可光固化的墨水组合物的制作方法
【专利说明】可光固化的墨水组合物
【背景技术】
[0001] 除了家庭和办公使用以外，喷墨技术已经将其应用扩展到了高速、商业和工业印 刷，这是由于其生产经济的，高质量的，多色的印刷物的能力。该技术是无压的印刷方法，其 中电子信号控制和引导可沉积在多种片基上的墨水的液滴或物流。在此类技术中使用的墨 水可为液体分散体，溶液，或乳液，且可包括油基墨水，非水溶剂基墨水，水基墨水和固体墨 水。当前的喷墨印刷技术涉及通过热喷出，压电压力或振荡来迫使墨水滴穿过小喷嘴至媒 介的表面上。然后将沉积的墨水滴干燥，例如使用热或强制空气，或使其在环境条件下干 燥。
[0002] 最近，通过辐射将墨水固化，且特别是紫外（UV)固化，已经变得普遍。在这些情况 下，使用特殊的墨水且通过暴露于辐射源来固化图像。对此类可辐射固化(或可光固化）墨 水以及固化过程的使用迅速地成为已建立的传统干燥过程的替代方案。
[0003] 喷墨印刷工业使用不同类型的记录流体，例如油基墨水，溶剂基(非水）墨水，水基 墨水，和固体墨水(在制剂中将其熔化以用于分配)。溶剂基墨水是快速干燥的，且因此广泛 地用于工业印刷。当将含有粘合剂和其他成分的溶剂基墨水喷射至片基上时，溶剂(一种或 多种）部分地或完全地从墨水中蒸发，在经印刷的片基上以干燥膜的形式留下粘合剂和其 他成分(例如颜料颗粒)。在干燥过程之中，通常为挥发性有机化合物（V0C)的溶剂释放出 蒸气，且因此可污染环境。对于较高的印刷速度或对于宽幅图像来说，其中大量的墨水沉积 到片基上，污染问题变得更加严峻。
[0004] 由于该问题和其他问题，有关制备环境友好的墨水的努力已经促使了在水基墨水 方向的一些研究。然而，可辐射固化(或可光固化）的水基墨水组合物明显地被限制在可获 得的选择之中，这是由于它们特有的特征。因此，继续进行对开发可辐射固化的水基墨水组 合物的探究，当印刷时所述墨水组合物表现出特定的和优良的印刷特性例如，举例来说，喷 射特性以及改进的粘附性。
[0005] 附图简要说明 附图阐明了本方法的实施方式且为说明书的一部分。
[0006] 图1是阐明根据本公开的一些实施方式的用于制备印刷制品的方法的流程图。
[0007] 详细说明 在公开和描述本公开的特定实施方式之前，将理解的是本公开不受限于在此公开的特 定的过程和材料。还将理解的是在此使用的术语仅是用于描述特定的实施方式且不旨在是 限制性的，因为保护范围将由权利要求及其等同内容限定。在描述和请求保护组合物和方 法中，将使用下面的术语：单数形式的"a"，"an"，和"the"包括复数的指代对象，除非文中 另外清楚地指示。因此，例如，提到"颜料"包括提到一种或多种此类材料。浓度，量，和其他 数字数据在此可以范围的格式存在。将理解的是这种范围的格式仅是为了方便和简洁所使 用，且应被灵活地解释，以不仅包括明确列举的作为对范围的界限的数值，而且还包括涵盖 在该范围内的全部的个体数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确地列举。例如，应将 约lwt%至约20wt%的重量范围解释为不仅包括明确列举的lwt%至约20wt%的浓度界限， 而且还包括个体浓度例如2wt%，3wt%，4wt%，和子范围例如5wt%_15wt%，10wt%_20wt%等。除 非另外说明，所有的百分比均以重量计（wt%)。
[0008] 本公开涉及可光固化的墨水组合物，其含有着色剂，水，光引发剂，可UV固化的聚 氨酯分散体，疏水性可辐射固化的单体，以及水溶性或水混溶性的可辐射固化的单体。
[0009] 还公开了用于使用所述可光固化的墨水组合物来形成印刷制品的方法以及喷墨 印刷系统，所述喷墨印刷系统包括所述可光固化的墨水组合物。本公开还涉及用于制备可 光固化的墨水组合物的方法，所述可光固化的墨水组合物含有着色剂，水，光引发剂，可UV 固化的聚氨酯分散体，疏水性可辐射固化的单体，以及水溶性或水混溶性的可辐射固化的 单体。
[0010] 如在此描述的可光固化的墨水组合物可被印刷在广泛选择的片基中，所述片基包 括未经处理的塑料(柔性的以及刚性的)，多孔片基例如纸，卡片纸板（cardboard)，泡沫板 以及织物，且所述墨水组合物在所述各种片基上具有良好的粘附性。可光固化墨水组合物 具有良好的粘度，其实现了良好的印刷性能，且实现了配制适用于喷墨应用的墨水的能力。 本公开的可光固化墨水组合物因此实现了高印刷速度且非常地适合在数码喷墨印刷中使 用。
[0011] 当被印刷在片基上且被固化时，所述墨水组合物对非极性表面具有改进的粘附 性。组合物还拥有良好的耐刮伤性和耐候性。其可支持高固化速度且具有实现良好喷射特 性的粘度。因此，水基可光固化的墨水组合物能带来可靠的喷射，快速的干燥和固化，印刷 在各种媒介片基上的能力，同时具有优良的图像品质和粘附性。
[0012] 墨水组合物是可光固化的（或可UV固化的或可辐射固化的）墨水组合物。所述组 合物是可喷射的墨水组合物，因此意味着可用喷墨印刷装置来使用墨水。在本公开文中的 术语"固化"指通过暴露于光化学辐射，例如光辐射(例如紫外（UV)辐射)，将液体，例如墨 水，转化为固体的过程。在未固化的状态，墨水组合物具有低粘度且易于喷射。然而，通过 暴露于固化能量(例如紫外（UV)光，电子束能量，和/或类似能量）的合适的源，形成了交联 的聚合物网络。通常将此类墨水组合物称作"可能量固化的"墨水，以将它们与"溶剂基"墨 水区分开。
[0013] 墨水组合物是水基可光固化的墨水组合物，因此意味着其含有一定量的作为溶剂 的水。在墨水组合物中的水量取决于，例如墨水组合物的其他组分的量。在墨水组合物中 的水量包括加入水的量，加上墨水组合物的悬浮液和其他组分中的水量。在一些实施例中， 在墨水组合物中的水量为墨水组合物总重量的约10-约90wt%，在一些其他实施例中，为 墨水组合物总重量的约20-约80wt% ;且在又一些其他实施例中，为约30-约70wt%。
[0014] 在一些实施例中，墨水组合物的粘度在25°C下为不大于约70cps(厘泊）;不大于 约50cps，或不大于约30cps。在一些其他实施例中，墨水组合物在约20°C-约55°C的 喷射温度下的粘度为约2cps-约20cps。墨水组合物在25°C下的静态表面张力可为不 大于约40达因/cm或为约20cps-约40达因/cm。
[0015] 可UV固化的聚氨酯分散体 根据本公开的墨水组合物包含可UV固化的聚氨酯分散体，即UV-PUD。作为聚氨酯分 散体，其在此的意思为分散在液体载体中的聚氨酯颗粒。不关联于任何理论，据信此类可 UV固化的聚氨酯分散体向墨水施加于其上的媒介提供了改进的墨水膜特性。此类通过对 UV-PUD的干燥和交联形成的膜是有光泽的，以及硬且有弹性的。
[0016] 在一些实施例中，聚氨酯分散体（PUD)是聚氨酯聚合物颗粒在水中的稳定的 分散体，所述聚氨酯聚合物颗粒的尺寸为约20-约200nm。聚氨酯分散体的Mw可为约 1，000-100, 000,或为约5, 000-约50, 000。在一些实施例中聚氨酯聚合物颗粒可以表现为 墨水组合物总重量的约lwt%_约25wt%，或约5wt%_约20wt%的量存在。
[0017] 聚氨酯聚合物颗粒可具有带有支化的内核结构的核-壳结构，其中所述核包含约 0.lwt%_约lwt%的量的胺交联剂，且其中所述壳包含约0. 5wt%_约2wt%的量的多元醇交联 剂。
[0018] 可通过可为环二异氰酸酯的支化的二异氰酸酯来提供支化的内核结构。还可通过 支化的二醇或环二醇来提供支化的内核结构。聚氨酯颗粒可进一步含有经聚合的单体，所 述经聚合的单体包括多元醇，支化的二异氰酸酯，以及酸多元醇（acidpolyol)。聚氨酯聚 合物颗粒可包括硬段(包括二异氰酸酯)和软段且还可包括增链剂。增链剂可为能够与二异 氰酸酯聚合的任何化合物，使得增链剂存在于聚氨酯的硬段中。
[0019] 聚氨酯聚合物颗粒包括各种聚合在聚氨酯颗粒的硬段内的可以二醇形式存在 的多元醇。在一些实施例中，多元醇可为选自以下的二醇：环二醇；1，3-环己烷二甲醇； 1，4-环己烷二甲醇；脂族聚碳酸酯二醇；聚醚二醇；聚乙二醇；聚丙二醇；聚丁二醇；聚 环氧乙烷聚合物；聚环氧丙烷聚合物；聚四氢呋喃聚合物；具有源自多羟基化合物的端 羟基基团的它们的共聚物，所述多羟基化合物包括二醇；和其组合。在一个方面，二醇 可为环二醇。在另一个方面，二醇可为脂族环二醇。在还一个方面，二醇可为1，4-环 己烷二甲醇。二异氰酸酯可选自：脂环族二异氰酸酯，双（4-异氰酸酯基环己基）甲烷 (bis (4-isocyanotocyclohexyl) methane),二苯甲烧二异氰酸酯（methylene diphenyl diisocyanate)，1，6-己二异氰酸酯，对-四甲基二甲苯二异氰酸酯，间-四甲基二甲苯二 异氰酸酯，3, 3-二甲基