专利名称：水性喷墨油墨和喷墨打印方法
技术领域：
在此记载的实施方式总体涉及水性喷墨油墨。
背景技术：
在颜料分散于含水介质里的水性喷墨油墨中通常含有用于抑制水挥发的保湿剂。 通常，水性喷墨油墨中另外还含有抑制因水挥发而粘度上升的粘度调节剂。作为保湿剂使用多元醇等，作为粘度调节剂使用水溶性有机溶剂。多元醇与作为纸介质的主要成分的纤维素间的亲和性良好，水溶性有机溶剂向纸内的渗透性高。因此，水性喷墨油墨容易渗透到纸介质的内部，油墨中的颜料难以残留在纸介质的表面。为了获得能在纸介质上形成所期望浓度的图像的水性喷墨油墨，颜料含量需要考虑渗透入纸介质的量。为了削减油墨制造成本，要求降低颜料的含量。但是，尚未得到颜料含量少但能在纸介质上形成足够浓度的图像的水性喷墨油墨。
发明内容
本发明一实施方式的水性喷墨油墨包括水；以及以重量计少于所述水性喷墨油墨的5%的颜料，所述水性喷墨油墨使用锥板式粘度计在25°C所测得的粘度(mPa*s)满足下面的关系VB/VA彡1. 5且3mPa · s彡Va彡15mPa · s，其中，Va是在转数50rpm下测得的粘度，Vb是在转数2. 5rpm下测得的粘度。
图1是示出了喷墨记录装置的一个示例的模式图。图2是喷墨打印头的一个示例的断面图。
具体实施例方式下面对实施方式进行具体说明。水性喷墨油墨被排出至纸介质上时，如果能抑制颜料向纸介质内部的渗透，就能提高纸介质上的图像浓度。油墨向纸介质内部的渗透与油墨的粘度有关，水性喷墨油墨的粘度变高就抑制油墨向纸介质的渗透。其结果就能够使水性喷墨油墨中的颜料留在纸介质表面附近，从而提高所得到的图像浓度。本发明者们着眼于这方面并锐意研究，结果发现了水性喷墨油墨粘度有下面的关系。粘度是用锥板式粘度计在所测定的数值。
YB/YA ^ 1. 5式 1Va是在转数50rpm下测得的粘度，相当于剪切力控制强时的粘度。例如，在被驱动的喷墨打印头内部，水性喷墨油墨的粘度为\。从喷墨打印头喷出直至接触纸介质时的水性喷墨油墨的粘度也是\。因为用于喷墨记录，Va被规定在3mPa · s 15mPa · s的范围内。Vb是在转数2. 5rpm下测得的粘度，相当于剪切力控制弱时的粘度。例如，在刚接触纸介质时水性喷墨油墨的粘度就变为VB。当Vb变大时，抑制了水性喷墨油墨向纸介质内部的渗透。因而，Vb优选为20mPa · s以上。本实施方式的水性喷墨油墨在被驱动的喷墨打印头内部受到强剪切力。因而，在喷墨打印头的内部，本实施方式的水性喷墨油墨的粘度就是VA。如果从喷墨打印头喷出后接触纸介质，则油墨粘度立即增加至VB，渗透性降低。即使在接触纸介质之前，剪切力弱的时候，本实施方式的水性喷墨油墨的粘度也上升。满足上式1的水性喷墨油墨如接触到纸介质则粘度上升，变为接触纸介质前粘度的1.5倍以上。在％/\小于1.5的时候，不能抑制向纸介质内的渗透。为了得到更充分地抑制向纸介质内渗透的油墨，VB/VA优选为1. 7以上。如后面叙述的Vb值依赖于水溶性高分子化合物的含量，其上限为50mPa · s左右。计算出VB/VA的上限为17左右。在喷墨记录装置的油墨供应路径内部，本实施方式的水性喷墨油墨如果粘度上升，则从喷墨打印头稳定排出变得困难。因而，使用本实施方式涉及的水性喷墨油墨形成图像时，优选使用具有油墨循环路径的喷墨打印头。图1示出了这样的喷墨记录装置的一个示例。喷墨记录装置11包括向纸介质排出墨滴的喷墨打印头12、向喷墨打印头12供给油墨的油墨池13和液体在喷墨打印头12与油墨池13之间循环的循环机构14。在喷墨打印头12上设置了向纸介质排出墨滴的喷嘴31。在油墨池13内部储存着本实施方式的水性
喷墨油墨。油墨池13具有空气排放阀门15。开放所述空气排放阀门15，就能够使油墨池13 内部压力与大气压相同。并且，关闭空气排放阀门15，则能够使油墨池内部压力从大气压开始发生变化。喷墨打印头12的喷嘴31内的液面(凹凸透镜)位置在重力方向上高于油墨池13 内的液面高度。据此，由于打印头12内产生负压，所以油墨不会从喷嘴泄露。循环机构14具有环状流路16，在所述流路16上，依次设置有泵17以及过滤构件 18。设置在上游侧的泵17使喷墨油墨在流路16内沿箭头所示方向循环。设置在泵17的下游的过滤构件18回收混入油墨中的异物。如图2所示，在喷墨打印头12中，在具有第二油墨供给孔37以及第二油墨排出孔 38的基板沈上设置有压电材料制成的致动器27。致动器27排列在与纸面正交的方向，相邻的致动器27之间的空间成为压力室8。因而，多个压力室8也排列在与纸面正交的方向上。压力室队列有第一压力室列80a与第二压力室列80b两列。基板沈上经由框构件28配置有喷嘴板20，喷嘴板20具有多个用于排出油墨的喷嘴31。在喷嘴31中，压力室8侧的开口部比油墨排出侧的开口部大。多个喷嘴31与各压力室8对应地设置从而构成喷嘴队列。喷嘴队列有与第一压力室列80a相对应地第一喷嘴列、与第二压力室列80b相对应地第二喷嘴列两列。在喷嘴队列中，以每英寸300个喷嘴配置喷嘴31。喷嘴队列的长度方向相邻的喷嘴距离为84. 7 μ m。两个喷嘴列的配置位置在喷嘴列的长度方向错开42. 3 μ m。因而，所述喷墨打印头12可打印600dpi (点/英寸)。基板沈的第二油墨供给孔37连通在喷嘴板20与基板沈之间的供给侧公共压力室33上。供给侧公共压力室33配置在第一压力室列80a与第二压力室列80b之间。各压力室列与框构件之间是排出侧公共压力室32。排出侧公共压力室32与基板沈上的第二油墨排出孔38连通。油墨从第一油墨供给孔M供给，依次流过油墨供给槽51、第二油墨供给孔37、供给侧公共压力室33、压力室8、排出侧公共压力室32、第二油墨排出孔38、油墨排出槽34以及第一油墨排出孔23。由所述路径构成油墨循环路径。驱动各压力室两侧的致动器，所述压力室的容积可改变。当压力室的容积扩张时， 油墨就被供给至压力室内。压力室8所容纳的油墨被致动器27加压，从喷嘴31排出。当压力室收缩时，油墨则从喷嘴排出。没有排出的油墨通过油墨循环路径再次从第一油墨供给孔M供给。因为油墨循环路径内剪切控制强，所以本实施方式的水性喷墨油墨的粘度为VA。 因为具有适于喷墨记录范围的粘度，所以能够从打印头稳定地排出。本实施方式的水性喷墨油墨由于排出到纸介质上时剪切力立即变弱，所以油墨粘度增加到VB。粘度增加的水性喷墨油墨向纸介质的渗透性降低。因此油墨中的颜料不渗透至纸介质内而停留在表面附近。因为油墨中的颜料几乎全部有助于成色，所以即使油墨中所含颜料的量比通常的水性油墨等还低，也能够形成足够浓度的图像。并且，一般地本说明书中的纸介质是指用于印刷目的的纸制的介质。纸介质大致分为涂有用于提高印刷特性的材料的加工印刷纸或铜版纸等涂料纸与发挥纸自身特性的非涂料纸。纸介质用于图书、书籍、报纸、包装以及打印用纸等各种用途。并且，纸介质还包括瓦楞纸、纸制容器以及纸板等厚纸。例如，如在办公室或家庭使用的复印机、打印机所使用的复印纸这样的所谓的普通纸是典型的纸介质。本实施方式的水性喷墨油墨当剪切力变弱时粘度增加。这样的特性可通过混合水溶性高分子化合物来得到。因而，本实施方式涉及的水性喷墨油墨在水以及颜料基础上还含有水溶性高分子化合物。水可使用譬如纯水或超纯水。水性喷墨油墨的水的量虽不特别限定，但如含有过多的水则恐怕会产生卷曲等纸介质变形。水的量如以重量计少于油墨总量的70%，则能避免纸介质的变形。水性喷墨油墨中的水的量优选以重量计少于60%，更优选以重量计少于 50%。对于水性喷墨油墨优选在水的基础上还含有粘度调节剂。通过混合粘度调节剂， 不仅油墨的保存稳定性增强并且保湿性以及脱泡性也能够得到提高。油墨从喷墨打印头的喷出稳定性也进一步得以提高。作为粘度调节剂，例如可举出聚乙二醇、甘油以及乙二醇醚(glycolether)等。本实施方式的水性喷墨油墨中的粘度调节剂的量以重量计例如可在 50%左右。油墨中如含有这个范围内的粘度调节剂，就能够得到所期望的效果而没有任何不良。
颜料可使用譬如偶氮颜料(包括偶氮色淀(azo lake)颜料、不溶性偶氮颜料、偶氮缩合颜料和螯合偶氮颜料等)、多环式颜料(例如酞菁颜料、茈颜料、紫环酮颜料、蒽醌颜料、喹吖啶酮颜料、二噁嗪颜料(dioxazin印igment)、硫靛颜料、异吲哚啉酮颜料和喹酞酮颜料等)、染料螯合物(例如碱性染料型螯合物和酸性染料型螯合物等)、硝基颜料、亚硝基颜料以及苯胺黑等。作为黑色油墨所使用炭黑，具体地可以举出No. 2300、No. 900、MCF88、No. 33、 No. 40、No. 45、No. 52、MA7、MA8、MA100 和 No2200B 等(三菱化学制)、Raven 5750、Raven 5250、Raven 5000、Raven 3500、Raven 1255 和 Raven 700 等(哥伦比亚公司制)、Regal 400R、Regal 330R、Regal 660R、Mogul L、Monarch 700、Monarch 800、Monarch 880、 Monarch900、Monarch 1000、Monarch 1100、Monarch 1300 和 Monarch 1400 等(卡博特公司制)、以及 Color Black(色黑)FWl、Color Black Fff 2,Color BlackFff 2V,Color Black Fff 18、Color Black Fff 200、Color Black S150、ColorBlack S160、Color Black S170、 Printex 35、Printex U、Printex V>Printexl40U>Special Black(特黑)6、Special Black 5、Special Black 4A 和 SpecialBlack 4 等(德固赛公司制)。作为用于黄色油墨的颜料，具体地可以举出C. I. Pigment Yellow(颜料黄)1、 C. I. Pigment Yellow 2、C. I. Pigment Yellow 3、C. I. Pigment Yellowl2> C. I. Pigment Yellow 13、C. I.Pigment Yellow 14C> C. I.Pigment Yellowl6> C. I.Pigment Yellow 17、C. I.Pigment Yellow 73、C. I.Pigment Yellow 74、C. I.Pigment Yellow 75、 C. I. Pigment Yellow 83、C. I. Pigment Yellow 93、C. I. Pigment Yellow 95、C. I. Pigment Yellow 97、C. I.Pigment Yellow 98、 C. I.Pigment Yellow 109、C. I.Pigment Yellow 110、C. I.Pigment Yellow 114、C. I.Pigment Yellow 128、C. I.Pigment Yellow 129、 C. I. Pigment Yellow 138、C. I. Pigment Yellow 150、C. I. Pigment Yellow 151、 C. I.Pigment Yellow 154、C. I.Pigment Yellow 155、C. I.Pigment Yellow 180 以及 C. I. Pigment Yellowl85 等。作为用于品红色油墨的颜料，具体地可以举出C. I. Pigment Red 5、C. I. Pigment Red (颜料红)7、C. I. Pigment Red 12、C. I. Pigment Red 48 (Ca)、C. I. Pigment Red 48 (Mn) > C. I. Pigment Red 57 (Ca) > C. I. Pigment Red 57: U C. I. Pigment Red 112、 C. I. Pigment Red 122、C. I. Pigment Red 123、C. I. Pigment Red 168、 C. I. Pigment Red 184、C. I. Pigment Red 202 以及 C. I. Pigment Red 19 等。作为用于青色油墨的颜料，具体地可以举出C.I.Pigment Blue(颜料蓝)1、 C. I. Pigment Blue 2、C. I. Pigment Blue 3、C. I. Pigment Blue 15: 3、C. I. Pigment Blue 15:4、C. I. Pigment Blue 15:34、C. I. Pigment Blue 16、C. I. Pigment Blue 22、 C. I. Pigment Blue 60、C. I. Vat Blue (还原蓝)4 以及 C. I. Vat Blue 60。颜料的平均粒径优选在IOnrn 300nm左右的范围内。如在这个范围内，在喷墨式记录装置上使用时，不会产生打印头堵塞。颜料的平均粒径更优选为IOnm 200nm左右的范围内。颜料的平均粒径可用使用了动态光散射法的粒度分布仪测得。粒度分布仪的实例为HPPS (马尔文公司)。颜料可以颜料分散体的状态使用。颜料分散体譬如是用分散剂使颜料分散在水或乙醇等中进行调制。分散剂的实例包括表面活性剂、水溶性树脂以及非水溶性树脂等。或者，也可用自分散颜料。自分散颜料是不用分散剂就能分散在水等中的颜料，是对颜料进行表面处理从而与羰基、羧基、羟基以及磺基中的至少一种官能团或其盐结合的颜料。表面处理例如是真空等离子处理、重氮耦合处理以及氧化处理等。通过规定的表面处理，使官能团或含有官能团的分子接枝到颜料表面，从而得到自分散颜料。自分散颜料与其他的颜料分散体中的颜料相比较，在水中的分散稳定性优异，同时在纸介质上的吸附力高。因而，含有自分散颜料的油墨能形成更高质量的图像。在本实施方式，水性喷墨油墨中颜料的量规定为以重量计少于5%。如果在以重量计为5%以上，不仅不能削减成本，还容易在打印头内部等发生堵塞。颜料的量更优选为以重量计少于水性喷墨油墨的4%，最优选为以重量计少于3%。水性喷墨油墨中通常含有以重量计1.5%以上的颜料。本实施方式的水性喷墨油墨中含有水溶性高分子化合物。例如，水溶性高分子化合物可以是聚氧乙烯烷基醚类等。水溶性高分子化合物也可以是天然化合物、半合成化合物以及合成化合物的任一种。具体实例包括黄原胶、瓜尔胶、硫酸软骨素钠、透明质酸、阿拉伯树脂、海藻酸钠、卡拉胶、粘多糖、胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚羧乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇衍生物、聚乙烯吡咯烷酮以及聚丙烯酸钠寸。作为水溶性高分子化合物，从少量添加就可获得效果的观点出发，优选多糖类物质，更优选重均分子量为数百万左右的天然多糖类物质。具体的实例包括黄原胶、瓜尔胶以及卡拉胶等。水性喷墨油墨中水溶性高分子化合物的量规定为以重量计0. 02 %以上且少于 0.1%。如果少于以重量计0.02%，则不能得到所期望的效果。另一方面，如以重量计为 0. 以上，则从喷墨打印头稳定地排出变得困难。水性喷墨油墨中水溶性高分子化合物的量优选以重量计为0. 05%以下，更优选在以重量计0. 025%以下。例如，本实施方式所涉及的水性喷墨油墨是将颜料分散体和水混合，加入规定量的多糖类物质进行调制而成。为了将油墨的排出性能或渗透性等调整为最适合的特性条件，可混入表面活性剂。表面活性剂的实例包括聚氧乙烯烷基醚、聚氧烯烃烷基醚(polyoxyalkylene alkyl ether)、聚氧乙烯多环苯基醚、聚氧烯烃多环苯基醚(polyoxyalkylene polycyclic phenyl ether)、甘油脂肪酸酯以及二羟甲基庚烷环氧乙烷加成物等。并且，还可以采用炔二醇(acetylene glycol)类表面活性剂或者氟类表面活性剂。炔二醇类表面活性剂的实例包括2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7- 二醇、3，6- 二甲基-4-辛炔-3，6- 二醇以及3，5- 二甲基-1-己炔-3-醇等。具体是Surfynol 104、82、465、 485或者TG等(空气产品公司制)。氟类表面活性剂的实例包括全氟烷基环氧乙烷加成物、全氟烷基胺氧化物、全氟烷基羧酸盐以及全氟烷基磺酸等。具体是Megafac F-443、F-444、F-470、F_493 (大日本油墨化学工业公司)、Novec FC-430、FC_4430(3M 公司)、Sureflon S-141、S-145、S-111N、 S-113 (AGC清美化学公司)。如果相对于100重量份含有1重量份左右这样的表面活性剂，就能够发挥所期望的效果。而且不会有任何不量。根据需要可混合pH调节剂、防腐剂 防霉剂等添加剂。PH调节剂的实例包括磷酸
二氢钾、磷酸氢二钠以及氢氧化钠等。防腐剂 防霉剂可使用苯甲酸钠、五氯苯酚钠、2-巯基吡啶1-氧化物钠盐、山梨酸钠、脱氢醋酸钠以及1，2-二苯并异噻唑-3-酮(l，2-dibenzisothiazole-3-one) (ICI公司的 Proxel CRL,Proxel BDN,Proxel GXL、ProxelXL_2、Proxel TN(全部是登记商标))等。通过混合这些添加剂更能提高印字图像质量和保存稳定性。并且，可以混合诸如渗透剂等与提升油墨特性的目的相适应的添加剂。添加剂的混合量可以在溶解或分散于水的范围内适当地进行选择。例如难溶性的添加剂可与增溶剂等并用。任一添加剂都优选在不损害上述颜料的分散稳定性的范围内添加。下面示出水性喷墨油墨的具体例。按下表1所示处方混合各成分，调制水性喷墨油墨。下表1中的数值表示各成分的质量份数。表面活性剂使用Surfynol 465 (日信化学工业公司制)。颜料分散体是自分散型颜料的分散体(CAB-0-JET-300、Cabot公司制)。所述自分散型颜料是将表面具有官能团的颜料分散在水中。颜料分散体中的颜料含量(固体含量) 以重量计为15%。下表1中记载的是包括水及颜料的颜料分散体的量。表权利要求
1.一种水性喷墨油墨，包括 水；以及以重量计少于所述水性喷墨油墨的5%的颜料，所述水性喷墨油墨使用锥板式粘度计在25°C所测得的粘度满足下面的关系 VB/VA ^ 1· 5 3 ^ Va ^ 15 其中，Va是在转数50rpm下测得的粘度， Vb是在转数2. 5rpm下测得的粘度， 粘度的单位是mPa· S。
2.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，所述Vb为20mPa· s以上。
3.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，所述％/\为1.7以上。
4.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，所述颜料为自分散颜料。
5.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，所述颜料的量为以重量计少于所述水性喷墨油墨的3%。
6.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，所述颜料的量以重量计为所述水性喷墨油墨的1.5%以上。
7.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，还包括粘度调节剂。
8.根据权利要求7所述的水性喷墨油墨，其中，所述粘度调节剂选自由甘油、聚乙二醇以及乙二醇醚组成的组。
9.根据权利要求1所述的水性喷墨油墨，其中，所述水性喷墨油墨在安装有具有油墨循环路径的喷墨打印头的记录装置上使用。
10.一种水性喷墨油墨，包括 水；以重量计少于所述水性喷墨油墨的5%的颜料；以及以重量计为所述水性喷墨油墨的0. 02%以上并少于所述水性喷墨油墨的0. 的水溶性高分子化合物，所述水性喷墨油墨使用锥板式粘度计在25°C所测得的粘度为3mPa · s 15mPa · s。
11.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，所述水溶性高分子化合物为天然多糖类物质。
12.根据权利要求11所述的水性喷墨油墨，其中，所述天然多糖类物质选自由黄原胶、 瓜尔胶以及卡拉胶组成的组。
13.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，所述水溶性高分子化合物的量以重量计为所述水性喷墨油墨的0. 05%以下。
14.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，所述颜料为自分散颜料。
15.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，所述颜料的浓度以重量计少于所述水性喷墨油墨的3%。
16.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，所述颜料的浓度以重量计为所述水性喷墨油墨的1.5%以上。
17.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，还包括粘度调节剂。
18.根据权利要求17所述的水性喷墨油墨，其中，所述粘度调节剂选自由甘油、聚乙二醇以及乙二醇醚组成的组。
19.根据权利要求10所述的水性喷墨油墨，其中，所述水性喷墨油墨在安装有具有油墨循环路径的喷墨打印头的记录装置上使用。
20.一种喷墨打印方法，包括从具有油墨循环路径的喷墨打印头喷射至少一种油墨组合物以形成图像， 所述油墨组合物为权利要求1所述的水性喷墨油墨。
全文摘要
提供了水性喷墨油墨和喷墨打印方法。该水性喷墨油墨含有水以及颜料。所述水性喷墨油墨中所述颜料的量以重量计少于5％。所述水性喷墨油墨使用锥板式粘度计在25℃所测定的粘度(mPa·s)满足下面的关系VB/VA≥1.5且3mPa·s≤VA≤15mPa·s，其中，VA是在转数50rpm下测定的粘度，VB是在转数2.5rpm下测定的粘度。
文档编号B41J2/01GK102234455SQ201110063820
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年4月21日
发明者久保田敦, 原誉史, 吉田麻衣子, 户野广智绘, 秋山良造 申请人:东芝泰格有限公司, 株式会社东芝