專(zhuān)利名稱(chēng)：用于噴墨油墨的具有近紅外吸收的酞菁和萘酞菁的制作方法
用于噴墨油墨的具有近紅外吸收的酞菁和萘酞菁
背景技術(shù)：
目前噴墨打印機(jī)非常普遍且可負(fù)擔(dān)的，并可獲得不錯(cuò)的打印質(zhì)量。它們用于家庭打印、辦公打印和商業(yè)打印中。在噴墨打印機(jī)中，打印頭用于非常精確地噴射墨滴以將它們置于介質(zhì)的所需位置上。打印頭通常包括大量噴嘴，常常多于400個(gè)噴嘴。通常，噴嘴數(shù)量越多，打印質(zhì)量和速度的改善越好。常常，噴嘴因使用著色油墨或含有顆粒的油墨而變得堵塞。有時(shí)，一個(gè)或多個(gè)噴嘴孔會(huì)含有干油墨，且無(wú)法噴射出新鮮油墨。這種狀況的一種結(jié)果是形成條紋，導(dǎo)致打印質(zhì)量差?？上蛴湍屑尤虢t外(近IR)吸收染料以監(jiān)測(cè)噴嘴的狀況。這種在近頂表現(xiàn)出吸收的染料的其它應(yīng)用包括安全印刷、偽造評(píng)定、RFID標(biāo)簽等。近頂吸收染料可通過(guò)延長(zhǎng)共軛鍵而使用，使得吸收能轉(zhuǎn)變至700到IOOOnm的范圍。很多使用近頂材料的技術(shù)需要這些材料溶解在有機(jī)溶劑、水和水性或有機(jī)溶劑的混合物中。有些應(yīng)用，例如熱噴墨打印需要近頂吸收材料長(zhǎng)期保持在水溶液中。近頂吸收染料必須在水性溶劑混合物中長(zhǎng)期穩(wěn)定而不經(jīng)歷任何類(lèi)型的化學(xué)變化。對(duì)于其物理/ 化學(xué)性質(zhì)的任何退化或變化均能破壞共價(jià)鍵，從而喪失近頂吸收。這種變化可負(fù)面影響所需性能(在近頂波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收)，因此不能用于此類(lèi)應(yīng)用?；ㄝ既玖项?lèi)的近頂染料可溶于水，但在寬PH值范圍內(nèi)在水溶液中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間為化學(xué)不穩(wěn)定的，因此不適用于需要長(zhǎng)期水溶液穩(wěn)定性的噴墨應(yīng)用。酞菁(PC)和萘酞菁(NPC)(無(wú)金屬或金屬絡(luò)合物)是化學(xué)穩(wěn)定的，但難以溶于水。 為了使這些化合物溶于水，必須附著大量的離子基或水溶性環(huán)氧乙烷基。通過(guò)在苯環(huán)上附著水溶性基團(tuán)而使這些化合物溶解。但引入此類(lèi)基團(tuán)會(huì)改變峰吸收顯著地達(dá)到60nm。
具體實(shí)施例方式在公開(kāi)并描述本發(fā)明之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不限于本文中公開(kāi)的具體流程步驟和材料，因?yàn)樵摿鞒滩襟E和材料可稍作改變。還應(yīng)理解的是，本文中所用術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施方式
的目的。該術(shù)語(yǔ)不起到限制的作用，因?yàn)楸景l(fā)明的保護(hù)范圍僅由所附的權(quán)利要求和其等效方案限制。應(yīng)注意的是，除非另作清楚說(shuō)明，該發(fā)明書(shū)及所附權(quán)利要求中所用的單數(shù)形式“一 (a)”、“一種(an)”、“該”包含復(fù)數(shù)對(duì)象。如文中所用，術(shù)語(yǔ)“載劑”或“液體載劑”被定義為包括能用于攜帶著色劑到基體材料的液體組合物。液體載劑是本領(lǐng)域公知的，根據(jù)本發(fā)明的多種實(shí)施方式可使用各種各樣的油墨載劑。這樣的油墨載劑可包括多種不同的試劑的混合物，包括但不限于表面活性齊 、有機(jī)溶劑和共溶劑、緩沖劑、抗微生物劑、粘度調(diào)節(jié)劑、多價(jià)螯合劑、穩(wěn)定劑、抗沉淀劑和水。盡管不是液體載劑本身的一部分，但除了著色劑以外，液體載劑還可攜帶其它固體添加齊 ，如聚合物、乳膠、υν固化材料、增塑劑、鹽等。因此，術(shù)語(yǔ)“水相液體載劑”或“水相載劑” 是指以水作為主要溶劑，通常是占主導(dǎo)地位的溶劑的液體載劑。術(shù)語(yǔ)“近紅外”或“近IR”是指在約700nm到1400nm范圍內(nèi)的光輻射。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明的近頂染料可吸收近紅外光譜內(nèi)的光輻射，且在一個(gè)實(shí)施方式中為 700nm到IOOOnm的范圍內(nèi)的光輻射。如文中所用，“著色劑”可包括可懸浮或溶解在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制備的油墨載劑中的染料、顏料和/或其它顆粒。染料通常為水溶性，因此可被應(yīng)用于很多實(shí)施方式中。然而，顏料也可用于其它實(shí)施方式?？捎玫念伭习ㄗ苑稚㈩伭虾途酆衔锓稚㈩伭稀Ｗ苑稚㈩伭习杀粠щ娀蚓酆匣鶊F(tuán)進(jìn)行化學(xué)表面改性的顏料。該化學(xué)改性有助于顏料在液體載劑中分散或?qū)嵸|(zhì)上保持分散。所述顏料也可以為聚合物分散顏料，該顏料通過(guò)液體載劑或顏料中帶有物理涂層的分散劑(可為例如聚合物、低聚物或表面活性劑)以促使其在液體載劑中分散和/或?qū)嵸|(zhì)上保持分散。需要注意的是，術(shù)語(yǔ)“著色劑”不包括本發(fā)明中實(shí)施方式所述的近頂染料，如由以下通式(I)-(XIV)表示的近頂染料。術(shù)語(yǔ)“約”表示包括由測(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差得到的數(shù)值或范圍。如文中所用，為了方便起見(jiàn)，將一系列物質(zhì)、結(jié)構(gòu)元素、組合元素和/或材料在同一列表中表示。然而，在詮釋該列表時(shí)應(yīng)將列表內(nèi)每個(gè)元素分別看作獨(dú)立和獨(dú)特的元素對(duì)待。因此，除非另作說(shuō)明，否則不能僅僅因?yàn)樗鼈儽涣性谕唤M中就認(rèn)為該列表中的每個(gè)元素都與同一列表中的其它元素本質(zhì)上相同。例如比率、濃度、數(shù)量、分子大小等數(shù)值在此可以范圍格式提供。應(yīng)理解這樣的范圍格式僅僅為了方便和簡(jiǎn)潔使用，并應(yīng)被靈活地解釋為不僅包括作為范圍極限明確列舉的數(shù)值，還包括上述范圍包含的所有單個(gè)數(shù)值或子范圍，就如每個(gè)數(shù)值和子范圍均被明確列舉。例如，約至約20wt%的重量范圍應(yīng)被解釋為不僅包括明確列舉的至約20wt%的濃度極限，還包括單個(gè)濃度，如2wt%、3wt%、#t% ；和子范圍，如5襯％至 15wt%,10wt%M 20wt%等。如上所述，現(xiàn)有的近頂吸收化合物不是不溶于水就是在水或油墨中不穩(wěn)定。制造該化合物的方法也很困難。根據(jù)本文的教導(dǎo)，改進(jìn)了具有水溶性或可分散并在較寬PH范圍內(nèi)在水和其它溶液如噴墨墨水配方中非常穩(wěn)定的近頂吸收化合物的合成。由于該化合物在近頂區(qū)域表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸收，對(duì)于其所需應(yīng)用來(lái)說(shuō)只需要少量的該化合物。如上所述，酞菁(PC)和萘酞菁(NPC)(無(wú)金屬或金屬絡(luò)合物)的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但是難溶于水。為了使該類(lèi)化合物溶于水，需要附著大量極性基團(tuán)如磺酸鹽、磷酸鹽或水溶性環(huán)氧乙烷基。在苯環(huán)或萘環(huán)結(jié)構(gòu)上附著水溶性基團(tuán)，如磺酸鹽會(huì)顯著影響吸收。已知最好在將水溶性基團(tuán)并入側(cè)鏈的同時(shí)使PC和NPC環(huán)結(jié)構(gòu)保持原樣。另外小分子很容易從溶液中結(jié)晶出來(lái)。這導(dǎo)致吸收會(huì)隨著時(shí)間減少。需要使用非晶態(tài)材料以解決此問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)， 在同樣條件下，聚合物相對(duì)于小分子在性質(zhì)上更為穩(wěn)定和更非晶態(tài)。此處的實(shí)施方式是關(guān)于設(shè)計(jì)和合成獨(dú)特的水溶性PC和NPC染料發(fā)色團(tuán)作為聚合物主鏈的一部分以保持其吸收，使得近頂吸收可以在700到IOOOnm的范圍內(nèi)。這些聚合物染料在水中以及水性溶劑混合物中在較寬的PH范圍內(nèi)為化學(xué)穩(wěn)定的，最適用于含水噴墨油墨應(yīng)用。穩(wěn)定性通過(guò)并入含有水溶性基團(tuán)的部分作為PC和NPC結(jié)構(gòu)的連接基團(tuán)來(lái)獲得。這防止了近頂染料的結(jié)晶。聚合物性質(zhì)提高了非晶性質(zhì)，也增加了在不同環(huán)境下的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。具有近紅外吸收的水溶性酞菁染料或萘酞菁染料含有至少一個(gè)單元。每個(gè)單元含有酞菁或萘酞菁部分以及可選的與酞菁或萘酞菁部分絡(luò)合的金屬原子。每個(gè)金屬原子若存在時(shí)具有與酞菁環(huán)或萘酞菁環(huán)絡(luò)合的一價(jià)到五價(jià)，且水溶性基團(tuán)位于PC和NPC之間的連接基團(tuán)上以及可選的一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)或萘環(huán)上。而且，每個(gè)絡(luò)合單元具有至少兩個(gè)連接基團(tuán)部分，其中水溶性基團(tuán)位于連接基團(tuán)的至少一個(gè)上。有兩個(gè)主要的實(shí)施方式與本文中公開(kāi)的油墨有關(guān)。在第一個(gè)主要實(shí)施方式中，提供了用于噴墨油墨的包含具有近頂吸收的酞菁和萘酞菁單元的低分子量聚合物。在第二個(gè)主要實(shí)施方式中，提供了用于噴墨油墨應(yīng)用的包含通過(guò)縮聚反應(yīng)制備的具有近紅外吸收的酞菁和萘酞菁單元的聚合物。以下將描述這兩個(gè)實(shí)施方式及其變化。A.用于噴墨油墨的包含具有近頂吸收的酞菁和萘酞菁單元的低分子量聚合物此處公開(kāi)了水溶性染料的結(jié)構(gòu)通式，其中水溶性基團(tuán)并不位于PC或NPC環(huán)結(jié)構(gòu)上，而是在單體單元(非PC單元或非NP單元)之間的至少一個(gè)連接基團(tuán)上。然而，除了位于一個(gè)或多個(gè)連接基團(tuán)上，水溶性基團(tuán)也可位于PC或NPC環(huán)結(jié)構(gòu)上。通式⑴和(II)舉例說(shuō)明了水溶性基團(tuán)位于非PC單元上(通式(I))以及同時(shí)位于非PC單元和PC的結(jié)構(gòu)上(通式(II))的實(shí)例聚酞菁。
權(quán)利要求
1.一種具有近紅外吸收的水溶性酞菁染料或萘酞菁染料，含有至少一個(gè)絡(luò)合單元，每個(gè)單元含有酞菁或萘酞菁部分以及可選的與其絡(luò)合的金屬原子，每個(gè)金屬原子存在時(shí)為一到五價(jià)，兩個(gè)原子價(jià)與酞菁環(huán)或萘酞菁環(huán)絡(luò)合，每個(gè)單元在所述單元的相反側(cè)或相鄰側(cè)具有兩個(gè)連接基團(tuán)部分，其中水溶性基團(tuán)位于酞菁或萘酞菁部分之間的連接基團(tuán)的至少一個(gè)上、金屬原子上以及可選的酞菁或萘酞菁部分上。
2.如權(quán)利要求1所述的染料，所述染料含有至多50個(gè)絡(luò)合單元。
3.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的染料，其中所述金屬原子存在，且所述染料進(jìn)一步含有與所述金屬原子絡(luò)合的至少一個(gè)水溶性基團(tuán)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的染料，其中所述染料進(jìn)一步在酞菁或萘酞菁部分上含有水溶性基團(tuán)。
5.如權(quán)利要求4所述的染料，其中所述水溶性基團(tuán)選自由羧酸、酰胺、咪唑、聚乙二醇、 胺和磺酸鹽組成的組中。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的染料，其中所述連接基團(tuán)位于每個(gè)單元的相反側(cè)以提供線性聚合物，其中所述連接基團(tuán)位于每個(gè)單元的三側(cè)以提供支鏈聚合物，或其中所述連接基團(tuán)位于每個(gè)單元的四側(cè)以提供網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的染料，其中所述連接基團(tuán)部分含有-X-，其中X為 CH2或C0，且其中所述水溶性基團(tuán)為與相鄰單元中鄰接的X基團(tuán)鍵合的磺酸鹽，或者所述連接基團(tuán)部分含有-D-X-CH2-，其中D為單鍵或CH2, X為0或NH，且其中所述水溶性基團(tuán)為在一個(gè)絡(luò)合單元中的D基團(tuán)和相鄰單元中鄰接的D基團(tuán)之間鍵合的磺酸鹽。
8.如權(quán)利要求7所述的染料，其中所述連接基團(tuán)部分含有-X，且所述染料選自由包括具有通式(I)-(VI)所示的結(jié)構(gòu)通式的水溶性軸向配體的酞菁染料和萘酞菁染料組成的組
9.如權(quán)利要求7所述的染料，其中所述連接基團(tuán)含有-D-X-CH2-,且所述染料選自由具有延長(zhǎng)的共軛鍵和含有如通式(IX)-(XIV)所示的結(jié)構(gòu)通式的水溶性軸向配體的酞菁和萘酞菁組成的組
10.如權(quán)利要求8或9所述的染料，其中Z選自由Na+、K+和NR4+組成的組中。
11.如權(quán)利要求8或9所述的染料，其中如果M是三價(jià)，則所述金屬原子上的Y基團(tuán)的數(shù)量為1，如果M是四價(jià)，則所述金屬原子上的Y基團(tuán)的數(shù)量為2，如果M是五價(jià)，則所述金屬原子上的Y基團(tuán)的數(shù)量為3。
12.如權(quán)利要求8或9所述的染料，其中M為銅、銦、鎵、鉈、鍺、錫、銻、鉍、鈷、鎳、硅、鈦、 鈦氧基、釩、釩氧基、鉻、錳、釔、鈧、鋯、鈮、鉬、釕、銠、鉿、鉭、鋅、錳、鎂、鈹、鋁和鉍。
13.如權(quán)利要求12所述的染料，其中M為銦、鎵或鉈。
14.一種噴墨油墨配方，含有(a)液體載劑；(b)至少一種染料或顏料；和(c)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的染料。
全文摘要
一種具有近紅外吸收的水溶性酞菁染料或萘酞菁染料，含有至少一個(gè)絡(luò)合單元。每個(gè)單元包含酞菁或萘酞菁部分，且可選地含有與其絡(luò)合的金屬原子，且該金屬原子如果存在的話則為1價(jià)到5價(jià)，兩個(gè)原子價(jià)與酞菁環(huán)或萘酞菁環(huán)絡(luò)合。每個(gè)單元在該單元的相反側(cè)或相鄰側(cè)具有兩個(gè)連接基團(tuán)，其中水溶性基團(tuán)位于至少一個(gè)連接基團(tuán)上和可選的酞菁或萘酞菁部分上。
文檔編號(hào)C09B47/24GK102471599SQ200980160620
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者S·嘎納帕西亞潘, 亞伊普拉卡什·巴特 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司