專利名稱：基于顏料顆粒的聚合包封的打印油墨的制作方法
基于顏料顆粒的聚合包封的打印油墨
背景
噴墨打印是一種通過使墨滴選擇性地沉積在打印介質上來產生圖像的方 法，所述打印介質諸如紙、膜、織物和其它基材。向打印機輸入數(shù)字數(shù)據(jù)以便 驅使墨滴以形成所需圖像的圖案選擇性地沉積。噴墨打印可以是彩色的，也可 以是單色的。由于噴墨打印機有許多優(yōu)點，它們己經廣泛地被應用于多種領域， 諸如工業(yè)標記、短版打印、桌上出版系統(tǒng)和圖片打印(pictorialprinting)。
用于各種噴墨打印機的油墨可以分為染料基油墨或顏料基油墨。染料是 一種以分子形式分散或溶解在載體介質中而使其離散的著色劑顆粒不會被觀 察到的著色劑。所述載體介質在室溫下可以是液體或固體。在顏料基油墨中， 著色劑作為懸浮在載體介質中的離散顆粒存在。這些顏料顆粒通常用分散劑或 穩(wěn)定劑處理，以防止顏料顆粒團聚和/或從懸浮液中沉降析出。
理想地，用于噴墨打印體系的油墨能滿足各種性能參數(shù)。這些參數(shù)可以 包括該油墨的某些物理性質，諸如與噴墨打印頭的釋放條件非常匹配的粘度、 表面張力、導電性，諸如打印頭中油墨釋放裝置的驅動電壓和驅動頻率、打印 頭釋放孔口的形狀和材料、孔口的直徑等。油墨也應該能夠長期保留，使用后 不會在打印頭中產生堵塞或其它復雜的問題。油墨應該不會起化學反應、以化 學方式腐蝕、侵蝕周圍的材料，諸如油墨儲存器、打印頭組件等。油墨應該是 無毒的、耐火的、無任何難聞氣味。油墨也應該顯示出低起泡性和高pH穩(wěn)定 性。
油墨應該可以迅速固著于打印介質上，以便形成的圖像看起來光滑，不 會顯露出用于形成圖像的個體墨滴。 一旦在打印介質上形成所需的圖像，油墨 就應該具有很強的防水性和耐光性，這意味著圖像將不會因接觸濕氣或強光而
退化。打印圖像的油墨也應該對打印介質具有強粘著性并具有抗機械損壞(諸 如刮劃)性。
為了促進噴墨油墨，特別是顏料基油墨的這些所需的性質，有人建議將著色劑顆粒包封在顏料基油墨中。然而，在過去，將著色劑顆粒包封在顏料基 噴墨油墨中以促進所需的油墨性質而不在其它方面使油墨性能退化的嘗試獲 得極為有限的成功。

發(fā)明內容
一種制備油墨的方法，包括使分散體均一化，以便在包含單體的分散體 中涂敷顏料顆粒。 一種用于打印設備的油墨，其包括包封在聚合的單體中的顏 料顆粒，其中，所述單體的極性大于所述顏料顆粒表面的極性。
附圖簡要說明
附圖舉例說明本發(fā)明的各種實施方式，是本說明的一部分。舉例說明的 實施方式僅僅是本發(fā)明的實施例，并不限制權利要求的范圍。
圖1是根據(jù)本文描述的構思的一種包封顏料顆粒的方法的流程圖。
圖2是根據(jù)本文所述構思，在圖1方法的各個階段使用的分散體的例子。
所有圖中，相同的引用號指代類似的但不一定是相同的單元。
發(fā)明詳述
因為含有成功包封的著色劑顆粒的油墨的性能很可能會有所提高，所以， 顏料基油墨中顏料顆?；蛑珓╊w粒的微包封長期以來備受關注。顏料或著色 劑顆粒的包封也已經被廣泛認為是簡化油墨配制的可能手段。人們己經發(fā)現(xiàn)， 困難在于提供一種膠體穩(wěn)定性良好、單體轉化率高、包封效率高、包封后游離 聚合物殘留最少和能靈活改變聚合物的類型和比例的實用而較通用的方法。
本說明描述了一種通過聚合將著色劑顆粒包封在顏料基噴墨油墨中的實 用方法，該方法符合所需的標準。一旦油墨被用于在打印介質上形成打印圖像， 所述聚合方法將顯著改善油墨的性能性質，特別是油墨的抗污漬性和防水性。
現(xiàn)在，參考


一種成功地包封所有顏料顆粒，比如黃色、青色和
品紅色顏料顆粒的實用的微乳化法(mini-emulsion)。參考圖1， 一種示例性的聚 合方法包括以下步驟
首先，制備顏料或著色劑分散體(步驟101)。單獨制備至少一種單體和表面活性劑在水中的第二分散體(步驟102)。所述單體可以是，比如任何丙烯酸 類化合物、乙酸乙烯酯、苯乙烯或其它含有可聚合雙鍵的單體。所述表面活性
劑可以是一種或多種表面活性劑，包括，比如十二烷基硫酸鈉(SDS)、琥珀酸 二(異)辛酯磺酸鈉(Aerosol OT)、 ABEX⑧(陰離子表面活性劑)、其它陰離子表面 活性劑和任何可聚合的表面活性劑。
制備后，立即使顏料分散體均一化(步驟103)。均一化作用可以通過任何 向分散體中施加能量以使分散體均一化的方法來進行。在一個具體的實施例 中，通過聲處理實現(xiàn)均一化。如本文和所附權利要求中使用的，術語"聲處理" 理解為一種使懸浮液暴露于高頻聲波能的斷裂效應(disruptive effect)的方法。除 了聲處理，任何其它高能均一化方法，諸如微流化器和類似設備，也可以用于 攪拌和/或均化分散體。在水中的單體和表面活性劑的第二分散體也獨立于顏料 分散體進行均一化(步驟104)。這兩種獨立的分散體的均一化操作都持續(xù)一段 時間，比如兩分鐘。均一化作用將使顏料分散體和單體預乳液中都形成細小的 液滴。
初級單獨均化后，將兩種分散體混合(步驟105)。分散體混合后，混合物 再進行均一化處理，比如聲處理(步驟106)。第二輪的均一化也可以持續(xù)比如2 分鐘。第二輪均一化作用(比如聲處理)產生被單體圍繞的顏料的微膠囊。
混合物被均一化后，使混合物聚合以便在混合的分散體中包封顏料或著 色劑顆粒。使混合物聚合可以使用比如過硫酸鉀溶液(KPS)和/或其它過硫酸鹽 或通常使用的弓I發(fā)劑(包括水不溶性例子)。
該方法在產生將產生具有包封的顏料或著色劑顆粒的油墨，該油墨能抵 抗污漬形成和水的破壞，同時形成高質量的打印圖像。
圖2進一步說明了該方法。如圖2所示，單體預乳液(200)的特征是懸浮 液中存在較大的單體液滴。比如，單體液滴尺寸大于10微米。表面活性劑體 系(209)也可以用于分散體(200)。圖2顯示，該方法的每一個步驟都有表面活 性劑(209)存在。
在顏料分散體(201)中，顏料顆粒的尺寸是比如40-200納米。而且，如圖 中所示，顏料顆粒易于在分散體中團聚。再一次，表面活性劑體系(208)可用于 分散體(201)，圖2所示方法的每一個步驟都描繪了表面活性劑體系(208)。單體分散體(200)的初級均一化用于將較大的單體液滴分裂為小得多的
液滴(203)。較小液滴的尺寸可以是比如50-200納米。顏料分散體(201)的初級 均一化作用用于分離顏料顆粒的任何團聚物以便使分散體(204)均一化。
如上所述，兩種分散體然后被混合并進行第二輪均一化。第二輪均一化 用于使單體(207)包覆在顏料顆粒(206)上，如圖2的懸浮液(205)所示。在較早 的一輪均一化作用中，單體液滴被分裂和分散，任何顏料顆粒的團聚物被分解， 這促進了隨后的單體(207)包覆顏料顆粒(207)的過程。然后，如所述地，該混 合物(205)就可用于發(fā)生聚合作用，其中，單體(207)發(fā)生交聯(lián)以便將顏料顆粒 (206)包封在聚合物中。
如果顏料和單體發(fā)生原位乳液聚合，那么將有許多不同的形態(tài)可能出現(xiàn)。 在圖2顯示的包封形態(tài)中，聚合物包圍著中心的顏料顆粒，這僅僅是一種可能 性。為了產生所需的包封形態(tài)，應該符合最基本的界面能原理。這樣將產生熱 動力學穩(wěn)定的配方。因此，單體和表面活性劑以及顏料表面的選擇具有一定標 準。
使用的單體組合物的極性大于顏料或著色劑顆粒表面的極性。這能減小 聚合物和水之間的界面能。我們發(fā)現(xiàn)非極性的單體(諸如苯乙烯)不適合一些顏 料的包封。
界面能量原理可以表述為如下數(shù)學式
Y顏料/水〉Y單體(m)/水 +Y
顏料/單體(M)
而且，如果顏料分散體中使用表面活性劑，那么該表面活性劑應該與單 體分散體中使用的表面活性劑體系相匹配。結果是，得到具有最小界面能的包
封形態(tài)，因此，該包封形態(tài)是熱力學穩(wěn)定性最高的形態(tài)。
現(xiàn)在描述一些實驗以證明上述原理。用極性較大的單體，諸如甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸正丁酯和它們的混合物進行的包封操作始終取得極大的成功。 用另一種極性很小的顏料，比如黃色分散體，所有的單體、苯乙烯和丙烯酸類 化合物都能包覆在顏料的表面上。
實施例1:
在150毫升的燒杯中，將50克品紅色E-SDS分散體和50.0克水混合。 混合物進行2分鐘全功率聲處理。在單獨的150毫升燒杯中，混合6.0克甲基
7丙烯酸甲酯(MMA)、 2.0克丙烯酸丁酯(BA)、 0.1克甲基丙烯酸(MAA)、 0.5克 十六烷、8.0克10% SDS水溶液和83.5克水。對第二混合物也進行2分鐘的 全功率聲處理以產生單體微乳液。
然后，將進行過聲處理的顏料分散體和單體微乳液混合在一起，對全部 混合物再聲處理2分鐘。所得混合物裝入一個500毫升的裝配了攪拌器和冷凝 器的反應器中。然后，將0.2克引發(fā)劑過硫酸鉀和0.95克琥珀酸二(異)辛酯磺 酸鈉(AerosolOT)也加入該反應器中。然后將反應器加熱至82°C，保持6小時。 該過程結束后，使分散體冷卻并用1微米的過濾器過濾。
在制得的包封顏料基油墨中，發(fā)現(xiàn)單體的轉化率約為93.7%(基于固體含 量)。掃描電子顯微鏡(SEM)顯示正的包封指示。
密度梯度柱研究未發(fā)現(xiàn)游離聚合物的存在，表明所有的聚合物都用于包 覆顏料顆粒。 實施例2:
在第二個實施例中，黃色顏料(H5G)被成功地包封。再次，使用5%的黃 色顏料(H5G)分散體和4X的甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體懸浮液進行文中所述 的原位微乳化法。結果是，轉化率為94%，用SEM未檢測到顯著的游離聚合 物。使用隧道電子顯微鏡(TEM)和毛細管電泳技術，也確認發(fā)生了包封。 實施例3:
第三個實施例涉及黃色顏料(H5G)，其中使用一種包括三種不同單體的5 %的單體分散體，這些單體是甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基 丙烯酸(MAA)。結果是，轉化率為95%，用SEM未檢測到顯著的游離聚合物。 使用隧道電子顯微鏡(TEM)和毛細管電泳技術，也確認發(fā)生了包封。 實施例4:
在第四個實施例中， 一種青色的顏料被成功包封。再次，使用10%青色 顏料分散體和10X丙烯酸羥乙酯(HEA)膠乳單體分散體進行本文所述的原位 微乳化方法。結果得到顏料顆粒被完全包封的穩(wěn)定的分散體。使用SEM、 TEM 和毛細管電泳技術，確認發(fā)生了包封。
歸納這些實施例，以下單體已經被成功地用于包封黃色E-SDS顏料顆粒 苯乙烯、4-甲基苯乙烯、MMA、 BA、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)和HEA。以下單體已經被成功地用于包封品紅色E-SDS顏料顆粒MMA、 BA、 HEMA 和HEA。以下單體已經被成功地用于包封青色E-ST顏料顆粒HEMA和HEA。 這些結果都緣于單體和被包封的顏料顆粒表面之間的相對極性。
轉化率一般大于90%。由SEM檢測到的游離聚合物通常少于5X。產品 顯示出優(yōu)良的膠體穩(wěn)定性，可打印得到令人滿意的圖像質量。
本文所述的方法也可以作為種子(seeded)半連續(xù)或半間歇法來實施。在這 種實施過程中，分散體中的顏料顆粒被放置在一個反應器中，充當種子。然后， 起動器(initiator)將單體預乳液分散體被加入反應器中。如本文所述地實施均一 化操作，比如聲處理，以便在聚合前用單體適當包覆顏料顆粒。
如本文所述，顏料基油墨傳統(tǒng)上以良好的光學密度和耐光性而聞名，但 是具有抗污漬性和防水性差的缺點。通過根據(jù)本文描述的方法用聚合物包覆顏
料顆粒，制得的油墨在保留其傳統(tǒng)優(yōu)點的同時，在抗污漬性和防水性方面有很 大的改善。
而且，顏料分散體還有許多其它問題，諸如可分散性、沉淀、與油墨配 方中其它組分的可兼容性。用聚合物層包封顏料顆?？梢酝耆刂祁w粒的表面 化學，從而控制成膜性質。
本文描述的方法普遍適合多種油墨配方。微乳化法十分干凈，允許改變 使用的單體類型和單體量。該法可以包封任何色彩的顏料。所得的油墨可打印
高質量產品，也顯示出很好的耐久性。
以上陳述僅僅為了舉例說明和描述本發(fā)明的實施方式。無意于窮竭一切 或將本發(fā)明限制為任何已公開的精確形式。根據(jù)以上教導，還可能存在許多修
改體和變化體。
權利要求
1. 一種制備油墨的方法，所述方法包括使分散體(201、204)均一化以便在含有至少一種單體(207)的分散體(201、204)中涂敷顏料顆粒(206)。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括分別使含有所述顏料顆 粒(206)的第一分散體(201)和含有所述至少一種單體(207)的第二分散體(200)均一化。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括使所述單體(207)聚合 以便包封所述顏料顆粒(206)。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種單體(207)包括 丙烯酸類化合物、乙酸乙烯酯、苯乙烯或其它含有可聚合雙鍵的單體(207)。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括分別對含有所述顏料顆 粒(206)的第一分散體(201)和含有所述單體(207)的第二分散體(200)進行聲處 理。
6. —種包封用于油墨的顏料顆粒(206)的方法，所述方法包括 分別使含有所述顏料顆粒(206)的第一分散體(201)和含有至少一種單體(207)的第二分散體(200)均一化；混合所述第一分散體(201)和第二分散體(200);進一步使所述第一分散體(201)和第二分散體(200)的混合物均一化以便用 所述至少一種單體(207)包覆所述顏料顆粒(206);和使所述第一分散體(201)和第二分散體(200)的混合物聚合以便包封所述顏 料顆粒(206)。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述聚合步驟使用過硫酸鉀 溶液進行。
8. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，通過半連續(xù)、半間歇法處理 所述顏料顆粒(206)和至少一種單體(207)的分散體，產生用于所述油墨的包封 顏料顆粒(206)。
9. 一種用于打印設備的油墨，所述油墨包含 被包封在聚合的單體(207)中的顏料顆粒(206);其中，所述單體(207)的極性大于所述顏料顆粒(206)表面的極性。
10.如權利要求9所述的油墨，其特征在于，當所述被包封的顏料顆粒(206) 形成打印圖像時，其能抵抗污漬形成和水的破壞。
全文摘要
一種制備油墨的方法，包括使分散體(201、204)均一化以便在具有單體(207)的分散體(201、204)中涂敷顏料顆粒。一種用于打印設備的油墨，其包括包封在聚合的單體(207)中的顏料顆粒(206)，其中，所述單體(207)的極性大于所述顏料顆粒(206)表面的極性。
文檔編號C09D11/00GK101466802SQ200780022203
公開日2009年6月24日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權日2006年5月11日
發(fā)明者H·劉 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)