TWI356841B - Inkjet ink composition - Google Patents

Description

1356841 九、發明說明： t發明所屬之技術領域3 發明背景 本發明一般而言關於一種喷墨墨水組成物。 5 【先前技術】 熱泡式喷墨列印機使用電阻器以產生熱，接著汽化墨 水以形成一泡泡。當這些泡泡擴大，一些墨水被擠出喷嘴。 當泡泡破掉時會形成一真空，使更多墨水從墨水盒進入喷 頭。 10 主要以水為主的墨水一般而言可能無法在熱泡式喷墨 列印機有好的效能。拙劣的效能常因為是水蒸發太快而導 致噴嘴的可靠性不佳（亦即，因水分快速蒸發而乾掉的墨水 層可能會阻塞喷嘴）。 一般而言，主要以非溶劑為主墨水（亦即，用具有一蒸 15 氣壓力比水高之溶劑製成的墨水）在非吸收性基質上的乾 燥時間比水性墨水快，其原因在於（至少部分是）蒸氣壓較高 及延遲汽化熱值較小。但是以非水性溶劑為主的墨水可能 不是所冀望者。這是由下列因素（至少部分是)所造成的：可 存在於這類墨水中之揮發性有機化合物的量；這類墨水的 20 潛在高揮發性；及/或這類墨水與黏合劑及聚合物不相容。 以非水性溶劑為主的墨水亦可能限制了適於建構印刷頭的 材料，因為一些溶劑可破壞喷頭。 以水性-及溶劑組合為主之墨水用於墨滴控制型噴墨 印刷一般而言包括足夠的低蒸氣壓/高沸點溶劑以助於控 5 制喷嘴可靠性。當這些4水中的水紐時’該等溶劑傾向 =留在發射腔巾以使顏料及其他材料溶解於墨水中。作 疋，一般而言用於獲得噴嘴可靠性的溶劑量可能會很快蒗 因此而増加在非吸收性基質上的乾燥時間。 【發明内容】 本發明揭冑之噴墨墨水組成物的具體實施例係主要以 水性為主性的墨水墨水，其於熱 乂 刷。办 尖电忒噴墨印 的好Ltr紐介f，本發明揭露之喷墨墨水組成物

At 有良好的防污性及/或防損耗性、強化耐曝效 月匕良好的嘴嘴狀態(health)、比僅以水為主的.墨水更 墨騎成與嗜出’以及具有__降低的乾燥時間（亦即，無站 的乾燥過程(例如’曝露於^氣巾的錢過程)）。 中的時^耐曝，，在本文中係指表示噴墨墨水在暴露於空氣 間係,、，β延長時可立刻從印刷頭喷出的能力。墨水财曝時 (firT則量在列印機噴嘴因可能發生的阻塞而不再適當引燃 短 〗墨水印刷頭可保持不曝露（uncapped)的時間長 物形、般而^，噴嘴可能被黏性阻塞物阻塞，該黏性阻塞 何》t於喷嘴，結果造成水流失、墨水形成硬殼及/或在任 内及/或周圍的染料結晶。如果一喷嘴堵塞，經由喷 嘴孔D紐φ μ 、&、 '出的墨水墨滴可能會往錯誤的方向而對列印品質 成不自暑彡鄉 血、 〜a。孔口亦可能被完全塞住，而造成墨水墨滴 .、，、法通過受影響的喷嘴。 水及不笑限於任何理論，俱信在墨水中之一相對為大量的 J量的特殊溶劑組合有助於達到良好的喷嘴狀態、 良好的耐曝效能及可靠的墨滴形成/-嘴出.，，.而實質上又不會 不良影響墨水在非吸收性介質上之乾燥時間。另外也相信 特殊溶劑及分散劑間的交互作用有助於良好的防污性及/ 或防損耗性。 噴墨墨水組成物的一具體實施例包括丨，2_己二醇；—溶 劑；—含氟界面活性劑；一色料；—分散劑；及水。在其 他具體實施例中，該喷墨墨水組成物亦包括一染料。 一般而言’ 1,2-己二醇在墨水組成物中的存在量的範圍 係自約0.5重量％至約1重量％。不受限於任何理論，俱信墨 水組成物點燃後及噴嘴空轉(idle)後，相對少量之丨，2_己二 醇可集中於噴嘴中的空氣-墨水界面。俱信這樣可能是因為 (至少是部分因為）丨，2_己二醇被認為是—種準界面活性劑 界面活性劑），其具有一親水端及—疏水端。更相信 這會實質上降低水流失發生的速率；藉此，實質防止喷嘴 上形成硬殼及強化耐曝效能及喷嘴可靠性。 ^在一具體實施例中，墨水組成物中溶劑總濃度的範圍 係1約3重量％至約8重量％。®此，如果存有一溶劑組合’ 則總量等於或少於約8重量％。該溶劑係選自於二丙_醇、 二丁〜醇、1，3,5-三聚甲醛、己二醇及其等組合。溶劑或 溶劑'兔合之非限制性實施例包括約1重量％之己二醇及約4 〇<2,3-丁二醇；約8重量％之二丙酮醇；或約5重息 之2,3-τ ^ 王里/〇 利助於二醇。俱信與1,2_己二醇之組合中的少量溶劑可有 於維持喷嘴狀態而不會負面影響墨水乾燥時間。進士 俱信少量溶劑可做到使墨滴可靠地形成及噴出。。 1356841 含氟界面活性劑存在量範圍係自約0.1重量％至約2.0 重量％。在一具體實施例中，墨水組成物中之含氟界面活 性劑的存在量係約1.0重量％。適於含氟界面活性劑之非限 制性實施例係Zonyl® FSO (—環氧化非離子性含氟界面活 5 性劑，可購自位於DE之Wilmington的Dupont)、Zonyl® FSA (一水溶性羧基酸鋰陰離子含氟界面活性劑，可購自 Dupont)、Zonyl® FSN (—非離子性含氟界面活性劑，可購 自Dupont)、Zonyl® FSP (—水溶性、陰離子磷酸含氟界面活 性劑，可購自Dupont)、Novec® 4430 (—含氟界面活性劑， 10 可購自位於St. Paul，MN之3M)、Novec® 4432 (—非離子性 含氟界面活性劑，可購自3M)、Novec® 4434 (—水溶性非離 子性含氟界面活性劑，可購自3M)、P〇lyfox® 136A (—陰離 子水可分散含氟界面活性劑’可購自位於SC之Chester的 OMNOVA Solutions Inc_)、Polyfox® 151N (—非離子性水可 15分散含氟界面活性劑’可購自OMNOVA Solutions Inc.)及 Polyfox® 156A (—陰離子水可分散含氟界面活性劑，可購自 OMNOVA Solutions Inc.)。不受限於任何理論，倶信含氟界 面活性劑有助於實質上防止印出的墨水在非吸收性基質形 成珠粒（這樣會增加乾燥時間及降低易讀性）。 2〇 喷墨墨水組成物亦包括一色料。一般而言，色料量範 圍係自約2重量％至約6重量％。色料可以是非離子性、陽離 子、陰離子及/或其等組合。 本文中之用語“色料”係指一有顏色的顆粒，其實質上 不溶於其所用之液體載劑中。適合之色料包括自乳化色料 8 1356841 及非自乳化^色料。自乳化色料包括表面已化學改質而帶有 一電荷或一聚合基群者。化學改質有助於色料變成及/或實 質上保持分散於一液體載劑。一非自乳化色料利用一分開 的及未附合分散劑(例如，聚合物、單聚物、界面活性劑等 5等）在液體载劑中或以物理方式塗布於色料表面。 一些適合的色料之非限制性實施例包括色料黑1、色料 紅(PR) 122、色料黃(ργ)74、色料藍(PB) 15:4或其等組合。 在一具體實施例中，色料係一自乳化陰離子色料。一 色料先驅物經化學改質後，而使水對該先驅物具有分散 10 性。這類的改質作用包括併入羧酸酯及/或磺酸酯官能基。 雖然可用任何適合的反離子，但在一具體實施例中，陰離 子色料係與Na+、Li+、Κ+及ΝΗ4陽離子結合。一自乳化色料 的一非限制性實施例係CAB-0-JET 300，其可購自位於ΜΑ 之Boston的 Cabot Corporation。 15 適合的黑色料之實施例包括Raven 7000、Raven 5750、 Raven 5250、Raven 5000,及Raven 3500 (其等全可購自位於 Marietta，GA之Columbian Chemicals，Co)。適合黑色料之 其他實施例包括顏色black FW 200、顏色black FW 2、顏色 black FW2V、顏色black FW 1、顏色black FW 18、顏色black 20 S 160、顏色black S 170、Special black 6、Special black 5、 Special black 4A，及Special black 4 (其等全可購自位於NJ之

Parsippany的 Degussa Corp.) ° 許多有色的色料可經由附加有機群組改質。適合之有 色色料種類包括但不限於恩蓖、鈦菁藍、鈦菁綠、重氮、 9 --單偶氮、芘蒽、芘、雜環黃、喹吖啶酮及(硫代)靛藍類染料。 非限制性實施例s of鈦菁藍包括e copper鈦菁blue及 derivatives thereof (例如，PB15)。喹吖啶酮實施例包括但 不限於色料橘（P0) 48、P049、PR122、PR192、PR202、 5 PR206。PR207、PR209、色料紫(PV) 19、PV42或其等組合。 非限制性實施例之恩蓖包括PR43、PR194 (perinone red)、 PR216 (brominated pyrathrone red)、PR226 (芘蒽紅）或其等 組合e芘色料實施例包括但不限於PR123 (鮮紅色）、PR149 (緋紅色）、PR179 (褐紅色）、PR190 (紅色）、PR189 (暗橘色）、 10 PR224或其等組合。硫代靛藍類染料之非限制性實施例包括 PR86、PR87、PR88、PR18卜 PR198、PV36、PV38或其等 組合。適合的雜環黃色料之實施例包括但不限於PY117、 PY138或其等組合。其他適合之有色色料的實施例描述於第 3 版 Colour Index (The Society of Dyers and Colourists，1982) 15 中。本文所列之色料係適合色料之實施例；但要了解的是， 其他色料可以是適合該噴墨墨水組成物之具體實施例。

該墨水組成物之一具體實施例包括一分散劑。該分散 劑可助於色料之分散性。俱信該分散劑亦與特定溶劑交互 作用，而加強了防損耗性及防污性。一般而言，該分散劑 20 存在量範圍係自約0.4色料重量％至約0.6色料重量％。一類 適用於墨水組成物之具體實施例的分散劑包括具有一苯乙 烯/丙烯酸共聚物之分子架構樹脂者。一般而言，the分散劑 具有一酸的數目係大於或等於100,及一分子量等於或小於 20,000。適合分散劑之包括位於NJ之Florham Park的BASF 10 1356841

Corp所製造者，其等之商品名為joncryi 68〇 (分子量4 9〇〇 , 酸值215)Woncryl 682 (分子量 1，700,酸值238)、Joncryl 586 (分子量4,600，酸值108)、Joncryl 683 (分子量8,000，酸值 160)、Joncryl 678 (分子量8,500，酸值215)、Joncryl 671 (分 5 子量17,250，酸值214)或其等組合。 在一具體實施例中，該喷墨墨水組成物亦包括一染 料。該等染料可以是陽離子及/或陰離子。適合的染料非限 制性實施例包括酸性紅52 Na、酸性紅289、酸性藍7、酸藍 9、酸黃73、ProjetK820或其等組合。 10 適合染料之其他實施例包括但不限於直接黃86 ;酸性 289 ;直接藍41 ;直接藍53 ;直接藍199 ;直接黑168 ;直接 黃132 ; Duasyn®系的染料可購自位於Coventry之Clariant、 RI ;直接黑168 ;反應性黑31 ;直接黃157 ;反應性黃37、 酸性黃23 ;反應性紅180;直接紅28 ;酸性紅52;酸性紅91 ; 15 酸性黑1 ;酸性綠3 ;酸綠5 ;酸性綠50 ;直接藍199 ;酸性 藍1 ;酸性藍9 ;酸性藍34 ;酸性藍90 ;酸性藍93 ;酸性藍 104 ;反應性紅4 ;反應性紅56 ;酸性紅92 ;或其等組合。 其他適合染料之非限制性實施例包括直接紅227、酸黃 17、暗黃16948 (其等皆可購自位於NJ之Elmwood Park的 20 Tricon顏色Inc.); Pergasol®黃 CGP或asol®黑 RL (Ciba-Geigy) 或asol®黑RLP (其等皆可購自位於NY之Tarrytown的Ciba Specialty Chemicals) ; Levafix® Brilliant黃 E-GA、Levafix® 黃E2RA、Levafix® Blac k EB、Levafix®黑 E-2G、Levafix® 黑 P-36A、Levafix® 黑 PN-L、Levafix® Brilliant 紅 E6BA，及 11 1356841

Levafix® BrilliaM藍EFFA (其等皆可購自位於德國Frankfurt 之 DyStar Textilfarben GmbH) ; Procion® Turquoise PA、 Procion® Turquoise HA、Procion® Turquoise Ho5G、Procion® Turquoise H-7G、Procion®红MX-5B、Procion®紅H8B (反應 5 性紅31)、Procion®紅MX 8B GNS、Procion®紅G、Procion® 黃 MX-8G、Procion® 黑 H-EXL、Procion® 黑 P-N、Procion® 藍MX-R'Procion®藍MX-4GD、Procion®藍MX-G,及Procion® 藍MX-2GN (其等皆可購自 DyStar Textilfarben GmbH)。本 文所列之染料係適合染料之實施例，但要了解的是其他染 10 料可以適用於該喷墨墨水組成物具體實施例。要了解的是 該染料的顏色可與色料相符（例如，紫紅色染料與紫紅色色 料）。或者，染料及色料可以是不同顏色（例如，紫紅色色料 及一青色染料）。 該染料存在量範圍可以是自約0.5重量％至約2重量 15 %。倶信該染料增加印在各種形式之介質的墨水的色度及 飽滿度，因此可增加印出文字的可讀性。 該喷墨墨水組成物的平衡物可以是水。一般而言，至 少80%的墨水組成物係水。 該喷墨墨水組成物具體實施例的形成方法包括提供或 20 製造墨水載劑（亦即，溶劑、水及界面活性劑），以及添加有 效量的色料及/或染料至該噴墨墨水組成物。在該喷墨墨水 組成物使用方法的一具體實施例中，該墨水組成物係建立 在昱少一部分之基質已形成一形像。該墨水組成物量（至少 部分）建立在所欲之要形成的形像上。該形像可包括字母 12 數-字標記、圖像標記或其等組合。適合喷墨印刷技術之一 非限制性實施例包括噴墨印刷或電式喷墨印刷。適合的列 印機包括可攜式熱泡式或壓電式噴墨列印機(例如’手拿式 列印機、臂掛式列印機、腕掛式列印機等等）、桌上型熱泡 式或壓電式喷墨列印機或其等組合。 當墨水具體實施例建立在非吸收性基質材料時，該乾 燥時間等於或小於約10秒。要了解的是，該乾燥時間可有 些微的變化，依(至少部分）自行及列印密度而定。適合非吸 收性基質（其中一些可以是非孔性基質）之實施例包括但不 限於乙烯及其他塑膠片或膜、金屬、經塗布之平版介質、 一些木質材料、玻璃及/或相似者，及/或其等組合。這類基 質之一些特定非限制性實施例包括聚丙稀帶、聚醋帶、聚 乙稀袋、防水套、紹箔、其他用聚乙稀及/或高密度聚乙 烯製成之基質及/或其等組合。 要了解的是’本發明喷墨墨水組成物具體實施例亦可 印在吸收性基質上。這類基質材料之非限制性實施例包括 但不限於普通紙、微孔性像紙、塗难紙、平滑像紙、半平 滑像紙、特後無光紙張、壁報紙張、數位優質藝術紙張、 曰曆紙、乙烯紙或其等組合。為了進一步說明本發明具體 實施例，本文提供一實施例。要了解的是提供該實施例之 目的係為了說明以欲解釋為限制本發明具體實 圍。 〜现 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 1356841 實施例 — ， 製備三種不同的墨水組成物。該等墨水中，其中兩種 (墨水配方1及2)代表本發明具體實施例，及其中一種（墨水 配方3)係一比較實施例，該比較實施例的形成係用不同溶 5 劑且沒有1，2-己二醇。該等配方請見以下的表1。 表1 :墨水配方 墨水配方1 墨水配方2 墨水配方3(比較實施例） 成分 重量％ 成分 重量％ 成分 重量％ 二丙嗣醇 8% 2,3-丁二醇 3.5% 三甲羥基丙烷 10% 1,2-己二醇 0.5% 己二醇 1% 2-吡咯烷酮 6% 含氟界面活性劑 1.0% 1,2-己二醇 0.5% 1,5-戊二醇 4% 自散性紫色色料 3.0% 含氟界面活性劑 1.0% 含氟界面活性劑 1% 酸性紅52 1% 自散性紫色色料 3.0% 自散性紫色色料 3% 水 86.5% 酸性紅52 1% 酸性紅52 1% 水 90% 水 75%

墨水配方係用一熱泡式喷墨列印機印在各種不同的非 吸收性介質及在普通紙上。無助的乾燥時間結果描述於表2 中。用一軟布或面紙擦拭印出的字體以測量乾燥時間。印 出的字體是24號字且具有一 25%空乏區之點矩陣圖型。 10 14 1356841

表2 :墨水配方在-不同介質之乾燥時間结果 乾燥時間 測試基質 墨水配方1 墨水配方2 墨水配方3 鋁箔 < 10s < 10s >4hrs 玻璃 <10s <10s >4hrs 高密度聚乙烯(HDPE) <10s <10s >4hrs 低密度聚乙烯(LDPE) <10s <10s >4hrs 雙向拉伸聚丙烯帶(BOPP) <10s <10s >4hrs 聚酯膜 <10s <10s >4hrs 聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)(例如，Mylar®)膜 <10s <10s >4hrs Tyvek®套 < 1 s < 1 s < 5s 普通紙 < 1 s < 1 s < 1 s 通常“<5秒”表示印出的墨水在受試了0-1秒時產生污 跡，在5-6秒的時間點就不會產生污跡。“<10秒”表示印出 的墨水在5秒時產生污跡，但不會在10秒的時間點產生污 5 跡。要了解的是時間都有+/-1秒的誤差。 # 如表2所述，當印在非吸收性基質上時，墨水配方1及2 的乾燥時間低於墨水配方3之乾燥時間。 雖然描述了數個具體實施例，但是熟於此項技藝者明 瞭這些揭示的實施例是可以變化的。因此，前述的内容係 10 被視為例示用而非限制用。 【圖式簡單說明】 (無） 【主要元件符號說明】 (無） 15

Claims (1)

1¾1356841 一列印機；及 喷墨墨水，其係被構成為經由列印機而被列印在 f質上非錢絲質上，且當❸卩在實質上非吸收性基 質上時具有—縮短的乾燥時間，該噴墨墨水包括： -溶劑，其係選自於二丙酮醇、23· 丁二醇、u，5_ -聚甲搭、己—醇及其等組合，該溶劑存在量的範圍係 自3重量％至8重量％ ; 10 第9612*7269號專利申請案申請專利範園士你 円手朝圍修正本修正曰期：100年9月 十、申請專利範圍： 1· 一種印刷系統’其包含有： Λ^-f^~' 曰修正本 1，2-己一醇，其存在量範圍係自〇5重量％至1重量 % ； -含氟界面活性劑，其存在量範聽自Q1重量％至 2.0重量％ ; 一色料，其存在量範圍係自2重量％至6重量〇/〇 ; 一分散劑；及 水。 2.如申請專利範圍第旧之系統，其中該實f上非吸收性 基質係選自於聚丙料、料帶、聚乙烯袋防水套、 紐治、玻璃、聚乙縣質、高密度聚乙烯基質及其等組 合。 3·如申請專利範，丨或2項之系統，其巾該喷墨墨水進一 V包括一染料，其存在量範圍係自0.5重量％至2重量。/〇。 如申明專利範@第1或2項之系統，其中該列印機係選自 於可攜式熱泡式喷墨列印機、桌上型熱泡式喷墨列印 16 1356841 公告本 第96127269號專利申請案申請專利範圍修正本修正日期:100年9月 機、可攜式壓電式喷墨列印機、桌上型壓電式喷墨歹>1印 機及其等組合。 η月Α修正本i 5. 如申請專利範圍第1或2項之系統，其中當該喷墨签水.C 成物建立於該實質上非吸收性基質時，該建立的喷墨墨 水組成物表面實質上係防污的。 6. 如申請專利範圍第1或2項之系統，其中該分散劑存在量 範圍係自該色料之重量的0.4重量％至0.6重量°/〇。 7. —種喷墨墨水組成物，其包含： 10 一溶劑，其選自於二丙酮醇、2,3-丁二醇、1,3,5-三聚曱醛、己二醇及其等組合，該溶劑存在量範圍係自 3重量％至8重量％ ; 1，2-己二醇，其存在量範圍係自0.5重量％至1重量 % ； 一含氟界面活性劑，其存在量範圍係自〇.1重量％至 15 2.0 重量0/〇; 一色料，其存在量範圍自2重量％至6重量％ ; 一分散劑；及 水0 8. 如申請專利範圍第7項之噴墨墨水組成物，係進一步包 20 含一染料，其存在量範圍係自0.5重量％至2重量％。 9. 如申請專利範圍第7或8項之喷墨墨水組成物，其中當該 噴墨墨水組成物建立在一實質上非吸收性基質時，會有 至少一種下列情形：實質上縮短該喷墨墨水組成物的乾 燥時間；該建立的喷墨墨水組成物表面實質上係除污 17 1356841 第96127269號專利申請案申請專利範圍修正本修正日期:100年9月 的；或其等組合。 10.如申請專利範圍第7或8項之噴墨墨水組成物，其中該分 散劑存在量範圍係自該色料之重量的0.4重量％至0.6重 量％。

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