CN116490367A - 油墨 - Google Patents
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Abstract
本发明要解决的问题是提供一种油墨,该油墨具有耐磨度,该耐磨度为例如在纤维制品(例如布料)或记录介质(例如普通纸等)的印刷过程中、或在印刷品的使用过程中,即使在例如印刷表面相互之间发生接触或印刷表面与其他物品发生接触等时印刷表面也不会发生剥落或磨损的程度的耐磨度,并且该油墨具有喷出稳定性,该喷出稳定性为不会引起喷墨记录设备的油墨喷嘴堵塞或油墨喷出方向异常的程度的喷出稳定性。发明人通过一种油墨来解决该问题,其中,特定聚合物(B)通过特定聚合物(A)分散在水(C)中,该特定聚合物(A)具有羧基或其中羧基被一些碱性化合物中和的官能团。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以用于包括例如喷墨印刷方法的各种印刷法的油墨。
背景技术
已知包含例如颜料的油墨可以在包括布料(例如织物、无纺布和针织布)、普通纸和铜板纸在内的记录介质上印刷文字、图片、图案等的图像时使用。
关于上述油墨,通常,已知一种油墨,其是通过将粘合剂树脂和其他添加剂混合到含有高浓度颜料的水性颜料分散体中而获得的,前述油墨根据需要用水稀释。例如,已知一种印刷油墨,其具有聚氨酯树脂作为粘合剂树脂,用于在布料上的印刷(参见例如专利文献1)。
作为油墨在记录介质上的印刷方法,已知例如使用喷墨记录装置的方法。前述使用喷墨记录装置的印刷方法的优点在于不需要为每个待印刷的图片或图案形成印版,并且可以减少小批量印刷的成本和运送时间,并且因此研究了前述方法在生产纤维产品(例如布和窗帘)中的用途。
通常在织物产品中,在印刷过程或使用过程中,印刷表面相互之间可能发生接触或前述印刷表面与其他物品可能发生接触,或者可能与洗涤液一起洗涤。
然而,在现有技术中,当上述接触重复发生时,随着时间的推移,前述印刷表面可能会剥落或磨损,导致外观不佳。
当使用普通纸或铜版纸用作记录介质时,也会发生上述问题例如磨损。例如,当印刷表面和传送辊在打印机内部相互接触时,印刷表面可能被磨损,而导致印刷品的外观不佳。
另外,为了在普通纸、铜版纸、织物产品等上形成清晰且高着色的图像等,可以提到一种提高油墨中所含颜料浓度的方法。
但是,具有高颜料浓度的油墨在通过喷墨印刷法喷出时存在容易引起喷嘴堵塞或油墨喷出方向异常的问题。
引用列表
专利文献
PTL 1:JP-A-2016-199643
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供一种油墨,该油墨具有耐磨度,该耐磨度为在纤维产品(例如布)或记录介质(例如普通纸)上的印刷过程中、或在印刷品的使用过程中,即使在例如印刷表面相互之间发生接触或印刷表面与其他物品发生接触等时印刷表面也不会剥落或磨损的程度的耐磨度,并且该油墨具有喷出稳定性,该喷出稳定性为不会引起喷墨记录设备的油墨喷嘴堵塞或油墨喷出方向异常的程度的喷出稳定性。
此外,本发明要解决的另一问题是提供一种油墨,其可以形成具有耐洗度的印刷图像等,该耐洗度为即使例如用水、温水或在含有洗涤剂的液体中洗涤时图像等也不会从记录介质(例如布)移除的程度的耐洗度,并且该油墨还具有优异的耐磨度和喷出稳定性。
技术方案
本发明的发明人通过一种油墨解决该问题,前述油墨中,聚合物(B)通过聚合物(A)被分散在水中(C),前述聚合物(B)具有50质量%以上的由以下通式(2)表示的结构单元,前述聚合物(A)具有羧基或其中羧基被一些碱性化合物中和的官能团、以及由以下通式(1)表示的结构单元。
[化1]
(通式(1)中的M表示氢原子或碱金属。)
[化2]
(通式(2)中的R1表示氢原子或甲基。)
发明的有益效果
本发明的油墨可以用于生产具有优异的耐磨度和耐洗度的印刷品。此外,由于油墨具有不会引起喷墨记录装置的油墨喷嘴堵塞或油墨喷出方向异常的程度的喷出稳定性,前述油墨可以适合被用于在记录介质例如布上的喷墨印刷。
具体实施方式
本发明的油墨是这样的油墨,其中聚合物(B)通过聚合物(A)被分散在水(C)中,前述聚合物(B)具有50质量%以上的由以下通式(2)表示的结构单元,前述聚合物(A)具有羧基或其中羧基被一些碱性化合物中和的官能团、以及以下通式(1)表示的结构单元。
[化3]
(通式(1)中的M表示氢原子或碱金属。)
[化4]
(通式(2)中的R1表示氢原子或甲基。)
通过使用本发明的油墨,即使在印刷后的干燥时间短时,也可以生产具有优异的耐磨度的印刷品,同时保持油墨的良好喷出稳定性,并且印刷在记录介质(例如普通纸)上时具有高着色性。此外,使用本发明的油墨得到的印刷品不仅如上前述在印刷后的干燥时间短时具有优异的耐磨度,而且通过充分干燥还具有进一步优异的耐磨度。
聚合物(A)用于将聚合物(B)稳定地分散在水(C)中。因此,与后述的颜料分散性树脂不同,聚合物(A)对后述的颜料在水(C)中的分散性的提高没有实质性贡献。
聚合物(A)和聚合物(B)在水(C)中以粒子的形式存在。具体地,聚合物(A)的粒子存在于聚合物(B)的粒子的表面上,从而形成一种分散体(X)。聚合物(A)可以处于吸附在聚合物(B)的粒子表面上的状态。此外,聚合物(A)可以处于在聚合物(B)的粒子表面上形成膜的状态。
考虑到防止由于油墨粘度增加而使油墨喷出稳定性恶化、特别是防止热式喷墨印刷头的结垢(Kogation)(其是油墨中含有的成分被吸附在喷头中的加热部件上,并且阻碍气泡产生的现象,该气泡产生是油墨喷出的驱动力),分散体(X)的分散粒径优选在20nm~1000nm的范围内,更优选地在200nm~600nm的范围内,并且特别优选地在240nm~500nm的范围内。体积平均粒径是指通过动态光散射法测量的值。
含有聚合物(A)和聚合物(B)的分散体(X)起到所谓的粘合剂树脂的作用。粘合剂树脂通常用于提高印刷品的耐磨度的目的。作为粘合剂树脂,常规使用体积平均粒径为约5nm~20nm的粘合剂树脂。然而,如上所述具有非常小的体积平均粒径的粘合剂树脂趋向于增加油墨的动态粘度,结果,可能降低油墨的喷出稳定性。为了防止油墨的动态粘度的增加并且保持油墨良好的喷出稳定性,可以提及使用具有粒径相对大的乳化树脂作为粘合剂树脂的方法。但是,乳化树脂经常是通过使用乳化剂的乳化聚合法来生产的,因此乳化树脂含有乳化剂。该乳化剂可能引起上述结垢。
在本发明中,通过使用聚合物(B)通过聚合物(A)分散在水(C)中而成的油墨,分散体(X)的分散粒径被控制为大于常规粒径,因此可以保持良好的油墨喷出稳定性并生产具有优异耐磨度的印刷品。另外,由于本发明的油墨可以减少如上所述的乳化剂的使用量,因此该油墨具有即使应用于热式喷墨印刷法也不易导致结垢的效果。
本发明的油墨不排除使用如上所述的乳化剂。然而,考虑到兼顾优异的耐磨度和喷出稳定性并且抑制结垢的发生,基于本发明油墨的总量,前述乳化剂的含量优选地在0质量%~1质量%的范围内,更优选地在0质量%~0.5质量%的范围内,进一步更优选地在0质量%~0.01质量%的范围内,并且特别优选0质量%。
作为聚合物(A),使用具有羧基或其中羧基被一些碱性化合物中和的官能团和由以下通式(1)表示的结构单元的聚合物。在由通式(1)表示的结构单元中的官能团-SO3M表示磺酸基或磺酸碱金属盐基。
[化5]
(通式(1)中的M表示氢原子或碱金属。)
例如,可以使用通过具有可聚合的不饱和双键的单体的自由基聚合获得的聚合物作为聚合物(A)。
作为单体,可以将用于将羧基引入聚合物(A)的具有羧基的乙烯基单体和用于将通式(1)表示的结构引入聚合物(A)的乙烯基单体组合使用,根据需要与其他乙烯基单体一起使用。
作为具有羧基的乙烯基单体,可以将例如丙烯酸、甲基丙烯酸、β-羧乙基(甲基)丙烯酸酯、2-(甲基)丙烯酰基丙酸、巴豆酸、衣康酸、马来酸、富马酸、衣康酸半酯、马来酸半酯、β-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸氢酯、β-(甲基)羟乙基邻苯二甲酸氢酯、其盐和酸酐例如马来酸酐单独使用或组合2种以上来使用。在它们中,考虑到在记录介质(例如普通纸等)上印刷时获得具有优异耐磨度和具有高着色性的印刷品,优选使用丙烯酸和甲基丙烯酸。
考虑到获得能够生产兼顾更优异的耐磨度和着色性的印刷品的油墨,基于在聚合物(A)的生产中使用的单体总量,优选在1质量%~80质量%的范围内使用具有羧基的乙烯基单体,更优选在5质量%~70质量%的范围内使用,并且优选在10质量%~50质量%的范围内使用。
此外,作为用于将由通式(1)表示的结构单元引入聚合物(A)中的乙烯基单体,例如,可以使用苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸的碱金属盐等。作为苯乙烯磺酸的碱金属盐,可以使用苯乙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸锂等。其中,考虑到获得能够生产具有优异耐摩度的印刷品的油墨,特别优选使用苯乙烯磺酸钠。
考虑到获得能够生产兼顾更优异的耐磨度和着色性的印刷品的油墨,基于聚合物(A)的生产中所使用的单体的总量,用于将由通式(1)表示的结构单元引入聚合物(A)中的乙烯基单体优选在1质量%~90质量%的范围使用,并且优选使用在40质量%~90质量%的范围使用。
作为可用于生产聚合物(A)的其他单体,例如,可以使用具有磷原子的单体。
具有磷原子的单体的实例包括2-(甲基)丙烯酰氧基乙基酸式磷酸酯(例如,由Kyoeisha化学公司制造的“Light Ester P-1M”和“Light Acrylate P-1A”等);双(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)酸式磷酸酯;聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯,例如聚乙二醇单甲基丙烯酸酯的磷酸酯(例如,由Rhodia Nicca,Ltd制造的“Sipomer PAM100”和“Sipomer PAM4000”等)、聚乙二醇单丙烯酸酯的磷酸酯(例如,由Rhodia Nicca,Ltd制造的“Sipomer PAM5000”等)、聚丙二醇单甲基丙烯酸酯的磷酸酯(例如,由Rhodia Nicca,Ltd制造的“Sipomer PAM200”等)以及聚丙二醇单丙烯酸酯的磷酸酯(例如,由Rhodia Nicca,Ltd.制造的“Sipomer PAM300”等);(甲基)丙烯酸亚烷基磷酸酯,例如(甲基)丙烯酸亚甲基磷酸酯、(甲基)丙烯酸三亚甲基磷酸酯、(甲基)丙烯酸亚丙基磷酸酯、(甲基)丙烯酸四亚甲基磷酸酯等。
此外,其他单体的实例包含(甲基)丙烯酸酯,例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸苯酯和(甲基)丙烯酸苄酯;乙烯酯,例如醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯;乙烯基醚,例如甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、戊基乙烯基醚和己基乙烯基醚;乙烯基腈,例如(甲基)丙烯腈等;具有芳香环的乙烯基单体,例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基苯甲醚、α-卤代苯乙烯、乙烯基萘和二乙烯基苯乙烯;含缩水甘油基的乙烯基单体,例如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油醚;含羟基的乙烯基单体,例如(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯和甘油单(甲基)丙烯酸酯;含有羟甲基酰胺基的乙烯基单体或其烷氧基化物,例如N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺和N-异丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺;含酰胺基的乙烯基单体,例如(甲基)丙烯酰胺、N-单烷基(甲基)丙烯酰胺和N,N-二烷基(甲基)丙烯酰胺等。它们可以单独使用或2种以上组合使用。
聚合物(A)例如可以通过如下步骤来制备:在水(C)或根据需要在聚合引发剂或链转移剂的存在下,将上述乙烯基单体的混合物以一次全部或分批的方式供给,并使混合物进行自由基聚合。
聚合引发剂的实例包含过硫酸盐例如过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵,过氧化物例如过氧化苯甲酰、氢过氧化枯烯和叔丁基过氧化氢、过氧化氢,组合上述过氧化物和还原剂而成的氧化还原聚合引发剂,偶氮类引发剂例如4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)和2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐等。还原剂的实例包括抗坏血酸、异抗坏血酸、异抗坏血酸钠、甲醛次硫酸盐的金属盐、硫代硫酸钠和亚硫酸氢钠。
其中,考虑到提高聚合物(A)的生产效率,优选使用过硫酸铵作为聚合引发剂。
链转移剂的实例包含硫代苹果酸、硫代甘油等,并且它们可以单独使用或两种以上组合使用。考虑到获得能够生产具有优异分散稳定性和优异着色性的印刷品的油墨,优选使用硫代苹果酸。
聚合物(A)的生产通常优选在30℃~100℃的温度下进行1小时~40小时。为了使乙烯基单体迅速聚合,优选在惰性气体(例如氮气)的存在下生产聚合物(A)。
根据需要,可以在单体聚合后通过混合一些碱性化合物作为中和剂来中和聚合物(A)。
碱性化合物的实例包含碱金属化合物例如氢氧化钠和氢氧化钾;碱土金属化合物例如氢氧化钙和碳酸钙;氨;有机胺例如单甲胺、二甲胺、三甲胺、单乙胺、二乙胺、三乙胺、单丙胺、二甲基丙胺、单乙醇胺、二乙醇胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺和二亚乙基三胺等。这些可以单独使用或两种以上组合使用,并且考虑到获得能够生产具有优异分散稳定性和优异着色性的印刷品的油墨,优选使用氨或氨水。
聚合物(A)溶解或分散在水(C)中而成的组合物可以通过上述方法生产。
作为通过上述方法获得的聚合物(A),优选使用重均分子量为1000~20000的聚合物,并且,考虑到获得能够生产兼具更优异的耐磨度和着色性的印刷品的油墨,优选使用具有重均分子量为3000~15000的聚合物。
接着,对本发明的油墨中包含的聚合物(B)进行说明。
作为聚合物(B),使用基于聚合物(B)的总量而具有50质量%以上的由以下通式(2)表示的结构单元的聚合物。结果,通过使用本发明的油墨获得的印刷品可以被赋予优异的耐磨度。特别是,能够提高通过使用本发明的油墨在布料上印刷而获得的印刷品的耐洗度。
考虑到获得具有更优异的耐洗度和耐磨度的印刷品,基于聚合物(B)的总量,聚合物(B)优选在50质量%~90质量%的范围内含有由以下通式(2)表示的结构,更优选在60质量%~80质量%的范围内,并且优选在60质量%~75质量%的范围内。
[化6]
(通式(2)中的R1表示氢原子或甲基。)
聚合物(B)的实例包括各种聚合物例如丙烯酸聚合物(b)、聚氨酯和聚酯。其中,优选使用丙烯酸聚合物(b)作为聚合物(B)。
作为丙烯酸聚合物(b),可以使用(甲基)丙烯酸单体或其他乙烯基单体的聚合物。
作为(甲基)丙烯酸单体,考虑到将由通式(2)表示的结构单元引入到聚合物(B)中,优选使用(甲基)丙烯酸乙酯。
作为(甲基)丙烯酸单体,除了(甲基)丙烯酸乙酯以外,还可以根据需要使用其他乙烯基单体,并且其实例包含(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、(甲基)丙烯酸苯酯和(甲基)丙烯酸苄酯,以及具有羟基的乙烯基单体例如(甲基)丙烯酸2-羟乙酯。
丙烯酸聚合物(b)可以通过将含有(甲基)丙烯酸乙酯的乙烯基单体的混合物聚合来生产。
另一方面,本发明的油墨是其中聚合物(B)通过聚合物(A)分散在水(C)中的油墨。因此,考虑到获得能够生产具有优异的分散稳定性和优异的耐磨度的印刷品的油墨,优选在聚合物(A)的存在下生产聚合物(B)。
具体而言,用于生产聚合物(B)的方法的实例包括如下方法:将包含在丙烯酸聚合物(b)中的(甲基)丙烯酸单体等以一次全部或分批的方式供应到聚合物(A)溶解或分散在水(C)中而成的组合物中,并使混合物进行聚合的方法。
根据上述方法,可以获得其中聚合物(B)通过聚合物(A)分散在水(C)中的组合物,并且可以将该组合物使用于本发明的油墨。
另外,考虑到获得能够生产具有更优异的耐磨度的印刷品的油墨,基于油墨的总量,本发明的油墨优选含有以总量计在0.1质量%~30质量%的范围内的聚合物(A)和聚合物(B),更优选为0.1质量%~20质量%的范围,并且特别地优选为0.5质量%~10质量%的范围。
在通过上述方法获得的本发明的油墨中,考虑到获得能够生产具有更优异的耐磨度的印刷品的油墨,聚合物(A)对聚合物(B)的质量比[聚合物(A)/聚合物(B)]优选在1/100~30/100的范围内,并且更优选在1/100~20/100的范围内。
作为水(C),可以使用纯水例如离子交换水、超滤水、反渗透膜处理的水和蒸馏水或超纯水。此外,作为水,优选使用通过紫外线照射或通过添加过氧化氢等灭菌的水,因为可以在长时间保存本发明的油墨时防止真菌或细菌的产生。
基于本发明的油墨的总量,考虑到获得能够生产具有更优异的耐磨度和着色性的印刷品的油墨,水(C)优选在40质量%~95质量%的范围内含有,并且更优选在50质量%~90质量%的范围内含有。
油墨除了包含聚合物(A)、聚合物(B)和水(C)之外,根据需要可以使用其他成分作为本发明的油墨。
前述其他成分的实例包含着色材料例如颜料和染料、颜料分散树脂、除聚合物(A)和聚合物(B)之外的粘合剂树脂、除水(C)之外的溶剂、润湿剂、润滑剂、碱性剂、pH调节剂、表面活性剂、防腐剂、螯合剂、增塑剂、抗氧化剂、蜡、紫外线吸收剂等。其中,作为其他成分,作为除聚合物(A)和聚合物(B)以外的粘合剂树脂,优选使用具有阴离子基团的乙烯基类共聚物,例如具有阴离子基团的聚酯树脂、具有阴离子基团的环氧树脂、具有阴离子基团的聚氨酯树脂、具有阴离子基团的丙烯酸树脂、具有阴离子基团的马来酸树脂、具有阴离子基团的苯乙烯树脂和具有阴离子基团的聚醋酸乙烯酯类树脂。其中,考虑到获得能够生产具有更优异的耐磨度和耐洗度的印刷品的油墨,特别地优选使用具有阴离子基团的聚氨酯树脂。
作为颜料,例如,有机颜料或无机颜料可以单独使用或者两种以上组合使用。
有机颜料的实例包括喹吖啶酮颜料、喹吖啶酮醌颜料、二嗪颜料、酞菁颜料、酞酮颜料、异吲哚啉酮颜料、甲烷/偶氮甲碱颜料、偶氮颜料、双偶氮颜料、蒽嘧啶(anthrapymidin)颜料、蒽嵌蒽醌颜料、阴丹酮颜料、还原黄颜料、苝颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、芘酮颜料、喹酞酮颜料、蒽醌颜料、硫靛颜料、苯并咪唑酮颜料、偶氮色淀颜料、不溶性偶氮颜料、缩合偶氮颜料等。
无机颜料的实例包含二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化铬、铁黑、钴蓝、氧化铝白、氧化铁黄、铬绿(viridian)、硫化锌、锌钡白(lithobon)、镉黄、朱红、镉红、铬黄、钼酸盐橙、铬酸锌、铬酸锶、白炭黑、粘土、滑石、群青、沉淀硫酸钡、重晶石粉、碳酸钙、铅白、深蓝、锰紫、炭黑、铝粉、珠光颜料等。
也可以使用能够在水中自分散的颜料作为前述颜料。
考虑到获得当应用于喷墨印刷方法时具有优异的储存稳定性和具有优异的喷出稳定性的油墨,基于油墨的总量,颜料优选在0.1质量%~20质量%的范围内使用,并且更优选在1质量%~10质量%的范围内使用。
当颜料用作着色材料时,优选使用颜料分散树脂以将颜料稳定地分散在水(C)中。与聚合物(A)或聚合物(B)不同,前述颜料分散树脂通过吸附在颜料粒子周围来赋予颜料在水中(C)的分散稳定性。
作为颜料分散树脂,例如,可以使用具有阴离子基团的颜料分散树脂。阴离子基团的实例包含羧基、磺酸基、磷酸基等。
考虑到获得在保持本发明的油墨稳定性并且当印刷于普通纸上时能够形成具有优异着色性的印刷品的结构设计中具有高自由度的油墨,特别优选使用具有衍生自阴离子基团的疏水结构单元和亲水结构单元的树脂作为具有阴离子基团的颜料分散树脂。
作为具有衍生自阴离子基团的疏水结构单元和亲水结构单元的树脂,例如,前述颜料分散树脂可以使用具有衍生自苯乙烯的结构单元和衍生自丙烯酸的结构单元的树脂。
作为具有衍生自阴离子基团的疏水性结构单元和亲水性结构单元的树脂,考虑到平衡颜料分散性、油墨稳定性和高印刷密度,优选使用酸值在60mg~300mg KOH/g范围内的树脂,并且适宜在100mg~250mg KOH/g范围内的树脂。
考虑到平衡在水(C)中的颜料分散性、油墨稳定性、耐磨度、高印刷密度和进一步的喷出性能,作为具有衍生自阴离子基团的疏水结构单元和亲水结构单元的树脂,优选使用重均分子量在3000~50000的范围内的树脂,更优选在4000~40000的范围内的树脂,进一步更优选在5000~30000的范围内的树脂,并且特别地优选在5000~20000的范围内的树脂。
考虑到即使当本发明的油墨应用于热-喷射喷墨印刷法时保持优异的喷出稳定性而不会由于热喷射法的加热影响而使树脂劣化,作为具有衍生自阴离子基团的疏水结构单元和亲水结构单元的树脂,优选使用玻璃化转变温度在30℃~150℃范围内的树脂,更优选在70℃~150℃范围内的树脂。
具有衍生自阴离子基团的疏水结构单元和亲水结构单元的树脂优选为通过中和阴离子基团而可以具有水分散性的树脂,优选在不使用分散稳定剂例如乳化剂的情况下,在作为中和剂的一些碱性化合物的作用下具有形成稳定的水分散粒子能力的树脂。
当使用具有阴离子基团的树脂作为颜料分散树脂时,可以使用无机碱性化合物或有机碱性化合物作为能够用于中和阴离子基团的碱性化合物。考虑到获得具有更优异的储存稳定性的油墨,优选使用无机碱性化合物作为碱性化合物。
作为无机碱性化合物,可以使用碱金属氢氧化物、氢氧化铵等,并且考虑到赋予颜料更优异的分散稳定性,优选使用碱金属氢氧化物例如氢氧化钾和氢氧化钠等。考虑到提高混溶性,可以使用已经预先将无机碱性化合物以10质量%~60质量%的浓度溶解或分散在水中的水溶液。
此外,有机碱性化合物的实例包含胺例如甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、二乙醇胺和三乙醇胺。这些胺通常为液态,因此可以直接使用。
考虑到提高在水(C)中的分散率和确保良好的分散稳定性和长时间储存的稳定性,优选调节碱性化合物的含量使得具有阴离子基团的树脂的中和率优选为50%以上,更优选为70%以上。中和率的上限没有特别限制;然而,其优选为200%以下,更优选为120%以下,使得即使长时间的保存,油墨基本上是稳定的并且也不会凝胶化。此处,前述中和率是指通过以下公式计算出的值。
中和率(%)=[{碱性化合物的质量(g)×56.11×1000}/{颜料分散树脂的酸值(mg KOH/g)×碱性化合物的当量×颜料分散树脂的质量(g)}]×100
更具体地,作为颜料分散树脂可以使用:例如,具有阴离子基团的乙烯基共聚物例如具有阴离子基团的聚酯树脂、具有阴离子基团的环氧树脂、具有阴离子基团的聚氨酯树脂、具有阴离子基团的丙烯酸树脂、具有阴离子基团的马来酸树脂、具有阴离子基团的苯乙烯树脂和具有阴离子基团的聚醋酸乙烯酯类树脂。
颜料分散树脂的实例包含聚(甲基)丙烯酸、醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、醋酸乙烯酯-马来酸酯共聚物、醋酸乙烯酯-巴豆酸共聚物和醋酸乙烯酯-丙烯酸共聚物。
润湿剂的实例包含多元醇的醚,例如乙二醇和甘油,多元醇的醚如乙二醇单***和乙二醇单丁醚;甘油的聚氧化烯加合物;含氮杂环化合物例如N-甲基-2-吡咯烷酮和γ-丁内酯;酰胺类例如N,N-二甲基甲酰胺;有机胺类例如三乙胺,含硫化合物例如二甲亚砜、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯等,并且它们可以单独使用或两种以上组合使用。
作为润湿剂,为了使颜料和颜料分散树脂均匀分散,优选使用具有高沸点的润湿剂,更优选使用多元醇例如乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、甘油和甘油的聚环氧乙烷加合物。
基于颜料的总量,前述润湿剂优选在10质量%~1000质量%的范围内使用,更优选在30质量%~200质量%的范围内使用。
当使用包含颜料和颜料分散树脂的油墨作为本发明的油墨时,作为本发明的油墨的生产方法,例如,可以提及混合水性颜料分散体的生产方法,该水性颜料分散体通过预先将颜料、颜料分散树脂和水(C)与含有聚合物(A)、聚合物(B)和水(C)的组合物的混合来获得。
水性颜料分散体例如可以通过进行如下步骤来生产:步骤[1]将含有颜料、颜料分散树脂和一些碱性化合物或根据需要的润湿剂的组合物捏合;以及步骤[2],将步骤[1]中获得的捏合的产物稀释并分散在水(C)中。
通过在步骤[1]和[2]中适当地选择颜料分散树脂,颜料分散树脂与颜料的亲和力变得非常好,水性颜料分散体的分散稳定性提高,并且可以提高通过在记录介质上印刷使用前述颜料分散体获得的油墨而形成的印刷品的光泽度、耐久性和防水性等。
在步骤[1]中,例如,可以使用装置例如辊磨机、亨舍尔混合机(Henschel mixer)、压力捏合机和行星式混合机。优选使用具有可以密闭的搅拌槽和搅拌叶片的装置,例如亨舍尔混合机、压力捏合机和行星式混合机,因为能够将步骤[1]中的组合物的固体成分比例保持恒定,并且得到具有良好分散状态的捏合产物。优选使用行星式混合机,因为可以在广泛的粘度范围内进行捏合处理。
此外,步骤[2]是将步骤[1]中获得的捏合产物稀释和分散在水(C)中的步骤。
考虑到在本发明的油墨应用于喷墨印刷方法时防止油墨喷嘴堵塞的发生,优选对通过上述方法获得的水性颜料分散体进行离心分离处理或过滤处理,来除去源自颜料原料等的粗大粒子或凝聚粒子。
对于本发明的油墨,可以提及将通过上述方法获得的水性颜料分散体与聚合物(B)通过聚合物(A)分散在水(C)中而成的组合物混合并搅拌30分钟~90分钟等的方法。
作为通过上述方法获得的本发明的油墨,例如,优选使用粘度在1mPa·sec~10mPa·sec的范围内的油墨。特别是,在通过后述的喷墨印刷法喷出本发明的油墨的情况下,更优选使用粘度在1mPa·sec~6mPa·sec的油墨。
本发明的油墨可以用于在记录介质上印刷。
记录介质的实例包括具有容易吸收油墨溶剂并将颜料等固定在表面上的墨吸收层的铜版纸、具有不易吸收油墨溶剂的层的铜版纸、普通纸、布等。
顺便一提,当使用能够进行双面印刷的喷墨打印机以在记录介质上进行印刷时,通常将记录介质的一面(正面)印刷的单面印刷品干燥一定时间,然后通过打印机内部的输送辊和翻转机构进行翻转,来印刷单面印刷品的另一面(背面)。将翻转单面印刷品时,由于输送辊等与单面印刷品的印刷面接触,因此印刷面可能会有刮痕,从而导致印刷质量下降。特别是,在与普通纸相比不易吸收油墨中的溶剂的铜版纸上进行双面印刷时,印刷质量有可能下降。
但是,本发明的油墨即使在铜版纸或普通纸上的双面印刷中耐磨度也是优异的,因此不易有刮痕,并且可以有效地防止在普通纸上印刷时的着色性下降。
本发明的油墨可以适合地用于使用布料作为记录介质的印刷。由于本发明的油墨中含有的通过聚合物(A)分散在水(C)中的聚合物(B)具有与构成布料的纤维的高亲和性,即使用水、温水或洗涤液洗涤印刷品,油墨也不易从布料上脱落,并且即使洗涤后也可以保持具有高颜色浓度的印刷图像。
如上所述,使用本发明的油墨印刷的印刷品可以兼具有优异的耐磨度和高着色性。
尽管本发明的油墨可以适用于各种印刷方法,该油墨可以专门地适合用于喷墨印刷法的印刷。
喷墨印刷方法的实例包含连续喷射型(电荷调制型、喷雾型等)、按需型(压电法、加热法、静电抽吸法等)等,并且本发明的油墨适用于通过热式喷墨印刷法的印刷。当应用于这些各种喷墨方法时,这种用于喷墨记录的水性油墨基本上可以极其稳定的喷墨,并且还可以实现所形成图像的优异耐刮痕性和耐磨度。
实施例
[合成例1]
将138质量份去离子水放入装有搅拌器、回流冷凝器、氮气导入管、温度计和滴液漏斗的反应容器中,向反应容器内吹入氮气的同时升温至80℃。
接着,加入4.51质量份的甲基丙烯酸、5.63质量份的苯乙烯磺酸钠和0.15质量份的硫代苹果酸,并加热至80℃,然后加入5质量份的10质量%过硫酸铵水溶液来引发聚合。
将聚合容器内的温度在80℃保持1小时后,将聚合容器内的内容物冷却至40℃以下,并与氨水混合,来获得聚合物(A-1)的水溶液(I-1)。
然后,将100质量份的聚合物(B-1)形成用混合物和5质量份的10质量%的过硫酸铵水溶液用4小时滴加至调整为80℃的聚合物(A-1)的水溶液(I-1)中,保持1小时以进行聚合,该聚合物(B-1)形成用混合物包含65质量份的丙烯酸乙酯、5质量份的甲基丙烯酸甲酯和30质量份的甲基丙烯酸2-羟乙酯。
经过上述1小时后,将反应容器内的内容物冷却至40℃以下。
冷却后,向反应容器中供给氨水,来调整内容物的pH至7,并将反应容器混合1小时,从而获得不挥发成分含量为40质量%的分散体(II-1),该分散体(II-1)中聚合物(B-1)通过聚合物(A-1)分散于水中。分散体(II-1)中含有的分散元素的体积平均粒径为470nm。
使用MicrotracBEL Corp.制造的NANOTRAC WAVE II计算体积平均粒径。首先,将分散体用离子交换水稀释1000倍。然后,将约4ml的稀释的分散体放入小室中,使用由MicrotracBEL Corp.制造的NANOTRAC WAVE II在25℃的环境下检测激光的散射光来测量体积平均粒径(MV)。体积平均粒径测量三次,来计算平均值(整数)。将平均值的小数点后一位数舍去而得的值作为体积平均粒径的值(单位:nm)。
[合成例2]
除了甲基丙烯酸的量由4.51质量份变为1.03质量份、丙烯酸乙酯的量由65质量份变为68质量份、甲基丙烯酸甲酯的量由5质量份变为12质量份以及甲基丙烯酸2-羟乙酯的量由30质量份变为20质量份之外,通过与合成例1相同的方法,获得其中聚合物(B-2)通过聚合物(A-2)分散于水中的不挥发成分含量为40质量%的分散体(II-2)。该分散体(II-2)中含有的分散元素的体积平均粒径为320nm。
[合成例3]
除了甲基丙烯酸的量由4.51质量份变为1.03质量份、丙烯酸乙酯的量由65质量份变为71质量份、甲基丙烯酸甲酯的量由5质量份变为19质量份以及甲基丙烯酸2-羟乙酯的量由30质量份变为10质量份之外,通过与合成例1相同的方法,获得其中聚合物(B-3)通过聚合物(A-3)分散于水中的不挥发物含量为40质量%的分散体(II-3)。分散体(II-3)中含有的分散元素的体积平均粒径为290nm。
[合成例4]
除了甲基丙烯酸的量由4.51质量份变为1.03质量份、并且使用氢氧化钾水溶液代替使用氨水将pH调节至7之外,通过与合成例1相同的方法,获得其中聚合物(B-4)通过聚合物(A-4)分散于水中的不挥发物含量为40质量%的分散体(II-4)。分散体(II-4)中含有的分散元素的体积平均粒径为440nm。
[合成例5]
除了丙烯酸乙酯的量由65质量份变为40质量份以及甲基丙烯酸甲酯的量由5质量份变为30质量份之外,通过与合成例1相同的方法,获得其中聚合物(B-5)通过聚合物(A-5)分散于水中的不挥发物含量为40质量%的分散体(II-5)。分散体(II-5)中含有的分散元素的体积平均粒径为390nm。
[合成例6]
除了甲基丙烯酸的量由4.51质量份变为1.03质量份、丙烯酸乙酯的量由65质量份变为47质量份以及甲基丙烯酸甲酯的量由5质量份变为23质量份之外,通过与合成例1相同的方法,获得其中聚合物(B-6)通过聚合物(A-6)分散于水中的不挥发物含量为40质量%的分散体(II-6)。分散体(II-6)中含有的分散元素的体积平均粒径为350nm。
[表1]
[合成例7]
将250.0质量份的聚四亚甲基醚二醇(平均分子量1000)和181.7质量份的氢化4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)放入装有温度计、搅拌器、回流冷凝器和氮气导入管的四口烧瓶中,充分搅拌后在100℃反应2小时。然后,将混合物冷却至50℃,加入59.3质量份的2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、122.8质量份的甲乙酮(MEK)和0.18质量份的二月桂酸二丁基锡并在75℃下反应15小时。反应后,将混合物冷却至50℃以下,加入204.6质量份的MEK并在冷却至40℃以下的同时搅拌1小时,来获得聚氨酯聚合物(A-7)的MEK溶液。将94.4质量份的25质量%氢氧化钾水溶液加入到获得的聚氨酯聚合物(A-7)的MEK溶液中,并将混合物搅拌30分钟来中和酸性基团。接着,在强烈搅拌下缓慢加入离子交换水,将聚氨酯乳化后,通过减压蒸馏以蒸馏MEK,来获得不挥发物含量为40质量%、酸值为50mgKOH/g的聚合物(A-7)的分散体(II-7)。分散体(II-7)中所含的分散元素的体积平均粒径为15nm。
[合成例8]
除了H12MDI的使用量由181.7质量份变为111.0质量份、DMPA的使用量由59.3质量份变为23.2质量份以及25质量%的氢氧化钾水溶液的使用量由94.4质量份变为36.8质量份以外,通过与合成例7同样的方法,获得不挥发物含量为40质量%、酸值为25mgKOH/g的聚合物(A-8)的分散体(II-8)。分散液(II-8)中所含的分散元素的体积平均粒径为5nm。
[实施例1]
将作为颜料分散树脂的500质量份的JONCRYL PDX-6137A(由BASF SE制造,重均分子量为16,000、酸值为220~250、玻璃化转变点为100℃、pH 7.8且不挥发物含量为约29质量%的苯乙烯丙烯酸树脂水溶液)和5000质量份品红色颜料(由DIC Corporation制造的FASTOGEN Super Magenta RY)放入具有50L容量的行星式混合器(由INOUE MFG.,INC.制造),并且加热夹套。
行星式混合机内的内容物温度达到60℃后,将该内容物在转速80转/分钟、公转转速25转/分钟的条件下搅拌并混合。
搅拌开始5分钟后,加入3700质量份的三乙二醇。
此后,通过继续混合直至经过120分钟来获得捏合产物,其中,在行星式混合机的电流值显示最大电流值时开始计时。
接着,在60℃用2小时将10,000质量份的离子交换水加入到捏合产物中来获得液体混合物。液体混合物中含有的苯乙烯丙烯酸树脂与品红色颜料的质量比为0.29。
接着,将离子交换水和三乙二醇添加到前述液体混合物中,来获得品红色水性颜料分散液,该品红色水性颜料分散液中,品红色颜料浓度为14.5质量%,相对于品红色颜料的三乙二醇浓度为100质量%。
然后,将5.6质量份的2-吡咯烷酮(由BASF SE制造)、5.6质量份的三乙二醇单丁醚(由东京Chemical Industry Co.,Ltd.制造)、2.1质量份的纯化甘油(由Kao Corporation制造)、0.3质量份的SURFYNOL 440(非离子表面活性剂,由Evonik Japan制造)和离子交换水置于塑料容器中并搅拌1小时。然后,将1.7质量份的分散体(II-1)加入到该溶液中。将该溶液进一步加入到具有14.5质量份的品红色水性颜料分散液的另一个塑料容器中,并搅拌1小时。
然后,使用5质量%的氢氧化钾水溶液将混合物的pH调节至9~9.8的范围内,并通过孔径为5μm~10μm的过滤器过滤混合物,来获得总共70质量份的水性油墨M1(浓度3质量%的品红色颜料)。
[实施例2]
除了使用分散体(II-2)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M2。
[实施例3]
除了使用分散体(II-3)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M3。
[实施例4]
除了使用分散体(II-4)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M4。
[对比例1]
除了使用分散体(II-5)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M11。
[对比例2]
除了使用分散体(II-6)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M12。
[对比例3]
除了使用由DIC Corporation制造的HYDRAN WLS-210代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M13。
[对比例4]
除了使用分散体(II-7)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M14。
[对比例5]
除了使用分散体(II-8)代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M15。
[对比例6]
除了使用离子交换水代替分散体(II-1)之外,通过与实施例1中相同的方法获得水性油墨M16。
[表2]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
油墨 | M1 | M2 | M3 | M4 |
聚合物(A) | A-1 | A-2 | A-3 | A-4 |
聚合物(B) | B-1 | B-2 | B-3 | B-4 |
分散体 | II-1 | II-2 | II-3 | II-4 |
[表3]
<耐磨度>
将实施例和比较例中获得的油墨使用3号线棒涂布机应用于由HP公司制造的宣传册&传单纸(双面光泽纸)上,在25℃的环境中放置60秒使其干燥,来获得印刷的纸。
接着,将印刷的纸通过塑料胶带放置并附着在耐磨度试验机(由Daiei KagakuSeiki MFG.Co.,Lt制造的RT-300S)的摩擦区域,并在荷重200g的条件下,用覆盖有另一张宣传册&传单纸的摩擦钉来回摩擦印刷的纸的表面。
接下来,将印刷的纸的被摩擦表面扫描并转换为图像数据,并计算颜色残留部分中的像素数量。参考图像的整个区域以100个像素计,确定颜色残留部分的像素数量越多,耐磨度越好。
A:残留颜色部分的像素数量大于60。
B:残留颜色部分的像素数量为40以上且60以下。
C:残留颜色部分的像素数量为20以上且40以下。
D:残留颜色部分的像素数量小于20。
<喷墨能力的稳定性>
将比较例6中获得的油墨填充在墨盒中。接着,使用市售的热喷墨打印机以100%的印刷浓度将该油墨印刷在用于喷墨的OHP片材(薄膜表面具有吸收油墨的层的片材)上,获得印刷品。印刷品在25℃的环境中放置1小时以干燥后,用紫外和可见分光光度计(JASCOCorporation V-660型)测量印刷品的最大吸光度(Abs0),使用OHP片材的未印刷部分作为参考。
接着,将在实施例中和比较例1~5中获得的油墨填充到墨盒中。
然后,使用市售的热-喷墨打印机以100%的印刷浓度将油墨分别印刷在用于喷墨的OHP片材上,获得印刷品。印刷品分别在25℃的环境中放置1小时以干燥后,用紫外和可见分光光度计(JASCO Corporation V-660型)测量印刷品的最大吸光度(Abs1),使用OHP片材的未印刷部分作为参考。
基于从公式[最大吸光度(Abs1)/最大吸光度(Abs0)]×100获得的值,根据以下标准评价油墨的喷出性能。
A:上述公式的值为70以上。
B:上述公式的值为60以上且小于70。
C:上述公式的值为50以上且小于60。
D:上述公式的值小于50。
<普通纸上的光密度>
使用3号线棒涂布机将比较例6中获得的油墨应用于市售的普通纸上,在25℃的环境中干燥1小时,然后通过积分球分光光度计X-Rite(X-Rite,Inc.)测量印刷区域的作为基准的光密度(OD0)。
接着,使用3号线棒涂布机将实施例中和比较例1~5中获得的油墨应用于市售的普通纸上,干燥1小时,然后分别用积分球分光光度计X-Rite测量印刷区域的光密度(OD1)。
基于从公式[光密度(OD1)/光密度(OD0)]×100获得的值,根据以下标准评价印刷品的着色性。
A:上述公式的值为90以上。
B:上述公式的值为85以上且小于90。
C:上述公式的值为80以上且小于85。
D:上述公式的值小于80。
<耐洗度>
将5cm×5cm方形的棉布浸渍在实施例和比较例中获得的油墨中,在150℃下干燥5分钟来获得试验样品。然后,使用积分球分光光度计X-Rite测量试验样品的光密度(OD0)。
接着,基于JIS L0844:2011,将试验样品在50℃的洗涤液中浸渍30分钟,然后用食品搅拌机搅拌洗涤液和试验样品1分钟。该样品用水洗涤并在室温下干燥。然后,使用积分球分光光度计X-Rite测量试验样品的光密度(OD1)。
基于从公式[光密度(OD1)/光密度(OD0)]×100获得的值,根据以下标准评价印刷品的耐洗度。
A:上述公式的值为70以上。
B:上述公式的值为60以上且小于70。
C:上述公式的值为50以上且小于60。
D:上述公式的值小于50。
[表4]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
耐磨度 | A | A | A | B |
喷墨能力的稳定性 | A | A | B | A |
普通纸上的光密度 | A | A | B | A |
耐洗度 | A | A | A | B |
[表5]
对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 | 对比例6 | |
耐磨度 | C | C | A | B | C | D |
喷墨能力的稳定性 | C | C | D | C | C | A |
普通纸上的光密度 | A | A | D | C | C | A |
耐洗度 | C | C | A | D | D | D |
Claims (9)
1.一种油墨,其中聚合物(B)通过聚合物(A)分散在水(C)中,所述聚合物(B)具有50质量%以上的由以下通式(2)表示的结构单元,所述聚合物(A)具有羧基或其中羧基被一些碱性化合物中和的官能团、以及由以下通式(1)表示的结构单元,
通式(1)中的M表示氢原子或碱金属,
通式(2)中的R1表示氢原子或甲基。
2.根据权利要求1所述的油墨,其中,所述聚合物(A)是单体混合物的聚合物,所述单体混合物包含具有羧基的单体或其酸酐以及苯乙烯磺酸的碱金属盐。
3.根据权利要求1或2所述的油墨,其中,所述聚合物(A)具有在1000~20000的范围内的重均分子量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的油墨,其中,所述聚合物(A)相对于所述聚合物(B)的质量比即聚合物(A)/聚合物(B)在1/100~30/100的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的油墨,其中,基于所述油墨的总量,以总量计在0.1质量%~30质量%的范围内包含所述聚合物(A)和所述聚合物(B)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的油墨,其中,所述聚合物(B)通过所述聚合物(A)分散在水(C)中的分散体具有20nm~1000nm的体积平均粒径。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的油墨,进一步包含颜料和用于将所述颜料分散在所述水(C)中的颜料分散树脂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的油墨,其用于在喷墨印刷法中进行印刷。
9.根据权利要求8所述的油墨,其中,所述喷墨印刷法是热式喷墨印刷法。
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