專利名稱：利用非特異離子、pH和膠體作用防黑色－彩色滲色的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于印刷機(jī)例如Hewlett-Packard’s Desk Jet印刷機(jī)的熱噴墨印刷的油墨組成。
熱噴墨印刷機(jī)提供低成本、高質(zhì)量和較之一般用于計(jì)算機(jī)的其它類型的印刷機(jī)無噪音的選擇。這類印刷機(jī)在帶有供由增壓室引入的油墨的出口的噴混室(chamber)中使用電阻元件。該增壓室與供貯存油墨的儲(chǔ)槽相連。大多數(shù)的這類電阻元件以特有的方式稱為基元(primitive)布置在打印頭內(nèi)。使該電阻元件與漏板(nozzleplate)中的噴嘴相聯(lián)系，經(jīng)噴嘴使油墨噴在打印介質(zhì)上。打印頭和儲(chǔ)槽的整體組件包括噴墨筆。
在運(yùn)行當(dāng)中，使每個(gè)電阻元件經(jīng)導(dǎo)電記錄器(conductive trace)與微信息處理機(jī)相連，在微處理機(jī)中，攜帶的電流信號(hào)使一個(gè)或多個(gè)選擇的元件加熱。該加熱過程使在噴混室中的油墨產(chǎn)生氣泡，使油墨經(jīng)噴嘴噴射到打印介質(zhì)上。同樣，以特定順序，在一定基元當(dāng)中，加熱許多這樣的電阻元件，形成字母數(shù)字字符，完成區(qū)域填充(area-fills)并提供其它在介質(zhì)上的打印功能。
用于熱噴墨印刷的噴墨油墨一般包括色料和載體，該載體一般含有水和其它相對低表面張力的液體。
噴嘴(一般50mm直徑)的緊密度容限要求所述油墨不堵塞噴嘴。此外，反復(fù)加熱電阻元件(就油墨筒的使用壽命而言，它們必須耐受約一千萬次加熱)能產(chǎn)生電阻元件上的污垢。最后，所述油墨組成必須能與打印介質(zhì)尤其紙相互作用，滲入紙中，而不過分散開，及該油墨組成應(yīng)該在紙上耐涂抹和耐水。
在市售熱噴墨彩色印刷機(jī)例如可從Hewlett-Packard公司購買的DeskJet印刷機(jī)中，通過按不同比例混合黃色、品紅色和深蘭色油墨，獲得色譜?；旌弦惶撞噬湍玫降纳V稱為該成套油墨的全色域(color gamut)。該全色域總是遜于理論上應(yīng)達(dá)到的色譜。
達(dá)不到理論上應(yīng)達(dá)到色譜的一個(gè)原因是某種油墨出現(xiàn)在打印介質(zhì)上時(shí)，其強(qiáng)度不能有效地提高到高于某一特定的水平。因?yàn)槔碚撋V需要特定色料具有比能傳給該打印介質(zhì)更高的強(qiáng)度，所以，理論色譜中各種彩色不能產(chǎn)生出來。增加所述色料的光密度可以增加可達(dá)到的特定彩色的強(qiáng)度，它導(dǎo)致更大的全色域。當(dāng)出現(xiàn)在打印介質(zhì)上時(shí)，色料的光密度取決于一些因素，包括該色料在油墨中的濃度和可以傳遞到該介質(zhì)上的油墨體積。在油墨中該色料的濃度一般不能任意提高以便增加在紙張上的強(qiáng)度而不損失所述油墨制劑的其它重要性能。
使全色域降低的另一原因是所述色料的一部分滲入打印介質(zhì)中，尤其當(dāng)該介質(zhì)為紙時(shí)更是如此。當(dāng)該現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，在打印區(qū)域內(nèi)色料的視在強(qiáng)度低于根據(jù)供給打印介質(zhì)表面色料用量所能預(yù)期的強(qiáng)度。緩解該問題的方法是確保該色料能保留在紙張表面上或換言之，控制該色料滲入紙張纖維中。
具有上述一種或多種性能的油墨是公知的。然而，具有上述所有性能的油墨組成幾乎還沒有，因?yàn)樵谝环N性能方面的改進(jìn)常常導(dǎo)致另一種性能的降低。因而，市場上使用的油墨代表一種折衷辦法，即試圖得到能至少適當(dāng)體現(xiàn)上述每一種性能的油墨。
近年來，由于使用彩色噴墨印刷機(jī)的不斷增加，已經(jīng)進(jìn)行了減輕不同色彩油墨間滲色的研究。已經(jīng)采用許多方法，包括(1)加鹽，(2)加有機(jī)酸，及(3)微乳狀液油墨。這類方法使用大分子發(fā)色團(tuán)(MMCs)(它們是離子型色料)作為色料。所述離子型色料包括水不溶性顏料，其表面被處理以在其上用離子官能團(tuán)(酸性的或堿性的)替換。該處理使大分子顏料顆粒產(chǎn)生水溶性。這類處理后的顆粒被稱為大分子發(fā)色團(tuán)(MMCs)。
加鹽導(dǎo)致鹽析作用，其依據(jù)為加鹽例如氯化鈉到溶液中，顯著增加所述溶液的化學(xué)勢，主要是離子強(qiáng)度。當(dāng)具有高電荷的顆粒例如大分子發(fā)色團(tuán)(MMCs)在具有較高離子強(qiáng)度的不同溶液的界面接觸時(shí)(例如，MMC在一種低離子強(qiáng)度溶液和另一種高離子強(qiáng)度溶液中)，然后，發(fā)生鹽析作用，它使MMCs迅速絮凝。此時(shí)，MMCs在溶液中沉淀，從而防止?jié)B透入相鄰區(qū)域。
加入有機(jī)酸產(chǎn)生有限的溶解效應(yīng)，其依據(jù)為當(dāng)有機(jī)酸以合適的量在彩色油墨中出現(xiàn)時(shí)，該有機(jī)酸主要提高pH和溶液的離子強(qiáng)度。在所述界面接觸的過程中，將陰離子MMCs轉(zhuǎn)變?yōu)槠溆坞x酸，認(rèn)為它們的水溶性小于其離子形式，特別在羧酸鹽化的MMCs情況下更是如此。這類MMCs迅速自溶液中沉淀，從而減輕滲透進(jìn)入相鄰區(qū)域。
其中MMCs與兩親物和表面活性劑有關(guān)的微乳狀液油墨公開于美國專利5106416(授權(quán)予John R. Moffatt等人)，美國專利5116409(授權(quán)予John R.Moffatt)(在此，所述MMCs為水溶性染料)以及美國專利5531816(授權(quán)予Palitha Wickramanayake)(在此，所述MMCs為水不溶性顏料)。
繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)已經(jīng)改善其性能的油墨組成的研究，例如低滲透性、高邊緣敏銳度、高光密度、快速干燥時(shí)間、良好的耐水性和良好的耐涂抹性，而不犧牲其它必需性質(zhì)的性能。
根據(jù)本發(fā)明，提供用于噴墨印刷的噴墨油墨系列，其中通過使用黑色微乳狀液基的噴墨油墨連同無論是染料基或是顏料基的彩色油墨(與所述黑色油墨相比它們增加了離子強(qiáng)度)，改善了油墨的滲色、邊緣敏銳度、光密度、干燥時(shí)間、耐水性和耐涂抹性。
在所述彩色油墨和黑色改性的顏料基油墨之間的相互作用提高了印刷質(zhì)量，降低了暈圈效應(yīng)并控制了滲透。當(dāng)具有包括表面張力的不同化學(xué)勢的兩種油墨彼此相鄰被印刷時(shí)，出現(xiàn)所述暈圈效應(yīng)。在所述兩種油墨的界面，有明顯的光密度的消耗，導(dǎo)致出現(xiàn)“暈圈”。本發(fā)明減輕這種暈圈效應(yīng)。
適用于本發(fā)明的實(shí)施的色料包括所有化學(xué)改性的水溶性顏料。化學(xué)改性方法不同于常規(guī)的顏料分散體，它們要求助溶添加劑例如兩親聚合物和同類的表面活性劑以使水不溶性色料溶解。在含水溶液中，所述化學(xué)改性的發(fā)色團(tuán)具有優(yōu)越的水溶性而不需要使用助溶添加劑例如兩親聚合物和表面活性劑。印刷到印刷介質(zhì)上的由這類水溶性發(fā)色團(tuán)制備的黑色油墨顯示與一般在Laser Jet調(diào)色劑和油墨中發(fā)現(xiàn)的同樣高的黑色光密度。
本發(fā)明的黑色噴墨油墨包括(a)含有基本為水不溶性的有機(jī)油、至少一種第一有機(jī)助溶劑、至少一種第一兩親物和可選高分子量的膠體的載體；(b)通過水不溶性的有機(jī)發(fā)色團(tuán)(顏料)的化學(xué)改性制備的基本水溶性的色料；和(c)水。以上所有成分以微乳狀液存在于所述油墨組成中，該微乳狀液賦予該油墨組成改善的性質(zhì)。
所述彩色噴墨油墨包括(a)含有0-約50％(重量)的至少一種第二有機(jī)助溶劑和0-約40％(重量)的至少一種第二兩親物的第二載體；(b)約0.5-20％(重量)的至少一種非黑色色料(深藍(lán)、黃、品紅)，主要包括染料、顏料或MMC；(c)用于增加所述彩色油墨的離子強(qiáng)度的試劑例如無機(jī)鹽或有機(jī)鹽；和(d)余量水。
此外，也根據(jù)本發(fā)明，提供使用所公開的油墨和利用該油墨性質(zhì)的噴墨印刷的方法。
根據(jù)定義，標(biāo)準(zhǔn)的微乳狀液由溶液中溶脹的膠束組成。在本發(fā)明中，微乳狀液定義為由油(基本為水不溶性有機(jī)化合物)、兩親物/表面活性劑、有機(jī)助溶劑和水組成的穩(wěn)定的、各向同性的溶液。無論所述膠束的一致性，它們必須以足夠高的濃度存在，以便形成所需物理結(jié)構(gòu)的微乳狀液。一般而言，該最低微乳狀液濃度稱為臨界微乳狀液濃度(cmc)。如果溶液中膠束的濃度低于該cmc，不能形成微乳狀液。不同意任何特定的理論，推測水溶性的發(fā)色團(tuán)或色料溶解在這些微乳狀液的水相中。
在基于水溶性染料的油墨中，已表明通過在油墨組成中使用合適的兩親物和表面活性劑控制色與色的滲透(例如見美國專利5106416和5116409)。染料與膠束(micelluar)和微乳狀液的相互作用極大地降低了橫向遷移，否則，該橫向遷移導(dǎo)致顏色界面的混合色滲。這種相互作用通過加入高分子量的膠體被進(jìn)一步改善(見美國專利5133803)。
通過使用其中一些成員包括含有以增加油墨的離子強(qiáng)度的無機(jī)鹽或有機(jī)酸的油墨和另一些成員含有溶于低離子強(qiáng)度含水介質(zhì)中的化學(xué)改性的顏料(MMCs)的油墨系列，通過析出MMCs可以達(dá)到減輕滲透的作用。此外，所述MMCs不能再滲透入所述介質(zhì)中，從而導(dǎo)致改善的顏色密度和邊緣敏銳度。而典型的實(shí)施方案將包括使用MMC基的黑色油墨和染料基的彩色油墨，下面的導(dǎo)致絮凝的過程不限于使用黑色改性顏料基油墨和具有彩色染料基油墨的油墨系列。同樣，本發(fā)明包括所有包含由任何化學(xué)改性的顏料制備的油墨和由任何染料制備的油墨的油墨系列。
在本發(fā)明中公開的油墨系列中染料基成分計(jì)劃包括任何用任何含水染料制備的油墨，也包含加入的無機(jī)鹽或聚電解質(zhì)分子(即含有許多電荷中心的單個(gè)分子)。它包括用于Deskjet500、600和800系列印刷機(jī)的彩色油墨。含水染料基油墨對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是眾所周知的并且在其它許多專利中被充分公開。為此，以下包括的討論內(nèi)容集中于由化學(xué)改性顏料制備的油墨。
在此，除非另外注明，所有濃度均用重量百分比表示。所有成分的純度為在一般的工業(yè)生產(chǎn)中用于噴墨油墨的純度。MMC基黑色油墨用于本發(fā)明的實(shí)施中的黑色顏料基油墨的一般組成包括油[約0.1-50％(重量)]、助溶劑
、色料[約0.5-20％(重量)]、兩親物
、高分子量膠體
和水。所述油墨必須至少包含油、色料、兩親物或表面活性劑、助溶劑和水。
在本發(fā)明的實(shí)施中，可以使用任何與油墨中的所有其它成分相容的基本為水不溶性的有機(jī)溶劑作為油。有用的油的類型包括(但不限于)乙二醇醚、苯基醚、聚(乙二醇)醚、烷基醚、芳基醚、烷基芳基醚、烷基酯、芳基酯、聚(乙二醇)酯、烷基苯基聚環(huán)氧乙烷、脂肪族聚環(huán)氧乙烷(POE)(TERGITOLs和BRIJs分別自Union Carbide和ICIAmerica得到)，水不溶性乙炔聚環(huán)氧乙烷(不溶性的SURFYNOLS，自Air Products & Chemicals，Inc.得到)、聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物(PLURONICS，自BASF得到)、POE酯、POE二酯、POE胺、POE酰胺和二甲聚硅氧烷共聚醇。所述BRIJs、TRITONs、TERGITOLs、PLURONICs和SURFYNOLs在美國專利5106416中充分公開。如以下將討論的，許多這類的油包括在本發(fā)明的實(shí)施中也用作表面活性劑的分子。在用作油分子的實(shí)例與用作表面活性劑或兩親物分子實(shí)例之間的主要差異在于所述表面活性劑(或兩親物)分子一般具有較長的碳鏈并比所述油的水溶性要大。此外，在沒有其它助表面活性劑存在下，兩親物或表面活性劑的水溶性要更大，從而被優(yōu)選。優(yōu)選用于本發(fā)明的實(shí)施中的基本為水不溶性的有機(jī)油的特定實(shí)例包括(但不限于)乙二醇苯基醚(EPH)和丙二醇苯基醚(PPH)。最優(yōu)選的油為EPH。所述油的濃度可以在約0.1-50％(重量)的范圍內(nèi)，優(yōu)選2.5％(重量)。所述油在水中的溶解度必須低于約3.0％(EPH在水中的最大的溶解度)。
可以使用助溶劑作為單獨(dú)成分或代替所述兩親物/表面活性劑。這意味著在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述膠束可以含有助溶劑分子。用于本發(fā)明的實(shí)施中的化合物類型包括(但不限于)脂肪族醇、芳族醇、二醇、乙二醇醚、聚(乙二醇)醚、己內(nèi)酰胺、甲酰胺、乙酰胺和長鏈醇。用于本發(fā)明的實(shí)施中的化合物實(shí)例包括(但不限于)30個(gè)碳原子或以下的一級脂肪族醇、30個(gè)碳原子或以下的一級芳族醇、30個(gè)碳原子或以下的二級脂肪族醇、30個(gè)碳原子或以下的二級芳族醇、30個(gè)碳原子或以下的1，2-二醇、30個(gè)碳原子或以下的1，3-二醇、30個(gè)碳原子或以下的1，ω-二醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚(乙二醇)烷基醚、聚(乙二醇)烷基醚的更高級的同系物、聚(丙二醇)烷基醚、聚(丙二醇)烷基醚的更高級的同系物、N-烷基己內(nèi)酰胺、未取代的己內(nèi)酰胺、取代的甲酰胺、未取代的甲酰胺、取代的乙酰胺和未取代的乙酰胺。優(yōu)選用在本發(fā)明的實(shí)施中的助溶劑的特定實(shí)例包括(但不限于)1，5-戊二醇、2-吡咯烷酮、2-乙基-2-羥甲基-1，3-丙二醇、二甘醇、3-甲氧基-丁醇和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。所述助溶劑的濃度可以在0-約50％(重量)的范圍內(nèi)，優(yōu)選約0.1-15％(重量)。
為方便起見，將表面活性劑的實(shí)例分成兩類(1)非離子和兩性類及(2)離子類。前一類型包括TERGITOLs；TRITONs(它們?yōu)榈米訳nion Carbide的烷基苯基環(huán)氧乙烷表面活性劑)；BRIJs；PLURONICs；SURFYNOLs；POE酯；POE二酯；POE胺；質(zhì)子化POE胺；POE酰胺和二聚硅氧烷共聚物。離子型表面活性劑例如取代的氧化胺用于本發(fā)明的實(shí)施。美國專利5106416充分公開了以上所列的大部分的表面活性劑。與離子型表面活性劑比較更優(yōu)選非離子型的兩親物/表面活性劑。優(yōu)選用于本發(fā)明實(shí)施中的兩親物/表面活性劑的特定實(shí)例包括(但不限于)異-十六烷基環(huán)氧乙烷20(以ARL ASOLVE 200自ICI America獲得)、SURFYNOL CT-111和TERGITOL 15-S-7。所述兩親物/表面活性劑的濃度可以在0-約40％(重量)的范圍內(nèi)，優(yōu)選2.5％(重量)。
適合用于本發(fā)明實(shí)施的色料包括所有化學(xué)改性的水溶性顏料。下面緊接著討論黑色顏料，同時(shí)下面討論與所述彩色油墨有關(guān)的彩色顏料。所述化學(xué)改性賦予顏料顆粒水溶性。所述水不溶性前體包括所有的有機(jī)顏料。在一般的化學(xué)過程中，所形成的表面包括羧酸鹽和/或磺酸鹽官能團(tuán)作為陰離子發(fā)色團(tuán)，以及銨離子或鏻離子官能團(tuán)作為陽離子發(fā)色團(tuán)。根據(jù)所選擇的過程，所述發(fā)色團(tuán)在性質(zhì)上可以是陰離子或陽離子。例如，酸官能度例如磺酸官能作用產(chǎn)生于發(fā)煙硫酸的徹底磺化作用，而羧酸基團(tuán)產(chǎn)生于化學(xué)或者催化氧化反應(yīng)。相反，含有銨離子的堿性發(fā)色團(tuán)產(chǎn)生于還原酰胺化反應(yīng)。
這些水溶性黑色發(fā)色團(tuán)在市場上可以從色料生產(chǎn)商例如CabotCorp.和Orient Chemical處買到。許多顏料用在本發(fā)明的實(shí)施過程中。下列顏料用在本發(fā)明的實(shí)施當(dāng)中，然而，所列出的顏料不是對本發(fā)明的限制。下列顏料可從Cabot得到Monarch1400、Monarch1300、Monarch1100、Monarch1000、Monarch900、Monarch880、Monarch800和Monarch700。下列顏料可從Columbian得到Raven7000、Raven5750、Raven5250、Raven5000和Raven3500。下列顏料可從Degussa得到Color BlackFW200、Color Black FW2、Color Black FW2V、Color Black FW1、Color Black FW18、Color Black S160、Color Black S170、SpecialBlack6、Special Black5、Special Black4A、Special Black4、PrintexU、PrintexV、Printex140U和Printex140V。下列顏料可從DuPont得到TipureR-101。
就陰離子發(fā)色團(tuán)而言，其相反離子包括所有堿金屬離子和堿土金屬離子、未取代的銨離子和取代的銨離子。就陽離子發(fā)色團(tuán)而言，相反離子包括所有的鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、磺酸鹽、羧酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硼酸鹽、四硼酸鹽、四氟硼酸鹽、甲磺酸鹽、甲苯磺酸鹽、亞磷酸鹽、膦酸鹽、六氟膦酸鹽、高氯酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽和硅酸鹽離子。
優(yōu)選的顏料為平均粒徑在約5-12000nm范圍內(nèi)的化學(xué)處理炭黑顆粒。這類色料產(chǎn)生于化學(xué)反應(yīng)，其中產(chǎn)生容易進(jìn)入溶劑的官能團(tuán)，以提供增溶基，它們使所述色料溶于水。如此形成的大分子發(fā)色團(tuán)(MMC)具有類似于公知的和市場上所使用的水溶酸性和堿性染料的水中溶解度。
為改善光密度，可任選將0-約3％(重量)的一種天然或合成來源的高分子量的膠體加入所述油墨組成中。加入高分子量的膠體改善了印刷質(zhì)量。用在本發(fā)明實(shí)施中的高分子量膠體的實(shí)例包括(但不限于)藻酸鹽、甘露糖醛酸、carageenan、瓜耳樹膠、黃原膠、葡聚糖、甲殼質(zhì)、脫乙酰殼多糖、羧甲基纖維素、硝基甲基纖維素和它們的所有衍生物。這些膠體在美國專利5133803中公開。優(yōu)選用在本發(fā)明實(shí)施中的高分子量膠體包括(但不限于)低粘度的藻酸鈉。在本發(fā)明油墨中高分子量組分膠體的優(yōu)選濃度為約0.25％(重量)。
優(yōu)選的油墨組成包括油、表面活性劑、助溶劑和改性顏料。優(yōu)選的油為EPH或PPH，含量低于5％(重量)。所述表面活性劑為BRIJ、PLURONIC或TERGITOL，含量為約0.1-3％(重量)。所述助溶劑為1，5-戊二醇、二甘醇和2-吡咯烷酮的混合物，所述混合物占總組成的約5-20％(重量)。所述改性顏料為MMC，含量為約3-10％(重量)。將所述成分混合并機(jī)械攪拌或使用低功率聲處理乳化。任何混合方法之一形成穩(wěn)定的微乳狀液均為眾所周知的。
與本發(fā)明的要求一致，在所述油墨中可以使用各種類型的添加劑，以使所述油墨組成的性質(zhì)最適合特定的用途。例如，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的生物殺傷劑可用于所述油墨組成中，以抑制微生物的生長，可以包含螯合劑例如EDTA以除去具有害作用的重金屬雜質(zhì)，及可以使用緩沖液以控制油墨的pH。也可以加入其它已知的添加劑例如粘度改性劑和其它丙烯酸或非丙烯酸聚合物，以根據(jù)需要改善所述油墨組成的各種性質(zhì)。彩色油墨用在本發(fā)明的噴墨油墨系列中的彩色(非黑色)油墨(一般為深藍(lán)、黃和品紅)可以含有用于噴墨印刷中的任何眾所周知的水溶性染料和顏料。根據(jù)是否使用水溶性染料或顏料來使用載體。
水溶性染料的實(shí)例包括磺酸鹽和羧酸鹽染料。這些是眾所周知的，在其它專利包括美國專利5342439和4963189中已經(jīng)深入討論。
下列顏料用于本發(fā)明的實(shí)施中，然而，所列出的顏料不是對本發(fā)明的限制。下列顏料可從BASF得到PaliogenOrange、HeliogenBlue L6901F、HeliogenBlue NBD7010、HeliogenBlue K7090、HeliogenBlue L7101F、PaliogenBlue L6470、HeliogenGreen K8683和HeliogenGreen L9140。下列顏料可從Giba-Geigy得到ChromophtalYellow3G、ChromophtalYellow GR、ChromophtalYellow8G、lgrazinYellow5GT、lgraliteRubine4BL、MonastralMagenta、MonastralScarlet、MonastralVioletR、MonastralRed B和MonastralViolet MaroonB。下列顏料可從Heubach得到DalamarYellow YT-858-D和HeucophthalBlueGXBT-583D。下列顏料可從Hoechst得到Permanent YellowGR、Permanent YellowG、Permanent YellowDHG、Permanent YellowNCG-71、Permanent YellowGG、Hansa YellowRA、Hansa BrilliantYellow5GX-02、Hansa Yellow-X、NovopermYellowHR、NovopermYellowFGL、Hansa Brilliant Yeliow10GX、PermanentYellowG3R-01、HostapermYellowH4G、HostapermYellowH3G、HostapermOrangeGR、HostapermScarletGO和PermanentRubineF6B。下列顏料可從Mobay得到QuindoMagenta、IndofastBrillant Scarlet、QuindoRed R6700、QuindoRed R6713和IndofastViolet。下列顏料可從Sun Chem得到L74-1357 Yellow、L75-1331 Yellow和L75-2577 Yellow。
當(dāng)使用黑色顏料基油墨時(shí)，可以形成相當(dāng)穩(wěn)定的低離子強(qiáng)度微乳狀液(例如非離子)MMC基的彩色油墨。如在美國專利5106416和5116409中所述，通過色料-膠束間的相互作用達(dá)到減輕滲透的作用，而不通過絮凝機(jī)理。
如同黑色顏料一樣，所述顏料為化學(xué)改性的，并可以為陽離子或陰離子。所用的相反離子選自以上黑色顏料所給出的相同基團(tuán)。
在所述彩色油墨中使用水溶性染料的情況下，其載體在以上給出的濃度范圍含有至少一種選自以上所列的助溶劑。所述載體也可以在以上給出的濃度范圍內(nèi)含有一種或多種兩親物，無論是陽離子、陰離子還是非離子。
所述載體也可以在以上給出的濃度范圍內(nèi)含有至少一種選自以上所列的助溶劑。所述載體也可以在以上給出的濃度范圍內(nèi)含有一種或多種選自以上所列的兩親物。
如同上述，與本發(fā)明的要求一致，在所述油墨中可以使用各種類型的添加劑，以使所述油墨組成的性質(zhì)最適合特定的用途。例如，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的生物殺傷劑可用于所述油墨組成中，以抑制微生物的生長，可以包含螯合劑例如EDTA以除去具有害作用的重金屬雜質(zhì)，及可以使用緩沖液以控制油墨的pH。也可以加入其它已知的添加劑例如粘度改性劑和其它丙烯酸或非丙烯酸聚合物，以根據(jù)需要改善所述油墨組成的各種性質(zhì)。
為了達(dá)到為減輕滲透所需要的絮凝作用，于是必須增加所述彩色油墨的離子強(qiáng)度。這可以通過將簡單鹽或有機(jī)酸加入任何或所有的彩色油墨組成中來完成。
相對所述黑色油墨的離子強(qiáng)度，將所述彩色油墨的離子強(qiáng)度增加至少約20％，優(yōu)選至少約30％，最優(yōu)選至少約50％。其上限可以達(dá)到百分之幾百并且只受到這類鹽或有機(jī)酸可能具有的對記錄筆材料或所述油墨的噴射性質(zhì)的任何不利作用的限制?？梢酝ㄟ^例如電導(dǎo)率的測定完成離子強(qiáng)度的測定，并不認(rèn)為是構(gòu)成不適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)過程。
簡單的鹽包括一價(jià)和多價(jià)的氯化物、氟化物、溴化物、硝酸鹽和堿金屬和堿土金屬的甲苯磺酸鹽。鹽的實(shí)例包括NaCl、CsCl、LiCl、KCl、MgCl2、CaCl2、Ca(NO3)2和Mg(NO3)2。所述鹽的用量在基于所述彩色油墨總組成的約0.5-10％(重量)的范圍內(nèi)。
可以替換使用簡單的有機(jī)酸、單和多官能酸及羥基酸。酸的實(shí)例包括乙酸、檸檬酸、羥基乙酸、琥珀酸、己二酸、酒石酸、聚磺酸、聚乙烯基磺酸和4-嗎啉乙磺酸(MES，常用作噴墨油墨中的緩沖液)。所述酸的用量為足以調(diào)節(jié)所述彩色油墨的pH到低于5的用量。
除了膠體減輕滲透方法(在黑色和彩色油墨中使用表面活性劑)以外，通過利用所述彩色油墨的離子作用獲得在減輕滲透方面其它的改善。這可以通過加入鹽或有機(jī)酸來完成。加入鹽例如氯化鈉只影響所述溶液的離子強(qiáng)度，不影響所述溶液的pH。另一方面，有機(jī)酸既影響所述溶液的pH，又影響離子強(qiáng)度。這兩種途徑均產(chǎn)生對MMC基黑色油墨絮凝的相同作用。因此，用術(shù)語“非特異離子、pH和膠體的作用”來描述該結(jié)果。
印刷根據(jù)以上所述化學(xué)改性、顏料基黑色油墨方法制備的彩色油墨導(dǎo)致所述顏料的絮凝，它使所述色料自所述黑色油墨的溶液中析出并阻止所述黑色油墨滲透進(jìn)入所述彩色油墨中。工業(yè)上的應(yīng)用期待本發(fā)明的噴墨油墨系列用在熱噴墨印刷中，尤其希望具有在此所公開的改善的油墨性能例如高邊緣敏銳度、高光密度、快速干燥時(shí)間、低滲透性、耐水性和耐涂抹性。
從而，已經(jīng)公開用于熱噴墨油墨印刷的噴墨油墨系列，它包括(a)包含載體、水溶性化學(xué)改性的發(fā)色團(tuán)和水的微乳狀液黑色油墨及(b)包含非黑色發(fā)色團(tuán)的水溶液以及相對于所述黑色油墨增加所述非黑色油墨的離子強(qiáng)度的試劑的非黑色油墨。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見，可以做出明顯性質(zhì)上的各種變化和改動(dòng)，所有這類變化和改動(dòng)被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于噴墨印刷機(jī)的含有至少兩種油墨的噴墨油墨系列(a)黑色、大分子發(fā)色團(tuán)基油墨包括(i)第一種載體包含(1)約0.1-50％(重量)的至少一種基本為水不溶性的有機(jī)油，(2)約0-約50％(重量)的至少一種第一有機(jī)助溶劑，(3)0-約40％(重量)的至少一種第一兩親物，和(4)0-約3％(重量)的至少一種高分子量膠體；(ii)約0.5-20％(重量)的主要由來自化學(xué)處理黑色顏料的水溶性、黑色大分子發(fā)色團(tuán)所組成的至少一種黑色色料；和(iii)余量水；其中所述第一種油墨以所述成分的微乳狀液存在，和(b)至少一種第二、非黑色油墨含有(i)含有0-約50％(重量)的至少一種第二有機(jī)助溶劑和0-約40％(重量)的至少一種第二兩親物的第二載體；(ii)約0.5-20％(重量)的至少一種非黑色色料主要包括水溶性彩色染料或化學(xué)改性的、水溶性彩色顏料；(iii)用于增加所述非黑色油墨的離子強(qiáng)度的試劑；和(iv)余量水。
2.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，它包括一種黑色、大分子發(fā)色團(tuán)基油墨和三種非黑色油墨深藍(lán)色、黃色和品紅色。
3.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述色料(黑色或非黑色)為(a)陰離子及選自堿金屬離子、堿土金屬離子、取代的銨離子和未取代的銨離子的相反離子，或(b)陽離子及選自鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、磺酸鹽、羧酸鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硼酸鹽、四硼酸鹽、四氟硼酸鹽、甲磺酸鹽、甲苯磺酸鹽、亞磷酸鹽、膦酸鹽、六氟膦酸鹽、高氯酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽和硅酸鹽離子的相反離子。
4.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述有機(jī)油包括至少一種選自乙二醇醚、苯基醚、聚(乙二醇)醚、烷基醚、芳基醚、烷基芳基醚、烷基酯、芳基酯、聚(乙二醇)酯、烷基苯基聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧乙烷、水不溶性乙炔聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物、聚環(huán)氧乙烷酯、聚環(huán)氧乙烷二酯、聚環(huán)氧乙烷胺、聚環(huán)氧乙烷酰胺和二甲聚硅氧烷共聚醇的化合物。
5.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述第一有機(jī)助溶劑和所述第二有機(jī)助溶劑各自獨(dú)立包括至少一種選自脂肪族醇、芳族醇、二醇、乙二醇醚、聚(乙二醇)醚、己內(nèi)酰胺、甲酰胺、乙酰胺和長鏈醇的化合物。
6.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述第一兩親物選自離子表面活性劑、非離子表面活性劑、離子兩親物和非離子兩親物。
7.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述第二兩親物選自陽離子、陰離子和非離子兩親物。
8.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述高分子量的膠體選自藻酸鹽和其衍生物、甘露糖醛酸和其衍生物、carageenan和其衍生物、瓜耳樹膠和其衍生物、黃原膠和其衍生物、葡聚糖和其衍生物、甲殼質(zhì)和其衍生物、脫乙酰殼多糖和其衍生物、羧甲基纖維素和其衍生物及硝基甲基纖維素和其衍生物。
9.權(quán)利要求1的噴墨油墨系列，其中所述用于增加所述非黑色油墨的離子強(qiáng)度的試劑為(a)選自一價(jià)和多價(jià)的氯化物、溴化物、硝酸鹽和堿金屬和堿土金屬的甲苯磺酸鹽的無機(jī)鹽或(b)選自有機(jī)酸、單和多官能酸及羥基酸的有機(jī)酸。
10.噴墨印刷的方法包括用權(quán)利要求1中所述的噴墨油墨系列印刷介質(zhì)。
全文摘要
噴墨油墨系列包括(a)微乳狀液基黑色油墨(其中所述色料為水不溶性的黑色塑料)已經(jīng)通過加入以形成大分子發(fā)色團(tuán)的官能團(tuán)被化學(xué)上改性以便賦予其水溶性和(b)至少一種非黑色(深藍(lán)、黃或品紅)油墨(它是典型的含水染料基油墨)及增加所述非黑色油墨離子強(qiáng)度的試劑,并包括無機(jī)鹽或有機(jī)酸;所述有機(jī)酸用于調(diào)節(jié)該非黑色油墨的pH到低于5。所述非黑色油墨可選包含也已經(jīng)經(jīng)過化學(xué)改性的水不溶性非黑色顏料。
文檔編號(hào)B41M5/00GK1194286SQ981058
公開日1998年9月30日 申請日期1998年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月24日
發(fā)明者J·W·常, J·R·莫法特 申請人:惠普公司