包含改性颜料的分散体的制作方法

专利名称：包含改性颜料的分散体的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及一种分散体，其包含载色剂(vehicle)和改性颜料，该改性颜料包含连有有机基团的颜料。该改性颜料当在水介质中测量时，在约5.0到11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。本发明还公开了喷墨油墨组合物和喷墨消耗装置。
现有技术通常，颜料不容易单独在液体载色剂中分散。已经开发了各种能够提供稳定的颜料分散体的技术。例如，可以将分散剂加入到颜料中，以改进颜料在特定介质中的分散性。分散剂的实例包括水溶性聚合物和表面活性剂。颜料分散体应用于各种以颜料为基体的油墨组合物中。
近来，还开展了改性有色颜料，其可用来制备具有诸如可分散性的改进性能的油墨组合物。例如，美国专利5,851,280公开了将有机基团连接到颜料上的方法，其包括，例如通过重氮反应进行连接，其中该有机基团是该重氮盐的部分。所生成的表面改性颜料可用于各种的应用，例如油墨，喷墨油墨，涂料，调色剂，塑料，橡胶等。
PCT国际公开WO 01/51566描述了制造改性颜料的方法，其通过反应第一化学基团和第二化学基团以形成连接有第三化学基团的颜料。第一化学基团包括至少一种亲核基团，第二化学基团包括至少一种亲电基团，或反之亦然。这些颜料用在油墨组合物特别是喷墨油墨组合物中。
虽然这些成果提供了具有改进性能的改性颜料，然而还需要改进的以颜料为基体的分散体和油墨组合物。
发明概述本发明涉及一种分散体，其包含a)载色剂；和b)改性颜料，该改性颜料包含连接有至少两个有机基团的颜料，其中该改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。在优选实施方案中，该分散体是喷墨油墨组合物。
本发明进一步涉及分散体，其包含a)载色剂；和b)改性颜料，该改性颜料包含连接有至少一个有机基团的颜料，其中该有机基团包含阴离子基团或可阴离子化的基团和阳离子基团或可阳离子化的基团，其中该改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。在优选实施方案中，分散体是喷墨油墨组合物。
本发明进一步涉及喷墨消耗装置，其包含表面pH值介于约4.0到8.0之间的基材和本文中描述的喷墨油墨组合物。
应当理解，上文的概述及其后的详细说明仅是示范性的和解释性的，并用来为所要求保护的本发明提供进一步阐释。
附图简述

图1是显示pH值对本发明所述的包含改性颜料的分散体的ζ电势的综合影响的曲线图。
图2是显示pH值对本发明实施例1-4以及比较例1中描述的分散体的ζ电势的影响的曲线图。
发明详述本发明涉及一种分散体，其包含载色剂和改性颜料。该改性颜料在水介质中测量时、在限定的pH值范围内具有0.0mV的ζ电势。
本发明的分散体包含载色剂和改性颜料。该载色剂可以是水性的或非水性的液体载色剂，优选为含水的载色剂。因此，该载色剂优选为水性载色剂，例如，其可以是水或者水与可与水混溶的溶剂，如醇的混合物。优选地，水性载色剂是水，分散体是水性分散体。
本发明的分散体还包含改性颜料。该改性颜料包含连有有机基团的颜料。该颜料可以是本领域技术人员惯用的任何种类的颜料，例如黑色颜料以及其它有色颜料。也可使用不同颜料的混合物。
黑色颜料的代表性实例包括各种炭黑(颜料黑7(Pigment Black 7))，例如槽法炭黑、炉法炭黑和灯黑，还包括，例如购自Cabot公司的商标为Regal、Black Pearls、Elftex、Monarch、Mogul和Vulcan的炭黑(例如Black Pearls2000，Black Pearls1400，Black Pearls1300，Black Pearls1100，Black Pearls1000，Black Pearls900，Black Pearls880，BlackPearls800，Black Pearls700，Black PearlsL，Elftex8，Monarch1400，Monarch1300，Monarch1100，Monarch1000，Monarch900，Monarch880，Monarch800，Monarch700，MogulL，Regal330，Regal400，VulcanP)。其它合适的炭黑包括，但不局限于Printex 40、Printex 80、Printex 300、Printex L、Printex U、Printex V、Special Black 4、Special Black5、FW200，(上述可从Degussa公司获得)，Raven 780、Raven 890、Raven1020、Raven 1040、Raven 1255、Raven 1500、Raven 5000、Raven 5250(上述可从Colombian Chemical公司获得)以及可得自Mitsubishi Chemical公司的MA100和MA440。
颜料还可选自各种常规有色颜料。有色颜料可以是蓝色、黑色、棕色、青色、绿色、白色、紫色、洋红色、红色、橙色、黄色以及其混合。有色颜料的合适种类包括，例如蒽醌、酞菁蓝、酞菁绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、苝、杂环黄(heterocyclic yellow)、喹吖啶酮和(硫)靛蓝类染料。酞菁蓝的代表性实例包括铜酞菁蓝和其衍生物(颜料蓝15)。喹吖啶酮代表性实例包括颜料橙48、颜料橙49、颜料红122、颜料红192、颜料红202、颜料红206、颜料红207、颜料红209、颜料紫19和颜料紫42。蒽醌的代表性实例包括颜料红43、颜料红194(苝酮红(Perinone Red))、颜料红216(溴化皮蒽酮红(Brominated Pyranthrone Red))和颜料红226(皮蒽酮红)。苝的代表性实例包括颜料红123(朱红)、颜料红149(猩红)、颜料红179(栗色)、颜料红190(红)、颜料紫19、颜料红189(红微黄(Yellow Shade Red))和颜料红224。硫代靛蓝类染料的代表性实例包括颜料红86、颜料红87、颜料红88、颜料红181、颜料红198、颜料紫36和颜料紫38。杂环黄的代表性实例包括颜料黄1、颜料黄3、颜料黄12、颜料黄13、颜料黄14、颜料黄17、颜料黄65、颜料黄73、颜料黄74、颜料黄151、颜料黄117、颜料黄128和颜料黄138。这些颜料可以以粉末或滤饼形式从许多来源购买到，包括BASF公司、Engelhard公司和Sun Chemical公司。其它合适的有色颜料的实例在(Colour Index)第三版(The Society of Dyers and Colourists，1982)中有描述。
颜料的其它实例包括Hostafine系列，例如HostafineYellow GR(颜料13)，HostafineYellow(颜料83)，HostafineRed FRLL(颜料红9)，HostafineRubine F6B(颜料184)，HostafineBlue 2G(颜料蓝15∶3)，HostafineBlack T(颜料黑7)和HostafineBlack TS(颜料黑7)，NormandyMagenta RD-2400，Paliogen Violet 5100，PaliogenViolet 5890，PermanentViolet VT2645，Heliogen Green L8730，Argyle Green XP-111-S，Brilliant GreenToner GR 0991，HeliogenBlue L6900，L7020，HeliogenBlue D6840、D7080，Sudan Blue OS，PV Fast Blue B2GO1，Irgalite Blue BCA，PaliogenBlue 6470，Sudan III，Sudan II，Sudan IV，Sudan Orange G，Sudan Orange 220，PaliogenOrange 3040，Ortho Orange OR 2673，PaliogenYellow 152、1560，Lithol Fast Yellow 0991K，Paliotol Yellow 1840，NovopermYellow FG1，Permanent Yellow YE 0305，Lumogen Yellow D0790，Suco-Gelb L1250，Suco-Yellow D1355，HostapermPink E，Fanal Pink D4830，CinquasiaMagenta，Lithol Scarlet D3700，Toluidine Red，Scarlet for Thermoplast NSD PSPA，E.D.Toluidine Red，Lithol Rubine Toner，Lithol Scarlet 4440，Bon Red C，Royal Brilliant Red RD-8192，Oracet Pink RF，PaliogenRed 3871K，PaliogenRed 3340，和Lithol Fast Scarlet L4300。这些可获自以下来源，如Hoechst Celanese公司，Paul Uhlich，BASF，American Hoechst，Ciba-Geigy，Aldrich，DuPont，加拿大的Ugine Kuhlman，Dominion Color公司，Magruder，和Matheson，Coleman，Bell。
颜料可有大范围的BET比表面积，其通过氮吸附测量。颜料比表面积优选地大于或等于85m2/g，更优选地大于或等于约100m2/g，因此相当于较小的初级粒径/聚集粒径。已经发现这样的比表面积能提供颜料上的处理剂更均匀地分布和更有效地发挥水平，以及后加工技术之后改性颜料更高的百分比产量。如果不容易得到该颜料优选的较高的比表面积(相当于较小粒径)，本领域的技术人员充分认可该颜料可经常规尺寸研磨或粉碎技术，例如球研磨或喷射研磨，以磨细该颜料到所需粒径。
在本发明第一个实施方案中，该分散体包含连接有至少两种有机基团的改性颜料。“至少两种有机基团”是指两类有机基团——有机基团A和有机基团B。这些基团以任意顺序连接于该颜料。有机基团A和B每种包括至少一个离子基团、可离子化的基团、或离子基团与可离子化的基团的混合物。离子基团是阴离子的或阳离子的，并与相反电荷的抗衡离子有关，相反电荷的抗衡离子包括无机或有机抗衡离子，例如Na+、K+、Li+、NH4+、NR′4+、乙酸根、NO3-、SO4-2、R′OSO3-、OH-和Cl-，其中R′代表氢或有机基团，如取代或未取代的芳基和/或烷基。可离子化的基团是一种能够在所用介质中形成离子基团的基团。可阴离子化的基团形成阴离子，而可阳离子化的基团形成阳离子。有机离子基团包括在美国专利5,698,016中描述的那些，该专利说明书在此全部引入以供参考。
有机基团A优选包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团。阴离子基团是带负电荷的离子基团，可从具有可离子化的取代基的基团中产生，该取代基能够形成阴离子(可阴离子化的基团)，例如酸性取代基。它们还可以是在可离子化的取代基的盐中的阴离子。优选地，当可离子化的取代基形成阴离子时，该可离子化的取代基具有小于11的pKa值。该阴离子基团可以进一步从具有pKa值小于11的可离子化的基团的物质和pKa值小于11的可离子化的取代基盐中产生。可离子化的取代基的pKa值是指整个可离子化取代基的pKa值，而不仅仅是酸性取代基。更优选地，pKa值小于10，最优选小于9。
阴离子基团的代表性实例包括-COO-，-SO3-，-OSO3-，-HPO3-，-OPO3-2和-PO3-2。可阴离子化的基团的代表性实例包括-COOH，-SO3H，-PO3H2，-R′SH，-R′OH和-SO2NHCOR′，其中R′代表氢或有机基团，例如取代或未取代的芳基和/或烷基。优选地，阴离子或可阴离子化的基团是羧基、磺酸基、膦酸基或其盐。
有机基团B优选包含至少一种阳离子或可阳离子化的基团。阳离子基团是带正电荷的有机离子基团，可从可离子化的取代基中产生，该取代基能够形成诸如质子化胺的阳离子(可阳离子化的基团)。例如，烷基胺或芳基胺在酸性介质中可被质子化而形成铵基-NR′2H+，其中R′代表有机基团，例如取代或未取代的芳基和/或烷基。优选地，胺具有小于5的pKb值。阳离子基团也可以是带正电荷的有机离子基团。实例包括季铵基团(-NR′3+)和季鏻基团(-PR′3+)。此处，R′代表氢或有机基团，例如取代或未取代的芳基和/或烷基。优选地，该阳离子或可阳离子化的基团是胺基或其盐。
有机基团A和有机基团B还可以独立为聚合基团。优选地，该聚合基团包含上述的离子或可离子化的基团。因此，有机基团A可为包含一种或多种阴离子或可阴离子化的基团的聚合基团。实例包括、但不局限于多酸，如聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，包括苯乙烯丙烯酸聚合物的丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物和含马来酸酐的聚合物的水解衍生物。有机基团B也可为包含一种或多种阳离子或可阳离子化的基团的聚合基团。实例包括、但不局限于直链的或支链的聚胺，例如聚乙烯亚胺(PEI)，乙亚胺(ethyleneimine)低聚物(例如五乙烯胺，PEA)和聚乙烯亚胺的衍生物。
例如，有机基团A和有机基团B可以是以通式-X-Sp-[Polymer]R为代表的基团。直接连接于颜料的X，代表亚芳基或亚杂芳基(heteroarylene)或者亚烷基，并被Sp基团所取代。Sp代表间隔基团(spacer group)。Polymer基团代表聚合的基团，该基团包含重复的单体基团或多重单体基团或者兼具两者。R代表氢，键，取代或未取代的烷基，或者取代或未取代的芳基。优选地，至少一种单体基团包含至少一种离子或可离子化的基团。因此，对于有机基团A，优选地至少一种单体包含阴离子或可阴离子化的基团，而对于有机基团B，优选地至少一种单体包含阳离子或可阳离子化的基团。该Polymer基团可被另外的基团进一步取代。包含“Polymer”的单体重复单元的总数优选不大于约500单体重复单元。
Polymer基团可以为任何种的聚合基团，例如热塑聚合基团或热固聚合基团。此外，该聚合基团可以为均聚物、共聚物、三元共聚物，和/或含有任意数量的不同重复单元的聚合物。此外，该Polymer基团可以是无规聚合物、交替聚合物、接枝聚合物、嵌段共聚物、星状聚合物和/或梳状聚合物。该Polymer基团的优选实例如上所述。
基团Sp代表间隔基团，本文所用的间隔基团为两个基团间的链接。基团Sp可以为键或化学基团。化学基团的实例包括，但不局限于，-CO2-、-O2C-、-CO-、-OSO2-、-SO3-、-SO2-、SO2C2H4O-、-SO2C2H4S-、-SO2C2H4NR-、-O-、-S-、-NR-、-NRCO-、-CONR-、-NRCO2-、-O2CNR-、-NRCONR-、-NRCOCH(CH2CO2R)-、-NRCOCH2CH(CO2R)-、-N(COR)(CO)-、酰亚胺基、亚芳基、亚烷基等。R可相同或不同，其代表氢或有机基团，例如取代或未取代的芳基或烷基。
基团X代表亚芳基或亚杂芳基或亚烷基。X直接连接于颜料并进一步被Sp基团所取代。芳基可进一步被任何基团所取代，例如一个或多个烷基或芳基。优选地，该亚芳基为亚苯基、亚萘基、或亚联苯基，和亚杂芳基。当X代表亚烷基时，实例包括，但不局限于，取代或未取代的亚烷基，该亚烷基可为支链的或直链的。该亚烷基可进一步用一个或多个诸如芳基的基团取代。实例包括，但不局限于，像亚甲基、亚乙基、亚丙基、或亚丁基的C1-C12基团。优选地，X为亚芳基。
基团X可被一个或多个官能团取代。官能团的实例包括，但不局限于，R、OR、COR、COOR、OCOR、羧酸酯、卤素、CN、NR2、SO3H、磺酸酯、硫酸酯、NR(COR)、CONR2、NO2、PO3H2、膦酸酯(phosphonate)、磷酸酯(phosphate)、N＝NR、SOR、NSO2R，其中R可相同或不同，其独立为氢，支链或直链的C1-C20、取代或未取代的、饱和或不饱和的烃，例如，烷基、链烯基、炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的烷芳基或者取代或未取代的芳烷基。
如上述结构所示，Polymer基团通过间隔基团Sp连接于颜料。然而，也可认为当R代表键时，该可用的键也可以连在颜料上。此外，Polymer基团还可通过正确选择重复单体单元上的取代基、沿着该聚合链的多重位点连接到颜料上。这些取代基也可包括如上所述的间隔基团或-X-Sp-基团。因此，这些基团可连到该颜料的任一末端或者沿其构架的位点上。此外，这些基团可以为任何种类的聚合基团，例如无规聚合物、交替聚合物、接枝聚合物、嵌段共聚物、星状聚合物和/或梳状聚合物。
对于第一实施方案，使用本领域技术人员所知的方法改性那些用于本发明分散体中的改性颜料，以使有机基团连到该颜料上。例如，用于本发明分散体的改性颜料可以用在美国专利5,851,280、5,698,016、5,922,118和5,837,045，和PCT公开WO 99/51690和WO 00/22051中描述的方法配制，其说明书在此全部引入以供参考。与被吸附基团，例如聚合物、表面活性剂等相比，这提供了基团在颜料上的更稳定的连接方式。
在该实施方案中，可以改变所连接的每种有机基团的量以获得下述的所期性能属性。因此，例如，有机基团A和有机基团B的量可以为任何量，其产生的改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
在本发明第二个实施方案中，分散体包含连接有至少一种有机基团的改性颜料，该有机基团包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团和至少一种阳离子或可阳离子化的基团。在这个实施方案中，阴离子或可阴离子化的基团以及阳离子或可阳离子化的基团都存在于同一个有机基团上。该阴离子或可阴离子化的基团和阳离子或可阳离子化的基团如同上述。优选地，该阴离子或可阴离子化的基团是羧基、磺酸基、膦酸基，或其盐。优选地，该阳离子或可阳离子化的基团是胺基(amine group)或其盐。有机基团也可为聚合体。因此，有机基团可以是包含阳离子或可阳离子化的基团，并且进一步包含阴离子或可阴离子化的基团的Polymer基团。
优选地，该有机基团包含至少一种有机基团A和至少一种有机基团B的反应产物，其中有机基团A包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团，有机基团B包含至少一种阳离子或可阳离子化的基团。有机基团A和有机基团B如上所述。
对于第二实施方案，使用本领域技术人员所知的方法配制那些用于本发明分散体中的改性颜料，以使有机基团连到该颜料上。例如，改性颜料可以用PCT公开WO 01/51566中描述的方法制备，该专利在此全部引入以供参考。照此方法，基团可以以任意顺序反应。一个基团优选在与第二个基团起反应之前先连接到颜料上。因此，例如，有机基团A可以与连在颜料上的有机基团B起反应，反之亦然。
在第二实施方案中，可以改变阴离子或可阴离子化的基团和阳离子或可阳离子化的基团的量以获得下述的所期性能属性。因此，例如，阴离子或可阴离子化的基团和阳离子或可阳离子化的基团的量可以为任何量，其产生的改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
当所连接的有机基团包含至少一种有机基团A和至少一种有机基团B的反应产物、而其中有机基团A包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团、有机基团B包含至少一种阳离子或可阳离子化的基团时，还可以改变有机基团A与有机基团B的摩尔比。每种基团的摩尔量可以用本领域已知的任何技术进行测量，该技术包括，例如，滴定和元素分析。优选地，当有机基团B连在颜料上时，该有机基团中阴离子或可阴离子化的基团与阳离子或可阳离子化的基团的摩尔比小于1。更优选地，阴离子或可阴离子化的基团与阳离子或可阳离子化的基团的摩尔比小于0.75，最优选小于0.50。因此，当有机基团B连在颜料上时，阴离子或可阴离子化的基团的摩尔量小于阳离子或可阳离子化的基团的摩尔量。另外，当有机基团A连在颜料上时，该有机基团中阳离子或可阳离子化的基团与阴离子或可阴离子化的基团的摩尔优选比小于1。摩尔比更优选小于0.75，摩尔比最优选小于0.50。因此当有机基团A连接到颜料上时，阳离子或可阳离子化的基团的摩尔量小于阴离子或可阴离子化的基团的摩尔量。然而，不管如何制备改性颜料，所连接的有机基团的量都应使所生成的改性颜料在水介质中测量时、在以下叙述的pH值范围之内具有0.0mV的ζ电势。
特别优选的有机基团是那种包含含胺的聚合基团(有机基团A)和环酐(有机基团B)的反应产物的有机基团。最优选其中含胺聚合物连到颜料上。该含胺的聚合物优选为聚乙烯亚胺(PEI)，乙亚胺低聚物(诸如五乙烯胺，PEA)或衍生物或者聚乙烯亚胺。酐优选为取代或未取代的芳香族或脂肪族环酐，特别是琥珀酸酐。
按照之前所述，本发明涉及包含载色剂和改性颜料的分散体。对于本发明的上述两个实施方案，连接的有机基团的总量通常是每平方米的颜料比表面积约0.01到约10.0微摩尔有机基团，其中颜料比表面积用氮吸附测量(BET法)。例如，连接的有机基团的量在约0.5到约4.0微摩尔/m2之间。另外，改性颜料可以进一步包含另外连接的有机基团。这可以导致进一步提高性能。
改性颜料可以通过洗涤而纯化，例如通过过滤、离心、或这两种方法的结合，以除去未反应的原料、副产物盐和其它反应杂质。还可以通过例如蒸发分离出产品，或者可以用本领域技术人员已知的技术通过过滤和干燥进行回收。
还可以净化或分级分散体以除去杂质和其它不希望有的、制造过程中产生的、共存于分散体中的游离物质。例如，可以纯化分散体以除去任何不希望有的游离物质，诸如未反应的处理剂。使用膜或离子交换作用的超滤/渗滤(diafiltration)的已知技术可用来纯化分散体并除去大量的游离离子和有害物质。纯化过程中还可以有任选的抗衡离子交换步骤，从而利用诸如超滤、反渗透、离子交换柱等已知的离子交换技术将成为改性颜料的部分的抗衡离子用另一种抗衡离子(包括，例如两性离子)交换或取代。可被交换的抗衡离子的特例包括但不局限于，Na+、K+、Li+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、NO2-、乙酸根和Br-。
分散体可与最少量辅助组分(添加剂和/或助溶剂)一起在处理步骤中形成。然而，还可以包括诸如表面活性剂和助溶剂的添加剂。
本发明分散体包含改性颜料，该改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。ζ电势是靠近粒子表面的双电层以外的液体剪切面和主体之间的电势差。ζ电势不能直接测量，但可通过本领域已知的多种技术计算得到。例如，可以将颗粒在含有电解质的溶液的分散体放于电极之间，然后可以从其测得的电泳迁移率计算出该颗粒的ζ电势。更全面的ζ电势的讨论，请见R.J.Hunter，(Zeta Potential in ColloidScience)(Academic Press，1981)。
颗粒的ζ电势，例如改性颗粒的ζ电势取决于包括pH值在内的一些因素。例如，当改变含有颗粒的分散体的pH值时，该颗粒的ζ电势是负增长还是正增长，取决于其表面化学性能。最终，ζ电势会在最大负值或最大正值处逼近渐近线。最大ζ电势为不再随pH值变化处的电势值。
颗粒还可具有0.0mV的ζ电势。颗粒具有净零ζ电势的点，常被称为等电点，该点取决于pH值以及该颗粒表面的特性。因此，例如，当含有颗粒的分散体的pH值变化时，可以中和表面电荷到不存在净电荷的点。
本发明的分散体包含载色剂和改性颜料，该改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。该水介质可为任何能用于测量ζ电势的含水介质。典型地，水介质含有诸如KCl的水溶性盐。优选地，该改性颜料在pH值约6.0到约10.0间具有0.0mV的ζ电势，更优选为在约8.0到10.0之间。
在优选实施方案中，用于本发明分散体的改性颜料进一步具有+50mV的最大ζ电势，更优选±35mV。因此，当分散体pH值增加(或降低)时，ζ电势数值逼近这个最大值，其后就不随pH值的进一步增加(或降低)而变化。在进一步优选的实施方案中，改性颜料在pH值大于约6.0时具有介于0.0和-35.0mV之间的最大负ζ电势，在pH值小于约10.0时具有介于0.0和+35.0mV之间的最大正ζ电势。
已经发现，如本文中描述的用于本发明分散体的改性颜料在高pH值时具有负ζ电势，而在低pH值时具有正ζ电势。因此，例如，已经发现，改性颜料在碱性条件下具有最大负ζ电势，而当降低pH值时，在pH值约5.0到约11.0之间ζ电势达到0.0mV。当pH值进一步降低时，在酸性条件下分散体达到最大正ζ电势。这一结果在图1中进一步说明。已发现这些改性颜料，在高或低pH值下是可分散的，而在中间pH值段是不可分散的，从而提供在油墨组合物中改进的性能。
本发明进一步涉及喷墨油墨组合物，其包含液体载色剂和改性颜料。改性颜料为上述的用于对本发明分散体的改性颜料，并包含连有有机基团的颜料。该改性颜料在水介质中测量时、在pH值约5.0到约11.0间具有0.0mV的ζ电势。
通常，油墨组合物包含起载体作用的载色剂和诸如染料或颜料的着色剂。为了调节油墨以获得所期性能，可以加入添加剂和/或助溶剂。本发明喷墨油墨组合物的载色剂可为水性或者非水性载色剂。优选地，载色剂为水性载色剂，并且喷墨油墨组合物为水性喷墨油墨组合物。
本发明喷墨油墨组合物可与最少量辅助组分(添加剂和/或助溶剂)一起在加工步骤中形成。改性颜料同上所述，并以有效量存在于喷墨油墨组合物中，以便提供所期图像质量(例如，光密度)，而对喷墨油墨性能没有不利影响。例如，以油墨重量为准，改性颜料通常的存在量为约0.1％到约20％。使用含有本文所述的改性颜料与非改性颜料、与其它改性颜料、或者与这两者的混合物混合的配方也在本发明范围内。
还可以向这些喷墨油墨组合物中加入合适的添加剂，以便在保持组合物稳定性的同时赋予其若干所需性能。例如，可加入表面活性剂来进一步增强组合物的胶体稳定性。其他的添加剂是本领域中公知的，包括润湿剂、抗微生物剂、粘合剂、干燥催化剂、渗透剂等。特殊添加剂的量的变化取决于多种因素，但一般存在量介于0％和40％中间。
另外，为了改善颜色平衡度和调节光密度，本发明的喷墨油墨组合物中可进一步加入染料。此类染料包括食用染料、FD & C染料、酸性染料、直接染料、活性染料、包括铜酞菁衍生物、钠盐、铵盐、钾盐、锂盐的酞菁磺酸衍生物等。
喷墨油墨组合物可用诸如上述用于改性颜料和其分散体的那些方法进行纯化和/或分级。还可用任选的抗衡离子交换步骤。这样，可除去有害杂质或不合需要的大颗粒以产生具备优良总体特性的油墨。
本发明进一步涉及包含基材和喷墨油墨组合物的喷墨消耗装置。喷墨油墨组合物如上所述，并包含液体载色剂和连有有机基团的改性颜料。该改性颜料在水介质中测量时、在pH值约4.0到约11.0间具有0.0mV的ζ电势。在喷墨消耗装置中，使用任何本领域已知的墨喷印刷工艺，如热印刷、压电印刷和连续式墨喷印刷可应用喷墨油墨组合物。
基材可为油墨可应用的任何合适的基材。实例包括纸、涂料纸或层压纸、卡片材料、透明膜、纺织品或塑料。优选地，基材的表面pH值介于约4.0到约8.0之间。
本发明优选的喷墨消耗装置，其中基材的表面pH值在喷墨油墨组合物的改性颜料具有ζ电势0.0mV的pH值范围之内。通过将本发明喷墨油墨组合物应用到具有这样表面pH值的基材上，产生改进的印刷性能，例如光密度、涂布固定(smear fastness)和渗色调节(bleed control)。更优选地，基材的表面pH值和喷墨油墨组合物的改性颜料具有ζ电势0.0mV的pH值的差不超过2。因此，油墨组合物中颜料的等电点基本上接近基材的表面pH值。
通过下列实施例进一步阐明本发明，本质上这些实施例仅为示范。
实施例实施例1-4以下常规步骤用于制备实施例1-4的分散体。每个实施例中所用试剂量在下表1中显示。
表1
根据PCT公开WO 01/51566的实施例4中描述的步骤制备聚乙烯亚胺(PEI)-改性颜料的水性分散体。特别地，PCT公开WO 01/51566的实施例B中描述的APSES-处理过的炭黑是从Black Pearls700炭黑(获自Cabot公司)和氨苯基-(2-硫酸乙基)-砜制备得到。依照实施例4的进一步描述，接着把APSES-处理过的炭黑加到具有1200分子量的聚乙烯亚胺(PEI-1200，可获得于BASF公司，Charlotte，NC)的水溶液中。生成的PEI-1200改性颜料具有1.7mmol/g连接的氮水平。假定所有氮基团为胺基，那么改性颜料上存在1.7mmol/g胺基。
制备PEI-1200改性颜料的15％固相水性分散体，并向其中一次性加入所有的1M NaOH。搅拌反应混合物约1小时。在10分钟内分小份添加各种量的琥珀酸酐(获得于Aldrich Chemical，Milwaukee，WI)。加入余量的去离子水以稀释改性颜料的固相含量到大约10％。生成的混合物搅拌过夜。然后用透滤法(渗滤模件具有0.05微米额定值，可获得于Spectrum实验室，Rancho Dominguez，CA)纯化粗制品先用10体积的0.1M NaOH再用20体积的去离子水渗滤。
根据PCT公开WO 01/51566中描述的步骤使用与本发明实施例1-4相同的原料制备比较例1的分散体，原料中的试剂量示于表1。
胺基和琥珀酸酐基团的摩尔量，以及琥珀酸酐基团与胺基的摩尔比，示于下表2中。
表2
测量实施例1-4和比较例1的分散体性能。在去离子水中或者pH缓冲溶液中用MICROTRAC超细粒子分析器(获得于Honeywell，Minneapolis，MN)通过动态光散射法测定平均体积粒径。在pH值小于6的1mM KCI中使用Zeta Plusζ电势分析仪(Zeta Potential Analyzer)(可获得于NY的Holtsville的Brookhaven Instrument公司)通过电泳测定ζ电势，较高pH值的溶液通过将少量1M NaOH添加到1mM KCl溶液中来制备。结果示于表3中和图2中。
表3
表3和图2中的结果表明，当琥珀酸酐的进料量改变时，最终分散体的等电点落入约6到约10的pH值范围内。这些分散体的最大ζ电势为±35mV。较高pH值时ζ电势为负值，而较低pH值时ζ电势为正值。对于比较例1，分散体在pH值5.5时具有-30mV的ζ电势。因此，颜料ζ电势为0.0mV时的pH值约为4。
已发现，实施例1-4的分散体具有在比较例1之上的独特的ζ电势性能，并可以预料到这能产生改进的性能特性而应用于特殊的最终用途。例如，当将用本发明分散体制备的水性喷墨油墨组合物喷射到表面pH值约为4.0到8.0的基材上时，可料到其具有改进的光密度、涂布固定和渗色调节。
因此，本发明的分散体可以用于各种各样的水性和非水性的、需要控制颜料ζ电势的应用。对于喷墨油墨组合物来说尤为确切，其中颜料的等电点接近基材的表面pH值。
权利要求
1.一种分散体包含a)载色剂；和b)改性颜料，该改性颜料包含连接有至少两种有机基团的颜料，其中该改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
2.权利要求1的分散体，其中该改性颜料在约6.0到约10.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
3.权利要求2的分散体，其中该改性颜料在约8.0到约10.0之间的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
4.权利要求1的分散体，其中该改性颜料以任意顺序连接有至少一种有机基团A和至少一种有机基团B，有机基团A包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团，有机基团B包含至少一种阳离子或可阳离子化的基团。
5.权利要求4的分散体，其中阴离子或可阴离子化的基团是羧基、磺酸基、膦酸基或其盐。
6.权利要求4的分散体，其中阳离子或可阳离子化的基团是胺基或其盐。
7.权利要求1的分散体，其中该改性颜料进一步具有±50.0mV的最大ζ电势。
8.权利要求7的分散体，其中该改性颜料进一步具有±35.0mV的最大ζ电势。
9.权利要求1的分散体，其中改性颜料进一步在大于约6.0的pH值时具有介于0.0到+35.0mV之间的最大负ζ电势，并在小于约10.0的pH值时具有介于0.0到+35.0mV之间的最大正ζ电势。
10.权利要求1的分散体，其中颜料是蓝色颜料、黑色颜料、棕色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、洋红色颜料、红色颜料、橙色颜料、黄色颜料和其各种色调，或其混合物。
11.权利要求1的分散体，其中颜料是炭黑。
12.权利要求1的分散体，其中液体载色剂是水性载色剂。
13.权利要求1的分散体，其中该分散体是喷墨油墨组合物。
14.一种分散体包含a)载色剂；和b)改性颜料，其包含连接有至少一种有机基团的颜料，其中该有机基团包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团以及至少一种阳离子或可阳离子化的基团，其中该改性颜料在水介质中测量时、在约5.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
15.权利要求14的分散体，其中该改性颜料在约6.0到约10.0之间的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
16.权利要求15的分散体，其中该改性颜料在约8.0到约10.0之间的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
17.权利要求14的分散体，其中该有机基团包含具有至少一种有机基团A和至少一种有机基团B的反应产物，该有机基团A包含至少一种阴离子或可阴离子化的基团，有机基团B包含至少一种阳离子或可阳离子化的基团。
18.权利要求17的分散体，其中该有机基团中阴离子或可阴离子化的基团与阳离子或可阳离子化的基团的摩尔比小于1，并且其中有机基团B连在颜料上。
19.权利要求17的分散体，其中该有机基团中阳离子或可阳离子化的基团与阴离子或可阴离子化的基团的摩尔比小于1，并且其中有机基团A连在颜料上。
20.权利要求14的分散体，其中该阴离子或可阴离子化的基团是羧基、磺酸基、膦酸基或其盐。
21.权利要求14的分散体，其中该阳离子或可阳离子化的基团是胺基或其盐。
22.权利要求17的分散体，其中有机基团A是聚乙烯亚胺，并且有机基团B是取代或未取代的、芳香族或脂肪族的环酐。
23.权利要求22的分散体，其中脂肪族的环酐是琥珀酸酐。
24.权利要求14的分散体，其中改性颜料进一步具有±50.0mV的最大ζ电势。
25.权利要求24的分散体，其中改性颜料进一步具有±35.0mV的最大ζ电势。
26.权利要求14的分散体，其中改性颜料进一步在大于约6.0的pH值时具有介于0.0到-35.0mV之间的最大负ζ电势，并在小于约10.0的pH值时具有介于0.0到+35.0mV之间的最大正ζ电势。
27.权利要求14的分散体，其中颜料是蓝色颜料、黑色颜料、棕色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、洋红色颜料、红色颜料、橙色颜料、黄色颜料和其各种色调，或其混合物。
28.权利要求14的分散体，其中颜料是炭黑。
29.权利要求14的分散体，其中该液体载色剂是水性载色剂。
30.权利要求14的分散体，其中该分散体是喷墨油墨组合物。
31.一种喷墨消耗装置包含(i)表面pH值介于约4.0到约8.0之间的基材；并且(ii)喷墨油墨组合物包含a)液体载色剂；和b)改性颜料，其包含连接有至少两种有机基团的颜料，其中该改性颜料当在水介质中测量时、在约4.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
32.权利要求31的喷墨消耗装置，其中基材的表面pH值与改性颜料具有ζ电势为0.0mV时的pH值相差不超过2。
33.一种喷墨消耗装置包含(i)表面pH值在约4.0到约8.0之间的基材；以及(ii)喷墨油墨组合物包含a)液体载色剂；和b)改性颜料，其包含连接有至少一种有机基团的颜料，其中该有机基团包含阴离子或可阴离子化的基团和阳离子或可阳离子化的基团，并且该改性颜料在水介质中测量时、在约4.0到约11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。
34.权利要求33的喷墨消耗装置，其中基材表面的pH值与喷墨油墨组合物具有ζ电势为0.0mV时的pH值相差不超过2。
全文摘要
本发明描述一种分散体，其包含载色剂和改性颜料。该改性颜料当在水介质中测量时，在5.0到11.0的pH值之间具有0.0mV的ζ电势。本发明还公开了喷墨油墨组合物和喷墨消耗装置。
文档编号C09D11/00GK1599779SQ02824022
公开日2005年3月23日 申请日期2002年10月10日 优先权日2001年10月17日
发明者余渊, 保罗·S·帕隆博 申请人:卡伯特公司