專利名稱：高粘度熱敏油墨印刷方法
技術領域：
本發明涉及一種熱活化著色劑的噴墨打印方法和一種包含熱活化著色劑的油墨。
背景技術：
噴墨數字印刷已經廣泛用于許多應用中。與傳統的類似技術例如膠印、絲網印刷、 平板印刷相比較，其圖像質量精美，數字噴墨印刷技術產生很大的方便、高效且環保的清潔效果。然而，由于因數字噴墨印刷方法的一些不足而缺少色彩強度和速度，在紙以外的其它材料上的水性數字印刷可能遜色于其它方法。其中，具有特別小液滴尺寸的低粘度、低著色劑含量水性油墨需要更多的油墨材料以產生類似的最終圖像輸出。當噴墨油墨中使用的著色劑不是可溶性染料而是顏料或其它不溶性著色劑時，這是更大的問題。當使用這些噴墨油墨時，可能難以實現彩色圖像的高色彩飽和和所謂的超飽和。產生水性油墨的一種方法是添加粘度控制劑，其是伴有較高濃度著色劑的高分子量天然合成聚合物、較高粘度水溶性或可溶混的乙二醇、高級醇。幾個問題與這種簡單的方法有關。高分子量聚合物的使用可能導致與用于印刷油墨的噴墨打印機的物理性能要求 (例如牛頓流體行為)偏離的水性體系。因此，所述油墨不適于響應噴射機理。甚至當使用為高粘度油墨設計的更新的打印頭技術時，高分子量聚合物與著色劑特別是非水溶型著色劑的增加的含量相結合可以造成打印頭噴嘴堵塞，因為印刷時這些打印機不是專門設計與固體的著色劑一起使用的。熱活化著色劑已經用于數字噴墨打印。圖像質量取決于如何有效且高效地將熱活化著色劑轉移或固定在基材上。Hale等人的美國專利No. 5，642，141和Xu等人的美國專利No. 5，488，907教導了使用精細分離的熱活化染料固體的噴墨打印方法。這些方法包含在室溫下粘度一般為約2至4cP的油墨。這些專利沒有具體教導如何產生使用熱活化染料和具有相對較高粘度的高轉移效率的油墨。當聞濃度著色劑存在時，聞粘度噴墨油墨可能引起熱活化油墨的其它問題。控制或改進油墨物理性能的試劑可能阻礙著色劑的熱活化效率，由于高沸點，在活化溫度下傾向于熱活化染料，或者由于化學品/試劑的長聚合物鏈結構，包封/封裝染料顆粒。當油墨中使用的著色劑顆粒尺寸很小時，這些問題可能更加明顯。例如，在正常的熱活化溫度和持續時間下，高濃度甘油可以改變小染料顆粒的熱活化效率。而且，增稠劑，例如羧甲基纖維素(CMC)可以產生非牛頓體系，同時也可以阻礙熱活化染料的活化或升華。噴墨打印機的打印頭，包括按需噴墨(DOD)壓電式打印頭，具有不同尺寸的噴嘴和孔。這些噴嘴和孔規定了墨滴尺寸、打印速度和可噴射油墨粘度以及對非水溶性著色劑或聚合物微粒的耐受性。當配制較高粘度熱活化油墨時，基于噴嘴或孔的尺寸的染料顆粒尺寸的合適范圍是重要的。需要一種較高粘度油墨，其包含用于包括轉移印刷或直接印刷的數字印刷的熱活化染料固體，其不會堵塞打印頭，會產生高熱活化效率，且環境安全，其適于高粘度油墨打印機，該打印機需要在室溫下粘度為5. O厘泊或更高的液體油墨。
發明內容
本發明是一種高粘度噴墨油墨，其用于使用噴墨打印機如按需型壓電式噴墨打印機打印熱活化圖像。所述油墨包含在噴墨印刷過程中不活化的熱活化著色劑固體，并以能被活化的圖像的形式印刷到基材上，再通過加熱和兩個基材間的緊密接觸轉印到隨后的或最終的基材上。油墨也可以不經進一步轉印而是通過在適合著色劑活化的溫度下加熱而熱活化到基材上。優選實施方案的詳述本發明是一種優選粘度為不小于5cP的液體噴射式油墨，且粘度可以為6至 lOOcPs，總含水量不小于油墨配方總重量的30%。優選的粘度范圍為7cP至30cP。熱活化著色劑存在于以固體顆粒或微粒的形式印刷的油墨中。一旦熱活化，供應特定量的著色劑以達到合適的色彩強度和圖像質量。著色劑優選為油墨配方總重量的1%至15%。在一個實施方案中，該油墨包含單獨或混合物形式的大量的粘度控制溶劑/助溶劑，例如二醇、三醇、二醇、多元醇、高級醇、胺、多元胺、氨基氧化物等，包括但不僅限于甘油、乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、二丙二醇、己內酰胺、聚乙二醇、聚丙二醇、尿素、山梨糖醇、2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、Y - 丁內酯(GBL)、2-甲基-1，3-丙二醇、多乙烯多胺等。這些是高粘度水溶性或水可溶混的溶劑/ 助溶劑，不會大幅改變油墨體系的親水性，但是其增加了油墨的粘度。這些材料沒有或幾乎沒有溶解熱活化著色劑的傾向。而且，這些溶劑、助溶劑或粘度控制劑不會大幅改變水性體系的牛頓流體行為(不可壓縮)。該行為可以由以下公式表示
Oui dUj [。_ h = (^+ ^) 隨動應力張量P(也寫作O )
Oui Oui
_6] Ρ^-ρδ,+μ^+ —)其中，τ u為jth方向上的流體元素在ith面上的剪切應力UiSith方向上的速度Xj為廣方向坐標可以用來調整粘度的其它材料是多肽例如揪酰大豆多肽、十一碳烯酰基大豆多肽、醇/ 二醇可溶性醇溶谷蛋白、乙氧基脂肪醇、乙氧基脂肪胺、丙烯酰胺、2-乙基-魂唑啉均聚物、共聚物和/或三元共聚物。根據打印機和/或打印頭的具體粘度要求，為了保持高粘度和可噴射性，粘度控制溶劑/助溶劑重量為油墨總配方中熱活化著色劑固體重量的至少三倍，且可高達二十倍。總粘度控制溶劑/助溶劑可以占配方總重量的15%至60%。可以使用其它成分穩定著色劑，以及微調油墨的物理性能例如表面張力、pH值、導電率和密度。而且，在某些應用中，非熱活化染料和其它著色劑可以與熱活化著色劑結合使用以提高圖像質量和性能。也可以使用自分散著色劑和/或預穩定著色劑。由于物理性能變化例如油墨密度、微粒的布朗運動和電導率，具有所需粘度的水性噴墨油墨可以具有不同的穩定要求。這些變化影響微粒尺寸分布情況，特別是粒徑分布要求的上限。如果粒徑分布沒有大幅偏離正態分布模型，可以使用下面的經驗公式來幫助選擇徑度分布的上限
權利要求
1.一種通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，包括以下步驟制備適合在使用液體油墨的噴墨打印機中使用的液體油墨，所述液體油墨包含水、熱活化著色劑固體和包含不小于15重量％液體油墨的粘度控制劑，其中液體油墨的粘度不小于6. O厘泊，其中熱活化著色劑固體微溶于粘度控制劑中，且其中不少于95%的熱活化著色劑固體的顆粒直徑為O. 05微米或更大；給印刷液體油墨的噴墨打印機提供所述液體油墨；利用所述噴墨打印機在基材上以所需圖像印刷所述液體油墨以形成圖像，其中熱活化著色劑固體顆粒在印刷時為固體；熱活化熱活化著色劑固體，其中，熱活化后，用X-Rite密度儀測量時圖像的光學密度不小于I. 25。
2.一種通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，包括以下步驟制備適合在使用液體油墨的噴墨打印機中使用的液體油墨，所述液體油墨包含水、熱活化著色劑固體和包含不小于15重量％液體油墨的粘度控制劑，其中液體油墨的粘度不小于6. O厘泊，其中熱活化著色劑固體微溶于粘度控制劑中，且其中熱活化著色劑固體顆粒粒徑分布的上限為用于印刷液體油墨的噴墨打印機的打印頭的最小孔和熱活化著色劑固體總重量與液體油墨總重量的比例的函數；給印刷液體油墨的噴墨打印機提供所述液體油墨；利用所述噴墨打印機在基材上以所需圖像印刷所述液體油墨以形成圖像，其中熱活化著色劑固體顆粒在印刷時為固體；熱活化熱活化著色劑固體，其中，熱活化后，用X-Rite密度儀測量時圖像的光學密度不小于I. 25。
3.如權利要求I或2中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中打印機印刷粘度不小于5. O厘泊的液體油墨。
4.如權利要求1、2或3中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中粘度控制劑將液體油墨的粘度增加到至少6. O厘泊且每體積熱活化油墨中存在的粘度控制劑的重量至少為每體積熱活化油墨中存在的熱活化著色劑重量的三倍。
5.如權利要求1、2或3中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中粘度控制劑為二醇且該二醇將液體油墨的粘度增加到至少6. O厘泊且每體積熱活化油墨中存在的二醇的重量至少為每體積熱活化油墨中存在的熱活化著色劑重量的三倍。
6.如權利要求1、2、3、4或5中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中粘度控制劑將液體油墨的粘度增加到至少6. O厘泊且每體積熱活化油墨中存在的粘度控制劑的重量為每體積熱活化油墨總重量的15-60%。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中著色劑的熱活化溫度基本上不高于粘度控制劑的沸點。
8.如權利要求1、2、3、4、5或6中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中著色劑的熱活化溫度不會比粘度控制劑的沸點高大于20° F。
9.如權利要求I、2、3、4、5、6、7或8中所述的通過使用熱活化著色劑固體的噴墨打印機的方式印刷圖案的方法，其中基本上所有直徑小于50納米的著色劑顆粒從油墨中排除。
全文摘要
噴墨打印機中使用的高粘度水性噴墨油墨。所述油墨包含熱活化著色劑固體，其在印刷過程中不熱活化，且以圖像的形式將其印刷到基材上，通過加熱和兩個基材間的緊密接觸可以將所述圖像轉移到隨后的或最終的基材上。在沒有進一步轉移的情況下，在適合著色劑活化的溫度下也可以通過加熱在基材上熱活化該油墨。
文檔編號C09D11/02GK102612436SQ201080037609
公開日2012年7月25日 申請日期2010年7月9日 優先權日2009年7月10日
發明者徐鳴 申請人:索格拉斯技術公司