專利名稱：減少羽化現象的顏料型噴墨墨水組合物的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種噴墨墨水組合物，且特別是有關于一種可有效控制打印圖案的線寬，減少羽化現象的顏料型噴墨墨水。
背景技術：
噴墨打印技術已發展多年，此種打印機產品的優點，主要為價格低、噪音低，且可提供不錯的全色系打印品質，并可使用一般紙張、特殊打印專用紙及專用投影片等不同的載體。
一般而言，噴墨打印技術中所使用的墨水可分為染料型(dye)墨水與顏料型(pigment)墨水，其是依據墨水中的色料成分的不同做分類。色料攸關于墨水所呈現的色系，其中染料易溶于水，呈現出較鮮艷的色彩，但通常缺乏良好的抗光性；再者，因其具有較好的水溶性，而無法擁有良好的防水性，因而導致噴墨打印的影像接觸水分時，將使染料再一次溶解，而影響打印效果。為了改善此缺點，可在墨水配方中添加有效的有機化合物(orgamccompound)或樹脂(resin)，用以增加色料與載體間的作用力，使色料更有效附著于載體上，增加其防水性。對于顏料型的墨水組合物而言，其擁有較好的防水性及抗光性，然而其所呈現的色彩較不鮮艷，且因具有顆粒尺寸，容易造成分散不均而凝結成較大顆粒，進而阻塞噴墨頭的現象，因此良好的分散性成為顏料型墨水的一個重要條件。
除了上述的光澤鮮艷度、防水性與抗光性外，打印品質也可從減少墨滴蔭開(bleed)與提升打印速度方面來加強。墨滴蔭開是指噴墨的墨水盒打印于紙上之后，因墨滴本身無法有效凝聚，而于載體的纖維上產生的毛細現象。此現象將導致墨滴向外擴散，或是滲透到另一顏色中，影響產品的打印品質。為了抑止或減緩墨滴在載體上蔭開的現象，必須于墨水配方中添加有效的表面活性劑或其它有機溶劑，以達到抑止墨滴蔭開的現象。
根據上述可知，顏料型墨水具有良好的防水性與抗光性，然而，如何改善其打印品質方面的缺失，使其成為較好的墨水，一直是業界努力的方向。本發明即針對此，提供一種解決方案。
現有技術在此之前，美國惠普(Hewlett-Packard)公司曾發表美國專利US5,108,503，當中也提及于噴墨墨水組合物中添加2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)或N-羥乙基-2-吡咯烷酮(N-hydroxyethyl-2-pyrrolidone)此兩種2-吡咯烷酮類化合物，不過由于其墨水組合物屬于染料型墨水，有別于本發明的顏料型墨水，且其功能在于改善墨水的耐磨性質，這也有別于本發明的控制打印圖案的線寬，減少羽化現象產生。
此外，美國專利US 6,231,654中也提及于噴墨墨水組合物中添加含氮的雜環類化合物，并指出此類化合物包含2-吡咯烷酮或N-羥乙基-2-吡咯烷酮等2-吡咯烷酮類化合物，不過由于其墨水組合物屬于有機溶劑型墨水，有別于本發明的溶液型墨水，而且其添加此類化合物的目的在于增加墨水與疏水性(hydrophobic)記錄媒介的附著力，但其中并未提到關于羽化現象的改善。
發明概述本發明的目的就是提供一種可有效控制打印圖案的線寬，減少羽化現象，以提升打印品質的顏料型噴墨墨水組合物。
本發明的另一目的在于提供一種減少噴墨打印時產生羽化現象的方法。
為達上述目的，本發明的顏料型噴墨墨水組合物包括至少一種分散性顏料；水溶液媒介物；以及2-吡咯烷酮類化合物，藉此，當此墨水噴印至記錄媒體時，可減少羽化現象。
本發明的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法包括下列步驟(a)提供顏料型墨水給噴墨打印裝置，該顏料型墨水包括至少一種分散性顏料，水溶液媒介物及2-吡咯烷酮類化合物，以及(b)將上述墨水噴于記錄載體上，藉以減少羽化現象的發生。
發明詳述本發明的顏料型墨水組合物中包含至少一種顏料，以提供至少一種顏色表現，此顏料可為任何具有分散性的顏料，例如AcryJet Black 357(來自Rohm & Haas公司)、Bayscipt Black VPSP 20016(來自Bayer AG)、BaysciptBlack VPSP 20046(來自Bayer AG)、Cab-O-Jet 200(來自Cabot)、Cab-O-Jet300(來自Cabot)、BonJet CW-1(來自Orient)、BonJet CW-2(來自Orient)等。由于顏料具有較大的顆粒尺寸(particle size)，較易凝結產生沉淀，造成墨水盒噴頭阻塞，故其優選的顆粒尺寸應小于1μm，最優選的范圍在0.001～0.2μm之間，并需配合有效的分散劑及附著劑，以盡量減少阻塞現象。顏料于噴墨墨水中的濃度范圍約1～7％(以下所使用單位均為重量百分比濃度，以墨水總重量為基準)，優選為2.5～5.5％。
本發明的墨水組合物為水溶液型墨水，因此它包含水溶液媒介物，其中水為主溶劑，含量范圍為50～95％，優選范圍為70～90％。該水溶液媒介物除了水之外，尚可包含至少一種水溶性或與水互溶的有機溶劑和無機鹽類，用以加強墨水的滲透性及分散性(dispersion)。有機溶劑的含量以不超過30％為準，應在0.01～30％之間，優選在5～15％之間。適當的有機溶劑包括但不限于甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二醇(diethylene glycol)，三乙二醇(triethylene glycol)、聚乙二醇(polyethylene glycol)、丙二醇(propyleneglycol)、丁二醇(butylenes glycol)、戊二醇(pentylene glycol)、2-丙醇(2-propanol)、1，2-二丙二醇(di-1，2-propylene glycol)、2-吡咯烷酮(2-pyrrolidone)、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone)、2，4，7，9-四甲基-5-壬炔-4，7-二醇(2，4，7，9-tetramethyl-5-decyne-4，7-diol)、1，1，1-三羥甲基丙烷(1，1，1-trimethylolpropane)、聚乙二醇(polyethylene glycol)、聚丙二醇(polypropene glycol)、環氧乙烷/環氧丙烷共聚物(EO/PO copolymer)、環氧丁烷/環氧乙烷共聚物(BO/EO copolymer)或己二醇(hexylene glycol)或者多元醇等。
本發明墨水組合物包含一種關鍵的添加物，即2-吡咯烷酮類化合物，其包括但不限于2-吡咯烷酮、N-烷基-2-吡咯烷酮(N-alkyl-2-pyrrolidone)其中該烷基的碳原子數為1～4、N-烯烴基-2-吡咯烷酮(N-alkenyl-2-pyrrolidone)其中該烯烴基的碳原子數為2～4、N-羥烷基-2-吡咯烷酮(N-hydroxyalkyl-2-pyrrolidone)其中該羥烷基的碳原子數為1～4。本發明的墨水中可添加一種或多種2-吡咯烷酮類化合物，其添加濃度需視該2-吡咯烷酮類化合物的溶解度而定，一般約在0.01～25％的范圍，優選約1～15％。本發明人發現2-吡咯烷酮類化合物的添加，在應用于噴墨技術時，可有效控制打印圖案的線寬，減少羽化現象，從而使打印品質提高。
本發明的墨水組合物還可包含一種或一種以上的表面活性劑，其總添加量范圍約0.01～15％，優選約0.01～3％。墨水添加了適當濃度的表面活性劑之后，可因適當的粘度而使供墨及噴墨順利，以及因適當的表面張力而使墨滴不易蔭開，并加強添加物在墨水中的分散性和對載體的滲透性。因此，一般在墨水配方中，常添加一種以上的表面活性劑，包括陰離子(anionic)型、非離子(nonionic)型、陽離子(cationic)型、或兩性(amphoteric)的表面活性劑。常用的表面活性劑例如有二辛基磺化琥珀酸鈉(sodiumdioctyl sulfosuccinate)、乙炔二醇的氧化烯加合物(alkylene oxide adduct ofacetylene glycol)、聚丁基樹脂(polybutyl resin)、纖維素衍生物(cellulosederivative)、苯乙烯/丙烯共聚物樹脂(styrene/acrylic copolymer resin)、馬來酸/苯乙烯共聚物(maleic acid/styrene copolymer)或一種同時含有親水性官能基(hydrophilic segment)和親油性官能基(hydrophobic segment)的聚合物(polymer)等。商業上可取得的表面活性劑例如有Tergitol 15-S-9(來自UnionCarbide)，A-102(來自CYTEC)，LF-4(來自CYTEC)，EP-810(來自AIRPRODUCT)，CT-141(來自AIRPRODUCT)，CT-151(來自AIR PRODUCT)，OT-75(來自CYTEC)，GPG(來自CYTEC)，OT-70PG(來自CYTEC)等。
本發明的墨水組合物還可包含保濕劑。墨水盒噴頭長時間曝露于大氣環境當中，使得噴墨頭處的墨水較易因揮發而產生沉淀物，導致噴墨頭阻塞(clogging)，進而影響打印效果。因此，為減緩墨水在于噴墨頭處的揮發速率，防止噴頭阻塞的情形發生，需于墨水中添加保濕劑，于本發明中所選用的保濕劑為較不易揮發的水溶性有機化合物，如乙二醇、聚乙二醇、甘油等，其添加濃度約為0.1～20％，優選為2～15％。
本發明的墨水組合物還可包含酸堿緩沖劑。酸堿性的緩沖溶液(buffer)的添加，是因為色料需要適當酸堿值(pH value)范圍內才能顯出理想的色系。適當的酸堿性緩沖溶液例如二乙醇胺(diethanolamine)，三乙醇胺(triethanolamine)，堿金屬類的氫氧化物(hydroxides of alkali metals)，如氫氧化鋰，氫氧化鈉和氫氧化鉀，氫氧化銨(ammonium hydroxide)，堿金屬類的碳酸鹽(carbonates of alkali metals)，如碳酸鋰，碳酸鈉和碳酸鉀等。
本發明的墨水組合物還可包含螯合劑。螯合劑(Chelation agent)的添加可以防止結晶鹽類的產生，避免因顆粒凝聚而阻塞墨水盒的噴頭。適當的螯合劑包括乙二胺四乙酸鈉(sodium ethylenediaminetetraacetate；EDTA)，氰基三乙酸三鈉(trisodium nitrilotriacetate)，羥乙基乙二胺乙酸三鈉(hydroxyethyl ethylenediamine trisodium acetate)，二乙三胺乙酸五鈉(diethylenetriamino pentasodium acetate)和2-氨基丙二酰脲乙酸二鈉(uramildisodium acetate)等。
此外，在本發明的墨水配方中，還可加入抗紫外線試劑(UV-blocker)，以阻擋UV光的吸收進而增進色料的抗光性；添加殺菌劑(biocide)；防腐劑等，以抑制細菌在墨水中滋長。
為讓本發明的上述內容和其它目的、特征及優點能更明顯易懂，下文特舉出優選實施例，作詳細說明如下
添加濃度成份 化合物名稱(重量％)分散性顏料 AcryJet Black 375(Rohm & Haas) 7.0保濕劑 甘油(Glycerin，Adrich) 6.0乙二醇單丁基醚有機溶劑 1.5(Ethylene Glycol mono-butyl ether，Adrich)聚乙二醇900高分子有機溶劑 6.0(Polyethylene Glycol 900，Adrich)2-吡咯烷酮類 N-乙烯基-2-吡咯烷酮(Adrich)2.5殺菌劑Mergal K7(Clariant) 0.5溶劑 去離子水 76.5
保濕劑 甘油(Glycerin，Adrich) 6.0乙二醇單丁基醚有機溶劑 1.5(Ethylene Glycol mono-butyl ether，Adrich)聚乙二醇900高分子有機溶劑 6.0(Polyethylene Glycol 900，Adrich)2-吡咯烷酮類 無添加0殺菌劑Mergal K7(Clariant) 0.5溶劑 去離子水79.0此外，實施例3的墨水組合物中，2-吡咯烷酮類是添加N-甲基-2-吡咯烷酮，添加濃度為2.5重量％，其余各成份及濃度與實施例1中皆相同；實施例4的墨水組合物中，2-吡咯烷酮類是添加N-乙烯基-2-吡咯烷酮，添加濃度為2.5重量％，其余各成份及濃度與實施例1中皆相同；實施例5的墨水組合物中，2-吡咯烷酮類是添加N-羥乙基-2-吡咯烷酮，添加濃度為2.5重量％，其余各成份及濃度與實施例1中皆相同。
將上述實施例的墨水以市售噴墨打印機，打印于一般的素面紙張(plainpaper)上，依打印圖案邊緣的羽化現象程度來判定其打印品質，所得結果列于下表，其中⊙代表效果最好；○代表效果好；×代表效果差。由表中可知，單獨添加或混合添加本發明的2-吡咯烷酮類化合物的確可有效控制打印圖案的線寬，減少羽化現象，從而達到提高打印品質的目的。
2-吡咯烷酮類添加物的種類 打印效果比較例 無添加 ×實施例1 2-吡咯烷酮 ○實施例2 2-吡咯烷酮+N-甲基-2-吡咯烷酮 ⊙實施例3 N-甲基-2-吡咯烷酮 ⊙實施例4N-乙烯基-2-吡咯烷酮 ○實施例5N-羥乙基-2-吡咯烷酮 ○雖然本發明已以優選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，當可作出一些更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應以所附的權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，包括至少一種分散性顏料；水溶液媒介物；以及2-吡咯烷酮類化合物，藉此，當該墨水噴印至記錄媒體時，可減少羽化現象。
2.如權利要求1所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該分散性顏料的平均顆粒尺寸小于1.0μm。
3.如權利要求2所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該分散性顏料的平均顆粒尺寸為0.00 1～0.2μm。
4.如權利要求1所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該2-吡咯烷酮類化合物選自2-吡咯烷酮、N-烷基-2-吡咯烷酮其中該烷基的碳原子數為1～4、N-烯烴基-2-吡咯烷酮其中該烯烴基的碳原子數為2～4、以及N-羥烷基-2-吡咯烷酮其中該羥烷基的碳原子數為1～4。
5.如權利要求1所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該2-吡咯烷酮類化合物的含量為0.01～25重量％。
6.如權利要求1所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中還包括有機溶劑，其含量為0.01～30重量％。
7.如權利要求1所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中還包括保濕劑。
8.如權利要求1所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中還包括添加劑，該添加劑選自表面活性劑、酸堿緩沖液、螯合劑、殺菌劑、防腐劑及抗紫外線試劑。
9.一種適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，該組合物基本上是由下列的成分所組成(consisting essentially of)至少一種分散性顏料；水溶液媒介物；2-吡咯烷酮類化合物；有機溶劑；保濕劑；以及至少一種添加劑，該添加劑選自表面活性劑、酸堿緩沖液、螯合劑、殺菌劑、防腐劑及抗紫外線試劑。
10.如權利要求9所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該分散性顏料的平均顆粒尺寸小于1.0μm。
11.如權利要求9所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該分散性顏料的平均顆粒尺寸為0.001～0.2μm。
12.如權利要求9所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該2-吡咯烷酮類化合物選自2-吡咯烷酮、N-烷基-2-吡咯烷酮其中該烷基的碳原子數為1～4、N-烯烴基-2-吡咯烷酮其中該烯烴基的碳原子數為2～4、以及N-羥烷基-2-吡咯烷酮其中該羥烷基的碳原子數為1～4。
13.如權利要求9所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該2-吡咯烷酮類化合物的含量為0.01～25重量％。
14.如權利要求9所述的適用于噴墨打印的顏料型墨水組合物，其中該有機溶劑的含量為0.01～30重量％。
15.一種減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，包括下列步驟(a)提供顏料型墨水給噴墨打印裝置，該顏料型墨水包括至少一種分散性顏料，水溶液媒介物及2-吡咯烷酮類化合物；以及(b)將該墨水噴于記錄載體上，藉以減少羽化現象的發生。
16.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該分散性顏料的平均顆粒尺寸小于1.0μm。
17.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該分散性顏料的平均顆粒尺寸為0.001～0.2μm。
18.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該2-吡咯烷酮類化合物選自2-吡咯烷酮、N-烷基-2-吡咯烷酮其中該烷基的碳原子數為1～4、N-烯烴基-2-吡咯烷酮其中該烯烴基的碳原子數為2～4、以及N-羥烷基-2-吡咯烷酮其中該羥烷基的碳原子數為1～4。
19.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該2-吡咯烷酮類化合物的含量為0.01～25重量％。
20.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該顏料型墨水還包括有機溶劑，其含量為0.01～30重量％。
21.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該有顏料型墨水還包括保濕劑。
22.如權利要求15所述的減少噴墨打印時產生羽化現象的方法，其中該有顏料型墨水還包括添加劑，該添加劑選自表面活性劑、酸堿緩沖液、螯合劑、殺菌劑、防腐劑及抗紫外線試劑。
全文摘要
本發明揭示一種可提供良好打印成品的顏料型噴墨墨水組合物，其組成主要包括至少一種分散性顏料、水溶液媒介物以及2－吡咯烷酮類化合物(2－pyrrolidone)。本發明的墨水應用于噴墨技術時，可有效控制打印圖案的線寬，減少羽化現象，以提升打印品質。
文檔編號C09D11/02GK1439680SQ0210469
公開日2003年9月3日 申請日期2002年2月20日 優先權日2002年2月20日
發明者沈昱璋, 錢嘉欣, 林郁庭 申請人:明基電通股份有限公司