白色喷墨墨水的制作方法
【专利说明】白色喷墨墨水
【背景技术】
[0001] 在家庭和办公应用之外，喷墨技术已经扩展到高速的、商业的和工业的印刷。喷 墨印刷是一种无压印刷方法，其利用电子信号来控制并引导待沉积在介质上的液滴或墨水 流。一些商业和工业的喷墨印刷机利用固定的打印头和一个移动的基底网W实现高速印 巧IJ。现有的喷墨打印技术包括W热喷、压电压力或振荡的方式驱动墨滴通过细小的喷嘴至 介质的表面上。由于多种原因，包括低印刷机噪音、高速记录和多颜色记录的能力，运种技 术已经成为一种在多种介质表面(例如纸张）上记录图像的常用方式。
[0002] 附图简要描述 本公开的实施方案的特征和优点将通过参照下述详细描述和附图而显现，其中相同的 附图标记对应相似的(尽管它们可能并不完全相同）组件。为了简明，具有在之前已描述的 功能的附图标记或特征会或不会连同它们出现于其中的其他附图一起描述。
[0003] 图1是图解说明制造一种白色喷墨墨水的实例的方法的实施方案的流程图； 图2是图解说明与多种不同的表面活性剂一起研磨的白色颜料的颗粒尺寸的图表； 图3是图解说明白色颜料的颜料聚集稳定性的图表。
[0004] 发明详述 已经发现一些用在喷墨印刷中的水性白色墨水困扰于分散不稳定性。据信，所述分散 不稳定性可能是由于所使用的白色颜料的聚集和/或沉降所导致。作为一个实例，包含二 氧化铁颗粒的白色墨水可能会显示出不稳定性。当使用更小尺寸(例如，低于50nm)的二氧 化铁颗粒时其稳定性可能会提高；然而，更小的颗粒也可能导致不希望出现的白色墨水的 不透明度下降。
[0005] 本文公开的白色喷墨墨水的实例展示出稳定性。"稳定性"是指白色颜料颗粒经历 极少的巧日果存在的话）聚集（即在预定的时间内白色颜料的颗粒尺寸基本保持一致）和沉 降。不受任何理论限制，据信在白色喷墨墨水中使用的材料体系会在分散环境中的颜料颗 粒间产生排斥力(例如静电排斥)。所述材料体系包含低密度（即少于3g/cm3)的白色颜料 和阴离子表面活性剂，所述阴离子表面活性剂的分子量(数均）少于10000。据信阴离子表 面活性剂与白色颜料的一种或多种表面基团(例如径基）W下述方式相互作用：带负电荷的 阴离子基团背离白色颜料颗粒的表面。带负电荷的阴离子基团的位置引起了白色颜料颗粒 互相排斥，因此避免了附聚或者聚集成较大的颜料斑点。据信白色颜料颗粒的低密度有助 于减少沉降。
[0006] 本文公开的白色喷墨墨水的实例展示出令人满意的白色不透明度（即，至少50%)。 不透明度的百分比可W通过包含合适量的白色颜料填充W及胶乳颗粒来获得。通过作为光 学隔离物的胶乳颗粒影响白色喷墨墨水的反光强度。作为在白色颜料间的隔离物的胶乳颗 粒促进了颜料和胶乳间折射率的更大变化。运导致了光散射的增强和更高的不透明度。
[0007] 本文公开的白色喷墨墨水是水性墨水，其包含白色颜料、阴离子表面活性剂、胶乳 颗粒和余量的水。在一些实例中，所述白色喷墨墨水不包含其他组分。在另一些实例中，所 述白色喷墨墨水包含添加剂，例如巧光增白剂、杀生物剂、其他表面活性剂、助溶剂、和/或 保湿剂。所述白色喷墨实例的各组分将会参照图1进一步描述，所述图1图解说明了制造 白色喷墨墨水的方法10的实施方案。
[000引如图1所示，方法10开始于珠磨过程(附图标记12)。所述过程是为了得到W下的 白色颜料颗粒而进行的，所述白色颜料颗粒具有的平均尺寸适合于得到白色不透明度并获 得良好的可喷射性。在一个实例中，所需的白色颜料颗粒的平均颗粒尺寸在约200nm至约 300nm的范围内。
[0009] 在珠磨之前，白色颜料颗粒可能是平均颗粒尺寸大于300nm的附聚物的形式。在 一个实例中，所述颗粒附聚物可能会大于0. 5μm。白色颜料选自一类白色填充颜料，所述白 色填充颜料的有效密度少于3g/cm3。所述白色颜料的实例包括沉淀碳酸巧（PCC)、娃酸侣、 氧化侣（即侣±)、用白色颜料(例如Ti〇2)的一个或多个薄层涂覆的云母基颜料，或其组合。
[0010] 在珠磨过程中，制备了水和所选的白色颜料的浆料。在一个实例中，所述浆料包含 约25wt%的白色颜料颗粒和剩下余量的水。所述浆料可W含有约10wt%至约50wt%的 白色颜料颗粒。
[0011] 将所述浆料与研磨介质混合，并将该混合物加入到珠磨机、磨碎机或其他类型的 颗粒尺寸降低装置。珠磨机的一个例子是日本KotobukiIn化stries制造的UAM015珠磨 机。在一个实例中，使用100μπι的二氧化错（Zr化）珠作为研磨介质。浆料与研磨介质的 比率可W在约2:3 (v/v)至约3:1 (v/v)的范围内。
[0012] 接下来珠磨将W适当的条件(例如，速度、溫度等）进行适当的时间来完成W获得 所需的减少的颗粒尺寸。在一个实例中，该速度可W为约3000rpm，且溫度可W在约10°C 至约80°C的范围内。在一个实例中，研磨可每循环约5分钟至60分钟完成。在一个实 例中，研磨循环为约30分钟。使用的循环次数可W取决于(至少部分取决于)白色颜料颗粒 的原始尺寸和所需的减少的尺寸。在一个实例中，任何情况下都进行了 1至4次循环。运 一过程导致原始的白色颜料颗粒/附聚物解聚成分离的颗粒。例如，在珠磨中，研磨介质带 来的碰撞使颜料附聚物粉碎为分离的颗粒，所述分离的颗粒具有的平均颜料颗粒尺寸为或 低于300nm。
[0013] 在珠磨过程中，可W监测颗粒尺寸，例如通过动态光散射（DLS)和/或扫描电子显 微镜（SEM)监测。
[0014] 珠磨完成后，珠磨介质通过例如筛网或一些其他适当的过滤器与白色颜料颗粒分 离。
[001引如图1中附图标记14所示，所述浆料规在包含了减少尺寸的白色颜料颗粒)用水 稀释。在一个实例中，所述浆料被稀释至包含约5wt%的白色颜料颗粒。所述稀释的浆料 可W包含约5wt%至约30wt%中任意含量的白色颜料颗粒。
[0016] 然后，选择用于白色喷墨墨水的阴离子表面活性剂，如附图标记16所示。如上所 述，选择阴离子表面活性剂从而它能与白色颜料W所需的方式相互作用。更具体地，选择阴 离子表面活性剂从而当阴离子表面活性剂与白色颜料颗粒混合时，表面活性剂会朝着分离 的颜料颗粒移动并使自身附着在其表面上(通过物理吸附和/或化学吸附)。据信表面活性 剂的阴离子基团使自身定向从而其负电荷背离颜料颗粒的表面。更进一步据信，运将在墨 水环境中产生排斥力，W避免颗粒附聚。运使得白色颜料颗粒能随时间维持基本恒定的颗 粒尺寸。
[0017]"基本一致的颗粒尺寸"是指白色颜料颗粒(在发生尺寸减少并引入喷墨墨水后） 的平均颗粒尺寸在预定期间的时间内保持在一个预定的范围内或者低于一个预定的值。在 一个实例中，颗粒尺寸维持在约lOOnm至约250nm的范围内。在另一个实例中，约90%的颗 粒保持其尺寸基本一致。预定期间的时间可W为至少3个月于环境条件下(例如，溫度为约 20°C至约25°C)。在又一个实例中，在将白色颜料颗粒被引入白色喷墨墨水后，白色颜料颗 粒的颗粒尺寸至少6天保持低于300nm或在200nm至300nm的范围内。
[0018] 适合的阴离子表面活性剂的实例具有的分子量少于10000。阴离子表面活性剂的 一些具体的实例包括50%活性的不含烷基酪聚氧乙締酸的水中聚合物分散剂(例如，英国 Lubrizol,Ltd.生产的SOLS阳RSE? 46000)W及十二烷基硫酸钢（SDS)。
[0019] 在选择阴离子表面活性剂后，白色喷墨墨水接下来通过混合稀释的浆料和所述阴 离子表面活性剂、胶乳颗粒和余量的水来制备。该过程显示于图1的附图标记18。可将阴 离子表面活性剂、胶乳颗粒和任何其他添加剂及水研磨后依次加入稀释的浆料中W得到最 终分散体。另外可将运些成分加入并通过另一个混合过程处理，例如超声法、低剪切混合 等。
[0020] 阴离子表面活性剂的使用量将取决于(至少部分取决于）所使用的白色颜料颗粒 的量。在一个实例中，阴离子表面活性剂W最多为白色颜料量的20%的量存在。在一个实 例中，阴离子表面活性剂W最多为白色颜料量的10%的量存在。在包含5wt%的白色颜料 颗粒的实施方案中，可W包含最多为0. 5wt%的阴离子表面活性剂。
[0021] 如前所述，胶乳颗粒通过作为光学隔离物来增强白色喷墨墨水的不透明度。光学 隔离物提高了反光强度，其反过来提高了不透明度。适合的胶乳颗粒包括聚氨醋基颗粒、苯 乙締基颗粒和甲基丙締酸基胶乳颗粒。胶乳颗粒的平均颗粒尺寸低于200nm。在一个实例 中，胶乳颗粒的平均颗粒尺寸在约lOOnm至约200nm的范围内。在白色喷墨墨水中，胶乳颗 粒可相对于颜料wt%约2wt%至相对于颜料wt%约50%的量存在。可W引入更高的含 量W进一步增加不透明度。
[0022] 在一些实例中，白色喷墨墨水可W包含其他添加剂，例如巧光增白剂。巧光增白剂 可W进一步提高墨水的不透明度。适合的巧光增白剂的实例包括苯并嗯挫嘟、联苯基二苯 乙締、Ξ挫、二挫、咪挫嘟、香豆素和Ξ嗦二苯乙締。所述巧光增白剂可W为墨水总wt%的约 0. 5wt% 至约 5wt〇/〇。
[0023] 如前所述，其他适合的添加剂包括杀生物剂、其他表面活性剂、助溶剂和/或保 湿剂。杀生物剂可任何低于墨水总wt%的1wt