專利名稱：水溶性墨水的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水溶性墨水，其具有低的分散粘度和優(yōu)良的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
用于水性圓珠筆和噴墨記錄的水溶性墨水的基本組成為分散劑，其包括具有特定結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)的聚合物；水性介質(zhì)；顏料；等等。在這樣的分散劑中，關(guān)鍵是聚合物具有表面活性劑的功能，既有憎水性又有親水性。具體地，已知有接枝共聚物，其包括憎水性大分子單體和親水性單體，該憎水性大分子單體含作為組成單元的芳族單體，例如苯乙烯或乙烯基甲苯或(甲基)丙烯酸酯；也已知有接枝共聚物，其包括親水性大分子單體和憎水性單體，該親水性大分子單體含單體例如(甲基)丙烯酸、馬來酸、或(甲基)丙烯酸羥烷基酯(例如，JP-A-6-100810等)。
類似地，已公開一種含丙烯酸接枝共聚物的顏料分散劑，該丙烯酸接枝共聚物具有含憎水性(甲基)丙烯酸單體的主鏈，和與主鏈連接的陰離子和非離子的親水性側(cè)鏈(JP-A-2002-179978)；還公開一種含接枝共聚物的水溶性墨水，該接枝共聚物含作為主鏈的從陽離子單體或陰離子單體得到的聚合物，和作為側(cè)鏈的(甲基)丙烯酸大分子單體(JP-A-2001-247796)。
但是，就使用上述接枝共聚物的水溶性墨水而言，其著色劑的分散穩(wěn)定性不夠。將炭黑穩(wěn)定分散到水性介質(zhì)中尤其困難。此外，對(duì)于JP-A-2002-179978和JP-A-2001-247796中描述的分散劑，為使接枝共聚物溶于水，有必要引入大量親水性側(cè)鏈，因此出現(xiàn)的問題是該分散劑不能以工業(yè)規(guī)模廉價(jià)地生產(chǎn)。另外，對(duì)于JP-A-6-100810中描述的接枝共聚物，當(dāng)將大量憎水成分引入到側(cè)鏈中以提供充分的分散穩(wěn)定性時(shí)，問題在于側(cè)鏈變得難以和憎水性主鏈共聚。而且，引入大量憎水成分后，還出現(xiàn)的問題是溶液變得渾濁，并且接枝共聚物溶于水性介質(zhì)后，溶液粘度增加，從而不能顯示充分的分散穩(wěn)定性。
另一方面，已公開作為水垢抑制劑的交聯(lián)聚合物，其中用交聯(lián)劑、可交聯(lián)單體或類似物連接聚合物主鏈(例如，JP-T-2000-502394等)。此外，已公開作為分散劑的交聯(lián)兩性聚合物，其包括兩性單體，該兩性單體通過(甲基)丙烯酸與氨基烷基胺或類似物以及可交聯(lián)單體反應(yīng)得到(JP-A-58-13609)。
就聚合物的主鏈相互連接的交聯(lián)聚合物而言，當(dāng)所用交聯(lián)劑或可交聯(lián)單體的比率過大時(shí)，所形成的聚合物具有更高的分子量和增加的粘度，而且，聚合物的溶解度變差。從而，該聚合物不再具有分散劑的作用。因此，有必要制備低粘度和高分散效果的低分子量交聯(lián)聚合物，例如，通過限制所用交聯(lián)劑或可交聯(lián)單體的量來制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，作為水溶性墨水，含有限量可交聯(lián)單體并有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的低分子量交聯(lián)聚合物具有優(yōu)良的顏料分散性，并可在水性介質(zhì)中長時(shí)間穩(wěn)定保持分散態(tài)，從而解決了上述問題。因此，它們完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明涉及水溶性墨水，其包括作為分散劑的交聯(lián)共聚物、著色劑和水性介質(zhì)，該交聯(lián)共聚物含作為基本組成成分的可交聯(lián)單體、含芳基單體和離子單體。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明涉及水溶性墨水，其包括分散劑、著色劑和水性介質(zhì)。所述分散劑由交聯(lián)共聚物組成，該交聯(lián)共聚物含作為基本組成成分的(A)可交聯(lián)單體，(B)含芳基單體，和(C)離子單體。
就此而論，“(甲基)丙烯?；痹诒疚闹兄讣谆；虮；?。
1.分散劑用于本發(fā)明水溶性墨水的分散劑由交聯(lián)共聚物組成，該交聯(lián)共聚物含作為基本組成成分的(A)可交聯(lián)單體，(B)含芳基單體，和(C)離子單體。
1.1基本成分(A)可交聯(lián)單體對(duì)于組成本發(fā)明交聯(lián)共聚物的可交聯(lián)單體(A)，可以采用在一個(gè)分子中有兩個(gè)或多個(gè)乙烯基的化合物，可提及例如，亞甲基雙丙烯酰胺、亞甲基雙甲基丙烯酰胺、二(甲基)丙烯酸丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丙二醇酯、聚二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、聚二(甲基)丙烯酸丙二醇酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇聚(甲基)丙烯酸酯、磷酸二(甲基)丙烯酰氧基乙酯、氰脲酸三烯丙酯、異氰脲酸三烯丙酯、二乙烯基苯、馬來酸二烯丙酯、聚烯丙基蔗糖，等等。就此而論，可使用上述可交聯(lián)單體的一種或兩種或多種。
(B)含芳基單體對(duì)于組成本發(fā)明交聯(lián)共聚物的含芳基單體(B)，可提及基于苯乙烯的單體、含苯基的(甲基)丙烯酸酯、含苯基的馬來酰亞胺，等等。
基于苯乙烯的單體的具體例子包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對(duì)甲基苯乙烯、乙烯基甲苯，等等。
含苯基的(甲基)丙烯酸酯的具體例子包括(甲基)丙烯酸芐酯、(甲基)丙烯酸苯酯、2-羥基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯、苯氧基乙基(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、壬基苯基環(huán)氧乙烷加成物(甲基)丙烯酸酯，等等。
含苯基的馬來酰亞胺的具體例子包括N-苯基馬來酰亞胺、N-(2-氯苯基)馬來酰亞胺，等等。
就此而論，可使用上述含芳基單體的一種或兩種或多種。
(C)離子單體對(duì)于組成本發(fā)明交聯(lián)共聚物的離子單體(C)，可提及陰離子單體和陽離子單體。
陰離子單體的代表性例子包括不飽和羧酸單體、不飽和磺酸單體、不飽和磷酸單體，等等。不飽和羧酸單體的具體例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、巴豆酸、衣康酸、檸康酸，等等，或它們的酸酐和鹽。
不飽和磺酸單體的具體例子包括苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、3-硫丙基(甲基)丙烯酸酯、雙-(3-硫丙基)衣康酸酯等以及它們的鹽、2-羥乙基(甲基)丙烯酸酯的硫酸單酯以及它們的鹽，等等。不飽和磷酸單體的具體例子包括乙烯基磷酸、雙(甲基丙烯酰氧乙基)磷酸酯、二苯基-2-丙烯酰氧乙基磷酸酯、二苯基-2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸酯、二丁基-2-丙烯酰氧乙基磷酸酯、二丁基-2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸酯，等等。
陽離子單體的具體例子包括含叔胺的不飽和單體、含銨鹽的不飽和單體，等等。對(duì)于含叔胺的不飽和單體，可提及單乙烯基嘧啶，例如乙烯基嘧啶、2-甲基-5-乙烯基嘧啶和2-乙基-5-乙烯基嘧啶；含二烷基氨基的苯乙烯，例如N，N-二甲基氨基苯乙烯和N，N-二甲基氨基甲基苯乙烯；含二烷基氨基的(甲基)丙烯酸酯，例如N，N-二甲基氨基甲基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基氨基甲基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯和N，N-二乙基氨基丙基(甲基)丙烯酸酯；含二烷基氨基的乙烯基酯，例如2-二甲基氨基乙基乙烯基酯；含二烷基氨基的(甲基)丙烯酰胺，例如N-(N’，N’-二甲基氨基乙基)丙烯酰胺、N-(N’，N’-二甲基氨基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(N’，N’-二乙基氨基乙基)丙烯酰胺、N-(N’，N’-二乙基氨基乙基)甲基丙烯酰胺、N-(N’，N’-二甲基氨基丙基)丙烯酰胺、N-(N’，N’-二甲基氨基丙基)甲基丙烯酰胺、N-(N’，N’-二乙基氨基丙基)丙烯酰胺和N-(N’，N’-二乙基氨基丙基)甲基丙烯酰胺，等等。對(duì)于含銨鹽的不飽和單體，可提及上述含叔胺的不飽和單體與季銨化劑起季銨化反應(yīng)而得到的那些單體，所述季銨化劑例如烷基鹵(烷基Cl到C18，鹵素原子氯原子、溴原子或碘原子)；芐基鹵例如芐基氯和芐基溴；烷基磺酸(烷基C1到C18)的酯，例如甲磺酸；芳基磺酸的烷基酯(烷基C1到C18)，例如苯磺酸和甲苯磺酸；二烷基硫酸鹽(烷基C1到C4)；等等。
1.2其它成分本發(fā)明的交聯(lián)聚合物含作為基本組成成分的(A)可交聯(lián)單體，(B)含芳基單體，和(C)離子單體。但是，除了上面的成分(A)到成分(C)外，根據(jù)需要該聚合物還可含有其它單體。對(duì)于其它單體，可提及烷基(甲基)丙烯酸酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯和(甲基)丙烯酸環(huán)己酯；羥烷基(甲基)丙烯酸酯，例如(甲基)丙烯酸羥乙酯和(甲基)丙烯酸羥丙酯；(甲基)丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯腈，等等。就此而論，可使用所述其它單體的一種或兩種或多種。
1.3每種成分的組成比率關(guān)于在本發(fā)明交聯(lián)共聚物的組成中上述成分(A)到成分(C)的每種單體的比率，以全部單體的總摩爾數(shù)為基準(zhǔn)，可交聯(lián)單體(A)的比率范圍優(yōu)選為0.01mol％至5mol％，更優(yōu)選為0.02mol％至5mol％。當(dāng)比率低于0.01mol％時(shí)，所形成的交聯(lián)共聚物沒有充分的分散效果。當(dāng)比率高于5mol％時(shí)，所形成的交聯(lián)共聚物在水中不溶或不膨脹，因而不能起到分散劑的作用。
含芳基單體(B)的比率范圍優(yōu)選為30mol％至90mol％，更優(yōu)選為40mol％至80mol％。當(dāng)比率低于30mol％時(shí)，憎水性降低，從而待分散的物質(zhì)如著色劑變得不能混溶，因此分散穩(wěn)定性不夠。當(dāng)比率高于90mol％時(shí)，交聯(lián)共聚物的水溶性不充分，因此用所得分散劑制備的分散產(chǎn)物粘度增加，或其粘度在某些情況下傾向于隨時(shí)間而變化。
離子單體(C)的比率范圍優(yōu)選為5mol％至65mol％，更優(yōu)選為10mol％至60mol％。當(dāng)比率低于5mol％時(shí)，交聯(lián)共聚物的水溶性不充分，因此用所得分散劑制備的分散產(chǎn)物粘度增加，或其粘度在某些情況下傾向于隨時(shí)間而變化。當(dāng)比率高于65mol％時(shí)，因?yàn)楹蓟鶈误w(B)的量減少，憎水性降低，從而待分散的物質(zhì)如著色劑變得不能混溶，因此分散穩(wěn)定性不夠。
1.4聚合物的制備方法為合成交聯(lián)共聚物，優(yōu)選方法是使用自由基聚合引發(fā)劑，因?yàn)橐子诳刂凭酆喜僮骱头肿恿?。而且，因?yàn)楹蓟鶈误w難溶于水，更優(yōu)選溶液聚合方法，其中在有機(jī)溶劑中進(jìn)行聚合。
對(duì)于在溶液聚合的自由基聚合中的優(yōu)選溶劑，可提及酮溶劑，例如丙酮、甲基·乙基酮和甲基·異丁基酮；乙酸酯溶劑，例如乙酸乙酯和乙酸丁酯；芳烴溶劑，例如苯、甲苯和二甲苯；異丙醇、乙醇、環(huán)己烷、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、六甲基磷酰胺，等等。更優(yōu)選酮溶劑、乙酸酯溶劑和醇溶劑。
對(duì)于自由基聚合引發(fā)劑，可使用任何常用的自由基聚合引發(fā)劑，具體地，可提及過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀、過氧縮酮、氫過氧化物、二烷基過氧化物、二?；^氧化物、過氧化二碳酸酯類、過氧化酯類、基于氰基的偶氮二異丁腈、偶氮二(2-甲基丁腈)、偶氮二(2-脒基丙烷)鹽酸、基于非氰基的二甲基-2，2’-偶氮二異丁酯，等等。優(yōu)選有機(jī)過氧化物和偶氮化合物，它們可容易地控制分子量并且分解溫度低，特別地，更優(yōu)選為偶氮化合物。
以可聚合單體的總量為基準(zhǔn)，聚合引發(fā)劑的用量優(yōu)選為0.01％至10％質(zhì)量，更優(yōu)選為0.1％至5％質(zhì)量。
此外，為控制交聯(lián)共聚物的分子量，可向聚合體系中加入適量的鏈轉(zhuǎn)移劑，例如巰基乙酸、巰基丙酸、2-丙硫醇、2-巰基乙醇、苯硫酚、十二烷硫醇或硫代甘油。
優(yōu)選聚合溫度是50℃至150℃，更優(yōu)選為60℃至100℃。優(yōu)選聚合時(shí)間通常為5小時(shí)至25小時(shí)。以用聚苯乙烯為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)通過凝膠滲透色譜法(GPC)得到的重均分子量為準(zhǔn)，本發(fā)明的交聯(lián)共聚物的分子量優(yōu)選為1,000至100,000，從適當(dāng)?shù)姆稚⑿院瓦m當(dāng)?shù)娜芤赫扯鹊慕嵌榷?，更?yōu)選為1,000至50,000。重均分子量低于1,000的聚合物導(dǎo)致不充分的分散效果。而當(dāng)重均分子量超過100,000時(shí)，粘度增加導(dǎo)致不溶以及塊狀的物質(zhì)形態(tài)，因此共聚物不能起到分散劑的作用。
2.水溶性墨水除了在上述1中描述的分散劑外，本發(fā)明的水溶性墨水還含有作為基本成分的著色劑和水性介質(zhì)。
2.1著色劑用于本發(fā)明水溶性墨水的著色劑是不溶于水溶劑的染料，或是不溶于水溶劑的顏料。
染料分為水溶性染料和憎水染料，但從耐水性角度而言，優(yōu)選憎水染料。因此，對(duì)于著色劑，優(yōu)選不溶于水的憎水染料或顏料。而且，從耐風(fēng)化的角度而言，更優(yōu)選顏料。
對(duì)于憎水染料，可提及油性染料、分散性染料，等等。它們既可通過與聚合物顆粒結(jié)合而適當(dāng)應(yīng)用于聚合物顆粒的水分散體中，也可利用分散劑分散在水中而適當(dāng)應(yīng)用于水分散體中。油性染料的具體例子包括C.I.溶劑黑、C.I.溶劑黃、C.I.溶劑紅、C.I.溶劑紫、C.I.溶劑藍(lán)、C.I.溶劑綠、C.I.溶劑橙，等等。對(duì)于分散性染料，可提及C.I.分散黃、C.I.分散橙、C.I.分散紅、C.I.分散紫、C.I.分散綠，等等。
顏料可以是無機(jī)顏料，或是有機(jī)顏料。根據(jù)所需，它們可單獨(dú)使用，或聯(lián)合使用。
顏料粒度要足夠地小，以使墨水自由流過噴墨打印裝置，特別是在直徑范圍通常為10μm至50μm的注射噴嘴中。在染料穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)，粒度影響顏料分散體的穩(wěn)定性。另外，為將色密度增加到最大，適合采用較小的粒度。
可用顏料的粒度范圍是約0.005μm至15μm，優(yōu)選為0.005μm至5μm，最優(yōu)選為0.01μm至1μm。
對(duì)于無機(jī)顏料，可提及炭黑、金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氯化物，等等。在這些中，特別是在黑色水溶性墨水中，優(yōu)選炭黑。
對(duì)于炭黑，可提及爐黑、熱燈黑(thermal lump black)、乙炔黑、槽法炭黑，等等。特別地，優(yōu)選的炭黑通過爐法或槽法生產(chǎn)，其原始粒度為15μm至40μm，比表面積根據(jù)BET方法為50m2/g至300m2/g，DBP吸油量為40ml/100g至150ml/100g，揮發(fā)物含量為0.5％至10％，pH值的范圍為2至9。具體的，可提及2300號(hào)、900號(hào)、MCF88、33號(hào)、40號(hào)、45號(hào)、52號(hào)、MA7、MA8、2200B號(hào)(均由Mitsubishi ChemicalCorporation生產(chǎn))；RAVEN1255(由Columbia生產(chǎn))；REGAL400R、REGAL330R、REGAL660R、MOGUL L(均由Cabot生產(chǎn))；Color BlackFW1、Color Black FW18、Color Black S170、Color Black S150、Printex35、Printex U(均由Degussa生產(chǎn))；等等。
對(duì)于有機(jī)顏料，可提及偶氮顏料、重氮顏料、酞菁顏料、喹吖啶酮顏料、異吲哚啉酮顏料、二噁嗪顏料、苝系顏料、perynone顏料、硫靛顏料、蒽醌顏料、喹酞酮顏料，等等。
有機(jī)顏料的具體例子包括C.I.顏料黃1、C.I.顏料黃2、C.I.顏料黃3、C.I.顏料黃13、C.I.顏料黃16、C.I.顏料黃83、C.I.顏料紅5、C.I.顏料紅7、C.I.顏料紅12、C.I.顏料紅48(Ca)、C.I.顏料紅48(Mn)、C.I.顏料紅57(Ca)、C.I.顏料紅112、C.I.顏料紅122、C.I.顏料藍(lán)1、C.I.顏料藍(lán)2、C.I.顏料藍(lán)3、C.I.顏料藍(lán)15:3、C.I.顏料藍(lán)16、C.I.顏料藍(lán)22、C.I.顏料還原藍(lán)4、C.I.顏料還原藍(lán)6，等等。
2.2水性介質(zhì)對(duì)于水性介質(zhì)，水和水溶性有機(jī)溶劑的混合溶劑是適合的。水優(yōu)選為離子交換水(去離子水)或蒸餾水。對(duì)于水溶性有機(jī)溶劑，可提及含1到4個(gè)碳原子的烷基醇，例如甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇；酰胺例如二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺；酮或酮醇例如丙酮和雙丙酮醇；醚例如四氫呋喃和二氧雜環(huán)己烷；聚烷撐二醇，例如聚乙二醇和聚丙二醇；烷撐二醇，其中亞烷基含2到6個(gè)碳原子，例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、三甘醇、1，2-己二醇、1，2，6-己三醇、硫二甘醇、己二醇和二甘醇；丙三醇；多元醇的低烷基醚，例如乙二醇單甲醚(或乙二醇單乙醚)、二甘醇甲醚(或二甘醇乙醚)和三甘醇單甲醚(或三甘醇單乙醚)；N-甲基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑烷，等等。在這些水溶性有機(jī)溶劑中，優(yōu)選多元醇如乙二醇，和多元醇的低烷基醚如三甘醇單甲醚(或三甘醇單丁醚)。
就此而論，根據(jù)需要，上述水溶性有機(jī)溶劑可單獨(dú)使用，或它們中的兩種或多種聯(lián)合使用。
2.3其它成分除了上面的分散劑、著色劑和水性介質(zhì)外，還可向本發(fā)明的水溶性墨水中添加各種已知的通常作為成分加入到水溶性墨水中的常規(guī)添加劑。對(duì)于這些添加劑，可提及表面活性劑、消泡劑、消毒劑、沉淀抑制劑、螯合劑、增稠劑、抗腐蝕劑、抗氧化劑，等等。對(duì)于表面活性劑，可提及陰離子表面活性劑，例如脂肪酸鹽、高級(jí)醇硫酸酯鹽、液體脂肪油硫酸酯鹽和烷基芳基磺酸鹽；非離子表面活性劑，例如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐烷基酯、乙炔醇和乙炔二醇。
2.4水溶性墨水的制備以墨水的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，本發(fā)明的水溶性墨水所含的上述分散劑的量優(yōu)選為0.1％至30％質(zhì)量，更優(yōu)選為1％至15％質(zhì)量。此外，本發(fā)明的水溶性墨水所含的著色劑的量優(yōu)選為1％至30％質(zhì)量，更優(yōu)選為2％至15％質(zhì)量。
本發(fā)明的水溶性墨水所含的上述分散劑和著色劑的比率范圍優(yōu)選為1∶1至1∶30(質(zhì)量比)，更優(yōu)選為1∶2至1∶15。
以水溶性墨水的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，水溶性墨水所含的水溶性有機(jī)溶劑的量優(yōu)選為3％至50％質(zhì)量比，更優(yōu)選為3％至40％質(zhì)量比。此外，本發(fā)明的水溶性墨水所含的水的量優(yōu)選為10％至90％質(zhì)量，更優(yōu)選為30％至80％質(zhì)量。
另外，水溶性墨水的pH范圍優(yōu)選為7至10。通過控制pH在這個(gè)范圍內(nèi)，可提高含上述交聯(lián)共聚物的分散劑的溶解度，并增強(qiáng)分散劑的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。此外，可抑制對(duì)應(yīng)用水溶性墨水的裝置(例如，噴墨記錄裝置)組件的腐蝕。
為控制水溶性墨水的pH，可使用無機(jī)堿性試劑作為pH控制劑，例如堿金屬氫氧化物，包括氫氧化鈉和氫氧化鉀；有機(jī)胺，例如二乙醇胺和三乙醇胺；有機(jī)酸，例如檸檬酸和酒石酸；無機(jī)酸，例如鹽酸和磷酸；等等。
通過混合并分散上述各成分，得到本發(fā)明的水溶性墨水。通過稀釋成分，根據(jù)需要添加或不添加干燥抑制劑及其它添加劑，可將上述各成分用于噴墨的水溶性墨水，和書寫工具如水性圓珠筆和標(biāo)記筆的水溶性墨水。在這種情況下，為防止噴墨噴嘴或筆尖因?yàn)楦稍锒枞?，適合向上述水溶性有機(jī)溶劑中加入低揮發(fā)性或不揮發(fā)性溶劑。此外，為增強(qiáng)向記錄媒介的滲透能力，適合加入揮發(fā)性溶劑。特別地，當(dāng)墨水用于噴墨記錄的水溶性墨水時(shí)，還優(yōu)選加入表面活性劑，以賦予墨水適當(dāng)?shù)谋砻鎻埩Α?br> 對(duì)于用于分散的分散設(shè)備，可提及球磨機(jī)、輥軋機(jī)、砂磨機(jī)，等等。在這些中，優(yōu)選高速砂磨機(jī)，其例子包括Supper mill、Sand grinder、Bead mill、Agitator mill、Grain mill、Dinomill、Pearl mill、Cobol mill(所有這些都是商品名)，等等。
下面描述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
通過本發(fā)明的分散劑，可將著色劑特別是炭黑穩(wěn)定分散于水性介質(zhì)中。原因如下向主鏈結(jié)構(gòu)中引入憎水部分(含芳基單體單元)和親水部分(含離子基單體單元)，并在主鏈間部分形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，可使聚合物本身在水中的分散穩(wěn)定，同時(shí)通過引入含芳基單體，增加了對(duì)著色劑如炭黑的親和力。
實(shí)施例下面將結(jié)合實(shí)施例和比較例詳細(xì)描述本發(fā)明。
應(yīng)當(dāng)指出，下面實(shí)施例中的“％”和“份”分別指“質(zhì)量百分比”和“質(zhì)量份”。
實(shí)施例1[分散劑的合成]向裝配有攪拌子、滴液漏斗、氮?dú)膺M(jìn)口管和溫度計(jì)的玻璃燒瓶中充入2g(0.013mol)亞甲基雙丙烯酰胺、58g(0.558mol)苯乙烯、40g(0.465mol)甲基丙烯酸和900g甲基·乙基酮。在氮?dú)饬髦?，保持反?yīng)器的內(nèi)部溫度在78℃，加入4.0g偶氮二異丁腈(AIBN)，然后聚合4小時(shí)。之后，又加入2.0g AIBN，將全部反應(yīng)物在78℃加熱3小時(shí)，以得到共聚物的甲基·乙基酮溶液(10％固體物質(zhì))。用四氫呋喃溶劑通過GPC方法測(cè)量共聚物的分子量，就聚苯乙烯而言重均分子量(下文縮寫為Mw)為7,100。隨后，向上述共聚物的甲基·乙基酮溶液中加入離子交換水和與共聚物所含羧基等摩爾量的二乙醇胺，以中和所述溶液。然后，將甲基·乙基酮減壓去除以除去溶劑，從而得到共聚物的水溶液(30％固體物質(zhì))。
將7.0份上述共聚物的水溶液(30％固體物質(zhì))、15.0份炭黑(由Degussa生產(chǎn)的S160)和78.0份離子交換水混合并進(jìn)行預(yù)混10分鐘，然后在下列條件下進(jìn)行分散處理。
分散機(jī)器Sand grinder(Igarashi Kikai制造)粉碎媒介鋯珠(直徑1mm)粉碎媒介的填充速率50％(體積)粉碎時(shí)間3小時(shí)經(jīng)過上述分散處理后，進(jìn)行離心處理(12,000RPM，20分鐘)以除去粗糙顆粒，將40份的所得分散體與5份丙三醇、15份二甘醇、2份2-吡咯烷酮和38份離子交換水混合。然后，用二乙醇胺將混合物的pH控制為8到10，用孔徑5.0μm的膜過濾器過濾所得混合物，得到目標(biāo)產(chǎn)物水溶性墨水。
實(shí)施例2在實(shí)施例1中，將用于共聚物合成的單體改變成1g(0.005mol)乙二醇二甲基丙烯酸酯、60g(0.577mol)苯乙烯、30g(0.417mol)丙烯酸和9g(0.063mol)甲基丙烯酸丁酯。測(cè)量所得共聚物的分子量，Mw為5,800。除了上述之外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作，以制備水溶性墨水。
實(shí)施例3在實(shí)施例1中，將用于共聚物合成的單體改變成0.5g(0.003mol)亞甲基雙丙烯酰胺、55g(0.529mol)苯乙烯、44.5g(0.283mol)甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。然后，共聚物所含的氨基與氯代甲烷反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)季銨化。測(cè)量所得共聚物的分子量，Mw為9,500。除了上述之外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作，以制備水溶性墨水。
比較例1在實(shí)施例1中，將用于共聚物合成的單體變?yōu)閮H用60g(0.577mol)苯乙烯和40g(0.465mol)甲基丙烯酸，不使用可交聯(lián)單體。測(cè)量所得共聚物的分子量，Mw為6,800。除了上述之外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作，以制備水溶性墨水。
水溶性墨水的評(píng)價(jià)根據(jù)下條(a)到條(d)，對(duì)上述實(shí)施例1到實(shí)施例3和比較例1得到的水溶性墨水進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。
(a)水溶性墨水的粒度用水將所得水分散體稀釋100倍，然后用“Microtrack UPA250”(Nikkiso Co.，Ltd.生產(chǎn))測(cè)量水溶性墨水的體積平均粒度。
(b)水分散體的分散穩(wěn)定性將所得水溶性墨水在密閉狀態(tài)在60℃放置6個(gè)月，然后評(píng)價(jià)水溶性墨水，“×”代表發(fā)生顏料顆粒聚集和稠化，“○”代表沒有發(fā)生顏料顆粒聚集和稠化。
(c)打印密度使用micro-bubble-jet打印機(jī)(Canon Inc.制造的BJ-10VL型號(hào))，在PPC回收紙(Nihon Kako Seishi生產(chǎn))上進(jìn)行立體打印(solidprinting)。在室溫中自然干燥24小時(shí)后，用Macbeth densitometer RD918(Macbeth制造)測(cè)量印刷物的光密度。
此處，micro-bubble-jet打印機(jī)是Canon Inc.的注冊(cè)商標(biāo)。
(d)圖像質(zhì)量特性關(guān)于出現(xiàn)不均勻圖像密度和在黑色立體圖像打印中出現(xiàn)白線，“○”代表沒有出現(xiàn)上述情況，“”代表輕微出現(xiàn)上述情況，“×”代表明顯出現(xiàn)上述情況。
表1

如表1所示，與比較例的水溶性墨水相比，實(shí)施例的水溶性墨水得到了滿意的結(jié)果?？烧J(rèn)為原因是每個(gè)實(shí)施例所用分散劑(交聯(lián)共聚物)的分散穩(wěn)定性與比較例相比分散穩(wěn)定性要好。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明的水溶性墨水即使長時(shí)間放置后也不出現(xiàn)聚集或墨水粘度增加的情況，并具有實(shí)用的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，同時(shí)也使打印物品具有優(yōu)良的耐光性和圖像質(zhì)量特性，因此該墨水對(duì)于噴墨記錄非常有用。
權(quán)利要求
1.一種水溶性墨水，其包括分散劑、著色劑和水性介質(zhì)；其中所述分散劑是交聯(lián)共聚物，該交聯(lián)共聚物含有作為基本成分的(A)可交聯(lián)單體，(B)含芳基單體，和(C)離子單體。
2.如權(quán)利要求1所述的水溶性墨水，其中上述分散劑是交聯(lián)共聚物，該共聚物的重均分子量為1,000至100,000，并包括0.01mol％至5mol％的可交聯(lián)單體(A)，30mol％至90mol％的含芳基單體(B)，和5mol％至65mol％的離子單體(C)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的水溶性墨水，其中作為上述分散劑組成成分的離子單體(C)是陰離子單體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的水溶性墨水，其中作為上述分散劑組成成分的離子單體(C)是陽離子單體
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的水溶性墨水，其中上述分散劑和所含著色劑的比率是1∶1至1∶30(質(zhì)量比)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水溶性墨水，其中著色劑是顏料。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的水溶性墨水，其中著色劑是炭黑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水溶性墨水，其含有由交聯(lián)共聚物組成的分散劑，該交聯(lián)共聚物對(duì)著色劑如顏料具有良好的分散性，并能在水性介質(zhì)中長時(shí)間穩(wěn)定保持分散體的分散態(tài)。具體地，該水溶性墨水包括著色劑、水性介質(zhì)和由交聯(lián)共聚物組成的分散劑，該交聯(lián)共聚物主要含有(A)可交聯(lián)單體，(B)含芳基單體，和(C)離子單體。
文檔編號(hào)C09D11/16GK1826395SQ200480021258
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者林克洋, 前田佳治, 后藤彭宏, 森嘉男 申請(qǐng)人:東亞合成株式會(huì)社