專(zhuān)利名稱(chēng)：用于噴墨打印的墨水組合物以及增加墨水耐磨性的噴墨打印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨打印方法，特別是涉及一種利用添加HLB值≤10.6的非離子型表面活性劑以增加墨水耐磨性的噴墨打印方法。
背景技術(shù)：
噴墨打印技術(shù)已發(fā)展多年，此類(lèi)打印機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)主要為價(jià)格低、噪音低，且可提供不錯(cuò)的全色系打印品質(zhì)，并可使用一般紙張、特殊打印專(zhuān)用紙及專(zhuān)用投影片等不同的載體。
一個(gè)優(yōu)良的噴墨墨匣，必須具備當(dāng)墨匣噴墨時(shí)，墨水不但不發(fā)生噴墨口阻塞現(xiàn)象，而且此噴墨墨水匣至少可以成功噴墨一千萬(wàn)次以上。以黑色墨水匣為例，除了制備良好的墨水外，墨水與載體接觸后的表現(xiàn)也十分關(guān)鍵，特別是墨水噴墨于紙上的表現(xiàn)，也就是噴墨后不會(huì)發(fā)生羽化(feathering)和暈開(kāi)(bleeding)現(xiàn)象，更進(jìn)一步還必須耐磨(smear-resistant)和防水(water-resistant)。一般而言，只有少數(shù)的墨水可以同時(shí)兼顧所有性質(zhì)，通常的墨水只具有其中幾項(xiàng)特殊性質(zhì)，例如某一黑色顏料型墨水，其具有高光學(xué)密度(OD)，但在紙上的耐磨性卻有待加強(qiáng)。而另一黑色染料型墨水具有較佳的耐磨性，但其光學(xué)密度(OD)卻又偏低。
噴墨打印技術(shù)中所使用的墨水可分為染料型墨水與顏料型墨水，其系依據(jù)墨水中的著色劑(colorant)成分的不同而分類(lèi)。著色劑關(guān)系到墨水所呈現(xiàn)的色系，其中，染料易溶于水，呈現(xiàn)出較鮮艷的色彩，但通常缺乏良好的抗光性；再者，因其具有較佳的水溶性而無(wú)法擁有良好的防水性，因此導(dǎo)致噴墨打印的影像接觸水分時(shí)，將使染料再一次溶解，從而影響打印效果。顏料雖然擁有較佳的防水性及抗光性，但卻必須配合適當(dāng)?shù)姆稚?dispersant)與附著劑，再加上顏料具有較大的顆粒尺寸，故更易發(fā)生沉淀與凝集，降低墨水耐磨能力，影響打印品質(zhì)。這主要是由于顏料粒子的顆粒非常細(xì)微的緣故，因而其表面能亦大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易發(fā)生凝集現(xiàn)象。為了使這類(lèi)凝集體分散更均勻，有必要減小顏料粒子的凝集力，增加其分散性，故通常會(huì)利用表面活性劑、樹(shù)脂、胺等試劑，作為顏料的表面處理，從而達(dá)到分散穩(wěn)定。
使顏料粒子均勻分散的原理有兩種，第一種是利用電荷排斥效應(yīng)(electrical repulsion)，又稱(chēng)為D.L.V.O.理論(D.L.V.O.theory)，利用顏料的表面存在著電荷，使顆粒間位勢(shì)對(duì)抗而產(chǎn)生能量阻隔。第二種是利用位阻效應(yīng)(steric hindrance)，將某些化合物與顏料作用，使顏料表面存在大的官能基團(tuán)，因結(jié)構(gòu)關(guān)系產(chǎn)生位阻，從而避免顏料之間的結(jié)塊與凝集。
表面活性劑一般分為陽(yáng)離子型、 陰離子型、非離子型及兩性離子型，其中非離子型表面活性劑是由極性強(qiáng)、弱基團(tuán)構(gòu)成親水及疏水的兩端，達(dá)到界面互溶的效果，也以親水、疏水的比例稱(chēng)為HLB值(親水親油平衡值)，又因?qū)W術(shù)爭(zhēng)議，導(dǎo)致HLB值的計(jì)算公式無(wú)法一致，但常用以下公式計(jì)算{(親水性結(jié)構(gòu)分子量)/(總分子量)}×20表面活性劑的HLB值范圍在0～20之間，HLB值高者，代表其親水性較強(qiáng)，反之HLB值低者親水性較弱。而在墨水中加入表面活性劑，在于控制墨水配方中水油兩相的互溶性，并進(jìn)而調(diào)整墨水的表面張力。
美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第09/120,046中公開(kāi)，利用添加乳膠聚合物(latex polymer)的方式來(lái)改善墨水的耐磨性。然而，添加乳膠聚合物的墨水并不容易打印。美國(guó)專(zhuān)利第6,177,498 B1中公開(kāi)，除了添加乳膠聚合物之外，再添加兩種共溶劑3-已炔-2，5-二醇(3-hexyne-2，5-diol)和1，2-辛二醇(1，2-octanediol)的方式，則可改善打印性質(zhì)。
已知技術(shù)中并沒(méi)有研究表面活性劑對(duì)于墨水的耐磨性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)表面活性劑對(duì)于墨水的耐磨性的影響。利用表面活性劑親水及疏水的特性，作為噴墨墨水的表面處理，從而達(dá)到分散穩(wěn)定，進(jìn)而改善噴墨墨水的耐磨性，提高噴墨打印品質(zhì)。
本發(fā)明提供一種用于噴墨打印的墨水組合物，至少包含著色劑；水溶液介質(zhì)；以及非離子型表面活性劑，其HLB值≤10.6。
本發(fā)明亦提供一種增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其包括以下步驟提供墨水組合物，該墨水組合物至少包含著色劑；水溶液介質(zhì)；以及非離子型表面活性劑，其HLB值≤10.6。接著，噴出該墨水組合物于記錄載體上。
在墨水中其它成分相同的條件下(亦即使用相同著色劑和相同的其它添加劑)，本發(fā)明墨水組合物(使用HLB值≤10.6的非離子型表面活性劑)的耐磨性比傳統(tǒng)墨水組合物(使用HLB值＞10.6的非離子型表面活性劑)的耐磨性好。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的噴墨墨水組合物主要用以改善噴墨墨水的耐磨性，進(jìn)而增進(jìn)噴墨打印品質(zhì)。本發(fā)明的墨水組合物至少包含著色劑，水溶液介質(zhì)，以及非離子型表面活性劑。本發(fā)明的重點(diǎn)為，所使用的非離子型表面活性劑的HLB值≤10.6，優(yōu)選HLB值為4至10.6之間。
本發(fā)明的噴墨墨水組合物中，著色劑的重量百分比濃度可為1％～15％，優(yōu)選1％～8％。本發(fā)明噴墨墨水組合物中的著色劑，可為染料或顏料。顏料的明暗與其粒徑大小有關(guān)，當(dāng)粒子很細(xì)時(shí)，吸收的光越多，其黑度增加；當(dāng)粒子較粗時(shí)，反射光多，其黑度減少。應(yīng)用于打印機(jī)中，由于噴墨噴嘴口口徑大小的限制(20～50μm)，其顏料顆粒大小必須在1μm以下，若使用粒子較小的顏料應(yīng)用于墨水中，當(dāng)墨水噴墨于紙張上，常會(huì)因粒子太小，易滲入紙張纖維中，反而造成黑度降低。
適用于本發(fā)明的顏料，可為AcryJet Series(來(lái)自Rohm&Haas)，Cab-O-Jet series(來(lái)自Cabot)，BonJet CWseries(來(lái)自O(shè)rient)，MicroPigmo series(來(lái)自O(shè)rient)，Hostafineseries(來(lái)自Clariant)。適用于本發(fā)明的染料，可為Duasyn SFSeries(來(lái)自Clariant GmbH)、Dusayn MB-01 liquid LP2598(來(lái)自Clariant)、Dusayn MB-01 liquid LP2599(來(lái)自Clariant)、ProJet Series(來(lái)自Avecia)、Bayscipt Series(來(lái)自Bayer AG)、Special Turquoise Blue AE liquid(來(lái)自Bayer)、Special BrilliantSeries(來(lái)自Bayer)、Special yellow N-S AY-9(來(lái)自Bayer)、Experimental PC Series(來(lái)自Bayer)、Access Series、PalmerSeries、Liquitant Series(來(lái)自Milliken Chemical)、Y1189、Y104、Y178、M377、M1114(來(lái)自Ilford)、Water Color Series(來(lái)自O(shè)rient)、Basacid Series(來(lái)自BASF)、Basonyl Series(來(lái)自BASF)等。
本發(fā)明的墨水組合物中，HLB值≤10.6的非離子型表面活性劑的重量百分比濃度可為0.001％～10％，優(yōu)選0.001％～3.5％。墨水中的表面活性劑，將影響墨水的黏度及表面張力，并可調(diào)整墨水的分散性和滲透性。當(dāng)墨水添加了適當(dāng)濃度的表面活性劑后，可因適當(dāng)?shù)酿ざ榷构┠皣娔樌＿m用于本發(fā)明的非離子型的表面活性劑的具體例子包括Surfynol 104、Surfynol400 Series(Air Products)、Tergitol 15-S-n Series、Tergitol TMN-Series、Tergitol X-Series(UCC)、Honon TX-n Series、HOLOFSeries(HOCLEAN)、TRE Series、ENHOL NP Series、ENHOL BPESeries、ENHOL LE Series、ENHOL TAE Series、ENHOL TMESeries(En Hou)、SINOPOL Series、SINCOL Series、SINOMALSeries、SINONOX Series、(中日化學(xué))、ABLUNOL Series(臺(tái)界化學(xué))等。
本發(fā)明在添加了HLB≤10.6的非離子型表面活性劑之后，墨水組合物的表面張力可為25～45dyne/cm之間，優(yōu)選為30～40dyne/cm之間。
本發(fā)明的噴墨墨水組合物中，水溶液介質(zhì)的重量百分比濃度可為80％～98％，優(yōu)選90％～95％。水溶液介質(zhì)中除了水以外，可包含至少一種添加劑，例如有機(jī)溶劑、乳化劑、保濕劑、分散劑、粘合劑(adhesive agent)、酸堿緩沖劑、螯合劑、殺菌劑、防腐劑、或其組合。
適用于本發(fā)明的有機(jī)溶劑可為環(huán)己烷、甲醇、乙醇、乙二醇、二甘醇(diethylene glycol)、三甘醇(triethylene glycol)、聚乙二醇(polyethylene glycol)、丙二醇(propylene glycol)、丁二醇(butylenes glycol)、戊二醇(pentylene glycol)或己二醇(hexylene glycol)或多元醇等。
適用的乳化劑可為A-102(來(lái)自CYTEC)，LF-4(來(lái)自CYTEC)，1，3-BG(來(lái)自KYOWA)，OG(來(lái)自KYOWA)，BEPG(來(lái)自KYOWA)，PD-9(來(lái)自KYOWA)，EP-810(來(lái)自AIRPRODUCT)，AQUAROME AGENT 44(來(lái)自The IndependentFragrance)，2-丙醇(2-propanol)、二-1，2-丙二醇(di-1，2-propyleneglycol)、2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone)、2，4，7，9-四甲基-5-壬炔-4，7-二醇(2，4，7，9-tetramethyl-5-decyne-4，7-diol)、1，1，1-三甲基醇丙烷(1，1，1-trimethylolpropane)等。
適用于本發(fā)明的保濕劑、分散劑和粘合劑，可為CT-141(來(lái)自AIR PRODUCT)、CT-151(來(lái)自AIR PRODUCT)、OT-75(來(lái)自CYTEC)、GPG(來(lái)自CYTEC)、OT-70PG(來(lái)自CYTEC)、聚乙二醇(polyethandiol)、聚丙二醇(polypropandiol)、環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷共聚合物(EO/PO copolymer)、環(huán)氧丁烷/環(huán)氧乙烷共聚合物(BO/EO copolymer)、琥珀酸二辛基磺酸鈉(sodium dioctylsulfosuccinate)、乙二醇的烯化氧加合物(alkylene oxide adductof acetylene glycol)、聚丁基樹(shù)脂(polybutyl resin)、纖維素衍生物(cellulose derivative)、苯乙烯/丙烯的共聚樹(shù)脂(styrene/acrylic copolymer resin)、馬來(lái)酸/苯乙烯的共聚物(maleic acid/styrene copolymer)或一種同時(shí)含有親水性鏈段(hydrophilic segment)與親油性鏈段(hydrophobic segment)的聚合物等。
適用于本發(fā)明的酸堿緩沖劑可為二羥乙基胺(diethanolamine)，三(羥乙基)胺(triethanolamine)，堿金屬類(lèi)氫氧化物(hydroxides of alkali metals)[如氫氧化鋰、氫氧化鈉和氫氧化鉀](méi)，氫氧化銨，堿金屬類(lèi)碳酸化合物(carbonates of alkalimetals)[如碳酸鋰、碳酸鈉和碳酸鉀](méi)。
適用于本發(fā)明的螯合劑可為乙二胺四乙酸鈉(sodiumethylenediaminetetraacetate)、次氮基三乙酸三鈉(trisodiumnitrilotriacetate)、羥乙基乙二胺乙酸三鈉(hydroxyethylethylenediamine trisodium acetate)、二亞乙基三氨乙酸五鈉(diethylenetriamino pentasodium acetate)和2-氨基丙二酰脲乙酸二鈉(uramil disodium acetate)。
本發(fā)明的墨水組合物中還可添加殺菌劑，以抑制細(xì)菌在墨水中滋長(zhǎng)，亦可添加其它具抗光性與耐候性等的相關(guān)添加劑。
以下通過(guò)幾個(gè)實(shí)施例以更進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法、特征及優(yōu)點(diǎn)，但并非用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
實(shí)施例[實(shí)施例一]依照表一的成分配制實(shí)施例一的黑色顏料型墨水組合物1A～1J。墨水1A～1J系使用不同種類(lèi)的非離子型表面活性劑(具有不同的HLB值)，但所有墨水的表面張力皆為30dyne/cm。
然后，測(cè)試墨水的耐磨性(smear)。測(cè)試方法為，使用市售專(zhuān)用噴墨打印機(jī)(HP DeskJet 990C)，將上述墨水噴墨打印在Paperon paper 70gsm及TRANSMATE paper 70gsm兩種規(guī)格的紙上，得到黑色圖稿。接著，以市售的熒光筆(Pentel S512)劃過(guò)黑色圖稿，測(cè)試其所帶出的黑色顏料多寡，用以判定其黑色圖稿的耐磨性，測(cè)試結(jié)果示于表二。
耐磨性(Smear)的判斷標(biāo)準(zhǔn)(1)○表劃過(guò)的熒光線(xiàn)上幾乎無(wú)黑色顏料。
(2)△表劃過(guò)的熒光線(xiàn)上略帶黑色顏料。
(3)×表劃過(guò)的熒光線(xiàn)上帶很多黑色顏料。
表一、實(shí)施例一的黑色顏料型墨水

表二

墨水1A～1J的表面張力為30dyne/cm[實(shí)施例二]按照表三的成分配制實(shí)施例二的黑色染料型墨水組合物2A～2J。墨水2A～2J系使用不同種類(lèi)的非離子型表面活性劑(具有不同HLB值)，但所有墨水的表面張力皆為30dyne/cm。
表三、實(shí)施例二的黑色染料型墨水

表四

墨水2A～2J的表面張力為30dyne/cm然后，測(cè)試墨水的耐磨性(smear)。測(cè)試方法為，使用市售專(zhuān)用噴墨打印機(jī)(HP DeskJet 990C)，將上述墨水噴墨打印在Paperon paper 70gsm及TRANSMATE paper 70gsm兩種規(guī)格紙上，得到黑色圖稿。接著，以市售的熒光筆(Pentel S512)劃過(guò)黑色圖稿，測(cè)試其所帶出的黑色顏料多寡，用以判定其黑色圖稿的耐磨性，測(cè)試結(jié)果示于表四。
所用成分同表一和表二，配制出黑色染料型墨水組合物3A，、3D、3F、3I。不同墨水系使用不同種類(lèi)的非離子型表面活性劑(具有不同HLB值)。慢慢加入表面活性劑以微調(diào)墨水的表面張力，使表面張力降至40dyne/cm。
然后，測(cè)試墨水的耐磨性(smear)。測(cè)試方法為，使用市售專(zhuān)用噴墨打印機(jī)(HP DeskJet 990C)，將上述墨水噴墨打印在Paperon paper 70gsm規(guī)格紙上，得到黑色圖稿。接著，以市售的熒光筆(Pentel S512)劃過(guò)黑色圖稿，測(cè)試其所帶出的黑色顏料多寡，用以判定其黑色圖稿的耐磨性，測(cè)試結(jié)果示于表五。
表五、實(shí)施例三的黑色顏料型墨水在Paperon paper的耐磨性結(jié)果

墨水3A、3D、3F、3I的表面張力為40dyne/cm[實(shí)施例四]所用成分同表三和表四，配制出黑色染料型墨水組合物4A、4D、4F、4I。不同墨水系使用不同種類(lèi)的非離子型表面活性劑(具有不同HLB值)。慢慢加入表面活性劑以微調(diào)墨水的表面張力，使表面張力降至40dyne/cm。
然后，測(cè)試墨水的耐磨性(smear)。測(cè)試方法為，使用市售專(zhuān)用噴墨打印機(jī)(HP DeskJet 990C)，將上述墨水噴墨打印在Paperon paper 70gsm規(guī)格紙上，得到黑色圖稿。接著，以市售的熒光筆(Pentel S512)劃過(guò)黑色圖稿，測(cè)試其所帶出的黑色顏料多寡，用以判定其黑色圖稿的耐磨性，測(cè)試結(jié)果示于表六。
表六、實(shí)施例四的黑色染料型墨水在Paperon paper的耐磨性結(jié)果

墨水4A、4D、4F、4I的表面張力為40dyne/cm本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)非離子型表面活性劑的HLB值對(duì)于噴墨墨水的耐磨性有影響。由上述實(shí)驗(yàn)證明，與添加HLB值＞10.6的非離子型表面活性劑的傳統(tǒng)墨水相比，本發(fā)明含有HLB值≤10.6的非離子型表面活性劑的噴墨墨水具有較好的耐磨性，進(jìn)而可增進(jìn)噴墨打印品質(zhì)。
雖然本發(fā)明已以?xún)?yōu)選實(shí)施例顯示如上，然其并非用以限制本發(fā)明，任何熟悉該項(xiàng)技術(shù)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)可做變動(dòng)和潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)所界定的內(nèi)容為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于噴墨打印的墨水組合物，至少包含著色劑；水溶液介質(zhì)；以及非離子型表面活性劑，其HLB值≤10.6。
2.如權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述著色劑為顏料或染料。
3.如權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述非離子型表面活性劑的HLB值為4至10.6之間。
4.如權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述著色劑的重量百分比濃度的范圍為1％～15％。
5.如權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述非離子型表面活性劑的重量百分比濃度的范圍為0.001％～10％。
6.如權(quán)利要求5所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述非離子型表面活性劑的重量百分比濃度的范圍為0.001％～3.5％。
7.如權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述水溶液介質(zhì)包含至少一種添加劑，該添加劑為有機(jī)溶劑、乳化劑、保濕劑、分散劑、粘合劑、酸堿緩沖劑、螯合劑、殺菌劑、防腐劑、或其組合。
8.如權(quán)利要求1所述的用于噴墨打印的墨水組合物，其中所述墨水組合物的耐磨性比另一墨水組合物的耐磨性好，所述的另一墨水組合物至少包含所述著色劑；所述水溶液介質(zhì)；以及另一非離子型表面活性劑，其HLB值＞10.6。
9.一種增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其包括以下步驟提供墨水組合物，該墨水組合物至少包含著色劑；水溶液介質(zhì)；以及非離子型表面活性劑，其HLB值≤10.6；及噴出所述墨水組合物于記錄載體上。
10.如權(quán)利要求9所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述著色劑為顏料或染料。
11.如權(quán)利要求9所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述非離子型表面活性劑的HLB值為4至10.6之間。
12.如權(quán)利要求9所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述著色劑的重量百分比濃度的范圍為1％～15％。
13.如權(quán)利要求9所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述非離子型表面活性劑的重量百分比濃度的范圍為0.001％～10％。
14.如權(quán)利要求13所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述非離子型表面活性劑的重量百分比濃度的范圍為0.001％～3.5％。
15.如權(quán)利要求9所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述水溶液介質(zhì)包含至少一種添加劑，該添加劑為有機(jī)溶劑、乳化劑、保濕劑、分散劑、粘合劑、酸堿緩沖劑、螯合劑、殺菌劑、防腐劑、或其組合。
16.如權(quán)利要求9所述的增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其中所述墨水組合物的耐磨性比另一墨水組合物的耐磨性好，所述另一墨水組合物至少包含所述著色劑；所述水溶液介質(zhì)；以及另一第二非離子型表面活性劑，其HLB值＞10.6。
17.一種增加墨水耐磨性的噴墨打印方法，其包括以下步驟提供第一墨水組合物，該第一墨水組合物至少包含著色劑；水溶液介質(zhì)；以及第一非離子型表面活性劑，其HLB值≤10.6；以及噴出所述第一墨水組合物于記錄載體上，其中所述第一墨水組合物的耐磨性比第二墨水組合物的耐磨性好，該第二墨水組合物至少包含所述著色劑；所述水溶液介質(zhì)；以及第二非離子型表面活性劑，其HLB值＞10.6。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于噴墨打印的墨水組合物，至少包含著色劑；水溶液介質(zhì)；以及非離子型表面活性劑，其HLB值≤10.6。與添加HLB值＞10.6的非離子型表面活性劑的傳統(tǒng)墨水相比，本發(fā)明的墨水組合物可改善耐磨性，進(jìn)而增進(jìn)噴墨打印品質(zhì)。
文檔編號(hào)B41J2/01GK1730573SQ2004100562
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者劉韻宜, 沈昱璋, 周凱彬 申請(qǐng)人:明基電通股份有限公司