[发明专利]喷墨印刷流体

说明书

技术领域

本发明一般性涉及喷墨印刷流体(包括颜料墨和澄清墨)领域，并且特别涉及可用于热喷墨印刷和连续喷墨印刷的墨。更特别地，本发明涉及用于高速喷墨印刷产生耐久图像的颜料墨和澄清墨。

背景技术

喷墨印刷是通过响应数字信号以逐像素方式在图像记录元件上沉积墨滴来产生印刷图像的非冲击方法。有多种方法可用于控制墨滴在图像记录元件上的沉积以产生期望印刷图像。在已知为按需滴墨的一种方法中，根据需要在图像记录元件上喷射单独液滴形成期望印刷图像。在按需滴墨印刷中控制墨滴的喷射的常用方法包括热泡沫形成(热喷墨(TIJ))和压电式转换器。在已知为连续喷墨(CIJ)的另一方法中，产生连续液滴流并且以成图像方式喷射在图像记录元件表面，同时使得非成像液滴偏离、被捕获并且回收到墨箱中。已发现喷墨印刷在由桌面文件和摄影质量的成像到商业印刷和工业标签的整个市场的广泛应用。

喷墨印刷机中使用的包含着色剂的墨组合物可分为颜料基(其中着色剂以悬浮于墨组合物中的颜料颗粒存在)或染料基(其中着色剂以包含一个或更多个染料分子的完全溶解的染料物质存在)。颜料是非常有利的，因为它们比染料更抗褪色。但是，颜料基墨有若干缺点。处理大的长度以使颜料颗粒降低至足够小的粒径并且为颗粒提供足够的胶状稳定性。颜料基墨通常需要长度研磨操作以产生大多数现代墨应用所需的亚微米范围的颗粒。如果颜料颗粒太大，光散射可对印刷图像的光密度和光泽产生有害影响。

颜料墨的第二个缺点是印刷后，尤其是在对印刷图像施加磨损力的条件下墨的稳定性。颜料基墨通常驻留在印刷图像的图像接收物的表面，这使得印刷图像特别易受磨损力影响。从这个意义来说，颜料墨被与多种聚合物、分散剂和其他附加物一起配制，以提供可经受印刷后的外观损坏(physical abuse)和环境条件的耐久图像。

印刷图像的抗磨损程度也是印刷后时间的函数。在印刷后短的时间间隔(通常数分钟至数小时)，墨经受若干复杂的动态变化。随着墨与接收物的接触，一些组分渗透入接收物并且液滴可同时在接收物表面侧向扩展。载体流体例如水和保湿剂被毛细管作用力吸进接收物而聚合物粘合剂开始形成膜。在短的时间间隔，粘合剂膜形成不完全并且所得颜料块特别易受磨损力影响。通常，印刷到接收物的总流体越多(因此水分越多)，墨干燥并且形成耐久图像的时间就越长。图像的抗磨损性还受到湿润剂的存在的影响，所述润湿剂用于使喷发性能最佳化，但是其在颜料块中保留一段时间。因为大多数润湿剂具有比水低很多的蒸汽压，其蒸发相对缓慢并且可在图像接收物中保留若干小时。润湿剂可具有使聚合物粘合剂塑化并且使得图像表面比不存在润湿剂时更加有粘性或柔软的效果。一旦润湿剂蒸发，所得的主要由颜料和粘合剂组成的颜料块就成为稳定状态的组合物并且决定了印刷图像的长期抗磨损性。

在图像接收物经过印刷机前进时，由喷墨印刷机印刷的图像也易受磨损力影响。通常，有一些机构用于使印刷物经过印刷头前进并且从印刷机出来。在一些设计中，使用正齿轮使印刷接收物前进。正齿轮通常由硬塑料或金属制成并且具有点或刺位于齿轮外围的圆盘结构。刺与印刷接收物接触并且可物理刺入印刷图像的最上区域留下小孔。在极端情况下，刺可刺进接收物并且扯下小部分的图像区域。在任一情况下，由正齿轮造成的机械磨损发生于大约印刷后若干秒的短时间间隔内并且导致影响视觉效果的缺点。另外，在一些情况下，不完全聚合物粘合剂膜的形成导致可粘附于传送印刷图像的印刷机内的这种表面的粘性表面。

已经用丙烯酸聚合物配制了用于喷墨印刷的颜料墨。但是，单独丙烯酸聚合物不足以提供抵抗刮擦和其他形式的外观损坏的耐久图像。被用作颜料基墨中的抗磨损添加物的第二类聚合物是聚氨酯，或有时称作聚氨酯树脂。美国专利No.6,136,890公开了一种颜料基喷墨用墨，其中颜料颗粒用聚氨酯分散剂稳定。美国公开No.2004/0242726公开了一种通过具有氨酯键的树脂与第二水溶性聚合物之间的交联步骤分散的颜料。

尽管聚氨酯以其极好的抗磨损性著称，但是它们也具有很多缺点。例如，不是所有的聚氨酯聚合物都有益于从热喷墨头喷射。特别地，水分散性聚氨酯颗粒(例如美国专利号6,533,408和6,268,101、法定发明登记No.US H2113H和美国公开号2004/0130608和2004/0229976公开的那些)尤其难于以高喷发频率从热喷墨印刷头喷射。非常有利的是以高喷发频率从喷墨印刷机喷发墨，因为这是一个控制图像印刷速度的变量。