CN1849376B - 用于喷墨油墨图像的染料组和油墨组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于配制喷墨油墨组的染料组及特定的油墨组。染料组可包括含有酞菁染料的青色着色剂；包括含铜或镍发色团的偶氮染料的品红色着色剂；含有Yellow 1189染料和Yellow 104染料中至少一种的黄色着色剂。任选，青色偶氮染料如Acid Blue 9或另一种类似的青色染料可与酞菁染料混合；若丹明染料可与含铜或镍发色团的偶氮染料混合；和/或Acid Yellow 23或Acid Yellow 17可与Yellow 1189或Yellow 104染料混合。

Description

用于喷墨油墨图像的染料组和油墨组
发明领域
本发明涉及喷墨图像领域。更具体地讲，本发明涉及青色、品红色和黄色染料组。
发明背景
含染料的油墨的色彩特性对印刷喷墨图像的质量起着重要的作用。采用几个色空间系统中任一个，如本领域中熟知的CIELAB或Munsell，可对观察到的色彩质量进行表征。Munsell色空间采用三个术语，即色调、明度和色度对给定的颜色进行定义。CIELAB色空间采用三个术语L*、a*和b*对颜色进行定义。对于这种系统，L*定义色彩的亮度，其值在0-100之间变化(100表示白色)。此外，术语a*和b*一起定义色调，其中a*在负数(绿色)到正数(红色)之间变化而b*在负数(蓝色)到正数(黄色)之间变化。如本领域技术人员所知，其它术语如h°(色彩角)和C*(色度)用于进一步描述给定的颜色。当具有良好色度、色域、色彩角和耐光性的第一颜色的单一喷墨油墨与其它颜色一起使用时，并不总能表现出这些最佳的色彩特性。换句话说，不仅单一颜色的油墨，即青色、品红色或黄色油墨必需具有令人满意的色彩质量，而且这些单一颜色的油墨所组成的油墨组对喷墨油墨是否能令人满意也非常重要。因此，油墨组中某些油墨适当地组合可提高图像质量。
因此，人们不断地研究以开发出具有提高的性能且并不是以明显牺牲别的性能来提高其性能的油墨制剂。此外，分别用于形成最优化的染料组和油墨组的染料和油墨组合也是研究的一个焦点。进一步提高喷墨印刷物的质量、空气牢度、色度和耐光性而不牺牲印刷头的性能和可靠性仍存在许多挑战。
发明概述
已经认识到开发具有良好色域、耐光性和色度的染料组和喷墨油墨组是有利的。为此，提供了用于配制喷墨油墨的染料组，所述染料组包括含有酞菁染料的青色着色剂；含有含铜或镍的偶氮染料的品红色着色剂；和含有式1结构的黄色着色剂的黄色着色剂：
其中：
R1为H、SO3M、COOM或SO2NH2；
R2为H、SO3M、COOM或SO2NH2；
R3为H或CH3；n和m为2、3、4、5或6；
M为H、Na、Li、K、铵、烷基取代的铵或其组合。
或者，用于喷墨印刷的油墨组可包括含有与2-10％重量的酞菁染料混合的第一油墨载体(ink vehicle)的青色喷墨油墨；含有与0.8-8％重量的含铜或镍的偶氮染料混合的第二油墨载体的品红色喷墨油墨；和含有与1.5-9％重量的结构式1的黄色着色剂混合的第三油墨载体的黄色喷墨油墨：
Figure G2004800263213D00031
其中：
R1为H、SO3M、COOM或SO2NH2；
R2为H、SO3M、COOM或SO2NH2；
R3为H或CH3；n和m为2、3、4、5或6；
M为H、Na、Li、K、铵、烷基取代的铵或其组合。
以下的详细描述将对本发明的特征作出示例性的说明，通过这些描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
优选实施方案的详述
在对本发明进行公开和描述之前，应该理解的是本发明不局限于在此公开的具体加工步骤和材料，这些加工步骤和材料可稍微变化。还应该理解的是在此所用的术语只用于描述具体实施方案。这些术语并不用于限定本发明的范围，本发明的范围仅通过其附加的权利要求书等进行限定。
应该注意的是在说明书和附加的权利要求书中提及某物质时也包括一类的物质。
浓度、数量和其它数据在此可用范围的形式表示。应该理解的是为了方便和简单而使用这种范围形式，因此应该灵活地理解不仅包括明确描述的数值作为端值，而且还包括此范围内的所有单独的数值或子范围，就如明确描述了这样的每个数值和子范围一样。例如，“约0.1-约5％重量”的浓度范围应理解为不仅包括明确描述的约0.1-约5％重量的浓度，而且还包括说明范围内的单独的浓度和子范围。因此，包括在该数值范围内的单独浓度，如1％重量、2％重量、3％重量和4％重量和子范围如0.1-1.5％重量、1-3％重量、2-4％重量、3-5％重量等。同样的原则应用于只用一个数值描述的范围。如描述为“小于约5％重量”的范围应该理解为包括0％重量和5％重量之间的所有值和子范围。而且，这样的理解应该不考虑范围的大小或描述对象的特征。
这里所用的“有效量”是指物质或试剂足以达到所需效果的起码的最少量。如“油墨载体”的有效量是指在保持有效喷墨必需的性能的同时，制备油墨组物所需的起码最少量，
这里所用的“液体载体”或“油墨载体”是指着着色剂放置于其中以形成油墨的液体流质.油墨载体在本领域广为人知，多种油墨载体可用于本发明的体系和方法.这种油墨载体可包括多种不同试剂(包括表面活性剂、溶剂、辅助溶剂、缓冲剂、生物灭菌剂、鳌合剂、粘度调节剂、表面活化剂、水等)的混合物.
术语“基本上”当与其它术语一起使用时应该包括大部分至全部。
在阅读本文时应理解这些术语在以上所定义的含义。本发明涉及喷墨图像领域。更具体地讲，本发明涉及与喷墨油墨载体一起使用的染料组及用于喷墨图像的油墨组。
在一个实施方案中，配制喷墨油墨的染料组可包括含有酞菁染料的青色着色剂；含有含铜或镍的偶氮染料的品红色着色剂；和含有具有式1结构的染料的黄色着色剂。
在另一个实施方案中，用于喷墨印刷的油墨组可包括上述染料组，其中染料组的每种颜色包含在油墨载体中。如可包含青色喷墨油墨，该青色油墨组包括与2-10％重量的酞菁染料混合的第一油墨载体。可包含品红色喷墨油墨，该品红色喷墨油墨包括与0.8-8％重量的含铜或镍的偶氮染料混合的第二油墨载体。还可包含黄色喷墨油墨，该黄色喷墨油墨包括与1.5-9％重量的式1结构的黄色着色剂混合的第三油墨载体。其它染料或颜料也可包含在单独的油墨中。此外，其它油墨包括黑色或其它品红色、青色或黄色油墨可加入到在单独的笔中的这种油墨组内。如四、五或六组笔油墨组在工业中是常见的且在此描述的青色-品红色-黄色油墨组可加入这种本领域已知的体系中。
当提及油墨或油墨组时，应理解染料在油墨载体中混合。染料组是各种染料的组合，这些染料包含在油墨载体中。因此，当讨论本发明的各种具体实施方案时，这些实施方案可同时应用于染料组和油墨组，除非另有说明。各种其它染料可任选存在于上述染料组或油墨组中。如染料组或油墨组的青色着色剂还可包括Cl Acid Blue 9染料(简写为AB9)与酞菁染料按1∶2-1∶100的重量比的掺混物。任选，或除此以外，染料组和油墨组的品红色着色剂还可包括若丹明染料与含铜或镍的偶氮染料按1∶80-125∶4的重量比的掺混物。此外，染料组和油墨组的黄色着色剂还可包括Cl Acid Yellow 17(简写为AY17)和/或Cl Acid Yellow 23(简写为AY23)与具有如下式1结构的黄色染料的掺混物：
Figure G2004800263213D00051
在上式1中，R1为H、SO3M、COOM或SO2NH2；R2为H、SO3M、COOM或SO2NH2；R3为H或CH3；n和m为2、3、4、5或6；而M为H、Na、Li、K、铵、烷基取代的铵或其组合。
一种优选的式1的黄色染料为具有下式2的结构的染料：
在式2中，M为H、Na或Li。
另一种优选的式1的黄色染料为具有下式3的结构的染料：
Figure G2004800263213D00062
在式3中，M为H、Na或Li。
对于酞菁染料，任何官能的酞菁染料可用于本发明的实施方案中，在此仅示例性地列出几种。可单独使用或结合使用的有用酞菁染料包括Cl Direct Blue 199(简写为DB199)和/或下式的其它染料：
式4
其中每个R基团可独立为H或官能团(如水增溶基团)包括SO3H、SO2NH2或SO2NH-烷基-OH。“烷基”是指具有1-3个碳原子的低级烷基。在一个实施方案中，在染料上可平均具有1-4个SO3H官能团、0.25-2个SO2NH2官能团和0.25-2个SO2NH-烷基-OH官能团。在一个更具体的实施方案中，在染料上可平均具有2-3个SO3H官能团、0.5-1个SO2NH2官能团和0.5-1个SO2NH-烷基-OH官能团.更具体地讲，可平均总共存在约2-6个非H的R基团.在一个实施方案中，可平均总共存在约4个非H的R基团.“平均”是指一批染料中任何指定官能团的总数将在所述平均数字范围内.如0.5-1的官能团范围是指一批染料中的某些分子可能不含该官能团而其它分子可含有1个或多个该官能团.因此，一批染料的平均值可为0.5，另一批染料的平均值可为1且两批都在所述范围内.
正如所述，染料组或油墨组中的酞菁染料可为单一酞菁染料或至少两种酞菁染料混合在一起的组合物。此外，官能的这种染料的任何盐形式也包括在式4的结构中。
对于含铜或镍的偶氮染料，可使用任何满足这些标准的官能的染料。实例包括Cl Reactive Red 23和稳定(pacified)状态的Cl ReactiveRed 23。这种稳定状态的Reactive Red 23的实例包括具有式5结构的染料：
式5
其中每个M可为H或一价离子如Na+、Li+、K+、NH4 +及其组合。供选实例包括镍金属化的萘酚偶氮三唑染料和具有下式6结构的染料：
式6
其中每个M可为H或一价离子如Na+、Li+、K+、NH4 +或其组合。尽管以上各式所示的染料在特定的位置上被SO3(或SO3M)官能化，但这仅是示例性的表示.本领域的技术人员会认识到其它增溶基团或其它位置可同样进行官能化.这样的改变包括在本发明的范围内.如上所述，含铜或镍的偶氮染料可为单一的含铜或镍的偶氮染料或可为至少两种含铜或镍的偶氮染料的掺混物.
对于可任选作为品红色染料或喷墨的若丹明染料，可使用任意官能的若丹明。实例包括Cl Acid Red 52、Acid Red 289、Acid Red 388及其混合物。
就染料组和/或油墨组中的黄色而言，可用的黄色染料可为以下几种组合中的一种：3∶10-90∶1重量比的式2的染料和Acid Yellow 17；3∶10-90∶1重量比的式2的染料和Acid Yellow 23；3∶10-90∶1重量比的式3的染料和Acid Yellow 17；或3∶10-90∶1重量比的式3的染料和Acid Yellow 23。或者，所述四种黄色染料的三种或所有四种黄色染料可用作单一染料批料着色剂或用于单一喷墨油墨中。
就可采用在此描述的染料配制的油墨组而言，青色喷墨油墨还可包括0.1-1％重量的Acid Blue 9染料与第一油墨载体的混合物。品红色喷墨油墨可作为替代地包括或可同时包括0.1-2.5％重量的若丹明染料与第二油墨载体的混合物。此外，黄色喷墨油墨还可包括0.1-5％重量的Acid Yellow 17和/或Acid Yellow 23与第三油墨载体的混合物。
公开的用于印刷喷墨图像的油墨组可在商品喷墨印刷机中，如Hewlett-Packard Company生产的DESKJETTM和其它类似印刷机中使用。这些油墨组可在包括无涂层材质、带粘土涂层的材质、无机多孔材质和带凝胶涂层的材质的各种材质上产生真实颜色，每种颜色都具有提高的耐光性和色域。
在本发明的一个供选实施方案中，油墨组的每种颜色，即青色、黄色和品红色，可存在于多于一种油墨中，每种油墨包含多于一种染料负荷(dye load)。也就是说，存在一支或多支填充每种油墨颜色的喷墨笔，每支笔包含不同的染料负荷、不同染料、不同载体组分、不同的载体组分含量等。如可能存在两支品红笔，每支含有不同染料负荷和/或不同品红色染料。
上述喷墨油墨组可用作产生具有优异色域、图像质量、耐光性和持久性的图像的油墨组的一部分。在一个实施方案中，用于喷墨印刷的油墨组可包括青色油墨、品红色油墨和黄色油墨的三-油墨油墨组。也可任选存在颜料或染料基黑油墨。而且，在一个供选的实施方案中，可存在第二品红色油墨和第二青色油墨，各具有实用量的小染料负荷，如0.1-2.0％重量的染料负荷。
以上实施方案仅用来阐述一些实例。本领域的技术人员会理解适当的修改也在本发明的范围内。
可用于本发明的染料组的典型油墨载体制剂可包括总共5.0-50.0％重量的一种或多种溶剂或辅助溶剂和0.01-10％重量的一种或多种非离子、阳离子和/或阴离子表面活性剂。制剂的剩余部分为纯水或本领域已知的其它载体组分如生物灭菌剂、粘度调节剂、pH值调节材料、螯合剂、防腐剂等。
各类可用的溶剂或辅助溶剂包括脂族醇、芳族醇、二醇、二元醇醚、聚二元醇醚、己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺和长链醇。这种化合物的实例包括脂族伯醇、脂族仲醇、1，2-醇、1，3-醇、1，5-醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基醚的高级同系物、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺、取代的和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等。可用的溶剂的具体实例包括三羟甲基丙烷、2-吡咯烷和1，5-戊二醇。
可使用一种或多种油墨领域技术人员所知的表面活性剂，这样的表面活性剂可为烷基聚环氧乙烷、烷基苯基聚环氧乙烷、聚环氧乙烷嵌段共聚物、炔属聚环氧乙烷、聚环氧乙烷(二)酯、聚环氧乙烷胺、质子化的聚环氧乙烷胺、质子化的聚环氧乙烷酰胺、聚二甲基硅氧烷共聚醇、取代的氧化胺等.加入本发明制剂的表面活性剂的量可为0.01-10.0％重量.
在本发明制剂中，可采用各种其它添加剂来优化特定应用的油墨组物的性能。这些添加剂的实例有抑制有害微生物生长而加入的那些添加剂。这些添加剂可为生物灭菌剂、杀真菌剂和其它微生物剂，它们均常规地用于油墨制剂中。适合的微生物剂的实例包括但不局限于Nuosept(Nudex，Inc.)、Ucarcide(Union carbide Corp.)、Vancide(R.T.Vanderbilt Co.)、Proxel(ICI America)及其组合。
可加入鳌合剂如EDTA(乙二胺四乙酸)来消除重金属杂质的有害作用，且可使用缓冲溶液来控制油墨的pH值。使用量可为例如0.001-2.0％重量。可存在粘度调节剂和缓冲剂及其它本领域技术人员已知的添加剂来调节所需的油墨性能。这些添加剂的存在量可为0.01-20％重量。
实施例
如下实施例对本发明的实施方案进行说明，所述实施方案在以上已作出充分的描述。然而，应理解以下实施例仅是示例性或说明性地描述了本发明原理的应用。本领域的技术人员可作出许多修改并提出其它组合物、方法和体系而不违背本发明的精神和范围。附加的权利要求书覆盖了这些修改和提议。因此，尽管以上已经对本发明进行详细地描述，如下实施例提供与目前被认为是最实用和优选的本发明实施方案有关的进一步细节。
实施例1-喷墨油墨载体
配制了对本发明的染料组起良好作用的两种喷墨油墨载体。这些油墨载体可用于形成本发明实施方案的喷墨油墨。然而，这些油墨载体并非仅有的可用油墨载体。下表1a和1b提供了两种令人满意的油墨载体实例。
表1a-油墨载体1
  组分   含量
  三羟甲基丙烷   7.5％重量
  2-吡咯烷酮   6.5％重量
  1，5-戊二醇   8％重量
  乙二胺四乙酸二钠   75ppm
  Trizma碱   0.2％重量
  六水合硝酸镁   3％重量
  Tergitol 15S7   1％重量
  组分   含量
  Tergitol 15S5   1％重量
  Dowfax 8390   0.4％重量
  水   余量
表1b-油墨载体2
  组分   含量
  三羟甲基丙烷   12％重量
  2-吡咯烷酮   6.5％重量
  1，5-戊二醇   2％重量
  乙二胺四乙酸二钠   75ppm
  Trizma碱   0.2％重量
  Tergitol 15S7   1％重量
  Tergitol 15S5   1％重量
  Dowfax 8390   0.4％重量
  水   余量
实施例2-品红色喷墨油墨
采用上表1a中提供的油墨载体制备了九种青色喷墨油墨。制备的喷墨油墨列于下表2中：
表2-制备的各喷墨油墨中青色染料的浓度
*“式1(a)的染料”和“式1(b)的染料”的区别在于各染料官能化的不同.两者一般都包括在式1所示染料组合物中.然而，就其上的官能化的SO3H、SO2NH2或SO2NH-烷基-OH基团平均数目而言，各染料的官能化比例不同。
实施例3-品红色喷墨油墨
采用上表1中提供的油墨载体制备了八种品红色喷墨油墨，不同之处在于油墨M5是采用表1b的中油墨载体制备。制备的喷墨油墨列于下表3中：
表3-制备的各喷墨油墨中品红色染料的浓度
实施例4-黄色喷墨油墨
采用上表1a中提供的油墨载体制备了四种黄色喷墨油墨。制备的喷墨油墨列于如下表4中：
表4-制备的各喷墨油墨中黄色染料的浓度
实施例5-各油墨组的色阶
对各油墨组合物的色域进行测试。在HP Premium Plus Photo Paper和HP Premium High Gloss Film Photo Paper上进行测试。所得结果与用Hewlett Packard Company出售的油墨组，从HP970C印刷机(HPC6578D印刷头)上印刷出的印刷品进行比较。用如下步骤对色域体积进行评价。印刷出青色、品红色、黄色、红色、绿色、蓝色和三原色合成黑的色块，油墨流量如表5a中所列：
表5a-色域体积
  色区   青色油墨流量(pL/600dpi)   品红色油墨流量(pL/600dpi)   黄色油墨流量(pL/600dpi)
  青色   20   -   -
  品红色   -   20   -
  黄色   -   -   20
  红色   -   15   15
  绿色   15   -   15
  蓝色   15   15   -
  三原色合成黑   12.5   12.5   12.5
油墨流量以皮升/600平方英寸进行计量。用白纸作为背景对上述七个色块的CIELAB颜色坐标进行测量。对在L*a*b*空间中八个点构成的多面体的体积进行评估并将结果显示在下表5b中：
表5b-在HP Premium Plus photo paper和HP Premium High Gloss Filmpaper上印刷的喷墨油墨的色域
Figure G2004800263213D00151
如上表5b所示，按照本发明实施方案制备的各油墨组的色域与产自Hewlett-Packard Company并与HP970C印刷机一起销售的油墨组相当，同时某些油墨组的色域体积比与所述HP970C印刷机一起得到的油墨组大。
实施例6-各油墨组的耐光性
采用″The Permanence and Care of Color Photographs″，HenryWilhelm，Preservation Publishing Co.，Grinell，lowa中所述的Wilhelm程序对各油墨组合物的耐光性进行测试。采用Atlas HPUV褪色试验机将青色、品红色、黄色和三原色合成黑瓷砖暴露在强度为70kLux的冷白荧光下。采用功率为1.5的背景校正对纸张背景进行校正。基于450Lux曝光/12小时·天，即1971kLux-小时/年来估计褪色时间。油墨组的褪色时间定义为9个褪色标准(即三原色、三原色合成黑和颜色平衡的褪色)中最短的一个。
在HP Premium Plus photo paper(无玻璃保护)和HP Premium HighGloss Film photo paper(用5-mm钠钙玻璃保护)上进行测试。所得结果与产自Hewlett Packard Company、并与HP970C印刷机的HPC6578D印刷头一起销售的油墨组进行比较并显示在下表6中：
表6-印刷在HP Premium Plus photo paper和HP Premium High Gloss Film photo paper上的喷墨油墨的耐光性
Figure G2004800263213D00161
如上表6所示，本发明实施方案制备的各油墨组的耐光性胜过产自Hewlett-Packard Company并与HP970C印刷机一起销售的油墨组。
实施例7-各油墨组的空气牢度
众所周知，当喷墨印刷品与空气中的微量污染物接触时会逐渐褪色。当图像印刷在微孔介质如HP Premium High Gloss Film paper上时，喷墨图像的空气牢度就是一个特别值得关注的问题。为了评估空气牢度，将Corvallis，Oregon USA的空气吹过印刷的彩色调色板并用Wilhelm褪色标准(用于上述耐光性实验中)随时监视图像的褪色。当达到九个褪色标准的第一个时，对油墨组的褪色时间进行估计，单位为小时。对所有样品进行平行测试。没有引入由于空气流速提高而带来的加速因子，因此，认为褪色时间是相对的而不是绝对的测量。
表7-印刷在HP Premium High Gloss Film paper上的喷墨油墨的抗空气褪色性
如上表7所示，按照本发明的实施方案制备的各油墨组的抗空气褪色性比产自Hewlett-Packard Company、并与HP C6578D印刷头一起销售的油墨组好。
尽管已参考某些优选实施方案对本发明进行描述，本领域技术人员会理解可进行各种修改、变化、省略和替代而不违背本发明的精神。如，尽管某种特定的载体已用于实施例1中，也可使用其它载体。此外，其它油墨可与本发明的油墨组一起用于其它应用。因此，本发明仅受到如下权利要求书范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于配制喷墨油墨的染料组，所述染料组包括：
(a)含有酞菁染料的青色着色剂；
(b)含有含铜或镍发色团的偶氮染料的品红色着色剂；和
(c)黄色着色剂，其具有以下的式I结构：
Figure F2004800263213C00011
其中：
R1为H、SO3M、COOM或SO2NH2；
R2为H、SO3M、COOM或SO2NH2；
R3为H或CH3；
n和m为2、3、4、5或6；
M为H、Na、Li、K、铵、烷基取代的铵或其组合；和
其中所述黄色着色剂还包括与所述黄色着色剂以3∶10-90∶1重量比混合的Acid Yellow 17和Acid Yellow 23中的至少一种。
2.权利要求1的染料组，其中所述青色着色剂还包括与所述酞菁染料以1∶2-1∶100重量比混合的青色偶氮染料。
3.权利要求1的染料组，其中所述品红色着色剂还包括与所述含铜或镍发色团的偶氮染料以1∶80-125∶4重量比混合的若丹明染料。
4.权利要求1的染料组，其中所述酞菁染料包括DB199或含有如下结构的染料：
其中每个R基团独立为H、SO3H、SO2NH2或SO2NH-C1-3烷基-OH，条件是2-6个R基团不是H。
5.权利要求1的染料组，其中所述含铜或镍发色团的偶氮染料包括稳定的Reactive Red 23、镍金属化的萘酚偶氮三唑或含有如下结构的染料：
Figure F2004800263213C00022
其中M为H或单价离子。
6.权利要求3的染料组，其中所述若丹明染料包括选自Acid Red52、Acid Red 289、Acid Red 388及其混合物的一种。
7.权利要求2的染料组，其中所述青色偶氮染料为Acid Blue 9。
8.权利要求1的染料组，其中所述酞菁染料为混合在一起的至少两种酞菁染料。
9.权利要求1的染料组，其中所述含铜或镍发色团的偶氮染料为混合在一起的至少两种含铜或镍发色团的偶氮染料。
10.权利要求1的染料组，其中：
(a)2-10％重量的青色着色剂与第一油墨载体混合；
(b)0.8-8％重量的含铜或镍发色团的偶氮染料与第二油墨载体混合；和
(c)1.5-9％重量的黄色着色剂与第三油墨载体混合。
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