨汁充分复盖面积内的填充效率的。这种测量涉及借助喷墨印刷头以一定液滴速度在受墨物表面上液滴的淀积，并测定冲击1秒钟后点迹的直径除以冲击前液滴直径所得比值。扩散因子至少2.0代表良好的扩散。

8.速度

[0116]喷墨墨汁的速度是用购自TA仪器厂的AR 1000-N型流变仪测量的，在25℃、剪切速率100秒^-1条件下用平板和锥形几何形状(直径6厘米；锥角2°)。

9.液滴速度

[0117]一种频闪方法被用来测定液滴速度，它是基于印刷头触发频率和具有相同频率但是相对于印刷头触发频率有一定滞后的功率-LED照明。CCD照相机被用来照相，由此可测定两个不同滞后条件下液滴的位置，并计算出它的速度，如下面方程式(6)所示例说明的那样：

[0118]

(方程式6)

材料

[0119]除非特别说明，所有在下面实施例中所用的材料都可以容易地从Aldrich Chemical Co.(比利时)买到。用于实施例中的“水”是指软化水。

[0120]使用了以下材料：

底物

PET是聚对苯二甲酸乙二醇酯。未涂胶的PET底物、其背面有一层具有抗静电性质的防粘连层，可从AGFA-GEVAERT以商品名称P125C PLAIN/ABAS买到。

Teich 74，一种涂布着带有颜料的天然漆581-75-700005的硬铝箔，可从奥地利的TEICH A.G买到。

Teich 75，一种涂布着带有颜料的天然漆581-75-700005的软铝箔，可从奥地利的TEICH A.G买到。

PE Telcon^TM，一种共挤压的LMDPE/粘接层/EVOH/粘接层/LMDPE受墨物，可从Telcon Packaging Ltd.买到。

填料

Kieselsol^TM 100F-30，一种购自BAYER的SiO₂在水中的30％的分散体。

Kieselsol^TM 300，一种购自BAYER的SiO₂在水中的36％分散体。

Sunsphere^TM H51，一种购自DOKAI CHEMICAL INDUSTRIES的无定形硅胶。

表面活性剂

Mersolat^TM H，一种购自BAYER的二级烷磺酸盐的混合物。

Mersolat^TM H76，购自BAYER的Mersolat H的76％水溶液浆状物。

Hostapon^TM T粉，购自CLARIANT的一种阴离子分散剂。

Hordamer^TM PEO2，购自CLARIANT的一种聚乙烯和一种阴离子乳化剂的分散体。

Ultravon^TM W三倍浓缩液，一种购自CIBA-GEIGY的表面活性剂。

Akopan^TM T浆状物8015，购自CLARIANT Benelux NV。

Arkopan^TM N060，一种购自CLARIANT的壬基酚乙氧化物类型的表面活性剂。

Zonyl^TM FSO 100，一种购自杜邦公司的氟代表面活性剂。

聚合物

Orgacon EL^TM，聚乙烯二羟基噻吩(一种导电聚合物)的1.2重量％水溶液分散体，购自AGFA·GEVAERT。

Kelzan^TM S，购自CP KELCO的一种黄原酸胶。

实施例1

[0121]在这一实施例中，通过如下所述方法在100微米厚的PET上涂布一层底物来制备不同的受墨物表面。

[0122] 受墨物表面REC-1：

通过混合下列物质来制备涂布溶液：54.85毫升42.75％的基于1，1-二氯乙烯-丙烯酸甲酯-衣康酸-丙烯酸乙酯共聚物的胶乳(CAS 29757-50-4)，17.3毫升Kieselsol^TM 100F-30，7.2毫升Mersolat^TM H76溶液(3.69％在水中)和5.9毫升5％Hostapan^TM T在水中的溶液。然后把这涂布溶液通过气刀涂布法施敷到单轴定向聚合的PET(140m²/L)上，在空气温度150℃的条件下干燥，并在横向拉伸(因数3.6)以提供受墨物表面REC-1。

[0123] 受墨物表面REC-2：

通过混合下列物质来制备涂布溶液：246毫升基于88重量％1，1-二氯乙烯、10重量％丙烯酸甲酯、2重量衣康酸共聚物的32％胶乳、48毫升Kieselsol^TM 100F-30、0.37克Mersolat^TM H76和1.74克Ultravon^TM W三倍浓缩液。然后用水将这溶液稀释到1立升。再把这稀释过的溶液经气刀涂布法施敷到单轴定向聚合的PET(130m²/L)上，在空气温度150℃的条件下干燥，并在横向拉伸(因数3.6)以提供受墨物表面REC-2。

[0124] 受墨物表面REC-3

通过混合下列物质来制备涂布溶液：23.6毫升Orgacon EL^TM、189毫升基于88重量％1，1-二氯乙烯、10重量％甲基丙烯酸甲酯、2重量％衣康酸的共聚物的30％胶乳、9.5克山梨糖醇、48.3克Mersolat^TMH76。然后把这溶液用水稀释到1立升。再把经稀释的涂布溶液经气刀涂布法施敷到单轴定向聚合的PET上(130m²/L)，在150℃的空气温度下干燥并在横向拉伸(因数3.6)以提供受墨物表面REC-3。

[0125] 受墨物表面REC-4：

通过混合下列物质来制备涂布溶液：5.7克DGF STOESS明胶溶解在961毫升水中、14.2毫升Kieselso^TM 300、0.1克Arkopan^TM T浆料8015和0.2克Arkopal^TM N060。然后把这涂布溶液用喷射涂布法施敷到受墨物表面REC-2上(30m²/L)，并在150℃干燥，以提供受墨物表面REC-4。

[0126]受墨物表面REC-5：

在反应器中，在245℃和氮气保护下、反应器中已含200摩尔乙二醇、0.04摩尔醋酸锌作为催化剂、0.01摩尔1.3苯二羧酸5，5’[(1.4-二氧化-1，4-丁二基)二亚胺基]双-四甲酯作为支化剂的条件下，使53摩尔邻苯二甲酸二甲酯、40摩尔间苯二甲酸二甲酯、5.6摩尔二甲基-(5)-间苯二甲酸钠盐进行反应以合成非线型的聚酯PPSMAD，其比浓对数粘度为0.25dL/g(用ASTM的试验程序D2857来测定)。通过混合1.1毫升Hordamer^TM PEO2、56.4毫升25％共聚合物PPSMAD的分散体并加水到1000毫升来制备涂布溶液。然后把这涂布溶液经气刀涂布法施敷到单轴定向聚合的PET上(100m²/L)，在150℃空气温度下干燥并在横向拉伸(因数3.6)以提供受墨物表面REC-5。

[0127] 受墨物表面REC-6：

通过溶解0.3克Kelzan^TM S在777毫升水中，然后加入30克OraconEL^TM以及0.6克Kieselsol^TM 100F、132毫升22％聚甲基丙烯酸甲酯胶乳、0.63克Zonyl^TM FSO 100和0.9克Sunsphere^TM H51来制备涂布溶液。然后通过喷射涂布法将此涂布溶液施敷到受墨物表面REC-2上(30m²/L)并在150℃干燥以提供受墨物表面REC-6。

[0128]受墨物表面REC-1至REC-6用从AVECIA(联合王国)买来的AVECIA PRO·JET ULTRA TIA-CMYK喷墨墨汁系列中的品红墨汁打印在DOTRIX THE FACTORY上。测定墨汁的表面能以及分散表面能和极性表面能各自的贡献。用上述悬滴法测出品红墨汁的表面能σ_L为31.2mJ/m²。用上述实验程序使用Owens-Wendt方法，用标准的聚四氟乙烯板以及Fowkes方程式(5)测得分散表面能σ_L ^d值为29.5mJ/m²(因为σ_L-σ_L ^d＞0.2mJ/m²)，而极性表面能σ_L ^p为1.7mJ/m²。

[0129]印刷好的试样用购自PRINT(ONCEPT(德国)公司的248W/cm紫外线汞灯，在含有7％残留O₂的氮气氛下，以2.6W/cm²的功率电平和24m/min的固化速度进行固化。

[0130]                            表2

试样	受墨物表面	光点尺寸(微米)	光密度	分散表面能σS d(mJ/m2)	比值σS d/σL d
						INV-1	REC-1	89	0.88	31.1	1.1
COMP-1	REC-2	35	0.57	27.5	0.9
						COMP-2	REC-3	33	0.54	25.0	0.8
COMP-3	REC-4	34	0.60	26.5	0.9
						COMP-4	REC-5	37	0.60	27.1	0.9
COMP-5	REC-6	30	0.48	25.2	0.9

[0131]在表2中的上述结果表明，所有比较试样COMP-1至COMP-5的点尺寸和光密度都远远小于本发明的试样JNV-1。在本发明试样INV-1的情况下，比值σ_S ^d/σ_L ^d、即受墨物表面的表面能σ_S ^d对墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值，大于0.9。

实施例2

[0132]在这一实施例中，30pL三种不同墨汁的液滴借助SpectraSL-128打印头，以2m/s的液滴速度被喷射到四种不同的受墨物表面上。

[0133]所用的四种不同受墨物表面是：

·REC-7＝100微米厚未上胶的PET

·REC-8＝REC-7上提供一层下述的涂胶层

·REC-9＝Teich 74

·REC-10＝Teich 75

[0134]通过混合下述物质来制备涂布溶液：696毫升水，246毫升30％基于1，1-二氯乙烯-丙烯酸甲酯-衣康酸共聚物的胶乳，48毫升Kieselsol^TM 100F-30，10毫升4.85％Mersolat^TM H在水中的溶液。这种涂布溶液在25℃的粘度为1.2mPa·s。然后通过把这种涂布溶液涂敷在REC-7上(140m²/L)来制备REC-8受墨物表面，在150℃空气温度下干燥并在横向拉伸(因数3.6)。

[0135]这四种受墨物表面的性质被列在表3中。分散表面能σ_S ^d和极性表面能σ_S ^p的加合就等于受墨物表面的表面能σ_S。

                        表3

受墨物表面	σS p(mJ/m2)	σS d(mJ/m2)	σS(mJ/m2)
				REC-7	10.2	34.5	44.7
REC-8	43.1	25.5	68.6
				REC-9	4.4	29.4	33.8
REC-10	2.9	32.8	35.7

[0136]所用的三种不同墨汁是：

·INK-1＝喷墨墨汁U 3397，一种典型墨汁，在50℃时的粘度为10-12mPa·s，表面能σ_L29.5mJ/m²，可从SUN CHEMICALS(联合王国)买到，其中含有丙氧基化的新戊二醇二丙烯酸酯作为可用紫外线固化的单体、氟化表面活性剂、酞菁铜作为颜料、并含有膦氧化物型的光引发剂。

·INK-2＝喷墨墨汁U3398，一种典型墨汁，在50℃时的粘度为10-12mPa·s，表面能σ_L23.7mJ/m²，可从SUN CHEMICALS(联合王国)买到，其中含有丙氧化的新戊二醇二丙烯酸酯作为可用紫外线固化的单体、聚硅氧烷表面活性剂、酞菁铜作为颜料、并含有磷氧化物型的光引发剂。

·INK-3＝喷墨墨汁U 2968，一种典型墨汁，在50℃时的粘度为10-12mPa·s，表面能σ_L33.2mJ/m²，可从SUN CHEMICALS(联合王国)买到，其中只含可用紫外线固化的单体丙氮化的新戊二醇二丙烯酸酯。

[0137]上述三种墨汁的性质列于表4中。其中分散表面能σ_L ^d和极性表面能σ_L ^p的加合即墨汁的表面能σ_L。

                    表4

墨汁	σL p(mJ/m2)	σL d(mJ/m2)	σL(mJ/m2)
				INK-1	3.7	25.8	29.5
INK-2	3.8	19.9	23.7
				INK-3	0.2	33.0	33.2

[0138]把30PL三种不同墨汁INK-1至INK-3的液滴借助架设在一台喷墨试验打印机上的Spectra SL-128型印刷头以2米/秒的液滴速度喷射到4种受墨物表面REC-1至REC-4上。然后测定扩散因子。对于被墨汁所覆盖的面积的有效填充，扩散因子应至少大于2.0。试验结果列于表5中。

[0139]                    表5

试样	受墨物表面	墨汁	扩散因子	比值σS d/σL d
					INV-2	REC-7	INK-1	3.5	1.3
INV-3	REC-8	INK-1	2.1	1.0
					INV-4	REC-9	INK-1	2.6	1.1
INV-5	REC-10	INK-1	3.5	1.3
					INV-6	REC-17	INK-2	5.0	1.7
INV-7	REC-8	INK-2	2.4	1.3
					INV-8	REC-9	INK-2	2.6	1.5
INV-9	REC-10	INK-2	5.0	1.6
					INV-10	REC-7	INK-3	3.1	1.0
COMP-6	REC-8	INK-3	1.9	0.8
					COMP-7	REC-9	INK-3	1.8	0.9
INV-11	REC-10	INK-3	3.1	1.0

[0140]表5中所示结果表明，比较试样COMP-6和COMP-7呈现出小于2.0的扩散因子，而本发明的试样INV-2至INV-11的扩散因子全部大于2.0。受墨物表面的表面能σ_S ^d对墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值σ_S ^d/σ_L ^d值对所有本发明试样INV-2至INV-11都大于0.9，但比较试样COMP-6和COMP-7的这一比值σ_S ^d/σ_L ^d值为≤0.9。

实施例3

[0141]在本实施例中，研究了对PE Telcon^TM作表面处理后对可被紫外线固化的墨汁的扩散因子的影响。这种表面处理包括300J/m²的电晕处理。

[0142]经过处理和未经处理的受墨物表面的性质列于表6中。其中分散表面能σ_S ^d和极性表面能σ_S ^p的加合即表面能σ_S。

[0143]                   表6

受墨物表面	电晕处理	σS p(mJ/m2)	σS d(mJ/m2)	σS(mJ/m2)
					REC-1	未	1.8	27.5	29.3
REC-2	有	13.0	30.1	43.1

[0144]经涂布的试样用实施例1中的品红墨汁，即购自AVECIA(联合王国)AVECIA PRO-JET ULTRA TIA-CMYK喷墨墨汁系列中的品红墨汁，打印在DOTRIX THE FACTORY上。

[0145]打印试样用购自PRINT CONCEPT(德国)的248W/cm紫外汞灯，在残留7％O₂的氮气氛下，以2.6W/cm²的功率电平和24m/min的固化速度进行固化。

[0146]然后测定扩散因子。对于被墨汁所覆盖的面积，有效填充的扩散因子应该至少大于2.0。试验结果列于表7中。

[0147]                     表7

试样	受墨物表面	比值σS d/σL d	扩散因子
				COMP-8	REC-1	0.9	1.6
INV-12	REC-2	1.0	3.4

[0148]上面表7中的结果表明，比较试样COMP-8的扩散因子小于2.0。电晕处理这样修整受墨物表面，使得所说的受墨物表面的分散表面能σ_S ^d对所说的喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d的比值，对于本发明试样INV-12变得大于0.9，观察到的扩散因子为3.4。

[0149]在详尽描述了本发明优选的实施方案后，很显然本领域中的技术人员可以作出一些修饰而无需偏离本发明的范围，后者被下面的权利要求所定义。

Claims (16)

1.一种喷墨印刷系统，包括至少一种具有分散表面能σ_L ^d的喷墨墨汁和把所说喷墨墨汁喷射到基本上非吸收性的喷墨受墨物表面上的装置，该受墨物具有分散表面能σ_S ^d，其特征为σ_S ^d/σ_L ^d的比值大于0.9。

2.权利要求1的喷墨印刷系统，其中比值σ_S ^d /σ_L ^d大于1.2。

3.权利要求1或2的喷墨印刷系统，其中所说受墨体表面的分散表面能σ_S ^d至少为30.0mJ/m²。

4.权利要求1或2中任意一项的喷墨印刷系统，其中所说喷墨墨汁的分散表面能σ_L ^d至多为30.0mJ/m²。

5.权利要求1至4中任意一项的喷墨印刷系统，其中所说喷墨受墨物的表面生产率在至少180dpi的分辨率条件下至少为50米²每小时。

6.权利要求1至5中任意一项的喷墨印刷系统，其中印刷是在单程操作中完成的。

7.权利要求1至6中任意一项的喷墨印刷系统，其中所说的喷墨墨汁是可被紫外线固化的喷墨墨汁。

8.权利要求1至7中任意一项的喷墨印刷系统，其中所说的喷墨墨汁当被印刷到所说基本上非吸收性的喷墨受墨物的表面上时，具有大于2.0的扩散因子。

9.一种喷墨印刷方法，包括以下步骤：

(1)把分散表面能为σ_L ^d的至少一种喷墨墨汁，喷射到分散表面能为σ_S ^d、基本上非吸收性的喷墨受墨物的表面上，并且

(2)固化所说的喷墨墨汁，

其特征为σ_S ^d/σ_L ^d的比值大于0.9。

10.权利要求9的喷墨印刷方法，其中所说的σ_S ^d/σ_L ^d的比值大于1.2。

11.权利要求9或10的喷墨印刷方法，其中所说基本上非吸收性的喷墨墨汗的受体表面的分散表面能σ_S ^d值至少为30.0mJ/m²。

12.权利要求9至10中任何一项中的喷墨印刷方法，其中所说喷墨墨汁的所说分散表面能σ_L ^d值至多为30.0mJ/m²。

13.权利要求9至12中任何一项中的喷墨印刷方法，其中所说喷墨墨汁的受墨物的生产率在至少180dpi的分辨条件下至少为50米²每小时。

14.权利要求9至13中任何一项中的喷墨印刷方法，其中印刷是在一次单程操作中完成的。

15.权利要求9至14中任何一项中的喷墨印刷方法，其中所说的喷墨墨汁是一种可用紫外线固化的喷墨墨汁。

16.权利要求9至15中任何一项中的喷墨印刷方法，其中所说喷墨墨汁当被印刷到所说基本上非吸收性的喷墨受墨物的表面时具有大于2.0的扩散因子。

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