專利名稱：噴墨印刷流體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性涉及噴墨印刷流體(包括顏料墨和澄清墨)領(lǐng)域，并且特別涉及可用于熱噴墨印刷和連續(xù)噴墨印刷的墨。更特別地，本發(fā)明涉及用于聞速噴墨印刷廣生耐久圖像的顏料墨和澄清墨。
背景技術(shù)：
噴墨印刷是通過響應(yīng)數(shù)字信號以逐像素方式在圖像記錄元件上沉積墨滴來產(chǎn)生印刷圖像的非沖擊方法。有多種方法可用于控制墨滴在圖像記錄元件上的沉積以產(chǎn)生期望印刷圖像。在已知為按需滴墨的一種方法中，根據(jù)需要在圖像記錄元件上噴射單獨液滴形成期望印刷圖像。在按需滴墨印刷中控制墨滴的噴射的常用方法包括熱泡沫形成(熱噴墨(TIJ))和壓電式轉(zhuǎn)換器。在已知為連續(xù)噴墨(CU)的另一方法中，產(chǎn)生連續(xù)液滴流并且以成圖像方式噴射在圖像記錄元件表面，同時使得非成像液滴偏離、被捕獲并且回收到墨箱中。已發(fā)現(xiàn)噴墨印刷在由桌面文件和攝影質(zhì)量的成像到商業(yè)印刷和工業(yè)標(biāo)簽的整個市場的廣泛應(yīng)用。 噴墨印刷機中使用的包含著色劑的墨組合物可分為顏料基(其中著色劑以懸浮于墨組合物中的顏料顆粒存在)或染料基(其中著色劑以包含一個或更多個染料分子的完全溶解的染料物質(zhì)存在)。顏料是非常有利的，因為它們比染料更抗褪色。但是，顏料基墨有若干缺點。處理大的長度以使顏料顆粒降低至足夠小的粒徑并且為顆粒提供足夠的膠狀穩(wěn)定性。顏料基墨通常需要長度研磨操作以產(chǎn)生大多數(shù)現(xiàn)代墨應(yīng)用所需的亞微米范圍的顆粒。如果顏料顆粒太大，光散射可對印刷圖像的光密度和光澤產(chǎn)生有害影響。顏料墨的第二個缺點是印刷后，尤其是在對印刷圖像施加磨損力的條件下墨的穩(wěn)定性。顏料基墨通常駐留在印刷圖像的圖像接收物的表面，這使得印刷圖像特別易受磨損力影響。從這個意義來說，顏料墨被與多種聚合物、分散劑和其他附加物一起配制，以提供可經(jīng)受印刷后的外觀損壞(physical abuse)和環(huán)境條件的耐久圖像。印刷圖像的抗磨損程度也是印刷后時間的函數(shù)。在印刷后短的時間間隔(通常數(shù)分鐘至數(shù)小時)，墨經(jīng)受若干復(fù)雜的動態(tài)變化。隨著墨與接收物的接觸，一些組分滲透入接收物并且液滴可同時在接收物表面?zhèn)认驍U展。載體流體例如水和保濕劑被毛細(xì)管作用力吸進接收物而聚合物粘合劑開始形成膜。在短的時間間隔，粘合劑膜形成不完全并且所得顏料塊特別易受磨損力影響。通常，印刷到接收物的總流體越多(因此水分越多)，墨干燥并且形成耐久圖像的時間就越長。圖像的抗磨損性還受到濕潤劑的存在的影響，所述潤濕劑用于使噴發(fā)性能最佳化，但是其在顏料塊中保留一段時間。因為大多數(shù)潤濕劑具有比水低很多的蒸汽壓，其蒸發(fā)相對緩慢并且可在圖像接收物中保留若干小時。潤濕劑可具有使聚合物粘合劑塑化并且使得圖像表面比不存在潤濕劑時更加有粘性或柔軟的效果。一旦潤濕劑蒸發(fā)，所得的主要由顏料和粘合劑組成的顏料塊就成為穩(wěn)定狀態(tài)的組合物并且決定了印刷圖像的長期抗磨損性。在圖像接收物經(jīng)過印刷機前進時，由噴墨印刷機印刷的圖像也易受磨損力影響。通常，有一些機構(gòu)用于使印刷物經(jīng)過印刷頭前進并且從印刷機出來。在一些設(shè)計中，使用正齒輪使印刷接收物前進。正齒輪通常由硬塑料或金屬制成并且具有點或刺位于齒輪外圍的圓盤結(jié)構(gòu)。刺與印刷接收物接觸并且可物理刺入印刷圖像的最上區(qū)域留下小孔。在極端情況下，刺可刺進接收物并且扯下小部分的圖像區(qū)域。在任一情況下，由正齒輪造成的機械磨損發(fā)生于大約印刷后若干秒的短時間間隔內(nèi)并且導(dǎo)致影響視覺效果的缺點。另外，在一些情況下，不完全聚合物粘合劑膜的形成導(dǎo)致可粘附于傳送印刷圖像的印刷機內(nèi)的這種表面的粘性表面。已經(jīng)用丙烯酸聚合物配制了用于噴墨印刷的顏料墨。但是，單獨丙烯酸聚合物不足以提供抵抗刮擦和其他形式的外觀損壞的耐久圖像。被用作顏料基墨中的抗磨損添加物的第二類聚合物是聚氨酯，或有時稱作聚氨酯樹脂。美國專利N0.6，136，890公開了一種顏料基噴墨用墨，其中顏料顆粒用聚氨酯分散劑穩(wěn)定。美國公開N0.2004/0242726公開了一種通過具有氨酯鍵的樹脂與第二水溶性聚合物之間的交聯(lián)步驟分散的顏料。盡管聚氨酯以其極好的抗磨損性著稱，但是它們也具有很多缺點。例如，不是所有的聚氨酯聚合物都有益于從熱噴墨頭噴射。特別地，水分散性聚氨酯顆粒(例如美國專利 號6，533，408和6，268，101、法定發(fā)明登記N0.US H2113H和美國公開號2004/0130608和2004/0229976公開的那些)尤其難于以高噴發(fā)頻率從熱噴墨印刷頭噴射。非常有利的是以高噴發(fā)頻率從噴墨印刷機噴發(fā)墨，因為這是一個控制圖像印刷速度的變量。提供印刷圖像的抗磨損性的另一方法是使用澄清墨作為圖像的外涂層。已知為外涂層溶液或無色墨組合物的澄清墨通常由聚合物、水和在水基噴墨用墨制劑中通常使用的其他組分如濕潤劑、有機溶劑、表面活性劑和生物殺滅劑配制成。美國公開號2006/0100306和2006/0100308公開了澄清墨組合物中聚氨酯以及聚氨酯與具有特定酸值的丙烯酸聚合物的混合物的使用。但是，由聚氨酯配制的澄清墨也具有與顏料墨一樣的短期耐久性問題，因為它們的很多組分與其有色副本一樣。另外，澄清墨的使用增加了施加于接收物的水總量，因此減慢了印刷物的圖像區(qū)域的干燥。盡管使用澄清墨可提高長期耐久性，但是由于增加了接收物負(fù)載的水，其使用可不利地影響短期耐久性。顏料墨和澄清墨兩者都難于從具有小的噴嘴直徑的噴墨印刷頭噴射，特別是通過熱噴墨印刷方法。近年來，熱噴墨印刷機已經(jīng)向更高噴射頻率和更小噴嘴直徑轉(zhuǎn)移，以提供更快的印刷速度和更高的圖像質(zhì)量?，F(xiàn)在，熱噴墨印刷機能夠以超過IOkHz的噴射頻率印刷(液滴體積為3微微升或更少)，并且對于更高速度噴發(fā)的需求是非常有利的特征。但是，該頻率噴發(fā)的代價通常是噴發(fā)速度的變化，其導(dǎo)致最終印刷圖像差的圖像質(zhì)量。另外，當(dāng)前熱噴墨印刷的要求需要噴嘴在印刷機的使用壽命期間噴發(fā)很多次。例如，通?？赡苄枰獓娔靽姲l(fā)超過5 X IO7次、并且多至I X IO9次的單次噴發(fā)事件并且至噴發(fā)完全之前無故障或停止。因此，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了聚氨酯在噴墨用墨中的用途，依然需要提供能夠提供耐久的圖像并且滿足高頻熱噴墨印刷的需求的噴墨印刷流體(包含顏料基噴墨用墨和澄清噴墨用墨兩者)。連續(xù)噴墨(CU)印刷機通常由兩個主組件構(gòu)成:流體系統(tǒng)和一個或更多個印刷頭。墨通過補給線由儲料器遞送至歧管，歧管將墨分配給通常以線性對齊排布的多個孔口，在足夠的壓力下產(chǎn)生由印刷頭的孔口流出的墨流。對印刷頭施加刺激，造成這些墨流形成間隔液滴流，所述間隔液滴流偏離進印刷或非印刷路線。非印刷液滴通過液滴捕獲器和返回線路返回儲料器。美國專利N0.4，734，711和5，394，177以及EPl, 013，450詳細(xì)描述了用于CIJ設(shè)備的流體系統(tǒng)的設(shè)計?？梢栽诿绹鴮＠鸑0.6，588，888和6，943，037中發(fā)現(xiàn)CIJ印刷設(shè)備和印刷頭構(gòu)造的最近發(fā)展。墨滴的均勻需要在印刷頭空穴中保持均勻壓力。美國專利N0.4，614，948描述優(yōu)選使用正排量泵如齒輪泵作為供墨泵。在美國專利N0.4，971，527中確認(rèn)了需要限制泵產(chǎn)生的脈動。另外，在流體系統(tǒng)的適當(dāng)位置使用過濾器，以在墨進入印刷頭孔口前除去過大顆粒，避免堵塞印刷頭。CIJ墨傳統(tǒng)上大多是水性染料基墨，其最小化了穩(wěn)定系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)性相關(guān)問題，例如易于啟動/關(guān)閉、延長的印刷時間而不彎曲噴射和減少更換過濾器的頻率。在這種傳統(tǒng)的染料基墨中沒有顯微鏡可觀測的顆粒。盡管在染料基噴墨用墨領(lǐng)域最近有很多發(fā)展，但是這種墨依然有很多缺點，例如鍍膜光面紙的低光密度和差的耐光性。當(dāng)使用水作為載體時，這些墨一般還具有差的耐水牢度和差的抗涂污性。因此，與顏料墨相關(guān)的優(yōu)點對于在連續(xù)噴墨印刷系統(tǒng)中的應(yīng)用也將會是有利的。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)顏料墨在CIJ流體系統(tǒng)中運行時，可能遇到嚴(yán)重的過濾器堵塞問題，所以需要頻繁(例如若干小時，相比之下染料基墨為若干個月)更換過濾器。過濾器堵塞的結(jié)果是流體壓力和流體噴射的損失，導(dǎo)致系統(tǒng)停機。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，通常在流體系統(tǒng)中使用的以最小脈動保持流體壓力的齒輪泵可造成顏料顆粒的凝聚，導(dǎo)致過濾器堵塞和系統(tǒng)停機。另外，聚氨酯的添加也可大幅增加印刷流體的粘性，造成印刷流體在再循環(huán)時變得不穩(wěn)定，這對于連續(xù)噴墨印刷的應(yīng)用可能尤其不利。因此，還需要在CIJ流體系統(tǒng)中穩(wěn)定的噴墨印刷流體，特別是包含聚氨酯的顏料噴墨用墨制劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個目的是提供噴墨印刷流體組合物(包括顏料基墨和澄清墨)，其包含為圖像提供印刷后短期和長期時間`間隔兩者的抗磨損性的水性聚氨酯粘合劑。另一目的是提供可以以高噴發(fā)頻率由噴墨印刷頭噴射的這樣的印刷流體。本發(fā)明的另一目的是提供用于ClJ印刷系統(tǒng)的能夠使墨在ClJ流體系統(tǒng)中長時間循環(huán)而不顯著增加壓力或堵塞過濾器的這樣的印刷流體。根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明提供了包含水和通式(I)的水分散性聚氨酯添加物的噴墨印刷流體組合物:
'-P-X1-Y1-X1——1.......................'
OO
(I{I
^Z—Κ —C~- —*---*
,___χ2.γ2-χ2___ I其中Z是二異氰酸酯的聚合產(chǎn)物的單體單元的中心部分A1-Y1-X1代表一個或更多個軟鏈段，其中Y1代表分子量大于300道爾頓的二胺或二醇預(yù)聚物的聚合產(chǎn)物的單元的中心部分；胃是包含酸基的一個或更多個單元的中心部分；Χ2-Υ2-Χ2代表一個或更多個硬鏈段，其中Y2代表分子量小于250道爾頓的C2-C8 二醇或二胺的聚合產(chǎn)物的單元的中心部分；X\V和X2可以相同或不同并且可以是-O-或-N-原子；并且進一步其中聚氨酯添加物的重均分子量為至少6，000道爾頓并且具有夠數(shù)量的酸基以提供大于35的酸值，并且所述一個或更多個X2-Y2-X2硬鏈段的存在量占聚氨酯添加物的I重量％至低于13重量％。本發(fā)明還提供了印刷噴墨圖像的方法，其包括:1)提供根據(jù)本發(fā)明的噴墨印刷流體；和II)將噴墨印刷流體以墨滴形式噴射在記錄元件上以形成印刷圖像。


在以下對本發(fā)明的例子實施方案的詳細(xì)描述中，參照了附圖，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方案使用的按需噴墨印刷系統(tǒng)的示意圖；和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方案使用的連續(xù)噴墨印刷系統(tǒng)的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明的噴墨印刷流體是水基印刷流體。本文定義的“水基”是指主要包含水作為印刷流體其余組分的載體介質(zhì)的印刷流體。在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的印刷流體包含至少50重量百分比的水。在一個具體實施方案中，印刷流體是顏料基墨。顏料基墨定義為至少包含水溶性顏料顆粒的分散系的墨。在另一實施方案中，印刷流體可以是澄清墨。本發(fā)明的澄清墨定義為不包含著色劑(包括有色顏料或有色染料)的墨組合物。澄清墨通常是水基的并且可包含在噴墨印刷領(lǐng)域使用的濕潤劑和聚合物。由于存在濕潤劑、聚合物或雜質(zhì)，澄清墨可以稍微具有顏色，但是不是通過添加著色劑故意著色。墨組定義為包含兩種或更多種墨的組。墨組可包含不同顏色的顏料基墨，例如青色、品紅色、黃色、紅色、綠色、藍(lán)色、橙色、紫色或黑色。在一個實施方案中，在包含分別具有青色、品紅色和黃色著色劑的至少三種墨的墨組中使用碳黑顏料墨。除了青色、品紅色和黃色外，可用的墨組還 包含互補的著色劑，例如紅色、藍(lán)色、紫色、橙色或綠色墨。另外，墨組可包含淺色和深色墨，例如，寬格式印刷機的墨組中通常使用的淺青色和淺品紅色墨。墨組可能包含一種或更多種包含不同顏色的顏料的混合物的墨。一個例子是混合有一種或更多種有色顏料或不同有色顏料的組合的碳黑顏料。墨組還可包含與一種或更多種澄清墨組合的一種或更多種顏料基墨。墨組還可包含與為染料基墨的額外墨組合的至少一種或更多種顏料基墨。墨組還可包含一種或更多種以下墨，其包含主要用于印刷文本的自分散碳黑顏料墨和主要用于攝影質(zhì)量印刷的多種青色、品紅色、黃色和黑色墨。本發(fā)明的印刷流體組合物包含至少一種水分散性聚氨酯化合物。本文的“水分散性(的)”的定義是指在印刷流體中不需要分散劑就能穩(wěn)定分散的單獨聚合物分子或聚合物分子的膠狀聚集體。本發(fā)明使用的水分散性聚氨酯具有通式(I):.
權(quán)利要求
1.一種噴墨印刷流體組合物，其包含水和通式(I)的水分散性聚氨酯添加物:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其還包含濕潤劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其還包含著色劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴墨印刷流體，其中所述著色劑包括分散的顏料顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨印刷流體，其中所述顏料顆粒利用聚合物分散劑分散。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨印刷流體，其中所述顏料顆粒利用表面活性劑分散。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨印刷流體，其中所述顏料顆粒是自分散的而不需要單獨的分散劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨印刷流體，其中所述顏料顆粒以I至10重量％的重量濃度存在，所述聚氨酯添加物的酸值為40至100，并且所述聚氨酯添加物以比所述顏料的重量濃度大的重量濃度存在。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噴墨印刷流體，其還包含至多10重量％的濕潤劑，并且其中所述聚氨酯添加物的酸值為50至95。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴墨印刷流體，其中所述顏料顆粒以I至10重量％的重量濃度存在，所述聚氨酯添加物的酸值為65至130，且所述聚氨酯添加物以比所述顏料的重量濃度小的重量濃度存在。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噴墨印刷流體，其還包含至少5重量％的濕潤劑，并且其中所述聚氨酯添加物的酸值為80至120。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其中所述軟鏈段包括聚碳酸酯、聚酯或聚醚預(yù)聚物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其中所述軟鏈段的重均分子量為400至20, 000道爾頓。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的噴墨印刷流體，其中所述硬鏈段的存在量為總聚氨酯聚合物的5重量％至11重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其中所述X2-Y2-X2硬鏈段包括C2-C8二醇的聚合產(chǎn)物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其中所述X2-Y2-X2硬鏈段包括1，4_丁二醇的聚合產(chǎn)物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴墨印刷流體，其中所述聚氨酯上的所述酸基被使用單價無機堿至少部分中和。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的噴墨印刷流體，其中所述聚氨酯的至少70%的可反應(yīng)酸基被使用單價無機堿中和。
19.一種印刷噴墨圖像的方法，其包括: I)提供根據(jù)權(quán)利要求1的噴墨印刷流體；和 II)將所述噴墨印刷流 體以墨滴形式噴射到記錄元件上形成印刷圖像。
全文摘要
一種包含水和通式(I)的可分散聚氨酯添加物的噴墨印刷流體組合物其中Z是二異氰酸酯的聚合產(chǎn)物的單體單元的中心部分；X1-Y1-X1代表一個或更多個軟鏈段，其中Y1代表分子量大于300道爾頓的二胺或二醇預(yù)聚物的聚合產(chǎn)物的單元的中心部分；W是包含酸基的一個或更多個單元的中心部分；X2-Y2-X2代表一個或更多個硬鏈段，其中Y2代表分子量小于250道爾頓的C2-C8二醇或二胺的聚合產(chǎn)物的單元的中心部分；X1、V和X2可以相同或不同并且可以是-O-或-N-原子；并且進一步其中所述聚氨酯添加物的重均分子量為至少6,000道爾頓并且具有夠數(shù)量的酸基以提供大于35的酸值，并且所述一個或更多個X2-Y2-X2硬鏈段的存在量占所述聚氨酯添加物的1重量％至低于13重量％。還公開了一種印刷噴墨圖像的方法，其包括I)提供根據(jù)本發(fā)明的噴墨印刷流體；和II)將所述噴墨印刷流體以墨滴形式噴射到記錄元件上形成印刷圖像。
文檔編號C09D11/00GK103080244SQ201180041443
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者凱瑟琳·安·?？思{, 托馬斯·B·布魯斯特, 王勇才, 邱慧靈, 道格拉斯·羅伯特·羅貝洛 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司