可固化的固體外涂層組合物的制作方法

專利名稱：可固化的固體外涂層組合物的制作方法
技術領域：
本文描述了外涂層組合物(overcoat composition)，更具體而言，描述了用于直 接基質成像應用——特別是用于數字涂覆應用(例如噴墨印刷)——的包含固體單體和活 性蠟的可固化固體外涂層組合物。相關申請與本申請同時提交的共同轉讓的美國專利申請No. 12/642，538(代理人卷號 20090516，發明名稱為“可固化固體油墨組合物”)描述了用于成像應用——在實施方案中 用于直接基質印刷應用——的可固化固體組合物。
背景技術：
通常，固體油墨(還稱為相變油墨或熱熔油墨)在室溫下為固相，但在噴墨印刷裝 置的較高工作溫度下以液相存在。在噴墨工作溫度下，液體油墨的墨滴從所述印刷裝置中 噴出；并在當所述墨滴直接或通過中間加熱轉印帶或鼓接觸到所述記錄基質表面時，它們 迅速固化以形成固化墨滴的預定圖樣。相變油墨也已用于其他印刷技術，例如凹版印刷。用于彩色印刷的相變油墨通常包括與相變油墨相容性色料結合的相變油墨載體 組合物。可通過將油墨載體組合物與相容性減色法原色色料結合形成一系列有色的相變油 墨。所述減色法原色相變油墨可以包括四種組分染料，即藍綠色、洋紅色、黃色和黑色；但是 所述油墨并不限于這四種顏色。這些減色法原色油墨可以通過使用單獨一種染料或者多種 染料的混合物來形成。噴墨印刷機通常使用的固體油墨具有蠟基油墨賦形劑，例如晶形蠟基油墨賦形 劑。所述固體噴墨油墨提供鮮艷的彩色圖像。在常規系統中，將所述晶形蠟油墨在約120 至約140°C的溫度下噴墨在轉印元件例如鋁鼓上。將所述蠟基油墨加熱至所述高溫以降低 它們的粘度從而高效準確地噴墨到所述轉印元件上。所述轉印元件通常處于約60°C的溫度 下，從而使得所述蠟會充分冷卻以固化或結晶。當所述轉印元件在所述記錄介質(例如紙 張)上滾動時，由蠟基油墨形成的圖像就壓到所述紙張中。具有蠟基油墨賦形劑(例如晶形蠟)的熱熔、相變或固體油墨通常在普通的多孔 紙張上提供鮮艷的彩色圖像，但是會碰到缺乏機械牢固性的問題；特別是在使用涂層紙或 光澤紙時。機械牢固性可表現為蹭臟、靜電偏移、折疊/皺折、劃傷等。因此，使用晶形蠟對使用常規固體油墨的印刷方法有限制，特別是如果所述油墨 用于直接紙張施用時。首先，印刷頭必須保持在約120°C的溫度下，這可導致若干問題。在 這些高溫下，以分子形式溶解于所述油墨賦形劑的染料通常容易發生導致油墨性能變差的 有害相互作用。例如，所述染料可容易發生熱降解或染料從油墨擴散到紙張或其他基質中， 導致圖像質量差和透印，染料浸出到其他溶劑中使得與所述圖像接觸，導致水/溶劑牢度 差。而且，對于直接紙張施用，需要在印刷后加熱所述圖像以實現網點增大。此外，對于某 些基質，難以達到所述墨滴的最佳散布。另外，當將印刷頭冷卻和再加熱時，產生的油墨的 收縮和膨脹需要一個沖洗周期以達到最佳的印刷頭性能。具體地，現有油墨的牢固性(例如耐蹭臟性)不足以滿足許多可能的應用。對于所有印刷方法，解決圖像質量問題(例如圖像持久性、牢固度等)的一種常用 方法是施用保護性套印清漆。通常，將所述清漆通過流涂施用，流涂使得可根據涂覆技術而 施用多種可能的外涂層。所述外涂層可為油基、水性或可紫外線(UV)輻射固化的，但外涂 層類型通常必須與底層油墨或調色劑材料相容。已經示例說明了使用可UV固化流體和壓 電噴墨印刷頭的數字化涂覆。美國專利7，279，506——其全部內容在此以引用的方式納入 本文中——公開了一種含有至少一種可輻射固化低聚物/單體、至少一種光敏引發劑和至 少一種表面活性劑的可噴可輻射固化套印組合物。于2009年10月15日公布的美國專利 公布文本20090258155——其全部內容在此以引用的方式納入本文中——公開了一種適于 外涂覆基于油墨的圖像和基于靜電印刷的圖像的基本上無色的輻射外涂層組合物。所述外 涂層組合物包含至少一種膠凝劑、至少一種單體、至少一種基本上不泛黃的光敏引發劑、任 選地一種可固化蠟和任選地一種表面活性劑。已知的套印組合物可能不適于在多孔紙張上使用，尤其是對于票據印刷或促銷印 刷，因為它們可浸入這些紙張上未被圖像覆蓋的部分，導致這些紙張變得更加透明。盡管目前可用的外涂層組合物適于它們的預期目的，然而仍然需要與數字化涂覆 方法相容的新型外涂層組合物。還需要一種能夠通過壓電噴墨印刷方法印刷的外涂層組合 物。還需要可在較低溫度下并以較低能耗處理、具有改善的牢固性、具有改善的噴墨可靠性 和范圍以及不需中間滲透鼓和高壓定影的外涂層組合物。此外，仍然需要在噴墨溫度下呈 現理想的低粘度值、產生具有改善的視覺和觸覺特性的保護性外涂層、產生具有改善的硬 度和韌性特性并且適用于若干常用基質的新型外涂層組合物。還需要與現有相變油墨相容 的外涂層組合物。還需要這樣一種固體外涂層組合物所述外涂層組合物可確保用于所述 組合物的有毒的或其他危險的化合物達到這些物質從此新型外涂層中的遷移、揮發或浸出 所述物質受控制或有所改善的程度。當用于某些應用(例如食品包裝)以及直接紙張印 刷時，需要例如減少所存在的可浸出物質的量或者完全消除所存在的可浸出物質以滿足環 境、健康和安全要求。

發明內容
描述了一種可輻射固化的固體外涂層組合物，所述外涂層組合物包含至少一種可 通過自由基聚合而固化的可固化蠟；至少一種單體、低聚物或預聚物；至少一種不可固化 的蠟；至少一種自由基光敏引發劑或光敏引發部分；其中所述組分形成一種在從約20至約 25°C的第一溫度時為固體的可固化固體外涂層組合物；并且其中所述組分在高于約40°C 的第二溫度時形成一種液體組合物。還描述了一種方法，該方法包括(1)將一種可固化的固體外涂層組合物加入噴墨 印刷裝置，所述外涂層組合物包含至少一種可通過自由基聚合而固化的可固化蠟；至少一 種單體、低聚物或預聚物；至少一種不可固化的蠟；至少一種自由基光敏引發劑或光敏引 發部分；其中所述組分形成一種在從約20至約25°C的第一溫度時為固體的可固化固體外 涂層組合物；并且其中所述組分在高于約40°C的第二溫度時形成一種液體組合物；(2)熔 化所述涂料組合物；C3)使熔化的外涂層組合物的液滴按照外涂層圖樣以完全至部分覆蓋 或成影像的方式直接噴到最終記錄基質上；以及(4)將所述最終記錄基質上的外涂層圖樣暴露于紫外線輻射。還描述了一種適用于熱熔或固體油墨加載器或油墨輸送裝置的可固化固體外涂 層油墨塊或顆粒，其中所述油墨塊或顆粒包含至少一種可通過自由基聚合而固化的可固化 蠟；至少一種單體、低聚物或預聚物；至少一種不可固化的蠟；至少一種自由基光敏引發劑 或光敏引發部分；其中所述組分形成一種在從約20至約25°C的第一溫度時為固體的可固 化固體外涂層組合物；并且其中所述組分在高于約40°C的第二溫度時形成一種液體組合 物。
具體實施例方式描述了一種可滿足直接印刷到基質上同時還提高耐蹭臟性的要求的可輻射固化 固體外涂層組合物。在實施方案中，本發明可固化固體涂覆組合物保留有操作、安全性上的 優點，并且為使用固體相變油墨形成的圖像提供了更好的圖像保護和印刷質量，同時提供 了使得例如以下特性成為可能的其他突破性性能在低于100°c的溫度下的可噴墨性；從 噴墨溫度冷卻時幾乎不發生隨溫度變化而收縮；考慮到快速適應應用要求和市場需要的設 計靈活性，例如實現光澤度變化的能力；硬度調整；粘附力調整；無許多應用所需的后熔融 /上光步驟；與現有蠟基涂料或油墨相比更佳的硬度；無蹭臟；以及印刷品的可再利用性。本發明固體涂料組合物包含蠟、樹脂、單體、可固化蠟和自由基光敏引發劑的混合 物。在實施方案中，所述組分在室溫下無液體組分并在低于約40°C時氣味很小或沒有氣味。 此外，在實施方案中，本文中的可輻射固化的涂料組合物包含一種可通過自由基聚合而固 化的可固化蠟；一種單體或低聚物；一種不可固化蠟；一種自由基光敏引發劑；其中所述可 固化蠟、所述單體或低聚物、所述不可固化蠟和所述自由基光敏引發劑在約20至約25°C的 室溫下為固體。在某些實施方案中，所述可輻射固化的固體外涂層組合物的組分形成一種 可固化外涂層組合物，該組合物在從約20至約25°C的第一溫度下為固體；并且其中所述組 分在高于約40°C、在實施方案中從高于約40至約95°C、從高于約45至約80°C或從約50至 約60°C的第二溫度下形成液體組合物。所述組分使得可在約70至約100°C的溫度下噴出。在實施方案中，所述可固化的 固體外涂層組合物可作為“滴入”選項用于噴墨印刷應用，例如通過使用第5噴墨和固化燈 以將所述外涂層組合物布置于圖像上并固化所布置的外涂層。已發現，出乎意料地，盡管本發明外涂層組合物在室溫(約25°C )下可配制為具有 約20至約50的固化前硬度(作為參考，固體油墨硬度通常為約67)，但本發明固體外涂層 組合物即使在室溫下也可高效率地進行光化學固化以形成具有優異耐蹭臟性并具有較現 有固體油墨更高的固化后硬度的圖像，從而通過在上面提供現有保護外涂層而提高由所述 固體油墨形成的圖像的圖像牢固性。性能的結合使得本發明外涂層組合物可在已有和/或 新應用以及印刷系統中起啟動作用。本文中可固化蠟可為可通過自由基聚合而固化的任何合適的可固化蠟。合適的可 固化蠟的實例包括被可固化基團官能化的那些。所述可固化基團包括但不限于丙烯酸酯、 甲基丙烯酸酯、烯、乙烯基、烯丙基醚。在實施方案中，所述可輻射固化的固體涂覆組合物包 含至少一種可固化蠟，并且所述至少一種可固化蠟含有丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烯、乙烯 基、烯丙基醚官能團。這些蠟可通過具有可轉化官能團(例如羧酸或羥基)的蠟的反應合成。被可固化基團官能化的羥基封端聚乙烯蠟的合適實例包括但不限于具有 CH3-(CH2)n-CH2OH結構的碳鏈的混合物，其中η為混合鏈長，其中平均鏈長在選擇的實施方 案中為約16至約50 ；以及相似平均鏈長的直鏈低分子量聚乙烯。這些蠟的合適實例包括但 不限于 Mn 分別約等于 375、460、550 和 700g/mol 的 UNILIN !350、UNILIN 425、UNILIN 550和UNILIN 700。所有這些蠟均可從Baker-Petrolite商購得到。表征為2，2-二烷 基-1-乙醇的Guerbet醇也是合適的化合物。Guerbet醇的具體實施方案包括含有16-36 個碳的那些，其中許多可從Jarchem Industries he.，Newark，NJ商購得到。在實施方案 中，選擇了 I3RIPOL 2033，I3RIPOL 2033，其是包括下式的異構體
HO OH以及其他可包括不飽和和環狀基團的支鏈異構體的C-36 二聚體二醇混合物，可 從Uniqema，New Castle, DE獲得。其他關于C36 二聚體二醇的信息公開于例如“Dimer Acids,，，Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 8,4th Ed. (1992), 第223至237頁，其全部公開內容以引用的方式納入本文中。這些醇可與具有可UV固化 部分的羧酸反應而形成活性酯。這些酸的實例包括但不限于丙烯酸和甲基丙烯酸，可從 Sigma-Aldrich Co.獲得。具體的可固化單體包括 UNILIN 350、UNILIN 425、UNILIN 550和UNILIN 700的丙烯酸酯。被可固化基團官能化的羧酸封端聚乙烯蠟的合適實例包括但不限于具有 CH3-(CH2)n-COOH結構的碳鏈的混合物，其中η為混合鏈長，其中平均鏈長在選擇的實施方 案中為約16至約50 ；以及相似平均鏈長的直鏈低分子量聚乙烯。這些蠟的合適實例包括但 不限于 Mn 分別等于約 390,475,565 和 720g/mol 的 UNICID 350,UNICID 425,UNICID (R) 550和UNICID 700。其他合適的蠟具有結構CH3-(CH2)n-COOH,例如η = 14的十六烷酸或 棕櫚酸、η = 15的十七烷酸或珍珠酸或十七酸、η = 16的十八烷酸或硬脂酸、η = 18的二十 烷酸或花生酸、η = 20的二十二烷酸或山崳酸、η = 22的二十四烷酸或二十四酸、η = 24 的二十六烷酸或蠟酸、η = 25的二十七烷酸或二十七酸、η = 26的二十八烷酸或褐煤酸、η =28的三十烷酸或蜂花酸、η = 30的三十二烷酸或紫膠蠟酸、η = 31的三十三烷酸或蠟 蜜酸或葉虱酸、η = 32的三十四烷酸或格地酸(geddic acid)或η = 33的三十五烷酸或 三十六烷酸。表征為2，2-二烷基乙酸的Guerbet酸也是合適的化合物。選擇的Guerbet 酸包括含有16-36個碳的那些，其中許多可從Jarchem Industries Inc.，Newark, NJ商購得到。也可使用I3RIPOL 1009，其是包括下式異構體

權利要求
1.一種能夠進行噴墨的可輻射固化固體外涂層組合物，包含至少一種可通過自由基聚合而固化的可固化蠟；至少一種單體、低聚物或預聚物；至少一種不可固化蠟；至少一種自由基光敏引發劑或光敏引發部分；和一種任選的色料；其中所述組分形成一種在第一溫度時為固體的可固化固體外涂層組合物，其中所述第 一溫度為約20至約25°C ；并且其中所述組分在第二溫度時形成一種液體組合物，其中所述第二溫度高于約40°C。
2.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種可固化蠟含有丙烯 酸酯、甲基丙烯酸酯、烯、乙烯基或烯丙基醚官能團。
3.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種可固化蠟是熔點為 約50至約60°C的可固化丙烯酸酯蠟。
4.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種可固化蠟是可固化 聚乙烯蠟。
5.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種可固化蠟以基于所 述可固化固體外涂層組合物總重的約1至約25重量％的量存在；其中所述至少一種單體、低聚物或預聚物以基于所述可固化固體外涂層組合物總重的 約1至約80重量％的量存在；其中所述不可固化蠟以基于所述可固化固體外涂層組合物總重的約20至約50重量％ 的量存在；并且其中所述一種或多種光敏引發劑以基于所述可固化固體外涂層組合物總重的約0. 5 至約15重量％的總量存在。
6.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種單體、低聚物或預 聚物是丙烯酸酯單體、甲基丙烯酸酯單體、多官能丙烯酸酯單體、多官能甲基丙烯酸酯單 體、雙官能脂環族丙烯酸酯單體、三官能單體、丙烯酸酯酯，或者其混合物或結合物。
7.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種單體、低聚物或預 聚物是二甲醇二丙烯酸酯環己烷雙官能單體、異氰脲酸酯三丙烯酸酯三官能單體、丙烯酸 二十二酯、丙烯酸酯可固化蠟，或者其混合物或結合物。
8.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述單體、低聚物或預聚物包含 分子量為約200至約500g/mol的丙烯酸酯和分子量為約300至約5000g/mol的可固化蠟。
9.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種單體、低聚物或預 聚物的熔點為約45至約80°C。
10.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述至少一種單體、低聚物或 預聚物還包含一種非極性液體丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體，所述單體選自丙烯酸異冰片 酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酰己內酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯 酸異辛酯、丙烯酸丁酯或者其混合物或結合物。
11.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述不可固化蠟是一種酯蠟。
12.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述不可固化蠟是一種酸值(mgKOH/g)大于約15至小于約100的酯蠟。
13.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述不可固化蠟是一種熔點為 約40至約95 °C的酯蠟。
14.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述光敏引發劑是一種紫外線 輻射活化的光敏引發劑。
15.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述光敏引發劑選自芐基酮、單 體的羥基酮、聚合的羥基酮、α-氨基酮、酰基膦氧化物、茂金屬、二苯甲酮、二苯甲酮衍生 物、異丙基噻噸酮類、芳基硫鐺鹽和芳基碘鐺鹽；或其中所述光敏引發劑包括1-羥基環己基苯基酮、雙(2，4，6_三甲基苯甲酰基)苯基膦 氧化物和2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉基丙-1-酮，或者其混合物或結合物。
16.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述光敏引發劑包含一種不含 增效劑的三組分光敏弓I發劑體系。
17.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述組合物的固化前硬度在室 溫下為約20至約50。
18.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述組合物包含低濃度的晶形 蠟，其中晶形蠟的量為基于所述組合物總重的約20至約50重量％。
19.權利要求1的可輻射固化固體外涂層組合物，其中所述可輻射固化固體外涂層組 合物在介于噴墨溫度和基質溫度之間的中間溫度時形成半固態，并且其中所述可輻射固化 固體外涂層組合物在于所述基質上凝固之前保持液態或半固態一段時間。
20.一種包含可固化固體外涂層組合物的噴墨印刷機外涂料塊或顆粒，所述外涂層組 合物包含至少一種可通過自由基聚合而固化的可固化蠟；至少一種單體、低聚物或預聚物； 至少一種不可固化的蠟；至少一種自由基光敏引發劑或光敏引發部分；和一種色料；其中 所述組分形成一種在第一溫度時為固體的可固化固體外涂層組合物，其中所述第一溫度為 約20至約25°C ；并且其中所述組分在第二溫度時形成一種液體組合物，其中所述第二溫度 高于約40°C。
全文摘要
一種能夠進行噴墨的可輻射固化固體外涂層組合物，包含至少一種可通過自由基聚合而固化的可固化蠟；至少一種單體、低聚物或預聚物；至少一種不可固化的蠟；至少一種自由基光敏引發劑或光敏引發部分；和一種色料；其中所述組分形成一種在第一溫度時為固體的可固化固體外涂層組合物，其中所述第一溫度為約20至約25℃；并且其中所述組分在第二溫度時形成一種液體組合物，其中所述第二溫度高于約40℃。
文檔編號C09D4/02GK102120897SQ20101060933
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月20日 優先權日2009年12月18日
發明者M·N·克雷蒂安, M·P·布萊頓, P·G·奧戴爾 申請人:施樂公司