油墨组合物的制作方法
【专利摘要】油墨组合物包括大约2重量%至大约5重量%的着色剂；大约10重量%至大约20重量%的助溶剂；大约0.5重量%至大约1.0重量%的磷酸烷基酯；大约0.5重量%至大约9重量%的任何以下物质：甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚或PPG-20甲基葡糖醚中；和余量水。
【专利说明】油墨组合物
[0001]背景
本公开主要涉及油墨组合物。
[0002] 喷墨印刷或记录系统常用作在印刷介质，如纸上产生图像的有效方式。通常，通过喷墨记录系统将墨滴从喷嘴闻速喷射到印刷介质上以在其上广生图像。热喷墨印刷涉及使电流脉冲经过加热元件，这使油墨在室中快速汽化形成气泡。这造成大的压力提高，以将油墨滴推到印刷介质上。在墨滴发射(firing)过程中，覆盖加热元件表面的油墨层可达到高温，例如大约340°C。在此温度下，该油墨可能分解并在加热元件表面上沉积残留物。这一过程被称作结垢(kogation)。结垢可能有害地影响喷射滴的体积、形状和/或速度，这可能造成印刷输出的品质改变。
[0003]附图简述
参照下列详述和附图容易看出本公开的实施例的特征和优点，其中类似标号对应于类似(尽管可能不相同)的部件。为简洁起见，具有之前已描述的功能的标号或特征可能联系出现它们的其它附图描述或可能不联系出现它们的其它附图描述。
[0004]图1是甲基葡糖醇聚醚-10和甲基葡糖醇聚醚-20的核心化学结构；
图2是PPG-10甲基葡糖醚和PPG-20甲基葡糖醚的核心化学结构；且
图3是包括本文中公开的油墨组合物的一个实例的油墨盒的一个实例的剖面透视半示意图。
[0005]详述
本文中公开的油墨组合物的实例包括乙氧基化或丙氧基化甲基葡糖苷衍生物，如甲基葡萄糖的聚乙二醇醚(例如甲基葡糖醇聚醚-10和/或甲基葡糖醇聚醚-20，两者都是INCI命名法)或甲基葡萄糖的聚丙二醇醚(例如PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚，两者都是INCI命名法)。这些乙氧基化或丙氧基化甲基葡糖苷衍生物在本文中公开的油墨组合物的实例中的单独或结合使用有利地有助于该油墨组合物在印刷墨盒(从中分配该油墨组合物)的有效寿命内抗分解。因此，本文中公开的油墨组合物的实例提闻印刷墨盒寿命——至少部分通过减慢或甚至抑制热分解的(即结垢的)油墨组分在加热元件表面上的积聚速率。根据所用的油墨盒，印刷墨盒的可用寿命可能最闻达和在一些情况中闻于每喷嘴十亿滴。
[0006]可以选择乙氧基化或丙氧基化甲基葡糖苷衍生物的量以降低结垢，或降低结垢并改进开盖(decap)性能。本文中提到的术语“开盖”是指喷墨油墨在长时间暴露在空气中后容易从印刷头中喷出的能力。作为在印刷机喷嘴不再适当喷墨(可能由于闭塞或堵塞)之前印刷头保持未加盖(uncapped)的时间量测量开盖时间。喷嘴可能会被由于任何喷嘴中和/或周围的失水、油墨结皮和/或着色剂结晶而在喷嘴中形成的粘性塞(viscous plug)闭塞/堵塞。如果喷嘴堵塞，通过喷嘴孔喷出的油墨滴可能错向，这可能不利地影响印刷品质。该孔也可能被完全堵死，因此油墨滴可能不穿过受影响的喷嘴。在一些情况中，需要选择乙氧基化或丙氧基化甲基葡糖苷衍生物的量以在合意的结垢和开盖性能之间达到平衡。
[0007]本文中公开的油墨组合物的实例包括着色剂；助溶剂；磷酸烷基酯；任何以下物质:甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚或PPG-20甲基葡糖醚；和余量水。
[0008]该着色剂可以是具有大约150至大约200的酸值并包括分子量为大约5000至大约12000的分散聚合物的任何颜料分散体。在一个实例中，该颜料分散体是品红颜料苯乙烯丙烯酸酯分散体，类似于例如PR 122,PR 282和PR150。除品红色外，其它颜色的颜料分散体也在本公开的范围内，只要它们具有分子量合意的分散聚合物和所需酸值。在一个实例中，该油墨组合物中所用的着色剂的量为该油墨组合物的总重量％的大约2重量％至大约5重量％。在另一实例中，该油墨组合物中所用的着色剂的量为该油墨组合物的总重量％的大约2重量％至大约4重量％。 [0009]如上文提到，该油墨组合物的实例包括助溶剂。所选助溶剂至少部分取决于该油墨组合物的其它组分。合适的助溶剂的实例包括二-(2-羟乙基)_5，5-二甲基乙内酰脲(可作为 DANT0C0L? DHE 购自 Lonza, Basel, Switzerland) ;2_ 羟乙基-2-吡咯烷酮(pyrrolIidinone);甘油聚氧乙基醚；三丙二醇；四乙二醇；1_(2_轻乙基)_2_咪唑烧酮(imidazoIidinone) ； I, 2, 6-己二醇；二轻甲基丙烷；甘油；2-轻乙基~2~甲基-1, 3-丙_.醇；或其组合。在一个实例中，该油墨组合物中所用的助溶剂的量为该油墨组合物的总重量％的大约10重量％至大约20重量％。在另一实例中，该油墨组合物中所用的助溶剂的量为该油墨组合物的总重量％的大约10重量％至大约15重量％。在使用助溶剂的组合时，要理解的是，该油墨组合物中存在的助溶剂的总量为20重量％或更低。
[0010]本文中公开的油墨组合物的实例还包括磷酸烷基酯，其据信有助于减轻或消除结垢。这一组分可以以该油墨组合物的总重量％的大约0.5重量％至大约1.0重量％的量存在于该油墨组合物中。合适的磷酸烷基酯的一些实例包括可购自Croda, Inc., Edison,NJ的那些，如CR0DAF0S? 03A (以前是CR0DAF0S ? N3产品系列)。
[0011]本文中公开的油墨组合物还包括甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚、PPG-20甲基葡糖醚或其组合。图1示例甲基葡糖醇聚醚-10 (可作为GLUCAM? E-10 购自 Lubrizol Corp.，Wickliffe, Ohio)和甲基葡糖醇聚醚-20 (可作为GLUCAM ? E-20购自Lubrizol Corp., Wickliffe, Ohio)的基本化学结构，它们是乙氧基化甲基葡糖苷衍生物。对于甲基葡糖醇聚醚-10，“η”为5-15，其中平均的“η”总数为10。甲基葡糖醇聚醚-10的分子量为大约680。对于甲基葡糖醇聚醚_20，“η”为10-30，其中平均的“η”总数为20。甲基葡糖醇聚醚-20的分子量为大约1100。图2示例PPG-10甲基葡糖醚(可作为 GLUCAM? Ρ-10 购自 Lubrizol Corp., Wickliffe, Ohio)和 PPG-20 甲基葡糖醚(可作为GLUCAM? P-20购自Lubrizol Corp., Wickliffe, Ohio)的基本化学结构，它们是丙氧基化甲基葡糖苷衍生物。对于PPG-10甲基葡糖醚，“η”为5-15，其中平均的“η”总数为10。对于PPG-20甲基葡糖醚，“η”为10-30，其中平均的“η”总数为20。
[0012]使用甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG_10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚代替乙氧基化甘油(例如LIP0NIC? EG-1, Lipo Chemicals, Inc., Paterson,NJ)。如实施例中所示，已经发现，乙氧基化甘油与本文中公开的示例性油墨组合物相比不够有效地防止结垢。当印刷墨盒的有效寿命等于或大于每喷嘴喷射3.5亿滴时，情况特别如此。此外，甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚(PPG-20 methyl glucose)被认为至少在一些情况中改进结垢而对开盖性能没有有害影响。这被认为优于使用乙氧基化甘油。因此，在本文中公开的实例中，该油墨组合物不包括乙氧基化甘油，并代之包括甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚。
[0013]本文中公开的实例中所用的甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚的量为该油墨组合物的总重量％的大约0.5重量％至大约9重量％。在给定范围内，甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚的较高量据信在减轻/消除结垢方面表现得更好，但是也相信，当这些组分以超过9重量％的量使用时，该油墨组合物的开盖性能可能不合意。当甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚以超过9重量％的量使用时，至少部分由于该油墨组合物的高得多的粘度，可能有害地影响开盖。可以改变本文中公开的实例中所用的甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚和/或PPG-20甲基葡糖醚的量以获得合意的结垢性能(例如使用在给定范围内的较高量-> 1.5重量％)、合意的结垢和开盖性能(例如使用在给定范围内的较低量-(1.5重量％)或合意的结垢和光学密度性能(例如使用在给定范围内的较高量)。在一种示例性的油墨组合物中，甲基葡糖醇聚醚-10的量在大约0.5重量％至大约1重量％的范围。在另一示例性的油墨组合物中，甲基葡糖醇聚 醚-20的量在大约I重量％至大约1.5重量％的范围。
[0014]该油墨组合物的余量(补充至100重量％)由水构成。
[0015]对于热喷墨印刷，可能希望该油墨组合物具有碱性pH~在大于7至14的任何位置的范围内。当所得油墨组合物的初始pH为酸性、中性或近中性的碱性(例如具有7.1至8的pH)时，可能希望将所得油墨组合物的pH调节至碱性或更碱性的pH。可以添加任何合适的碱以调节pH,只要添加的碱不干扰该油墨组合物的其它合意的性质。合适的碱的实例包括NaOH或Κ0Η。添加的碱量至少部分取决于该油墨组合物的初始pH和该油墨组合物的所需最终pH。
[0016]在一个实例中，将pH调节至大约9，并加入合适量的碱直至获得这一 pH。在将碱添加到油墨组合物中时，可以测试PH以测定是否已获得所需pH。
[0017]在一些情况中，可以向油墨组合物中加入其它添加剂，包括非离子型表面活性剂、抗微生物剂、聚氨酯粘合剂及其组合。
[0018]在使用非离子型表面活性剂时，非离子型表面活性剂的合适量可以为大约0.5重量％至大约2重量％。合适的非离子型表面活性剂的实例包括基于炔属二醇化学(例如 SURFYNOL? SE-F 和 SURFYN0L? 440,可购自 Air Products and Chemicals, Inc.，Allentown, PA)和仲醇乙氧基化物(例如可获自The Dow Chemical C0., Midland, MI的TERGITOL? 15-S-7 和 TERGITOL? 15-S_9m)的那些。
[0019]在使用抗微生物剂时，粘合剂的合适量可以为大约0.05重量％至大约0.5重量％。要理解的是，抗微生物剂的上限取决于抗微生物剂的类型及其毒理效应和/或规章要求。例如，PROXEL ? GXL (Arch Chemicals, Inc., Norwalk, CT)的上限是(λ 2 重量 ％。合适的抗微生物剂包括例如 PROXEL? GXL,KORDEK? MLXCThe Dow Chemical C0.)和 / 或BIOBAN?CS-1246 (The Dow Chemical C0.)。
[0020]在使用聚氨酯粘合剂时，该粘合剂的合适量可以为大约0.5重量％至大约3重量％。在本文中公开的实例中，该聚氨酯粘合剂具有50至59的酸值和大约20000至大约50000的分子量。在一个实例中，该聚氨酯粘合剂具有55的酸值和大约42000的分子量。要理解的是，所用助溶剂和所用助溶剂的量至少部分取决于在该油墨组合物中是否包括聚氨酯粘合剂。作为一个实例，可以选择助溶剂以助于使聚氨酯粘合剂分散在整个油墨组合物中。作为另一实例，所用聚氨酯粘合剂的量可能对开盖性能具有有害影响，可以选择助溶剂以抵消这种有害影响。在包括聚氨酯粘合剂的一个实例中，可以使用两种助溶剂，如二-(2-羟乙基)_5，5-二甲基乙内酰脲和2-羟乙基-2-吡咯烷酮。
[0021]本文中公开的油墨组合物适用于高速印刷。在一个实例中，该油墨组合物可用于每秒印刷大于2米的卷筒纸印刷机。卷筒纸印刷机中可用的印刷墨盒10的剖面透视半示意图显示在例如图3中。印刷墨盒10包括外壳12 (其可能包括不同材料的一个或多个层)，其有效连接到含有本文中公开的油墨组合物20的一个实例的储器14上。流体路径将储器14连向流体喷射器16。在热喷墨印刷墨盒10中，流体喷射器16是产热以使油墨组合物20汽化的加热元件，这产生气泡，气泡膨胀以将油墨组合物20 (以墨滴22的形式)推出与流体喷射器16对齐的喷嘴18。尽管显示了单个流体喷射器16和喷嘴18，但要理解的是，单个印刷墨盒10可能包括多个(例如400或一些其它合意的数量)流体喷射器16和喷嘴18。尽管未显示，但要理解的是，印刷墨盒10包括集成电路，其将信号(例如来自能够运行合适的计算机可读指令的处理器)送往所需的流体喷射器16和喷嘴18以从中喷射墨滴，从而在所需介质上产生图像。
[0022]在使用高速印刷机时，本文中公开的油墨组合物在印刷墨盒10的寿命中提供基本一致的印刷品质(即墨滴速度和/或墨滴重量的变化< 15%，在一些情况中墨滴速度和/或墨滴重量的变化< 10%)。本文中公开的油墨组合物还可在高速印刷机中保持合适的开盖性能，其中在给定频率下每喷嘴的喷射数在印刷过程中保持空载喷嘴的喷嘴健康。
[0023]在本文中规定分子量时，要理解的是，该分子量是重均分子量。
[0024]为了进一步例示本公开，在本文中给出实施例。要理解的是，这些实施例用于示例目的并且不应被解释为限制所公开的实施例的范围。
[0025]实施例1
用乙氧基化甲基葡糖苷衍生物，即甲基葡糖醇聚醚-10或甲基葡糖醇聚醚-20制备油墨。用 LIPONIC? EG-1 (Lipo Chemicals, Inc., Paterson, NJ)代替甲基葡糖醇聚醚-10或甲基葡糖醇聚醚-20制备对比油墨。样品油墨和对比油墨的组成显示在表1中。如所示，样品1-4包括0.50重量％、1.00重量％或1.50重量％的甲基葡糖醇聚醚_20，样品5和6分别包括0.50重量％和1.00重量％的甲基葡糖醇聚醚-10。对比样品(即comp, sample)不含甲基葡糖醇聚醚-10或甲基葡糖醇聚醚-20，而是包括LIPONIC ? EG-1。
[0026]表1-油墨制剂
【权利要求】
1.油墨组合物，其包含 大约2重量％至大约5重量％的着色剂； 大约10重量％至大约20重量％的助溶剂； 大约0.5重量％至大约1.0重量％的磷酸烷基酯； 大约0.5重量％至大约9重量％的任何以下物质:甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚或PPG-20甲基葡糖醚；和余量水。
2.如权利要求1中所述的油墨组合物，其不包括乙氧基化甘油。
3.如权利要求1中所述的油墨组合物,其中所述油墨组合物包括大约0.5重量％至大约1.0重量％的甲基葡糖醇聚醚-10。
4.如权利要求1中所述的油墨组合物,其中所述油墨组合物包括大约1.0重量％的甲基葡糖醇聚醚-20。
5.如权利要求1中所述的油墨组合物，其中所述油墨组合物的pH为大约9.0。
6.如权利要求1中所述的油墨组合物，其中所述着色剂是具有大约150至大约200的酸值并包括分子量为大约5000至大约12000的分散聚合物的品红颜料分散体。
7.如权利要求1中所述的油墨组合物，其中所述助溶剂包括二-(2-羟乙基)_5，5-二甲基乙内酰脲；2-羟乙基-2-吡咯烷酮；甘油聚氧乙基醚；三丙二醇；四乙二醇；1-(2-羟乙基)-2-咪唑烷酮；1，2，6_己三醇；三羟甲基丙烷；甘油；2_羟乙基-2-甲基-1，3-丙二醇；或其组合。
8.如权利要求1中所述的油墨组合物，其进一步包含选自非离子型表面活性剂、抗微生物剂、聚氨酯粘合剂及其组合的添加剂。
9.油墨盒，其包含: 流体储器； 与所述流体储器流体连通的流体喷射器； 存在于所述流体储器中的油墨组合物，所述油墨组合物包括: 大约2重量％至大约5重量％的着色剂； 大约10重量％至大约20重量％的助溶剂； 大约0.5重量％至大约1.0重量％的磷酸烷基酯； 大约0.5重量％至大约9重量％的任何以下物质:甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚或PPG-20甲基葡糖醚；和余量水。
10.如权利要求9中所述的油墨盒，其中所述油墨组合物不包括乙氧基化甘油。
11.如权利要求9中所述的油墨盒，其中所述油墨组合物包括大约0.5重量％至大约1.5重量％的甲基葡糖醇聚醚-10或甲基葡糖醇聚醚-20。
12.如权利要求9中所述的油墨盒，其中所述油墨组合物的pH为大约9.0。
13.如权利要求9中所述的油墨盒，其中所述着色剂是具有大约150至大约200的酸值并包括分子量为大约5000至大约12000的分散聚合物的品红颜料分散体。
14.如权利要求9中所述的油墨盒，其中所述助溶剂包括二-(2-羟乙基)-5，5-二甲基乙内酰脲；2_羟乙基-2-吡咯烷酮；甘油聚氧乙基醚；三丙二醇；四乙二醇；1-(2_羟乙基)-2-咪唑烷酮；1，2,6-己三醇；三羟甲基丙烷；甘油；2_羟乙基-2-甲基-1，3-丙二醇；或其组合。
15.改进油墨组合物的结垢的方法，所述方法包括: 选择任何以下物质代替乙氧基化甘油:甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚或PPG-20甲基葡糖醚；和 将大约0.5重量％至大约9重量％的所选甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡糖醚或PPG-20甲基葡糖醚并入一种混合物中，所述混合物包括: 大约2重量％至大约5重量％的着色剂； 大约10重量％至大约20重量％的助溶剂； 大约0.5重量％ 至大约1.0重量％的磷酸烷基酯；和余量水。
【文档编号】C09D11/102GK103958623SQ201180075283
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2011年10月4日 优先权日:2011年10月4日
【发明者】K.A.普拉萨德 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业