专利名称：喷墨油墨组合物的制作方法
喷墨油墨组合物 背景
本发明一般涉及喷墨油墨组合物。
热喷墨打印机使用电阻器产生热量，从而使油墨气化形成气泡。随着气泡 膨胀， 一些油墨从喷嘴喷出。在气泡破灭时产生真空，将更多的油墨从墨盒吸 到打印头中。
主要基于水的油墨通常在热喷墨打印机中使用性能不佳。性能不佳可能是 由于水的迅速蒸发常常导致喷嘴的可靠性差造成的(即由于水迅速蒸发导致干 燥的油墨硬皮堵塞喷嘴)。
主要为非水性溶剂基油墨(即由蒸气压比水高的溶剂制成的油墨)通常比 水性油墨在非吸收性基材上具有更短的干燥时间，这至少部分地是因为较高的
蒸气压和较低AH的蒸发值。但是，非水性溶剂基油墨可能是不合要求的。这 可能至少部分地是由于这类油墨中存在一定量的挥发性有机化合物，这类油墨 的潜在高挥发性，以及/或者这类油墨与粘合剂和聚合物的潜在不相容性。非水 性溶剂基油墨还限制了适于制造打印头的材料，因为一些溶剂可能破坏打印 头。
水性和溶剂基油墨的组合通常包括足够的低蒸气压/高沸点溶剂，以帮助 对喷嘴可靠性的控制。随着这些油墨中水的蒸发，溶剂往往留在喷射腔(firing chamber)中，以保持油墨中的着色剂和其它材料溶解。但是，通常用于获得喷 嘴可靠性的一定量的溶剂可能不容易蒸发，从而增加了在非吸收性基材上的干 燥时间。
发明详述
本发明所揭示的喷墨油墨组合物的实施方式是适用于按需热喷墨打印 (drop-on-demand thermal inkjet printing)和压电喷墨打印的主要基于水性的油 墨。本发明所揭示的喷墨油墨组合物有利地表现出良好的耐蹭脏性和/或耐磨性，增强的开盖(decap)性能，良好的喷嘴正常状况，比只基于水的墨水更佳的 墨滴形成性和喷墨性，并且在打印到非吸收性介质上时干燥时间縮短(即无辅 助空气)。
文中所用的术语"开盖"指喷墨油墨在长时间接触空气后容易从打印头中 喷出的能力。油墨开盖时间是打印机喷嘴可能由于堵塞的原因而不能再正确喷 射之前油墨打印头保持开盖的时间。通常，由于失水、油墨结垢和/或染料在任 何喷嘴中和/或任何喷嘴周围结晶而在喷嘴中形成粘性栓塞物，可能导致喷嘴堵 塞。如果喷嘴被堵塞，则通过喷嘴的口喷出的墨滴可能出错，对打印质量造成 不利的影响。喷嘴的口还可能完全堵住，结果导致墨滴无法通过受影响的喷嘴。
不受限于任何理论，据信油墨中较多的水和较少量特定溶剂助剂的组合有 助于达到良好的喷嘴正常状况，良好的开盖性能和可靠的墨滴形成性/喷墨性， 基本上不会对油墨在非吸收性介质上的干燥时间造成不利的影响。还据信丙烯 酸胶乳有利于提高打印油墨干燥后的耐蹭脏性。
热喷墨油墨组合物的一个实施方式包括1，2-己二醇；溶剂；丙烯酸胶乳； 着色剂；分散剂；和余量的水。
通常，油墨组合物中1，2-己二醇的含量约为0.5重量％至2重量％。不受 限于任何理论，据信在油墨组合物被喷射后，喷嘴处于闲置状态，较少量的1,2-己二醇能够集中在喷嘴中的空气-油墨界面处。据信这可能至少部分地是由于 1,2-己二醇被认为是具有亲水端和疏水端的准表面活性剂。还据信这种性质可 以明显降低失水的速率，从而基本防止喷嘴结皮，增强开盖性能和喷嘴可靠性。
在一个实施方式中，油墨组合物中溶剂的总浓度约为6重量Q^至10重量 %。溶剂选自双丙甘醇单甲醚、四氢糠醇(也称为四氢-2-呋喃甲醇[97-99-4])、 丙二醇单丙醚和它们的组合。据信少量溶剂与1,2-己二醇的组合可以有利地促 进喷嘴状况的保持，而不会对打印时油墨的干燥时间造成不利的影响。此外， 据信少量溶剂可以获得可靠的墨滴形成性和喷墨性。
丙烯酸胶乳的含量约为1重量％至5重量％。丙烯酸胶乳的非限制性例子 包括具有表面酸基团的聚合物胶体微粒，该胶体微粒可以长时间保持稳定，往
往可以抵抗团聚。在美国专利申请第10/772,792号(作为美国专利申请第 2005/0176847号于2005年8月11日公开)中详细描述了这类聚合物胶体微粒的例子，该专利申请的完整内容通过引用结合于此。
不受限于任何理论，据信在结合着色剂的同时，所述胶乳形成薄膜，从而 提高了油墨的耐蹭脏性。
喷墨油墨组合物还包含着色剂。通常，着色剂的含量约为0重量％至6
重量％。在一个实施方式中，着色剂的含量约为3重量％至6重量％。合适的 着色剂包括颜料、染料或它们的组合。颜料可以是非离子型颜料、阳离子型颜 料、阴离子型颜料和/或它们的组合，而染料可以是阳离子型染料和/或阴离子 型染料。
文中所用的术语"颜料"指基本不溶于所用的液体载色体的着色剂颗粒。合 适的颜料包括自分散的颜料和非自分散的颜料。自分散的颜料包括那些已经通 过电荷或聚合物基团在表面进行过化学改性的颜料。该化学改性有助于颜料变 成和/或基本上保持分散在液体载色体中。非自分散的颜料使用在液体载色体中 或物理涂布在颜料表面上的独立且不相连的分散剂(例如聚合物、低聚物或表 面活性剂等)。
在一个实施方式中，颜料是自分散的阴离子型颜料。对颜料前体进行化学 改性，使该前体具有水分散性。这类改性包括引入羧酸根和/或磺酸根官能团。 在一个实施方 式中，阴离子型颜料与Na+、 Li+、 K+和NH4+阳离子结合，但是 在本发明中可以使用任何合适的抗衡离子。自分散颜料的一个非限制性例子是 CAB-O-JET 300，可从位于麻萨诸塞州波士顿的卡博特公司(Cabot Corporation located in Boston, MA)购得。
合适的黑色颜料的例子包括瑞翁(Raven)7000、瑞翁5750、瑞翁5250、瑞 翁5000和瑞翁3500 (所有这些都可从位于美国佐治亚州玛利埃塔的哥伦比亚 化学品公司(Columbian Chemicals, Co., Marietta, GA)购得)。合适的黑色颜料的 其它例子包括色黑(Color Black)FW 200、色黑FW 2、色黑FW 2V、色黑FW 1 、 色黑FW18、色黑S160、色黑S170、特种黑(Special Black)6、特种黑5、特 种黑4A和特种黑4 (所有这些都来自位于新泽西州帕西潘尼的德固萨公司 (Degussa Corp. located in Parsippany， NJ))。
许多有色颜料能够通过连接有机基团而得到改性。合适的有色颜料类型包 括但不限于蒽醌、酞菁蓝、酞菁绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、茈、杂环黄、喹吖啶酮和(硫)靛。酞菁蓝的非限制性例子包括铜酞菁蓝及其衍生物(例如PB15)。
喹吖啶酮的例子包括但不限于颜料橙(PO)48、 P049、 PR122、 PR192、 PR202、 PR206、 PR207、 PR209、颜料紫(PV) 19、 PV42或它们的组合。蒽醌的非限制 性例子包括PR43、 PR194 (紫环酮红(perinone red))、 PR216 (溴化的皮蒽酮红 (pyrathrone red))、 PR226 (皮蒽酮红)或它们的组合。茈颜料的例子包括但不限 于PR123(朱红)、PR149(猩红)、PR179(栗色)、PR190 (红)、PR189(带黄的红 色(yellow shade red))、 PR224或它们的组合。硫靛的非限制性例子包括PR86、 PR87、 PR88、 PR181、 PR198、 PV36、 PV38或它们的组合。合适的杂环黄颜 料的例子包括但不限于PY117、 PY138或它们的组合。其它合适的有色颜料的 例子在Colour Index(《颜色索引》，第3版，The Society of Dyers and Colourists， 1982)中有介绍。本文所述颜料是合适的颜料的例子；但是，应理解其它颜料 也适用于喷墨油墨组合物的实施方式。
合适的染料的非限制性例子包括直接黄(directydlow)86;酸性红289;
直接蓝41;直接蓝53;直接蓝199;直接黑168;直接黄132;可购自罗得岛
州考文垂的克莱瑞特公司(Clariant, Coventry, RI)的Duasyn⑧系列染料；直接黑 168;活性黑(reactiveblack)31;直接黄157;活性黄37;酸性黄23;活性红180;
直接红28;酸性红52;酸性红91;酸性黑l;酸性绿3;酸性绿5;酸性绿50; 直接蓝199;酸性蓝l;酸性蓝9;酸性蓝34;酸性蓝90;酸性蓝93;酸性蓝 104;活性红4;活性红56;酸性红92;或它们的组合。
合适的染料的其它非限制性例子包括特瑞肯(Tricon)酸性红、特瑞肯直接 红227、特瑞肯酸性黄17、黄色调(Yellow Shade)16948 (所有都可购自位于新 泽西州埃尔姆伍德公园的特瑞肯颜色公司(Tricon Colors Inc., located in Elmwood Park, NJ)); Pergasol Yellow CGP, Orasol Black RL (汽巴嘉基 (Ciba-Geigy))， Orasol Black RLP (所有都可购自位于美国纽约州塔利顿的汽 巴专业化学品公司(Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown， NY)); Levafix 亮黄 (Brilliant Yellow)E-GA， Levafix Yellow E2RA， Levafix Black EB， Levafix Black E-2G， Levafix Black P-36A， Levafix Black PN-L， Levafix 亮红 (Brilliant Red)E6BA和Levafix 亮蓝(Brilliant Blue)EFFA (所有都可购自位于 德国法兰克福的DT公司(DyStar Textilfarben GmbH, Frankfurt, Germany));Procion Turquoise PA， Procion Turquoise HA， Procion Turquoise Ho5G， Procion Turquoise H-7G， Procion Red MX-5B， Procion Red H8B (活性红 31)， Procion Red MX 8BGNS， Procion Red G， Procion Yellow MX-8G, Procion Black H-EXL ， Procion Black P—N, Procion Blue MX-R， Procion BlueMX誦4GD， Procion Blue MX-G和Procion Blue MX-2GN (所有这些都 可购自DT公司(DyStar Textilfarben GmbH))。本文所述染料是合适的染料的例 子；但是，应理解其它染料也适用于喷墨油墨组合物的实施方式。
应理解，染料可以与颜料在颜色上匹配(例如品红染料与品红颜料)。或者， 染料和颜料可以是不同的颜色(例如，品红颜料和青色染料)。染料的含量约为 0.5重量％至2重量％。据信染料增加了各种形式的介质上打印的油墨的色度 和饱和度。
在油墨组合物中还可以包含分散剂，以促进着色剂的分散。通常，分散剂 的含量为颜料重量的约0.4重量％至0.6重量％。适用于油墨组合物的实施方 式的一类分散剂包括那些具有苯乙烯/丙烯酸共聚物树脂的分子骨架的分散剂。 通常，分散剂的酸值大于或等于100，分子量等于或小于20,000。 合适的分 散剂的具体例子包括那些由位于新泽西州弗罗汉公园的巴斯夫公司(BASF Corp., Florham Park, NJ)制造的商品名如下的分散剂Joncryl 680 (分子量 4，900，酸值215)、 Joncryl 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 (分子量17,250，酸值215)或它们的组合。
油墨组合物还可包含其它添加剂。这类添加剂的非限制性例子包括水溶性 聚合物、表面活性剂(例如非离子型表面活性剂、乙氧基化的非离子型含氟表 面活性剂等)、缓冲剂、杀生物剂、掩蔽剂、粘度调节剂、表面活性剂、螯合 剂、树脂和/或它们的组合。
喷墨油墨组合物的其余物质是水。
喷墨油墨组合物的形成实施方式包括提供或制备油墨载色体(例如溶剂、 丙烯酸胶乳、水)，向其中加入有效量的着色剂。
在喷墨油墨组合物的使用方法的一个实施方式中，在至少一部分基材上施 加油墨组合物，形成图像。施加的油墨组合物的量至少部分地取决于所需的将要形成的图像。所述图像可以包括文字数字标记、图解标记或它们的组合。合 适的喷墨打印技术的非限制性例子包括热喷墨打印或压电喷墨打印。合适的打 印机包括便携式热喷墨打印机或压电喷墨打印机(比如，手提式打印机、可安 装在手臂上的打印机、可安装在手腕上的打印机等)，台式热喷墨打印机或压 电喷墨打印机，或它们的组合。
在非吸收性基材上施加喷墨油墨的实施方式中，干燥时间等于或小于约 20秒。应理解，干燥时间可以略有变化，至少部分地取决于字体和打印密度。 合适的非吸收性基材(其中的一些还可以是非多孔性基材)的例子包括但不限于 乙烯基和其它塑料片或膜，金属，带有涂层的胶印介质， 一些木材，玻璃，和 /或类似材料，和/或它们的组合。这些基材的一些具体的非限制性例子包括聚 丙烯带、聚酯带、聚乙烯袋、耐水封套、铝箔、其它可由聚乙烯和/或高密度聚 乙烯形成的基材，和/或它们的组合。
应理解，本文所揭示的喷墨油墨组合物的实施方式还可打印在吸收性基材 上。这类基材的非限制性例子包括但不限于普通纸张、微孔相纸、涂层纸、光 泽相纸、半光泽相纸、重无光纸、光泽广告纸、数字美术纸、砑光纸(calendared paper)、乙烯基纸或它们的组合。
为了进一步说明本公开的实施方式，本文给出实施例。应该理解，提供该 实施例是为了举例说明，不应将其解释成限制公开的实施方式的范围。
实施例
制备三种不同的油墨组合物。其中的两种油墨(油墨配方1和2)表示本公 开的实施方式，另一种油墨(油墨配方3)是在无1,2-己二醇的情况下用不同溶剂 形成的比较例样品。所述配方如下表l所示。表l:油墨配剂
油墨配剂1油墨配剂2油墨配剂3(比较)组分重量组分重量组分重量％
双丙甘醇单甲醚6%丙二醇单丙醚6%三羟甲基丙垸10%
1,2-己二醇1.0%四氢糠醇1.0%2-吡咯垸酮6%
含氟表面活性剂1.0%1，2-己二醇1.0%1,5-戊二醇4%
自分散品红颜料3.0%含氟表面活性剂1.0%含氟表面活性剂1%
酸性红521%自分散品红颜料3.0%自分散品红颜料3%
丙烯酸胶乳3%酸性红521%酸性红521%
水85%丙烯酸胶乳3%丙烯酸胶乳3%
水87%水75%
使用热喷墨打印机将油墨配剂打印在各种非吸收性介质和普通纸上。无辅
助的干燥时间结果示于表2中。通过用软布或薄棉纸擦拭打印的文字来测量干 燥时间。以24点(pt)字体打印文字，以25%损耗打印点图形。
表2:在不同介质上油墨配剂的干燥时间结果
干燥时间测试基材油墨配剂1油墨配剂2油墨配剂3
铝箔< 20秒< 20秒> 4小时
玻璃<20秒<20秒> 4小时
高密度聚乙烯(HDPE)<20秒<20秒> 4小时
低密度聚乙烯(LDPE)< 20秒< 20秒> 4小时
双轴取向的聚丙烯带(BOPP)<20秒< 20秒> 4小时
聚酯膜< 20秒<20秒> 4小时
聚对苯二甲酸乙二酯(PET) (例如Mylar⑧)膜<20秒<20秒> 4小时
Tyvek Envelope(封套)< 1秒< 1秒<5秒
普通纸< 1秒< 1秒< 1秒
通常，"< 5秒"表示在0-1秒测试时打印的油墨会蹭脏，但是在5-6秒时不 会蹭脏。"<20秒"表示在10-15秒时打印的油墨会蹭脏，但是在20秒时不会蹭 脏。应理解，所述时间可以在+/-1秒的误差范围内。
如表2所示，在打印到非吸收性基材上时，油墨配剂1和2的干燥时间比 油墨配剂3短。
尽管我们详细地描述了几个实施方式，但是，对本领域的技术人员显而易 见的是公开的实施方式是可以修改的。因此，以上的描述是示例性的而不是限 制性的。
10
权利要求
1. 一种喷墨油墨组合物，其包含含量约为1重量％至5重量％的丙烯酸胶乳；选自双丙甘醇单甲醚、四氢糠醇、丙二醇单丙醚和它们的组合的溶剂，所述溶剂的含量约为6重量％至10重量％；含量约为0. 5重量％至2重量％的1，2-己二醇；含量约为0重量％至6重量％的着色剂；分散剂；和水。
2. 如权利要求1所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述着色剂选自颜 料、染料和它们的组合。
3. 如权利要求1或2所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述分散剂选 自苯乙烯/丙烯酸共聚物树脂。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，当将所 述喷墨油墨组合物施加到基本非吸收性基材上时，喷墨油墨组合物的干燥时间 小于或等于约20秒。
5. 如权利要求4所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述基本非吸收性 基材选自聚丙烯带、聚酯带、聚乙烯袋、铝箔、玻璃、聚乙烯基材、高密度 聚乙烯基材、耐水封套和它们的组合。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述组 合物还包含表面活性剂、杀生物剂、缓冲剂或它们的组合。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述着 色剂的含量约为3重量％至6重量％。
8. 如权利要求1-7中任一项所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述喷 墨油墨组合物被设置成通过打印机打印到基本非吸收性基材上。
9. 如权利要求8所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述打印机是热喷 墨打印机或压电喷墨打印机。
10. 如权利要求9所述的喷墨油墨组合物，其特征在于，所述热喷墨打印机选自便携式热喷墨打印机、台式热喷墨打印机和它们的组合，或者所 述压电喷墨打印机选自便携式压电喷墨打印机、台式压电喷墨打印机和它 们的组合。
全文摘要
一种喷墨油墨组合物，其包含丙烯酸胶乳、溶剂、1，2-己二醇、着色剂、分散剂和水。丙烯酸胶乳的含量约为1重量％至5重量％。溶剂选自双丙甘醇单甲醚、四氢糠醇、丙二醇单丙醚和它们的组合，溶剂的含量约为6重量％至10重量％。1，2-己二醇的含量约为0.5重量％至2重量％，着色剂的含量约为0重量％至6重量％。
文档编号G01N1/36GK101523184SQ200780036405
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月27日 优先权日2006年9月29日
发明者L·J·罗利, M·L·乔伊 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业