用于噴墨油墨的二聚含氟表面活性劑的制作方法
【專利說明】用于噴墨油墨的二聚含氟表面活性劑
【背景技術(shù)】
[0001] 符號和其他圖形藝術(shù)應(yīng)用的數(shù)字噴墨印刷正日益取代絲網(wǎng)印刷和其他模擬印刷 技術(shù)。用于大幅面打印的數(shù)字油墨應(yīng)提供良好的圖像質(zhì)量、耐久性和持久性。雖然許多在 使用的油墨為溶劑基的，但近年來致力于用水基油墨取代有機溶劑基油墨。然而，許多介質(zhì) 基底為非多孔涂布紙或聚合物膜如乙烯基化合物，這對水基油墨提出了挑戰(zhàn)。
[0002] 更具體地，由于低介質(zhì)表面能和低孔隙率的結(jié)合，對水性油墨而言，非多孔介質(zhì)出 現(xiàn)潤濕和圖像質(zhì)量控制問題。在非多孔介質(zhì)上，液滴聚結(jié)和隨后的油墨流動導(dǎo)致圖像質(zhì)量 缺陷，例如顏色間洇色（intercolor bleeding)和斑點區(qū)域填充不均勾。以前已使用了各 種表面活性劑添加劑以便有效潤濕低表面能介質(zhì)并控制圖像質(zhì)量缺陷，例如顏色至顏色 (color-to-color)的洇色和區(qū)域填充斑點。使用這些添加劑試圖提供所需的潤濕性能以及 在高速熱打印頭或壓電式打印頭中運行良好。
[0003] 已使用的材料包括具有C8或更大全氟鏈的非離子含氟表面活性劑，但是由于管 理問題，這些材料日益被短鏈類似物所取代（C6或更低）。短鏈材料的一個缺點是噴墨打印 中更低的疏水性通常提供比傳統(tǒng)的長鏈全氟材料更差的潤濕和圖像質(zhì)量控制，并且這最終 限制了高速噴墨打印的生產(chǎn)量。因此，改善圖像質(zhì)量控制的具體添加劑和油墨配方的發(fā)展 將是本領(lǐng)域的進步。
【具體實施方式】
[0004] 已認識到，傳統(tǒng)的含氟表面活性劑可被非離子含氟表面活性劑二聚體取代，從而 提供優(yōu)異的洇色和聚結(jié)，同時保持良好的打印頭可操作性和油墨的膠體穩(wěn)定性。因此，本公 開涉及非離子表面活性劑（FS-OH)的改性，其中FS-OH是指具有羥基（0H)官能團的一般含 氟表面活性劑結(jié)構(gòu)（FS)。具體地，該FS-OH化合物可用雙官能團脂族或芳族異氰酸酯來修 飾，以使二聚加成化合物在并入噴墨油墨時使圖像質(zhì)量增強。下面的圖示提供了形成二聚 結(jié)構(gòu)的一般反應(yīng)：
[0005] FS-OH+0CN-R-NC0 - FS-C(0)NH-R-NHC(0)-FS
[0006] 其中，R為脂族或芳族基團。
[0007] 要注意的是，當討論本發(fā)明的組合物、油墨和方法時，這些論述的每一個可被考慮 應(yīng)用于這些實施方式的另一種，無論其是否明確在那個實施方式的上下文中討論。因此，例 如，在討論具有非離子含氟表面活性劑二聚體的噴墨油墨中的橋連基時，該橋連基也可用 于制造非離子含氟表面活性劑二聚體的方法中，反之亦然。
[0008] 本發(fā)明的二聚含氟表面活性劑提供了噴墨油墨制劑中的改善的圖像質(zhì)量，同時保 持了良好的打印頭可操作性和油墨的膠體穩(wěn)定性。
[0009] 本文描述的非離子含氟表面活性劑二聚體組合物和相關(guān)的方法可包括具有下面 結(jié)構(gòu)的非離子含氟表面活性劑二聚體：
[0010] cf3 (cf2)x (ch2) y (cr2cr2o)-k-(ocr2cr2) a (ch2) b (CF2)cCF3,
[0011] 其中，R獨立地為H或甲基，A為含有脂族或芳族官能團的橋連單元，X為3至18， y為0至8，z為0至100，a為0至100，b為0至8,并且c為3至18。在一個實例中，x和 c可獨立地為3至5, y和b可獨立地為0至4,并且z和a可獨立地為0至25。在一個方 面中，y和b以及z和a可為至少1。在另一個實例中，a+b+y+z為至少2。在一個方面中， x和c可相同，y和b可相同，和/或z和a可相同。在一個具體方面中，x和c可為5。在 一個實例中，含有脂族或芳族官能團的橋連單元可包含1至1〇〇個碳原子；即，C1至C100。 在一個方面中，含有脂族或芳族官能團的橋連單元可為C1至C50。
[0012] 通常，用來制備二聚加成化合物的單體起始材料為結(jié)構(gòu)為CF3(CF2)x(CH2) y (CR2CR20) ZH的非離子含氟表面活性劑，其中R獨立地為H或甲基，x為3至18, y為0至8， 并且z為0至100。
[0013] 這種單體起始材料包括非離子含氟表面活性劑，例如，但不限于，S550-100或 S550 (Chemguard)、S222N (Chemguard)、S559-100 或 S559 (Chemguard)、Capstone? FS-31 (DuPont?)、Capstone?FS-35 (DuPont?)、Capstone?FS-34 (DuPont?)、Capstone?FS-30 (Dupont?)、Capstone?FS-3100 (Dupont?)、Masurf? FS-2950 (Mason)、Masurf?FS-3240 (Mason)、Masurf?FS-2900 (Mason)、Masurf? FS-2825 (Mason)、Masurf?FS-1700 (Mason)、Masurf?FS-1800 (Mason)、和 Megaface 550 (DIC)或它們的混合物。起始材料可在與異氰酸醋橋連單元反應(yīng)之前被處理，以通過干 燥或其它本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法除去水和/或羥基溶劑。
[0014] 橋連基可源自于雙官能異氰酸酯，雖然可想到其它化學(xué)品。用于橋連基A的合適 的二異氰酸酯包括由式R(NC0)2表示的那些，其中R表示具有約120至400的分子量的有 機基團。在一個實例中，二異氰酸酯可包括其中R表示具有4至10個碳原子的二價脂族烴 基團、具有5至15個碳原子的二價環(huán)脂族烴基團、具有7至15個碳原子的二價芳基脂族烴 基團、或者具有6至15個碳原子的二價芳族烴基團的那些。
[0015] 合適的有機二異氰酸酯的實例包括1，4-四亞甲基二異氰酸酯、1，6-六亞甲基 二異氰酸酯、2, 2, 4-三甲基-1，6-六亞甲基二異氰酸酯、1，12-十二亞甲基二異氰酸酯、 環(huán)己烷-1，3-和-1，4-二異氰酸酯、1-異氰酸酯基-2-異氰酸酯基甲基環(huán)戊烷、1-異氰 酸酯基-3-異氰酸酯基甲基_3, 5, 5-三甲基-環(huán)己烷（異佛爾酮二異氰酸酯或IPDI)、 二_(4_異-氰酸酯基環(huán)己基）_甲烷、2,4'-二環(huán)己基-甲烷二異氰酸酯、1，3-和 1，4-二-(異氰酸酯基甲基）-環(huán)己烷、二-(4-異氰酸酯基-3-甲基-環(huán)己基）-甲烷、 a，a，a'，a'-四甲基-1,3-和/或-1,4-亞二甲苯基二異氰酸酯、1-異氰酸酯 基-1-甲基-4 (3)-異氰酸酯基甲基環(huán)己烷、2, 4-和/或2, 6-六氫甲代亞苯基二異氰酸酯、 1，3-和/或1，4-亞苯基二異氰酸酯、2, 4-和/或2, 6-甲代亞苯基二異氰酸酯、2, 4-和/ 或4, 4'-二苯基-甲烷二異氰酸酯、1，5-二異氰酸酯基萘和它們的混合物。
[0016] 由非離子含氟表面活性劑單體（B)和二聚異氰酸酯衍生的橋連基（A)制備的二聚 加成化合物可包括下面的單體（一種或多種）和橋連基（一種或多種）的同質(zhì)和異質(zhì)的組 合或者單體和二聚體的共混物或由其組成：
[0017] i)具有單橋連基的二聚體：BAB;
[0018] ii)具有多種橋連基的二聚體的共混物：BAB+BA'B，其中A'為不同于A的橋連基；
[0019] iii)具有多種單體基團的雜二聚體：BAB'，其中B'為不同于B的單體；和
[0020] iv)單體和二聚體的共混物，包括i-iii中的組合的混合物：B+BAB (或B' +BAB)。
[0021] 本公開還涉及二聚含氟表面活性劑在噴墨油墨制劑中的用途。鑒于以上，噴墨油 墨可包括液體載劑；如本文公開的非離子含氟表面活性劑，包括上面i-iv中定義的類型的 單體/二聚體共混物；和著色劑。
[0022] 雖然以任意特定組合物存在的含氟表面活性劑單體/二聚體共混物的量可改變， 但在一個實例中，非離子含氟表面活性劑二聚體可以0.0 lwt %至5wt %的濃度存在于噴墨 油墨中，并且單體含氟表面活性劑可以〇wt%至4. 99wt%的濃度存在，其中，單體+二聚體 的總量為〇. Olwt%至5wt%。在一個方面中，非離子含氟表面活性劑二聚體和單體的組合 可以0.0 lwt%至2. 5wt%的濃度存在于噴墨油墨中。
[0023] 如本文所用，"液體載劑"或"油墨載劑"是指其中放置有含氟表面活性劑二聚體以 形成油墨的液體流體。在一個實例中，油墨也可包括著色劑。油墨載劑在本領(lǐng)域中是熟知 的，各種油墨載劑可用于本發(fā)明的系統(tǒng)和方法。這些油墨載劑可包括各種不同試劑的混合 物，包括表面活性劑、溶劑、共溶劑、抗結(jié)垢劑、緩沖劑、抗微生物劑、掩蔽劑、粘度調(diào)節(jié)劑、表 面活性試劑、水等。盡管不是液體載劑本身的一部分，但除了著色劑，液體載劑可攜帶固體 添加劑如聚合物、膠乳、UV可固化材料、增塑劑等。另外，術(shù)語"水性液體載劑"或"水性載 劑"是指包括水作為溶劑的液體載劑。一方面，水可構(gòu)成液體載劑的大部分。
[0024] 通常本文論述的著色劑可包括染料和/或顏料。如本文所用，"染料"是指賦予油 墨載劑色彩的化合物或分子。因此，染料包括吸收電磁輻射或其某些波長的分子和化合物。 例如，染料包括發(fā)熒光的那些和吸收某些可見光的波長的那些。一