專利名稱：帶有多階段油墨遷移抑制劑的噴墨接受介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其上沉積顏料基油墨形成優(yōu)良圖象的微孔噴墨接受介質(zhì)，當(dāng)與水接觸時(shí)它能阻止所述顏料基油墨的遷移。
背景技術(shù)：
在商業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中噴墨成象技術(shù)已廣為流行。使用個(gè)人計(jì)算機(jī)和桌面打印機(jī)將彩色圖象打印在紙張和其它接受介質(zhì)上的能力已由染料基油墨拓展至顏料基油墨。顏料基油墨具有鮮艷的色彩和更耐久的圖象，這是因?yàn)樵谟脽釃娔蛴☆^(如購(gòu)自惠普公司、Encad Inc.，Mimaki Corporation、EpsonCorporation等公司的打印機(jī)中的購(gòu)自惠普公司或LexMark Corporation的打印頭)分送前顏料顆粒存在于分散液中。
噴墨打印機(jī)一般用于例如工程和建筑制圖中的寬幅電子打印。由于操作簡(jiǎn)單、噴墨打印機(jī)經(jīng)濟(jì)以及油墨技術(shù)的改進(jìn)，因此噴墨成象法具有很大的發(fā)展前景，使打印工業(yè)能制得寬幅的、按需形成圖象的并且圖象質(zhì)量耐久的圖象。
用于形成圖象的噴墨系統(tǒng)的組件可分成三大類1.計(jì)算機(jī)、軟件、打印機(jī)；2.油墨；3.接受片材。
計(jì)算機(jī)、軟件和打印機(jī)將控制墨滴的大小、數(shù)量和位置并輸送受體薄膜。油墨含有構(gòu)成圖象的著色劑即顏料，受體薄膜提供接受并保持油墨的介質(zhì)。噴墨圖象的質(zhì)量與整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)。但是，在噴墨系統(tǒng)中油墨和受體薄膜的組成和相互作用是最重要的。
圖象質(zhì)量是觀看的公眾和消費(fèi)者希望并需要看到的。印刷所對(duì)噴墨介質(zhì)/油墨體系還有許多其它要求，例如快速干燥、對(duì)濕度不敏感性、延長(zhǎng)的儲(chǔ)存壽命、耐水和總體可操作性。同時(shí)，置于環(huán)境中時(shí)對(duì)介質(zhì)和油墨還有其它的要求(取決于圖象的用途)。
通常選用多孔膜作為噴墨接受介質(zhì)，因?yàn)槎嗫啄さ拿?xì)管作用能將油墨吸入孔中，它比形成水溶性涂層的膜的吸收機(jī)理快得多。然而，過去在使用多孔涂層即薄膜以獲得所需的快速干燥時(shí)，由于著色劑在多孔網(wǎng)絡(luò)中滲入太深而造成光學(xué)密度有很大的下降。在分送每滴為大體積的油墨的打印機(jī)中這種問題尤為嚴(yán)重，因?yàn)樾枰~外的薄膜厚度來接納所有油墨。當(dāng)膜的孔尺寸和孔體積是開放的以便顏料滲入時(shí)，在膜中顏料會(huì)分層。也就是說，按照施加次序在不同的深度可發(fā)現(xiàn)主要是黑色、青色、品紅和黃色。因此先施加的某些顏色在圖像中被隨后施加的其它顏料基油墨所光學(xué)抑制。另外，油墨的側(cè)向擴(kuò)散也是作為接受介質(zhì)的多孔膜的固有問題。當(dāng)將顏料基油墨噴射在孔尺寸太小的多孔薄膜上時(shí)，著色顏料會(huì)被過濾在薄膜的頂部，形成高的圖象密度，但是該顏料容易抹去且有永不會(huì)變干的效果。同時(shí)，在水/二元醇載體被吸收前油墨中的過量流體會(huì)聚結(jié)，或甚至更嚴(yán)重會(huì)匯聚在圖象上流淌。
由于在油墨噴射過程中和在剩余的油墨中要求顏料顆粒連續(xù)地分散，因此顏料基噴射油墨的化學(xué)配方是相當(dāng)復(fù)雜的。
用于接受染料基噴射油墨的常見介質(zhì)是紙張，或在特殊情況下是涂覆的紙張。但是，當(dāng)紙張的給定區(qū)域具有太多噴射油墨時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)該紙張被溶解染料的水性油墨過飽和。
隨著噴射油墨成為商業(yè)潮流和顏料基油墨的普遍流行，嘗試了各種不同的介質(zhì)以試圖對(duì)油墨中流體加以控制。
日本專利JP 61-041585揭示了一種使用一定的PVA/PVP比例制造打印材料的方法。其缺點(diǎn)是耐水性和濕擦除性不佳。
日本專利JP 61-261089揭示了一種除PVA/PVP混合物以外還含有陽(yáng)離子導(dǎo)電樹脂的透明材料。該材料是耐水的并且防污，但是濕擦除性能差。
歐洲專利公報(bào)EP 0 716 931 A1揭示了一種使用能在兩個(gè)或多個(gè)位置與金屬離子配位鍵合的染料的體系。同時(shí)將粘合劑樹脂與無(wú)機(jī)顏料一起用于紙張或薄膜上。較好在成象前噴射金屬離子并需要額外加熱來完成反應(yīng)。未提到這種體系是耐水的，其目的是延長(zhǎng)儲(chǔ)存壽命，不會(huì)因熱或光而褪色。
美國(guó)專利5,537,137揭示了一種通過熱或紫外線固化來獲得耐水性的體系。在該專利中，其涂層的例子含有來自CaCl2的Ca2+。這種物質(zhì)的加入是為了向分散的聚合物上的酸基團(tuán)提供活性物質(zhì)。成象后在UV或熱固化前涂層仍是水溶性的。
因此，目前特定的噴墨接受介質(zhì)采用載體吸收組分，有時(shí)還含有任選的添加劑將油墨粘在介質(zhì)上。結(jié)果造成現(xiàn)有的介質(zhì)固有地對(duì)水汽敏感，操作時(shí)易碎裂且易被手指弄臟。另外，所述載體吸收組分通常由水溶性(或水溶脹性)聚合物組成，造成打印速度慢，干燥時(shí)間長(zhǎng)。
顏料基油墨分送系統(tǒng)還涉及顏料控制體系，其中對(duì)顏料顆粒的施放位置進(jìn)行控制以形成最佳可能的圖象。例如美國(guó)專利5,747,148(Warner等)揭示了一種顏料控制體系，其中合適的支承層(列表中包括一層微孔層)具有兩層流體控制體系保護(hù)滲透層和接受層，這兩層均含填料顆粒，以便從保護(hù)滲透層的最外層提供兩種不同的許多突出部分。該申請(qǐng)的許多電子顯微照片顯示出了油墨的顏料顆粒如何遭遇光滑的突出部分(它們提供了合適地形供顏料顆粒“筑巢”)和巖石般的突出部分(它們有助于介質(zhì)的處置等)。
還公開了其它油墨接受體，包括美國(guó)專利5,342,688(Kitchin)、5,389,723和4,935,307(均為Iqbal等)；5,208,092(Iqbal)、5,302,437(Idei等)；美國(guó)專利5,206,071(Atherton等)和EP0專利公報(bào)0 484 016 A1。
已有技術(shù)中已將流體控制體系和顏料控制體系組合起來，例如共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)08/892,902(代理人卷號(hào)53473USA1A)。這一工作解決了噴墨接受介質(zhì)需要同時(shí)具備顏料控制體系(用于絮凝或凝聚進(jìn)入的顏料/分散顆粒)和流體控制體系(用于在多孔基材中有效地分送載體流體)的問題。
已有技術(shù)中還使用了以共聚物為基的油墨遷移抑制劑，所述共聚物由至少兩種不同的親水單體組成，這些親水單體中每種的均聚物是親水的，但由不同的親水單體制得的共聚物水溶性很低。共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)09/099,956(Waller等)揭示了以單階段方式工作的所述油墨遷移抑制劑。
發(fā)明概述發(fā)現(xiàn)在處于濕氣、雨水、露水、雪等形式的水中時(shí)要求噴墨接受介質(zhì)具有耐久性。
還發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴墨打印過程中將水性噴墨制劑中的顏料顆粒沉積在接受介質(zhì)上時(shí)，該顏料顆粒需要時(shí)間與接受介質(zhì)形成穩(wěn)定的關(guān)系。
發(fā)現(xiàn)即使多孔噴墨接受介質(zhì)具有流體控制體系和顏料控制體系，顏料顆粒也會(huì)在這種介質(zhì)的孔中遷移。
共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)09/099,956(Waller等)提供了一種“單階段”油墨遷移抑制劑，因?yàn)樗沟迷陬伭项w粒(及其分散劑)和噴墨接受介質(zhì)之間快速地建立穩(wěn)定的關(guān)系，尤其是當(dāng)打印介質(zhì)在打印之后不久很可能與水接觸時(shí)。
但是，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)顏料顆粒要求使用“多階段”油墨遷移抑制劑，因?yàn)橛行﹪娔邮芙橘|(zhì)不宜用第一級(jí)油墨遷移抑制劑。
“多階段”油墨遷移抑制劑有兩個(gè)關(guān)鍵特征不同于“單階段”油墨遷移抑制劑(1)多階段抑制劑組合物水溶性相當(dāng)高，不象單階段油墨遷移抑制劑水溶性很低；(2)多階段抑制劑組合物起初能更有效地起作用，在顏料顆粒(及其分散劑)和噴墨接受介質(zhì)之間建立穩(wěn)定的關(guān)系，而該抑制劑的第二階段的作用與已有技術(shù)的單階段抑制劑的作用相同。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可按照油墨和介質(zhì)特性的具體要求選用單階段抑制劑、多階段抑制劑，或者這兩者。在任一種可能性中，本發(fā)明具有當(dāng)圖像遇到水或者處于濕度過大的環(huán)境時(shí)能抑制油墨遷移的手段。
本發(fā)明的一個(gè)方面是用于顏料基油墨的多階段遷移抑制劑，包含具有季銨官能團(tuán)的聚合物，該聚合物的水溶性相當(dāng)高。
本申請(qǐng)所用的“水溶性相當(dāng)高”是指在室溫(約15-18℃)單體在去離子水中以50-90克/100克水的量溶解。
著色過的噴射油墨包括熱噴射油墨和壓噴射油墨。這些油墨較好是水性噴射油墨。
本發(fā)明的一個(gè)特征是包含一個(gè)或多個(gè)季銨官能團(tuán)的聚合物，其水溶性相當(dāng)高，能與顏料基油墨及其分散劑起配位作用，產(chǎn)生不溶性、分子量較高的配合物。多孔噴墨接受介質(zhì)中形成的新配合物對(duì)額外的水或濕氣是基本上耐水的。水通常以濕氣、雨、雪等形式來源于環(huán)境。
油墨組分和季銨官能團(tuán)的配位作用的動(dòng)力學(xué)被認(rèn)為涉及親水性相互作用(與共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)09/099,956(Waller等)中所揭示的相同)，但比使用用于單階段配位作用中的微溶性的均聚物和共聚物所產(chǎn)生的作用更強(qiáng)烈和迅速，這是因?yàn)楸景l(fā)明溶解性相當(dāng)高的聚合物更易于被油墨載體流體所溶解。因?yàn)楸景l(fā)明的聚合物是“多階段”油墨遷移抑制劑，所以本發(fā)明的聚合物能夠強(qiáng)烈且迅速地與需要抑制其遷移的油墨組分配位，于是更通常地說也就把需要抑制其遷移的油墨組分清除掉了。
對(duì)多階段油墨遷移抑制劑的需求來自打印油墨的質(zhì)量不可控制且各批油墨的質(zhì)量互不相同這樣一個(gè)事實(shí)。此外，各批噴墨接受介質(zhì)的性質(zhì)也互不相同。這些不同導(dǎo)致其它變化，從而需要更強(qiáng)烈的遷移抑制劑。本發(fā)明的多階段抑制劑解決了由各批差異所產(chǎn)生的問題。
本文中所用的“親水性相互作用”是指一種物理化學(xué)現(xiàn)象，此中多階段油墨遷移抑制劑中的一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)與親水性介質(zhì)中的分散劑和離子相互作用。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明溶解性相當(dāng)高的聚合物能基本上固定顏料顆粒及其相關(guān)的分散劑，在打印后的噴墨接受介質(zhì)與水接觸時(shí)能防止顏料顆粒及分散劑遷移。某種意義上，本發(fā)明溶解性相當(dāng)高的聚合物補(bǔ)充或代替了單階段油墨遷移抑制劑的使用，它們?cè)诙嚯A段油墨遷移抑制劑的后續(xù)階段或最終階段都如此。
此外，本發(fā)明的季銨聚合物能增加圖像的光學(xué)密度，與其它吸收組分一起形成更好的吸液溶液，用來涂覆多孔介質(zhì)以制得有用的噴墨接受介質(zhì)。這是因?yàn)樵谟糜谥苽鋰娔邮芙橘|(zhì)的涂覆溶液中可有更大量的本發(fā)明多階段油墨遷移抑制劑。上述多階段方式還具有更好的絮凝性質(zhì)。
因此，本發(fā)明提供一種噴墨接受介質(zhì)，該介質(zhì)包括多孔薄膜和用于顏料基油墨的多階段遷移抑制劑，所述抑制劑包含具有季銨官能團(tuán)的聚合物，所述聚合物的水溶性相當(dāng)高。該聚合物較好是具有P(X/Y/Z)的化學(xué)式，其中X是含吡咯烷酮的聚合單體；Y是含酸的聚合單體；Z是含季銨的聚合單體。
下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)例和附圖描述本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是比較用的彩色數(shù)字圖像，顯示當(dāng)噴墨接受介質(zhì)未使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)發(fā)生顏料遷移。
圖2是彩色數(shù)字圖像，顯示在與圖1相同的條件下，但是噴墨接受介質(zhì)使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)基本無(wú)顏料遷移。
圖3是另一個(gè)比較用的彩色數(shù)字圖像，顯示當(dāng)噴墨接受介質(zhì)未使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)發(fā)生顏料遷移，但其濃度不同于圖1所用的。
圖4是彩色數(shù)字圖像，顯示在與圖3相同的條件下，但是噴墨接受介質(zhì)使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)基本無(wú)顏料遷移，但其濃度不同于圖2所用的。
圖5是比較用的彩色數(shù)字圖像，顯示當(dāng)噴墨接受介質(zhì)未使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)發(fā)生顏料遷移，其濃度與圖1相同，但暴露于水中的開始時(shí)間不同。
圖6是彩色數(shù)字圖像，顯示在與圖5相同的條件下，但是噴墨接受介質(zhì)使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)基本無(wú)顏料遷移，其濃度與圖2相同，但暴露于水中的開始時(shí)間不同。
圖7是另一個(gè)比較用的彩色數(shù)字圖像，顯示當(dāng)噴墨接受介質(zhì)未使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)發(fā)生顏料遷移，盡管暴露于水中的開始時(shí)間相同，但其濃度不同于圖5所用的。
圖8是彩色數(shù)字圖像，顯示在與圖7相同的條件下，但是噴墨接受介質(zhì)使用本發(fā)明顏料遷移抑制劑時(shí)基本無(wú)顏料遷移，盡管暴露于水中的開始時(shí)間相同，但其濃度不同于圖6所用的。
發(fā)明的較佳實(shí)施方案噴墨接受介質(zhì)噴墨接受介質(zhì)可以是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何多孔膜或薄膜，想要在該薄膜的至少一個(gè)主表面上打印噴射油墨。多孔膜較好是微孔膜，更好是相分離的微孔膜(如相轉(zhuǎn)化膜，它可以是濕的或干的，如R.E.Kesting的合成聚合物膜結(jié)構(gòu)前景(Synthetic Polymeric MembranesStructuralPerspective)，第二版，John Wiley & Sons，1985，第7章，第237-285頁(yè)中所述)，更好的是熱引發(fā)相分離(thermally induced phase separated，T.I.P.S.)的微孔膜，如美國(guó)專利4,539,256(Shipman)、4,726,989(Mrozinski)、5,120,594(Mrozinski)、4,867,881(Kinzer)和4,247,498(Castro)中所述類型的微孔膜。另一種微孔膜是TESLIN，按照美國(guó)專利4,892,779(Leatherman)所述方法制得，該方法需要“用增塑劑加工成均勻混合物”、萃取和拉伸。這些加工行為或技術(shù)是膜成形工藝中常用的。按照美國(guó)專利4,613,441(Kohno)所述方法制得的類似產(chǎn)品也可被認(rèn)為是用于本發(fā)明的微孔膜。
較好是介質(zhì)為噴墨接受介質(zhì)，它包括具有流體控制體系和顏料控制體系的多孔基材，這些體系被浸漬至多孔基材的孔內(nèi)，與基材的孔表面接觸，例如揭示于共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)08/892.902(代理人卷號(hào)53473USA1A)和相關(guān)的PCT公報(bào)WO 99/03685。該介質(zhì)的一個(gè)實(shí)例是一種噴墨接受體，它包括浸漬有無(wú)機(jī)多價(jià)金屬鹽以及專為所用油墨和薄膜選用的表面活性劑或表面活性劑混合物的微孔膜。
另一個(gè)實(shí)例是一種噴墨接受體，它包括浸漬有微孔氟化二氧化硅附聚物和粘合劑以及專為所用油墨和薄膜選用的表面活性劑或表面活性劑混合物的微孔膜。
本發(fā)明另一個(gè)實(shí)例是一種噴墨接受體，它包括浸漬有微孔氟化二氧化硅附聚物和粘合劑以及表面活性劑或表面活性劑混合物的微孔膜，所述表面活性劑選自以烴為基的陰離子表面活性劑、硅基非離子表面活性劑或以氟代烴為基的非離子表面活性劑或它們的混合物。
當(dāng)在噴墨打印機(jī)中成象時(shí)，這些接受體形成非常高密度和非常高質(zhì)量的圖象，所述圖象不發(fā)粘并且瞬間指觸干燥。
油墨著色劑通常是帶有與顏料相粘的分散劑的顏料分散液，在與接受介質(zhì)組件接觸時(shí)顏料分散液會(huì)去穩(wěn)定、絮凝、附聚或凝結(jié)顏料。按照本發(fā)明，將各種著色劑沉積在膜的表面上或剛好在表面下使載體流體被吸入膜中，此時(shí)流體控制體系發(fā)揮作用，同時(shí)顏料控制體系為顏料提供了一個(gè)保護(hù)場(chǎng)所。
對(duì)于特別好的實(shí)例，噴墨接受介質(zhì)使用美國(guó)專利4,539,256(Shipman)、4,726,989(Mrozinski)和5,120,594(Mrozinski)所述并可購(gòu)自美國(guó)3M公司的熱致相分離(T.I.P.S)微孔膜。為達(dá)到最佳效果，可根據(jù)噴墨打印機(jī)的型號(hào)或制造方式調(diào)節(jié)多孔薄膜的孔尺寸和孔體積，從而恰當(dāng)?shù)亟蛹{打印機(jī)分送的油墨體積，確保最佳可能的圖象質(zhì)量。當(dāng)以35皮升(picoliter)/滴×4種顏色×600×600滴/英寸進(jìn)行打印時(shí)，本發(fā)明特別好的微孔膜是聚丙烯膜，它按照美國(guó)專利4,539,256(Shipman等)、4,726,989(Mrozinski)、更好是5,120,594(Mrozinski)所述，用熱致相分離技術(shù)制得。較好是聚丙烯膜與礦物油共擠出，接著在熱條件下雙軸拉伸。
在較佳的介質(zhì)/油墨組上的涂布對(duì)于商業(yè)打印中高要求的噴墨打印用途有其特殊的功效。因此，可“細(xì)調(diào)”這些接受體的性能以調(diào)節(jié)噴射油墨釋放的變量，所述性能包括但不限于介質(zhì)的孔隙度、孔尺寸、表面濕潤(rùn)能、以及與介質(zhì)接受各種配方和墨滴體積的油墨有關(guān)的其它性能。另外，這些介質(zhì)顯示復(fù)雜的多孔材料孔隙度，為流體控制提供曲折的通道，并且還提供曲折的通道以便在油墨釋放過程中一開始并連續(xù)地捕獲顏料。
顏料遷移抑制劑本發(fā)明所用的顏料遷移抑制劑可以是以下通式I的含季銨官能團(tuán)的聚合物IP(X/Y/Z)其中，“P(X/Y/Z)”表示共聚單體X、Y和Z的聚合物；X是含吡咯烷酮的聚合單體；Y是含酸的聚合單體；Z是含季銨的聚合單體。
聚合物中X單體的重量百分含量約為整個(gè)聚合物的30-66重量％，較好約為40-50重量％。
聚合物中Y單體的重量百分含量約為整個(gè)聚合物的10-32重量％，較好約為10-20重量％。
X單體和Y單體的重量比約為2∶1至4∶1，較好是約為3∶1。
聚合物中Z單體的重量百分含量約為整個(gè)聚合物的2-50重量％，較好約為30-45重量％。
式I聚合物的非限制性的例子包括乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸-丙烯酸氯化三甲基銨基乙酯共聚物，縮寫為“P(NVP/AA/DMAEA-CH3Cl)”；乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸-甲基丙烯酸氯化三甲基銨基乙酯共聚物，縮寫為“P(NVP/AA/DMAEMA-CH3Cl)”；乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸-甲基丙烯酸氯化二甲基芐基銨基乙酯共聚物，縮寫為“P(NVP/AA/DMAEMA-芐基氯)”；和乙烯基吡咯烷酮-丙烯酸-甲基丙烯酸溴化二甲基十六烷基銨基乙酯共聚物，縮寫為“P(NVP/AA/DMAEMA-C16H33Br)”。
用于本發(fā)明的聚合物較好是P(NVP/AA/DMAEA-CH3Cl)，具有以下化學(xué)式II
本發(fā)明的聚合物通過上述合適重量比的單體X、Y和Z的反應(yīng)合成制得。
已發(fā)現(xiàn)分子量(數(shù)均分子量)對(duì)于本發(fā)明抑制劑聚合物的性能是重要的。聚合物的分子量約為10,000至300,000，較好約為20,000至200,000，更好約為30,000至100,000(大于約35,000)。
一旦選定單體，聚合反應(yīng)就要簡(jiǎn)單得多了。在合適的溶劑中混合這些單體和適量引發(fā)劑，對(duì)這些混合物進(jìn)行輕度加熱，使得在合理的時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生聚合反應(yīng)。應(yīng)對(duì)引發(fā)劑濃度加以調(diào)節(jié)以使對(duì)于給定的一組單體濃度，能以95-99％的轉(zhuǎn)化率獲得所需分子量的共聚物。
確定聚合物組成的共聚單體比例是重要的。這些比例不僅反映了聚合物在水基組合物中的溶解度，而且決定了聚合物對(duì)顏料流動(dòng)的抑制性能。多階段油墨遷移抑制基于式I的P(X/Y/Z)出人意料的性能。含季銨的Z單體強(qiáng)烈且迅速地抑制油墨遷移，而X單體和Y單體的組合用作較緩慢、清除性更強(qiáng)的油墨遷移抑制劑。式I聚合物的多階段油墨遷移抑制劑的性能對(duì)于不同類型的噴射油墨用顏料是通用的。例如，已發(fā)現(xiàn)最容易遷移的顏料是青色和黃色。多階段油墨遷移抑制劑，由于式I聚合物中Z單體的存在而特別適合于抑制油墨遷移，而式I中X和Y單體可用于抑制品紅和黑色顏料的遷移。將通用絮凝劑作為本發(fā)明的多階段油墨遷移抑制劑，確保了在從打印后的即時(shí)起全沉浸至自然接觸戶外氣候中數(shù)月的這段停留時(shí)間內(nèi)抑制任何可能的打印顏料的遷移。
換言之，丙烯酸、(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)和DMAEA-CH3Cl的三元共聚物具有高密度和低顏料流動(dòng)性的綜合性能，并且對(duì)其它性能(如流體控制和其它顏料控制，例如顏料顆粒的絮凝/附聚)不會(huì)產(chǎn)生不利影響。X、Y和Z單體聚合形成聚合物可使用任何常規(guī)的聚合技術(shù)，其中包括本體聚合、乳液聚合和溶液聚合，目前較好的是溶液聚合。這些聚合過程可用常規(guī)方法來實(shí)現(xiàn)，其中包括陰離子聚合、陽(yáng)離子聚合和自由基聚合，目前較好的是自由基聚合。
抑制劑聚合物(即共聚物，此處用來指含有一種以上單體的聚合物，例如以上列出的三元共聚物)聚合之后，將該抑制聚合物加入涂料溶液(例如共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)08/892,902(代理人卷號(hào)53473USA1A)中所述)，用于涂覆在噴墨接受介質(zhì)上。涂覆溶液中抑制劑聚合物所占的重量百分?jǐn)?shù)，取決于分子量，約為1-10重量％(以涂料溶液的總重量計(jì))，以使對(duì)其它打印性質(zhì)的不利影響降至最低，較好是約為2-7重量％，更好是約為3-6重量％。涂覆溶液中抑制劑聚合物所占的重量百分?jǐn)?shù)可高于不含Z單體的共聚物的該百分?jǐn)?shù)，因?yàn)槭絀聚合物中Z單體官能團(tuán)(季銨官能團(tuán))的存在使聚合物由水溶性很低轉(zhuǎn)變成水溶性相當(dāng)高。
任選的添加劑除了本發(fā)明遷移抑制劑以外，還可加入其它化合物以改進(jìn)圖象的質(zhì)量和穩(wěn)定性。例如，為了克服在多孔噴墨介質(zhì)(顏料顆粒被假定為將在此多孔噴墨介質(zhì)的多孔性表面內(nèi)筑巢)的外露表面存在任何殘余物，可向用于使多孔介質(zhì)帶有流體控制體系和/或顏料控制體系的涂料溶液中加入干燥劑。干燥劑的一個(gè)例子是共同轉(zhuǎn)讓的待審美國(guó)專利申請(qǐng)09/099,961(Waller等)中揭示的任一種干燥劑。
本發(fā)明的應(yīng)用和實(shí)施例發(fā)現(xiàn)當(dāng)用外疊層(overlaminate)保護(hù)的經(jīng)過打印的噴墨介質(zhì)的一部分被部分浸入水中，且毛細(xì)管力使水分持續(xù)地由該外疊層保護(hù)的經(jīng)過打印的介質(zhì)內(nèi)的受浸泡部分流向另一處受浸泡部分，并有時(shí)流向未受浸泡部分時(shí)，會(huì)發(fā)生顏料顆粒的油墨遷移。在純粹毛細(xì)管作用下這種持續(xù)水流動(dòng)在浸泡區(qū)的不同位置之間輸送顏料顆粒，有時(shí)將其輸送至未浸泡的區(qū)域，將輸送的顏料顆粒留在不需要的位置，使所需圖象失真。打印過的油墨的一部分經(jīng)過浸泡數(shù)分鐘內(nèi)或只有經(jīng)數(shù)小時(shí)后才會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象。這種顯著的油墨遷移猶如薄層色譜法。本發(fā)明組合物抑制這種油墨的遷移，將這種現(xiàn)象由數(shù)分鐘推遲至數(shù)星期或更長(zhǎng)。疊合的打印過的噴墨圖象的邊緣或者該疊合物中的裂縫均可以是水流動(dòng)或毛細(xì)管作用的根源。除非使用本發(fā)明組合物抑制顏料遷移，否則會(huì)發(fā)生顏料遷移。通過毛細(xì)管作用流入的水量還可決定遷移量，但是打印過的噴墨圖象應(yīng)設(shè)計(jì)成適應(yīng)可能的嚴(yán)格條件，以免冒圖象質(zhì)量和圖象精度下降的風(fēng)險(xiǎn)。
圖1是一幅數(shù)種顏色的彩色數(shù)字照片，它是用購(gòu)自美國(guó)惠普公司的HP 2500系列牌號(hào)的顏料基噴射油墨打印在噴墨接受介質(zhì)上的試驗(yàn)圖案的圖象，所述噴墨接受介質(zhì)是根據(jù)美國(guó)專利4,539,256(Shipman等)、4,726,989(Mrozinski)，尤其是5,120,594(Mrozinski)所述制得的含油入口微孔的聚丙烯膜。該膜用表1所示多種抑制劑組合物的涂料進(jìn)行處理。
將例A、1、B和2涂覆在膜上。
該膜具有如下性能泡點(diǎn)(bubble point) 0.75μmGurley 50cm320秒孔隙度％孔隙 41％表面濕潤(rùn)能(處理前) 30達(dá)因/厘米2厚度 0.178mm(7mil)例A和例1之間唯一的不同之處是例A使用P(X/Y)，而例1使用P(X/Y/Z)。例A和例1一組與例B和例2一組之間的不同是向用于薄膜的吸液溶液中加入的組合物的百分?jǐn)?shù)為2％對(duì)6％。
用4號(hào)Meyer繞線棒涂布器將組合物涂覆在薄膜上。將經(jīng)打印的介質(zhì)與3M公司8519CP型號(hào)的外疊層(Overlaminate)(得自其明尼蘇達(dá)州圣保羅的商業(yè)圖像分部)層壓在一起，并將層壓的介質(zhì)粘附在一片透明的聚酯上，將其約75％的面積在打印后30分鐘內(nèi)浸泡在水中24小時(shí)。在浸泡過程中，例A的圖像由于青色和黃色的顏料遷移而使質(zhì)量變差，如圖1所示。
圖2示出實(shí)施例1的結(jié)果。浸泡24小時(shí)后用肉眼檢查，基本未發(fā)生顏料被吸至水線或水線以上。
例B和例2獲得類似的結(jié)果，分別如圖3和4所示，但是例B中吸液溶液由于P(X/Y)單階段遷移抑制劑的溶解性很低而難以涂覆，而例2在制備和試驗(yàn)過程中表現(xiàn)非常好。事實(shí)上，在抑制青色和黃色顏料遷移這方面，實(shí)施例2的結(jié)果優(yōu)于實(shí)施例1。
還在如上所述相同的條件下試驗(yàn)例A和例1以及例B和例2，只是改變了處于水中的起始時(shí)間，即直到打印后4天才開始將試樣部分浸泡在水中，而不是打印后30分鐘。在各例A(圖5)、例1(圖6)、例B(圖7)和例2(圖8)中，浸泡前較長(zhǎng)的停留時(shí)間改進(jìn)了試驗(yàn)圖像的耐水性。但使用P(X/Y/Z)仍優(yōu)于使用P(X/Y)。
圖1-8所示圖像的比較通過以下幾方面的對(duì)照表明油墨遷移抑制性能的提高(a)P(X/Y)的使用(圖1、3、5和7)與P(X/Y/Z)的使用(圖2、4、6和8)的比較；(b)不同濃度的抑制劑圖1、2、5和6與圖3、4、7和8的比較；(c)不同的處于水中的起始時(shí)間圖1-4與圖5-8的比較。
圖4所示的實(shí)例是目前較好的，因?yàn)檩^高的濃度提供了較強(qiáng)的第一階段保護(hù)防止油墨遷移。
通常在浸泡后的前2天內(nèi)就會(huì)觀察到遷移試驗(yàn)的不合格。目前則可認(rèn)為本發(fā)明的抑制作用能無(wú)限期地繼續(xù)下去，其作用期間長(zhǎng)于圖像在含水環(huán)境中的任何可預(yù)計(jì)期間。這是因?yàn)榻M合使用作用較緩慢的X/Y單體能繼續(xù)清除膜中未配位的顏料顆粒。事實(shí)上，圖5-8所示的結(jié)果表明，作用較緩慢的X/Y單體具有該清除效應(yīng)，以減小P(X/Y)抑制劑和P(X/Y/Z)抑制劑之間的性能差距。但是，在設(shè)計(jì)噴墨接受介質(zhì)時(shí)，人們不可能知道圖像處于水中的最早時(shí)間，這就使本發(fā)明的P(X/Y/Z)抑制劑由于其在多階段抑制過程中的第一階段性能而出乎意料地有價(jià)值。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)通過這些實(shí)施例加以說明，但是實(shí)施例中所引用的具體物質(zhì)及其用量和其它條件及細(xì)節(jié)不應(yīng)被認(rèn)為對(duì)本發(fā)明起到限制作用。本文所引用的專利、專利文獻(xiàn)和出版物的全部?jī)?nèi)容參考結(jié)合于本發(fā)明中，正如它們各自被單獨(dú)引用一樣。在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下，對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于本文中說明性的實(shí)施方案和實(shí)施例，這些實(shí)施例和實(shí)施方案只是作為例子給出，發(fā)明范圍只受權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.一種噴墨接受介質(zhì)，它包含多孔膜；和用于顏料基油墨的多階段遷移抑制劑，包含具有季銨官能團(tuán)的聚合物，該聚合物的水溶性相當(dāng)高。
2.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于該聚合物具有化學(xué)式P(X/Y/Z)式中，X是含吡咯烷酮的聚合單體；Y是含酸的聚合單體；Z是含季銨的聚合單體。
3.如權(quán)利要求2所述的噴墨接受介質(zhì)，其中X單體的含量約為整個(gè)聚合物的30-66重量％；Y單體的含量約為整個(gè)聚合物的10-32重量％；Z單體的含量約為整個(gè)聚合物的2-50重量％。
4.如權(quán)利要求2所述的噴墨接受介質(zhì)，其中X單體的含量約為整個(gè)聚合物的40-50重量％；Y單體的含量約為整個(gè)聚合物的10-20重量％；Z單體的含量約為整個(gè)聚合物的30-45重量％。
5.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于該聚合物的數(shù)均分子量約為10,000-300,000。
6.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于Z單體選自丙烯酸氯化三甲基銨基乙酯、甲基丙烯酸氯化三甲基銨基乙酯、甲基丙烯酸氯化二甲基芐基銨基乙酯和甲基丙烯酸溴化二甲基十六烷基銨基乙酯。
7.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于聚合物是N-乙烯基-2-吡咯烷酮-丙烯酸-丙烯酸氯化三甲基銨基乙酯共聚物。
8.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于多孔膜是具有曲折通道的微孔膜。
9.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于多孔膜是相分離的微孔膜。
10.如權(quán)利要求9所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于相分離微孔膜是熱致相分離的微孔膜。
11.如權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于多孔膜包含浸入多孔膜孔內(nèi)的流體控制體系和顏料控制體系。
12.如權(quán)利要求11所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于顏料控制體系包含氟化二氧化硅附聚物。
13.如權(quán)利要求12所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于流體控制體系包含表面活性劑。
14.如權(quán)利要求11所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于多孔膜浸漬有無(wú)機(jī)多價(jià)金屬鹽和表面活性劑。
15.如權(quán)利要求14所述的噴墨接受介質(zhì)，其特征在于流體控制體系包含表面活性劑。
16.一種噴墨接受介質(zhì)，它包含(a)相分離微孔膜，和(b)浸入微孔膜的用于顏料基油墨的多階段遷移抑制劑，包含具有季銨官能團(tuán)的聚合物，該聚合物的水溶性相當(dāng)高。
17.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，它還包含浸入微孔膜的干燥劑。
18.如權(quán)利要求16所述的介質(zhì)，該介質(zhì)上還具有圖像。
19.一種制備噴墨接受介質(zhì)的方法，該方法包含提供多孔膜并施用顏料基油墨用的多階段遷移抑制劑，該抑制劑包含具有季銨官能團(tuán)的聚合物，該聚合物的水溶性相當(dāng)高。
20.一種形成圖像的方法，該方法包括提供權(quán)利要求1所述的噴墨接受介質(zhì)并在其上打印具有顏料基油墨的圖像。
全文摘要
一種噴墨接受介質(zhì),它包含:多孔膜;和用于顏料基油墨的多階段遷移抑制劑,包含具有季銨官能團(tuán)的聚合物,該聚合物的水溶性相當(dāng)高。較好是該聚合物具有化學(xué)式P(X/Y/Z),式中X是含吡咯烷酮的聚合單體;Y是含酸的聚合單體;Z是含季銨的聚合單體。
文檔編號(hào)C09D139/06GK1354715SQ00806272
公開日2002年6月19日 申請(qǐng)日期2000年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月16日
發(fā)明者M·B·阿里, C·P·小沃勒 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司