可光固化的墨水組合物的制作方法
【專利說明】可光固化的墨水組合物
【背景技術】
[0001] 除了家庭和辦公使用以外，噴墨技術已經將其應用擴展到了高速、商業和工業印 刷，這是由于其生產經濟的，高質量的，多色的印刷物的能力。該技術是無壓的印刷方法，其 中電子信號控制和引導可沉積在多種片基上的墨水的液滴或物流。在此類技術中使用的墨 水可為液體分散體，溶液，或乳液，且可包括油基墨水，非水溶劑基墨水，水基墨水和固體墨 水。當前的噴墨印刷技術涉及通過熱噴出，壓電壓力或振蕩來迫使墨水滴穿過小噴嘴至媒 介的表面上。然后將沉積的墨水滴干燥，例如使用熱或強制空氣，或使其在環境條件下干 燥。
[0002] 最近，通過輻射將墨水固化，且特別是紫外（UV)固化，已經變得普遍。在這些情況 下，使用特殊的墨水且通過暴露于輻射源來固化圖像。對此類可輻射固化(或可光固化）墨 水以及固化過程的使用迅速地成為已建立的傳統干燥過程的替代方案。
[0003] 噴墨印刷工業使用不同類型的記錄流體，例如油基墨水，溶劑基(非水）墨水，水基 墨水，和固體墨水(在制劑中將其熔化以用于分配)。溶劑基墨水是快速干燥的，且因此廣泛 地用于工業印刷。當將含有粘合劑和其他成分的溶劑基墨水噴射至片基上時，溶劑(一種或 多種）部分地或完全地從墨水中蒸發，在經印刷的片基上以干燥膜的形式留下粘合劑和其 他成分(例如顏料顆粒)。在干燥過程之中，通常為揮發性有機化合物（V0C)的溶劑釋放出 蒸氣，且因此可污染環境。對于較高的印刷速度或對于寬幅圖像來說，其中大量的墨水沉積 到片基上，污染問題變得更加嚴峻。
[0004] 由于該問題和其他問題，有關制備環境友好的墨水的努力已經促使了在水基墨水 方向的一些研究。然而，可輻射固化(或可光固化）的水基墨水組合物明顯地被限制在可獲 得的選擇之中，這是由于它們特有的特征。因此，繼續進行對開發可輻射固化的水基墨水組 合物的探究，當印刷時所述墨水組合物表現出特定的和優良的印刷特性例如，舉例來說，噴 射特性以及改進的粘附性。
[0005] 附圖簡要說明 附圖闡明了本方法的實施方式且為說明書的一部分。
[0006] 圖1是闡明根據本公開的一些實施方式的用于制備印刷制品的方法的流程圖。
[0007] 詳細說明 在公開和描述本公開的特定實施方式之前，將理解的是本公開不受限于在此公開的特 定的過程和材料。還將理解的是在此使用的術語僅是用于描述特定的實施方式且不旨在是 限制性的，因為保護范圍將由權利要求及其等同內容限定。在描述和請求保護組合物和方 法中，將使用下面的術語：單數形式的"a"，"an"，和"the"包括復數的指代對象，除非文中 另外清楚地指示。因此，例如，提到"顏料"包括提到一種或多種此類材料。濃度，量，和其他 數字數據在此可以范圍的格式存在。將理解的是這種范圍的格式僅是為了方便和簡潔所使 用，且應被靈活地解釋，以不僅包括明確列舉的作為對范圍的界限的數值，而且還包括涵蓋 在該范圍內的全部的個體數值或子范圍，如同每個數值和子范圍被明確地列舉。例如，應將 約lwt%至約20wt%的重量范圍解釋為不僅包括明確列舉的lwt%至約20wt%的濃度界限， 而且還包括個體濃度例如2wt%，3wt%，4wt%，和子范圍例如5wt%_15wt%，10wt%_20wt%等。除 非另外說明，所有的百分比均以重量計（wt%)。
[0008] 本公開涉及可光固化的墨水組合物，其含有著色劑，水，光引發劑，可UV固化的聚 氨酯分散體，疏水性可輻射固化的單體，以及水溶性或水混溶性的可輻射固化的單體。
[0009] 還公開了用于使用所述可光固化的墨水組合物來形成印刷制品的方法以及噴墨 印刷系統，所述噴墨印刷系統包括所述可光固化的墨水組合物。本公開還涉及用于制備可 光固化的墨水組合物的方法，所述可光固化的墨水組合物含有著色劑，水，光引發劑，可UV 固化的聚氨酯分散體，疏水性可輻射固化的單體，以及水溶性或水混溶性的可輻射固化的 單體。
[0010] 如在此描述的可光固化的墨水組合物可被印刷在廣泛選擇的片基中，所述片基包 括未經處理的塑料(柔性的以及剛性的)，多孔片基例如紙，卡片紙板（cardboard)，泡沫板 以及織物，且所述墨水組合物在所述各種片基上具有良好的粘附性。可光固化墨水組合物 具有良好的粘度，其實現了良好的印刷性能，且實現了配制適用于噴墨應用的墨水的能力。 本公開的可光固化墨水組合物因此實現了高印刷速度且非常地適合在數碼噴墨印刷中使 用。
[0011] 當被印刷在片基上且被固化時，所述墨水組合物對非極性表面具有改進的粘附 性。組合物還擁有良好的耐刮傷性和耐候性。其可支持高固化速度且具有實現良好噴射特 性的粘度。因此，水基可光固化的墨水組合物能帶來可靠的噴射，快速的干燥和固化，印刷 在各種媒介片基上的能力，同時具有優良的圖像品質和粘附性。
[0012] 墨水組合物是可光固化的（或可UV固化的或可輻射固化的）墨水組合物。所述組 合物是可噴射的墨水組合物，因此意味著可用噴墨印刷裝置來使用墨水。在本公開文中的 術語"固化"指通過暴露于光化學輻射，例如光輻射(例如紫外（UV)輻射)，將液體，例如墨 水，轉化為固體的過程。在未固化的狀態，墨水組合物具有低粘度且易于噴射。然而，通過 暴露于固化能量(例如紫外（UV)光，電子束能量，和/或類似能量）的合適的源，形成了交聯 的聚合物網絡。通常將此類墨水組合物稱作"可能量固化的"墨水，以將它們與"溶劑基"墨 水區分開。
[0013] 墨水組合物是水基可光固化的墨水組合物，因此意味著其含有一定量的作為溶劑 的水。在墨水組合物中的水量取決于，例如墨水組合物的其他組分的量。在墨水組合物中 的水量包括加入水的量，加上墨水組合物的懸浮液和其他組分中的水量。在一些實施例中， 在墨水組合物中的水量為墨水組合物總重量的約10-約90wt%，在一些其他實施例中，為 墨水組合物總重量的約20-約80wt% ;且在又一些其他實施例中，為約30-約70wt%。
[0014] 在一些實施例中，墨水組合物的粘度在25°C下為不大于約70cps(厘泊）;不大于 約50cps，或不大于約30cps。在一些其他實施例中，墨水組合物在約20°C-約55°C的 噴射溫度下的粘度為約2cps-約20cps。墨水組合物在25°C下的靜態表面張力可為不 大于約40達因/cm或為約20cps-約40達因/cm。
[0015] 可UV固化的聚氨酯分散體 根據本公開的墨水組合物包含可UV固化的聚氨酯分散體，即UV-PUD。作為聚氨酯分 散體，其在此的意思為分散在液體載體中的聚氨酯顆粒。不關聯于任何理論，據信此類可 UV固化的聚氨酯分散體向墨水施加于其上的媒介提供了改進的墨水膜特性。此類通過對 UV-PUD的干燥和交聯形成的膜是有光澤的，以及硬且有彈性的。
[0016] 在一些實施例中，聚氨酯分散體（PUD)是聚氨酯聚合物顆粒在水中的穩定的 分散體，所述聚氨酯聚合物顆粒的尺寸為約20-約200nm。聚氨酯分散體的Mw可為約 1，000-100, 000,或為約5, 000-約50, 000。在一些實施例中聚氨酯聚合物顆粒可以表現為 墨水組合物總重量的約lwt%_約25wt%，或約5wt%_約20wt%的量存在。
[0017] 聚氨酯聚合物顆粒可具有帶有支化的內核結構的核-殼結構，其中所述核包含約 0.lwt%_約lwt%的量的胺交聯劑，且其中所述殼包含約0. 5wt%_約2wt%的量的多元醇交聯 劑。
[0018] 可通過可為環二異氰酸酯的支化的二異氰酸酯來提供支化的內核結構。還可通過 支化的二醇或環二醇來提供支化的內核結構。聚氨酯顆粒可進一步含有經聚合的單體，所 述經聚合的單體包括多元醇，支化的二異氰酸酯，以及酸多元醇（acidpolyol)。聚氨酯聚 合物顆粒可包括硬段(包括二異氰酸酯)和軟段且還可包括增鏈劑。增鏈劑可為能夠與二異 氰酸酯聚合的任何化合物，使得增鏈劑存在于聚氨酯的硬段中。
[0019] 聚氨酯聚合物顆粒包括各種聚合在聚氨酯顆粒的硬段內的可以二醇形式存在 的多元醇。在一些實施例中，多元醇可為選自以下的二醇：環二醇；1，3-環己烷二甲醇； 1，4-環己烷二甲醇；脂族聚碳酸酯二醇；聚醚二醇；聚乙二醇；聚丙二醇；聚丁二醇；聚 環氧乙烷聚合物；聚環氧丙烷聚合物；聚四氫呋喃聚合物；具有源自多羥基化合物的端 羥基基團的它們的共聚物，所述多羥基化合物包括二醇；和其組合。在一個方面，二醇 可為環二醇。在另一個方面，二醇可為脂族環二醇。在還一個方面，二醇可為1，4-環 己烷二甲醇。二異氰酸酯可選自：脂環族二異氰酸酯，雙（4-異氰酸酯基環己基）甲烷 (bis (4-isocyanotocyclohexyl) methane),二苯甲燒二異氰酸酯（methylene diphenyl diisocyanate)，1，6-己二異氰酸酯，對-四甲基二甲苯二異氰酸酯，間-四甲基二甲苯二 異氰酸酯，3, 3-二甲基