本申請要求申請日為2014年6月26日，發(fā)明名稱為“包含聚氨酯的油墨組合物”的美國臨時專利申請No.62/017,804的優(yōu)先權(quán)。本申請引用上述專利申請的全文。

聯(lián)邦資助研究或研發(fā)情況

不適用。

序列表

不適用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及油墨組合物，更具體地，涉及用于能夠高速印刷的印刷系統(tǒng)中的噴墨油墨組合物。

背景技術(shù)：

噴墨打印技術(shù)提供了具有不同容量的打印機(jī)。有三種主要的噴墨技術(shù)：熱噴墨技術(shù)，即氣泡噴墨技術(shù)、壓電噴墨技術(shù)以及連續(xù)噴墨技術(shù)。在每一技術(shù)中，微小的墨水液滴被發(fā)射(即，噴射)到頁面上。在熱噴墨打印機(jī)中，熱源使墨水蒸發(fā)以產(chǎn)生氣泡。膨脹的氣泡導(dǎo)致形成液滴，并且液滴從打印頭噴出。壓電技術(shù)采用位于墨水貯存器后部的壓電晶體。改變電位用于在晶體中引起振動。晶體的前后運動能夠為一滴液滴吸入足夠的墨水并將該墨水噴射到紙上。在連續(xù)噴墨系統(tǒng)中，噴嘴連續(xù)地發(fā)射，并且與每個噴嘴相關(guān)聯(lián)的電極將液滴偏轉(zhuǎn)到溝槽，以在噴嘴不打印時收集液滴。當(dāng)噴嘴要打印時，電極被停用并且液滴將傳遞到基板。

高速彩色噴墨打印的質(zhì)量通常低于平版印刷和凹版印刷的質(zhì)量。此外，最快的噴墨打印機(jī)的速度通常比平版印刷或凹版印刷機(jī)慢得多。傳統(tǒng)的水基噴墨印刷也存在受紙上水基油墨放置的影響。使用水基油墨可使紙張浸透，并可能導(dǎo)致打印紙幅起皺和變形，并且紙幅也可能由于不慎暴露于潮濕環(huán)境而容易損壞。為了控制這些現(xiàn)象，噴墨打印機(jī)使用某些專門的紙或涂層。這些紙通常比用于商業(yè)印刷的傳統(tǒng)幅材貴得多。

此外，當(dāng)噴墨技術(shù)用于彩色打印時，可以增加油墨覆蓋率和水飽和度。這主要歸功于用于生成彩色圖像的四色處理。四色處理包括將青色、品紅色、黃色和黑色(即，CMYK)墨水以不同的量沉積在頁面上以產(chǎn)生特定的印刷顏色。因此，如果需要全部四種顏色以產(chǎn)生所需的印刷顏色，頁面的一些部分可以具有多達(dá)四層的墨。作為印刷所需顏色所需的各種油墨的總印刷液滴體積的結(jié)果，由噴墨打印機(jī)印刷的點可能擴(kuò)散并產(chǎn)生模糊圖像。通過精細(xì)平衡配方組分來控制液滴擴(kuò)散或增加，以優(yōu)化液滴鋪展或生長從而得到所需的印刷液滴重疊，而沒有模糊性或交互色彩油墨的混合。更進(jìn)一步地，與用于傳統(tǒng)平版印刷或凹版印刷的油墨相比，用于噴墨打印機(jī)的油墨趨于更昂貴。然而，通過精確的配方控制，精細(xì)控制點滴生長和油墨與紙基材的相互作用可以降低與使用噴墨型油墨相關(guān)的總成本，從而可以在不犧牲最終打印質(zhì)量的情況下利用噴墨打印技術(shù)非常有利的多變特性。

因此，在一些情況下，使用高速噴墨印刷比使用平版印刷或凹版印刷更合適。在這種情況下，就需要圖像在幅材上具有長期耐用性。長期耐用性指的是油墨保留在最終印刷產(chǎn)品上并抵抗由印后工藝接觸水引起的潛在損害、突出標(biāo)記以及其他對打印文檔的機(jī)械磨損的能力。另外，紙張類型被分組為未涂布紙和涂布紙，兩種紙對水基噴墨油墨具有不同的孔隙率，其中涂布紙有較低的孔隙率水平以及對水基噴墨油墨較低的吸收速率。結(jié)果是，就前面列出的性質(zhì)而言，與沒有涂層的噴墨印刷紙相比，在涂布紙上的噴墨圖像的長期耐久性質(zhì)量傾向于更低。

短期耐久性是最終的一個挑戰(zhàn)，其通過印刷系統(tǒng)對即時印刷中的紙張運動或傳送至關(guān)重要的。通過打印系統(tǒng)的紙張折疊和形成的步驟可能會因剪切力和各種打印系統(tǒng)硬件間的接觸而損壞新打印的噴墨圖像。例如在印刷過程中，當(dāng)幅材通過高速印刷機(jī)的連續(xù)滾筒和/或其它元件移動時，油墨傾向于被剪切應(yīng)力干擾。可使油墨在紙張上快速凝固并且在打印系統(tǒng)中對涂抹或位移具有即時抵抗性的配方設(shè)計將是有利的。

總結(jié)

根據(jù)一個方面，油墨組合物包含著色劑、峰值平均分子量范圍為約10,000g/mol至約40,000g/mol的聚氨酯以及溶劑。所述油墨組合物的總固體含量按固體計小于約15％，且其著色劑與聚氨酯的重量比在約2:1和1:2之間。

根據(jù)另一個方面，適合用于噴墨打印頭的油墨組合物包含按固體計約2.0％至約7.5％的著色劑、約1.0％至約9.3％的峰值平均分子量范圍為約10,000g/mol至約40,000g/mol的聚氨酯以及溶劑。

根據(jù)另一個方面，使用噴墨打印頭進(jìn)行打印的方法，包括將油墨組合物噴射到基材上的步驟，其中所述油墨組合物包含峰值平均分子量范圍在約10,000g/mol至約40,000g/mol的聚氨酯。

根據(jù)進(jìn)一步的另一個方面，一種用于噴墨打印操作的裝置，其包括外殼，安裝在外殼內(nèi)部的一系列噴嘴以及外殼內(nèi)與噴嘴連通的油墨。所述油墨包含峰值平均分子量范圍在約25,000g/mol至約35,000g/mol的聚氨酯。

在考慮以下詳細(xì)描述和附圖后，其它方面和優(yōu)點將變得顯而易見，其中在整個說明書中相同的附圖標(biāo)記表示相同的結(jié)構(gòu)。

詳細(xì)描述

油墨組合物包含著色劑、峰值平均分子量范圍為約10,000g/mol至約40,000g/mol的聚氨酯以及溶劑。所述油墨組合物的總固體含量按重量計小于約15％，且其著色劑與聚氨酯的重量比在約2:1和1:2之間。

這種油墨組合物適合用于高速印刷系統(tǒng)。打印介質(zhì)，例如幅材，紙張或其它基材，以大于約50ft/min的速度移動通過紙幅，優(yōu)選大于約300ft/min，更優(yōu)選在約500和約1,000ft/min之間。

所述油墨組合物的粘度滿足可使油墨組合物施加到使用噴墨打印頭的基材上。所述粘度可為約1.0至20.0厘泊(cP)，優(yōu)選約4.0cP至約6.0cP，盡管優(yōu)選的粘度可能部分取決于所使用的噴墨印刷頭的要求。

所述聚氨酯用作粘合劑以穩(wěn)定打印介質(zhì)上的著色劑。眾所周知，高分子量提供給終產(chǎn)品增強(qiáng)的長期耐用性。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)具有相對低分子量的聚氨酯是可噴射的，并具有即時的耐用性，同時還具有可接受水平的長期耐用性。即時耐用性是指噴射的油墨組合物快速結(jié)合到紙幅并穿過高速印刷機(jī)而不轉(zhuǎn)移到印刷機(jī)的元件和/或沉積在墨盒的油墨噴嘴上的能力。峰值平均和重均分子量使用標(biāo)準(zhǔn)凝膠滲透色譜(GPC)測定。本申請的聚氨酯具有約10,000g/mol至約40,000g/mol，優(yōu)選約30,000g/mol的峰值平均分子量(Mp)。

所述酸值指中和1克物質(zhì)或組合物所需的氫氧化鉀(KOH)的毫克數(shù)。一個組合物的酸值可以通過合適的國際標(biāo)準(zhǔn)測定，如ASTMD664。為了測定組合物的酸值，用已知濃度的氫氧化鉀溶液和作為顏色指示劑的酚酞滴定已知量的溶解在有機(jī)溶劑中的樣品。本發(fā)明中所述油墨組合物中聚氨酯的酸值在約15和約25之間。

盡管可以使用其他的聚氨酯，適合用于本申請油墨組合物中的聚氨酯包括Essential Industries(Racine,WI)生產(chǎn)的R4289和R2650聚氨酯。

所述著色劑可為市售可得的任何常見的色素或染料。合適的著色劑的例子包括但不限于炭黑著色劑，如卡博特公司(Cabot Corp.，波士頓，馬薩諸塞州)生產(chǎn)的IJX 1996；品紅著色劑，如卡博特公司(Cabot Corp.，波士頓，馬薩諸塞州)生產(chǎn)的Cab-Q-Jet 465；青色著色劑，如卡博特公司(Cabot Corp.，波士頓，馬薩諸塞州)生產(chǎn)的Cab-O-Jet 450或者452；或者黃色著色劑，如卡博特公司(Cabot Corp.，波士頓，馬薩諸塞州)生產(chǎn)的Cab-O-Jet 470。

所述油墨組合物的總固體含量少于總重量的約15％。所述油墨組合物包含按固體計約2.0％至約7.5％的著色劑和約1.0％至約9.3％的聚氨酯。所述著色劑與聚氨酯的重量比可在約2:1和1:2之間。

本發(fā)明所述的油墨組合物還包含作為溶劑的水。所述組合物還可包含水溶性的有機(jī)化合物作為共溶劑。合適的水溶性或者混溶性的有機(jī)成分包括：甘油、聚縮水甘油和醇類，例如：甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇或叔丁醇；酰胺，如二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；羧酸；酯類，例如乙酸乙酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸丙酯和碳酸亞乙酯；醚類，例如2-丁氧基乙醇、四氫呋喃或二惡烷；二醇類，例如丙二醇和二甘醇；乙二醇酯；乙二醇醚，例如丙二醇甲醚，二丙二醇甲醚；酮類，例如丙酮、雙丙酮或甲基乙基酮；內(nèi)酰胺類，例如N-異丙基己內(nèi)酰胺或N-乙基戊內(nèi)酰胺、2-吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮；內(nèi)酯類，例如丁內(nèi)酯；有機(jī)硫化物；砜類，例如二甲基砜；有機(jī)亞砜類，如二甲基亞砜或四亞甲基亞砜；及其衍生物和混合物。附加材料可以向組合物添加其他性質(zhì)，包括充當(dāng)濕潤劑以防止油墨在打印頭中變干。

水與其它材料的相對量可以根據(jù)所需成品油墨的性質(zhì)而廣泛變化。通常，相對于其它材料，特別是濕潤劑，具有更多水的油墨將更快地干燥，因為水在干燥器中比其它組分更容易閃蒸。

在其他實施例中，所述油墨組合物可以含有高達(dá)2.5％重量的表面活性劑。所述表面活性劑可包括，例如：非離子表面活性劑，如泊洛沙姆、乙氧基化炔二醇或其它乙氧基化表面活性劑。任何類型的表面活性劑可用在油墨組合物中以賦予所需性能，包括陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑或其它類型的表面活性劑。另外，勻染劑也可以用作表面改性劑。

適用的乙氧基化炔二醇包括空氣產(chǎn)品(Air Products)提供的400系列表面活性劑：分別為420、440、465和485。所述由空氣產(chǎn)品(艾倫鎮(zhèn)，賓夕法尼亞州)提供的400系列表面活性劑是通過使不同量的環(huán)氧乙烷與2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇(Air Products’104)反應(yīng)制得，后者是一種在兩個對稱疏水基團(tuán)中間具有親水部分的非離子分子。

在進(jìn)一步的實施例中，所述油墨組合物還進(jìn)一步包含粘度調(diào)節(jié)化合物。這些化合物可用于進(jìn)一步控制墨水組合物的粘度，使得墨水從所選定的噴墨頭適當(dāng)?shù)胤峙?。合適的粘度調(diào)節(jié)劑包含丙烯酸共聚物以及疏水改性的丙烯酸共聚物等。合適的粘度調(diào)節(jié)劑包含從美國新澤西州東溫莎的海明斯特殊化學(xué)品公司(Elementis Specialties,Inc.)購買的Rheolate 125。

所述油墨組合物還可包含可選的組分，例如防腐劑，如Arch Biocides(喬治亞州，士麥那)生產(chǎn)的Proxel GXL；防卷劑；殺蟲劑；消泡劑；勻染劑；鹽；無機(jī)化合物；有機(jī)化合物；pH調(diào)節(jié)劑和/或其任意組合。

以下實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不應(yīng)解釋為以任何方式限制其范圍。

實施例1用于本發(fā)明的油墨組合物的制備如下：

30％體積的(4.50％固體)品紅色著色劑(COJ 465)

18％體積的(5.67％固體)聚氨酯(R4289)

0.1％體積的Proxel GXL

0.15％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 440)

1％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 465)

5％體積的四甘醇

30％體積的甘油

1％體積的三乙醇胺/乙酸鹽

14.75％體積的去離子水

實施例2第二種用于本發(fā)明的油墨組合物的制備如下：

30％體積的(4.50％固體)黃色著色劑(COJ 470)

15％體積的(4.73％固體)聚氨酯(R4289)

0.1％體積的Proxel GXL

0.1％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 440)

1％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 465)

5％體積的四甘醇

32％體積的甘油

1％體積的三乙醇胺/乙酸鹽

15.8％體積的去離子水

實施例3第三種用于本發(fā)明的油墨組合物的制備如下：

15％體積的(2.25％固體)青色著色劑(COJ 452)

15％體積的(4.73％固體)聚氨酯(R4289)

0.1％體積的Proxel GXL

0.1％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 440)

1％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 465)

4％體積的四甘醇

37％體積的甘油

1％體積的三乙醇胺/乙酸鹽

26.8％體積的去離子水

實施例4第四種用于本發(fā)明的油墨組合物的制備如下：

30％體積的(4.50％固體)炭黑(IJX 1996)

15％體積的(4.73％固體)聚氨酯(R2650)

0.1％體積的Proxel GXL

0.07％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 440)

0.85％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 465)

5％體積的四甘醇

29％體積的甘油

1％體積的三乙醇胺/乙酸鹽

18.98％體積的去離子水

實施例1-4的所有配方產(chǎn)生可接受的具有即時和長期耐用性的有價值的印刷油墨。

實施例5第五種用于本發(fā)明的油墨組合物的制備如下：

30％體積的(4.50％固體)炭黑(IJX 1996)

15％體積的(4.73％固體)聚氨酯(R2650)

0.1％體積的Proxel GXL

0.55％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 440)

0.1％體積的乙氧基化炔二醇(Surfynol 465)

5％體積的雙甘油(60％固體)

0.5％體積的改性丙烯酸共聚物(Rheolate 125)

22.5％體積的甘油

1％體積的三乙醇胺/乙酸鹽

1％體積的二甲基乙醇胺(10％固體)

21.4％體積的去離子水

實施例5的油墨在32℃下的粘度為5.48cP，25℃下的表面張力為35.8達(dá)因/cm，pH為9.24。

實施例5的配方產(chǎn)生可接受的具有即時和長期耐用性的有價值的印刷油墨。

通過使用摩擦試驗裝置測定油墨對紙基材的粘附性和油墨自身的內(nèi)聚性，摩擦試驗裝置在平行于油墨/紙結(jié)合表面的方向上對油墨表面施加一剪切磨料力(shearing abrasive weighted force)。本領(lǐng)域已知的這種摩擦試驗裝置的一個實例是摩擦掉色測定儀(Crockmeter，紐約，北托納旺達(dá)，泰伯工業(yè)(Taber Industries)，)。通過分別印刷單種顏色(即，青色、品紅色、黃色、黑色)和所列出的每一種顏色的組合顏色結(jié)合施加高達(dá)且包括400％的墨到表面上，提供用于分析的覆蓋率為100至400％TAC(總面積覆蓋)的印刷油墨樣品。使用通常用于高速噴墨印刷系統(tǒng)的紅外干燥系統(tǒng)依次干燥油墨。在印刷的30秒內(nèi)樣品試樣被從干燥的油墨/紙組合物上切割下來，并經(jīng)受預(yù)設(shè)循環(huán)摩擦數(shù)量的摩擦試驗應(yīng)力以及與在高速噴墨紙?zhí)幚碓O(shè)備上典型的等效力相關(guān)的力。研磨面通常是橡膠化的轉(zhuǎn)印帶的一部分，其通常用于高速噴墨印刷機(jī)紙張?zhí)幚硐到y(tǒng)的紙張轉(zhuǎn)印部分中。通過使用實際印刷油墨區(qū)域以及緊鄰打印區(qū)域的反射密度計測量來確定油墨粘附性和內(nèi)聚性的評價。使用未經(jīng)受摩擦試驗裝置方案的樣品測量偏差來評定噴墨油墨配方的耐用性改進(jìn)。

工業(yè)實用性

所引用的所有參考文獻(xiàn)，包括出版物、專利申請和專利都通過引用以相同的程度并入本文，如同每個參考文獻(xiàn)被單獨且具體地指出其通過引用并入本文并在本文中全部闡述。

除非本文中另有說明或顯然與上下文矛盾，在上下文中用于描述本發(fā)明(特別是在所附權(quán)利要求的上下文中)的術(shù)語“一”、“所述”等類似的說法應(yīng)理解為其包括單數(shù)和復(fù)數(shù)。除非本文中另有說明，否則本文中的值的范圍的詳述僅旨在用作單獨提及落入該范圍內(nèi)的每個單獨數(shù)值的速記方法，并且每個單獨的值被并入本說明書中，如同其在本文中單獨引用一樣。除非本文另有說明或上下文明顯矛盾，本文所述的所有方法可以以任何合適的順序進(jìn)行。除非另有聲明，本文提供的任何和所有實施例或示例性語言(例如，“諸如”)的使用僅旨在更好地說明本公開，而不對本公開的范圍構(gòu)成限制。說明書中的語言不能被解釋為：其表明任何未要求保護(hù)的元素對于本公開的實踐是必要的?？紤]到前面的描述，對本公開的許多修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。應(yīng)當(dāng)理解，所示出的實施例僅僅是示例性的，并且不應(yīng)被視為限制本公開的范圍。