專利名稱：一種噴墨打印黑墨水及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨打印黑墨水及其制備方法，具體地說，涉及一種用多色水溶性染料混合作為黑色色素的噴墨打印黑墨水及其制備方法。
背景技術(shù)：
作為一種非接觸式打印技術(shù)，噴墨打印已有壓電振蕩式，熱發(fā)泡式和靜電方式的噴墨打印機(jī)。所用的噴墨墨水已有水基型和溶劑型兩大類。水基型又分為水溶性染料型和顏料型兩種。家庭和辦公用噴墨打印用壓電振蕩式和熱泡式打印機(jī)，一般使用水基型墨水，以保證使用條件下的安全性和衛(wèi)生性。
水基型黑色墨水一般使用水溶性黑色染料或碳黑作為著色劑。碳黑型水基黑墨水在顏色密度、耐光、耐水等性能方面明顯優(yōu)于染料型黑墨水，但作為噴墨打印用的碳黑墨水對碳黑的粒徑和碳黑在墨水中的貯存穩(wěn)定性要求很高，一般要經(jīng)過有機(jī)硅表面處理(USP5863323，USP5749950)，生產(chǎn)工藝很復(fù)雜。此外，在常見的圖片打印體系中，常使用黃、品紅、青三原色和黑色的四色噴墨打印，為保證顏色鮮艷度，三原色一般采用染料型墨水，如果用碳黑型墨水與之配套，由于碳黑墨水的遮蓋性強(qiáng)，加之其墨水配方體系與染料型不同，會(huì)使圖片打印混色后失真，因此在這種情況下，染料型黑墨水是不可替代的。
最常用的染料型黑墨水一般使用直接、活性、酸性和食品黑色陰離子染料。由于單個(gè)黑色染料不能做到對可見光譜全吸收，會(huì)使打印的黑色帶有一定的色光，從而影響打印品的烏黑度，因此通常需要將染料量增加很多，來達(dá)到烏黑度的要求。如此就會(huì)造成黑色染料在高濃度下的聚集，堵塞打印機(jī)噴頭，甚至在貯存期內(nèi)發(fā)生沉淀。為了防止這種情況發(fā)生，一般的技術(shù)是采用減少染料用量，以犧牲顏色的烏黑度為代價(jià)。如USP4585484使用C.I.食品黑2，用量僅3～4％；USP5560771使用C.I.直接黑154，用量稍大，也只有5％，或者C.I.酸性黑24，用量只有4％。一種改進(jìn)技術(shù)是添加分散劑或膠體穩(wěn)定劑，如CN1310215A使用直接黑L-3BQ，用量為3.0～10.0，采用烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇三油酸酯表面活性劑，以及聚丙烯酸作為分散劑，并且加入5.0～10.0％的氨水作為堿劑增加直接黑染料的溶解度。其結(jié)果使墨水的表面張力很低，在普通紙上造成洇色；此外，水溶性高聚物使得墨水粘度增大，影響打印的流暢；墨水呈較強(qiáng)的堿性，則會(huì)影響打印機(jī)部件的壽命。總之，使用單只黑色染料的結(jié)果使得在打印黑色的烏黑度與打印順暢性，以及不堵噴頭的性能之間很難達(dá)到理想的平衡。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種噴墨打印的黑墨水及其制備方法，它具有烏黑的顏色，打印質(zhì)量好，不洇色，不堵噴頭和貯藏穩(wěn)定。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，幾種不同顏色染料適當(dāng)混合的黑墨水，可以使最大吸收光波長值相互補(bǔ)充，形成在可見光譜區(qū)域內(nèi)對光波幾乎平均地吸收，使打印的黑色圖形或文字無論在任何光源下均呈現(xiàn)黑色，增強(qiáng)了色澤的烏黑度。與單色黑色染料的墨水相比，由于不偏色光，達(dá)到同樣視覺深度的黑色所需要的染料量較少；如果在相同的染料用量下，則可以得到較深的黑色。
幾種不同結(jié)構(gòu)的多組分染料的混合，可以克服單一染料的分子之間容易聚集并進(jìn)一步形成結(jié)晶的缺點(diǎn)，有利于貯存穩(wěn)定性和打印穩(wěn)定性。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同的染料在溶液中將干擾結(jié)晶的形成，產(chǎn)生混晶的染料濃度大大高于單一染料結(jié)晶的濃度，因此可以在比單一染料使用染料濃度高得多的染料用量下應(yīng)用，不至于產(chǎn)生較大顆的晶粒。這對于使用染料量較大的黑色墨水尤為重要。即，多組分染料混合的黑墨水可以比單一染料黑墨水的烏黑度更高，而不會(huì)引起墨水貯存穩(wěn)定性和打印堵頭的問題。
水溶性染料為直接染料和/或酸性染料。它們之間可以互相混用?；煊玫脑瓌t首先是色光的需要，使得染料拼混后對可見光譜均勻吸收；其次是牢度的需要，使用水溶性好的染料與水溶性較差的染料混用，可以兼顧染料水溶性與紙上耐水性能，并且適量加入耐光牢度的染料，可以得到耐光牢度的墨水。
在本發(fā)明中，水溶性染料是經(jīng)過精制處理的(去掉無機(jī)鹽和有機(jī)雜質(zhì))，在黑墨水中的使用量為5～15份。如果染料用量過少，則黑色的烏黑度較低；如果染料用量過多，則由于染料濃度太大使墨水的粘度太大，或染料發(fā)生大顆粒聚集影響墨水貯存穩(wěn)定性和打印穩(wěn)定性。
染料載體在本發(fā)明黑墨水中的使用量為8～50份。如果染料載體用量太少，容易堵塞噴頭，特別在氣溫較高的打印環(huán)境中(＞20℃)，打印機(jī)停止打印一段時(shí)間后，墨水在噴頭處干燥形成染料聚集體，而在氣溫較低的打印環(huán)境或貯存條件下(≤0℃)，墨水容易結(jié)冰，或者粘度增大使得流動(dòng)性差，墨水打印不流暢。反之，如果染料載體用量太多，則在紙上打印后不易干燥，手摸會(huì)使文字符號或圖象模糊，并且在高濕度環(huán)境下打印墨跡返潮，引起邊緣不清晰。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。
噴墨打印黑墨水的配方組分為組合染料 5～15份染料載體 8～50份表面活性劑 0.1～5份助劑 0.1～0.5份去離子水 55～80份其中，染料為直接染料或者酸性染料中的至少一類，混合染料中至少有兩種不同顏色。該噴墨打印黑墨水，在溫度20℃時(shí)的表面張力為26～55mN/m，電導(dǎo)率在10000μs/cm以下，粘度為1～8mPas，pH值為6～11。
染料載體為無毒或低毒的多元醇、聚乙二醇、多元醇單烷基醚和/或水溶性雜原子有機(jī)化合物中的至少一種。多元醇為二甘醇，三甘醇，甘油；多元醇單烷基醚為乙二醇單丁醚，二甘醇單乙醚，二甘醇單丁醚，三甘醇單甲醚；聚乙二醇(分子量200～400)；水溶性雜原子有機(jī)化合物為二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基吡咯烷酮、硫代雙乙醇、環(huán)丁砜、甲酰胺。它們在墨水中起到溶解染料，使墨水保持不干燥，調(diào)節(jié)墨水粘度的作用。
表面活性劑為陰離子或非離子表面活性劑。陰離子表面活性劑為脂肪酸鹽，烷基苯磺酸鹽，烷基硫酸鹽或烷基磷酸鹽；非離子表面活性劑為烷基醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物或甘油聚氧乙烯醚中的至少一種。
助劑為乙二胺四乙酸二鈉或乙二胺四乙酸四鈉，維生素C，5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮。這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的現(xiàn)有技術(shù)，可以配合使用，其前提條件是這些助劑對本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)以及本發(fā)明產(chǎn)品的優(yōu)良效果不產(chǎn)生不利的影響。
噴墨打印黑墨水的制備方法1.將直接染料或者酸性染料的混合物5～15份和去離子水10～60份，加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的混合釜中，于溫度70～80℃攪拌混合20～30分鐘。
2.將染料載體8～50份、表面活性劑0.1～0.5份、助劑0.1～0.5份，加入另一帶有攪拌器的混合釜中，于室溫下攪拌混合成透明液體后，加入到上述熱的染料水溶液中，攪拌混合20～30分鐘，補(bǔ)加余量的去離子水20～45份，攪拌下降溫至室溫，出料。
3.產(chǎn)物采用壓濾機(jī)過濾，獲得噴墨打印墨水產(chǎn)品。
噴墨打印黑墨水的主要物理指標(biāo)在溫度20℃時(shí)，測得表面張力為26～55mN/m，粘度為1～8mPas，電導(dǎo)率在10000μs/cm以下，pH＝6～11。
噴墨打印黑墨水主要用于壓電振蕩式打印機(jī)和熱泡式打印機(jī)。
四
圖1 實(shí)施例1的分光透射率曲線圖2 實(shí)施例2的分光透射率曲線圖3 實(shí)施例3的分光透射率曲線圖4 實(shí)施例4的分光透射率曲線五具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是，本實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
1.噴墨打印黑墨水制備實(shí)施例1.1實(shí)施例的制備如表1所示。
1.2實(shí)施例的墨水測試結(jié)果如表2所示。
2.噴墨打印黑墨水的應(yīng)用實(shí)例2.1打印機(jī)型和紙張以實(shí)例No.1噴墨打印黑墨水填充于Canon S400SP型噴墨打印機(jī)的黑色墨盒中；以實(shí)例No.2噴墨打印黑墨水填充于LEXMARK Z32型噴墨打印機(jī)的黑色墨盒中；以實(shí)例No.3噴墨打印黑墨水填充于HP DeskJet 640C型噴墨打印機(jī)的黑色墨盒中；以實(shí)例No.4噴墨打印黑墨水填充于Epson Photo 720型噴墨打印機(jī)的黑色墨盒中。以這四種噴墨打印機(jī)分別用A4普通打印紙(佳印牌，江蘇常熟市芬歐匯川紙業(yè)公司生產(chǎn))，打印文字與數(shù)字混合的文檔，印字面積約占A4紙面積的15％。在此選用普通打印紙，是考慮到黑色墨水主要用于文檔打印，從打印質(zhì)量(烏黑度和清晰度)來看，普通打印紙的打印質(zhì)量好，專用噴墨打印紙的質(zhì)量也一定好。
2.2連續(xù)打印考慮到一般的室內(nèi)環(huán)境溫度，在20℃的溫度下，連續(xù)打印100頁普通紙，從開始打印到出現(xiàn)斷線時(shí)計(jì)數(shù)打印的頁數(shù)，評價(jià)墨水的常溫連續(xù)打印性能。
A——從61頁以后發(fā)生斷線情況；B——從31頁至60頁發(fā)生斷線情況；C——在30頁及以前發(fā)生斷線情況。
2.3長時(shí)間停止打印后重新打印連續(xù)打印10分鐘后，暫停打印，室溫下放置10天，執(zhí)行清洗噴頭的操作，以噴頭恢復(fù)的清洗次數(shù)來評價(jià)。
A——清洗操作2次及以下；B——清洗操作3～5次；C——清洗操作5次以上。
2.4打印質(zhì)量在普通紙上以中文字號八號字體打印中文和數(shù)字，以其清晰可辨程度評價(jià)打印質(zhì)量。
A——清晰，線條平整；B——較清晰，線條比實(shí)際稍粗；C——有毛邊，模糊。
2.5烏黑度及偏色對打印文檔進(jìn)行肉眼觀察和評價(jià)。
噴墨打印黑墨水的應(yīng)用實(shí)例，結(jié)果表明其打印效果均能達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)，詳見表2。
3.墨水的性能測試3.1物理指標(biāo)測定表面張力測定用JYW-200A自動(dòng)界面張力儀(吊環(huán)法，承德試驗(yàn)有限責(zé)任公司生產(chǎn))；pH值測定用精密酸堿度儀PHS-3C(上海理達(dá)儀器廠生產(chǎn))；粘度測定用NDJ-1A旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)(上海按德儀器設(shè)備公司生產(chǎn))；電導(dǎo)率測定用DDS-11A型電導(dǎo)率儀(上海高登自動(dòng)化技術(shù)公司生產(chǎn))。測定結(jié)果詳見表2。
3.2黑墨水的分光透射率曲線的測定噴墨打印黑墨水分別用去離子水稀釋2500倍，以去離子水為參比液，用722型光柵分光光度計(jì)(上海光學(xué)儀器廠生產(chǎn))，1cm比色皿于400～640nm波長范圍，每隔10nm測定光譜透射率，以透射率(％)對透射波長λ(nm)作圖，詳見附圖1～4。
表2和附圖1～4表明，本發(fā)明的噴墨打印黑墨水的顏色烏黑度好，打印質(zhì)量好，長時(shí)間停止打印后的打印質(zhì)量容易恢復(fù)；黑色在可見光區(qū)均勻吸收，表現(xiàn)了很好的烏黑度，實(shí)例3的黑度最好。表1實(shí)施例的制備No. 1 2 3 4C.I.酸性黑1 2.42.93.1 3.2C.I.酸性黑2 2.21.81.7 0.7C.I.酸性黃17 - 0.6- -C.I.直接黃50 0.5- 1.8 1.7C.I.酸性橙7 - 2.1- -C.I.酸性橙95 3.0- - -C.I.酸性紅14 - - 2.6 2.2C.I.酸性紅52 0.4- - -C.I.酸性紅1381.0- - -二乙醇胺 1 1 - -三乙醇胺 - - 1 1二甘醇 - 12.5 - -三甘醇 -13 10甘油 16 - 5 -三甘醇甲醚 2 2.5- -二甘醇丁醚 - - - 10二甘醇乙醚 - - 2 -聚乙二醇400 - 5 - -甲酰胺 - - - 6環(huán)丁砜 - - 10-EDTA二鈉 - - 0.05 -JFC*- - - 1A劑**0.51 1 -5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮(16％)0.20.20.2 0.2去離子水 70.8 70.4 58.55 64.0混合溫度℃ 70～80 70～80 70～8070～80混合時(shí)間min 40～60 40～60 40～6040～60*JFC為脂肪醇聚氧乙烯醚，購自江蘇海安石油化工廠；**A劑為脂肪酸硫酸鈉，購自成都川大天成科技開發(fā)有限責(zé)任公司。表2實(shí)施例的墨水測試結(jié)果No. 1 2 3 4表面張力，mN/m 41.237.3 38.5 29.6PH值 9.1 9.2 8.6 8.5粘度，mPas 4.5 3.8 4.3 3.5電導(dǎo)率，μs/cm 95007100 9200 7200連續(xù)打印 A A A A噴頭恢復(fù) A A A A打印質(zhì)量 A A A B烏黑度 A A A A偏色 微紅微藍(lán) 微紫 微紫
權(quán)利要求
1.一種噴墨打印黑墨水，其特征在于該黑墨水的配方組分(按重量計(jì))為組合染料 5～15份染料載體 8～50份表面活性劑 0.1～5份助劑 0.1～0.5份去離子水 55～80份其中，染料為直接染料或酸性染料；所選擇的混合染料中，至少有兩種不同顏色，該噴墨黑墨水，在20℃時(shí)的表面張力為26～55mN/m，電導(dǎo)率在10000μs/cm以下，粘度為1～8mPas，pH值為6～11。
2.按照權(quán)利要求1所述噴墨打印黑墨水，其特征在于染料載體為多元醇、聚乙二醇、多元醇單烷基醚和/或水溶性雜原子有機(jī)化合物中的至少一種。
3.按照權(quán)利要求1所述噴墨打印黑墨水組合物，其特征在于表面活性劑為陰離子表面活性劑或者非離子表面活性劑中的至少一種。
4.按照權(quán)利要求1～3所述噴墨打印黑墨水的制備方法，其特征在于(1)將直接染料或者酸性染料的混合物5～15份和去離子水10～60份，加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的混合釜中，于溫度70～80℃攪拌混合20～30分鐘，(2)將染料載體8～50份、表面活性劑0.1～0.5份、助劑0.1～0.5份，加入另一帶有攪拌器的混合釜中，于室溫下攪拌混合成透明液體后，加入到上述熱的染料水溶液中，攪拌混合20～30分鐘，補(bǔ)加余量的去離子水20～45份，攪拌下降溫至室溫，出料，(3)產(chǎn)物采用壓濾機(jī)過濾，獲得噴墨打印墨水產(chǎn)品。
5.按照權(quán)利要求1～4所述噴墨打印黑墨水的用途，其特征在于該噴墨打印黑墨水主要用于壓電振蕩式打印機(jī)和熱發(fā)泡式打印機(jī)。
全文摘要
一種噴墨打印黑墨水及其制備方法，其特點(diǎn)是將組合染料5～15份和去離子水10～60份，加入帶有攪拌器和溫度計(jì)的混合釜中，于溫度70～80℃攪拌混合20～30分鐘，并將染料載體8～50份、表面活性劑0.1～0.5份、助劑0.1～0.5份加入另一帶有攪拌器的混合釜中，于室溫下攪拌混合成透明液體后，加入到上述熱的染料水溶液中，攪拌混合20～30分鐘，補(bǔ)加余量的去離子水20～45份，攪拌下降溫至室溫，出料，過濾，獲得噴墨打印墨水。該黑墨水在溫度20℃時(shí)的表面張力為26～55mN/m，電導(dǎo)率在10000μs/cm以下，粘度為1～8mPas，pH值為6～11。它具有好的顏色烏黑度，打印質(zhì)量好，不洇色，不堵噴頭，貯藏穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，適用于壓電振蕩式打印機(jī)和熱發(fā)泡式打印機(jī)。
文檔編號C09D11/02GK1431259SQ0311720
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月21日
發(fā)明者朱譜新, 鄭慶康, 杜宗良, 吳大誠, 鈕安鍵, 姚永毅 申請人:四川大學(xué)