TWI599623B - 用於噴墨印刷之墨水 - Google Patents

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Description

用於噴墨印刷之墨水
本發明係關於墨水及墨水組及其於噴墨印刷(尤其於商業印刷領域)中之用途。
噴墨印刷(IJP)係一種無壓印刷技術，其中墨水滴係通過微細噴嘴噴射至基板上，而無需使該噴嘴與該基板接觸。
桌面印刷機係常用於家庭及小型辦公室中，以印刷(例如)家庭照片、兒童家庭作業及頁數較少的文件(諸如信件)。
相反地，商業印刷領域使用大型噴墨印刷機。此等印刷機大規模地印刷出大量文件，諸如電話帳單、水電費帳單、報紙及書本。
用於商業印刷領域中之印刷頭通常係佈置成寬廣單一陣列，且可一次性印刷基板。商業印刷機長時間連續運行，因而墨水需尤其穩定，因為即使有一個噴嘴受阻，此亦會導致大量文件上形成空白帶，且該印刷機在清洗印刷頭時脫機。相反地，桌面印刷機通常具有窄得多的印刷頭且多次印刷基板，以使得若單一噴嘴受阻，其不太明顯。
商業領域中之噴墨印刷機可高速印刷，例如有的印刷機可以超過200米/分鐘之速度印刷600 x 600dpi解析度。此提出不會出現在每分鐘僅產出幾頁之桌面印刷機上的技術要求。提高印刷速度意味著噴墨印刷墨水應理想地更快速乾燥，以使最終印刷物在堆疊時不形成汙跡。然而，乾燥時間較快的墨水會增加在印刷機不進行印刷時該墨水在噴嘴上乾燥並結塊之風險。為使此等印刷機可以此等高速度工作，所用墨水亦必須顯示低發泡可能性及極佳液滴形成性。
用於商業印刷領域中之基板亦比彼等用於桌面印刷者更為多樣化。在桌面印刷領域中，在印刷照片及臨時簡短文件時使用昂貴光滑及具有專用塗層之紙張。然而，在商業印刷領域中，大量印刷(例如)水電費帳單需要使用廉價基材，諸如普通紙張、報紙用類型之薄紙張及可能難以用水性墨水有效印刷之膠印介質。商業印刷領域之消費者期望墨水適用於各種基板(從極薄的吸收性基板到吸收性小得多的基板)。薄基板(諸如彼等用於報紙者)可因墨水在紙張上「羽化」而受到點清晰度較差之困擾。就習知墨水而言，「透印」亦可成為問題，其中墨水會完全透過薄紙張，從而在另一側變得可見。良好的液滴清晰度及邊緣銳度係商業印刷領域優先考慮的問題。
根據本發明之第一態樣，提供一種墨水組合物，其包含：a)0.2至20份一或多種選自由乙二醇、二乙二醇、丙二醇或二丙二醇組成之群之二醇；b)30至50份甘油；c)0.5至10份2-吡咯啶酮；d)0.5至9份著色劑；e)30至70份水；f)0至3份界面活性劑；g)0至5份殺生物劑；其中所有份數均係以重量計。
較佳地，該墨水組合物具有2.5至11cP，更佳3至10cP，特別3.5至9cP，更特別4至8cP，尤其4至7cP及更尤其4至6cP之黏度。該黏度係在32℃下使用Brookfield轉軸18以60rpm測得。
較佳地，該墨水組合物在22℃下具有25至45，更佳30至40及特別33至37達因/cm之表面張力。該墨水組合物之表面張力較佳係使用Kibron Aquapi測得。
較佳地，該墨水組合物具有6至10，更佳6.5至9.5及特別7至8.5之pH。
在本說明書中，「重量份」通常係簡稱為「份」，但含義並無任何變化。
組分a)較佳係以1至15份，更佳2至10重量份及特別3至8重量份之含量存在於該墨水組合物中。
組分a)較佳為二乙二醇、丙二醇或其混合物，組分a)更佳為二乙二醇。
組分b)較佳係以35至45重量份及更佳36至42重量份之含量存在於該墨水組合物中。
組分c)較佳係以1至8重量份，更佳2至7重量份，特別3至6重量份及更特別4至6重量份之含量存在於該墨水組合物中。
包含在該墨水組合物中之組分d)的含量將在一定程度上取決於該墨水所需之顏色強度。然而，組分d)通常係以0.6至8重量份，更佳1至7.5重量份及特別2至5重量份之含量存在。組分d)可為單一著色劑或著色劑之混合物。
較佳著色劑為染料，尤其係水溶性染料。以酸性及直接染料尤佳，且可提及國際色彩索引(Colour Index International)中所列之染料作為實例。
當組分d)包含黃色著色劑時，其較佳係選自由下列組成之群：C.I.直接黃86、C.I.直接黃132、C.I.直接黃142、酸性黃23及Pro-Jet黃746及其混合物，特別係C.I.直接黃132。
當組分d)包含品紅著色劑時，其較佳係選自由下列組成之群：酸性紅249；呫噸染料(諸如C.I.酸性紅52)；及式(1)單偶氮染料及其鹽；及其混合物：
其中：Ar1為視情況經取代的苯基或視情況經取代的萘基；Z1為視情況經取代的含氮雜環基團，其係藉由與該雜環基團中之氮原子形成鍵結而附接至三嗪環；R1為H或視情況經-OH、-COOH或-SO3H取代之C1-4-烷基；且t為0或1。
較佳地，Z1為視情況經取代的5-或6員雜環基團。Z1特佳係不含一級或二級胺基。更尤其地，Z1為嗎啉基或吡咯啶基，其等各視情況經C1-4-烷基、羧基或磺酸基取代。
以Ar1表示之基團之較佳實例包括2-羧基苯基、3,5-二羧基苯基、2-磺苯基、3-磺苯基、2-羧基-4-磺苯基、3,4-二甲基-6-磺苯基、4-胺基-2-羥苯基、4-羧基-2-羥苯基、1,5-二磺萘-2-基、1-磺萘-2-基、3,6,8-叁磺萘-2-基、8-羥基-2,4-二磺萘-1-基、1-胺基-8-羥基-3,6-二磺萘-2-基、2-胺基-8-羥基-6-磺萘-1-基、2-胺基-8-羥基-6-磺萘-7-基、2-胺基-8-羥基-3,6-磺萘-1-基或6-磺酸基-茚滿-5-基。Ar1特佳係苯基或萘基，其等各視情況經-OH、-SO3H、-COOH、-NH2、C1-4-烷基、C1-4-烷氧基或硝基中之一或多者取代。
當t為1時，式(1)中之非固定磺酸基較佳係附接於萘環之3-或4-位置上。更佳地，t為1，且該非固定磺酸基係附接在3-位置上。
尤佳的式(1)染料為式(2)染料及其鹽：
可如US 6,635,747中所述來製備式(1)化合物，其中式(2)化合物為染料6，且其製法係描述於實例3中，該案以引用的方式併入本文中。
亦可使用酸性紅249、呫噸染料(諸如C.I.酸性紅52)、及式(1)單偶氮染料及其鹽中之兩者或更多者之混合物。
當組分d)包含青色著色劑時，其較佳係選自由下列組成之群：C.I.直接藍86、C.I.直接藍199及其混合物，特別係C.I.直接藍199。
當組分d)包含黑色著色劑時，其較佳係選自由下列組成之群：C.I.直接黑19、C.I.直接黑168、Mobay黑SP、Bayscript黑SP、Steiner黑SP或式(3)或(4)化合物(無論呈游離酸或鹽形式)及其混合物，其中式(3)為：T-Q-N=N-L-T式(3)
其中：各T獨立地為含偶氮基團；Q為視情況經取代、視情況經金屬化的1,8-二羥萘基；及L為二價有機鍵聯基；且式(4)為
其中：W1為羧基；W2為H、羧基、磺酸基、鹵基、羥基、C1-4-烷氧基或C1-4-烷基；Y及Z各獨立地為H、羧基或磺酸基；及R2及R3各獨立地為H、C1-4-烷基或具有羧基或磺酸基之C1-4-烷基。
在式(3)化合物中，以T表示之較佳偶氮基團為式A-N=N-，其中各A獨立地為視情況經取代的苯基或視情況經取代的萘基。此等基團之實例係上文中針對Ar1所列。
在式(3)中，L較佳為式(5)：-L1(-G-L2)X-式(5)
其中：L1為單一共價鍵或視情況經取代的苯基或萘基；L2為視情況經取代的苯基或萘基；G為-O-、-NR4-、-N=N-、-NR4-CO-、-NR4CONR4-、-S-、-SO-、-SO2-、-SO2NR4或CR4=CR4-，其中各R4獨立地為H或C1-4-烷基；且X為0、1或2。
A、L、L1、L2及Ar1上之較佳可選取代基包括鹵素(尤其係F及Cl)、硝基、氰基、-CF3、-OR5、-SR5、-NR6R7、-C(O)R5、-C(O)OR5、-SO2R5、-SOR5或視情況經-OH、-SO3H、-COOH、- PO3H2、C1-4-烷氧基或羥基-C1-4-伸烷基-氧基取代的C1-6-烷基；其中：R5為H、視情況經-OH、-SO3H或-COOH取代的C1-6-烷基或視情況經C1-4-烷基、-OH、-SO3H、-COOH、-NH2或-NO2取代的苯基；R6及R7各獨立地為H、-CO(C1-6-烷基)、-CONH2、視情況經-OH、-SO3H或-COOH取代的C1-6-烷基或視情況經C1-4-烷基、-OH、-SO3H、-COOH、-NH2或-NO2取代的苯基；或R6及R7連同其等所附接的氮一起形成5-或6員環(較佳為嗎啉或哌嗪)。
A、L、L1、L2及Ar1上之特佳可選取代基包括C1-4-烷基、C1-4-烷氧基、-OH、-COOH、-PO3H2、-SO3H、硝基、-Cl、-F、-CF3、胺基及-COOC1-4-烷基中之一或多者。
較佳地，式(3)化合物為
式(3)化合物可如US 7,056,376(以引用的方式併入本文中)中所述進行製備。
較佳地，式(4)化合物包含至少與磺酸基一樣多的羧基。
式(4)化合物可如US 5,203,912中所述進行製備。
該黑色著色劑較佳包含直接黑168及/或直接黑19。出於調色目的，該黑色著色劑亦可包含少量的另一種有色染料。在一較佳實施例中，該黑色著色劑為直接黑168，而在另一較佳實施例中，該黑色著色劑為直接黑19及如上所述及優選的式(1)品紅著色劑之混合物。
組分e)水較佳係以35至55份及更佳40至50份之含量存在於該組合物中。水較佳為去離子水。
用作組分f)之界面活性劑可為離子型，或更佳為非離子型。以炔二醇界面活性劑(尤其係2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇及其環氧乙烷縮合物)較佳，例如Surfynol®界面活性劑及尤其係可自Air Products獲得之Surfynol®465。
組分f)較佳係以0.001至2.5份，更佳0.01至2份，特別係0.05至1份及更特別係0.1至0.5份之含量存在於該組合物中。
就組分g)而言，可使用在該墨水中係安定的任何殺生物劑(或殺生物劑之混合物)，諸如(例如)可自Lonza獲得之Proxel® GXL。組分g)較佳係以0.001至1.5份，更佳0.01至0.5份，特別係0.01至0.3份之含量存在於該組合物中。
除上述組分以外，該墨水組合物可視情況包含一或多種墨水添加劑。適用於IJP墨水之較佳添加劑為pH調節劑及/或緩衝劑、抗結垢劑、流變改質劑、腐蝕抑制劑及螯合劑及其他染料。較佳地，所有此等添加劑之總量不超過10重量份。
在一實施例中，該墨水不含顏料。在另一實施例中，該墨水不含丙烯酸系黏結劑。
鑒於前文，尤佳的墨水包含：a)2至10份二乙二醇；b)35至45份甘油；c)2至7份2-吡咯啶酮；d)0.6至8份水溶性染料；e)35至55份水；f)0.05至1份非離子界面活性劑；g)0.01至0.5份殺生物劑； 其中所有份數均係以重量計。在該墨水中，較佳地，黏度為3至10cP，表面張力為25至45達因/cm，且pH為6至10。
鑒於前文，尤佳的墨水包含：a)3至8份二乙二醇；b)36至42份甘油；c)4至6份2-吡咯啶酮；d)1.5至7份水溶性染料；e)40至50份水；f)0.1至0.5份非離子界面活性劑；g)0.01至0.3份殺生物劑；其中所有份數均係以重量計。在該墨水中，較佳地，黏度為4至7cP，表面張力為30至40達因/cm，且pH為7至9.5。
a)至g)之份數較佳總計為100。此並不意味著不可存在其他成分，而係僅界定該等指定組分相對於彼此之相對含量。然而，在一較佳實施例中，不存在其他組分。
較佳地，本發明墨水包含少於3份，更佳少於2份，特別係少於1份乙二醇單丁醚，更特別係不含乙二醇單丁醚。
較佳地，已使該墨水組合物濾過平均孔徑小於10微米，更佳小於5微米及特別係小於1微米之過濾器。
根據本發明之第二態樣，提供一種包含黃色墨水、品紅色墨水、青色墨水及一或兩種黑色墨水之墨水組，其中各墨水係獨立地如上文所述。
用於該墨水組中之黃色墨水、品紅色墨水、青色墨水及黑色墨水之著色劑較佳係如上文針對本發明之第一態樣所述及優選。
較佳地，根據本發明之第二態樣之墨水組包含：(i)黃色墨水，其包含C.I.直接黃86、C.I.直接黃132、C.I.直接 黃142、酸性黃23、Pro-Jet黃746或包含其中兩者或更多者之混合物，特別係C.I.直接黃132；(ii)品紅色墨水，其包含C.I.酸性紅249、C.I.酸性紅52、如上文所定義的式(1)單偶氮染料(無論呈游離酸或鹽形式)或其混合物。該品紅色墨水尤佳包含C.I.酸性紅249及/或式(1)單偶氮染料；(iii)青色墨水，其包含C.I.直接藍86或C.I.直接藍199，特別係C.I.直接藍199，或其混合物；及(iv)一或兩種黑色墨水，其獨立地包含(若超過一種墨水)C.I.直接黑19、C.I.直接黑168、Mobay黑SP、Bayscirpt黑SP、Steiner黑SP或式(3)或(4)染料(無論呈游離酸或鹽形式)或其混合物，特別係式(2)及(5)染料(無論呈游離酸或鹽形式)之混合物或其混合物。在一較佳實施例中，該黑色墨水包含C.I.直接黑19。在第二較佳實施例中，該黑色墨水包含C.I.直接黑168及C.I.酸性紅249。若存在兩種黑色墨水，則其等較佳包含不同著色劑或不同著色劑混合物。
根據本發明之第二態樣之更佳墨水組包含：(i)黃色墨水，其包含C.I.直接黃132；(ii)品紅色墨水，其包含C.I.酸性紅249、C.I.酸性紅52、如上文所定義的式(2)單偶氮染料(無論呈游離酸或鹽形式)或其混合物。該品紅色墨水尤佳包含C.I.酸性紅249及/或式(2)單偶氮染料；(iii)青色墨水，其包含C.I.直接藍199；及(iv)一或兩種黑色墨水，其獨立地包含(若超過一種墨水)C.I.直接黑19、C.I.直接黑168、Mobay黑SP或其混合物。在一較佳實施例中，該黑色墨水包含C.I.直接黑19。在第二較佳實施例中，該黑色墨水包含C.I.直接黑168及C.I.酸性紅249。若存在兩種黑色墨水，則其等較佳包含不同著色劑或不同著色劑混合物。
該墨水組之墨水各係獨立地如上文針對本發明之第一態樣所述 及優選。
根據本發明之第三態樣，提供一種在基板上印刷影像之方法，其包括藉助噴墨印刷機將根據本發明第一態樣之墨水或根據本發明第二態樣之墨水組施加至基板上。
該基板較佳為紙張、塑膠膜或紡織材料。該紙張可為普通紙張或經處理的紙張，且可具有酸性、鹼性或中性性質。
根據本發明之第四態樣，提供一種藉由根據本發明第三態樣之方法印刷之材料。
該材料較佳為紙張、塑膠膜或紡織材料。該紙張可為普通紙張或經處理的紙張，且可具有酸性、鹼性或中性性質。
根據本發明之第五態樣，提供一種噴墨印刷機，其包括一或多個各含有一腔室之墨水容器及根據本發明第一態樣之墨水或根據本發明第二態樣之墨水組，其中該墨水係存在於該一或多個腔室中。
本發明墨水係尤其適用於商業印刷機，特別係壓電式噴墨印刷機。其等具有較低之噴嘴阻塞傾向，且適用於各類基板。可實現良好的液滴清晰度，且透印率低。此意味著該等墨水係適用於輕質及/或薄基板。
藉由以下實例進一步說明本發明，且在該等實例中，除非另有說明，否則所有份數及百分比均係以重量計。
實例1至4
藉由以所示份數混合表1中所指定的組分製備墨水1至4。著色劑欄描述所包含的(諸)分類著色劑之份數及在包括多於一種著色劑時之重量比。
表1-黃色及青色墨水實例1-黃色墨水實例2-青色墨水
腳註： Surfynol® 465為來自Air Products之界面活性劑。
DY 132為C.I.直接黃132。
DB199為C.I.直接藍199。
AR 249為C.I.酸性紅249
表3-黑色墨水實例5-黑色墨水1實例6-黑色墨水2
DB 19為C.I.直接黑19
DB 168為C.I.直接黑168
噴墨印刷性質
藉助噴墨印刷機將實例墨水1、2、4及6印刷於以下印刷紙上：以100%深度測量相對光學密度(ROD)及CIE L*a*b*色彩空間參數。
Canon® GF500
UPM Brite 65C
Xerox® 4200
以100%深度測量此等印刷物之相對光學密度(ROD)及CIE L*a*b*色彩空間參數。
性能
為評估商業印刷機在停用一段時間後該墨水在其噴嘴上結塊並阻塞噴嘴之可能性，可如下評估老化墨水在靜置後之再溶解能力。
可在露天下使待評估的墨水升溫至40℃，並在該溫度下保持24小時。應將剩餘的殘渣(0.2g)稱量於容量為10cm3且含水(2cm3)之小瓶中。然後，可以120次/分鐘之頻率振盪該小瓶，並記錄該殘渣再溶解所需之時間。再溶解時間越長表明結塊及阻塞噴嘴之可能性越高。

Claims (14)

  1. 一種墨水組合物，其包含：a)2至10份一或多種選自由乙二醇、二乙二醇、丙二醇或二丙二醇組成之群之二醇；b)30至50份甘油；c)0.5至10份2-吡咯啶酮；d)0.5至9份水溶性染料；e)30至70份水；f)0至3份界面活性劑；g)0至5份殺生物劑；其中所有份數均係以重量計。
  2. 如請求項1之墨水組合物，其中該墨水在32℃下具有4至8cP之黏度。
  3. 如請求項1之墨水組合物，其中組分a)為二乙二醇。
  4. 如請求項1之墨水組合物，其中組分b)係以35至45重量份之含量存在。
  5. 如請求項1之墨水組合物，其中組分c)係以2至7重量份之含量存在。
  6. 如請求項1之墨水組合物，其中組分d)係以1至7.5重量份之含量存在。
  7. 如請求項1之墨水組合物，其中組分d)包含選自由下列組成之群之黃色著色劑：C.I.直接黃86、C.I.直接黃132、C.I.直接黃142、酸性黃2%及混合之1-{5-[(2-羧酸-4-硫苯基)亞肼基]-2-羥基-4-甲基-6-氧基-5,6-二氫吡啶-3-基}嘧啶-3-羧酸鋰及羧酸鈉及其混合物。
  8. 如請求項1之墨水組合物，其中組分d)包含選自由下列組成之群之品紅著色劑：酸性紅249；呫噸染料；及式(1)單偶氮染料及其鹽；及其混合物 其中：Ar1為未經取代或經取代的苯基或未經取代或經取代的萘基；Z1為未經取代或經取代的含氮雜環基團，其係藉由與該雜環基團中之氮原子形成鍵結而附接至三嗪環；R1為H或C1-4-烷基，該C1-4-烷基係未經取代或經-OH、-COOH或-SO3H取代；且t為0或1；或彼等之混合物。
  9. 如請求項1之墨水組合物，其中組分d)包含選自由下列組成之群之青色著色劑：C.I.直接藍86、C.I.直接藍199及其混合物。
  10. 如請求項1之墨水組合物，其中組分d)包含選自由下列組成之群之黑色著色劑：C.I.直接黑19、C.I.直接黑168、或式(3)或(4)化合物及其混合物，其中式(3)為：T-Q-N=N-L-T 式(3)其中：各T獨立地為含偶氮基團； Q為未經取代或經取代、未經金屬化或經金屬化的1,8-二羥萘基；及L為二價有機鍵聯基；且式(4)為 其中：W1為羧基；W2為H、羧基、磺酸基、鹵基、羥基、C1-4-烷氧基或C1-4-烷基；Y及Z各獨立地為H、羧基或磺酸基；及R2及R3各獨立地為H、C1-4-烷基或具有羧基或磺酸基之C1-4-烷基。
  11. 一種墨水組，其包含黃色墨水、品紅色墨水、青色墨水及一或兩種黑色墨水，其中各墨水係獨立地如請求項7至10中任一項所述。
  12. 如請求項11之墨水組，其包含：(i)黃色墨水，其包含C.I.直接黃86、C.I.直接黃132、C.I.直接黃142、C.I.酸性黃23、混合之1-{5-[(2-羧酸-4-硫苯基)亞肼基]-2-羥基-4-甲基-6-氧基-5,6-二氫吡啶-3-基}嘧啶-3-羧酸鋰及羧酸鈉或包含其中兩者或更多者之混合物；(ii)品紅色墨水，其包含C.I.酸性紅249、C.I.酸性紅52、式(1)單偶氮染料及其混合物 其中：Ar1為未經取代或經取代的苯基或未經取代或經取代的萘基；Z1為未經取代或經取代的含氮雜環基團，其係藉由與該雜環基團中之氮原子形成鍵結而附接至三嗪環；R1為H或C1-4-烷基，該C1-4-烷基係未經取代或經-OH、-COOH或-SO3H取代；t為0或1；或彼等之混合物；(iii)青色墨水，其包含C.I.直接藍86或C.I.直接藍199或其混合物；及(iv)一或兩種黑色墨水，其獨立地包含(若超過一種墨水)C.I.直接黑19、C.I.直接黑168、或式(3)或(4)染料，其中式(3)為：T-Q-N=N-L-T 式(3)其中：各T獨立地為含偶氮基團；Q為未經取代或經取代、未經金屬化或經金屬化的1,8-二羥萘基；及L為二價有機鍵聯基；且式(4)為 其中：W1為羧基；W2為H、羧基、磺酸基、鹵基、羥基、C1-4-烷氧基或C1-4-烷基；Y及Z各獨立地為H、羧基或磺酸基；及R2及R3各獨立地為H、C1-4-烷基或具有羧基或磺酸基之C1-4-烷基；或其混合物。
  13. 一種於基板上印刷影像之方法，其包括藉助噴墨印刷機將如請求項1至10中任一項之墨水組合物或如請求項11或12之墨水組施加至基板上。
  14. 一種藉由如請求項13之方法印刷之材料。
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