專利名稱：改性有機(jī)著色劑和分散體及它們的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備改性有機(jī)著色劑及其分散體的方法。還公開了改性有機(jī)著色劑和噴墨油墨組合物。
背景技術(shù)：
通常，顏料不易于獨(dú)自分散在液體載色劑中。已開發(fā)出各種能提供穩(wěn)定的顏料分散體的技術(shù)。例如，可將分散劑加入顏料中，以改善其在特定介質(zhì)中的分散性。用于含水介質(zhì)的分散劑的實(shí)例包括水溶性聚合物和表面活性劑。此外，由酸性官能團(tuán)或鹽取代的水溶性顏料衍生物(例如美國專利6,451,103中所描述的那些)也已經(jīng)用于制備顏料的含水分散體。
已經(jīng)使用具有相似于(如果不同于)著色顏料的化學(xué)單元的分散劑，制備著色顏料分散體。例如，GB2356866公開了一種衍生自重氮化的(羧基/磺基)-苯胺和1，4-雙(乙酰乙酰氨基)亞苯基的雙偶氮化合物及其在顏料和油墨組合物中的應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)這些材料特別適用于與具有幾乎相同結(jié)構(gòu)的黃色或橙色顏料組合。GB2356634描述了用于相同應(yīng)用的非常類似的單偶氮化合物。GB2364322描述了用于與單偶氮顏料(特別是黃色顏料)一起使用的N-(磺苯基)-α-(2-甲氧基-4-硝基苯偶氮基)乙酰乙酰胺。
還已知控制著色顏料分散性的其它方法。例如，國際專利申請WO00/26304公開了晶體生長抑制劑的制備，該晶體生長抑制劑控制在制備著色顏料的過程中成長的結(jié)晶度的量并防止分散的顏料的再結(jié)晶。使用與用于制備顏料的已知方法相類似的方法(例如，通過重氮鹽與偶氮偶合劑的反應(yīng))，制備該晶體生長抑制劑，且還可在制備著色顏料的過程中進(jìn)行原位制備。
還已經(jīng)開發(fā)了改性著色顏料，其可提供具有改進(jìn)的性質(zhì)(例如分散性)的油墨組合物。例如，美國專利5,851,280公開了用于在顏料上附著有機(jī)基團(tuán)的方法，包括，例如，通過重氮化反應(yīng)進(jìn)行附著，其中有機(jī)基團(tuán)為重氮鹽的一部分。獲得的表面改性顏料可用于各種應(yīng)用，例如油墨、噴墨油墨、涂料、調(diào)色劑、塑料、橡膠等。
PCT國際公開WO01/51566描述了一種制造改性顏料的方法，其通過將第一化學(xué)基團(tuán)和第二化學(xué)基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)以形成具有附著的第三化學(xué)基團(tuán)的顏料。第一化學(xué)基團(tuán)包括至少一種親核體且第二化學(xué)基團(tuán)包括至少一種親電體，或反之亦然。這些顏料用于油墨組合物，且特別是，噴墨油墨組合物。
雖然這些努力提供了具有期望的總體性能的改性顏料，仍需要改進(jìn)的改性有機(jī)著色劑和分散體、以及改進(jìn)的用于制備改性有機(jī)著色劑的方法，以滿足著色劑市場不斷提出的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法，包括下列步驟以任意順序?qū))有機(jī)著色劑；ii)氫氧化物試劑；和iii)含水介質(zhì)進(jìn)行組合，以形成改性有機(jī)著色劑分散體；和將分散體中改性有機(jī)著色劑的粒徑減小至小于或等于350nm的粒徑。有機(jī)著色劑包括至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)?？梢匀我忭樞蜻M(jìn)行這些步驟。因此，在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法，包括下列步驟將如上所述的有機(jī)著色劑的粒徑減小至小于或等于500nm的粒徑；和以任意順序，將這種尺寸減小的有機(jī)著色劑與i)氫氧化物試劑和ii)含水介質(zhì)進(jìn)行組合，以形成改性有機(jī)著色劑分散體。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種改性有機(jī)著色劑，包括a)包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑和b)氫氧化物試劑之間的反應(yīng)產(chǎn)物。該改性有機(jī)著色劑可包含i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)和ii)至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。在一個實(shí)施方案中，其中有機(jī)著色劑包含至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)，改性有機(jī)著色劑包含i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)，ii)至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)，和iii)至少一種具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)。優(yōu)選具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)位于改性有機(jī)著色劑的表面。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種噴墨油墨組合物，包含在此所述的a)液體載色劑和b)改性有機(jī)著色劑。優(yōu)選液體載色劑為含水載色劑，且獲得的噴墨油墨組合物為含水噴墨油墨組合物。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法。還公開了改性有機(jī)著色劑(分散體和干燥形式)和噴墨油墨組合物。
在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括對包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑、氫氧化物試劑、和含水介質(zhì)進(jìn)行組合，以形成改性有機(jī)著色劑分散體的步驟和粒徑減小步驟。這些組分中的每種都將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。這些步驟可以任意順序進(jìn)行，但優(yōu)選在對組分進(jìn)行組合的步驟之后進(jìn)行粒徑減小步驟?？梢匀我忭樞?qū)τ袡C(jī)著色劑、氫氧化物試劑、和含水介質(zhì)進(jìn)行組合。然而，優(yōu)選在加入其它組分之前，將有機(jī)著色劑或氫氧化物試劑與含水介質(zhì)進(jìn)行組合。因而，可將有機(jī)著色劑加入已經(jīng)與含水介質(zhì)組合的氫氧化物試劑中，或，可選擇地，可將氫氧化物試劑加入已經(jīng)與含水介質(zhì)組合的有機(jī)著色劑中。此外，可期望在將有機(jī)著色劑和氫氧化物試劑均與含水介質(zhì)進(jìn)行組合之后，將其組合在一起。
可在任何適宜的容器中進(jìn)行將組分組合的步驟，且可以幾次添加、一次單獨(dú)添加、或連續(xù)地向該容器中添加組分。在本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，在能提供高剪切混合條件的設(shè)備中組合有機(jī)著色劑、氫氧化物試劑、和含水介質(zhì)。這種設(shè)備是本領(lǐng)域已知的且包括，例如，能夠提供研磨、碰撞、或類似的碰撞作用的設(shè)備，例如水平介質(zhì)磨、垂直介質(zhì)磨(例如磨碎機(jī))、球磨機(jī)、錘磨機(jī)、銷釘式盤磨機(jī)(pin disk mill)、流能磨、噴射磨、氣流粉碎機(jī)(fluidjet mill)、碰撞噴射磨、轉(zhuǎn)子-定子、造粒機(jī)、均化器、超聲波儀、空穴反應(yīng)器等。因而，為了該優(yōu)選實(shí)施方案的目的，當(dāng)提及對組分進(jìn)行組合的步驟時，″高剪切混合條件″是指具有足夠的能量以生產(chǎn)組分的緊密混合物的混合條件。當(dāng)一種組分不溶于含水介質(zhì)時，例如當(dāng)有機(jī)著色劑為著色顏料時，特別優(yōu)選高剪切混合。高剪切混合機(jī)可為分批混合機(jī)、半連續(xù)混合機(jī)、或連續(xù)混合機(jī)。連續(xù)混合機(jī)為分批加工設(shè)備提供了經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和實(shí)用優(yōu)勢，且通常優(yōu)選連續(xù)混合機(jī)。
可在足以生產(chǎn)改性有機(jī)著色劑分散體的任何溫度和任何時間下，進(jìn)行對組分進(jìn)行組合的步驟。溫度和時間取決于各種因素，包括，例如，有機(jī)著色劑的類型、每種組分的相對量、及其濃度。典型地，在約0℃-90℃的溫度下對組分進(jìn)行組合。優(yōu)選溫度為約0℃-70℃，且最優(yōu)選為約10℃-50℃?？赏ㄟ^任何本領(lǐng)域已知的方法對溫度進(jìn)行控制。此外，當(dāng)使用高剪切混合條件時，可通過剪切來產(chǎn)生和/或保持溫度。該時間段典型地為5分鐘-48小時，且優(yōu)選為30分鐘-24小時，最優(yōu)選為1小時-12小時。
如上所述，本發(fā)明的方法包括對組分進(jìn)行組合的步驟和粒徑減小步驟，且這些步驟可以任何順序進(jìn)行。因而，在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括減小有機(jī)著色劑粒徑，并然后將該尺寸減小的有機(jī)著色劑與在此所述的組分進(jìn)行組合的步驟。還可使用進(jìn)一步的尺寸減小步驟。在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括下列步驟對在此所述的組分進(jìn)行組合以在分散體中形成改性有機(jī)著色劑，并然后對該分散體進(jìn)行粒徑減小步驟，從而使改性有機(jī)著色劑尺寸減小。因此，經(jīng)受粒徑減小的分散體包括至少一種不溶組分或僅微溶組分。其可為，例如，用于該方法的有機(jī)著色劑或通過該方法生產(chǎn)的改性有機(jī)著色劑。還存在其它可能性且其將是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。
可在與對組分進(jìn)行組合的步驟分離的容器中或可選擇地在相同的容器中進(jìn)行減小粒徑的步驟。如前所述，優(yōu)選該步驟在對組分進(jìn)行組合的步驟之后進(jìn)行。此外，這兩個步驟可同時進(jìn)行。在此可使用任何本領(lǐng)域已知的用于減小粒徑的設(shè)備，包括上述高剪切混合設(shè)備。特別優(yōu)選的用于減小粒徑的技術(shù)是超聲波處理。
在粒徑減小步驟之前，通常不限定有機(jī)著色劑或改性有機(jī)著色劑的粒徑，但典型地為約500nm。在粒徑減小步驟后，改性有機(jī)著色劑分散體具有獲得的可使其在分散體介質(zhì)中穩(wěn)定的粒徑。典型地，著色劑的粒徑小于或等于350nm。優(yōu)選，粒徑小于或等于300nm，更優(yōu)選小于或等于250，且最優(yōu)選小于或等于200nm。
該方法可進(jìn)一步包括干燥步驟。在此還可使用任何本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的可用于干燥著色劑分散體的設(shè)備。這使得改性有機(jī)著色劑為干燥形式，例如粉末、丸、微粒、或餅。
用于本發(fā)明方法的有機(jī)著色劑可為任何本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的著色劑。如上所述，優(yōu)選有機(jī)著色劑不溶于含水介質(zhì)。因而，優(yōu)選有機(jī)著色劑為著色顏料或分散染料(其可溶于溶劑但不溶于水)。最優(yōu)選著色顏料。由于用于本發(fā)明方法的有機(jī)著色劑為包含至少一種具有規(guī)定官能團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)材料，顏料例如二氧化鈦和二氧化硅(其為無機(jī)著色劑)以及炭黑和其它含碳材料(與無機(jī)著色劑一樣，其不由在此所述的有機(jī)物質(zhì)組成)一般不適于作為本發(fā)明的有機(jī)著色劑。
有機(jī)著色劑可選自寬范圍的常規(guī)著色顏料或分散染料。有機(jī)著色劑可包括藍(lán)色、黑色、褐色、青色、綠色、白色、紫色、品紅色、紅色、橙色、或黃色顏料、或其混合物。適宜的著色顏料種類包括，例如，蒽醌、酞菁藍(lán)、酞箐綠、重氮、單偶氮、皮蒽酮、苝、雜環(huán)黃、喹吖啶酮、和(硫代)靛類((thio)indigoid)。這種顏料是可從許多來源以粉末或?yàn)V餅形式市購的，這些來源包括BASF Corporation、Engelhard Corporation和Sun ChemicalCorporation。實(shí)例包括顏料黃120、顏料黃155、顏料黃175、顏料黃213、顏料紅220、和顏料紅221。其它適宜的有機(jī)著色劑的實(shí)例描述在ColourIndex，第3版(The Society of Dyers and Colourists，1982)中。
用作有機(jī)著色劑的著色顏料或分散染料可具有寬范圍的BET表面積(由氮吸附測定)，且因此可具有寬范圍的粒徑。優(yōu)選這種有機(jī)著色劑具有小粒徑，以制備具有期望的總體性能(例如穩(wěn)定性)的改性有機(jī)著色劑分散體。如果優(yōu)選的更小粒徑(且因此更大表面積)的有機(jī)著色劑不易獲得，可對有機(jī)著色劑應(yīng)用尺寸粉碎或減小技術(shù)，以減小著色劑的起始粒徑。例如，如果必要或期望的話，在對組分進(jìn)行組合的步驟之前，在預(yù)備步驟中，使有機(jī)著色劑受到高剪切混合條件。對于該預(yù)備步驟，″高剪切″是指足以降低含水介質(zhì)中的有機(jī)著色劑粒徑的條件。上述用于對組分進(jìn)行組合的步驟的設(shè)備也可用于該預(yù)備步驟。
本領(lǐng)域已知，不溶的有機(jī)著色劑(例如著色顏料和分散染料)由具有限定的化學(xué)結(jié)構(gòu)的不溶有機(jī)物質(zhì)(經(jīng)常稱作染料分子)構(gòu)成。該有機(jī)物質(zhì)經(jīng)常包含各種官能團(tuán)。有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的位置決定了有機(jī)物質(zhì)的顏色以及顏料或染料的化學(xué)反應(yīng)性。
用于本發(fā)明方法的有機(jī)著色劑包括至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。酯基可在有機(jī)物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)中的任何位置，但優(yōu)選為側(cè)官能團(tuán)，而不是內(nèi)部基團(tuán)。有機(jī)物質(zhì)可進(jìn)一步包含各種額外的官能團(tuán)，例如，偶氮基、酰胺基、硝基等。
有機(jī)物質(zhì)的酯可為任何具有通式-COOR的基團(tuán)，其中R為芳基或烷基。優(yōu)選，該酯為烷基酯，其衍生自具有1-12個碳的烷基醇。例如，該酯可為甲酯基團(tuán)或乙酯基團(tuán)，例如苯甲酸甲酯或苯甲酸乙酯。
在本發(fā)明方法中，還可對氫氧化物試劑進(jìn)行組合。氫氧化物試劑為任何包含OH-離子的試劑，例如具有氫氧化物平衡離子的鹽。實(shí)例包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、和氫氧化銨。還可使用其它氫氧化物鹽以及氫氧化物試劑的混合物。此外，還可使用其它在含水介質(zhì)中產(chǎn)生OH-離子的堿性試劑。實(shí)例包括碳酸鹽例如碳酸鈉、碳酸氫鹽例如碳酸氫鈉、和醇鹽例如甲醇鈉和乙醇鈉。
用于本發(fā)明方法的含水介質(zhì)可為任何含有水的介質(zhì)。因而，含水介質(zhì)可為，例如，水或水與水溶性溶劑(例如醇)的混合物。優(yōu)選含水載色劑為水。還可存在其它添加劑，例如，表面活性劑、穩(wěn)定劑、相轉(zhuǎn)移催化劑等。
可改變每種組分的量，以獲得改性有機(jī)著色劑分散體。這些量取決于各種因素，包括有機(jī)著色劑的類型和有機(jī)物質(zhì)的酯基數(shù)。典型地，有機(jī)著色劑與含水介質(zhì)的比值為約1∶1-1∶100。優(yōu)選該比值為約1∶1-1∶20，更優(yōu)選為1∶2-1∶10，且最優(yōu)選為1∶4-1∶10。
可基于酯基的總摩爾數(shù)計算氫氧化物試劑的量，該酯基的總摩爾數(shù)由所使用的有機(jī)著色劑的總重量、包含有機(jī)著色劑的有機(jī)物質(zhì)的分子量、和每種有機(jī)物質(zhì)的酯基數(shù)決定。雖然可使用任意量的氫氧化物，但優(yōu)選該量小于酯基的總量，以避免形成可溶的有機(jī)著色劑或染料。當(dāng)有機(jī)著色劑包含具有多于一個酯基的有機(jī)物質(zhì)時，更是如此。因而，基于酯基的總摩爾數(shù)，氫氧化物的量應(yīng)小于約20％。優(yōu)選，基于酯基的總摩爾數(shù)，氫氧化物試劑的量小于約15％且更優(yōu)選小于約10％。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包含特定類型有機(jī)物質(zhì)的改性有機(jī)著色劑。如在這里所用的，術(shù)語″改性″是指有機(jī)著色劑的化學(xué)轉(zhuǎn)變或反應(yīng)。因而，本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑包含有機(jī)著色劑和氫氧化物試劑的反應(yīng)產(chǎn)物。有機(jī)著色劑包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。改性有機(jī)著色劑可包含i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)和ii)至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)著色劑可為任一種上述物質(zhì)，且優(yōu)選為著色顏料。酯基和氫氧化物試劑也可為任一種上述物質(zhì)。羧酸基鹽可為具有通式-COO-M+、由上述酯基中的任一種與具有金屬平衡離子(M+)的堿的反應(yīng)獲得的任一基團(tuán)。平衡離子的實(shí)例包括在上述氫氧化物試劑中所描述的那些。
在第一實(shí)施方案中，本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑包含有機(jī)著色劑與氫氧化物試劑的反應(yīng)產(chǎn)物，其中該有機(jī)著色劑包含至少一種具有一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。對于該第一實(shí)施方案，改性有機(jī)著色劑包含i)至少一種具有一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)和ii)至少一種具有一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。
對該第一實(shí)施方案的改性有機(jī)著色劑的組合物可進(jìn)行如下描述。如果以Z表示有機(jī)著色劑的具有一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的量，且，對于該改性有機(jī)著色劑，以Y表示具有一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的量并以X表示具有一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)的量，那么本發(fā)明改性有機(jī)著色劑的組合物滿足關(guān)系式X+Y＝Z。
可改變每種有機(jī)物質(zhì)的量，以生產(chǎn)具有改進(jìn)的總體性能的改性有機(jī)著色劑。例如，使用上述符號，X(具有一個羧酸鹽基團(tuán)的改性有機(jī)著色劑的有機(jī)物質(zhì)的量)可等于Z(有機(jī)著色劑的具有至少一個酯的有機(jī)物質(zhì)的量)。優(yōu)選，X的值小于Z。例如，X可小于Z的50％，更優(yōu)選小于Z的10％，且最優(yōu)選小于Z的2％。此外，優(yōu)選X小于Y。因而，與具有一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)相比，本發(fā)明第一實(shí)施方案的改性有機(jī)著色劑優(yōu)選包含更多的具有一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。最優(yōu)選，為了形成該改性有機(jī)著色劑的穩(wěn)定分散體，具有一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)位于或鄰近于改性有機(jī)著色劑的表面。
在第二實(shí)施方案中，本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑包括包含至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑與氫氧化物試劑之間的反應(yīng)產(chǎn)物。對于該實(shí)施方案，改性有機(jī)著色劑包括i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)，ii)至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)，和iii)至少一種具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)著色劑、氫氧化物試劑、和基團(tuán)均如上所述。
以與第一優(yōu)選實(shí)施方案相似的方法，對該第二優(yōu)選實(shí)施方案的改性有機(jī)著色劑的組合物進(jìn)行限定。從而，對于有機(jī)著色劑，如果以Z表示具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)的量，且對于改性有機(jī)著色劑，以Y表示具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)的量，以X表示具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)的量，且以A表示具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)的量，那么本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑滿足關(guān)系式X+Y+A＝Z。
與第一實(shí)施方案相同，可改變每種有機(jī)物質(zhì)的量，以生產(chǎn)具有改進(jìn)的總體性能的改性有機(jī)著色劑。例如，使用上述符號，X+A(具有羧酸鹽基團(tuán)的改性有機(jī)著色劑的有機(jī)物質(zhì)的量)可等于Z(具有至少一個酯基的有機(jī)著色劑的有機(jī)物質(zhì)的量)。優(yōu)選，(X+A)的值小于Z。例如，(X+A)可小于Z的50％，更優(yōu)選小于Z的10％，且最優(yōu)選小于Z的2％。此外，優(yōu)選(X+A)小于Y。因而，與具有羧酸鹽基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)相比，本發(fā)明第二實(shí)施方案的改性有機(jī)著色劑優(yōu)選包含更多的具有酯基的有機(jī)物質(zhì)。最優(yōu)選，為了形成該改性有機(jī)著色劑的穩(wěn)定分散體，具有羧酸鹽基團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)位于或鄰近于改性有機(jī)著色劑的表面。
對于這兩種實(shí)施方案，可通過本領(lǐng)域已知的任何方法制備改性有機(jī)著色劑。特別是，可使用如上所述的本發(fā)明的方法制備本發(fā)明改性有機(jī)著色劑。因而，當(dāng)使用本發(fā)明的方法時，在改性有機(jī)著色劑中具有羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)與有機(jī)著色劑的有機(jī)物質(zhì)的量之間的關(guān)系式可被視為轉(zhuǎn)化率。例如，對于第一實(shí)施方案，X＝Z可理解為100％轉(zhuǎn)化率，X小于Z的50％意味著轉(zhuǎn)化率小于50％，等。同樣，對于第二實(shí)施方案，其中(X+A)＝Z為100％轉(zhuǎn)化率(即，100％的具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì))，(X+A)小于Z的50％意味著轉(zhuǎn)化率小于50％，等。例如，通過改變氫氧化物試劑的量、反應(yīng)濃度、有機(jī)著色劑類型、和反應(yīng)條件(包括反應(yīng)時間、溫度、和剪切量(如果使用的話))，可改變每種有機(jī)物質(zhì)的量。
如前所述，用于制備著色顏料分散體的現(xiàn)有技術(shù)的方法典型地包括分散劑的形成，該分散劑經(jīng)常具有與組成著色顏料的有機(jī)物質(zhì)相似的結(jié)構(gòu)特性。現(xiàn)有技術(shù)的分散劑典型地通過將重氮鹽與偶氮偶合劑相結(jié)合而形成，其中重氮鹽由芳族胺和重氮化劑進(jìn)行制備。然后，將分散劑加入著色顏料中，以形成最終分散體。因此，將以這種方法制備的著色顏料為具有分散劑表面層的涂覆顏料。
與本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑相反，現(xiàn)有技術(shù)的著色顏料不滿足上述用于本發(fā)明改性有機(jī)著色劑的關(guān)系式。對于已知的著色顏料，在涂覆的著色顏料中具有酯基的有機(jī)物質(zhì)的量等于原始著色顏料中具有酯基的有機(jī)物質(zhì)的量。因而，使用任一本發(fā)明實(shí)施方案的符號，Y＝Z。因此，X+Y＞Z。此外，第二實(shí)施方案的改性有機(jī)著色劑包含至少一種具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)。使用本領(lǐng)域已知的方法不能生產(chǎn)這種具有基團(tuán)混合物的有機(jī)著色劑。此外，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法不能制備本發(fā)明的有機(jī)著色劑，因?yàn)樵谄渌袡C(jī)物質(zhì)存在下，不能制備具有一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)。本質(zhì)上，因?yàn)闆]有發(fā)生化學(xué)改性，現(xiàn)有技術(shù)的涂覆制品不是如本發(fā)明所用術(shù)語的改性有機(jī)著色劑。
利用本發(fā)明的方法，改性有機(jī)著色劑為分散體形式。如前所述，可對分散體進(jìn)行干燥以形成改性有機(jī)著色劑?？赏ㄟ^洗滌，例如通過過濾、離心、或這兩種方法的組合，對通過本發(fā)明方法制備的本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑、以及分散體進(jìn)行提純，以去除未反應(yīng)的原材料、副產(chǎn)物鹽和其它反應(yīng)雜質(zhì)。例如，通過蒸發(fā)對產(chǎn)物進(jìn)行分離，或可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)，通過過濾和干燥進(jìn)行回收。
也可對改性有機(jī)著色劑和分散體進(jìn)行提純或分級，以去除雜質(zhì)和其它不期望的自由物質(zhì)，作為制造方法的結(jié)果，這些物質(zhì)可共存于分散體中。使用膜或離子交換的已知的超濾/滲濾技術(shù)可用于純化分散體并去除基本量的自由離子物質(zhì)和不需要的物質(zhì)。任選的平衡離子交換步驟還可發(fā)生在提純過程中，從而利用已知的離子交換技術(shù)例如超濾、反滲透、離子交換柱等，以替換的平衡離子(包括，例如，兩親離子)交換或取代形成改性顏料的一部分的平衡離子。可被交換的平衡離子的具體實(shí)例包括，但不限于，Na+、K+、Li+、NH4+、Ca2+、和Mg2+。
本發(fā)明的改性有機(jī)著色劑和分散體可用于各種應(yīng)用，包括，但不限于，油墨、涂料、塑料、紙張、紡織品、和橡膠制品。特別是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，改性有機(jī)著色劑分散體可有效地用于噴墨油墨組合物。因此，本發(fā)明還涉及包含a)液體載色劑、b)改性有機(jī)著色劑的噴墨油墨組合物。
通常，噴墨油墨組合物由載色劑(其作為載體)和著色劑(例如染料或顏料)構(gòu)成?？杉尤胩砑觿┖?或共溶劑以對油墨進(jìn)行調(diào)節(jié)，獲得期望的性能。優(yōu)選，用于本發(fā)明噴墨油墨組合物的液體載色劑為含水載色劑，且因此該噴墨油墨組合物為含水噴墨油墨組合物。含水載色劑可與上述制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法中的含水載色劑相同。
用于本發(fā)明噴墨油墨組合物的改性有機(jī)著色劑與上述相同，且其以這樣的量存在，在該量下可有效地提供期望的圖像質(zhì)量(例如，光密度)而不對噴墨油墨的性能產(chǎn)生不利影響。例如，基于油墨的重量，改性有機(jī)著色劑的存在量典型地為約0.1％-約20％。還可使用著色劑的混合物。此外，使用含有改性顏料產(chǎn)物的配方也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該改性顏料產(chǎn)物如在例如，美國專利5,630,868、5,803,959、5,837,045、和5,922,118中描述的，所有文獻(xiàn)通過引用在此完全引入。
可以最少的額外組分(添加劑和/或共溶劑)和加工步驟形成本發(fā)明的噴墨油墨組合物。然而，也可在這些噴墨油墨組合物中加入適宜的添加劑，以賦予許多期望的性質(zhì)并同時保持組合物的穩(wěn)定性。例如，可加入表面活性劑以進(jìn)一步增強(qiáng)組合物的膠體穩(wěn)定性。其它添加劑是本領(lǐng)域公知的且包括濕潤劑、殺菌劑、粘合劑、干燥促進(jìn)劑、滲透劑等。根據(jù)各種因素，對具體添加劑的量進(jìn)行改變，但通常存在量為0％-40％。
另外，本發(fā)明的噴墨油墨組合物可進(jìn)一步加入染料以改進(jìn)彩色平衡和調(diào)節(jié)光密度。這種染料包括食用染料、FD&C染料、酸性染料、直接染料、活性染料、酞菁磺酸的衍生物(包括銅酞菁衍生物、鈉鹽、銨鹽、鉀鹽、鋰鹽)等。
可使用各種方法(例如上述用于上述著色顏料分散體的那些)，對噴墨油墨組合物進(jìn)行提純和/或分級。這樣，可去除不需要的雜質(zhì)或不期望的大顆粒，以生產(chǎn)具有良好總體性能的噴墨油墨。
通過下列實(shí)施例，本發(fā)明將更為明晰，這些實(shí)施例本質(zhì)上僅是示例性的。
實(shí)施例實(shí)施例1在轉(zhuǎn)子-定子高剪切混合機(jī)(Silverson L4RT-A)上裝配有4升不銹鋼燒杯。該燒杯充有1,000mL去離子水和4.0g氫氧化鈉。在氫氧化鈉溶解后，一次加入約50g顏料黃155(InkJet Yellow 4G，由Clariant Corp.制造)。該顏料被快速浸濕，并在7,200rpm下，對該混合物均化2小時。由于剪切放熱，反應(yīng)混合物的溫度保持在60℃。發(fā)現(xiàn)，在分散體中的獲得的改性有機(jī)著色劑的中值粒徑為350nm。
然后，將該分散體轉(zhuǎn)移到Telsonic流通(flow-through)超聲波儀并超聲波處理2小時。以0.1N鹽酸，將獲得的改性黃色顏料分散體的pH仔細(xì)調(diào)節(jié)至7.5-8.0。然后，使用50nm滲濾膜柱，對該分散體進(jìn)行滲濾并濃縮至10固體％。嫩黃色分散體的中值粒徑為約170nm。發(fā)現(xiàn)，在pH為8.1下，改性黃色顏料分散體的鈉含量(使用由Orion制造的ROSS離子選擇性鈉電極進(jìn)行測定)為2700ppm(基于固體)。
該實(shí)施例顯示了本發(fā)明方法的實(shí)施方案，其中在高剪切條件下，進(jìn)行對組分進(jìn)行組合的步驟，然后進(jìn)行在其中使用超聲波處理的粒徑減小步驟。如鈉含量所示，獲得的改性有機(jī)著色劑為包含具有至少一個羧酸基的鈉鹽的有機(jī)物質(zhì)的黃色顏料。這相當(dāng)于酯基到羧酸鹽基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率為約2.2％。
實(shí)施例2將帶有磁力攪拌棒的不銹鋼燒杯安裝在攪拌器-熱板上，并進(jìn)一步裝配有蠕動泵和流通超聲波處理池(Misonix 3000)，以便對加入燒杯中的混合物同時進(jìn)行加熱、攪拌并循環(huán)通過超聲波處理池。向其中加入30g顏料黃155(InkJet Yellow 4G，由Clariant Corp.制造)和300mL去離子水的混合物。將該混合物循環(huán)通過流通超聲波處理池。將加熱器調(diào)節(jié)至60℃。此后，加入60mL的1N氫氧化鈉溶液，并對該混合物循環(huán)和超聲波處理3小時。發(fā)現(xiàn)獲得的改性有機(jī)著色劑分散體的中值粒徑為200nm。
以0.1N鹽酸，將黃色分散體的pH仔細(xì)調(diào)節(jié)至pH 7.5-8.0。然后，使用50nm滲濾膜柱，對該分散體進(jìn)行滲濾并濃縮至10固體％。嫩黃色分散體的中值粒徑為180-190nm，且在70℃下在幾個月內(nèi)是穩(wěn)定的。發(fā)現(xiàn)，在pH為8.4下，改性黃色顏料分散體的鈉含量(使用由Orion制造的ROSS離子選擇性鈉電極進(jìn)行測定)為2,500ppm(基于固體)。
該實(shí)施例顯示了本發(fā)明方法的實(shí)施方案，其中在高剪切條件下，同時進(jìn)行對組分進(jìn)行組合的步驟和粒徑減小步驟，并使用超聲波處理。如鈉含量所示，獲得的改性有機(jī)著色劑為包含具有至少一個羧酸基的鈉鹽的有機(jī)物質(zhì)的黃色顏料。這相當(dāng)于酯基到羧酸鹽基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率為約2.0％。
實(shí)施例3使用來自實(shí)施例1和2的改性黃色顏料分散體配制噴墨油墨組合物。從而，5mL的每種顏料分散體均與5mL油墨載色劑進(jìn)行組合，該油墨載色劑含有37.6％的2-吡咯烷酮、5.4％戊烷-1，5-二醇、6.0％異丙醇、0.1％的Surfynol465和余量的水。然后，將這些油墨通過450nm注射過濾器(syringe filter)進(jìn)行過濾，進(jìn)入Hewlett-Packard 2000C打印頭中，并使用HP 2000C在HP BrightWhite Inkiet紙和HP Premium Plus Photo紙上打印黃色正方形圖樣。每種油墨獲得的圖案均具有優(yōu)異的視覺打印質(zhì)量和在400nm下等于1.2-1.3的最大光密度。
實(shí)施例4進(jìn)行實(shí)施例2的過程，除了僅使用30mL的1N氫氧化鈉溶液以外。獲得的嫩黃色分散體的中值粒徑為180-190nm，且在70℃下在幾個星期內(nèi)是穩(wěn)定的。發(fā)現(xiàn)在pH為8.0下，該改性黃色顏料分散體的鈉含量(使用由Orion制造的ROSS離子選擇性鈉電極進(jìn)行測定)為1,700ppm(基于固體)。
該實(shí)施例顯示可通過氫氧化物試劑的量改變鈉含量，并從而改變具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)的量。這相當(dāng)于酯基到羧酸鹽基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率為約1.4％。
實(shí)施例5在轉(zhuǎn)子-定子高剪切混合機(jī)(Silverson L4RT-A)上裝配4升不銹鋼燒杯。該燒杯中充有1,000mL去離子水和2.8g氫氧化鈉。在氫氧化鈉溶解后，一次加入約50g顏料黃213(Hostaperm Yellow H5G，由Clariant Corp.制造)。顏料被快速浸濕，并在7,200rpm下，對混合物均化2小時。由于剪切放熱，反應(yīng)混合物的溫度保持在60℃。發(fā)現(xiàn)獲得的改性有機(jī)著色劑分散體的中值粒徑為406nm。
將配備有磁力攪拌棒的不銹鋼燒杯安裝在攪拌器板上并放入冰桶中。該燒杯進(jìn)一步裝配有蠕動泵和流通超聲波處理池(Misonix 3000)，以便對加入燒杯中的混合物同時進(jìn)行冷卻、攪拌并循環(huán)通過超聲波處理池。向其中加入約100mL改性有機(jī)著色劑分散體(相當(dāng)于10g固體顏料)和300mL去離子水。將該混合物循環(huán)通過流通超聲波處理池3小時。獲得的改性有機(jī)著色劑分散體的中值粒徑為330nm。
使用50nm滲濾膜柱，對該分散體進(jìn)行滲濾并濃縮至11.1固體％。嫩黃色分散體的最終粒徑為300nm。發(fā)現(xiàn)，在pH為9.2下，改性有機(jī)著色劑分散體的鈉含量(使用由ORION制造的ROSS離子選擇性鈉電極進(jìn)行測定)為921ppm(基于固體)。發(fā)現(xiàn)該分散體在室溫和70℃下儲存一周是穩(wěn)定的。
該實(shí)施例顯示了本發(fā)明方法的實(shí)施方案，其中在高剪切條件下，進(jìn)行對組分進(jìn)行組合的步驟，然后進(jìn)行在其中使用超聲波處理的粒徑減小步驟。如鈉含量所示，獲得的改性有機(jī)著色劑是包含具有至少一個羧酸基的鈉鹽的有機(jī)物質(zhì)的黃色顏料。這相當(dāng)于酯基到羧酸鹽基團(tuán)的轉(zhuǎn)化率為約1.1％。
比較例1將帶有磁力攪拌棒的不銹鋼燒杯安裝在攪拌器-熱板上，并進(jìn)一步裝配蠕動泵和流通超聲波處理池(Misonix 3000)，以便對加入燒杯中的混合物同時進(jìn)行加熱、攪拌并循環(huán)通過超聲波處理池。向其中加入3g顏料黃155(InkJetYellow 4G，由Clariant Corp.制造)和200mL去離子水的混合物。在60-70℃下，將該混合物循環(huán)通過流通超聲波處理池45分鐘。發(fā)現(xiàn)獲得的有機(jī)著色劑分散體的中值粒徑為255nm。然而，發(fā)現(xiàn)其僅具有有限的穩(wěn)定性。該分散體在儲存時，且特別是，在升高的溫度下(在70℃烘箱中一整夜)發(fā)生分離，而實(shí)施例1-4的分散體在該條件下是穩(wěn)定的。額外的超聲波處理不能進(jìn)一步減小粒徑且不能改善穩(wěn)定性。
如上所述，本發(fā)明的方法生產(chǎn)具有改善的總體性能的改性有機(jī)著色劑及其分散體。著色劑和分散體可具體用于噴墨油墨組合物，以制備具有優(yōu)異打印質(zhì)量和光密度的印刷品和圖像。
上面對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的描述是用于說明和描述的目的。其并非窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限定為所述的具體形式。根據(jù)上述教導(dǎo)，可進(jìn)行改進(jìn)和變化，或可由本發(fā)明的實(shí)踐獲得改進(jìn)和變化。選取和描述這些實(shí)施方案，是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能以各種實(shí)施方案和各種適于預(yù)期的具體應(yīng)用的改進(jìn)來利用本發(fā)明。本發(fā)明的范圍由在此所附的權(quán)利要求及其等價物進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法，包括下列步驟a)以任意順序?qū))包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑；ii)氫氧化物試劑；和iii)含水介質(zhì)進(jìn)行組合，以形成改性有機(jī)著色劑分散體；和b)將該分散體中該改性有機(jī)著色劑的粒徑減小到小于或等于350nm的粒徑。
2.一種制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法，包括下列步驟a)將包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑粒徑減小到小于或等于500nm的粒徑；和b)以任意順序?qū))該尺寸減小的有機(jī)著色劑；ii)氫氧化物試劑；和iii)含水介質(zhì)進(jìn)行組合，以形成改性有機(jī)著色劑分散體。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟a)之前，使有機(jī)著色劑受到高剪切混合條件。
4.權(quán)利要求3的方法，其中該高剪切混合條件出現(xiàn)在水平介質(zhì)磨、垂直介質(zhì)磨、磨碎機(jī)、球磨機(jī)、錘磨機(jī)、銷釘式盤磨機(jī)、流能磨、噴射磨、氣流粉碎機(jī)、碰撞噴射磨、轉(zhuǎn)子-定子、造粒機(jī)、均化器、超聲波儀、或空穴反應(yīng)器中。
5.權(quán)利要求1的方法，其中在高剪切條件下，對有機(jī)著色劑、氫氧化物試劑、和含水介質(zhì)進(jìn)行組合。
6.權(quán)利要求5的方法，其中該高剪切混合條件出現(xiàn)在水平介質(zhì)磨、垂直介質(zhì)磨、磨碎機(jī)、球磨機(jī)、錘磨機(jī)、銷釘式盤磨機(jī)、流能磨、噴射磨、氣流粉碎機(jī)、碰撞噴射磨、轉(zhuǎn)子-定子、造粒機(jī)、均化器、超聲波儀、或空穴反應(yīng)器中。
7.權(quán)利要求1的方法，其中步驟a)和b)同時進(jìn)行。
8.權(quán)利要求1的方法，其中通過超聲波處理，使改性有機(jī)著色劑的粒徑減小。
9.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)著色劑為著色顏料。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該著色顏料包括藍(lán)色顏料、黑色顏料、褐色顏料、青色顏料、綠色顏料、白色顏料、紫色顏料、品紅色顏料、紅色顏料、橙色顏料、黃色顏料、或其混合物。
11.權(quán)利要求9的方法，其中該著色顏料選自蒽醌、酞菁藍(lán)、酞箐綠、重氮、單偶氮、皮蒽酮、苝、雜環(huán)黃、喹吖啶酮、和(硫代)靛類。
12.權(quán)利要求1的方法，其中氫氧化物試劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化銨、或其混合物。
13.權(quán)利要求1的方法，其中含水介質(zhì)為水。
14.權(quán)利要求1的方法，其中分散體中的改性有機(jī)著色劑的粒徑小于或等于300nm。
15.權(quán)利要求1的方法，其中分散體中的改性有機(jī)著色劑的粒徑小于或等于200nm。
16.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括干燥該改性有機(jī)著色劑分散體以形成干燥形式的改性有機(jī)著色劑的步驟。
17.一種改性有機(jī)著色劑，包括a)包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑和b)氫氧化物試劑之間的反應(yīng)產(chǎn)物。
18.權(quán)利要求17的改性有機(jī)著色劑，其中該改性有機(jī)著色劑包括i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)和ii)至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。
19.權(quán)利要求17的改性有機(jī)著色劑，其中該有機(jī)著色劑包含至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)且其中改性有機(jī)著色劑包含i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)，ii)至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)，和iii)至少一種具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)。
20.權(quán)利要求19的改性有機(jī)著色劑，其中-改性有機(jī)著色劑的具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)的量為X；-改性有機(jī)著色劑的具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)的量為Y；-改性有機(jī)著色劑的具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)的量為A；和-有機(jī)著色劑的具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)的量為Z，且其中X+Y+A＝Z。
21.權(quán)利要求20的改性有機(jī)著色劑，其中(X+A)＝Z。
22.權(quán)利要求20的改性有機(jī)著色劑，其中(X+A)＜(0.5)×Z。
23.權(quán)利要求20的改性有機(jī)著色劑，其中(X+A)＜(0.1)×Z。
24.權(quán)利要求20的改性有機(jī)著色劑，其中(X+A)＜(0.02)×Z。
25.權(quán)利要求20的改性有機(jī)著色劑，其中X＜Y。
26.權(quán)利要求18的改性有機(jī)著色劑，其中具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)位于改性有機(jī)著色劑的表面。
27.權(quán)利要求17的改性有機(jī)著色劑，其中有機(jī)著色劑為著色顏料。
28.權(quán)利要求27的改性有機(jī)著色劑，其中該著色顏料包括藍(lán)色顏料、黑色顏料、褐色顏料、青色顏料、綠色顏料、白色顏料、紫色顏料、品紅色顏料、紅色顏料、橙色顏料、黃色顏料、或其混合物。
29.權(quán)利要求27的改性有機(jī)著色劑，其中該著色顏料選自蒽醌、酞菁藍(lán)、酞箐綠、重氮、單偶氮、皮蒽酮、苝、雜環(huán)黃、喹吖啶酮、和(硫代)靛類。
30.權(quán)利要求17的改性有機(jī)著色劑，其中該改性有機(jī)著色劑為分散體形式。
31.一種噴墨油墨組合物，包含液體載色劑和改性有機(jī)著色劑，其中該改性有機(jī)著色劑包括a)包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)的有機(jī)著色劑和b)氫氧化物試劑之間的反應(yīng)產(chǎn)物。
32.權(quán)利要求31的噴墨油墨組合物，其中該改性有機(jī)著色劑包含i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)和ii)至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。
33.權(quán)利要求31的噴墨油墨組合物，其中該有機(jī)著色劑包含至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)且其中該改性有機(jī)著色劑包含i)至少一種具有至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)，ii)至少一種具有至少兩個酯基的有機(jī)物質(zhì)，和iii)至少一種具有至少一個酯基和至少一個羧酸基鹽的有機(jī)物質(zhì)。
34.權(quán)利要求31的噴墨油墨組合物，其中該液體載色劑為含水載色劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備改性有機(jī)著色劑分散體的方法，包括下列步驟以任意順序?qū))有機(jī)著色劑；ii)氫氧化物試劑；和iii)含水介質(zhì)進(jìn)行組合，以形成改性有機(jī)著色劑分散體。該方法進(jìn)一步包括粒徑減小步驟。這些步驟可以任意順序進(jìn)行。該有機(jī)著色劑包含至少一種具有至少一個酯基的有機(jī)物質(zhì)。還公開了改性有機(jī)著色劑和噴墨油墨組合物。
文檔編號C09D11/00GK1806017SQ200480016892
公開日2006年7月19日 申請日期2004年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者亞歷山大·I·沙克諾維奇 申請人:卡伯特公司