CN1730573A - 用于喷墨打印的墨水组合物以及增加墨水耐磨性的喷墨打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于喷墨打印的墨水组合物，至少包含：着色剂；水溶液介质；以及非离子型表面活性剂，其HLB值≤10.6。与添加HLB值＞10.6的非离子型表面活性剂的传统墨水相比，本发明的墨水组合物可改善耐磨性，进而增进喷墨打印品质。

Description

用于喷墨打印的墨水组合物以及增加墨水耐磨性的喷墨打 印方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨打印方法，特别是涉及一种利用添加HLB值≤10.6的非离子型表面活性剂以增加墨水耐磨性的喷墨打印方法。

背景技术

喷墨打印技术已发展多年，此类打印机产品的优点主要为价格低、噪音低，且可提供不错的全色系打印品质，并可使用一般纸张、特殊打印专用纸及专用投影片等不同的载体。

一个优良的喷墨墨匣，必须具备当墨匣喷墨时，墨水不但不发生喷墨口阻塞现象，而且此喷墨墨水匣至少可以成功喷墨一千万次以上。以黑色墨水匣为例，除了制备良好的墨水外，墨水与载体接触后的表现也十分关键，特别是墨水喷墨于纸上的表现，也就是喷墨后不会发生羽化(feathering)和晕开(bleeding)现象，更进一步还必须耐磨(smear-resistant)和防水(water-resistant)。一般而言，只有少数的墨水可以同时兼顾所有性质，通常的墨水只具有其中几项特殊性质，例如某一黑色颜料型墨水，其具有高光学密度(OD)，但在纸上的耐磨性却有待加强。而另一黑色染料型墨水具有较佳的耐磨性，但其光学密度(OD)却又偏低。

喷墨打印技术中所使用的墨水可分为染料型墨水与颜料型墨水，其系依据墨水中的着色剂(colorant)成分的不同而分类。着色剂关系到墨水所呈现的色系，其中，染料易溶于水，呈现出较鲜艳的色彩，但通常缺乏良好的抗光性；再者，因其具有较佳的水溶性而无法拥有良好的防水性，因此导致喷墨打印的影像接触水分时，将使染料再一次溶解，从而影响打印效果。颜料虽然拥有较佳的防水性及抗光性，但却必须配合适当的分散剂(dispersant)与附着剂，再加上颜料具有较大的颗粒尺寸，故更易发生沉淀与凝集，降低墨水耐磨能力，影响打印品质。这主要是由于颜料粒子的颗粒非常细微的缘故，因而其表面能亦大，处于不稳定状态，易发生凝集现象。为了使这类凝集体分散更均匀，有必要减小颜料粒子的凝集力，增加其分散性，故通常会利用表面活性剂、树脂、胺等试剂，作为颜料的表面处理，从而达到分散稳定。

使颜料粒子均匀分散的原理有两种，第一种是利用电荷排斥效应(electrical repulsion)，又称为D.L.V.O.理论(D.L.V.O.theory)，利用颜料的表面存在着电荷，使颗粒间位势对抗而产生能量阻隔。第二种是利用位阻效应(steric hindrance)，将某些化合物与颜料作用，使颜料表面存在大的官能基团，因结构关系产生位阻，从而避免颜料之间的结块与凝集。

表面活性剂一般分为阳离子型、  阴离子型、非离子型及两性离子型，其中非离子型表面活性剂是由极性强、弱基团构成亲水及疏水的两端，达到界面互溶的效果，也以亲水、疏水的比例称为HLB值(亲水亲油平衡值)，又因学术争议，导致HLB值的计算公式无法一致，但常用以下公式计算：

{(亲水性结构分子量)/(总分子量)}×20

表面活性剂的HLB值范围在0～20之间，HLB值高者，代表其亲水性较强，反之HLB值低者亲水性较弱。而在墨水中加入表面活性剂，在于控制墨水配方中水油两相的互溶性，并进而调整墨水的表面张力。

美国专利申请第09/120,046中公开，利用添加乳胶聚合物(latex polymer)的方式来改善墨水的耐磨性。然而，添加乳胶聚合物的墨水并不容易打印。美国专利第6,177,498 B1中公开，除了添加乳胶聚合物之外，再添加两种共溶剂：3-已炔-2，5-二醇(3-hexyne-2，5-diol)和1，2-辛二醇(1，2-octanediol)的方式，则可改善打印性质。

已知技术中并没有研究表面活性剂对于墨水的耐磨性的影响。

发明内容

本发明首次发现表面活性剂对于墨水的耐磨性的影响。利用表面活性剂亲水及疏水的特性，作为喷墨墨水的表面处理，从而达到分散稳定，进而改善喷墨墨水的耐磨性，提高喷墨打印品质。

本发明提供一种用于喷墨打印的墨水组合物，至少包含：着色剂；水溶液介质；以及非离子型表面活性剂，其HLB值≤10.6。

本发明亦提供一种增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其包括以下步骤：提供墨水组合物，该墨水组合物至少包含：着色剂；水溶液介质；以及非离子型表面活性剂，其HLB值≤10.6。接着，喷出该墨水组合物于记录载体上。

在墨水中其它成分相同的条件下(亦即使用相同着色剂和相同的其它添加剂)，本发明墨水组合物(使用HLB值≤10.6的非离子型表面活性剂)的耐磨性比传统墨水组合物(使用HLB值＞10.6的非离子型表面活性剂)的耐磨性好。

具体实施方式

本发明的喷墨墨水组合物主要用以改善喷墨墨水的耐磨性，进而增进喷墨打印品质。本发明的墨水组合物至少包含着色剂，水溶液介质，以及非离子型表面活性剂。本发明的重点为，所使用的非离子型表面活性剂的HLB值≤10.6，优选HLB值为4至10.6之间。

本发明的喷墨墨水组合物中，着色剂的重量百分比浓度可为1％～15％，优选1％～8％。本发明喷墨墨水组合物中的着色剂，可为染料或颜料。颜料的明暗与其粒径大小有关，当粒子很细时，吸收的光越多，其黑度增加；当粒子较粗时，反射光多，其黑度减少。应用于打印机中，由于喷墨喷嘴口口径大小的限制(20～50μm)，其颜料颗粒大小必须在1μm以下，若使用粒子较小的颜料应用于墨水中，当墨水喷墨于纸张上，常会因粒子太小，易渗入纸张纤维中，反而造成黑度降低。

适用于本发明的颜料，可为AcryJet Series(来自Rohm&Haas)，Cab-O-Jet series(来自Cabot)，BonJet CWseries(来自Orient)，MicroPigmo series(来自Orient)，Hostafineseries(来自Clariant)。适用于本发明的染料，可为Duasyn SFSeries(来自Clariant GmbH)、Dusayn MB-01 liquid LP2598(来自Clariant)、Dusayn MB-01 liquid LP2599(来自Clariant)、ProJet Series(来自Avecia)、Bayscipt Series(来自Bayer AG)、Special Turquoise Blue AE liquid(来自Bayer)、Special BrilliantSeries(来自Bayer)、Special yellow N-S AY-9(来自Bayer)、Experimental PC Series(来自Bayer)、Access Series、PalmerSeries、Liquitant Series(来自Milliken Chemical)、Y1189、Y104、Y178、M377、M1114(来自Ilford)、Water Color Series(来自Orient)、Basacid Series(来自BASF)、Basonyl Series(来自BASF)等。

本发明的墨水组合物中，HLB值≤10.6的非离子型表面活性剂的重量百分比浓度可为0.001％～10％，优选0.001％～3.5％。墨水中的表面活性剂，将影响墨水的黏度及表面张力，并可调整墨水的分散性和渗透性。当墨水添加了适当浓度的表面活性剂后，可因适当的黏度而使供墨及喷墨顺利。适用于本发明的非离子型的表面活性剂的具体例子包括Surfynol 104、Surfynol400 Series(Air Products)、Tergitol 15-S-n Series、Tergitol TMN-Series、Tergitol X-Series(UCC)、Honon TX-n Series、HOLOFSeries(HOCLEAN)、TRE Series、ENHOL NP Series、ENHOL BPESeries、ENHOL LE Series、ENHOL TAE Series、ENHOL TMESeries(En Hou)、SINOPOL Series、SINCOL Series、SINOMALSeries、SINONOX Series、(中日化学)、ABLUNOL Series(台界化学)等。

本发明在添加了HLB≤10.6的非离子型表面活性剂之后，墨水组合物的表面张力可为25～45dyne/cm之间，优选为30～40dyne/cm之间。

本发明的喷墨墨水组合物中，水溶液介质的重量百分比浓度可为80％～98％，优选90％～95％。水溶液介质中除了水以外，可包含至少一种添加剂，例如有机溶剂、乳化剂、保湿剂、分散剂、粘合剂(adhesive agent)、酸碱缓冲剂、螯合剂、杀菌剂、防腐剂、或其组合。

适用于本发明的有机溶剂可为环己烷、甲醇、乙醇、乙二醇、二甘醇(diethylene glycol)、三甘醇(triethylene glycol)、聚乙二醇(polyethylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)、丁二醇(butylenes glycol)、戊二醇(pentylene glycol)或己二醇(hexylene glycol)或多元醇等。

适用的乳化剂可为A-102(来自CYTEC)，LF-4(来自CYTEC)，1，3-BG(来自KYOWA)，OG(来自KYOWA)，BEPG(来自KYOWA)，PD-9(来自KYOWA)，EP-810(来自AIRPRODUCT)，AQUAROME AGENT 44(来自The IndependentFragrance)，2-丙醇(2-propanol)、二-1，2-丙二醇(di-1，2-propyleneglycol)、2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone)、2，4，7，9-四甲基-5-壬炔-4，7-二醇(2，4，7，9-tetramethyl-5-decyne-4，7-diol)、1，1，1-三甲基醇丙烷(1，1，1-trimethylolpropane)等。

适用于本发明的保湿剂、分散剂和粘合剂，可为CT-141(来自AIR PRODUCT)、CT-151(来自AIR PRODUCT)、OT-75(来自CYTEC)、GPG(来自CYTEC)、OT-70PG(来自CYTEC)、聚乙二醇(polyethandiol)、聚丙二醇(polypropandiol)、环氧乙烷/环氧丙烷共聚合物(EO/PO copolymer)、环氧丁烷/环氧乙烷共聚合物(BO/EO copolymer)、琥珀酸二辛基磺酸钠(sodium dioctylsulfosuccinate)、乙二醇的烯化氧加合物(alkylene oxide adductof acetylene glycol)、聚丁基树脂(polybutyl resin)、纤维素衍生物(cellulose derivative)、苯乙烯/丙烯的共聚树脂(styrene/acrylic copolymer resin)、马来酸/苯乙烯的共聚物(maleic acid/styrene copolymer)或一种同时含有亲水性链段(hydrophilic segment)与亲油性链段(hydrophobic segment)的聚合物等。

适用于本发明的酸碱缓冲剂可为二羟乙基胺(diethanolamine)，三(羟乙基)胺(triethanolamine)，碱金属类氢氧化物(hydroxides of alkali metals)[如氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾]，氢氧化铵，碱金属类碳酸化合物(carbonates of alkalimetals)[如碳酸锂、碳酸钠和碳酸钾]。

适用于本发明的螯合剂可为乙二胺四乙酸钠(sodiumethylenediaminetetraacetate)、次氮基三乙酸三钠(trisodiumnitrilotriacetate)、羟乙基乙二胺乙酸三钠(hydroxyethylethylenediamine trisodium acetate)、二亚乙基三氨乙酸五钠(diethylenetriamino pentasodium acetate)和2-氨基丙二酰脲乙酸二钠(uramil disodium acetate)。

本发明的墨水组合物中还可添加杀菌剂，以抑制细菌在墨水中滋长，亦可添加其它具抗光性与耐候性等的相关添加剂。

以下通过几个实施例以更进一步说明本发明的方法、特征及优点，但并非用来限制本发明的范围，本发明的范围应以所附的权利要求书为准。

实施例

[实施例一]

依照表一的成分配制实施例一的黑色颜料型墨水组合物1A～1J。墨水1A～1J系使用不同种类的非离子型表面活性剂(具有不同的HLB值)，但所有墨水的表面张力皆为30dyne/cm。

然后，测试墨水的耐磨性(smear)。测试方法为，使用市售专用喷墨打印机(HP DeskJet 990C)，将上述墨水喷墨打印在Paperon paper 70gsm及TRANSMATE paper 70gsm两种规格的纸上，得到黑色图稿。接着，以市售的荧光笔(Pentel S512)划过黑色图稿，测试其所带出的黑色颜料多寡，用以判定其黑色图稿的耐磨性，测试结果示于表二。

耐磨性(Smear)的判断标准：

(1)○：表划过的荧光线上几乎无黑色颜料。

(2)△：表划过的荧光线上略带黑色颜料。

(3)×：表划过的荧光线上带很多黑色颜料。

表一、实施例一的黑色颜料型墨水

成分	化合物名称	添加浓度(％)
			颜料	BonJet CW-2(Orient)	4.0
保湿剂	1，5-戊二醇(1，5-Pentanediol Glycol，Adrich)	10.0
			有机溶剂	N-甲基-吡咯烷酮(N-methyl-pyrrolidone，Adrich)	5
高分子有机溶剂	聚乙二醇200(Polyethylene Glycol 200，Adrich)	5
			表面活性剂	如下	0.5
杀菌剂	Mergal K7(Clariant)	0.5
			溶剂	去离子水	75.0

表二

墨水代号	表面活性剂			耐磨性
						种类	制造商	HLB值	在Paperonpaper上	在TRANSMATEpaper上
	1A	Surfynol 420	Air Products	4	○						○
1B						Surfynol 104E	Air Products	4	○	○
	1C	Surfynol 440	Air Products	8	○						○
1D						TX-3	HOCLEAN	8.1	○	○
	1E	Tergitol 15-S-3	UCC	8.3	○						○
1F						Tergitol 15-S-5	UCC	10.6	△	△
	1G	TX-6	HOCLEAN	11.7	×						×
1H						Tergitol 15-S-7	UCC	12.4	×	×
	1I	Surfynol 465	Air Products	13	×						×
1J						Surfynol 485W	Air Products	17	×	×

墨水1A～1J的表面张力为30dyne/cm

[实施例二]

按照表三的成分配制实施例二的黑色染料型墨水组合物2A～2J。墨水2A～2J系使用不同种类的非离子型表面活性剂(具有不同HLB值)，但所有墨水的表面张力皆为30dyne/cm。

表三、实施例二的黑色染料型墨水

成分	化合物名称	添加浓度(％)
			颜料	Pro-Jet Fast black 2CF2 liquid(Avecia)	4.0
保湿剂	1，5-戊二醇(Adrich)	10.0
			有机溶剂	N-甲基-吡咯烷酮(Adrich)	5
高分子有机溶剂	聚乙二醇200(Adrich)	5
			表面活性剂	如下表	0.5
杀菌剂	Mergal K7(Clariant)	0.5
			溶剂	去离子水	75.0

表四

墨水代号	表面活性剂			耐磨性
						种类	制造商	HLB值	在Paperonpaper上	在TRANSMATEpaper上
	2A	Surfynol 420	Air Products	4	○						○
2B						Surfynol 104E	Air Products	4	○	○
	2C	Surfynol 440	Air Products	8	○						○
2D						TX-3	HOCLEAN	8.1	○	○
	2E	Tergitol 15-S-3	UCC	8.3	○						○
2F						Tergitol 15-S-5	UCC	10.6	△	△
	2G	TX-6	HOCLEAN	11.7	×						×
2H						Tergitol 15-S-7	UCC	12.4	×	×
	2I	Surfynol 465	Air Products	13	×						×
2J						Surfynol 485W	Air Products	17	×	×

墨水2A～2J的表面张力为30dyne/cm

然后，测试墨水的耐磨性(smear)。测试方法为，使用市售专用喷墨打印机(HP DeskJet 990C)，将上述墨水喷墨打印在Paperon paper 70gsm及TRANSMATE paper 70gsm两种规格纸上，得到黑色图稿。接着，以市售的荧光笔(Pentel S512)划过黑色图稿，测试其所带出的黑色颜料多寡，用以判定其黑色图稿的耐磨性，测试结果示于表四。

[实施例三]

所用成分同表一和表二，配制出黑色染料型墨水组合物3A，、3D、3F、3I。不同墨水系使用不同种类的非离子型表面活性剂(具有不同HLB值)。慢慢加入表面活性剂以微调墨水的表面张力，使表面张力降至40dyne/cm。

然后，测试墨水的耐磨性(smear)。测试方法为，使用市售专用喷墨打印机(HP DeskJet 990C)，将上述墨水喷墨打印在Paperon paper 70gsm规格纸上，得到黑色图稿。接着，以市售的荧光笔(Pentel S512)划过黑色图稿，测试其所带出的黑色颜料多寡，用以判定其黑色图稿的耐磨性，测试结果示于表五。

表五、实施例三的黑色颜料型墨水在Paperon paper的耐磨性结果

墨水代号	3A	3D	3F	3I
					表面活性剂的HLB	4	8.1	10.6	13
耐磨性	○	○	△	×

墨水3A、3D、3F、3I的表面张力为40dyne/cm

[实施例四]

所用成分同表三和表四，配制出黑色染料型墨水组合物4A、4D、4F、4I。不同墨水系使用不同种类的非离子型表面活性剂(具有不同HLB值)。慢慢加入表面活性剂以微调墨水的表面张力，使表面张力降至40dyne/cm。

然后，测试墨水的耐磨性(smear)。测试方法为，使用市售专用喷墨打印机(HP DeskJet 990C)，将上述墨水喷墨打印在Paperon paper 70gsm规格纸上，得到黑色图稿。接着，以市售的荧光笔(Pentel S512)划过黑色图稿，测试其所带出的黑色颜料多寡，用以判定其黑色图稿的耐磨性，测试结果示于表六。

表六、实施例四的黑色染料型墨水在Paperon paper的耐磨性结果

墨水代号	4A	4D	4F	4I
					表面活性剂的HLB	4	8.1	10.6	13
耐磨性	○	○	△	×

墨水4A、4D、4F、4I的表面张力为40dyne/cm

本发明首次发现非离子型表面活性剂的HLB值对于喷墨墨水的耐磨性有影响。由上述实验证明，与添加HLB值＞10.6的非离子型表面活性剂的传统墨水相比，本发明含有HLB值≤10.6的非离子型表面活性剂的喷墨墨水具有较好的耐磨性，进而可增进喷墨打印品质。

虽然本发明已以优选实施例显示如上，然其并非用以限制本发明，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的实质和范围内可做变动和润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的内容为准。

Claims (17)

1.一种用于喷墨打印的墨水组合物，至少包含：

着色剂；

水溶液介质；以及

非离子型表面活性剂，其HLB值≤10.6。

2.如权利要求1所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述着色剂为颜料或染料。

3.如权利要求1所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述非离子型表面活性剂的HLB值为4至10.6之间。

4.如权利要求1所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述着色剂的重量百分比浓度的范围为1％～15％。

5.如权利要求1所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述非离子型表面活性剂的重量百分比浓度的范围为0.001％～10％。

6.如权利要求5所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述非离子型表面活性剂的重量百分比浓度的范围为0.001％～3.5％。

7.如权利要求1所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述水溶液介质包含至少一种添加剂，该添加剂为有机溶剂、乳化剂、保湿剂、分散剂、粘合剂、酸碱缓冲剂、螯合剂、杀菌剂、防腐剂、或其组合。

8.如权利要求1所述的用于喷墨打印的墨水组合物，其中所述墨水组合物的耐磨性比另一墨水组合物的耐磨性好，所述的另一墨水组合物至少包含：所述着色剂；所述水溶液介质；以及另一非离子型表面活性剂，其HLB值＞10.6。

9.一种增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其包括以下步骤：

提供墨水组合物，该墨水组合物至少包含：着色剂；水溶液介质；以及非离子型表面活性剂，其HLB值≤10.6；及

喷出所述墨水组合物于记录载体上。

10.如权利要求9所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述着色剂为颜料或染料。

11.如权利要求9所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述非离子型表面活性剂的HLB值为4至10.6之间。

12.如权利要求9所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述着色剂的重量百分比浓度的范围为1％～15％。

13.如权利要求9所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述非离子型表面活性剂的重量百分比浓度的范围为0.001％～10％。

14.如权利要求13所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述非离子型表面活性剂的重量百分比浓度的范围为0.001％～3.5％。

15.如权利要求9所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述水溶液介质包含至少一种添加剂，该添加剂为有机溶剂、乳化剂、保湿剂、分散剂、粘合剂、酸碱缓冲剂、螯合剂、杀菌剂、防腐剂、或其组合。

16.如权利要求9所述的增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其中所述墨水组合物的耐磨性比另一墨水组合物的耐磨性好，所述另一墨水组合物至少包含：所述着色剂；所述水溶液介质；以及另一第二非离子型表面活性剂，其HLB值＞10.6。

17.一种增加墨水耐磨性的喷墨打印方法，其包括以下步骤：

提供第一墨水组合物，该第一墨水组合物至少包含：着色剂；水溶液介质；以及第一非离子型表面活性剂，其HLB值≤10.6；以及

喷出所述第一墨水组合物于记录载体上，

其中所述第一墨水组合物的耐磨性比第二墨水组合物的耐磨性好，该第二墨水组合物至少包含：所述着色剂；所述水溶液介质；以及第二非离子型表面活性剂，其HLB值＞10.6。