专利名称：喷墨打印机用液体配方的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及着色剂，更具体的是含有着色剂的遇水不褪色的喷墨墨水组合物。当与第二反应液体相互作用时，本发明的着色剂产生高光密度和对酸、碱、强光的优良耐久性并有助于去除湿污迹。
背景技术：
近年来，喷墨打印机系统的应用取得了明显发展。这归因于打印分辨率、综合打印质量的明显改善，以及打印成本的显著降低。对许多工业、商业和家庭用户来讲，与几年前的产品相比，现在的喷墨打印机提供了合格的打印质量，降低了产品成本。虽然取得了这些成功，但为了改善喷墨影像的耐久性和稳定性，尤其是当打印介质在潮湿条件下时，仍然需要深入细致的研究和开发。
附图简述
图1表示在底涂层/定色剂中，胶乳浓度对黑色颜料墨水耐久性的影响。
发明内容
定义液体—包括反应液体和墨水组合物。
反应—是指在一种液体与另一种液体接触并相互作用的情况下，在打印介质上随着至少一种着色剂的运动的固定，一种或多种组分的溶解性或相态变化。
反应液体—也称之为5号笔液体或固色剂液体。典型的液体基本上是无色的(即，反应液体不含着色剂(例如染料或颜料)，或含有不吸收可见光、但可以吸收红外或紫外光的着色剂)。在反应液体和墨水至少部分打印在打印介质上相同的预定区域上，或打印在打印介质上相邻的预定区域上时，该反应液体包括一种组分(一种分子或复合物，或分子或复合物中的官能团)，这种组分与墨水中的一种组分(一种分子或复合物，或分子或复合物中的官能团)，包括着色剂反应由此提高墨水所产生的打印区影像的完整性，如提高耐久性(如抗污染性)。该反应液体与至少一种按照本发明配制的墨水反应。
墨水—至少含有一种着色剂的液体。墨水在一个或几个区域内吸收光(例如可见光、红外、紫外等)。典型的喷墨打印机包括一种配有黑色墨水、品红色墨水、蓝色墨水和黄色墨水的油墨配方，如众所周知的4号笔油墨配方。目前还有其它彩色墨水的笔。
本发明的目的是液体配方，尤其是适用于彩色打印的液体配方，更具体而言是适用于喷墨打印的液体配方。在使用染料以增强影像完整性时，该液体配方将相互反应的液体的优点结合到喷墨配方中。该液体配方可用于多种水性打印墨水，特别是市场上能买到的喷墨打印机用的喷墨墨水，其中喷墨打印机如美国特拉华州惠普公司生产的DESKJET打印机；及其它家庭或办公用喷墨打印机。
本发明的水性墨水包括0.5-20wt％的着色剂，优选1-10wt％，更优选1-6wt％；1-40wt％的一种或多种有机溶剂；以及任选地最多不超过20wt％的添加剂，添加剂独立地选自固色剂、表面活性剂、缓冲剂、杀虫剂，及其混合物。着色剂按照本发明，液体配方中至少有一种墨水包括至少一种着色剂。不限于理论，相信本发明的着色剂与反应液体或5号液体相互反应而结合到介质上，从而提供上述优点。
着色剂可以基于染料和/或基于颜料。这里所使用的术语颜料是指不溶于水性载体的着色剂，并且包括在共价键合的聚合物或小分子协助下分散的颜料或由松散结合的聚合物分散剂分散的颜料。在本文的一个实施方案中，分散剂包含一种围绕颜料颗粒形成双电荷层的羧酸盐。这种电荷会被下述反应液体中的酸性组分破坏，并且这种颜料将不再被水分散。在另一个优选实施方案中，分散剂还具有芳香特性，例如可以容易地与下述反应液体的苯乙烯组分相互反应的苯乙烯单体。不限于理论，相信在胶乳反应液体中芳香性组分和墨水中的粘合剂与分散聚合物的π-π相互作用，提供了本发明的机械耐久性和遇水不褪色性。除了颜料之外，染料也适用。优选的染料是磺酸盐染料和Projet固色染料。
本文所用的自分散颜料的例子是由Cabot公司提供的，商品名为CabojetTM。特别是，更优选采用含苯乙烯的共价键合聚合物的自分散颜料。反应和反应性组分或反应试剂在打印过程中，本发明反应液体优选地用本领域熟知的用于5号笔的方法施涂到墨水层下；或打印前用辊筒将本发明的反应液体涂布到介质上。
本文的反应液体包含大约6-50重量％，优选大约10-20重量％乙醇酸；大约12-50重量％，优选大约15-40重量％的阳离子胶乳；和大约0-50重量％的甘油。琥珀酸或其它有机酸可以取代乙醇酸。在一种实施方案中，阳离子胶乳是一种分散的苯乙烯-丁二烯颗粒。其它适宜的疏水性胶乳的例子包括具有聚氨酯或聚丙烯酸酯主链的聚合物。
除了水和上述反应试剂，反应液体还可含有一种或几种常配制成墨水的相同成分，含量也相同。例如本发明的反应液体中可包括溶剂，表面活性剂，两亲物，杀虫剂，缓冲剂。
本发明的液体可包括大约1-40wt％的至少一种有机溶剂。优选的是液体包括大约1-25wt％的至少一种有机溶剂，更优选的是大约5-15wt％。任选地可以存在一种或多种水溶性表面活性剂/两亲物(大约0-40wt％，优选大约0.1-5wt％)。本发明墨水的pH范围为大约7-11，优选的pH范围为大约8-10，更优选的pH范围为大约8-9。本发明反应液体的pH范围为大约2.5-7，优选的pH范围为大约3-6，更优选的pH范围为大约4-5。水性载体除非特别说明，这里所有的浓度以重量百分比表示。所有组分的纯度符合喷墨墨水用正常商业惯例。所有引用的文献和专利合并作参考。
本发明墨水中添加的其它成分应该与本发明中使用的上述着色剂相容。同样地，本发明反应液体中添加的其它成分应该与本发明使用的上述反应试剂相容。这些其它成分的总量通常为组合物重量的0-20％。
水性载体是水，或水与本领域众所周知的至少一种水溶性有机溶剂的混合物。适宜的混合物取决于具体应用的需要，如期望的表面张力和粘度，所选的着色剂或反应试剂，喷墨液体的干燥时间，液体将要打印在其上的打印介质的类型。关于墨水和墨水性质的讨论，见1993年Leach等人编著、Chapman and Hall出版的《打印手册》第5版(《The Printing Manual》Ed 5th)。也可参见专利号为2,833,736；3,607,813；4,104,061；5,02 6,755的美国专利。
适用于本发明喷墨墨水组合物中的水溶性有机溶剂包括任何一种化合物或两种或两种以上化合物的混合物，该化合物如含氮的酮类，如2-吡咯烷酮，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，1，3-二甲基咪唑-2-酮，辛基-吡咯烷酮；二元醇，如乙二醇(例如1，2-乙二醇)，丙二醇(例如1，2-丙二醇，1，3-丙二醇)，丁二醇(例如1，2-丁二醇，1，3-丁二醇，1，4-丁二醇)，戊二醇(例如1，2-戊二醇，1，5-戊二醇)，己二醇(例如1，2-己二醇，1，6-己二醇，2，5-己二醇)，庚二醇(例如1，2-庚二醇，1，7-庚二醇)，辛二醇(例如1，2-辛二醇，1，8-辛二醇)；三元醇，例如2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇，乙基羟基丙二醇(EHPD)；二醇醚和硫代二醇醚，喷墨墨水中通常使用的如聚亚烷基二醇，如聚乙二醇(例如二甘醇(DEG)，三甘醇，四甘醇)，聚丙二醇(例如二丙二醇，三丙二醇，四丙二醇)，聚乙二醇(如，PEG200，PEG300，PEG400，PPG400)和硫代二乙二醇。优选本发明实际采用的是2-吡咯烷酮，NMP，DEG，EHPD和1，5-戊二醇；最优选的溶剂是2-吡咯烷酮，DEG和1，5-戊二醇。
适用于液体载体中的表面活性剂是非离子或阴离子表面活性剂，适宜的非离子表面活性剂的实例包括仲醇乙氧化物(如，联合碳化公司的Tergitol系列)，非离子氟代表面活性剂(如3M的FC-170C)，非离子脂肪酸乙氧化物表面活性剂(如Rhone-Poulenc的AlkamulPSMO-20)，脂肪酰胺乙氧化物表面活性剂(如Rhone-Poulenc的Aldamide L-203)，和炔基聚氧乙烯表面活性剂(如航空产品与化学品有限公司的Surfynol系列)。阴离子表面活性剂的实例包括烷基二苯基氧化物表面活性剂(如Pilot的Calfax)，Dowfax(如Dow的Dowfax8390)，氟化表面活性剂(如3M的Fluorad系列)。在与墨水载体和/或墨水载体着色剂反应的反应液体中可使用阳离子表面活性剂。可使用的阳离子表面活性剂包括甜菜碱(如Hart Product公司的Hartofol CB-45系列，McIntyre Group公司的Mackam OCT-50系列，Ajinomoto的Amisoft系列)，季铵盐化合物(如Amerchol Bardac的Gluxquat系列和Lonza的Barquat系列)，阳离子氧化胺(例如Rhone-Poulenc的Rhodamox系列，Lonza的Barlox系列)，和咪唑啉表面活性剂(如Rhone-Poulenc的Miramine系列，Lonza的Unamine系列)。
可以用缓冲剂调整pH值，所用的缓冲剂可以是有机生物缓冲剂或无机缓冲剂，如磷酸钠。此外，在本发明中所用缓冲剂提供的pH值范围应该为大约4-9。优选使用的有机缓冲剂的例子包括Trizma碱，可由美国威斯康星州的Aldrich化学公司得到，4-对氧氮杂己环乙烷磺酸(MES)和4-对氧氮杂己环丙烷磺酸(MOPS)。
本发明可使用喷墨墨水中常用的任何杀虫剂，如新泽西州皮斯卡塔韦HALS Americ公司的NUOSEPT 95，Avecia(Wilmington，DE)的Proxel GXL，新泽西州Bound Brook联合碳化公司的戊二醛，商品名为UCARCIDEW 250。优选的杀虫剂是Proxel GXL。打印方法本发明还包括一种用着色剂、5号笔和上述讨论的反应液体进行喷墨打印的方法。此外，可以用任何已知的方法，包括辊筒法，喷涂法、加压法或其它在基底材料上涂布材料涂层的常用方法，将胶乳反应液体沉积在基底上。
实施例实施例1图1表示底涂层/固色剂中胶乳浓度与黑色颜料墨水持久性间的相互关系。条带高度表示各种试验中的污迹墨水量(湿指纹(wetfinger)，高用量(hi-liter)等)。条带高的表示比条带低的差。
加入44％的胶乳(实心带)得到较高的耐久性。加入24％的胶乳(方格带)的配方提供可靠性，尤其是用辊机械法进行涂布。
10％或低于10％的浓度(条纹带)的耐久性低。
实施例2代表性的黑色颜料墨水配方
本配方使用的是一种由Cabot公司提供的试验用聚合物结合颜料。
实施例3代表性的反应液体配方
实施例4代表性的彩色墨水配方
实施例5代表性的彩色墨水配方
实施例6代表性的反应液体配方
权利要求
1.一种用于喷墨打印的油墨配方，包括I)包含着色剂和有机溶剂的墨水；和II)包含阳离子胶乳反应剂的反应液体，该反应剂与所述着色剂接触时进行反应。
2.按照权利要求1的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述墨水中着色剂的含量为墨水量的0.5-20wt％，其中所述墨水中有机溶剂的含量为墨水量的1-40wt％，并且其中所述墨水还包括0-20wt％的添加剂，这些添加剂选自固色剂、表面活性剂、缓冲剂、杀虫剂及其混合物。
3.按照权利要求1的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述墨水中着色剂选自在共价键合的聚合物协助下分散的颜料和由松散结合的聚合物分散剂分散的颜料。
4.按照权利要求3的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述分散剂含有一种围绕所述颜料颗粒形成双电荷层的羧酸盐。
5.按照权利要求3的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述分散剂含有芳香特性。
6.按照权利要求1的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述墨水中的着色剂是一种磺酸盐染料。
7.按照权利要求1的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述反应液体中阳离子胶乳反应剂的含量为反应液体量的12-50wt％，并且优选是一种分散的丁二烯颗粒。
8.按照权利要求1的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述反应液体还包括6-50wt％的有机酸，其中所述有机酸选自乙醇酸、琥珀酸及其混合物。
9.按照权利要求1的用于喷墨打印的油墨配方，其中所述反应液体还包括0-50wt％的甘油。
10.一种使用为改善耐久性而设计的油墨配方进行喷墨打印的方法，所述油墨配方包括I)包含着色剂和有机溶剂的墨水；和II)包含阳离子胶乳反应剂的反应液体，该反应剂与所述着色剂接触时进行反应。
11.按照权利要求10的方法，其中所述墨水中着色剂的含量为墨水量的0.5-20wt％，并且所述墨水中有机溶剂的含量为墨水量的1-40wt％。
12.按照权利要求10的方法，其中所述墨水中着色剂选自在共价键合的聚合物协助下分散的颜料和由松散结合的聚合物分散剂分散的颜料。
13.按照权利要求10的方法，其中所述分散剂含有一种围绕所述颜料颗粒形成双电荷层的羧酸盐。
14.按照权利要求13的方法，其中所述分散剂含有芳香特性。
15.按照权利要求10的方法，其中所述墨水中的着色剂是一种磺酸盐染料。
16.按照权利要求10的方法，其中所述反应液体中阳离子胶乳反应剂的含量为反应液体量的12-50wt％，并且优选是一种分散的丁二烯颗粒。
17.按照权利要求10的方法，其中所述反应液体还包括6-50wt％的有机酸，其中所述有机酸选自乙醇酸、琥珀酸及其混合物。
18.按照权利要求10的方法，其中所述反应液体还包括0-50wt％的甘油。
19.按照权利要求10的方法，其中使用喷墨笔将所述反应液体涂布到基材上。
20.按照权利要求10的方法，其中使用辊筒涂布器将所述反应液体涂布到基材上。
全文摘要
本发明主要涉及着色剂，更具体的是含有着色剂的遇水不褪色的喷墨墨水组合物。当与第二反应液体相互作用时，本发明的着色剂产生高光密度和对酸、碱、强光的优良耐久性并有助于去除湿污迹。
文档编号B41M5/00GK1475537SQ0315220
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月30日 优先权日2002年7月30日
发明者M·D·李, M D 李 申请人:惠普公司