專利名稱：牢固固化的固體油墨及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施方案涉及固體相變油墨組合物，其特征是室溫下為固體并且在升高的溫度下為熔融狀態(tài)，熔融油墨在所述升高的溫度下施用于基底上。這些固體油墨組合物可以在多種應(yīng)用中用于噴墨打印。本發(fā)明實(shí)施方案涉及可固化的固體墨(CSI)和低收縮可固化固體油墨(LS-CSI)及其使用方法。在本發(fā)明實(shí)施方案中，可固化固體油墨是在固化前具有較高硬度的的紫外(UV)可固化油墨，并且在固化后硬度顯著增加，具有抗溶劑擦拭性。因此本發(fā)明實(shí)施方案具有獨(dú)特的特性組合，提供了具有所需的未固化時(shí)的固態(tài)性能和改進(jìn)的固化態(tài)性能的可固化固體油墨。
背景技術(shù)：
一般而言噴墨打印操作可使用室溫下為固體并且在提高的溫度下為液體的油墨。這種油墨可以稱為固體油墨、熱熔油墨、相變油墨等等。例如，美國專利No. 4，490，731——其公開內(nèi)容全部以引用方式納入本說明書——公開了一種分布固體油墨以打印至記錄介質(zhì)如紙上的設(shè)備。在使用熱熔油墨的熱噴墨打印操作中，固體油墨在打印設(shè)備中通過加熱器而熔融并且以類似于傳統(tǒng)熱噴墨打印的方式作為液體使用(噴墨)。一旦接觸打印記錄介質(zhì)，熔融油墨快速固化，使得著色劑基本保持在記錄介質(zhì)的表面而不是通過毛細(xì)管作用進(jìn)入記錄介質(zhì)(例如紙)中，因此與液體油墨相比通常可以獲得更高的打印密度。因此噴墨打印中固體油墨的優(yōu)點(diǎn)是可以消除處理中油墨的可能的溢出、加寬打印密度的范圍和提高打印質(zhì)量、最小化紙張的起皺或變形、減少透印效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)在不打印的不確定時(shí)段內(nèi)不堵塞噴嘴，甚至不用蓋上噴嘴。固體油墨是噴墨打印機(jī)所需要的，因?yàn)槠湓谑覝叵略谶\(yùn)輸、長期儲(chǔ)存等過程中保持固相。另外，液體噴墨油墨中與由于油墨蒸發(fā)而造成的噴嘴堵塞有關(guān)的問題在很大程度上被消除，由此改進(jìn)噴墨打印的可靠性。此外，在固體噴墨打印機(jī)中，油墨液滴直接施用于最終記錄介質(zhì)上(例如，紙、透明材料等)，液滴一旦接觸記錄介質(zhì)立即固化，所以可以消除油墨沿打印介質(zhì)的遷移并且可以提高墨點(diǎn)質(zhì)量。作為一種方式，可固化固體油墨被設(shè)計(jì)以使用傳統(tǒng)固體油墨打印方法，尤其是刺穿(transfix)，和增加其在固化后的機(jī)械牢固性。配制合適的可固化固體油墨的挑戰(zhàn)之一是制備具有足夠的分子遷移率的固體油墨以能夠快速和廣泛的固化。之前的制劑已有公開在例如Breton等人的美國專利申請No. 12/704，194中，該專利申請?zhí)岢鍪褂肐GEPAL蠟衍生物來提高固化速度。還參見Breton等人的美國申請No. 12/642，538、Breton等人的美國申請No. 12/703，817，和Breton等人的美國申請No. 12/972，138，這些申請的公開內(nèi)容以參引方式全部納入本說明書。雖然公開的固體油墨制劑與之前制劑相比具有一些優(yōu)點(diǎn)，但是仍然需要獲得一種制劑，該制劑可以提供具有更快速廣泛的固化和更大硬度的可固化固體油墨。因此，雖然以上傳統(tǒng)固體油墨技術(shù)通?？梢猿晒χ苽浜线m的固體油墨，但是仍然需要改進(jìn)的可固化固體油墨，其具有增加的固化速度和增加的固化后的硬度，以使所得打印物具有耐久性并且可以經(jīng)受更多處理。前述的每篇美國專利和專利申請均以參引方式納入本說明書。此外，前述的每篇美國專利和專利申請中的合適的組分和方法方面可以被選擇用于本公開的實(shí)施方案中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施方案提供了一種可固化固體油墨，其包含一種可固化蠟；一種或多種單體；一種可選的著色劑；一種酰胺膠凝劑；和一種光敏引發(fā)劑。在具體的實(shí)施方案中，權(quán)利要求I的可固化固體油墨在固化前的硬度為約O. I至約O. 5，固化后的硬度為約90至 約95。在其他實(shí)施方案中，提供了一種可固化固體油墨，其包含一種可固化蠟；一種可選的非可固化組分；一種或多種單體；一種可選的著色劑；一種酰胺膠凝劑；和一種光敏引發(fā)齊U，其中可固化固體油墨在固化后的硬度為高于90并且從液體狀態(tài)冷卻后的收縮值小于約3。在其它實(shí)施方案中，提供了一種可固化固體油墨，其包含一種可固化蠟；一種可選的非可固化組分；一種或多種單體；一種可選的著色劑；一種酰胺膠凝劑；和一種光敏引發(fā)劑，其中酰胺膠凝劑為下式的化合物
O OO O
R$——X—6—R2~β—NH-R1-~~N H—d— R2' —其中R1是⑴亞烷基，包括直鏈和支化、飽和和不飽和、環(huán)狀和非環(huán)狀、取代和未取代的亞烷基，并且其中雜原子可以存在或不存在于亞烷基中，( )亞芳基，包括取代和未取代的亞芳基，并且其中雜原子可以存在或不存在于亞芳基中，(iii)芳基亞烷基，包括取代和未取代的芳基亞烷基，其中芳基亞烷基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于芳基亞烷基的芳基部分或烷基部分中，或(iv)烷基亞芳基，包括取代和未取代的烷基亞芳基，其中烷基亞芳基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于烷基亞芳基的芳基或烷基部分，R2和IV彼此獨(dú)立地各自為(a)亞烷基，包括直鏈和支化、飽和和不飽和、環(huán)狀和非環(huán)狀的、取代和未取代的亞烷基，并且其中雜原子可以存在或不存在于亞烷基中，(b)亞芳基，包括取代和未取代的亞芳基，并且其中雜原子可以存在或不存在于亞芳基中，(c)芳基亞烷基，包括取代和未取代的芳基亞烷基，其中芳基亞烷基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于芳基亞烷基的芳基或烷基部分中，或(d)烷基亞芳基，包括取代和未取代的烷基亞芳基，其中烷基亞芳基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于烷基亞芳基的芳基或烷基部分中，R3和IV彼此獨(dú)立地各自為(a)光敏引發(fā)基團(tuán)，或(b)以下基團(tuán)(1)烷基，包括直鏈和支化、飽和和不飽和、環(huán)狀和非環(huán)狀、取代和未取代的烷基，并且其中雜原子可以存在或不存在于烷基中，(2)芳基，包括取代和未取代的芳基，其中雜原子可以存在或不存在于芳基中，(3)芳基烷基，包括取代和未取代的芳基烷基，其中芳基烷基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于芳基烷基中的芳基或烷基部分中，或(4)烷基芳基，包括取代和未取代的烷基芳基，其中烷基芳基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于烷基芳基的芳基或烷基部分中，X和Γ彼此獨(dú)立地各自為氧原子或式NR4的基團(tuán)，其中R4為⑴氫原子，(II)烷基，包括直鏈和支化、飽和和不飽和、環(huán)狀和非環(huán)狀、取代和未取代的烷基，并且其中雜原子可以存在或不存在于烷基中，(III)芳基，包括取代和未取代的芳基，并且其中雜原子可以存在或不存在于在芳基中，(IV)芳基烷基，包括取代和未取代的芳基烷基，其中芳基烷基的烷基部分可以是直鏈或支化、取代或未取代、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于芳基烷基的芳基或烷基部分中，或(V)烷基芳基，包括取代和未取代的烷基芳基，其中烷基芳基的烷基部分可以是直鏈或支化、飽和或不飽和、環(huán)狀或非環(huán)狀的，并且其中雜原子可以存在或不存在于烷基芳基中的芳基或烷基部分中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了一種噴墨打印圖像的方法，其包括將可固化固體油墨噴至打印基底以形成圖像；和使圖像暴露于輻射以使可固化固體油墨固化至打印基底 上，其中可固化固體油墨包含一種油墨載體、一種或多種蠟和一種光敏引發(fā)劑，其中可固化固體油墨包含一種可固化蠟、一種可選的非可固化組分、一種或多種單體、一種可選的著色劑、一種酰胺膠凝劑、和一種光敏引發(fā)劑，其中可固化固體油墨在固化后的硬度高于90并且從液體狀態(tài)冷卻后的收縮值小于3。


為更好的理解本發(fā)明實(shí)施方案，可參照附圖。圖I是本發(fā)明實(shí)施方案所使用的一個(gè)裝置的側(cè)視圖；圖2是一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，該實(shí)施方案包括將本發(fā)明的標(biāo)記材料直接沉積至本發(fā)明實(shí)施方案的基底上；圖3是本發(fā)明實(shí)施方案的固體油墨的復(fù)數(shù)粘度與溫度的關(guān)系圖；和圖4是本發(fā)明實(shí)施方案的另一種固體油墨的復(fù)數(shù)粘度與溫度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式在下列描述中，可以理解，可以使用其它的實(shí)施方案，并且在不偏離本發(fā)明實(shí)施方案中公開的范圍的情況下，可以對結(jié)構(gòu)和操作作出改變。固體油墨技術(shù)拓寬了打印能力和許多市場的客戶群，并且打印技術(shù)、打印方法和油墨材料的有效一體化推進(jìn)了打印應(yīng)用的多樣性。可固化固體油墨組合物的特征是在室溫(例如，20-50°C或20-27°C)為固體，并且在提高的溫度下為熔融狀態(tài)，熔融油墨在該提高的溫度下被施用于基底。如上所述，雖然目前的可選油墨可以成功用于在多種基底上打印，但是仍然需要獲得在固化時(shí)具有提高的固化速度且具有提高的牢固度和硬度的可固化固體油墨。本發(fā)明實(shí)施方案涉及可固化固體油墨(CSI)和低收縮可固化固體油墨(LS-CSI)，如序列號為12/642，538,12/704, 194、和12/835，198的美國專利申請所公開的，這些專利申請的全文以參引方式納入本說明書。特別是，本發(fā)明實(shí)施方案提供了具有獨(dú)特的特征結(jié)合的可固化固體油墨和低收縮可固化固體油墨以在基于噴墨的打印應(yīng)用中用作新材料。本發(fā)明實(shí)施方案的固體油墨保留有通常與固體相變油墨有關(guān)的處理、安全和打印品質(zhì)方面的優(yōu)點(diǎn)而且還提供了另外的進(jìn)步特征如提高的牢固度、降低的噴墨溫度和結(jié)晶時(shí)的超低收縮。例如，本發(fā)明實(shí)施方案制得的固體油墨的噴墨溫度甚至低于以前所達(dá)到的，例如，噴墨溫度為約100至約70°C，或約100至約80°C，約90至約70°C。特別是，本發(fā)明實(shí)施方案還提供了更快速的相變特性、優(yōu)異的固化性、提高的固化后的硬度，和低收縮特性。這些油墨需要滿足顧客對具有高質(zhì)量成像特性的低能耗、低的總持有成本(Total Cost ofOwnership) (TCO)的打印系統(tǒng)的需求。本發(fā)明實(shí)施方案提供了具有高活性和最低收縮的新型低能紫外(UV)可固化有色固體油墨。這些油墨包括膠凝劑添加劑并且被配制成粘度范圍為在90°C時(shí)小于20cps，或在90°C時(shí)約20至約5cps，或在90°C時(shí)約15至約8cps，并且收縮值小于3%，或?yàn)榧sI至約3%。如本說明書所用，收縮值表示油墨從液體狀態(tài)冷卻時(shí)的收縮。另外，這些油墨在固化后具有比傳統(tǒng)固體油墨高得多的硬度，所述傳統(tǒng)固體油墨例如Xerox Corporation或0c6North America市售的油墨。這些油墨同樣顯示固化速率和固化后基準(zhǔn)硬度的顯著提高，以及在固化時(shí)各組分之間的相容性提高。大量研究表明非可固化樹脂的濃度應(yīng)該小于5重 量％，或?yàn)榧sI至約3重量％，或小于I重量％。固化速率通過硬度與單位是s/ft的暴露于紫外光的時(shí)間的曲線圖(Fusions UV摻雜的D-汞燈，600W/cm)并且應(yīng)用下面的公式得到，y = Iii^m2 · (l_exp(-m3 · x))起始硬度=ml起始斜率=m2 · m3最終硬度=mi+m2其中起始斜率作為起始固化速率。本發(fā)明實(shí)施方案的油墨的固化速率為約130至約250ft/s，例如約180至約250ft/s或從約200至約250ft/s。取決于在紫外可固化燈中所用燈泡的類型，用于固化的特征輸出為約200nm至約450nm。本發(fā)明實(shí)施方案包含以下物質(zhì)的混合物可固化蠟、單體、膠凝劑、可選的著色劑和自由基光敏引發(fā)劑，和可選地最高達(dá)5重量％的非可固化樹脂，例如粘度改進(jìn)劑?？晒袒灐误w、可固化蠟、可選的著色劑，和自由基光敏引發(fā)劑在低于約40°C，或低于約40至低于約30°C下為固體材料，幾乎無味或無味。選擇這些組分以在約70至約100°C，或約80至約100°C，或約70至約90°C的溫度實(shí)現(xiàn)噴墨。因此這些固體油墨在提高的溫度下具有可靠的噴射性，在這些溫度下其粘度為約5至約15cPs，或約10至約15cPs，或約8至約12cps，并且其在室溫(20-50°C或20-27°C )為固體，這樣可以防止所打印的墨滴在多孔基底上過度展開或遷移。打印之后，組合物被固化以提供牢固的圖像。本發(fā)明實(shí)施方案的可固化固體油墨在固化前的硬度為約0. I至約11或約0. I至約5，或約0. I至約3。這些油墨在固化后的硬度為約85至約100，或約90至約97，或約93至約97?？晒袒腆w組分包括單體、可固化蠟和膠凝劑?？晒袒炘谑覝叵?25°C )可為固體。石蠟的加入可促進(jìn)油墨組合物從應(yīng)用溫度冷卻時(shí)該組合物粘度的增加。可固化蠟可以是與其它組分混溶并且可以聚合形成聚合物的任何蠟組分。術(shù)語蠟包括，例如，通常稱為蠟的多種天然材料、經(jīng)改性的天然材料和合成材料中的任意種。合適的可固化蠟的實(shí)例包括含可固化基團(tuán)或被可固化基團(tuán)官能化的蠟。可固化基團(tuán)可包括，例如，丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烯烴、烯丙醚、環(huán)氧化物、氧雜環(huán)丁烷等。這些蠟可以通過的蠟反應(yīng)而合成，例如帶有可轉(zhuǎn)化的羧酸或羥基官能團(tuán)的聚乙烯蠟。說明書中所述的可固化蠟可用上述異山梨醇進(jìn)行固化，所述異山梨醇被至少一個(gè)可固化基團(tuán)和或另外的可固化單體(一種或多種)官能化。合適的羥基封端的聚乙烯蠟——其可被可固化基團(tuán)官能化——的實(shí)例包括結(jié)構(gòu)為CH3-(CH2)n-CH2OH的碳鏈的混合物，其中存在多種鏈長η的混合物，其中平均鏈長可以在約16至約50的范圍內(nèi)，并且包括類似平均鏈長的直鏈低分子量聚乙烯。該蠟的合適的實(shí)例包括，但不限于，UNILIN 系列物質(zhì)，如 UNILIN 350、UNILIN 425、UNILIN 550 和 UNILIN700，其Mn分別約等于375、460、550和700g/mol。所有這些蠟均可購自Baker-Petrolite?！ぁぁじ駹柌卮?Guerbet alcohol)-其表征為2, 2_二燒基_1_乙醇-同樣是合適的化合
物。示例性格爾伯特醇包括含有約16至約36個(gè)碳原子的那些，其中許多可購于JarchemIndustries Inc.，Newark, NJ.。也可使用；PR丨POL 2033 (C-36 二聚體二醇混合物，包
括下式的異構(gòu)體
權(quán)利要求
1.一種可固化固體油墨，其包含 一種可固化蠟； 一種或多種單體； 一種可選的著色劑； 一種酰胺膠凝劑；和 一種光敏引發(fā)劑。
2.權(quán)利要求I的可固化固體油墨，其中所述膠凝劑為具有下式的化合物
3.權(quán)利要求I的可固化固體油墨，進(jìn)一步包括一種為乙氧基化辛基酚衍生物的非可固化組分。
4.權(quán)利要求I的可固化固體油墨，固化前的硬度為約O.I至約O. 5。
5.權(quán)利要求I的可固化固體油墨，其固化后的硬度為約90至約95。
6.權(quán)利要求I的可固化固體油墨，在約70°C至約100°C的噴射溫度下的粘度為約5至約25。
7.權(quán)利要求I的可固化固體油墨，在約20至約27°C為固態(tài)。
8.—種可固化固體油墨，其包含 一種可固化蠟； 一種可選的非可固化組分； 一種或多種單體； 一種可選的著色劑； 一種酰胺膠凝劑；和 一種光敏引發(fā)劑，其中所述可固化固體油墨固化后的硬度超過90并且從液體狀態(tài)冷卻后的收縮值小于3。
9.權(quán)利要求8的可固化固體油墨,在聞?dòng)?0°C具有可噴射的粘度。
10.一種噴墨打印圖像的方法，其包括 噴出可固化固體油墨至打印基底上以形成圖像；和 將圖像暴露于輻射以在打印基底上固化所述可固化固體油墨，其中所述可固化固體油墨包含一種油墨載體，一種或多種蠟、和一種光敏引發(fā)劑，其中所述可固化固體油墨包含: 一種可固化蠟， 一種可選的非可固化組分， 一種或多種單體， 一種可選的著色劑， 一種酰胺膠凝劑，和 一種光敏引發(fā)劑，其中所述可固化固體油墨固化后的硬度超過90并且從液體狀態(tài)冷卻后的收縮值小于3。
全文摘要
可固化固體油墨和低收縮可固化固體油墨，其在室溫下為固態(tài)且在升高溫度下為熔融態(tài)，在該升高溫度下將熔融油墨施用于基底上。特別是，本發(fā)明實(shí)施方案的固體油墨保留了傳統(tǒng)固體相變油墨所通常具有的處理、安全和打印質(zhì)量方面的優(yōu)勢，而且具有另外的突破性特征例如增強(qiáng)的固化度和牢固度、降低的噴射溫度和結(jié)晶時(shí)的超低收縮，其使得油墨可用作基于噴墨的打印應(yīng)用中的新材料。
文檔編號B41J2/01GK102775851SQ201210151
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者M·N·克雷蒂安, M·P·布萊頓 申請人:施樂公司