TW200418936A - Inkjet ink compositions - Google Patents

Description

200418936 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種喷墨墨汁。特別地，本發明係關於藉 由特疋界面活性劑，包括烷基醚磷酸酯及乙氧基化硫醇的 添加而具有較高安定性及較高噴射性的墨汁。 【先前技術】 嘴墨列印是一種將墨汁塗佈在基材上以形成影像之建立 完備的技術，其中印表機塗佈墨汁的功能部分與欲放置黑 汁之基材間無任何物理接觸。墨汁係以微滴形式塗佈，而 孩微滴係利用熟知方式經由噴墨頭中的小噴嘴投射在基材 上。 噴墨墨汁可包含可溶於墨汁媒劑（染料）之著色劑或不溶於 汁媒劑（顏料或分散染料）之著色劑。不溶著色劑普遍常見 之相關問題是可能發生粒徑隨時間增大，造成噴射特性降 低。另一個問題是喷射不溶著色劑時，隨時間堵塞噴嘴， 造成方向錯誤之液滴或完全喪失液滴噴射作用。當墨汁與 黏合劑或其他聚合物調配時，這問題特別嚴重。 美國專利第5,698,016號描述可用作分散劑及墨水之組 份’其係由兩性離子及連接有機基之改質碳產物所製成， 其中該有機基與兩性離子具有相反電荷。將有機基連接至 碳上之中間步驟對提供水分散性而言是必要的。未揭示安 定範圍寬廣之墨汁組合物。 歐洲專利申請案0978546 A1描述包含幾酸銨鹽與一或多 種介面活性劑，較佳係非離子乙氧基化界面活性劑、羥基 88757 200418936 T或烷氧基化乙炔聚環氧乙烷聚界面活性劑或陰離子磷酸 =又組合物的墨汁組合物。未揭示無羧酸銨存在下利用這 些界面活性劑獲得安定性之能力。 本發明所解決的問題係提供一種水性噴墨墨汁，其在喷 墨印表機中具有較佳安定性及噴射性而不f依賴多個安定 化機制以獲得所需性質。另—個本發明所解決的問題係提 供-種對任何安定墨汁皆具有較佳噴射能力之水性嗜墨墨 【發明内容】 士本發明係提供一種墨汁組合物，其包含液體介質、著色 劑及佔墨汁至少〇· 1重量0/〇具有式 、 π式R-〇-QnA-M+又兩性物質 的’其中R代表垸基、芳基、垸基·芳基或縣；⑽表環氧 乙垸f環氧丙燒之親水性重複單位’其中n>4; a•代表硫酸 根、續酸根或磷酸根基；M+代表陽雜 八衣防離子如鉀、鈉、鋰或銨； 而且其中若著色劑是一種共價鍵紐古 ^ ’ /、獲〜有機基惑改質碳W，目 兩性物質具有與改質碳黑相同之電荷。 /、 本發明另提供一種墨汁組合物，農 具包含液體介質、著务 劑及佔墨汁至少〇·1重量％具有式 、 饲式XQnR，_Y_R之兩性物皙， 其中X代表羥基或胺基官能度； 、、 衣虱乙烷或環氧丙燒 之親水性重複單位，其中n>4 ; R，抑本 κ代表c^c6烷基官能戶· Y代表氧、氮或硫；且R代表燒基、#甘 ^ 【實施方式】 -基、燒基-芳基或缔基。 令人驚訝地，特定兩性物質之添加 乂吾墨汁 < 安定性， 其中該特定兩性物質具有式 其中R代表烷基、 88757 200418936 基·芳基或晞基；Q代表環氧乙垸或環氧丙燒之親 =重複單位’其中…代表硫酸根、續酸根或磷酸根 土 Μ代表陽離子如钾、鈉、|里或铵。 第二兩性物質之添加可改善墨汁之喷射性，t中该第二 兩性物質具有式XQnR，-Y_R，其中χ代表幾基或胺：官能 度’ Q代表¥氧乙烷或環氧丙烷之親水性重複單位，其中 n>4 ; R’代表ClK6燒基官能度；γ代表氧、氮或硫且:代 表燒基、芳基、烷基-芳基或烯基。 可用的式R-〇-QnA-M+之兩性物質無限制地包括脂肪醇鍵 硫酸納鹽及燒基苯基鍵硫酸納鹽’如月桂醇聚氧乙婦酸硫 酸'納及Cognis所提供之Disp〇nUTMFES和界面 活性劑。其他式R-〇-QnA-M+之兩性*質無限制地包括烷基、 芳基或缔基㈣酸|旨；燒基、芳基或缔基㈣酸酿；及上 述鹽類，包括鈉、鉀、銨及鋰鹽和其組合物。 可用的式XQnR’-Y-R之兩性物質無限制地包括烷基、芳基 或烯基硫醇乙氧基化物，如位於法國之Rh〇dia所製造 Alcodet^HSC > Alcodet^MC ^ Alcodet™SK ^ Alcodet^ 26〇 及AlC〇detTM218品牌的界面活性劑或烷基酚乙氧基化物，如 位於法國之Rhodia所製造Rh〇dafacTMRM_51〇及 RhodafacTMRM-710品牌的界面活性劑。 噴墨墨汁組合物包含液體介質、著色劑及額外安定化組 份。該液體介質一般以水為主，較佳係去離子水。噴墨墨 汁組合物包含著色劑，其可為顏料或染料。該顏料可為有 機顏料或無機顏料。”有機顏料”係指以有機化合物或有機 88757 200418936 化合物之混合物，包括碳黑為主的顏料。 ，合的有機顏料包括，例如表面經改質及未經改質、葱、 酞花青藍、酞花青綠、重氮鹽、單偶氮染料、雜環咅、皮 恩酮、峻:丫_顏料、二_料、靛藍、硫靛顏料、—如 顏料、北顏料、isoindolene、具有至少一個空洞之聚合物 粒子及類似物。碳黑是烴類熱分解在氣相中所形成之小粒 ^又粒子的θ通名稱’包括’例如技術上已知如爐黑、燈 黑、槽黑、乙炔黑之物質。碳黑另涵蓋經處理、經改質及 經氧化碳黑。 適合的無機顏料包括二氧化鈇、氧化鐵及其他金屬粉末。 一、般，顏料的用量以墨汁總重量計係低於2〇重量％，較佳係 3-8重量％，更佳係2-6重量。本發明墨汁組合物最好包含 以墨汁組合物之總重量計量為〇·丨至25重量％，較佳係i至 重量％之乳化聚合物。該墨汁組合物也可包含與水相溶或水 溶性物質如聚合物、濕潤劑、分散劑、滲透劑、鉗合劑、 共溶赞彳、消泡劑、緩衝液、殺生物劑、殺菌劑、黏度改良 劑、殺菌劑、界面活性劑、防捲曲劑、防滲劑及表面張力 改良劑’所有皆為技術上已知的。可用的濕潤劑包括乙二 醇、1,3-丙二醇、1，4_丁二醇、；[，4_環己烷二甲醇、1，5-戊二 醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇、ι，2-丙二醇、ι，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、平 均分子量為 200、30〇、400、600、900、1000、1500 及 20 00 之聚乙二醇、二丙二醇、平均分子量為425、725、1〇〇〇及2000 之聚丙二醇、比咯啶酮、卜甲基-2-响咯啶酮、1-甲基-2- -9- 88757 200418936 喊咬酮、N-乙基乙酿胺、N-甲基丙醯胺、N•乙醯基乙醇胺、 N-甲基乙醯胺、甲醯胺、3_胺基_丨，2_丙二醇、2,2-硫二乙醇 3,3·硫二丙醇、四亞甲基砜、丁二烯砜、碳酸乙晞酯、丁内 酉旨、四氫呋喃甲基醇甘油、山―丁三醇、三甲基丙烷、胖 得諾爾（pantothenol)、Liponic EG-1。較佳濕潤劑是平均分 子昼為400至1000之聚乙二醇、2-p比略淀酮、2,2_硫二乙醇 及1，5 -戊二醇。較佳滲透劑包括正丙醇、異丙醇、1 3丙一 醇、1，2-己二醇及己基卡必醇。 — 濕潤劑的用量係由墨汁性質決定，而且以墨汁之總重量 計，其範圍係從1-30重量％ ,較佳係5_15重量％。可用於形 成4汁之常用邊潤劑實例是：甘醇、聚乙二醇、甘油、乙 醇胺、二乙醇胺、醇類及吡咯啶酮。其他技術上已知濕潤 劑也可使用。 適合的滲透劑之使用將視墨汁之特定用途而定。可用實 例包括吡咯哫酮及N-甲基-2-吡咯啶酮。在較佳具體實施例 中，在以當量計相對於乳化聚合物之羥基官能度包含超過 20%之羥基、胺基或硫醇官能度的喷墨墨汁組合物中，羥基、 胺基或硫醇官能度係存在於，例如滲透劑、濕潤劑、界面 活性劑等中，其中此組成份的沸點係低於22〇它，較佳係低 於 200°C。 墨汁中消泡劑的含量範圍以墨汁總重量計一般係從〇_〇.5 重里/〇可用於开> 成水性顏料分散液之消泡劑在技術上係為 人所熟知，而且市售實例包括Surfyn〇1 i〇4H&SurfynolDF- 37(Air Products，Allentown，PA)。 88757 -10- 200418936 在-氷物中包含！甲I丙缔驢胺或藉甲基甲基丙稀酸胺 之具體實施例中，觸媒是被包含在塗料組合物中，而且並 也是酸性之潛在來源，換言之，在下面所揭示之乾燥及固 ::件下可有效降低塗料組合物之阳的化合物，因此其含 量最好可有效提供pH為約丨至約4之塗料組合物。 使用量以墨汁組合物的重量計為〇至1〇%，較佳係〇1%至 10% ’更佳係0.5%至6%，最佳係3%至6%之觸媒係包括，例 如鼠化銨、硝酸銨、檸檬酸銨、磷酸二銨、氣化鎂、對甲 苯磺酸胺鹽及其混合物。 本發明墨汁組合物可以任何技術上已知製造此組合物的 方法，例如利用任何技術上認可形成水性墨汁之技術將組 成份混合或攪拌在一起所製得。本發明墨汁組合物之製備 程序無特別規定，除了墨汁組合物的程度是均勻的。 本發明墨汁組合物係藉技術上已知噴墨技術利用，例如 熱感或汽泡式印表機、壓電式印表機、連續流印表機、噴 槍或閥噴射印表機塗佈在基材上。較佳基材是織物，編織 或非編織物，其可由適合纖維如，例如棉、聚酯、芳香族 聚醯胺、絲、丙烯酸、毛、人造絲、尼龍、聚醯銨及破璃 形成。可利用任何適合的基材，包括紙、乙埽、皮革及聚 酉旨。墨汁組合物也可在塗佈後所選溫度及時間下固化，即 乾燥及交聯，其中典型固化係在6(TC至300°C之溫度下進行 1秒至10分鐘的時間。應了解較短固化時間一般將需要較高 溫度以進行固化。固化可藉熱及輻射能量，如微波或紅外 線輕射結合進行。 • 11 - 88757 200418936 為達本發明目的，利用美國賓州M〇ntgomeryviUe之

Mlcrotrac公司所製造的驗她狀舰15〇粒徑分析儀將墨 汁安定性定義為在6〇。(：下5天後粒徑增加不超過7g毫微米。土 /汁的噴射能力及噴射性係解釋㈣噴射時間的增加而 無方向錯誤或堵塞噴墨噴嘴。噴射性的測試係以日本 工私股份有限公司製造之JF_〇6〇4型印表機連續列印棉織物 進行，直到見到噴嘴被堵塞或方向錯誤之液滴。 下列實例係說明本發明。 實例1 :具較佳安定性之墨汁調配物 表1及3中所示墨汁組合物可藉除了黏合劑與顏料分散液 之夕卜，摻混所有組成份在一起所製得。利用14%氫氧化銨將 混合物的pH值調整至8至8.5。然後隨攪拌將黏合劑乳液逐 漸加入混合物中。最後隨攪拌將顏料分散液逐漸加入上述 /m合物中。利用14%氫氧化銨將墨汁的最終pH調整至8.5。 利用1微米玻璃纖維過濾器（美國48103密西根州Ann八此⑽市 之Pall公司所製造）過濾最終墨汁。利用Br〇〇kFieid黏度計（美 國 〇2〇72 麻州 Stoughton 之 Brookfield ENG LABS公司所製造） 以起低（UL)轉接器及轉軸在3〇 rpm下測量黏度。表面張力 係利用 Fisher Scientific表面張力計20(美國 Fisher Scientific 公司製得）量得。 安定性及儲存壽命係藉在6(TC下加熱老化並進行粒徑測 量來評估。初粒徑係在過濾墨汁後，但在60°C下進行任何 熱老化一段特定熱老化時間之前測量。粒徑測量係利用

Microtrac UPA 150粒徑分析儀（18936賓州 Montgomeryville 88757 -12- 200418936 之Micro trac公司所製造）進行。 表1.具較佳安定性之墨汁調配物 物質編號 1 2 3 4 5 6 (%) (%) (%) (%) (%) (%) 著色劑(Aery Jet™ Magenta 127) 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 乳膠黏合劑(42%) 14.29 14.29 14.29 14.29 14.29 14.29 SLS(28%) 3.57 DS4(23%) 3.57 FES-61(30%) 3.57 FES-77(30%) 3.57 FES -993(30%) 3.57 FES-32(60°/〇) 3.57 硝酸銨(25%溶於水） 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 2-口比洛淀酮 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 乙二醇 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 1，3-丙二醇 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 Surfynol™465 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 1.20 去離子水 39.94 39.95 39.95 39.95 39.95 39.95 總和 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 樣品1及2是對照實例。 美國賓州費城Rohm及Haas公司之商標名稱。 DS-4是法國Rhodia所賣商標名稱為RhodocalTMDS-4之烷基 芳基磺酸酯界面活性劑。SLS是美國伊利諾州Northfield之 -13- 88757 200418936

Stepan公司所賣商標名稱為Poly step™ S-1之月桂基硫酸鈉。 FES品牌的產品是由Cognis所提供。 表2.表1墨汁調配物之墨汁性質 墨汁性質 1 2 3 4 5 6 pH 8.80 8.82 8.79 8.81 8.79 8.80 黏度(厘泊） 4.92 4.60 表面張力(達因/厘米） 35.10 34.80 粒徑(毫微米） 初 202 199 165 164 172 在60°C下5天 595 564 168 196 217 309 在60°C下12天 167 225 在60°C下25天 197 280 在60T：下153天 223 368 相較於樣品F1-F2，樣品F3-F6呈現較佳安定性。 88757 14- 200418936 表3.具較佳安定性之墨汁調配物 物質編號 7 8 9 10 11 12 13 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 著色劑(Aery Jet™ Magenta 127) 20.00 20.00 20.00 22.00 20.00 20.00 20.00 乳膠黏合劑(42%) 14.29 14.29 14.29 9.00 14.29 14.29 14.29 SLS(28%) 3.57 DS4(23%) 3.57 FES-61(30°/〇) 3.57 4.33 FES-77(30%) 3.57 FES-993(30%) 3.57 FES-32(30%) 3.57 硝酸銨(25%溶於水） 1.00 1.00 1.00 2.00 1.00 1.00 1.00 比洛淀_ 5.00 5.00 5.00 8.00 5.00 5.00 5.00 乙二醇或 二乙二醇 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 1，3-丙二醇 5.00 5.00 5.00 0.00 5.00 5.00 5.00 Alcodet-sk 1.20 1.20 1.20 1.30 1.20 1.20 1.20 去離子水 39.94 39.95 39.95 43.37 39.95 39.95 39.95 總和 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 樣品7及8是對照實例。

Alcodet™SK是位於法國由Rhodia所賣的烷基硫醇乙氧基 化物（8 EO)。 -15- 88757 200418936 表4.表3墨汁調配物之墨汁性質 墨汁性質 7 8 9 10 11 12 13 pH 8.89 8.88 8.89 8.40 8.88 8.89 8.89 黏度(厘泊） 4.90 3.75 3.62 3.98 表面張力（達因/ 厘米） 35.30 34.50 34.80 35.30 粒徑(毫微米） 初 213 261 165 157 164 185 186 在60°C下5天 671 361 144 169 168 178 240 在60°C下12天 177 178 207 195 在60°C下25天 182 165 206 230 在60°C下153天 187 241 268 墨汁樣品3-6呈現極佳安定性及一般噴射性。墨汁樣品9-1 3 呈現極佳安定性及極佳喷射性。 實例2 :具較佳噴射性之墨汁調配物 表5中所示墨汁組合物可藉將所有組成份，但除了黏合劑 與顏料分散液之外，摻混在一起所製得。利用14%氫氧化銨 將混合物的pH值調整至8至8.5。然後隨攪拌將黏合劑乳液 逐漸加入混合物中。最後隨攪拌將顏料分散液加入上述混 合物中。利用14%氫氧化銨將墨汁的最終pH調整至8.5。利 用1微米玻璃纖維過濾器（美國48103密西根州Ann Arbor市之 Pall公司所製造）過濾、最終墨汁。利用BrookField黏度計（美 國 02072 麻州 Stoughton 之 Brookfield ENG LABS公司所製造） 以超低（UL)轉接器及轉軸在30 rpm下測量黏度。表面張力 •16- 88757 200418936 係利用 Fisher Scientific表面張力計2〇(美國 Fisher Scientific 公司製造）量得。 較佳噴射性之墨汁調配物 物質編號 14」 15 16 17 18 19 (%) (%) (%) (%) (%) (%) 著色劑(Cab-0=Jet™300) 25.00 25.00 25.00 著色劑(Cab-O=JetTM250) 25.00 25.00 25.00 乳膠黏合劑(42%) 14.29 14.29 14.29 9.00 14.29 14.29 硝酸銨(25%溶於水） 1.00 1.00 1.00 2.00 1.00 1.00 2-吡略啶酮 5.00 5.00 5.00 8.00 5.00 5.00 乙+醇或 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 10.00 二乙二醇 1，3-丙二醇 5.00 5.00 5.00 0.00 5.00 5.00 Surfynol™465 1.20 1.20 Alcodet-sk 1.20 1.20 1.20 1.20 去離子水 38.51 38.51 38.51 38.51 38.51 38.51 總和 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

Cab-0=JetTM是美國麻州Billerica之Cabot公司的商標名稱。 樣品14及17是對照實例。 相較於樣品14及17，墨汁樣品15、16、18及19呈現較佳噴 射性。 -17- 88757

Claims (1)

1. 拾、申請專利範園： h -種墨汁組合物，其' 之至少01番b 、 &硬體介質，著色劑，及佔墨汁重 u·1重1%具有下 、又兩性物質 汉代背其中 q^4" &基、芳基或烯基； Y八衣％氧乙烷或 4 · 乳丙烷之親水性重複單元，其中 硬酸根、續酸根或蹲酸根基； 且：!子:卸、麵、鐘或銨； 而Μ·:中右著色劑是—種共價鍵結有機基之改質碳黑 兩性物質具有與改質唆黑相同之電荷。 .二：專利範圍第1項之墨汁組合物，纟中該兩性物質 或夕種選自⑷坑基、芳基、燒基-芳基或烯基链磷酸 及其鹽類’包括納、鉀、銨及鋰鹽；及⑻烷基、芳基 烷基-万基或烯基醚硫酸酯及其鹽類，包括鈉、鉀、銨 居里鹽之群的組合物。 3·如申請專利範圍第2項之墨汁組合物，其中該墨汁以重量 計包含不超過1 0%之兩性物質。 4.如申請專利範圍第丨項之墨汁組合物，另包含佔該墨汁至 少0 · 1重1%之第二兩性物質，其中該第二兩性物質具有 下式 XQnR’-Y-R 其中 X代表羥基或胺基官能度； Q代表環氧乙烷或環氧丙烷之親水性重複單元，其中 88757 200418936 n>4 ； R代表（^至(：6烷基官能度； y代表氧、氮或硫；且 R代表烷基、芳基、烷基_芳基或烯基。 申μ專利範圍第4項之墨汁組合物，其中該第二兩性物 貝疋一或多種選自（a)烷基、芳基、烷基·芳基或烯基硫醇 乙氧基化物及（b)烷基酚乙氧基化物之群的組合物。 6. 如申请專利範圍第4項之墨汁組合物，其中該墨汁以重量 计包含不超過1 〇%之第二兩性物質。 7. —種墨汁組合物，其包含液體介質、著色劑及佔墨汁至少 〇·1重量°/〇具有下式之兩性物質 XQnR’-Y-R 其中 X代表羥基或胺基官能度； Q代表環氧乙燒或環氧丙燒之親水性重複單元，其中 n>4 ； R’代表<^至（：6烷基官能度； Y代表氧、氮或硫；且 R代表烷基、芳基、烷基-芳基或烯基。 8·如申請專利範圍第7項之墨汁組合物，其中該兩性物質是 一或多種選自（a)烷基、芳基、烷基_芳基或晞基硫醇乙氧 基化物及（b)烷基酚乙氧基化物之群的組合物。 9.如申請專利範圍第7項之墨汁組合物，另包含佔該墨汁至 少0.1重量％之第二兩性物質，其中該第二兩性物質具有 下式 -2 · 88757 200418936 R~C)-QnA^vi+其中 R代表烷基、芳基、烷基_芳基或缔基； n>4 ； Q代表％氧乙烷或環氧丙烷之親水性重複， 4 ； / 代表& 根、續酸根或磷酸根基；且 Μ代表陽離子如_、鈉、經或銨。 10·如申請專利範圍第9項之墨汁組合物，其中該第二兩性物 質是一或多種選自（a)烷基、芳基、烷基-芳基或烯基醚磷 酸酯及其鹽類，包括鈉、鉀、銨及鋰鹽；及（b)烷基、芳 基、烷基-芳基或晞基醚硫酸酯及其鹽類，包括納、_、 銨及鋰鹽之群的組合物。 88757 200418936 柒、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： (無元件代表符號） 捌、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 88757