专利名称：喷墨记录用墨水的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨记录系统中的喷墨记录用墨水。更具体而言，本发明所涉及的喷墨记录用墨水是使用非水溶性着色材料作为压电型喷墨记录系统中使用的着色成分，而且可有效地防止记录头的堵塞并具有优异的储存稳定性。
背景技术：
水性的喷墨记录用墨水通常是以水溶性染料溶液或者通过将非水溶性着色材料分散于水或者包含水溶性有机溶剂的水溶液中而得到的液体的形式使用。如果需要耐水性，则用喷墨织物印花对疏水性纤维进行染色，或者在诸如纸的介质上喷墨印刷后通过升华转写对疏水性纤维或树脂膜制品进行染色，使用包含非水溶性染料的喷墨记录用墨水。
使用非水溶性着色材料的喷墨记录用墨水所需要的特征有以下几个方面(1)喷出的稳定性，并同时防止喷嘴堵塞；(2)墨水的储存稳定性；(3)墨水喷出时的方向性、喷出量以及点的形状是均匀的，由此产生高质量的记录图象；(4)墨水的干燥性和固定性；以及(5)高的打印浓度。
在喷墨记录方式中，墨水应以墨滴的形式由细的喷嘴中喷射出来。因此，前述项目中(1)是特别重要的。具体而言，如果喷墨记录方式是drop-on-demand型的，则墨水由喷嘴中的喷出即使在连续运转中也会暂时停止，这在长时间的连续运转中有可能导致喷出不良。
与水溶性染料不同，非水溶性着色材料趋向于导致堵塞，这是因为由于分散液稳定性下降产生沉淀物(凝集物)以及溶剂从喷嘴中蒸发。具体而言，如果装置没有长时间地运转，由于溶剂的蒸发会发生堵塞。
为抑制溶剂的蒸发，可添加低挥发性的溶剂或者保湿剂。或者，可添加水溶助长剂，使得即使墨水中包含的一部分溶剂蒸发，当与墨盒中进一步提供的墨水接触时墨水仍可重新分散。保湿剂的例子包括多元醇，如甘油和聚乙二醇。水溶助长剂的例子包括尿素和尿素类化合物。
然而，如果使用量小的话，这些添加剂的效果不明显，但是如果使用量大的话，墨水粘度升高，或者表面张力明显改变，并且破坏了印刷物的干燥性。
为解决上述问题，例如，JP 8-41396A公开了使用包括水、甘油和丙二醇的溶剂以防止喷嘴堵塞并同时实现墨水在记录后于记录介质上快速干燥。在该文献中，如果喷嘴在放置120秒以上后仍可进行记录，则被认为是“优异的”。但是，该文献并不足以解决在长时间停止运转后，例如喷嘴过夜放置时，墨水在再分散性以及喷出性能方面的问题。
JP 10-251579A披露了一种通过使用乙二醇低级脂肪酸酯化合物来防止堵塞的技术，其中所述脂肪酸酯可以提高染料在墨水中的溶解度并起到保湿剂的作用。虽然该技术在使用水溶性染料作为着色剂时可以防止堵塞，但是当使用非水溶性染料作为着色剂时却不是有效的。
JP 2000-265098A公开了一种通过添加聚氧乙烯烷基醚化合物在气-液界面上形成液晶结构从而防止溶剂蒸发的技术，所述聚氧乙烯烷基醚化合物包含具有14-23个碳原子的烷基。但是，该文献的 段声称“水溶性染料是优选的”，由此可以明显看出，在将该技术应用于非水溶性着色材料时，着色材料的分散稳定性和再分散性将成为问题。
作为使用非水溶性着色材料的一个例子，JP 10-95944A公开了一种制造墨水的技术，该墨水包括颜料、保湿剂以及包含长链聚环氧乙烷的分散剂。但是，该技术也不能防止颜料和分散剂所形成的固形物的析出。因此，需要额外的清洁操作来清洗所述析出的固形物。
为解决常规喷墨记录用墨水的上述问题，本发明的目的是提供一种喷墨记录用墨水，该墨水不仅能够保持所需要的性能如储存稳定性和高质量的记录图象，而且还能有效地防止喷嘴堵塞，表现出良好的分散稳定性，并且能够实现良好的再分散性，这样即使是使用非水溶性着色材料作为着色组分，在长期的连续运行期间以及装置长期停止运行后仍能确保稳定的喷出。
本发明的发明人已考虑到，如果墨水组合物具有良好的再分散性，使得墨水在干燥后通过添加少量的水就可容易地再分散，而且没有任何凝集，那么该墨水组合物将可以足够可靠地防止喷墨头的喷嘴堵塞。发明人所进行的研究表明使用特定的化合物可以提供具有以上特性的墨水。
发明内容
(1)本发明之喷墨记录用墨水包括水、水溶性有机溶剂、非水溶性着色材料、分散剂、以及以下化学式(I)表示的化合物R-O-(CH2CH2O)n-H(I)其中R是具有25-150个碳原子的烷基，而n是2-100。
(2)根据前述(1)的喷墨记录用墨水，其中在化学式(I)中R是具有30-50个碳原子的烷基，而n是10-50。
(3)根据前述(1)或(2)的喷墨记录用墨水，其中化学式(I)表示的化合物的HLB不低于10。
(4)根据前述(1)-(3)之一的喷墨记录用墨水，其中所述非水溶性着色材料是分散染料或者油溶性染料。
(5)根据前述(1)-(3)之一的喷墨记录用墨水，其中所述非水溶性着色材料是分散染料。
(6)根据前述(1)-(5)之一的喷墨记录用墨水，其中所述分散剂是选自于以下组中的至少一种阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和高分子系表面活性剂。
(7)根据前述(1)-(6)之一的喷墨记录用墨水，其中相对于墨水的总重量，化学式(I)表示的化合物的量为0.1-8重量％。
(8)根据前述(1)-(7)之一的喷墨记录用墨水，其中相对于墨水的总重量，所述水溶性有机溶剂的量为5-50重量％，所述非水溶性着色材料的量为0.5-15重量％，所述分散剂的量为0.5-20重量％，而化学式(I)表示的化合物的量为0.1-8重量％。
具体实施例方式
与常规喷墨记录用墨水中使用的聚氧乙烯高级烷基醚不同，本发明之化学式(I)表示的化合物包含具有不低于25个碳原子的烷基。该烷基的碳原子数的上限不超过150。作为常规的例子，天然或合成的醇类化合物可市售得到。但是，这些化合物通常包括具有约12-18个碳原子的烷基。上述JP 2000-265098A公开了一种聚氧乙烯烷基醚化合物，其包含具有14-23个碳原子的烷基。
然而，如果使用非水溶性着色材料作为着色剂，即使使用具有不满25个碳原子的聚氧乙烯高级烷基醚，也不可能得到具有良好的再分散性的墨水组合物。
以下将更为详细地描述本发明。在本发明之化学式(I)表示的化合物中，R是具有25-150个碳原子的烷基。通过使用包含不低于25个碳原子的烷基R的化合物，喷墨记录用墨水组合物可实现良好的再分散性。鉴于在水基墨水组合物中的溶解度，烷基R的碳原子数为150以下是合适的。R(烷基)的碳原子数优选为30-50，更优选为30-35。另外，n的范围是2-100，优选为10-50，更优选为20-50。该烷基可以直链或支链的，但优选是直链烷基。
鉴于在水中的溶解度，HLB不低于4，优选不低于10，更优选在14-18的范围内。
R-O-(CH2CH2O)n-H (I)相对于墨水的总重量，化学式(I)表示的化合物的使用量优选为0.1-8重量％，更优选为0.1-6重量％，并且更优选为0.2-4重量％。将该化合物的量调节在0.1-8重量％的范围内，由此使墨水的粘度不是过高，这样墨水可发挥所希望的效果。
化学式(I)表示的化合物的例子包括美国的Baker Petrolite Corporation制造的以下产品“UNITHOX 420”(R是具有31-32个碳原子的直链烷基，n约为3，而HLB是4)；“UNITHOX 450”(R是具有31-32个碳原子的直链烷基，n约为10，而HLB是10)；“UNITHOX 480”(R是具有31-32个碳原子的直链烷基，n约为40，而HLB是16)；“UNITHOX520”(R是具有38个碳原子的直链烷基，n约为3，而HLB是4)；“UNITHOX 550”(R是具有38个碳原子的直链烷基，n约为12，而HLB是10)；“UNITHOX 720”(R是具有48-49个碳原子的直链烷基，n约为4，而HLB是4)；以及“UNITHOX 750”(R是具有48-49个碳原子的直链烷基，n约为16，而HLB是10)。
本发明之水溶性有机溶剂的例子包括多元醇，如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、硫二甘醇、和甘油，甘醇醚，如乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、和丙二醇单甲醚，醇，如异丙醇、甲醇、乙醇和苄醇，以及碱性溶剂，如N-甲基-2-吡咯烷酮和三乙醇胺。
在上述水溶性有机溶剂中，优选甘油、二乙二醇、聚乙二醇300、聚乙二醇400和丙二醇。特别地，甘油适合作为保湿剂。
这些溶剂可单独使用或者以两种或更多种溶剂的混合物的形式使用。
为调节墨水粘度并通过保湿效果防止堵塞，水溶性有机溶剂的量相对于墨水的总重量优选为5-50重量％，更优选为10-45重量％，并且特别优选为15-40重量％。
非水溶性着色材料的例子包括颜料、分散染料和油溶性染料。
为保持墨水的分散稳定性并提供所需要的打印浓度，非水溶性着色材料的量相对于墨水的总重量优选为0.5-15重量％，并且更优选为1-10重量％。
颜料的例子包括有机颜料，如偶氮颜料、酞菁颜料、喹吖酮颜料、perinone颜料、苝系颜料、以及诸如炭黑的无机颜料。
分散染料和油溶性染料的例子包括偶氮染料、蒽醌染料、喹啉染料、喹啉并酞酮染料、硝基染料、香豆素染料、苯乙烯染料、次甲基染料、偶氮次甲基染料、占吨染料、perinone染料、苝染料、靛苯胺染料和酞菁染料。
如果在印刷于纸上后通过升华染色法对聚酯纤维或膜制品进行染色，分散染料和油溶性染料则是优选的。当通过喷墨织物印花直接对聚酯纤维进行染色时，分散染料是特别优选的，这是因为其与纤维具有良好的亲和性并固着于该纤维上。
本发明的分散剂将非水溶性着色材料分散于水基介质中。对于分散剂没有特别的限制，只要其能够与化学式(I)表示的化合物一起使用。例如，可以使用阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂或高分子系表面活性剂作为分散剂。阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂适合用于分散分散染料或油溶性染料，而阴离子表面活性剂是特别优选的。高分子系表面活性剂适合用于分散颜料。
阴离子表面活性剂的例子包括萘磺酸盐的甲醛缩合物、木素磺酸盐、特殊的芳基磺酸盐甲醛缩合物、杂酚油磺酸的甲醛缩合物、和聚氧乙烯烷基醚硫酸盐等。
非离子表面活性剂的例子包括聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯衍生物以及氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物。
高分子系表面活性剂的例子包括聚丙烯酸部分烷基酯、聚亚烃多胺、聚丙烯酸盐、苯乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯基萘-马来酸共聚物、聚磷酸、聚乙烯醇、羧基烷基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、和甲基丙烯酸衍生物等。
为保持非水溶性着色材料的良好分散稳定性，分散剂的量相对于墨水的总重量优选为0.5-20重量％，更优选为0.5-10重量％，并特别优选为0.5-5重量％。
除上述材料外，在不妨碍实现本发明之目的的情况下，如果需要，本发明的墨水还有可能包含各种添加剂。这些添加剂的例子包括表面控制剂、水溶助长剂、pH调节剂、粘度调节剂、防腐剂、防霉剂、光稳定剂、螯合剂、消泡剂、和防卷缩剂。
如果使用颜料作为非水溶性着色材料，则墨水可进一步包含粘合剂。
表面控制剂的例子包括氟系表面活性剂、聚醚改性的二甲基聚硅氧烷、和丙烯酸系聚合物，聚醚改性的二甲基聚硅氧烷和丙烯酸系聚合物特别适用于本发明。这些表面控制剂是用于控制墨水的表面张力，使得用于形成墨水流路的材料在与墨水接触时易于被湿润。表面控制剂的量相对于墨水的总重量为0.05-1重量％，优选为0.1-0.5重量％。如果其使用量低于0.05重量％，则上述效果被降低。如果其使用量超过1重量％，并不能进一步增强上述效果。
制备本发明之喷墨记录用墨水的方法没有特别的限制。例如，优选的方法包括以下步骤(1)混合非水溶性着色材料、化学式(I)表示的化合物、分散剂和水，然后搅拌，形成预分散液。在此情况下，水溶性有机溶剂或上述添加剂中的任意一种可根据需要进行添加。
(2)将上述预分散液分散在湿磨机(如砂磨机)中，由此制备着色材料分散液。
(3)在着色材料分散液中添加水和水溶性有机溶剂，或者如果需要，再添加上述添加剂中的任意一种，然后调节浓度。所得的液体在使用前例如通过滤纸进行过滤。
在该方法中，化学式(I)表示的化合物既可在粉碎预分散液时添加也可在调节浓度时添加。或者，该化合物可在上述两种情况下分开添加。
鉴于作业性，优选以事先制备的10-15重量％水溶液的形式添加化学式(I)表示的化合物。在此情况下，待添加的水可根据上述水溶液中包含的水相应地减少。
通过上述方法得到的非水溶性着色材料的平均粒径优选不超过1μm，并且优选在0.02-0.2μm的范围内。
上述解释仅提供了溶剂、着色材料、分散剂或其他组分的一些例子，而且本发明并不仅限于此。
以下将通过实施例更为具体地描述本发明。但应认识到，本发明不局限于以下实施例。在每个实施例中，“份”表示“重量份”，而“％”表示“重量％”，除非另有说明。
实施例1制备包含20份红色分散染料干饼(C.I.Disperse Red 60)、12份作为分散剂的β-萘磺酸甲醛缩合物的钠盐(“DEMOL N”，花王株式会社制造)(其是阴离子表面活性剂)、5份的“UNITHOX 480”(由美国的BakerPetrolite Corporation制造，相当于其中R是具有31-32个碳原子的直链烷基、n约为40、而HLB是16的化学式(I)化合物)、和123份水的混合物。在砂磨机中用330份的锆珠对该混合物进行粉末化35小时，所述锆珠的直径为0.4mm，由此制得分散液。
向该分散液中添加5份“UNITHOX 480”、120份作为水溶性有机溶剂的甘油、2.0份作为表面控制剂的聚醚改性的二甲基聚硅氧烷(“BYK-348”，由BYK-Chemie Japan制造)和水，由此制得染料的调节浓度为5％的墨水。所述染料的平均粒径为0.10μm。
实施例2按照与实施例1相同的方式制备混合物并进行粉末化，不同之处在于用20份黄色分散染料干饼(C.I.Disperse Yellow 54)替代红色分散染料干饼。向该分散液中添加25份相当于化学式(I)化合物的“UNITHOX480”、300份作为水溶性有机溶剂的甘油、2.5份作为表面控制剂的“BYK-348”和水，由此制得染料的调节浓度为2％的墨水。所述染料的平均粒径为0.12μm。
实施例3制备包含20份蓝色分散染料干饼(C.I.Disperse Blue 72)、12份作为分散剂的特殊芳基磺酸甲醛缩合物的钠盐(“DEMOL SN-B”，花王株式会社制造)(其是阴离子表面活性剂)、5份的“UNITHOX 480”(相当于化学式(I)化合物)、和123份水的混合物。按照与实施例1相同的方式用330份的锆珠对该混合物进行粉末化35小时，所述锆珠的直径为0.4mm，由此制得分散液。向该分散液中添加15份“UNITHOX 480”、180份作为水溶性有机溶剂的甘油、2.4份作为表面控制剂的丙烯酸聚合物(“BYK-381”，由BYK-Chemie Japan制造)和水，由此制得染料的调节浓度为3.3％的墨水。所述染料的平均粒径为0.08μm。
实施例4按照与实施例1相同的方式制备混合物并进行粉末化，制得分散液。向40份的该分散液中添加10份相当于化学式(I)化合物的“UNITHOX480”、120份作为水溶性有机溶剂的甘油、0.4份作为表面控制剂的“BYK-348”和水，由此制得染料的调节浓度为1.25％的墨水。
实施例5制备包含20份红色分散染料干饼(C.I.Disperse Red 60)、12份作为分散剂的特殊芳基磺酸甲醛缩合物的钠盐(“DEMOL SN-B”，花王株式会社制造)(其是阴离子表面活性剂)、3份的“UNITHOX 480”、和125份水的混合物。在砂磨机中用330份的锆珠对该混合物进行粉末化35小时，所述锆珠的直径为0.4mm，由此制得分散液。
向该分散液中添加120份作为水溶性有机溶剂的甘油、2.0份作为表面控制剂的聚醚改性的二甲基聚硅氧烷(“BYK-348”，由BYK-ChemieJapan制造)和水，由此制得染料的调节浓度为5％的墨水。所述染料的平均粒径为0.10μm。
实施例6按照与实施例5相同的方式制备混合物并进行粉末化，不同之处在于用20份黄色分散染料干饼(C.I.Disperse Yellow 54)替代红色分散染料干饼，使用4份“UNITHOX 480”和124份的水，由此制备分散液。向该分散液中添加300份作为水溶性有机溶剂的甘油、2.5份作为表面控制剂的“BYK-348”和水，由此制得染料的调节浓度为2％的墨水。所述染料的平均粒径为0.12μm。
实施例7按照与实施例5相同的方式制备混合物并进行粉末化，制得分散液。向40份的该分散液中添加3.3份相当于化学式(I)化合物的“UNITHOX480”、120份作为水溶性有机溶剂的甘油、0.4份作为表面控制剂的“BYK-348”和水，由此制得染料的调节浓度为1.25％的墨水。
对比例1按照与实施例1相同的方式制造墨水，但用相同量的作为阴离子表面活性剂的β-萘磺酸甲醛缩合物的钠盐(“DEMOL N”，花王株式会社制造)替代实施例1中的“UNITHOX 480”。
对比例2按照与实施例1相同的方式制造墨水，但用相同量的聚氧乙烯高级烷基醚(“EMULGEN 707”，花王株式会社制造)替代实施例1中的“UNITHOX 480”，所述聚氧乙烯高级烷基醚是非离子表面活性剂，并由碳原子低于25的醇制成。
对比例3按照与实施例1相同的方式制造墨水，但用相同量的聚氧乙烯高级烷基醚(“EMULGEN MS-110”，花王株式会社制造)替代实施例1中的“UNITHOX 480”，所述聚氧乙烯高级烷基醚是非离子表面活性剂，并由碳原子低于18的天然醇制成。
对比例4按照与实施例1相同的方式制造墨水，但用相同量的“UNITHOX 480”替代实施例1中的“DEMOL N”。染料的粒径不低于1μm。由此制得的墨水在放置时，染料逐渐附聚形成沉淀。因此，在没有分散剂时墨水的储存稳定性差，将不可能使用该墨水用于喷墨记录中。
表1显示了实施例1-7以及对比例1-3的各种墨水组合物中除水以外的其他组分的比例。
表1实施例和对比例中墨水的组成(重量％)
对实施例1-7和对比例1-3的墨水分别进行以下实验。实验的结果如以下表2所示。
(1)再分散性实验在表玻璃(φ90mm)的表面上涂覆薄的墨水组合物涂层(0.5g)，然后将该表玻璃放置在干燥器中，该干燥器在60℃下保持1小时。将所述表玻璃从干燥器中取出，并用少量的水由周边部分的外侧轻柔地洗下干燥墨水的外周部分。如下观察并评估墨水的状态。
评估○表示墨水立即再分散，没有凝集，△表示部分地产生小薄膜形式的凝集物，而×表示产生相当量的凝集物，并且附着在玻璃表面上。
(2)连续喷出稳定性实验使用市售的大型喷墨绘图仪(JV 2-10(压电型)，由MimakiEngineering，Co.，Ltd.制造)进行连续打印，其条件是打印解像度为720×720dpi，单色涂覆印刷，打印宽度为1200mm，直至产生一些打印错误，如点的丢失。
评估○表示在5或更多小时后没有发生堵塞，△表示在30分钟-1小时之间发生堵塞，而×表示在30分钟内发生堵塞。
(3)长期不运行后的喷出性能在上述打印条件下连续运行喷墨绘图仪30分钟，然后停止48小时。在正常的清洁之后，再一次进行打印实验，以检查在相同的条件下是否能够正常地进行打印。
评估○表示按照喷墨绘图仪特定的方式进行一次喷墨头清洁就可进行正常的印刷，△表示需要数个清洁循环，而×表示进一步的清洁循环无助于进行正常的印刷。
表2
由以上的结果可以看出，实施例中的墨水组合物在再分散性、连续喷出稳定性以及长期不运行后的喷出性能方面都是优异的。但是，其中用阴离子分散剂替换化学式(I)之化合物的对比例1在再分散性、连续喷出稳定性以及长期不运行后的喷出性能方面都表现得非常差。其中用非离子分散剂替换化学式(I)之化合物的对比例2和3比对比例1略好一些，但是比本发明的实施例差很多。
其中使用化学式(I)的化合物但不使用分散剂的对比例4由于差的储存稳定性不适合于喷墨记录。
产业上的利用可能性本发明的喷墨记录用墨水是使用非水溶性着色材料作为着色组分，该墨水不仅能够保持所需要的性能如储存稳定性和高质量的记录图象，而且还能有效地防止喷嘴堵塞，表现出良好的分散稳定性，并且能够实现良好的再分散性，这样即使是使用非水溶性着色材料作为着色组分，在长期的连续运行期间以及装置长期停止运行后仍能确保稳定的喷出。
因此，本发明的墨水适合用作使用非水溶性着色材料作为着色组分的喷墨记录用墨水。
权利要求
1.一种喷墨记录用墨水包括水、水溶性有机溶剂、非水溶性着色材料、分散剂、以及以下化学式表示的化合物R-O-(CH2CH2O)n-H(I)其中R是具有25-150个碳原子的烷基，而n是2-100。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录用墨水，其中在化学式(I)中R是具有30-50个碳原子的烷基，而n是10-50。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨记录用墨水，其中化学式(I)表示的化合物的HLB不低于10。
4.根据权利要求1或2所述的喷墨记录用墨水，其中所述非水溶性着色材料是分散染料或者油溶性染料。
5.根据权利要求1或2所述的喷墨记录用墨水，其中所述非水溶性着色材料是分散染料。
6.根据权利要求1或2所述的喷墨记录用墨水，其中所述分散剂是选自于以下组中的至少一种阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂和高分子系表面活性剂。
7.根据权利要求1或2所述的喷墨记录用墨水，其中相对于墨水的总重量，化学式(I)表示的化合物的量为0.1-8重量％。
8.根据权利要求1或2所述的喷墨记录用墨水，其中相对于墨水的总重量，所述水溶性有机溶剂的量为5-50重量％，所述非水溶性着色材料的量为0.5-15重量％，所述分散剂的量为0.5-20重量％，而化学式(I)表示的化合物的量为0.1-8重量％。
全文摘要
本发明涉及一种喷墨记录用墨水包括水、水溶性有机溶剂、非水溶性着色材料、分散剂、以及化学式I表示的化合物，其中R是具有25－150个碳原子的烷基，而n是2－100。该墨水不仅能够保持所需要的性能如储存稳定性和高质量的记录图象，而且还能有效地防止喷嘴堵塞，表现出良好的分散稳定性，并且能够实现良好的再分散性，这样即使是使用非水溶性着色材料作为着色组分，在长期的连续运行期间以及装置长期停止运行后仍能确保稳定的喷出。
文档编号C09D11/00GK1553942SQ02817728
公开日2004年12月8日 申请日期2002年12月9日 优先权日2001年12月18日
发明者前川俊次, 田中裕树, 树 申请人:纪和化学工业株式会社