CN1126485A - 液墨喷射油墨 - Google Patents

Abstract

一种由电阻至少10⁹欧姆·厘米的流体、0.5％至30％(重量)范围的不溶性标记颗粒和0.05％至5％(重量)范围的颗粒荷电剂组成的油墨喷射型油墨组合物，其中标记颗粒能带电荷，当在油墨喷印装置中存在明显梯度的不均匀静电场时，标记颗粒浓集成颗粒胶凝物并且从油墨中喷射出。

Description

液墨喷射油墨

发明的领域

本发明涉及油墨，更特别地涉及适用于油墨喷印装置的油墨。 发明的背景

油墨通常是将染料溶解于其中的液体。油墨也可认为是由液体和分散于其中的颗粒所组成。依据此类墨使用方法的类型，确定了机墨和写作墨的实际组合物有差异。

目前使用时，有两种基本类型的油墨喷射应用技术。据知，第一种类型为连续性油墨喷射，第二种类型是脉冲式油墨喷射。

连续性油墨喷射体系中，施加静压力于液墨，使其穿过喷嘴，结果产生墨滴。喷嘴上可施加例如压电振动，引起有规则地喷射出液滴。在形成点部位，液滴可以是导电的和/或带电化学电荷，接着穿过产生恒定静电场的电极，引起这些液滴偏离。因此，控制所需液滴至基质，并移离不需要的液滴。由于电荷需求，油墨必须是导电的。此种油墨可以是水或者溶剂基体，着色剂可以是颜料或是可溶性染料。

在脉冲式油墨喷射体系中，在邻近于喷射式喷嘴的油墨内，借助所产生的压力扰动，仅按照需要形成液滴。压力的施加可用压电晶体或热的作用而产生，热的作用中由电阻加热容器产生微泡。典型油墨是水基体，采用染料作为着色剂，该方法也并不排除采用溶剂及颜料。由于并不需要液滴带电，不存在油墨导电性的特殊需求。

脉冲式体系的更具体实例是热熔油墨喷射技术。该技术要求类似于压电液滴，不同之处是，室温下油墨是固体，而在印刷头处保持较高温度，以致于在操作条件下油墨是液体。还有一方面，不需要适宜于某些设备性能标准的油墨导电性。

据知，采用小型电机阀产生液滴的最终体系为阀喷射过程。从本质上讲，这是一种微型喷射枪体系，这种体系比真正的油墨喷射技术产生大得多的液滴。液滴依靠机械产生，故不要求油墨的导电性。

由于液滴形成依赖于喷嘴直径，所以从可达到的分辨率方面来说，上述工艺受到限制。所用的最小喷嘴直径范围是7.5到10微米，它产生的液滴是14至20微米的数量级，在选定纸张上液滴转化成30至40微米大小的圆点。而且，在这些小型喷嘴式喷射印刷机上所用的油墨是基于水溶性染料，因为颜料基的油墨会引起喷嘴堵塞问题。因此，排除了颜料配方的优点，这些优点主要是较佳的耐水性、耐晒性和较宽范围的可供使用的颜色。

静电油墨喷射是又一种技术，其特征在于是在静电场影响下从喷嘴中排出液滴。在阀电极和喷嘴之间的这种场作用，将墨水内部的自由电荷吸引到它的表面，以致于静电吸引超过油墨的表面张力时，就形成液滴。由于这种技术依据于自由电荷的吸引力，因此就要求油墨是导电的。

澳大利亚研究实验室于1993年6月24日公开的WO-A-9311866上描述了一项新型油墨喷印技术。这种方法提供一种包含高浓度颗粒物的可变大小液滴的产生手段。由这种方法反映出的特殊优点包括，当采用颜料作为着色材料时，能形成小至几微米的液滴。其原因在于，液滴大小主要是由喷射点的电压和颗粒带电能力所控制，而不是由喷射油墨的喷嘴大小所控制。而且，着色材料明显地浓集在喷出的液滴之中。因此，可产生依据耐光和耐水颜料的高分辨率和高密度图象。 发明的概述

本发明涉及可用于上述新型油墨喷印工艺的油墨，其中所形成的喷射液滴主要是固体着色剂，仅包含少量液体。尤其是，这种油墨具有在液滴喷射点浓集着色物所必需的特性。现有技术所论述的各种油墨不能产生基本上都是着色剂的油墨滴，因为需要由液体或溶剂转移着色剂。因而，这类安排限制形成高强度标记液滴。

本发明的油墨喷射型油墨还具有易于用来产生高分辨标记的性质。这部分是由于喷射印刷机产生的固有小液滴，以及由于在液滴内浓集着色剂颗粒而减少毛细作用和渗色的倾向。

本发明的一个目的是得到高强度标记的油墨喷射型油墨或者至少提供作为油墨喷印的另一种油墨。

本发明的进一步目的是提供可用作高分辨标记的油墨喷射型油墨。

另一目的是提供毛细或渗色趋势最低的油墨喷射型油墨。

一般而言，本发明将论述有关用油墨的印刷，然而应看到，本发明并不局限于此，而可用于很多需要施加或给予携带于液体中的细颗粒物的应用中。

因此，以一种形式来说，本发明属于包括下述构成的油墨喷射型油墨：一种电阻至少10⁹欧姆·厘米的液体和分散于液体之中的不溶性标记颗粒，其中所述的颗粒能够带电，并能浓集成胶凝物，当存在明显梯度的静电场时从油墨喷印装置中喷射出。

以另一种形式来说，本发明属于包括下述构成的油墨喷射型油墨：

(a)电阻至少是10⁹欧姆·厘米的液体，

(b)不溶性可荷电标记颗粒，和

(c)颗粒荷电剂。

这种液体可是脂肪烃、芳香烃、氯化了的溶剂、或者其混合物、聚硅氧烷或植物油。

这种标记颗粒可以是一种颜料、不溶性染料、聚合物或其混合物，或者是药物，按重量计，标记颗粒存在的浓度从0.5至30％，较合适的是3％到20％。令人惊奇的是，具有如此高固体含量的油墨喷射型油墨可被成功地使用，从而降低配方和贮存费用，对特定固体含量来讲允许使用较小型桶、泵和筒。

颗粒状荷电剂可为金属皂、脂肪酸、卵磷脂、有机磷化合物、琥珀酰亚胺、硫代琥珀酸盐或它们的混合物。另外一种颗粒荷电剂可以是可溶性或部分溶解性树脂，如改性松香酯、丙烯酸类树脂、乙烯基树脂、烃或者它们的混合物。按重量计，这种颗粒荷电剂所存在的浓度范围从0.05％至5％，较合适浓度按重量计为0.1％至1％。较佳实施例的描述

本发明提供一种包含分散于电阻至少10⁹欧姆·厘米的液体中的标记颗粒的油墨。此外，这种油墨包含颗粒荷电剂。

这种液体可以是具有上述特征的任何合适液体，可以包括脂肪烃类，如己烷，环己烷，异癸烷，Isopar(由Exxon制造)和Shellsol T(由Shell制造)；芳烃，如二甲苯、甲苯和Solvesso 100(由Exxon制造)；氯化了的溶剂，如二亚乙基氯(diethylene chloride)和氯仿，硅液或硅油，如二甲基聚硅氧烷[如DC 200(由Dow Corning制造)]和环二甲基聚硅氧烷[如DC 345(由Dow Corning制造)]；及植物油，如橄榄油，红花油，葵花油，豆油和亚麻子油。

不溶于液体中的标记颗粒可依据其特殊推荐的最终用途进行选择，这种颗粒可由范围很宽的着色剂、聚合物和化学药品或其混合物制得。适用于油墨的着色剂实例是有机颜料，如颜料黄1、颜料黄14、颜料红48∶2、颜料红122、颜料蓝15∶3和颜料蓝56；无机颜料，如颜料白6、颜料黄35、颜料蓝27、颜料黑7和颜料黑11；溶剂染料，如溶剂红7、溶剂黄88、溶剂蓝49、基本红1和基本蓝26；及金属颜料，如颜料金属1和颜料金属2。

适用于油墨中作为颗粒的聚合物的实例是环氧树脂，如双酚A环氧化物、酚醛环氧树脂和环脂肪族环氧；丙烯酸树脂，如丙烯酸和丙烯酸酯的聚合物和共聚物、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物；乙烯基树脂，如乙酸乙烯酯、乙烯基氯、乙烯醇和乙烯丁醛的聚合物和共聚物；醇酸树脂，如油、酚醛树脂和松香改性醇酸树脂；及最终改性松香酯，如二聚季戊四醇松香酯。这些聚合物可以是染料，或者包括以此分散的颜料。

适合于用作油墨颗粒的化学药品的实例是药物，如乙酰水杨酸、蔗糖和抗环血酸；农业化学品，如氧氯化铜和元素硫及工业化学品。按组合物重量计，这种标记颗粒所存在的浓度是0.5到30％。

此外，可将溶解性或部分溶解性的树脂和聚合物用来将标记颗粒分散于液体中，并且起着上述标记颗粒对基质的粘合剂功能。适宜的树脂实例包某些改性松香酯，丙烯酸树脂和乙烯基树脂，除了这些树脂具有较长烷基基团使之在液体中有溶解性之外，它们与上面所列的树脂相类似。此外，诸如α—甲基苯乙烯和聚异丁烯等烃类树脂也适用。

颗粒荷电剂可以是溶解或部分溶解于液体中的任何材料，此材料有助于荷电过程。此类试剂的实施包括金属盐，如庚酸的锂、镉、钙、镁和锰盐以及2—乙基己酸的锆、铝、钴和镁盐；脂肪酸；卵磷酯；有机磷化合物；琥珀酰亚胺；硫代琥珀酸盐，如二己基硫代琥珀酸钠和二辛基硫代琥珀酸钠；及极性溶剂，如醇、酮和酯。据发现，起着颗粒分散和粘合剂作用的上述可溶性聚合物和树脂也造成荷电改性作用。重要的是添加到配方中的所述试剂的量并不使油墨电阻值降低到10⁹欧姆·厘米的极限之外。此种颗粒荷电剂在油墨中的作用尚未被充分理解，但是可以相信，当喷射部位上或喷射部位附近存在明显梯度的非均匀静电场时，颗粒荷电剂使颗粒荷电，有助于非导电液体中的荷电颗粒形成附聚作用。按组合物重量计，这种颗粒荷电剂可以0.05％至5％的浓度存在。

将所述标记颗粒和其它上述组份分散于液体中，可制备出本发明的油墨喷射型油墨。制备这种油墨可利用众多方法，如球磨机，磨碎机，胶磨机，三辊磨机，珠磨机和高速分散机。另外一种方法，可通过液体中的颗粒聚合而形成颗粒。

按照本发明的油墨应用实例是形形色色的，包括办公室打印机，组分标记，磁墨字母识别，标记集成电路，标记玻璃和陶瓷，标记金属和合金，食品标记，纺织印染和起胶印模板作用的印刷板的制作。应该识到所推存的最终用途将决定各种组分的选择。

本发明油墨组合物也可用于药物直接给予动物或人体，或当希望施用正确数量药物时加到基质如惰性药片。

以上，一般性地叙述本发明，为了有助于理解本发明，下面将论述油墨配方实施例。实施例1

Isopar L       80克

氧化锌         1克

Piccotex LC    20克

Nuodex锆6％    0.1克

Piccotex LC是由Herculex Inc.制造的甲基苯乙烯。Nuodex锆6％是由Hls America Inc.制造的辛酸锆。Isopar G和Isopar L是由Exxon Chemical制造的异链烷烃溶剂。

将上述组分添加到一个球形罐中，研磨4天，制得适合于某些标记应用的白墨。这种墨的标记颗粒含量为1％，颗粒荷电剂含量为0.1％，电阻10¹¹欧姆·厘米。将这种墨用于产生集成电路上的图象，它产生良好光密度。不用再加热，这种墨也显示出适当的固着性，这一点很重要，因为此种加热作用可引起集成电路上所容纳的信息被破坏。实施例2

Isoar G              500克

己基丙烯酸2—乙酯    50克

乙酸乙烯酯           150克

过氧化苯甲酰         1克

在回流条件下，将上述组份加热，以便引起聚(乙酸乙烯酯/己基丙烯酸2—乙酯)共聚物的聚合作用。再将下述组分添加到这种白色树脂状溶液中：

Orasol Black RL 2克

锰56％          5克

Orasol Black RL(CI Solvent Black 29)是由Ciba-Geigy制造。锰56％是由A.C.Hattrick Chemicals制造的环烷酸锰。

这样形成了一种黑墨，其中标记颗粒含量是28％，颗粒荷电剂含量0.7％，电阻10¹⁰欧姆·厘米，这种墨显示出良好分散稳定性。这种墨用于WO-A-9311866中描述的油墨喷印装置，使复印证券纸成像。该图像密度低，对纸的固着性很强。实施例3

葵花油       194克

微晶兰4GT    3克

聚乙烯蜡     1克

Elvax 210    1克

Nuodex锆6％  1克

Elvax 210是由E.I.DuPont&Co.制造的乙烯—乙酸乙烯酯共聚物(ethylenee-vinyl acetate)。

为了制备标记颗粒含量2％、颗粒荷电剂含量0.5％、电阻10¹¹欧姆·厘米的蓝墨，将这些组分放在加热的磨碎机中研磨。形成的这种墨可用于直接标记食品(仅在有关安全机构同意时使用)。这种墨用于WO-A-9311866所描述的油墨喷印装置，印于糖食上，达到了良好图象质量和光密度。实施例4

Magnox B 350     200克

Mogul L          20克

合成树脂SK       400克

上述材料在热熔混和器中一起混合，形成固体颜料分散体。100克这种颜料和树脂组合物再与上述材料一起研磨5天；

Plexol 917       10克

Nuodex锆6％      10克

Isopar G         400克

Magnox是由Magnox Inc.制造的镁铁氧化物。

合成树脂SK是由Chemishe Werke Huls制造的改性酮树脂。

Mogul L是由Cabot Corporation制造的CI颜料黑7。

Plexol 917是由Rohm&Haas制造的齿轮油添加剂。

这种墨浓缩物在Isopar G中稀释20倍，形成一种适合于磁性油墨字母识别(MICR)应用的油墨分散体。这种墨的标记颗粒含量为1.9％，颗粒荷电剂含量1.1％，电阻10¹⁰欧姆·厘米。用这种墨在证券纸上形成字母，用磁性字母判别试验机进行分析，机器名称是Atlantic/Force Codetest-SST。所测定的磁响应易满足美国标准E-13B。实施例5

DC 2000 Fluid 1 CS  500克

Araldite 6084       200克

Irgalite Blue LGLD  20克

Nuodex锆6％         2克

Aralditc 6084是由Ciba-Ceigy制造的环氧树脂。

DC200Fluid是由Dow Corning制造的硅酮油。

将上述成分添加到球罐中，研磨4天，制备蓝色树脂状墨。所形成的墨浓缩物以硅酮液(1mPa·s)稀释10倍，形成热塑性油墨分散体，其标记颗粒含量为3％，颗粒荷电剂含量0.3％，电阻10¹¹欧姆·厘米。

将所述的喷射油墨印刷装置用于Agfa CR4A氧化铝印刷板成像，再于110℃熔融2分钟。利用AM 1250复印机印刷此板，得到50,000份良好拷贝。实施例6

Tintacarb 300     8.5克

Reflex Blue 3G    1.5克

FOA-2             13.5克

Nuodex锆          4.0克

Isopar L          372.5克

Tintacarb 300是CI颜料黑7，由Cabot Corporation制造。

Reflex blue 3G是由Hoechst Ltd.制造的CI颜料蓝56。

FOA-2是由Du Pont制造的苯乙烯甲基丙烯酸酯三聚物。

将上述组分添加到球罐中，研磨2天，制备出黑墨，其标记颗粒含量为2.5％，颗粒荷电剂含量4.4％，电阻10⁹欧姆·厘米。这种墨所用的FOA-2聚合物与金属皂辛酸锆一起，起着颗粒荷电剂作用。将这种墨用于WO-A-9311866所描述的油墨喷印装置，使拷贝证券纸成像，在34.5KHz的很高频率下，得到20微米圆点。实施例7

Kayanol Milling blue 2RW    20克

Acryloid 958                10克

Isopar G                    170克

Kayanol Milling Blne 2 RW是由日本Kayoku Co.制造的酸性蓝140。

Acryloid 958是由Rohm&Haas制造的聚合油添加剂。

将上述成分添加到球罐中，研磨3天，制备出油墨浓缩物。再于Isopar G中将它稀释20倍，制备出蓝墨分散体，其标记颗粒含量为0.5％，颗粒荷电剂含量0.25％，电阻10¹¹欧姆·厘米。将这种墨用于WO-A-9311866所述的油墨喷印装置，使丝织物成像。再用蒸汽处理所形成的印刷过的材料，将酸性染料固定于丝上，形成分辨率好的高密度、耐水图像。

由此可见，采用本发明制备出一种油墨喷射型油墨，这种油墨明显不同于其它油墨，特别适用于新型油墨喷射应用。

Claims (23)

1.一种油墨喷射型油墨组合物，包含：

(a)电阻至少10⁹欧姆·厘米的液体；

(b)不溶性可荷电标记颗粒，和

(c)颗粒荷电剂。

2.如权利要求1所述的油墨喷射型油墨组合物，其中所存在的标记颗粒按组合物重量计，其范围为0.5％至30％。

3.如权利要求1所述的油墨喷射型油墨组合物，其中所存在的标记颗粒按组合物重量计，其范围从3％至20％。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其中，荷电剂按组合物重量计，其范围从0.05％至5％。

5.如权利要求1至3中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其特征在于，荷电剂按组合物重量计，其范围从0.1％至1％。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其中，液体从下述组中选择：脂肪烃、芳香烃、氯化了的溶剂、聚硅氧烷或它们的混合物，或者是选自橄油、红花油、葵花油、豆油、亚麻子油或其混合物的植物油。

7.如权利要求1至7中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其中，标记颗粒是颜料、不溶性染料、药物、聚合物或者它们的混合物。

8.如权利要求1至7中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其中颗粒荷电剂是金属皂、脂肪酸、卵磷酯、有机磷化合物、琥珀酰亚胺、硫代琥珀酸盐或它们的混合物。

9.如权利要求1至7中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其中颗粒荷电剂是可溶性或部分可溶性树脂，如改性松香酯，丙烯酸树脂、乙烯基树脂，烃或它们的混合物。

10.如权利要求1至9中任何一项所述的油墨喷射型油墨组合物，其中还包括选自改性松香酯、丙烯酸树脂、乙烯基树脂、α—甲基苯乙烯和聚异丁烯的粘合剂。

11.将图像印刷到基质上的方法，其特征在于包括将上述任一权利要求中的油墨喷射型油墨组合物喷射到基质上。

12.按权利要求11所述的方法，用于办公打印机。

13.按权利要求11所述的方法，用于使起胶印模板作用的印刷板成像。

14.按照权利要求11所述的方法，用于食品包装工业和食品的直接标记。

15.按权利要求11所述的方法，用于磁性油墨字母识别。

16.按权利要求11的方法，用于标记集成电路。

17.按照权利要求11所述的方法，用于标记玻璃。

18.按照权利要求11所述的方法，用于标记金属和合金。

19.按照权利要求11所述的方法，用于标记塑料。

20.按照权利要求11所述的方法，用于标记陶瓷。

21.按照权利要求11所述的方法，用于标记纺织品。

22.药物直接进入人体或动物体，或者加到基质上的给药方法，其特征在于包括从权利要求1至10之一限定的油墨喷射型油墨组合物中喷射出颗粒胶凝物的步骤。

23.一种由电阻至少10⁹欧姆·厘米的液体、不溶性标记颗粒和分散于液体中的颗粒荷电剂组成的油墨喷射型油墨，其中所述的颗粒能带电荷，并浓集成颗粒胶凝物，当存在明显梯度的静电场时，由油墨喷射入油墨喷印装置中。