定影剂流体的制作方法
【专利说明】定影剂流体
【背景技术】
[0001] 乙烯基塑料（vinyl)和其他无孔膜是标志和其他印刷应用的常见的基质。以水性 油墨喷墨印刷被越来越多地用于在这些介质上印刷。已经认识到，在无孔介质上水性油墨 的喷墨印刷实质上不同于在传统多孔纸基介质上的喷墨应用。在多孔纸张上，主要通过油 墨渗透到介质孔隙结构中而发生油墨干燥，并且图像质量方面的控制是油墨渗透到介质中 的速率的强函数（strong function)。因此，渗透速率的优化用于诸如光密度和颜色到颜色 洇色的属性。在无孔介质上，没有油墨渗透到介质中，即，着色剂保留在介质表面上，并且润 湿和油墨迀移穿过无孔表面产生的图像质量缺陷更加难以控制，尤其是在高印刷速度下。
[0002] 因此，对用于无孔介质的喷墨油墨和相关流体的改善将是本领域的进步。
【发明内容】
[0003] 在考虑针对无孔介质上的印刷喷墨油墨的各种方法时，已经认识到各种问题和不 足。例如，控制无孔介质上图像质量的一个方法是使用加热干燥。在典型的配置中，印刷机 包含两个加热区：印刷区和固化区。印刷区是应用油墨的成像区域。加热印刷区以蒸发水 以便控制图像质量。固化区进一步蒸发水和挥发性溶剂以便干燥和固化油墨膜。
[0004] 加热印刷区可结合多通道扫描印刷模式使用，该模式由使用扫描喷墨印刷头的多 个通道逐步印刷图像组成。例如，在4通道印刷模式中，总的油墨可应用在25%密度的4个 通道中，每个通道给予具有100%油墨的图像。具有较低的油墨密度/印刷头通道的多通道 印刷模式使得利用加热系统蒸发和增粘油墨更便利，限制了油墨在印刷介质上的流动并确 保了高的图像质量。
[0005] 然而，已经发现，该方法的缺点是在印刷区需要专用加热系统，在印刷区该加热系 统具有高的功率需求并且产生的高温会影响印刷头的可靠性并破坏敏感的介质。此外，慢 印刷模式也被用来限制干燥阶段中每的油墨/单位面积，导致低的整体印刷速度。
[0006] 在多孔纸基介质上，用于控制油墨渗透速率的一个方法已经贯穿于"定影剂"溶液 的使用中，"定影剂"溶液包含与油墨相互作用以减少着色剂移动的组分。典型地，将油墨印 刷在印刷区之前将定影剂施加于介质，以便相对于油墨载剂的其他组分的渗透速率减慢油 墨着色剂的渗透速率，从而控制图像质量属性如洇色、边缘清晰度、羽化（feathering)和 低光密度（因着色剂渗透到多孔介质中引起）。
[0007] 为多孔介质设计的定影剂流体通常不适合无孔介质，如乙烯基塑料。为纸设计的 油墨通常在润湿低表面能的介质（如乙烯基塑料或聚烯烃）时存在问题。此外，获得对于 无孔介质的耐久性往往比获得对纸基介质的耐久性困难得多，尤其是对于要求户外耐候性 的应用。传统的用于纸基介质的喷墨定影剂不给图像提供足够的耐磨、耐水、耐溶剂和耐清 结流体性质以满足最终使用条件，并且也会影响光褪色稳定性或油墨膜在户外环境中的性 能。
[0008] 因此已经认识到，定影剂流体可被设计用于无孔基质并可利用提供了良好的图像 质量、洇色以及结合的方法进行印刷。例如，在无孔介质上印刷定影剂流体及油墨可提供印 刷益处而用以前的方案不能获得这些益处。
[0009] 本公开涉及阳离子喷墨印刷的定影剂流体，当用在无孔介质（如乙稀基塑料）上 时，所述定影剂流体与阴离子水性喷墨油墨结合使用并提供更快的印刷和良好的印刷特 性。当在印刷介质的表面上与油墨结合时，所述定影剂流体减慢了引起图像质量缺陷（如 颜色到颜色的混合和区域填充的非均匀性）的油墨的迀移。
[0010] 鉴于以上，定影剂流体可包括含有水和共溶剂的液体载剂、表面活性剂和阳离子 聚合物。所述定影剂流体被配制用于在无孔介质上进行印刷。如本文所用，术语"阳离子聚 合物"是指其中具体离子本质上为阳离子（如季铵化的聚胺）的离子聚合物。
[0011] 更具体地，所述定影剂流体一般包含液体载剂、表面活性剂和阳离子聚合物，其中 所述液体载剂包含水和共溶剂。所述共溶剂具有160°C至250°C的沸点，并且一般以lwt% 至40wt%的量存在，并且所述定影剂流体被配制用于在无孔介质上进行印刷。而且，所述定 影剂流体不包含多于5wt%的挥发性共溶剂并且也不包括多于3wt%的非挥发性共溶剂。 在一个具体的方面，所述定影剂流体可包含沸点范围是160°C至250°C的多种共溶剂。在另 一实例中，液体载剂可完全不含非挥发性溶剂。在另一实例中，液体载剂可完全不含挥发性 溶剂。
[0012] 注意，当讨论本发明的组合物、系统和方法时，这些讨论的每一个都可被考虑应用 于这些实施方式中的每一个，无论其是否明确地在那个实施方式的上下文中讨论。因此，例 如，在讨论定影剂流体中的阳离子聚合物时，该阳离子聚合物也可用于印刷系统或在无孔 介质上产生图像的方法中，反之亦然。
[0013] 如本文所用，"共溶剂"是指沸点范围是160°C和250°C的有机溶剂。如本文所用， "非挥发性溶剂"是指沸点在250°C以上的有机溶剂。如本文所用，"挥发性溶剂"是指沸点 低于160°C的有机溶剂。因为水不是有机溶剂，它独立于这三个类别之外，并且因此不受这 些类别所述的范围的限制。本发明的溶剂系统具有由多个标准确定的具体的有机溶剂沸点 分布。首先，共溶剂可用加热干燥除去，否则它们存留在干燥的油墨膜中，而残留的非挥发 性溶剂存留在干燥的油墨/定影剂膜中会损坏图像的耐久性。其次，利用沸点低于160°C的 溶剂，提供基本上没有气味的印刷系统变得困难。另外，印刷头可靠性以及环境健康和安全 (毒性、暴露限值、起爆点）也由于沸点低于160°C的溶剂而变差。这些局限限制了可根据 本公开的实例大量使用的溶剂的类型。
[0014] 一般而言，所述定影剂流体通过喷墨印刷被施加并被配制以印刷到无孔介质上。 因此，在一个实例中，所述定影剂流体可以共溶剂、表面活性剂和阳离子聚合物的比例配制 从而使定影剂流体可均匀地润湿表面能低于40达因 /cm (如通过ASTM D2578方法）测量 的乙烯基塑料和其它无孔介质。
[0015] -般而言，配制所述定影剂流体从而在与介质上的油墨结合时，二者的组合在干 燥后提供具有可接受的耐久性的图像。耐久性测试方法包括胶带附着力（ASTM 3359法）、 指甲划伤耐性、Taber干刮擦磨损耐性以及对水、溶剂和清洁溶液的湿刮擦耐性。印刷的 图像也可保持针对光褪色和其它缺陷的户外耐候性，如通过2004年2月11日出版的SAE J2527法测量的。
[0016] 另外，可通过在无孔介质上喷墨印刷将所述定影剂流体仅施加在油墨覆盖区域 中。这个成影像的（imagewise)方法消除了由定影剂施加为介质上的均勾涂层引起的两个 主要问题。首先，定影剂流体性效率增加，减少了原材料成本/页，并最小化要被干燥系统 干燥的流体的量，这有助于降低干燥器的功率设定（power setting)并使印刷速度提高。其 次，其消除了这样的需要：定影剂单独具有高耐久性以避免图像的无油墨区域中的损伤或 转印。
[0017] 与阳离子定影剂一起使用的油墨本质上是阴离子的。如本文所用，"阴离子的"是 指含有颜料分散体（包含具有实质上是阴离子的电荷）或其它阴离子组分（如聚合物或表 面活性剂）的油墨的离子分散基团，其中通过羧酸根、磷酸根或类似化学官能团提供阴离 子的官能度。
[0018] 在印刷机中，施加的定影剂流体的体积由用于指定图像的油墨的量来确定。油墨 和定影剂的具体比例取决于定影剂中的阳离子聚合物和油墨中的阴离子组分二者的具体 化学性质和浓度。使用的定影剂的体积是微摩/升的来自油墨的阴离子电荷相对于微摩/ 升的来自定影剂的阳离子电荷的函数。施加的定影剂的体积包含阳离子电荷足以使阴离子 当量的电荷中和在油墨中发生，导致颜料颗粒的絮凝。颗粒聚结使油墨在介质表面上的流 动和随后的印刷图像中的油墨缺陷达到最小（尽管也可以设想除了该电荷中和机制的其 它机制）。油墨和定影剂基本上在零电荷点以上或以下的组合给予油墨更差的定影。
[0019] 通过介质上印刷的油墨和定影剂的量、定影剂和油墨中阳离子部分和阴离子部分 的电荷密度以及定影剂和油墨中阳离子和阴离子物质的负载来控制比例。已经发现，存在 具体的定影剂和油墨的混合范围用于控制图像质量；和不控制图像质量的具体的范围。在 一个实例中，印刷的定影剂的体积可