专利名称：喷墨记录用水基油墨的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及喷墨记录用水基油墨。
相关技术描述在喷墨印刷系统中，通过油墨排出系统形成墨滴，油墨排出系统包括例如静电吸引系统、通过使用压电元件等对油墨施加机械振动或移位的系统、和通过加热油墨产生气泡并利用由此产生的压力的系统。全部或部分墨滴粘附到记录目标材料如纸上，从而实现印刷。
对于用于这类喷墨记录系统的油墨，使用水基油墨，其中各种染料或颜料溶解或分散在液体介质中，该液体介质由水组成、或由水和水溶性有机溶剂组成。
在喷墨记录系统中，为了得到能长时间令人满意的记录图象，需要例如(1)油墨的物理性质值(粘度、表面张力和密度)为适宜的值；(2)既不能出现任何由于热引起的沉积现象，也不能导致物理性质值的任何变化，从而防止记录仪的喷嘴或孔堵塞，并得到排出稳定性；和(3)记录图象在耐水性和耐光性等方面出色。另外，要求(4)减小喷墨印刷机记录头的喷嘴直径以从喷嘴排出微小的墨滴，以便实现令人满意的印刷性能，即使在不使用专用喷墨纸时，在普通纸上也不会表现出油墨模糊。
但是，当减小记录头的喷嘴直径时，存在下面的问题。也就是说，当喷墨印刷机在其上连着墨盒而长时间静置不动时，在记录头的喷嘴或记录头内部的狭窄油墨通道内会产生或进入杂质，其又防止油墨平滑地通过记录头的喷嘴或油墨通道，从而导致排出故障。用作油墨中着色剂的染料索引号(C.I.)直接黄132最可能碰到这个问题。C.I.直接黄132是黄色油墨用的优选染料，因为它在色彩鲜艳度和亮度方面优异。
为了解决这个问题，已提出加入大量润湿剂以防止染料由于水蒸发或低温而沉积，或使用苯并三唑以抑制油墨物理性质的变化(美国专利5560771，相应于日本专利3089665)。
美国专利5560771的实施例A公开了使用C.I.直接黄132作为染料并包含二乙二醇的黄色油墨。但是，这种油墨与本发明的油墨在组成和成分上不同。
但是，在喷墨记录用的常规水基油墨中，加入大量润湿剂的方法涉及到提高油墨粘度的不方便，并因此不能得到任何最佳粘度。另外，还存在以下问题。在热和干燥环境下，油墨头的喷嘴周围被更快地干燥。当染料从粘合到喷嘴周围的油墨中沉淀出时，难以除去沉积的染料。这个问题在高温区域尤其严重。尽管最新型的喷墨印刷机配有用于擦拭记录头表面的擦拭器，但一旦染料沉积并固化，则不能用擦拭器除去。另外，在墨盒的运输中，例如空运，或在寒冷地区使用墨盒时，油墨暴露于低温环境，因此染料可能沉积。利用常规方法，难以同时防止水蒸发后染料的沉积和低温时染料的沉积。也就是说，即使在可以防止水蒸发后染料的沉积时还存在问题，即难以防止低温下染料的沉积。或者，相反，即使在可以抑制低温下染料的沉积时，也难以防止水蒸发后染料的沉积。尤其是在使用C.I.直接黄132作为染料的油墨中，上述问题还没有解决到本发明人所关心的程度。
为了解决上述问题进行了本发明，本发明的一个目的是提供使用C.I.直接黄132的喷墨记录用水基油墨，其中不会出现任何杂质如染料沉积物并且得到长期储存稳定性。
发明概述本发明人发现，在使用C.I.直接黄132的喷墨记录用水基油墨中，通过使用特定水溶性有机溶剂和特定二醇醚的特别组合，并通过分别在特定范围内调整水溶性有机溶剂与C.I.直接黄132的重量比和二醇醚与C.I.直接黄132的重量比可实现上述目的。
根据本发明，提供了一种喷墨记录用水基油墨，其包括量为0.1wt％至4.0wt％的C.I.直接黄132；量不小于0.5wt％、熔点不超过-45℃的二醇醚；和水溶性有机溶剂，在20℃时C.I.直接黄132在其中的溶解度不小于5％，其中油墨满足下式0.2≤B/A，3≤C/A其中B/A代表油墨中包含的二醇醚与C.I.直接黄132的重量比，C/A代表油墨中包含的水溶性有机溶剂与C.I.直接黄132的重量比。
由于油墨包含与C.I.直接黄132成预定比率的、熔点不超过-45℃的二醇醚，因此可以降低油墨的熔点并防止低温下C.I.直接黄132的沉积。
另外，由于油墨包含水溶性有机溶剂，在20℃时C.I.直接黄132在其中的溶解度不小于5％，因此可以防止水被蒸发时染料沉积的发生。
因此，根据本发明，可使用C.I.直接黄132作为喷墨记录用水基油墨的着色剂，其在用喷墨记录系统记录的图象中的彩色复制性能和色彩鲜艳度或亮度方面优异，与使用喷墨记录仪的环境或环境变化无关。尤其是本发明的油墨不使用特定的润湿剂或苯并三唑就能避免染料沉积的问题。
优选实施方案描述下面将更详细地解释本发明。
本发明的喷墨记录用水基油墨使用C.I.直接黄132作为着色剂。
在本发明中，可单独使用C.I.直接黄132作为着色剂，或将其与其它着色剂以混合方式使用。
与C.I.直接黄132以混合方式使用的染料可包括例如以直接染料、酸性染料、碱性染料和活性染料等为代表的水溶性染料。特别是，考虑油墨特性如鲜艳度、水溶性、稳定性和耐光性，优选作为黄色染料的染料包括例如C.I.直接黄12、24、26、44、86、98、142；和C.I.酸性黄11、17、23、25、29、42、61、71。可以以混合方式使用这些染料中的多种。
作为不同于黄色染料的染料，包括例如C.I.直接黑17、19、32、51、71、108、146、154、168；C.I.直接蓝6、22、25、71、86、90、106、199；C.I.直接红1、4、17、28、83、227；C.I.直接橙34、39、44、46、60；C.I.直接紫47、48；C.I.直接棕109；C.I.直接绿59；C.I.酸性黑2、7、24、26、31、52、63、112、118；C.I.酸性蓝9、22、40、59、93、102、104、113、117、120、167、229、234；C.I.酸性红1、6、32、37、51、52、80、85、87、92、94、115、181、256、289、315、317；C.I.酸性橙7、19；C.I.酸性紫49；C.I.碱性黑2；C.I.碱性蓝1、3、5、7、9、24、25、26、28、29；C.I.碱性红1、2、9、12、13、14、37；C.I.碱性紫7、14、27；和C.I.食品黑1、2。可以以混合方式使用这些染料中的多种。
对于本发明的喷墨记录用水基油墨中染料的含量，考虑获得适宜的图象密度和防止沉积，包含量为0.1-4wt％的C.I.直接黄132。另外，C.I.直接黄132和其它着色剂的总量优选为0.1-20wt％。
本发明的水基油墨包含熔点不超过-45℃的二醇醚和水溶性有机溶剂，其中在20℃时C.I.直接黄132在水溶性有机溶剂中的溶解度不小于5％。
这种二醇醚单独地表现出不超过-45℃的熔点，这是非常低的熔点。因此，当油墨中加入二醇醚时，二醇醚具有降低油墨熔点和防止油墨中作为染料包含的C.I.直接黄132低温沉积的作用。
C.I.直接黄132相对于熔点不超过-45℃的二醇醚的溶解度优选尽可能高。
熔点不超过-45℃的二醇醚包括例如乙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、聚乙二醇单甲醚、乙二醇单异丙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单丁醚、三乙二醇单丁醚、乙二醇单异丁醚、二乙二醇单异丁醚、乙二醇单己醚、乙二醇单-2-乙基己醚、二乙二醇单-2-乙基己醚、乙二醇单烯丙醚、乙二醇单苄醚、二乙二醇单苄醚、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、三丙二醇单甲醚、丙二醇单丙醚、二丙二醇单丙醚、丙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚、三丙二醇单丁醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚、二丙二醇二甲醚。可单独使用这些二醇醚，或以混合方式使用这些二醇醚中的多种。
熔点不超过-45℃的二醇醚的含量为相对于油墨总量不小于0.5wt％的量，并满足下式0.2≤B/A。
在式中，B/A代表油墨中包含的二醇醚与C.I.直接黄132的重量比。如果熔点不超过-45℃的二醇醚的含量小于0.5wt％，或如果B/A小于0.2，则不能充分降低油墨的熔点，并且不能充分防止C.I.直接黄132的低温沉积。为了确保油墨的熔点被充分降低，B/A优选不小于0.3。考虑抑制本发明的油墨和黑色油墨之间的渗色，二醇醚相对于油墨总量的含量优选不超过10wt％。另外，还通过使B/A的值不超过5，也可抑制本发明的油墨和黑色油墨之间的渗色。
本发明中使用的水溶性有机溶剂为在20℃时C.I.直接黄132可在其中充分溶解的水溶性有机溶剂。本发明人考虑到当C.I.直接黄132在20℃时的溶解度为至少约5％时，实现本发明的目的。在20℃时C.I.直接黄132在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂在其中高溶解性地溶解C.I.直接黄132。因此，通过在油墨中包含这种水溶性有机溶剂，具有在油墨中的水被蒸发时防止C.I.直接黄132沉积的效果。
对于C.I.直接黄132在20℃时在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂，考虑到防止C.I.直接黄132的低温沉积，需要C.I.直接黄132在-20℃时在其中的溶解度也不小于5％的水溶性有机溶剂。
C.I.直接黄132在20℃时在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂包括例如2-吡咯烷酮和聚乙二醇#400。另外，C.I.直接黄132在20℃和还在-20℃时在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂包括例如二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇#200、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、1，2，6-己三醇、N-甲基-2-吡咯烷酮和三乙醇胺。可单独使用它们，或使用它们任意组合的混合物。
可通过进行试验测定C.I.直接黄132相对于水溶性有机溶剂的溶解度，其中通过搅拌等将C.I.直接黄132溶解在每种水溶性有机溶剂中。
油墨中包含的水溶性有机溶剂与油墨总量的比满足下式3≤C/A，其中C.I.直接黄132在20℃时在该水溶性有机溶剂中的溶解度不小于5％。
在上式中，C/A代表油墨中包含的水溶性有机溶剂与C.I.直接黄132的重量比，其中C.I.直接黄132在20℃时在该水溶性有机溶剂中的溶解度不小于5％。如果C/A小于3，则可能在水被蒸发时不能保持C.I.直接黄132的足够溶解度，因此沉积可能发生。为了确保抑制C.I.直接黄132的沉积，C/A优选不小于4。考虑抑制本发明的油墨和黑色油墨之间的渗色，水溶性有机溶剂相对于油墨总量的含量优选不超过40wt％。另外，还通过使C/A的值不超过60，尤其不超过55，也可抑制本发明的油墨和黑色油墨之间的渗色。
在本发明的喷墨记录用水基油墨中，除了上述熔点不超过-45℃的二醇醚和上述C.I.直接黄132在20℃时在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂外，还可根据需要使用其它水基溶剂。
另外，在本发明的喷墨记录用水基油墨中，优选加入表面活性剂以便提高初始导入的性能，即为了平滑地将油墨导入到喷墨印刷机头内部的狭窄油墨通道内。
对于表面活性剂，可使用烷基醚硫酸酯盐。尤其是，优选使用以下式(1)表示的化合物CxH2x+1-O-(CH2CH2O)3-SO3Na (1)其中x为12或13。
通过加入式(1)表示的表面活性剂，油墨相对于喷墨印刷机头的润湿性增强了。因此，当油墨被导入到喷墨印刷机头的内部时，即使在头中产生或进入杂质，也能迅速从头中除去杂质。因此，杂质不会保留在头中，并消除了堵塞的原因。
用式(1)表示的表面活性剂包括例如市售表面活性剂如EMAL20C(产品名，Kao Corporation生产)、SANDED END(产品名，SanyoChemical Industries，Ltd生产)和SUNNOL DL 1430(产品名，LionCorporation生产)。
用式(1)表示的表面活性剂的用量优选为0.01-5wt％，更优选0.01-2wt％。如果量少于0.01wt％，则不能充分地提高油墨相对于喷墨印刷机头的润湿性。因此，很难获得提高油墨初始导入性能的效果。如果量超过5wt％，则油墨以不均匀的方式润湿喷墨印刷机头的喷嘴周围，从而难以实现稳定的油墨排出。
本发明的喷墨记录用水基油墨包含水。对于水，优选使用高纯度的水如离子交换水和蒸馏水。
油墨中水的含量相对于油墨总量优选为10-98wt％，更优选30-97wt％，还更优选40-95wt％。
另外，在本发明的喷墨记录用水基油墨中，可根据需要加入粘度调节剂。对于粘度调节剂，例如，可使用甘油。粘度调节剂如甘油的含量相对于油墨总量优选为5-30wt％。因此，根据喷墨印刷机的排出机理，可容易地调节油墨的粘度至2-5mPa·s(20℃)。粘度为用双圆筒旋转粘度计在20℃和60rpm条件下测量的值。
另外，本发明的喷墨记录用水基油墨可根据需要添加有常规已知的添加剂，如各种分散剂、表面张力调节剂、pH调节剂和防腐剂/杀真菌剂。
下面将通过例举实施例更详细地具体介绍本发明。
实施例1-9，比较实施例1-7分别制备具有如表1和2所示组成的油墨。在表中，数值单位为“wt％”。在表中，“(B)”代表熔点不超过-45℃的二醇醚；“(C)”代表C.I.直接黄132在20℃时在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂；“B/A”代表熔点不超过-45℃的二醇醚的加入量与C.I.直接黄132的加入量的比；“C/A”代表C.I.直接黄132在20℃时在其中的溶解度不小于5％的水溶性有机溶剂的加入量与C.I.直接黄132的加入量的比。对于用式(1)表示的表面活性剂，使用x为12的表面活性剂和x为13的表面活性剂的混合物。
C.I.直接黄132相对于实施例中使用的每种水基有机溶剂的溶解度如下二乙二醇不小于20％三乙二醇不小于5％聚乙二醇#200不小于10％N-甲基-2-吡咯烷酮不小于5％C.I.直接黄132相对于甘油的溶解度为约0.5％。
在比较实施例5(表2)中，使用下面的表面活性剂作为用下式(2)表示的表面活性剂R-O-(CH2CH2O)12-H(2)其中R是C为14或15的烷基。
评价按如下分别评价实施例和比较实施例中所得油墨的(1)蒸发试验后的染料沉积试验、(2)低温保存后的染料沉积试验、(3)初始导入试验和(4)渗色。试验结果示于表1和2。
(1)蒸发试验后的染料沉积试验在玻璃容器(24ml容积)中收集约10g量的各种所得油墨。在容器敞开的同时，将油墨静置在各自的容器中，在温度为60℃和湿度为40％的环境中不少于3天时间。在水几乎完全蒸发(直到油墨重量变化消失)后，每种油墨静置在常温(大约20℃)下，保持不少于1周的时间。按照下列标准根据蒸发后的液体状态进行评价++在水被蒸发后在油墨液体中完全没有产生固体物质(染料)；
+在水被蒸发后在油墨液体中产生极少量固体物质(染料)；±在水被蒸发后在油墨液体中产生少量固体物质(染料)沉积物；和-在水被蒸发后在油墨液体中产生大量固体物质(染料)沉积物。
(2)低温保存后的染料沉积试验在玻璃容器(170ml容积)中收集约100g量的各种所得油墨。密闭含各种油墨的容器，静置在-20℃的恒温室中。一周后，将容器从恒温室中取出并放置在常温(20℃)环境中。就各种油墨如何熔化进行观察。按照下列标准根据观察结果进行评价++在油墨刚熔化后在玻璃容器底部完全没有产生固体物质(染料)；+在油墨刚熔化后在玻璃容器底部产生极少量固体物质(染料)；±在油墨刚熔化后在玻璃容器底部产生少量固体物质(染料)；-在油墨刚熔化后在玻璃容器底部产生大量固体物质(染料)。
(3)初始导入试验每种得到的油墨盛在耐压的玻璃容器中。使用真空泵将每个容器内部抽真空，同时用超声波照射处理，除去每种油墨中包含的气体。分别使用脱气的油墨进行初始导入试验，其中使用Brother KogyoKabushiki Kaisha制造的喷墨印刷机MFC3100C评价。也就是说，对于每种油墨，在更换墨盒后，进行三次清洗操作(在印刷机主体中用泵抽吸油墨)。在清洗操作后，立即进行印刷试验。计算能排出油墨的喷嘴(排出喷嘴)与喷嘴总数的比，以便按照下面的标准进行评价++排出喷嘴与喷嘴总数的比为100％；+排出喷嘴与喷嘴总数的比不小于90％；±排出喷嘴与喷嘴总数的比不小于80％；和-排出喷嘴与喷嘴总数的比小于80％。
(4)渗色评价按照下面的方法分别对实施例1-9和比较实施例1-7中得到的油墨(黄色油墨)进行渗色评价。也就是说，将得到的喷墨记录用黄色油墨分别与具有表3所示组成的黑色油墨混合，使用喷墨印刷机(BrotherIndustries，Ltd.制造的MFC-3100C)在记录纸(普通纸，XEROX 4200)上进行图象样品的印刷。样品图象由两部分组成，一部分包括结合颜色的文字和背景，从而文字和背景分别用黑色和黄色油墨印刷，另一部分只包括没有任何背景的文字。至于记录文字的尺寸，将文字尺寸设定到11点。评价涉及油墨彼此混合的黄色和黑色油墨之间边界部分处的渗色程度，和有背景的记录文字与没有任何背景的记录文字相比的区别。进行目视观察，按照下面的标准确定有背景的文字与没有任何背景的文字相比的渗色程度。
+与没有任何背景的文字相比，有背景的文字中稍微引起渗色，但文字充分可读或可识别。
-与没有背景的文字相比，有背景的文字中明显引起渗色，并且文字也不清楚。
表1
表2
表3
从表1和2所示的结果看出，实施例1至9中分别制备的油墨在(1)蒸发试验后的染料沉积试验、(2)低温保存后的染料沉积试验、(3)初始导入试验和(4)渗色评价中都是令人满意的。特别地，当B/A不小于0.3时，在低温保存后的染料沉积试验中没有产生油墨固体物质的沉积物；当C/A不小于4时，在蒸发试验后的染料沉积试验中没有产生油墨固体物质的沉积物。因此，得到了令人满意的结果。另一方面，对于比较实施例1-7中分别制备的油墨，可认识到比较实施例1、2和5中分别制备的B/A小于0.2的油墨在低温保存后的染料沉积试验中结果差。比较实施例1、3和4中分别制备的C/A小于3的油墨在蒸发试验后的染料沉积试验中结果差。另外，比较实施例6和7中分别制备的油墨中二醇醚的含量超过10wt％和油墨中水溶性有机溶剂的含量超过40wt％，这些油墨在渗色评价结果中差。因此，证实本发明实施例中制备的油墨在水蒸发后或在低温时没有产生任何杂质如染料，从而获得长期储存稳定性，并抑制了渗色。
另外，通过实施例4和7与其余实施例的比较，认识到通过加入式(1)表示的表面活性剂可改善初始导入试验的结果。
本发明的油墨作为包含C.I.直接黄132作为着色剂和在长期储存稳定性方面优异的喷墨记录用水基油墨是有效的。尤其是，本发明的油墨确保了包含C.I.直接黄132的油墨的稳定使用，与使用喷墨记录仪的环境如高温、干燥或寒冷地区或油墨运输过程中的温度变化无关。
权利要求
1.一种喷墨记录用水基油墨，包括量为0.1wt％至4.0wt％的C.I.直接黄132；量不小于0.5wt％的、熔点不超过-45℃的二醇醚；和水溶性有机溶剂，C.I.直接黄132在20℃时在其中的溶解度不小于5％，其中油墨满足下式0.2≤B/A，和3≤C/A其中B/A代表油墨中包含的二醇醚与C.I.直接黄132的重量比，C/A代表油墨中包含的水溶性有机溶剂与C.I.直接黄132的重量比。
2.如权利要求1所述的油墨，其中油墨中所含二醇醚的量不超过10wt％，油墨中所含水溶性有机溶剂的量不超过40wt％。
3.如权利要求1所述的油墨，其中满足下式0.2≤B/A≤5，和3≤C/A≤60。
4.如权利要求3所述的油墨，其中满足下式3≤C/A≤55。
5.如权利要求1所述的油墨，其中B/A≥0.3和C/A≥4。
6.如权利要求1所述的油墨，其中C.I.直接黄132在-20℃时在水溶性有机溶剂中的溶解度不小于5％。
7.如权利要求1所述的油墨，其中油墨的粘度为2-5mPa·s。
8.如权利要求1所述的油墨，还包括用下式表示的表面活性剂CxH2x+1-O-(CH2CH2O)3-SO3Na其中x为12或13。
9.如权利要求8所述的油墨，其中油墨中所含表面活性剂的量为0.01-2wt％。
10.如权利要求1所述的油墨，其中二醇醚为选自三乙二醇单丁醚、二丙二醇单丙醚和二乙二醇单丁醚中的至少一种。
11.如权利要求6所述的油墨，其中水溶性有机溶剂为选自二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇#200和N-甲基-2-吡咯烷酮中的至少一种。
12.如权利要求1所述的油墨，还包括不同于C.I.直接黄132的染料。
13.如权利要求1所述的油墨，还包括水和甘油。
全文摘要
本发明公开了一种喷墨记录用水基油墨，其包含0.1wt％至4.0wt％的C.I.直接黄132；不小于0.5wt％的、熔点不超过－45℃的二醇醚；和水溶性有机溶剂，其中C.I.直接黄132在20℃时在该有机溶剂中的溶解度不小于5％。油墨满足0.2≤B/A和3≤C/A。B/A代表油墨中包含的二醇醚与C.I.直接黄132的重量比，C/A代表油墨中包含的水溶性有机溶剂与C.I.直接黄132的重量比。即使在喷墨记录用水基油墨中使用C.I.直接黄132，也能得到水蒸发后或低温下的长期储存稳定性。
文档编号C09D11/00GK1709992SQ200510076469
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月14日 优先权日2004年6月18日
发明者古贺成美, 藤冈昌也, 后藤数摩, 杉本淳一郎, 奥田聪, 东山俊一 申请人:兄弟工业株式会社