专利名称：乙醇基油墨组合物的制作方法
技术领域：
本发明一般性地涉及一种喷墨油墨组合物，并且具体涉及乙醇基油墨组合物。
背景技术：
在喷墨印刷中，印刷设备和沉积被印刷的字符的基材之间没有接触便完成印刷。 简而言之，喷墨印刷涉及将油墨微滴流喷射至表面并控制(例如电子控制)该液流的方向， 从而使得微滴在所述表面上形成期望的印刷图像。无接触印刷的技术尤其适用于将字符施加于多种表面(包括多孔和无孔表面)上。通常，喷墨油墨组合物应当满足某些要求以适用于喷墨印刷操作。这些涉及粘度、 电阻率、溶解度和组分相容性以及对基材的润湿性。另外，油墨应该是快干的和抗涂抹的 (smear resistant)，应当能够经过喷墨喷嘴而不堵塞，并且应当允许用最小的努力快速清洁机器组件。此外，油墨组合物应当提供很好地粘附在基材(特别是无孔基材)上的印刷图像。本领域普通技术人员知道无孔基材对于获得图像粘附性提出了挑战。
发明内容
一方面，喷墨油墨组合物包含乙醇、粘结剂、导电剂和着色剂。乙醇在油墨组合物中存在的量为至少70重量％。粘结剂不是聚酰胺树脂、羟基芳族树脂或酚醛树脂。粘结剂在油墨组合物中存在的量介于2重量％和15重量％之间。如果存在，水在油墨组合物中存在的量小于5重量％。另一方面，喷墨油墨组合物包含乙醇、至少一种粘结剂和溶剂染料。乙醇在油墨组合物中存在的量为至少70重量％。所述至少一种粘结剂选自丙烯酸类树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、乙基纤维素树脂及其混合物。粘结剂在油墨组合物中存在的量介于2重量％和15 重量％之间。如果存在，水在油墨组合物中存在的量小于5重量％。另一方面，喷墨油墨组合物包含乙醇、至少一种粘结剂、导电剂和溶剂染料。乙醇在油墨组合物中存在的量为至少78重量％。粘结剂包含丙烯酸类树脂，但不是聚酰胺树脂、羟基芳族树脂或酚醛树脂。如果存在，水在油墨组合物中存在的量小于3重量％。导电剂在油墨组合物中存在的量介于0. 2重量％和3重量％之间。该油墨组合物基本上不含甲
具体实施例方式
本公开提供了一种喷墨油墨组合物，其包含作为溶剂的乙醇作、粘结剂、导电剂和着色剂。该油墨组合物提供了令人满意的印刷性能，在较长的时间内保持稳定，并且提供了在基材上令人满意的粘附性。MEK和甲醇是喷墨油墨常用的溶剂，因为它们为关键的喷墨组分(诸如粘结剂树脂和染料)提供良好的溶解能力。此外，由于其挥发性它们能提供良好的干燥时间。但是， 出于对MEK和甲醇的健康和安全的关注以及监管关注，诸如VOC(挥发性有机化合物)和 HAP (危险性空气污染物)，现在期望开发并销售基于不同于MEK和甲醇的溶剂的油墨。在美国，MEK和甲醇均在VOC管理条例下监管。甲醇作为HAP被管理。在欧洲，甲醇被列为有毒化学品，并且标签上需要有骷髅和十字架的符号。此外，甲醇还被列在欧洲涂料油墨颜料工业委员会(CEPE)的印刷油墨及相关产品的排除名单中。除了 MEK和甲醇，用于油墨组合物的可选溶剂包括丙酮、乙酸甲酯、二氧戊环和乙酸乙酯。但是，丙酮和乙酸甲酯对于喷墨打印来说太易挥发，导致较高的外包装消费并且较低的打印机在热环境中的可靠性。二氧戊环和乙酸乙酯在提供油墨导电性方面不太有效， 所以需要更多的导电剂，这将导致油墨组合物对基材的粘附性较差。此外，所有这些溶剂依然承受健康/安全/气味方面的关注，特别是在某些食物包装材料上印刷时。已发现乙醇是更令人满意的喷墨油墨组合物用溶剂，因为其气味低、毒性相对较小。其不受HAP的管理且没有被包含在CEPE排除名单表中。但是，对于MEK喷墨油墨中常用的许多树脂、染料和导电剂来说，乙醇的溶解能力不是很好，因此满足油墨粘附性和油墨稳定性要求更有挑战性，因为对粘结剂树脂、染料、导电剂的选择有限，并且染料和导电剂之间的相容性有限。此外，乙醇油墨易于吸收水分，特别是在潮湿的环境中，所以油墨的耐水性对可靠的打印机操作来说非常重要。选择适用于乙醇基油墨组合物的树脂也是一个挑战。酚醛树脂被认为不很安全，因为使用酚醛树脂粘结剂的油墨组合物中存在残留的酚以及痕量的甲醛。当油墨从环境中吸收水时，聚酰胺树脂有从溶液中沉淀的倾向，还将导致不可靠的打印机操作，特别是在潮湿的环境中。因此，本发明的油墨组合物使用乙醇作为溶剂。乙醇可以以任何合适的形式提供。在一个实施方式中，提供SDA 3C形式的乙醇，这是用异丙醇(IPA)作变性剂的无水乙酉享。SDA 3C 可购自 Ashland Chemical Company, Equistar Chemicals L. P.禾口 Eastman Chemical Company.优选地，乙醇中的变性剂不含有CEPE名单中的化学品(诸如甲醇)。 CEPE名单中的其他化学品包括2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、乙酸2-甲氧基乙酯、乙酸 2-乙氧基乙酯、一氯代苯、二氯代苯、易挥发的氯化碳氢化合物、易挥发的含氟氯碳氢化合物和2-硝基丙烷。更优选地，除CEPE名单中的化学品之外，变性剂也不含甲基乙基酮和其他酮。甚至更优选地，变性剂不含酯和酮以及CEPE名单中的化学品。乙醇可以以任何合适的量存在，例如在喷墨油墨组合物中的含量(重量％ )为70%或更多，约75%或更多，约 78%或约80%或更多，约81%或更多，或约82%或更多。在一个实施方式中，乙醇在喷墨油墨组合物中存在的量可为约70%到约95%，优选地为约75%到约90%，更优选地为约80% 到约85%，最优选地为约81%到约84%。优选地，油墨组合物包含少量水或不含水。优选地，水在喷墨油墨组合物中存在的量小于5重量％，更优选地小于4重量％，甚至更优选地小于2重量％，最优选地小于1重量％。优选地，除乙醇中所用的变性剂外，油墨组合物基本上不含任何其他有机溶剂，特别地，如果组合物包含甲醇，甲醇在油墨组合物中存在的量小于1重量％、小于0. 5重量％或小于0.1重量％。最优选地，油墨组合物基本上不含甲醇。此外，如果该组合物包含乙酸乙酯，优选地其在油墨组合物中存在的量小于5重量％、小于2重量％或小于1重量％。更优选地，油墨组合物基本上不含乙酸乙酯。油墨组合物包含至少一种粘结剂树脂。可以存在一种或更多种粘结剂树脂。可以使用任何合适的粘结剂树脂(可溶解的或可分散的)，优选地是乙醇可溶的粘结剂树脂。在一个实施方式中，油墨组合物包含一种或更多种选自如下的粘结剂树脂丙烯酸类树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、乙基纤维素树脂、聚氨酯树脂、改性松香树脂、酚醛树脂、聚酰胺、纤维素醚、硝化纤维素树脂、聚马来酸酐、缩醛聚合物(acetal polymer)、苯乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物、醛树脂、聚乙烯醇、苯乙烯和烯丙醇的共聚物和聚酮树脂及其任意组合。丙烯酸类树脂既包括丙烯酸类和/或烷基丙烯酸类的聚合物又包括丙烯酸类和/或烷基丙烯酸类与其他单体(诸如苯乙烯和/或α -甲基苯乙烯)的聚合物。优选地，组合物包含一种或更多种选自丙烯酸类树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、乙基纤维素树脂及其任意组合物的粘结剂树脂。在一个实施方式中，油墨组合物包含丙烯酸类树脂作为主要的粘结剂，而聚乙烯醇缩丁醛树脂或乙基纤维素树脂或其混合物为次要粘结剂。丙烯酸类树脂的例子包括苯乙烯-丙烯酸类树脂，其可以通过苯乙烯与丙烯酸类单体(诸如丙烯酸或甲基丙烯酸)共聚来制备、并可选地与丙烯酸烷基酯单体(诸如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯以及类食物)共聚来制备。S. C. Johnson & Co.，in Racine, Wis以商品名J0NCRYL 出售苯乙烯丙烯酸类。J0NCRYL 树脂的例子包括J0NCRYL 555、586、678、680、682、683和67。 J0NCRYL 682是优选的树脂，其平均分子量为约1700，酸值为约238，软化温度为约105°C， 玻璃化转变温度为约56°C。聚乙烯醇缩丁醛树脂的例子是购自Wacker Chemie AG的 PI0L0F0RM BW8 和购自 Kuraray America, Inc.的 MOWITAL B20H。乙基纤维素树脂的例子是购自 Dow Chemical 的 Ethocell。在一个实施方式中，油墨组合物不含酚醛树脂作为粘结剂。这种油墨组合物的优点是粘结剂树脂可能不含或基本上不含醛(诸如甲醛)，醛(诸如甲醛)是经常在诸如酚醛清漆(novolaks)和可熔酚醛树脂(resoles)的醛衍生酚醛树脂中发现的不期望的残留物。 甲醛是有毒的、可疑致癌物。经常在树脂中发现的醛残留物被认为将不利地影响某些染料 (诸如偶氮染料)的颜色特征。优选地，油墨组合物中任何酚醛树脂的含量小于油墨组合物的1重量％或小于油墨组合物的0. 5重量％。优选地，油墨组合物基本上不含酚醛树脂。在另一个实施方式中，油墨组合物不含聚酰胺树脂作为粘结剂。当油墨从环境中吸收水时，聚酰胺树脂有沉淀的倾向。优选地，油墨组合物中任何聚酰胺树脂的含量小于1 重量％或小于0. 5重量％。优选地，油墨组合物基本上不含聚酰胺树脂树脂。在另一个实施方式中，油墨组合物不含羟基芳族树脂作为粘结剂。优选地，油墨组合物中任何羟基芳族树脂的含量小于ι重量％或小于0. 5重量％。优选地，油墨组合物基本上不含羟基芳族树脂。粘结剂树脂可以任何合适的量存在，例如，其含量为喷墨油墨组合物的约0. 到约30 %，优选约0. 2 %到约15 %，更优选约5 %到约12 %。优选地，喷墨油墨组合物具有低电阻率，例如在约20到约2000ohm-Cm的范围内。 期望的导电性可以通过添加可电离材料或导电剂而实现。这种导电剂的例子包括铵盐、碱金属盐、碱土金属盐，诸如氢氧化铵、硝酸锂、氯化锂、硫氰酸锂、三氟甲烷磺酸锂、氯化钠、氯化钾、溴化钾、氯化钙等；二甲胺盐酸盐、盐酸羟胺和乙酸铵。优选的导电剂包括乙酸铵和二乙胺盐酸盐。可以使用任何合适量的导电剂。通常，占喷墨油墨组合物重量的至多约3% 的导电剂含量能提供期望的导电性，其含量通常在约0.5%到约2%的范围内。在某些应用中，不需要高导电性，可以省略导电剂。本发明的油墨组合物可包含任何合适的着色剂或多种着色剂，优选地是染料。在本发明的一个实施方式中，一种或更多种染料被用作着色剂，其中所述一种或更多种染料选自由下列组成的组酸性染料、碱性染料、溶剂染料、分散染料、媒染染料以及它们的任意组合物。溶剂染料的例子包括萘酚染料、偶氮染料、金属络合物染料、蒽醌染料、醌亚胺染料、靛类染料、苯醌染料、碳鐺染料、萘醌染料、萘酰亚胺染料、酞菁染料和茈染料。可以存在一种或更多种着色剂。例如，油墨组合物可包含一种或更多种染料，这些染料选自下列组成的组 C. I.溶剂黑3、C. I.溶剂黑5、C. I.溶剂黑7、C. I.溶剂黑22、C. I.溶剂黑26、C. I.溶剂黑 27 (诸如 VALIFAST BLACK 3840L)、C. I.溶剂黑四(诸如 VALIFAST BLACK 3808 和 ORASOL BLACK RLI )、C. I.酸性黑123、C. I.溶剂黑48及其任意组合。优选的溶剂染料为溶剂黑 27 (VALIFAST BLACK 3840L)、C. I.溶剂黑 29(0RAS0L BLACK RLI )和溶剂黑 29 (VALIFAST BLACK 3808)。在上面任何一个实施方式中，着色剂在喷墨油墨组合物中存在的量从约0. 1重量%到约12重量％，优选从约1重量%到约10重量％，更优选从约2重量%到约8重量％。在油墨组合物一个具体的实施方式中，乙醇在喷墨油墨组合物中存在的量可以为至少约75重量％，着色剂在喷墨油墨组合物中存在的量可以为约2重量％到约8重量％， 导电剂在喷墨油墨组合物中存在的量可以为约0. 5重量％到约2重量％，粘结剂树脂在喷墨油墨组合物中存在的量可以为约2重量％到约15重量％。本发明的油墨组合物可以进一步包含一种或更多种添加剂，例如增塑剂、表面活性剂、芳族烃、粘附促进剂及其混合物。优选地，在打印期间将油墨涂覆到基材上时，添加剂不会从喷墨组合物中相分离。表面活性剂的例子包括硅氧烷、硅酮、硅烷醇、聚氧亚烷基胺、丙氧基化的(聚(氧亚丙基))二胺、烷基醚胺、壬基酚乙氧基化物、乙氧基化的脂肪胺、乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的季铵化共聚物、氟化的有机酸二乙醇胺盐、烷氧基化的乙二胺、聚环氧乙烷、聚氧亚烷基聚亚烷基多胺(polyoxyalkylene polyalkylene polyamines amines)、聚氧亚烷基聚亚烷基多亚胺、磷酸烷基酯乙氧化物的混合物、丙二醇的聚氧亚烷基衍生物以及聚氧乙基化脂肪醇。合适的聚合型表面活性剂的具体例子是购自GE的Silwet L-7622，其是硅酮型表面活性剂。在任何一个实施方式中，表面活性剂在喷墨油墨组合物中存在的量可以为约0. 01 重量％到约1. 0重量％，优选地为约0. 02重量％到约0. 5重量％。油墨组合物还可以包含粘附促进剂。合适的粘附促进剂是硅烷，诸如SILQUEST’ WETLINK 78 (缩水甘油醚氧基丙基二乙氧基甲基硅烧)、SILQUEST A-186 SILANE (β - (3, 4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷)和SILQUEST A-187 SILANE ( γ -缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷)，所有都购自GE。粘附促进剂在油墨组合物中存在的量可以为约0. 1重量％到约2重量％，优选地为约0. 2重量％到约1. 0重量％，更优选地为约0. 5重量％或更尚ο
本发明的油墨组合物有一个或更多个吸引人的特征，例如打印字母数字或图形图像的无助力干燥时间短、对半多孔或无孔基材的附着力良好、安全、与喷墨打印机中的一个或更多个构件具有材料相容性。例如，本发明喷墨油墨组合物的实施方式在环境条件下的干燥时间约为10秒或更短，例如5秒或更短，4秒或更短，或2秒或更短。本发明的油墨组合物可以具有任何合适的粘度或表面张力。在本发明的实施方式中，25°C下油墨组合物的粘度在IcP到IOcP的范围内，优选在3cP到5cP的范围内。优选地，25°C下油墨组合物的粘度小于约IOcPs,优选小于约5沙8。在本发明的实施方式中，油墨组合物25°C下的表面张力从约20mN/m到约30mN/m。本发明的油墨组合物可以通过任何合适的方法制备。例如，将所选的各组分组合并采用适当的搅拌混合，然后过滤所得流体从而除去任何不溶的杂质。本发明还提供了一种用连续式喷墨打印机在基材上打印图像的方法，所述方法包括使本发明油墨组合物的任何实施方式的微滴流指向基材，并且使所述墨滴干燥，从而在基材上打印图像。根据本发明可以在任何合适的基材上打印。合适的基材的例子包括多孔基材，例如未经涂布的纸；半多孔基材，例如水性涂布的纸、粘土涂布的纸、硅石涂布的纸、 UV外涂布的纸、聚合物外涂布的纸和清漆外涂布的纸；以及无孔基材，例如硬塑料、聚合物膜、金属、玻璃和陶瓷。纸质基材可以是薄纸片、卷纸或纸板。塑料、金属、玻璃和陶瓷基材可以是任何合适的形式，例如瓶状或容器状、板状、棒状、圆柱状等形式。优选地，喷墨油墨组合物在诸如-15°C到62°C之间的温度极限下在数周时间内是稳定的。此外，优选地，即使从环境中吸收水分之后喷墨油墨组合物也能保持稳定。特别地， 优选油墨组合物能吸收多达油墨组合物的3重量％、5重量％或7重量％的水，并且依然保持稳定。此外，优选地，转印到基材上之后油墨组合物具有令人满意的粘附性。实施例以下的实施例进一步说明了本发明，但是当然不应被认为以任何方式限制本发明的范围。下面的实施例说明了适用于连续式喷墨打印机的油墨组合物的制备。在每一个实施例中，组合并混合各组分直到所有固体组分都溶解。过滤所得混合物从而除去任何颗粒， 并回收油墨组合物。用代表性的连续式喷墨打印机将油墨组合物印刷在各种无孔基材(包括玻璃、铝、聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯)上。这些实施例说明了根据本发明的油墨组合物的各种实施方式。实施例1-3是本发明的样品。对比例1是商购的油墨，其组成通过化学测试确定。用于制备喷墨油墨组合物的原料、用量及配方号均列在下面的表1中。表 权利要求
1.一种喷墨油墨组合物，其包含乙醇，其中所述乙醇以所述油墨组合物的至少70重量％的量存在； 粘结剂，其中所述粘结剂不是聚酰胺树脂、羟基芳族树脂或酚醛树脂，其中所述粘结剂以所述油墨组合物的2重量％至15重量％之间的量存在； 水，其含量小于所述油墨组合物的5重量％ ； 导电剂；和着色剂。
2.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述着色剂是选自由下列组成的组中的染料酸性染料、碱性染料、溶剂染料、直接染料、分散染料、媒染染料、活性染料及其混合物。
3.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述染料是溶剂染料。
4.如权利要求3所述的油墨组合物，其中所述染料选自溶剂黑27和溶剂黑四。
5.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物基本上不含甲醇。
6.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物包含含量小于所述油墨组合物的5重量％的乙酸乙酯。
7.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述粘结剂包含丙烯酸类树脂。
8.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述粘结剂包含聚乙烯醇缩丁醛树脂。
9.如权利要求1所述的油墨组合物，其中所述导电剂包含乙酸铵。
10.一种喷墨油墨组合物，其包含乙醇，其中所述乙醇以所述油墨组合物的至少70重量％的量存在； 至少一种粘结剂，其中所述至少一种粘结剂选自丙烯酸类树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、 乙基纤维素树脂及其混合物，其中所述粘结剂以所述油墨组合物的2重量％至15重量％之间的量存在；水，其含量小于所述油墨组合物的5重量％ ；和溶剂染料。
11.如权利要求10所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物基本上不含酚醛树脂。
12.如权利要求10所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物基本上不含甲醇。
13.如权利要求10所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物基本上不含羟基芳族树脂。
14.如权利要求10所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物包含小于的聚酰胺粘结剂。
15.如权利要求10所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物包含小于5%的乙酸乙酯。
16.如权利要求10所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物包含乙酸铵作为导电剂。
17.一种喷墨油墨组合物，其包含乙醇，其中所述乙醇以所述油墨组合物的至少78重量％的量存在； 至少一种粘结剂，其中所述粘结剂包含丙烯酸类树脂，并且其中所述粘结剂不是聚酰胺树脂、羟基芳族树脂或酚醛树脂；水，其含量小于所述油墨组合物的3重量％ ；导电剂，其中所述导电剂以所述油墨组合物的0.2重量％至3重量％之间的量存在；和溶剂染料；其中所述油墨组合物基本上不含甲醇。
18.如权利要求15所述的油墨组合物，其中所述至少一种粘结剂还包含选自聚乙烯醇缩丁醛树脂和乙基纤维素树脂的额外的粘结剂。
19.如权利要求15所述的油墨组合物，其中所述导电剂是乙酸铵。
20.一种用连续式喷墨打印机在基材上打印图像的方法，所述方法包括 使权利要求1所述的喷墨油墨组合物的微滴流指向所述基材；并且使所述墨滴干燥，从而在所述基材上打印图像。
全文摘要
本发明涉及一种喷墨油墨组合物，其包含乙醇、粘结剂、导电剂和着色剂。乙醇在油墨组合物中存在的量为至少70重量％。粘结剂不是聚酰胺树脂、羟基芳族树脂或酚醛树脂。粘结剂在油墨组合物中存在的量介于2重量％和15重量％之间。如果存在，水在油墨组合物中存在的量小于5重量％。
文档编号C09D11/10GK102348771SQ201080011139
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月9日 优先权日2009年3月12日
发明者戈德温·登, 朱林芳, 肖凤飞 申请人:录象射流技术公司