专利名称：牢固固化的固体油墨及其使用方法
技术领域：
本发明实施方案涉及固体相变油墨组合物，其特征是室温下为固体并且在升高的温度下为熔融状态，熔融油墨在所述升高的温度下施用于基底上。这些固体油墨组合物可以在多种应用中用于喷墨打印。本发明实施方案涉及可固化的固体墨(CSI)和低收缩可固化固体油墨(LS-CSI)及其使用方法。在本发明实施方案中，可固化固体油墨是在固化前具有较高硬度的的紫外(UV)可固化油墨，并且在固化后硬度显著增加，具有抗溶剂擦拭性。因此本发明实施方案具有独特的特性组合，提供了具有所需的未固化时的固态性能和改进的固化态性能的可固化固体油墨。
背景技术：
一般而言喷墨打印操作可使用室温下为固体并且在提高的温度下为液体的油墨。这种油墨可以称为固体油墨、热熔油墨、相变油墨等等。例如，美国专利No. 4，490，731——其公开内容全部以引用方式纳入本说明书——公开了一种分布固体油墨以打印至记录介质如纸上的设备。在使用热熔油墨的热喷墨打印操作中，固体油墨在打印设备中通过加热器而熔融并且以类似于传统热喷墨打印的方式作为液体使用(喷墨)。一旦接触打印记录介质，熔融油墨快速固化，使得着色剂基本保持在记录介质的表面而不是通过毛细管作用进入记录介质(例如纸)中，因此与液体油墨相比通常可以获得更高的打印密度。因此喷墨打印中固体油墨的优点是可以消除处理中油墨的可能的溢出、加宽打印密度的范围和提高打印质量、最小化纸张的起皱或变形、减少透印效应和实现在不打印的不确定时段内不堵塞喷嘴，甚至不用盖上喷嘴。固体油墨是喷墨打印机所需要的，因为其在室温下在运输、长期储存等过程中保持固相。另外，液体喷墨油墨中与由于油墨蒸发而造成的喷嘴堵塞有关的问题在很大程度上被消除，由此改进喷墨打印的可靠性。此外，在固体喷墨打印机中，油墨液滴直接施用于最终记录介质上(例如，纸、透明材料等)，液滴一旦接触记录介质立即固化，所以可以消除油墨沿打印介质的迁移并且可以提高墨点质量。作为一种方式，可固化固体油墨被设计以使用传统固体油墨打印方法，尤其是刺穿(transfix)，和增加其在固化后的机械牢固性。配制合适的可固化固体油墨的挑战之一是制备具有足够的分子迁移率的固体油墨以能够快速和广泛的固化。之前的制剂已有公开在例如Breton等人的美国专利申请No. 12/704，194中，该专利申请提出使用IGEPAL蜡衍生物来提高固化速度。还参见Breton等人的美国申请No. 12/642，538、Breton等人的美国申请No. 12/703，817，和Breton等人的美国申请No. 12/972，138，这些申请的公开内容以参引方式全部纳入本说明书。虽然公开的固体油墨制剂与之前制剂相比具有一些优点，但是仍然需要获得一种制剂，该制剂可以提供具有更快速广泛的固化和更大硬度的可固化固体油墨。因此，虽然以上传统固体油墨技术通常可以成功制备合适的固体油墨，但是仍然需要改进的可固化固体油墨，其具有增加的固化速度和增加的固化后的硬度，以使所得打印物具有耐久性并且可以经受更多处理。前述的每篇美国专利和专利申请均以参引方式纳入本说明书。此外，前述的每篇美国专利和专利申请中的合适的组分和方法方面可以被选择用于本公开的实施方案中。
发明内容
本发明实施方案提供了一种可固化固体油墨，其包含一种可固化蜡；一种或多种单体；一种可选的着色剂；一种酰胺胶凝剂；和一种光敏引发剂。在具体的实施方案中，权利要求I的可固化固体油墨在固化前的硬度为约O. I至约O. 5，固化后的硬度为约90至 约95。在其他实施方案中，提供了一种可固化固体油墨，其包含一种可固化蜡；一种可选的非可固化组分；一种或多种单体；一种可选的着色剂；一种酰胺胶凝剂；和一种光敏引发齐U，其中可固化固体油墨在固化后的硬度为高于90并且从液体状态冷却后的收缩值小于约3。在其它实施方案中，提供了一种可固化固体油墨，其包含一种可固化蜡；一种可选的非可固化组分；一种或多种单体；一种可选的着色剂；一种酰胺胶凝剂；和一种光敏引发剂，其中酰胺胶凝剂为下式的化合物
O OO O
R$——X—6—R2~β—NH-R1-~~N H—d— R2' —其中R1是⑴亚烷基，包括直链和支化、饱和和不饱和、环状和非环状、取代和未取代的亚烷基，并且其中杂原子可以存在或不存在于亚烷基中，( )亚芳基，包括取代和未取代的亚芳基，并且其中杂原子可以存在或不存在于亚芳基中，(iii)芳基亚烷基，包括取代和未取代的芳基亚烷基，其中芳基亚烷基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于芳基亚烷基的芳基部分或烷基部分中，或(iv)烷基亚芳基，包括取代和未取代的烷基亚芳基，其中烷基亚芳基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于烷基亚芳基的芳基或烷基部分，R2和IV彼此独立地各自为(a)亚烷基，包括直链和支化、饱和和不饱和、环状和非环状的、取代和未取代的亚烷基，并且其中杂原子可以存在或不存在于亚烷基中，(b)亚芳基，包括取代和未取代的亚芳基，并且其中杂原子可以存在或不存在于亚芳基中，(c)芳基亚烷基，包括取代和未取代的芳基亚烷基，其中芳基亚烷基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于芳基亚烷基的芳基或烷基部分中，或(d)烷基亚芳基，包括取代和未取代的烷基亚芳基，其中烷基亚芳基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于烷基亚芳基的芳基或烷基部分中，R3和IV彼此独立地各自为(a)光敏引发基团，或(b)以下基团(1)烷基，包括直链和支化、饱和和不饱和、环状和非环状、取代和未取代的烷基，并且其中杂原子可以存在或不存在于烷基中，(2)芳基，包括取代和未取代的芳基，其中杂原子可以存在或不存在于芳基中，(3)芳基烷基，包括取代和未取代的芳基烷基，其中芳基烷基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于芳基烷基中的芳基或烷基部分中，或(4)烷基芳基，包括取代和未取代的烷基芳基，其中烷基芳基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于烷基芳基的芳基或烷基部分中，X和Γ彼此独立地各自为氧原子或式NR4的基团，其中R4为⑴氢原子，(II)烷基，包括直链和支化、饱和和不饱和、环状和非环状、取代和未取代的烷基，并且其中杂原子可以存在或不存在于烷基中，(III)芳基，包括取代和未取代的芳基，并且其中杂原子可以存在或不存在于在芳基中，(IV)芳基烷基，包括取代和未取代的芳基烷基，其中芳基烷基的烷基部分可以是直链或支化、取代或未取代、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于芳基烷基的芳基或烷基部分中，或(V)烷基芳基，包括取代和未取代的烷基芳基，其中烷基芳基的烷基部分可以是直链或支化、饱和或不饱和、环状或非环状的，并且其中杂原子可以存在或不存在于烷基芳基中的芳基或烷基部分中。在另一个实施方案中，提供了一种喷墨打印图像的方法，其包括将可固化固体油墨喷至打印基底以形成图像；和使图像暴露于辐射以使可固化固体油墨固化至打印基底 上，其中可固化固体油墨包含一种油墨载体、一种或多种蜡和一种光敏引发剂，其中可固化固体油墨包含一种可固化蜡、一种可选的非可固化组分、一种或多种单体、一种可选的着色剂、一种酰胺胶凝剂、和一种光敏引发剂，其中可固化固体油墨在固化后的硬度高于90并且从液体状态冷却后的收缩值小于3。
为更好的理解本发明实施方案，可参照附图。图I是本发明实施方案所使用的一个装置的侧视图；图2是一个实施方案的示意图，该实施方案包括将本发明的标记材料直接沉积至本发明实施方案的基底上；图3是本发明实施方案的固体油墨的复数粘度与温度的关系图；和图4是本发明实施方案的另一种固体油墨的复数粘度与温度的关系图。
具体实施例方式在下列描述中，可以理解，可以使用其它的实施方案，并且在不偏离本发明实施方案中公开的范围的情况下，可以对结构和操作作出改变。固体油墨技术拓宽了打印能力和许多市场的客户群，并且打印技术、打印方法和油墨材料的有效一体化推进了打印应用的多样性。可固化固体油墨组合物的特征是在室温(例如，20-50°C或20-27°C)为固体，并且在提高的温度下为熔融状态，熔融油墨在该提高的温度下被施用于基底。如上所述，虽然目前的可选油墨可以成功用于在多种基底上打印，但是仍然需要获得在固化时具有提高的固化速度且具有提高的牢固度和硬度的可固化固体油墨。本发明实施方案涉及可固化固体油墨(CSI)和低收缩可固化固体油墨(LS-CSI)，如序列号为12/642，538,12/704, 194、和12/835，198的美国专利申请所公开的，这些专利申请的全文以参引方式纳入本说明书。特别是，本发明实施方案提供了具有独特的特征结合的可固化固体油墨和低收缩可固化固体油墨以在基于喷墨的打印应用中用作新材料。本发明实施方案的固体油墨保留有通常与固体相变油墨有关的处理、安全和打印品质方面的优点而且还提供了另外的进步特征如提高的牢固度、降低的喷墨温度和结晶时的超低收缩。例如，本发明实施方案制得的固体油墨的喷墨温度甚至低于以前所达到的，例如，喷墨温度为约100至约70°C，或约100至约80°C，约90至约70°C。特别是，本发明实施方案还提供了更快速的相变特性、优异的固化性、提高的固化后的硬度，和低收缩特性。这些油墨需要满足顾客对具有高质量成像特性的低能耗、低的总持有成本(Total Cost ofOwnership) (TCO)的打印系统的需求。本发明实施方案提供了具有高活性和最低收缩的新型低能紫外(UV)可固化有色固体油墨。这些油墨包括胶凝剂添加剂并且被配制成粘度范围为在90°C时小于20cps，或在90°C时约20至约5cps，或在90°C时约15至约8cps，并且收缩值小于3%，或为约I至约3%。如本说明书所用，收缩值表示油墨从液体状态冷却时的收缩。另外，这些油墨在固化后具有比传统固体油墨高得多的硬度，所述传统固体油墨例如Xerox Corporation或0c6North America市售的油墨。这些油墨同样显示固化速率和固化后基准硬度的显著提高，以及在固化时各组分之间的相容性提高。大量研究表明非可固化树脂的浓度应该小于5重 量％，或为约I至约3重量％，或小于I重量％。固化速率通过硬度与单位是s/ft的暴露于紫外光的时间的曲线图(Fusions UV掺杂的D-汞灯，600W/cm)并且应用下面的公式得到，y = Iii^m2 · (l_exp(-m3 · x))起始硬度=ml起始斜率=m2 · m3最终硬度=mi+m2其中起始斜率作为起始固化速率。本发明实施方案的油墨的固化速率为约130至约250ft/s，例如约180至约250ft/s或从约200至约250ft/s。取决于在紫外可固化灯中所用灯泡的类型，用于固化的特征输出为约200nm至约450nm。本发明实施方案包含以下物质的混合物可固化蜡、单体、胶凝剂、可选的着色剂和自由基光敏引发剂，和可选地最高达5重量％的非可固化树脂，例如粘度改进剂。可固化蜡、单体、可固化蜡、可选的着色剂，和自由基光敏引发剂在低于约40°C，或低于约40至低于约30°C下为固体材料，几乎无味或无味。选择这些组分以在约70至约100°C，或约80至约100°C，或约70至约90°C的温度实现喷墨。因此这些固体油墨在提高的温度下具有可靠的喷射性，在这些温度下其粘度为约5至约15cPs，或约10至约15cPs，或约8至约12cps，并且其在室温(20-50°C或20-27°C )为固体，这样可以防止所打印的墨滴在多孔基底上过度展开或迁移。打印之后，组合物被固化以提供牢固的图像。本发明实施方案的可固化固体油墨在固化前的硬度为约0. I至约11或约0. I至约5，或约0. I至约3。这些油墨在固化后的硬度为约85至约100，或约90至约97，或约93至约97。可固化固体组分包括单体、可固化蜡和胶凝剂。可固化蜡在室温下(25°C )可为固体。石蜡的加入可促进油墨组合物从应用温度冷却时该组合物粘度的增加。可固化蜡可以是与其它组分混溶并且可以聚合形成聚合物的任何蜡组分。术语蜡包括，例如，通常称为蜡的多种天然材料、经改性的天然材料和合成材料中的任意种。合适的可固化蜡的实例包括含可固化基团或被可固化基团官能化的蜡。可固化基团可包括，例如，丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烯烃、烯丙醚、环氧化物、氧杂环丁烷等。这些蜡可以通过的蜡反应而合成，例如带有可转化的羧酸或羟基官能团的聚乙烯蜡。说明书中所述的可固化蜡可用上述异山梨醇进行固化，所述异山梨醇被至少一个可固化基团和或另外的可固化单体(一种或多种)官能化。合适的羟基封端的聚乙烯蜡——其可被可固化基团官能化——的实例包括结构为CH3-(CH2)n-CH2OH的碳链的混合物，其中存在多种链长η的混合物，其中平均链长可以在约16至约50的范围内，并且包括类似平均链长的直链低分子量聚乙烯。该蜡的合适的实例包括，但不限于，UNILIN 系列物质，如 UNILIN 350、UNILIN 425、UNILIN 550 和 UNILIN700，其Mn分别约等于375、460、550和700g/mol。所有这些蜡均可购自Baker-Petrolite。···格尔伯特醇(Guerbet alcohol)-其表征为2, 2_二烧基_1_乙醇-同样是合适的化合
物。示例性格尔伯特醇包括含有约16至约36个碳原子的那些，其中许多可购于JarchemIndustries Inc.，Newark, NJ.。也可使用；PR丨POL 2033 (C-36 二聚体二醇混合物，包
括下式的异构体
权利要求
1.一种可固化固体油墨，其包含 一种可固化蜡； 一种或多种单体； 一种可选的着色剂； 一种酰胺胶凝剂；和 一种光敏引发剂。
2.权利要求I的可固化固体油墨，其中所述胶凝剂为具有下式的化合物
3.权利要求I的可固化固体油墨，进一步包括一种为乙氧基化辛基酚衍生物的非可固化组分。
4.权利要求I的可固化固体油墨，固化前的硬度为约O.I至约O. 5。
5.权利要求I的可固化固体油墨，其固化后的硬度为约90至约95。
6.权利要求I的可固化固体油墨，在约70°C至约100°C的喷射温度下的粘度为约5至约25。
7.权利要求I的可固化固体油墨，在约20至约27°C为固态。
8.—种可固化固体油墨，其包含 一种可固化蜡； 一种可选的非可固化组分； 一种或多种单体； 一种可选的着色剂； 一种酰胺胶凝剂；和 一种光敏引发剂，其中所述可固化固体油墨固化后的硬度超过90并且从液体状态冷却后的收缩值小于3。
9.权利要求8的可固化固体油墨,在闻于70°C具有可喷射的粘度。
10.一种喷墨打印图像的方法，其包括 喷出可固化固体油墨至打印基底上以形成图像；和 将图像暴露于辐射以在打印基底上固化所述可固化固体油墨，其中所述可固化固体油墨包含一种油墨载体，一种或多种蜡、和一种光敏引发剂，其中所述可固化固体油墨包含: 一种可固化蜡， 一种可选的非可固化组分， 一种或多种单体， 一种可选的着色剂， 一种酰胺胶凝剂，和 一种光敏引发剂，其中所述可固化固体油墨固化后的硬度超过90并且从液体状态冷却后的收缩值小于3。
全文摘要
可固化固体油墨和低收缩可固化固体油墨，其在室温下为固态且在升高温度下为熔融态，在该升高温度下将熔融油墨施用于基底上。特别是，本发明实施方案的固体油墨保留了传统固体相变油墨所通常具有的处理、安全和打印质量方面的优势，而且具有另外的突破性特征例如增强的固化度和牢固度、降低的喷射温度和结晶时的超低收缩，其使得油墨可用作基于喷墨的打印应用中的新材料。
文档编号B41J2/01GK102775851SQ201210151
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者M·N·克雷蒂安, M·P·布莱顿 申请人:施乐公司