本发明总体涉及油墨组合物，更具体地涉及用于一能够在非吸收性表面上高速印刷的印刷系统中的油墨组合物。
背景技术：
：：水性油墨已经在印刷工业中用于有限的商业印刷应用。水性油墨使用量的增加部分是由于溶剂型油墨干燥时产生挥发性有机化合物(VOC)的环境问题。对于在纸张和其他吸收性表面上的印刷应用，水分被表面部分吸收，这使得油墨在印刷后更快地干燥。对于非吸收性表面，水基油墨的使用有时会产生性能问题，另外，当油墨位于表面的顶部时，更难以快速地干燥这些油墨。对于使用水性油墨的印刷工艺，通常涂布纸以防止纸在水存在下变形。这些被涂布的纸在某种程度上仍然是吸收性的，允许水性载体部分渗透表面。将水基载体保持在表面上的非吸收性表面包括塑料膜、金属膜和类似的表面。在这些表面中，在印刷之后，对印刷材料进行热处理以除去载体或暴露于紫外光，但是如果油墨组合物的物理性质无助于油墨附着在表面上，印刷过程中和印刷后的油墨性能会差。在这种情况下，理想的是非吸收性表面上的图像具有长期的耐久性。长期耐久性是指油墨保留在最终产品上并抵抗水分接触、增强亮度、摩擦、刮擦和其他磨损的能力。在印刷过程中，当印刷产品移动通过高速印刷机的后续滚筒和/或其他元件时，油墨存在受剪切应力干扰的趋势。技术实现要素：根据本发明的一个实施方案，水性油墨包含：约3至约15wt％的一种或多种聚合物；约0.5至约12wt％的一种或多种着色剂；约5至约35wt％的一溶剂；约0.03至约1.0wt％的一pH调节剂；和约50至约80wt％的水，其中所述水性油墨的粘度为约1至约20mPa·s，使得所述水性油墨可以施加至一层中的一非吸收性表面。方面2：方面1所述的水性油墨，其中所述粘度为约4至约14mPa·s。方面3：方面1和2中任一项所述的水性油墨，其中所述一种或多种聚合物中的一种是氨基甲酸乙酯硅烷醇。方面4：方面1～3中任一项所述的水性油墨，其进一步包含约0.1至约5wt％的一表面活性剂。方面5：方面1～4中任一项所述的水性油墨，其进一步包含约1至约20wt％的一交联剂。方面6：方面1～5中任一项所述的水性油墨，其中所述交联剂是一异氰酸酯交联剂。方面7：方面1至6中任一项所述的水性油墨，其中所述一种或多种聚合物中的一种是一自交联氨基甲酸乙酯硅烷醇。方面8：方面1～7中任一项所述的水性油墨，其中所述溶剂选自1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、醇、多元醇、甘油和二醇中的一种或多种。方面9：方面5所述的水性油墨，其中所述表面活性剂是一乙氧基化分子。方面10：方面1～9中任一项所述的水性油墨，其中所述pH调节剂是二甲基乙醇胺。方面11：方面1～10中任一项所述的水性油墨，其中所述油墨在25摄氏度下的动态表面张力为约20至约45达因/厘米。方面12：一种油墨，其包含：约0.5至约10wt％的一环氧树脂；约4至约30wt％的一溶剂；和一种或多种金属着色剂，其中所述油墨的粘度为约1至约20mPa·s，使得所述油墨可以施加至一层中的一非吸收性表面。方面13：方面12所述的油墨，其中所述粘度为约4至约14mPa·s。方面14：方面1277和13中任一项所述的油墨，其中所述溶剂是二甲亚砜。方面15：方面12～14中任一项所述的油墨，其中所述环氧树脂是一双酚A环氧树脂。方面16：方面12～15中任一项所述的油墨，其中所述油墨在25摄氏度下的动态表面张力为约20至约35达因/厘米。方面17：一种用于高速可变印刷的方法，其包括以下步骤：提供一水性油墨，所述水性油墨包含：约3至约15wt％的一种或多种聚合物；约0.5至约12wt％的一颜料；约5至约35wt％的一溶剂；约0.03至约1.0wt％的一pH调节剂；和约50至约80wt％的水，其中所述水性油墨的粘度为约1至约20mPa·s；和将所述水性油墨施加到第一层中的一非吸收性基底上。方面18：方面17所述的方法，所述方法还包括将所述水性油墨施加到多个其他层中的步骤。方面19：方面17和18中任一项所述的方法，其中所述水性油墨还包含约0.1至约5.0wt％的一表面活性剂。方面20：方面17～19中任一项所述的方法，所述方法进一步包括加热以使所述水性油墨的所述一种或多种聚合物交联。根据另一方面，一油墨组合物包含一着色剂、一种或多种聚合物(包含聚氨酯硅氧烷)、水和一溶剂。所述油墨组合物的总固体含量小于约20wt％。此外，所述油墨在施用时的初始表面张力小于约50达因/厘米，且干燥时的表面张力增加不应超过20％。根据另一方面，适于施加到一非吸收性表面的一油墨组合物包含约0.5wt％至约12wt％的一着色剂，约3wt％至约15wt％的一聚氨酯硅氧烷和一水基溶剂。此外，所述油墨在施加时的初始表面张力小于约50达因/厘米，且干燥时的表面张力增加不应超过20％。根据另一方面，一油墨组合物包含一着色剂、一环氧树脂和一非质子溶剂。所述油墨可另外包含一金属颜料，并且在施用时的初始表面张力小于约40达因/厘米，且干燥时的表面张力增加不应超过20％。通过考虑下面的详细说明和附图，本发明的其它方面和优点将变得明显，其中在整个说明书中相同的数字符号表示相同的结构。具体实施方式本申请的油墨组合物包含一着色剂、一聚氨酯硅氧烷、一溶剂、水和一可选的交联剂。所述油墨组合物的总固体含量小于约20wt％，所述着色剂与聚氨酯的重量比为约2：1～1：2。此外，所述油墨在施用时的初始表面张力小于约50达因/厘米，并且干燥时的表面张力增加不应超过20％。这种油墨组合物适用于各种高速印刷系统。一非吸收性印刷介质，如金属箔、陶瓷、塑料、高度涂布纸或其它类似的基底，使用各种印刷方法接收油墨。所述油墨组合物具有一粘度，可以使用各种印刷方法将油墨组合物施加到基底上。粘度范围可以从约1.0至20.0cP，优选从约4.0至约6.0cP，而优选粘度可能部分取决于所使用的印刷系统的要求。本发明组合物的一个重要方面是所述油墨的初始表面张力小于50达因/厘米。在这种表面张力下，所述油墨将适当地散布在非吸收性表面上。所述表面张力优选小于40达因/厘米。另一个重要方面是干燥时油墨的表面张力不会显著增加。已经发现，如果干燥时表面张力变化过大，则油墨在非吸收性表面上的物理性质降低。特别地，如果干燥时表面张力变化过大，超过20％，则在非吸收性表面上的油墨的耐溶剂性、耐摩擦性和流平性不能令人满意。提供上述表面张力性质的合适的表面活性剂包括由硅树脂、环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)组成的非离子化合物，如购自MomentivePerformanceProducts(纽约奥尔巴尼)的SilwetHydrostable212，氟化非离子表面活性剂，如购自CrodaIndustrialChemicals(英格兰东约克郡)的MultiwetVE-LQ-(AP)等。这些表面活性剂可以以约0.1至3.0wt％，更优选小于1.0wt％的量存在。在其它实施方案中，表面活性剂或表面改性剂可以包括例如非离子表面活性剂，如泊洛沙姆、乙氧基化乙炔二醇、乙氧基化醇或其它乙氧基化表面活性剂。任何类型的表面活性剂均可包含在所述油墨组合物中以赋予所需的性质，包括阴离子型、非离子型、阳离子型或其他类型的表面活性剂。另外，流平剂在其含量高达约2.5wt％时也可以充当表面改性剂。适合使用的乙氧基化乙炔二醇基表面活性剂包括AirProducts的400系列表面活性剂：分别为420、440、465和485。AirProducts(Allentown，PA)的400系列表面活性剂通过使不同量的环氧乙烷与2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇(AirProducts的104，一种在两个对称疏水基团中间具有亲水片段的非离子型分子)反应制得。适合使用的乙氧基化醇基表面活性剂包括AirProducts(Allentown，PA)的系列表面活性剂。乙氧基化醇通过环氧乙烷与链长在C9～C15范围内的醇的碱催化缩合反应来制备。在一个实施方案中，所述油墨组合物可以在约120华氏度(约50摄氏度)的加热环境下印刷。在另一个实施方案中，可以将油墨组合物印刷到基底上并通过压板加热。所述压板可以被加热到约100华氏度(约40摄氏度)的温度或约120华氏度(约50摄氏度)的温度。然后将基底加热到大于华氏220度(约100摄氏度)的温度大约十分钟以解封并实现交联。然后在大约300华氏度(约150摄氏度)下将油墨固化10分钟。在固化之前通过印刷多层来获得合适的厚度。所述油墨组合物可以设置成厚度在约5微米至约15微米范围内的层。期望的油墨厚度可以通过将多层油墨印刷到基底上而获得。在一些实施例中，所述厚度可以通过在基底上印刷多达约50层，优选多达约30层，更优选多达约15层的油墨来获得，尽管层的数量取决于各种因素，例如，所选施加油墨的方式、油墨组合物的流体固体含量和质量流率。聚合物(聚氨酯硅氧烷)充当粘合剂以稳定印刷介质上的着色剂并使最终产品的长期耐久性增强。即时耐久性是指油墨组合物快速结合到印刷介质并且能够通过高速印刷机而不转移到印刷机元件上的能力。适合用于本申请的油墨组合物的聚合物包括具有硅烷醇基或能够通过水解制备硅烷醇基的基团的聚氨酯树脂乳液，这种聚氨酯树脂包括由MitsuiChemicals,Inc(日本东京)制造的WS-5000、WS-5100、WS-4000和WS-6021。这些是自交联聚氨酯分散体，随着水分蒸发形成硅氧烷键。聚合物可以通过加热和/或水解而自交联。聚合物也可以通过一种或多种交联剂或催化剂交联。在某些实施方案中，合适的交联剂包括封端的异氰酸酯，加热使其能够交联。合适的交联剂是BaxendenChemicalsLimited(Lancashire，England)的AquaBI201。这种交联剂在110至120摄氏度之间解封。某些实施方案包含环氧粘合剂。合适的环氧树脂包括DowChemicalCompany(Midland，Michigan)的DER684-EK40。该树脂通过使环氧氯丙烷与双酚A反应形成双酚A的二缩水甘油醚而形成。所述着色剂可以是市售可得的任何常规颜料或染料。合适的着色剂的实例包括但不限于：炭黑着色剂，如FujiFilm(NewCastle，DE)的Pro-BlackAPD1000；品红色着色剂，如CabotCorp.(Boston，MA)的Cab-O-465；青色着色剂，如CabotCorp.(Boston，MA)的Cab-O-450或452；或黄色着色剂，如CabotCorp.(Boston，MA)的Cab-O-470；视觉不透明的红外透射染料，如Epolin，Inc.(Newark，NewJersey)的Epolight7527A；由二氧化钛组成的白色着色剂，如LeverColors(Bensalem，Pennsylvania)的CyclojetWhiteTi-7510和CyclojetWhiteTI-7530；遮光剂，如Grace(Columbia，Maryland)的AS40；和含有铝、银或金的金属着色剂，如EckartGmbH(Hartenstein，德国)的SB11025和SB11028。所述视觉不透明的红外透射染料(如Epolight7527A)应该透射超过80％的波长大于850nm的光，并且应当透射5-15％的波长小于550nm的光。所述油墨组合物的总固体含量小于约20wt％。所述油墨组合物可包含约0.5至约12wt％的一着色剂和约3至约15wt％的一聚合物(聚氨酯硅氧烷)和一交联剂。着色剂相对于聚合物和交联剂的比例可在约2：1至约1：2的范围内。本申请所述的油墨组合物可以包含水作为溶剂。该组合物还可以包含水溶性有机化合物作为共溶剂。适合的水溶性或混溶性有机组分包括：甘油；醇类，如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇或叔丁醇；酰胺类，如二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；羧酸；酯类，如乙酸乙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯和碳酸亚乙酯；醚类，如2-丁氧基乙醇、四氢呋喃或二氧六环；二醇类，如丙二醇、和二甘醇；二醇酯；二醇醚类，如丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚；酮类，如丙酮、双丙酮或甲基乙基酮；内酰胺类，如N-异丙基己内酰胺或N-乙基戊内酰胺、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮或N-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮；内酯类，如丁内酯；有机硫化物；砜类，如二甲基亚砜；有机亚砜，如二甲基亚砜或四亚甲基亚砜；及其衍生物和其混合物。油墨组合物中的其他预期组分包括一溶剂、一防腐剂(如ArchBiocides(Smyrna，GA)的GXL)、一保湿剂(如丙二醇)、一杀生物剂、一着色剂、一聚合物、一流平剂、一盐、一无机化合物、一有机化合物、水、一粘度调节剂(如DowChemicalCompany(Midland，MI)的CRT30)、一pH调节剂(如二乙醇胺或三乙醇胺)和/或其任意组合。以下实施例进一步举例说明本发明，但当然不应理解为以任何方式限制本发明的范围。实施例1制备用于本发明的黑色油墨组合物，其具有下述配方：35.7wt％炭黑分散体(FujiAPD1000CarbonBlack)(14％固体)，28.4wt％的去离子水，19.0wt％聚合物分散体(ACWS-4000)(29％固体)，15.0wt％的保湿剂(2-羟乙基吡咯烷酮)，1.0wt％聚合物分散体(ACWS-5000)(30％固体)，0.8wt％表面活性剂(Hydrostable212)，和0.08wt％的pH调节剂(二甲基乙醇胺)将水和羟乙基吡咯烷酮(HEP)剧烈混合并非常缓慢地加入聚合物、pH调节剂和颜料。之后，加入表面活性剂。经过额外一段时间的剧烈混合时间后，用油墨生产领域的普通技术人员已知的常用过滤系统将油墨精细过滤。油墨在32摄氏度下的粘度为5.13cP，pH为9.08。如使用SensaDyne张力计所测量的，25摄氏度下的表面张力为36.0达因/厘米。实施例2制备用于本发明的黑色红外透射油墨组合物，其配方如下：42.9wt％去离子水，25.0wt％聚合物分散体(ACWS-4000)(固体含量29％)，17.0wt％保湿剂(2-羟乙基吡咯烷酮)，10.0wt％胶态二氧化硅分散液(AS-40)(固体含量40％))，5.0wt％视觉不透明的红外透射染料溶液(20％Epolight7527A的羟乙基吡咯烷酮溶液)，和0.1wt％pH调节剂(二甲基乙醇胺)将染料溶液和HEP剧烈混合并非常缓慢地加入聚合物。经过一段剧烈混合后，加入去离子水。随后，加入pH调节剂，然后加入交联剂。混合一段时间后，加入二氧化硅分散体，再经过一段剧烈混合后过滤油墨。油墨在32摄氏度下的粘度为4.50cP，pH为9.72。25摄氏度时的表面张力为56.0达因/厘米。实施例3制备用于本发明的第一白色油墨组合物，其配方如下：33.7wt％去离子水，19.7wt％保湿剂(2-羟乙基吡咯烷酮)，14.8wt％氧化钛分散体(CyclojetWhiteTI-7510)，12.7wt％聚合物分散体(ACWS-4000)(固体含量29％)，11.9wt％交联剂分散体(BI201)(固体含量40％)，6.4wt％胶态二氧化硅分散体(AS-40)(固体含量40％)，0.4％pH调节剂(二甲基乙醇胺，50％水溶液)，0.3wt％表面活性剂(Hydrostable212)，和0.3wt％防腐剂(GXL)将氧化钛分散体和二氧化硅分散体轻微混合，并非常缓慢地加入聚合物和交联剂。轻微混合后，加入去离子水、HEP和防腐剂，再次轻微混合后，加入pH调节剂。然后，加入表面活性剂，混合后过滤油墨。油墨组合物的固体含量为16.4％的固体。液体油墨在32摄氏度时的粘度为4.92cP，pH为9.2。25摄氏度时的表面张力为43.68达因/厘米。实施例4制备用于本发明的第二白色油墨组合物，其配方如下：44.5wt％去离子水，23.4wt％聚合物分散体(ACWS-4000)(固体含量29％)，15.4wt％氧化钛分散体(CyclojetWhiteTI-7530)，7.7wt％保湿剂(2-羟乙基吡咯烷酮)，3.0wt％表面张力改性剂(2-丁氧基乙酮)，3.4wt％保湿剂(乙二醇)，1.7wt％流平剂(Hydrostable212)，0.7wt％表面活性剂(465)，0.1wt％pH调节剂(二甲基乙醇胺)，和0.08wt％防腐剂((GXL)油墨组合物的固体含量为14.7％。液体油墨在32摄氏度时的粘度为6.03cP，pH为8.6。25摄氏度时的表面张力为31.44达因/厘米。实施例5制备用于本发明的一金属油墨组合物，其配方如下：85.4wt％铝分散体(EckartSB11028)，9.5wt％溶剂(二甲亚砜)，和5.1wt％聚合物溶液(DER684-EK40环氧树脂，在二甲亚砜中的固体含量为20％)将铝分散体、聚合物和非质子溶剂轻微混合。轻微混合一段时间后，过滤油墨。油墨组合物的固体含量为4％。油墨在32摄氏度时的粘度为4.98cP。25摄氏度时的动态表面张力为31.8达因/厘米，静态表面张力为29.7达因/厘米。实施例1～5的所有配方都产生具有可接受的即时和长期耐久性的有价值的印刷油墨。工业适用性本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)以引用的方式并入本文中，其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指出通过引用并入并且在本文中完整阐述。在本发明的描述中(特别是在下面的权利要求书中)使用的术语“一”、“一个”和“所述”以及类似的引用将被解释为涵盖单数和复数，除非另有说明或明显与上下文矛盾。除非另有说明，否则本文中列举的数值范围仅是一单独引用落入所述范围内的每个单独的数值的简化方法，每个单独的数值并入说明书中，如同它们在本文中单独列举一样。本文描述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行，除非在此另有说明或者与上下文明显矛盾。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“如”)的使用仅意在更好地说明本发明，并且不会限制本发明的范围。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的元素，这对于本发明的实践是必不可少的。鉴于前面的说明，对本发明的许多修改对于本领域技术人员将是显而易见的。应该理解的是，所说明的实施例仅是示例性的，不应被视为限制本发明的范围。权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一水性油墨，其包含：约3至约15wt％的一种或多种聚合物；约0.5至约12wt％的一种或多种着色剂；约5至约35wt％的一溶剂；约0.03至约1.0wt％的一pH调节剂；和约50至约80wt％的水，其中所述水性油墨的粘度约1至约20mPa·s，使得所述水性油墨可以施加至一层中的一非吸收性表面，其中一种或多种聚合物中的一种是氨基甲酸乙酯硅烷醇，其中所述pH调节剂是二甲基乙醇胺，其中所述溶剂包括乙二醇，和其中所述油墨在25摄氏度下的动态表面张力为约20至约45达因/厘米。2.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述粘度为约4至约14mPa·s。3.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，进一步包含约0.1至约5wt％的一表面活性剂。4.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，进一步包含约1至约20wt％的一交联剂。5.根据权利要求4所述的水性油墨，其特征在于，所述交联剂是一异氰酸酯交联剂。6.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述一种或多种聚合物中的一种是自交联氨基甲酸乙酯硅烷醇。7.根据权利要求1所述的水性油墨，其特征在于，所述溶剂选自1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、醇、多元醇、甘油和二醇中的一种或多种。8.根据权利要求4所述的水性油墨，其特征在于，所述表面活性剂是一乙氧基化分子。9.一油墨，其包含：约0.5至约10wt％的一环氧树脂；约4至约30wt％的一溶剂；和一种或多种金属着色剂，其中所述油墨的粘度为约1至约20mPa·s，使得所述油墨可以施加至一层中的一非吸收性表面。10.根据权利要求9所述的油墨，其特征在于，所述粘度为约4至约14mPa·s。11.根据权利要求9所述的油墨，其特征在于，所述溶剂是二甲亚砜。12.根据权利要求9所述的油墨，其特征在于，所述环氧树脂是一双酚A环氧树脂。13.根据权利要求9所述的油墨，其特征在于，所述油墨在25摄氏度下的动态表面张力为约20至约35达因/厘米。14.一种用于高速可变印刷的方法，其包括以下步骤：提供一水性油墨，所述水性油墨包含：约3至约15wt％的一种或多种聚合物；约0.5至约12wt％的一颜料；约5至约35wt％的一溶剂；约0.03至约1.0wt％的一pH调节剂；和约50至约80wt％的水，其中所述水性油墨的粘度为约1至约20mPa·s，其中一种或多种聚合物中的一种是氨基甲酸乙酯硅烷醇，其中所述pH调节剂是二甲基乙醇胺，其中所述溶剂包括乙二醇，和其中所述油墨在25摄氏度下的动态表面张力为约20至约45达因/厘米；和将所述水性油墨施加到第一层中的一非吸收性基底上。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述水性油墨施加在多个其他层中的步骤。16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述水性油墨还包含约0.1至约5.0wt％的一表面活性剂。17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括加热以使所述水性油墨的所述一种或多种聚合物交联。当前第1页1 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