CN101511951A - 喷墨墨水组合物以及高静电荷条件下在基材上印刷的方法 - Google Patents

喷墨墨水组合物以及高静电荷条件下在基材上印刷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适合在诸如聚乙烯和PVC薄膜或管材之类的带有高静电荷的基材上印刷的喷墨墨水组合物。该喷墨墨水组合物包括沸点大于56℃的有机溶剂、可溶于所述有机溶剂的粘合剂树脂、可溶于所述有机溶剂的着色剂以及聚乙烯醇缩丁醛树脂。本发明还公开了一种在这种塑料基材上印刷图像的方法以及一种减少喷墨印刷时的微小附滴形成的方法。本发明的喷墨墨水组合物可以提高印刷质量并减少对喷嘴进行清洁的需求。

Description

喷墨墨水组合物以及高静电荷条件下在基材上印刷的方法
发明背景
喷墨印刷是一种公知技术，通过该技术，可以在印刷设备不接触待沉积印刷字符的基材的条件下实现印刷。简而言之，喷墨印刷涉及将墨水微滴的流喷射至表面并控制该流的方向以使微滴在该表面上形成期望的印刷图像的技术。
一般来说，喷墨墨水组合物应当满足对于喷墨印刷操作有用的特定要求。这些要求涉及墨水的粘度和电阻率、组分的溶解度和相容性和/或基材的润湿性。此外，墨水应当可以快速干燥和防污，并且能够不阻塞地通过墨水喷嘴，而且可使机器部件清洁起来最省力。印刷的信息或图像还应当耐磨。
当以按需分配模式(drop-on-demand mode)印刷时，一些喷墨墨水组合物被应用到带有高静电荷的基材(例如聚乙烯和聚氯乙烯热塑收缩包装材料)上，印刷机喷嘴比正常情况下更容易阻塞。墨水在喷嘴板上喷嘴周围积累。这导致图像质量变差。需要定期对印刷机喷嘴进行清洁，这使得印刷机更频繁地处于停机状态。因此，需要一种可以改善上述基材上的图像质量的喷墨墨水组合物。还需要减少墨水积累和印刷机喷嘴阻塞情况的发生。
本发明提供了这种组合物。通过这里提供的对本发明的描述，可以容易地了解本发明的优点以及附加的发明特征。
发明概述
本发明提供了一种可使印刷机喷嘴板上的墨水积累减少的喷墨墨水组合物。本发明提供了一种喷墨墨水组合物，该组合物包括沸点大于56℃的有机溶剂、可溶于所述有机溶剂的粘合剂树脂、可溶于所述有机溶剂的着色剂以及聚乙烯醇缩丁醛树脂。本发明还提供了一种在带静电的基材上印刷的方法。本发明的喷墨墨水组合物具有一个或更多个优点：印刷机喷嘴上的墨水积累减少、停机时间或清洁时间缩短以及印刷质量提高。
附图说明
图1示出了使用现有的墨水组合物在带静电的PVC膜基材上进行300个印刷周期之后喷墨印刷机的喷嘴上得到的墨水积累，对于图1-4，参见实施例1中的描述；
图2示出了使用本发明的喷墨墨水组合物在带静电的聚乙烯(PE)膜基材上得到的墨水积累；
图3示出了使用本发明的喷墨墨水组合物在带静电的PVC膜基材上进行300个以上的印刷周期之后得到的减少的墨水积累；
图4示出了使用本发明的喷墨墨水组合物在带静电的PVC膜基材上进行600个以上的印刷周期之后得到的减少的墨水积累；
图5示出了使用本发明的喷墨墨水组合物在带静电的PVC膜基材上进行300个印刷周期之后得到的墨水积累，对于图5-6，参见实施例2中的描述；
图6示出了使用本发明的喷墨墨水组合物在带静电的PVC膜基材上进行1000个印刷周期之后得到的墨水积累。
发明详述
本发明基于以下发现：诸如聚乙烯和PVC之类的基材往往带有高静电荷。该静电荷是在基材从卷轴上展开和/或通过传送带系统传输到印刷机喷嘴下方时产生的。无意于受限于任何理论和机理，可以认为静电荷(可大于20kV)往往使墨水微滴变形(例如，拉长微滴尾部)，使微滴尾部更容易破碎并形成所谓的“微小附滴(microsatellite)”，即围绕在喷嘴板上的印刷机喷嘴周围的破碎的微滴尾部的集合。这些微小附滴在印刷机喷嘴上积累，降低了印刷质量，而且为了保持良好的印刷质量，还要求频繁地进行清洁。频繁清洁减少了印刷机的工作时间。本发明提供了一种喷墨墨水组合物，其可以有利地减少微小附滴的形成。
本发明提供了一种喷墨墨水组合物，该组合物包括沸点大于56℃的有机溶剂、可溶于所述有机溶剂的粘合剂树脂、可溶于所述有机溶剂的着色剂以及聚乙烯醇缩丁醛树脂。
粘合剂树脂应当可以溶解在有机溶剂中。可以使用任何合适的有机溶剂，特别是酮溶剂，例如低级烷基酮，特别是甲基乙基酮。该溶剂的沸点通常大于56℃，优选约60-150℃，更优选约75-90℃。有机溶剂的量相对于喷墨墨水组合物重量可为约45-85重量％，优选约50-75％，更优选约50-66％。在一种实施方式中，喷墨墨水组合物不含或基本不含水。在一种实施方式中，喷墨墨水组合物不含或基本不含丙酮。
可以使用任何合适的可溶于该有机溶剂的粘合剂树脂。粘合剂树脂的实例包括硝基纤维素树脂、松香树脂、改性的松香树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯丙烯酸树脂和乙烯基树脂。粘合剂树脂可以以任何合适的量存在，例如相对于喷墨墨水组合物重量约10-25重量％，优选约13-22重量％，更优选约18-20重量％。松香树脂的实例是可从Hercules公司获得的STAYBELITETM Ester 10膜；乙烯基树脂的实例是可从Union Carbide获得的VMCHTM树脂。
可以使用任何合适的着色剂，例如染料，特别是偶氮染料，例如阴离子Cr+3络合染料，如可分别从CIBA Specialty Chemicals和OrientCorporation of America获得的Orasol Black RLI或Valifast Black 3808。有利地，着色剂(例如染料)的电导率应当较高，例如高于约400Ω·cm-1，例如约700-1500Ω·cm-1。着色剂可以以任何合适的量存在，例如相对于喷墨墨水组合物重量约2-6重量％，优选约3-5重量％，更优选约3.3-4重量％。
聚乙烯醇缩丁醛树脂可以提高喷墨墨水组合物的粘度，并且在微滴飞行时减小微滴尾部的长度从而减少微小附滴的形成。高分子量的聚乙烯醇缩丁醛树脂是优选的，例如重均分子量约70000或更大，特别是约250000或更大，例如约250000-300000。在一种实施方式中，聚乙烯醇缩丁醛树脂的重均分子量可以高达1000000。合适的聚乙烯醇缩丁醛树脂的实例是可从Wacker-Chemie GmbH获得的PIOLOFORMTM BS18，其重均分子量为300000。
聚乙烯醇缩丁醛树脂可以以任何合适的量存在，例如相对于喷墨墨水组合物重量小于约0.5重量％，特别是小于约0.3重量％或0.2重量％，例如约0.065-0.15重量％，优选约0.10-0.13重量％。在一种实施方式中，本发明的喷墨墨水组合物包含约0.125重量％的聚乙烯醇缩丁醛树脂。聚乙烯醇缩丁醛树脂在单位添加重量下有利地较大程度地提高了喷墨墨水组合物的粘度。例如，对于0.125重量％的聚乙烯醇缩丁醛树脂，喷墨墨水组合物在25℃下的粘度增大了约0.2-1厘泊。
本发明的喷墨墨水组合物还可包括一种或更多种添加剂，例如助溶剂(co-solvent)、增塑剂、润湿剂和保湿剂。助溶剂通常是高沸点溶剂，例如沸点为90℃或更大或者相对蒸发速率较低的溶剂。可以使用任何合适的助溶剂，例如醇、二醇、酯、醚、醚醇、二醇醚、吡咯烷酮和酯醇。助溶剂提高了染料的溶解度。在一种实施方式中，助溶剂是乙醇。助溶剂的量相对于喷墨墨水组合物重量可为约3-23重量％，优选约8-15重量％，更优选约11-13重量％。喷墨墨水组合物也可以不含助溶剂。
增塑剂有利地赋予印刷图像柔性和耐久性。可以使用任何合适的增塑剂，例如邻苯二甲酸烷基苄酯，如可从Rit-Chem公司以增塑剂8(Plasticizer 8)获得的邻苯二甲酸丁基苄酯。增塑剂的量相对于喷墨墨水组合物重量可为约0-2.5重量％，优选约0.5-2重量％，更优选约1.0-1.5重量％。
润湿剂有利地使墨水对基材具有粘附性。可以使用任何合适的润湿剂，例如聚亚烷基氧化物(例如聚环氧乙烷)改性的聚二甲基硅氧烷，如可从OSi Specialties获得的SILWETTM L-7622。润湿剂的量相对于喷墨墨水组合物重量可为约0-2重量％，优选约0.2-1.5重量％，更优选约0.5-0.8重量％。
保湿剂有利地防止了墨水过早地(例如，在印刷机空闲期间)失去水分。可以使用任何合适的保湿剂，例如乙酸烷基酯，如乙酸正丙酯、乙酸异丙酯或乙酸异戊酯。在基材上印刷过程中，保湿剂有利地保持墨水干燥时间较短，适宜地保持在短于10秒，优选短于2秒。保湿剂量相对于喷墨墨水组合物重量可为约0-10重量％，更优选约3-8重量％。
在一种实施方式中，本发明提供了一种喷墨墨水组合物，其中有机溶剂是酮溶剂，着色剂是染料，粘合剂树脂选自硝基纤维素树脂、松香树脂、乙烯基树脂及其任意组合，聚乙烯醇缩丁醛树脂的重均分子量(Mw)为约70000或更大。
根据任何实施方式，相对于喷墨墨水组合物的重量，可以存在约50-80重量％的酮溶剂、约3-5重量％的着色剂、约10-20重量％的粘合剂树脂以及约0.05-0.5重量％的聚乙烯醇缩丁醛树脂。
在一种具体实施方式中，喷墨墨水组合物包括作为酮溶剂的甲基乙基酮、作为染料的Valifast Black 3808、作为粘合剂树脂的硝基纤维素树脂以及分子量(Mw)为250000-350000的聚乙烯醇缩丁醛树脂。
在本发明的任何实施方式中，喷墨墨水组合物还可以包括作为助溶剂的乙醇以及作为保湿剂的乙酸异丙酯、乙酸正丙酯或乙酸异戊酯。
在本发明的任何实施方式中，喷墨墨水组合物可包括作为酮溶剂的甲基乙基酮、作为染料的Orasol Black RLI、作为粘合剂树脂的松香树脂和乙烯基树脂以及分子量(Mw)为250000-350000的聚乙烯醇缩丁醛树脂。
本发明的喷墨墨水组合物可以通过本领域技术人员已知的方法制备，例如通过将所需的组分混合然后可选地将所得组合物过滤。
在按需分配模式下使用时，本发明的喷墨墨水组合物在25℃下的粘度为约2-5厘泊，优选约2.7-4厘泊。
本发明还提供了一种在基材上印刷喷墨墨水图像的方法，该方法包括：将上述喷墨墨水组合物的一连串微滴从多个喷孔喷射到基材上，控制射出的微滴相对于基材运动的时间，以使微滴在基材上形成图像，然后使图像干燥。根据本发明，基材是带有静电荷的基材，例如带有高静电表面电荷的塑料基材。这种塑料基材的实例是包装材料，例如包含聚氯乙稀或聚乙烯的包装材料。另一种印刷用基材是PVC管。
本发明还提供了一种方法，在具有高静电荷的基材上以按需分配方式喷墨印刷图像时，该方法可以减少印刷机喷嘴板上的微小附滴的形成，该方法包括：将任一种上述喷墨墨水组合物的微滴流引到基材上，并且控制微滴的方向以在基材上形成图像，从而减少微小附滴的形成。本发明的喷墨墨水组合物可以实现在PVC基材上不间断地印刷300个印刷周期以上，优选600个印刷周期以上，更优选1000个周期以上。印刷周期是指在基材上印刷一个完整代码所需的时间(例如，1个代码/秒)。本发明的喷墨墨水组合物适用于在所有类型的带有静电荷的塑料上印刷，其中塑料例如是热塑收缩包装材料、吹塑材料、波纹纸、诸如双轴定向的聚丙烯、PVC之类的膜以及冷冻食品和烟草产品包装。
以下实施例进一步阐述了本发明，但该实施例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
本实施例说明了根据本发明的一种实施方式的喷墨墨水组合物。在下表1中，通过使基本墨水(1)包含所示百分比的聚乙烯醇缩丁醛树脂，将其改性为(1a)。
表1.喷墨墨水组合物的一种实施方式的组成
 
组分 重量百分比-基本墨水(1) 重量百分比-改性墨水(1a)
甲基乙基酮 66.1 66.0
乙酸异丙酯 3.4 3.4
SDA-3A乙醇，200Proof 3.0 3.0
乙酸正丙酯 2.5 2.5
乙酸异戊酯 2.5 2.5
硝基纤维素树脂 19.2 19.2
Valifast Black 3808 3.3 3.3
PIOLOFORM BS18 0.0 0.125
总计 100.00 100.0
使用表1的喷墨墨水组合物在PVC和聚乙烯(PE)膜基材上印刷图像或代码。图1示出了在带静电的PVC基材上进行300个印刷周期之后的墨水积累，图2示出了带静电的PE基材上的墨水积累，二者均使用喷墨墨水1，图中示出了大量微小附滴的形成和墨水积累。图3示出了在带静电的PVC基材上进行300个以上印刷周期之后相对于图1减少的墨水积累，图4示出了在带静电的PVC基材上进行600个以上印刷周期之后相对于图3进一步减少的墨水积累。
实施例2
本实施例说明了根据本发明的一种实施方式的另一种喷墨墨水组合物。在下表2中，通过使基本墨水(2)包含所示百分比的聚乙烯醇缩丁醛树脂，将其改性为(2a)。
表2.喷墨墨水组合物的另一种实施方式的组成
 
组分 重量百分比-基本墨水(2) 重量百分比-改性墨水(2a)
甲基乙基酮 80.7 80.6
STAYBELITEEster10 10.0 10.0
VMCH 3.3 3.3
增塑剂160 1.0 1.0
SILWET L-7622 0.5 0.5
Orasol Black RLI 4.5 4.5
PIOLOFORM BS18 0.0 0.125
总计 100.00 100.0
使用表2的喷墨墨水组合物在PVC基材上印刷图像或代码。图5示出了在带静电的PVC基材上进行300个印刷周期之后的墨水积累，图6示出了带静电的膜基材上的墨水积累，二者均使用喷墨墨水2a。图5表明，这种喷墨墨水组合物在300个印刷周期之后相对于基本墨水(墨水积累未示出)具有减少的墨水积累，图6示出了1000个印刷周期之后减少的墨水积累。
通过引用将本文中的所有文献(包括出版物、专利申请和专利)结合于此，其中每篇文献被认为单独并具体地引用，并通过引用来结合其全文。
在描述本发明的内容上下文中(特别是权利要求上下文中)，除非另有说明或明显与上下文矛盾，所用术语“一个”、“一种”和“所述”以及类似用语应被解释为既包括单数也包括复数。除非另有说明，术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释成开放式术语(即表示“包括但不限于”)。除非另有说明，本文中的数值范围仅作为分别具体提到落入该范围内的各个独立数值的速记方法，每个独立数值被认为是以单独记载的方式结合到本说明书中。除非另有说明或明显与上下文矛盾，本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行。除非另有说明，本文中使用示例或示例性语言(“例如”)的目的仅为更好地说明本发明，而无意于对本发明的范围施加限制。说明书中的语言不应被解释成权利要求中未出现的要素对于本发明的实施是必要的。
本文描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人知道的实施本发明的最佳模式。在阅读了以上说明之后，这些优选实施方式的变种对于本领域技术人员来说是显而易见的。本发明人期望本领域技术人员能够适当地利用这些变种，而且本发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式来实施。因此，本发明在法律允许的条件下包括权利要求中记载的主题的所有改进和等同物。此外，除非另有说明或明显与上下文矛盾，本发明还涵盖上述要素以所有可能方式的任意组合。

Claims (22)

1.一种喷墨墨水组合物，包括沸点大于56℃的有机溶剂、可溶于所述有机溶剂的粘合剂树脂、可溶于所述有机溶剂的着色剂以及聚乙烯醇缩丁醛树脂。
2.如权利要求1的喷墨墨水组合物，其中所述有机溶剂是酮溶剂，所述着色剂是染料，所述粘合剂树脂选自硝基纤维素树脂、松香酯树脂、乙烯基树脂及其组合，所述聚乙烯醇缩丁醛树脂的重均分子量(Mw)为约70000或更大。
3.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中所述酮溶剂是甲基乙基酮。
4.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中所述染料是偶氮染料。
5.如权利要求4的喷墨墨水组合物，其中所述偶氮染料是OrasolBlack RLI或Valifast Black 3808。
6.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中所述聚乙烯醇缩丁醛树脂的重均分子量(Mw)为约250000或更大。
7.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中，相对于所述喷墨墨水组合物的重量，存在小于约0.5重量％的所述聚乙烯醇缩丁醛树脂。
8.如权利要求2的喷墨墨水组合物，还包括助溶剂、增塑剂、润湿剂和保湿剂中的一种或更多种。
9.如权利要求8的喷墨墨水组合物，其中所述助溶剂是乙醇。
10.如权利要求8的喷墨墨水组合物，其中所述增塑剂是邻苯二甲酸烷基苄酯。
11.如权利要求8的喷墨墨水组合物，其中所述润湿剂是聚亚烷基氧化物改性的聚二甲基硅氧烷。
12.如权利要求8的喷墨墨水组合物，其中所述保湿剂是乙酸烷基酯。
13.如权利要求12的喷墨墨水组合物，其中所述乙酸烷基酯是乙酸正丙酯、乙酸异丙酯或乙酸异戊酯。
14.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中，相对于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约50-85重量％的所述酮溶剂，约3-5重量％的所述染料，约10-20重量％的所述粘合剂树脂以及约0.05-0.5重量％的聚乙烯醇缩丁醛树脂。
15.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其包括作为酮溶剂的甲基乙基酮、作为染料的Valifast Black 3808、作为粘合剂树脂的硝基纤维素树脂以及分子量(Mw)为250000-350000的聚乙烯醇缩丁醛树脂。
16.如权利要求15的喷墨墨水组合物，其还包括作为助溶剂的乙醇以及作为保湿剂的乙酸正丙酯、乙酸异丙酯或乙酸异戊酯。
17.如权利要求2的喷墨墨水组合物，其包括作为酮溶剂的甲基乙基酮、作为染料的Orasol Black RLI、作为粘合剂树脂的松香酯树脂和乙烯基树脂以及分子量(Mw)为250000-350000的聚乙烯醇缩丁醛树脂。
18.一种在基材上印刷喷墨墨水图像的方法，包括：将权利要求1的喷墨墨水组合物的一连串微滴从多个喷孔喷射到所述基材上，控制射出的微滴相对于所述基材运动的时间，以使微滴在所述基材上形成图像，然后使所述图像干燥。
19.如权利要求18的方法，其中所述基材是带有高静电表面电荷的塑料基材。
20.如权利要求19的方法，其中所述塑料基材是包装材料。
21.如权利要求20的方法，其中所述包装材料包含聚氯乙稀或聚乙烯。
22.一种在具有高静电荷的基材上以按需分配方式喷墨印刷图像时减少喷嘴板上的微小附滴形成的方法，包括：将权利要求1的喷墨墨水组合物的微滴流引到所述基材上，并且控制所述微滴的方向以在所述基材上形成图像，从而减少微小附滴的形成。
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