TWI246530B - Inkjet ink compositions - Google Patents

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TWI246530B
TWI246530B TW092134880A TW92134880A TWI246530B TW I246530 B TWI246530 B TW I246530B TW 092134880 A TW092134880 A TW 092134880A TW 92134880 A TW92134880 A TW 92134880A TW I246530 B TWI246530 B TW I246530B
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Zhenwen Fu
Louis Christopher Graziano
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Rohm & Haas
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/10—Printing inks based on artificial resins
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Description

1246530 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種噴墨墨汁。特別地，本發明係關於藉由 特定界面活性劑，包括垸基链硫酸酯及乙氧基化硫醇的添加 而具有較高安定性及較高噴射性的墨汁。 【先前技術】 噴墨列印是一種將墨汁塗佈在基材上以形成影像的發展 已綠至完備的技術，其中印表機之施加、畫汁的工力能部分與欲 放置墨汁之基材間無任何物理接觸。墨汁係以微滴形式塗 佈，而該微滴係利用熟知方式經由噴墨頭中的小噴嘴投射= 基材上。 噴墨墨汁可包含可料墨汁媒劑之著色劑（祕）或不溶於 墨汁媒劑之著色劑(顏料或分散染料)。不溶性著色劑普遍常 見之相關問題是可能發生粒徑隨時間增大，造成噴射特性降 低另自問通疋噴射不溶性著色劑時，喷嘴會隨時間堵 塞’造成方向錯誤之液滴或完全喪失㈣噴射作用。當墨汁 與黏合劑或其他聚合物調配時，這問題特別嚴重。 吴國專利第5,698,016號描述可用作分散劑及墨水之組 份’其係由兩性離子及連接有機基之改質碳產物所製成，其 中該有機基與兩性離子具有相反電荷。將有機基連接至碳上 之中間步驟對提供水分散性而言是必要的。其並未揭示於寬 廣範圍内安定之墨汁組合物。 /州專利中4案G978546 A1描述包含幾酸銨鹽與一或多 種界面活性劑’較佳係非離子乙氧基化界面活性劑、經基化
88757-931222.DOC 1246530 :二Γ:1 …刚氧乙垸界面活性劑或陰離子磷酸醋之 墨汁組合物。其並未揭示錢酸錄存在下利用料 界面活性劑獲得安定性之能力。 一 1月所解決的問題係提供一種水性噴墨 有較佳安定性及喷射性而不需依賴多個 種對任rt所需性質。另—個本發明所解決的問題係提供一 、可女疋墨汁皆具有較佳噴射能力之水性噴墨墨汁。 【發明内容】 本發明係提供一種墨汁組合物，其包含液體介質、著色劑 及佔墨汁至少(M重量％具有式R_〇_QnA.M+之兩性物質其 中R代表縣、芳基H芳基或埽基；⑽表環氧乙燒或 %爾之親水性重複單位，其中n>4; A·代表硫酸根、碏 粦酸根基；M+代表陽離子如_、納、㈣銨；而且其 中若著色劑是-種共價鍵結有機基之改f碳黑，則兩性物質 具有與改質碳黑相同之電荷。 本發明另提供一種墨汁組合物’其包含液體介質、著色劑 及佔墨汁至少(M重量％具有式XQnR，_Y_R之兩性物質，其中 X代表獲基或胺基官能度；⑽表環氧乙燒或環氧丙燒之親 水性重複單位，其中n>4;R，代表C1至以基官能度；γ代表 氧、氮或硫…代表燒基、芳基、燒基_芳基或歸基。 【實施方式】 令人驚請地，特定兩性物質之添加可改善墨汁之安定性， 其中該特定兩性物質具有式R_〇_QnA-M+，其中R代表烷基、 芳基、燒基W料；Q代表環氧乙垸或環㈣燒之親水
88757-931222.DOC 1246530 性重複單位，其中n>4 ; Ay戈表硫酸根、磺酸根或磷酸根基 且M+代表陽離子如钾、鈉、魏或按。 第二兩性物質之添加可改善墨汁之噴射性，其中該第二兩 性物質具有式XQnR’-Y-R，其中X代表羥基或胺基官能度；Q 代表環氧乙烷或環氧丙烷之親水性重複單位，其中n〉4 ; R’ 代表(^至（：6烷基官能度；Y代表氧、氮或硫且R代表烷基、 芳基、烷基-芳基或烯基。 可用的式R-0-QnA'M+之兩性物質不受限制地包括脂肪醇 醚硫酸鈉鹽及烷基苯基醚硫酸鈉鹽，如月桂醇聚氧乙烯醚硫 酸鈉及 Cognis 所提供之 DisponilTMFES 和 DisponilTMAES 界面 活性劑。其他式R-0-QnA_M+之兩性物質不受限制地包括烷 基、芳基或烯基醚磷酸酯；烷基、芳基或烯基醚硫酸酯；及 上述鹽類，包括鋼、钾、铵及麵鹽和其組合物。 可用的式XQnR’-Y-R之兩性物質不受限制地包括烷基、芳 基或烯基硫醇乙氧基化物，如位於法國之Rhodia公司所製造 AlcodetTMHSC、AlcodetTMMC、AlcodetTMSK、Alcodet™ 260 及AlcodetTM218品牌的界面活性劑或烷基酚乙氧基化物，如 位於法國之Rhodia公司所製造RhodafacTMRM-510及 RhodafacTMRM-710品牌的界面活性劑。 噴墨墨汁組合物包含液體介質、著色劑及額外安定化組 份。該液體介質一般以水為主，較佳係去離子水。噴墨墨汁 組合物包含著色劑，其可為顏料或染料。該顏料可為有機顏 料或無機顏料。’’有機顏料”係指以有機化合物或有機化合物 之混合物，包括碳黑為主的顏料。
88757-931222.DOC 1246530 t 土』有機顯料包括’例如表面經改質及未經改質之蒽、 酉大化月-I化青綠、重氮鹽、單偶氮染料、雜環黃、皮慈 酮、邊1唆酉同顏料、二対顏料、教藍、硫靛顏料、㈣歷e 顏料：北顯料、isoindolene、具有至少一個空洞之聚合物粒 子及頂飞奴黑是;^類熱分解在氣相中所形成之小粒徑碳 粒子通名稱，包括，例如技術上已知如爐黑、燈黑、槽 黑、乙炔黑之物質。碳黑另涵蓋經處理、經改質及經氧化碳 適合的無機顏料包括二氧化鈦、氧化鐵及其他金屬粉末。 一般，顏料的用量以墨汁總重量計係低於2〇重量％，較佳係 3-8重1 /〇，更佳係2-6重量❶/〇。本發明墨汁組合物最好包含以 墨汁組合物之總重量計為⑴丨至乃重量％，較佳係1至2〇重量 %之乳化聚合物。該墨汁組合物也可包含與水可混溶性或水 洛性物貝如聚合物、濕潤劑、分散劑、渗透劑、整合劑、共 溶劑、消泡劑、緩衝液、殺生物劑、殺菌劑、黏度改良劑、 殺菌劑、界面活性劑、防捲曲劑、防滲劑及表面張力改良劑， 所有皆為技術上已知的。可用的濕潤劑包括乙二醇、1，3-丙 二醇、1，4-丁二醇、l，4-環己烷二甲醇、l，5-戊二醇、1，6-己 二醇、1，8-辛二醇、1，2-丙二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、 2,3-丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、平均分子量 為 200、300、400、600、900、1000、1500及 2000之聚乙二 醇、二丙二醇、平均分子量為425、725、1〇〇〇及2000之聚丙 二醇、2-吡咯啶酮、1-甲基-2-吡咯啶酮、卜甲基-2-哌啶酮、 N_乙基乙醯胺、N-甲基丙醯胺、N-乙醯基乙醇胺、N-甲基乙 88757-931222.DOC -9- 1246530 酿胺、甲醯胺、3-胺基-L醇、2,2_硫二乙醇、3,3_硫二 丙醇、四亞甲基颯、丁二烯砜、碳酸乙烯酯、丁内酯、四氫 呋喃甲基醇甘油、1，2,4-丁二醇、二甲芙 " —知一甲基丙烷、胖得諾爾 (pant〇then〇1)、Lip〇nic EG+較佳濕_是平均分子量為權 至1000之聚乙二醇、2-峨略咬酮m乙醇及丨5_戊二 醇。較佳滲透劑包括正丙醇、異丙醇、u•丙二醇二，2_己 二醇及己基卡必醇。 ’ 濕潤劑的用量係由墨汁性質決^，而且以墨汁之始重量 計’其範圍係從㈣重量％’較佳係5_15重量％。可用於形成 墨汁之常用濕潤劑實例是：甘醇、聚乙二醇、甘油、乙醇胺、 二乙醇胺、醇類及料相。其他技術上已知濕潤劑也可使 用0 適合的滲透劑之使用將視墨汁之特定用途而定。可用實例 包括術酮及Ν·甲基场各㈣。在較佳具體實施例 中’在以當量計相對於乳化聚合物之經基官能度包含超過 20%之羥基、胺基或硫醇官能度的噴墨墨汁組合物中，羥基、 胺基或&醇&邊度係存在於，例如渗透劑、濕潤劑、界面活 性劑等中，其中此組成份㈣點係低^22()t，較佳係低於 200〇C。 墨汁中消泡劑的含量範圍以墨汁總重量計一般係從〇_〇 5 重I%。可用於形成水性顏料分散液之消泡劑在技術上係為 人所热知，而且市售實例包括Surfyn〇1 1〇411及 DF-37(Air Products，Allentown，PA)。 在共聚物中包含羥甲基丙烯醯胺或羥甲基甲基丙晞醯胺
88757-931222.DOC -10- 1246530 施:中’該塗料組合物中係包含觸媒，其係酸性之 有、女窿 …其係下面所揭示之乾燥及固化條件下可 =降低塗料組合物之阳的化合物，因此其含量最好可有效 才疋供pH為約丨至約4之塗料組合物。 ，較 該觸 氯化 該觸媒之使用量為以墨汁組合物的重量計㈣至ι〇% 係0.1% 土 10%，更佳係〇5%至6%，最佳係3%至6%， 媒係包括例如氯化銨、硝酸銨、檸檬酸銨、磷酸二按、 錢、對-甲苯磺酸胺鹽及其混合物。 、本發明墨汁組合物可以任何技術上已知製造此組合物的 万法製得，例如利用任何技術上被認為可形成水性墨汁之技 術將組成份混合或攪拌在一起。本發明墨汁組合物之製備程 序並不重要，然而，该墨汁組合物的程度必須為均勻的。 本發明墨汁組合物係藉技術上已知喷墨技術利用例如熱 感或Ά泡式印表機、壓電式印表機、連續流印表機、噴槍或 閥嘴射印表機而塗佈在基材上。較佳基材是織物，編織或非 編織物’其可由適合纖維所形成，例如棉、聚酯、芳香族聚 醯胺、絲、丙晞酸、毛、人造絲、尼龍、聚醯銨及玻璃。可 利用任何適合的基材，包括紙、乙晞、皮革及聚酯。墨汁組 合物也可在塗佈後所選溫度及時間下固化，即乾燥及交聯， 其中典型固化係在60°C至300°C之溫度下進行1秒至10分鐘 的時間。應了解，較短固化時間一般將需要較高溫度以進行 固化。固化可藉熱及輻射能量，如微波或紅外線輻射結合進 行0 為達本發明目的，利用美國賓州Montgomeryville之 88757-931222.DOC -11 - 1246530
Microtrac公司所製造的Micr〇trac upA 15〇粒徑分析儀將墨 汁安定性定義為在6〇°C下5天後粒徑增加不超過7〇毫微米。 墨汁的噴射能力及噴射性係解釋為隨噴射時間的增加而 無方向錯誤或堵塞噴墨噴嘴之能力。噴射性的測試係以日本 Mimaki工程股份有限公司製造之JF_〇6〇4型印表機連續列印 棉織物進行，直到見到噴嘴被堵塞或方向錯誤之液滴為止。 下列實例係說明本發明。 實例1 ··具較佳安定性之墨汁調配物 表1及3中所不墨汁組合物可藉由將除了黏合劑與顏料分 散液以外之所有組成份摻混在一起而製得。利用14%氫氧化 銨將混合物的pH值調整至8至8.5。然後，於攪拌下，將黏合 劑乳液逐漸加入混合物中。最後，於攪拌下，將顏料分散1 逐漸加入上述混合物中。利用14%氫氧化銨將墨汁的最終^^ 凋整至8.5。利用1微米玻璃纖維過濾器（美國牦丨们密西根州 Ann Arbor市之Pall公司所製造）過濾最終墨汁。利用
BrookField 黏度叶（美國 〇2〇72 麻州 St〇ught⑽之 Br〇〇kfield ENG LABS公司所製造）以超低（UL)轉接器及轉軸在⑽卬㈤ 下i黏度。表面張力係利用Fisher Scientific表面張力計 20(美國Fisher Scientific公司製得）量得。 安足性及儲存壽命係藉在6〇t下加熱老化並進行粒徑測 量來評估。初始粒徑係在過濾墨汁後，但在6〇t下進行任何 熱老化一段特定加熱老化時間之前測量。粒徑測量係利用 Microtrac UPA 150粒徑分析儀（18936賓州]^1〇11卬〇11^1^^1^ 之Microtrac公司所製造）進行。
88757-931222.DOC -12- 1246530 表1.具較佳安定性之墨汁調配物 物質編號 1 2 3 4 5 6 (%) (%) (%) (%) (%) (%) 著色劑(Aery Jet™ Magenta 127) 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 乳膠黏合劑(42%) 14.29 14.29 14.29 14.29 14.29 14.29 SLS(28°/〇) 3.57 DS4(23%) 3.57 FES-61(30%) 3.57 FES-77(30%) 3.57 FES-993(30°/〇) 3.57 FES-32(60%) 3.57 硝酸銨(25%溶於水） 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 2-p比洛淀酮 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 乙二醇 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 1，3-丙二醇 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 Surfynol™465 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 去離子水 39.94 39.95 39.95 39.95 39.95 39.95 總和 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 樣品1及2是對照實例。
AeryJetTM是美國賓州費城Rohm及Haas公司之商標名稱。 DS-4是法國Rhodia公司所販售之商標名稱為 RhodocalTMDS-4之烷基芳基磺酸酯界面活性劑。SLS是美國 伊利諾州Northifield之Stepan公司所販售之商標名稱為 88757-931222.DOC -13- 1246530
Polystep™S -1之月桂基硫酸鋼。FES品牌的產品是由Cognis 公司所提供。 表2.表1墨汁調配物之墨汁性質 墨汁性質 1 2 3 4 5 6 pH 8.80 8.82 8.79 8.81 8.79 8.80 黏度(厘泊） 4.92 4.60 表面張力(達因/厘米） 35.10 34.80 粒徑(毫微米） 初始狀態 202 199 165 164 172 在60°C下5天 595 564 168 196 217 309 在60°C下12天 167 225 在60°C下25天 197 280 在60°C下153天 223 368 相較於樣品F1-F2，樣品F3-F6呈現較佳安定性。 88757-931222.DOC 14- 1246530 表3.具較佳安定性之墨汁調配物 物質編號 7 8 9 10 11 12 13 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 著色劑(AcryJet™ Magenta 127) 20.00 20.00 20.00 22.00 20.00 20.00 20.00 乳膠黏合劑(42%) 14.29 14.29 14.29 9.00 14.29 14.29 14.29 SLS(28%) 3.57 DS4(23%) 3.57 FES-61(30%) 3.57 4.33 FES-77(30%) 3.57 FES-993(30%) 3.57 FES-32(30%) 3.57 硝酸銨(25%溶於水） 1.00 1.00 1.00 2.00 1.00 1.00 1.00 2-^p各淀酮 5.00 5.00 5.00 8.00 5.00 5.00 5.00 乙二醇或 二乙二醇 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 1，3-丙二醇 5.00 5.00 5.00 0.00 5.00 5.00 5.00 Alcodet-sk 1.20 1.20 1.20 1.30 1.20 1.20 1.20 去離子水 39.94 39.95 39.95 43.37 39.95 39.95 39.95 總和 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 樣品7及8是對照實例。
Alcodet™SK是位於法國由Rhodia公司所販售之烷基硫醇 乙氧基化物（8 EO)。 88757-931222.DOC -15- 1246530 表4.表3墨汁調配物之墨汁性質 墨汁性質 7 8 9 10 11 12 13 pH 8.89 8.88 8.89 8.40 8.88 8.89 8.89 黏度(厘泊） 4.90 3.75 3.62 3.98 表面張力(達因/ 厘米） 35.30 34.50 34.80 35.30 粒徑(毫微米） 初 213 261 165 157 164 185 186 在60°C下5天 671 361 144 169 168 178 240 在60°C下12天 177 178 207 195 在60°C下25天 182 165 206 230 在60°C下153天 187 241 268 墨汁樣品3-6呈現極佳安定性及一般噴射性。墨汁樣品9-13 呈現極佳安定性及極佳噴射性。 實例2 :具較佳噴射性之墨汁調配物 表5中所示墨汁組合物可藉由將除了黏合劑與顏料分散液 以外之所有組成份摻混在一起而製得。利用14%氫氧化銨將 混合物的pH值調整至8至8.5。然後，於攪拌下，將黏合劑乳 液逐漸加入混合物中。最後，於攪拌下，將顏料分散液加入 上述混合物中。利用14%氳氧化銨將墨汁的最終pH調整至 8·5。利用1微米玻璃纖維過濾器（美國48103密西根州Ann Arbor市之Pall公司所製造）過滤最終墨汁。利用BrookField 黏度計（美國 02072 麻州 Stoughton 之 Brookfield ENG LABS 公 司所製造）以超低（UL)轉接器及轉軸在30 rpm下測量黏度。表 88757-931222.DOC -16- 1246530 面張力係利用Fisher Scientific表面張力計20(美國Fisher Scientific公司製造）量得。 表5.具較佳噴射性之墨汁調配物 物質編號 14 15 16 17 18 19 (%) (%) (%) (%) (%) (%) 著色劑(Cab-0=Jet™300) 25.00 25.00 25.00 細 曜 著色劑(Cab-O=JetTM250) 一 囑 25.00 25.00 25.00 乳膠黏合劑(42%) 14.29 14.29 14.29 9.00 14.29 14.29 硝酸銨(25%溶於水） 1.00 1.00 1.00 2.00 1.00 1.00 2-吡洛啶酮 5.00 5.00 5.00 8.00 5.00 5.00 乙二醇或 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 二乙二醇 1，3-丙二醇 5.00 5.00 5.00 0.00 5.00 5.00 Surfynol™465 1.20 一 _ 1.20 麵 Alcodet-sk 1.20 1.20 1.20 1.20 去離子水 38.51 38.51 38.51 38.51 38.51 38.51 總和 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
Cab-0=JetTM是美國麻州Billerica之Cabot公司的商標名稱。 樣品14及17是對照實例。 相較於樣品14及17，墨汁樣品15、16、18及19呈現較佳噴射 性0 88757-931222.DOC -17-

Claims (1)

  1. I246530 R’代表(^至(：6烷基官能度； Y代表氧、氮或硫；且 R代表烷基、芳基、烷基_芳基或缔基。 戈申叫專利範圍第4項之墨汁組合物，其中該第二兩性物質 是或夕種選自（a)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基硫醇乙 氧基化物及（b)烷基酚乙氧基化物之群的組合物。 6·如申請專利範圍第4項之墨汁組合物，其中該墨汁以重量計 包含不超過10%之第二兩性物質。 種墨汁組合物，其包含液體介質，著色劑，及佔墨汁至 少〇· 1重量％具有下式之兩性物質 XQnR’-Y-R 其中 X代表羥基或胺基官能度； Q代表環氧乙烷或環氧丙烷之親水性重複單元，其中 n>4 ； R’代表(^至匕烷基官能度； Y代表氧、氮或硫；且 R代表烷基、芳基、烷基_芳基或缔基。 8·如申請專利範圍第7項之墨汁組合物，其中該兩性物質是一 或多種選自（a)垸基、芳基、烷基_芳基或烯基硫醇乙氧基 化物及（b)烷基酚乙氧基化物之群的組合物。 9·如申請專利範圍第7項之墨汁組合物，另包含佔該墨汁至少 0· 1重量％之第二兩性物質，其中該第二兩性物質具有下弋 R-0-QnAM+其中 R代表烷基、芳基、烷基_芳基或晞基； 88757-931222.DOC 1246530 Q代表環氧乙烷或環氧丙烷之親水性重複單元，其中 n>4 ； 代表硫酸根、磺酸根或磷酸根基；且 Μ+代表陽離子如钾、鈉、經或铵。 10.如申請專利範圍第9項之墨汁組合物，其中該第二兩性物質 是一或多種選自（a)烷基、芳基、烷基-芳基或晞基醚磷酸 酉旨及其鹽類，包括鋼、_、铵及4$鹽；及（b)燒基、芳基、 烷基-芳基或婦基醚硫酸酯及其鹽類，包括鈉、鉀、銨及鋰 鹽之群的組合物。 88757-931222.DOC
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