TWI468473B - 具有經改良附著性之紫外線可固化墨水 - Google Patents

Description

具有經改良附著性之紫外線可固化墨水

本發明係有關於具有經改良附著性之紫外線可固化墨水。

發明背景

用於噴墨印刷工業的墨水係是典型地為液體分散液、溶液或乳膠。已知的墨水類型包括有以油為基礎之墨水、非以水溶液為基礎之墨水、以水為基礎之墨水以及固態墨水。該噴墨方法包括有在孔口自一印刷頭將一小墨滴噴射至一個印刷媒介上。然後，該經置放的小墨滴係使用例如熱量或被驅動之空氣來加以穩定地乾燥，或是讓其在周圍環境下進行乾燥。

近來，以光輻射線(且特別是紫外線(UV)固化作用)來固化的墨水之方式已經變得普及。在這些情況中係使用特殊的光輻射可固化墨水，並且該影像係藉著暴露於一光輻射線來源下而固化。在本申請案的內文中“固化”這個術語係指一種將例如墨水之液體藉著暴露於光化性輻射下而轉換為一固體。使用光輻射線可固化墨水以及該固化方法，正快速地成為現行傳統乾燥作用之一替代方法。

與使用許多類型之墨水鄉關的問題係為其不易附著於例如聚丙烯、乙烯基、聚烯烴和以及其等之類似物的非多孔性或低表面張力基質上。舉例來說，聚丙烯係被廣泛地用於固定與半固定銷售點的展示中。因為該聚丙烯的表面 係較不具活性並且具有較低的表面張力，所以例如丙烯酸單體之極性溶劑無法將其濡濕。結果，其會產生一較差的附著性。此外，在於另一墨水頂端上進行印刷時，在基質上的墨水層之間的適當結合作用，可能會隨著墨水的負載量而變得低於所需之效果。此外，在參考特殊的紫外線可固化的墨水時，這些墨水通常係使用寡聚物來製備而使的得該墨水具有一比典型之以溶劑或水為基礎的墨水更為高之黏性。噴射此等黏性墨水具有有面對某些困難，並進一步係典型地需在較低的頻率下加以噴射，而使得印刷速度較慢。因為這些墨水係更具黏性，其等通常也在較高的溫度(例如高於大約40℃)下加以噴射。此一較高的溫度可以對該等另外具高黏性之墨水形成一定控制作用，但是卻會不利地影響包括該印刷頭之結構的壽命。因此，在紫外線可固化墨水之領域中，特別是在與附著於聚丙烯或是其他的非多孔性、低表面張力基質相關的課題中，仍有顯著的改良空間。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種對於一非多孔性、低表面張力基質具有經改良附著性之用於噴墨列印的可光固化墨水組成物，其包含有：一液態載液、一經研磨色素、一光起始劑以及一鹵化聚烯烴。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種噴墨墨水印刷系統，其包含有：a)一非多孔性、低表面張力媒介基質；b)至少一可光固化噴墨墨水，其包含有：i)一液態載液、 ii)一經研磨色素、iii)光起始劑以及iv)一鹵化聚烯烴；以及c)一光能來源，其係被架構以在一旦該噴墨墨水被列印於一基質上時對該噴墨墨水施加光能，該光能具有一適合於可光固化該噴墨墨水之頻率與能量層級。

較佳實施例之詳細說明

在本發明的特別具體例被揭示與描述之前，應該要了解的是本發明並未侷限於在此所揭示之特定的方法與材料，而其等可以進行一定程度之改變。也應該被了解的是在此所使用之術語，僅係用於描述特定的具體例而不是要對其加以限制，本發明之範圍將僅以隨附之申請專利範圍以及其等之等效物來加以界定。

在描述與請求本發明之專利範圍中，將運用下列的術語。

除非在內文中有另外清楚地指明，否則該等單數形式“一”、“一個”與“該”係包括有複數個的指示物。因此，舉例來說，諸如“一色素”係指包括有一或更多個此等材料。

“固化”這個術語係指將一例如墨水之液體藉著暴露於舉例來說例如光輻射(舉例來說紫外線)之光化性光輻射線下，而轉變為一固體的方法。

“非多孔性”或“低表面張力”這些術語可以被交換地運用，並且當其係代表一例如媒介基質之基質時，其包括有具備相對較差的透水性、吸收性及/或吸附性之表面。乙烯基與其他塑膠薄板或薄膜、金屬、塗佈膠印媒介、玻璃以 及其他類似的基質，係被視為是非多孔性。依據這些定義，一種對於一非多孔性、低表面張力基質具有更佳的附著性之用於噴墨印刷的可光固化墨水組成物，可以包含有一液態載液、一於研磨溶劑(例如三乙二醇二乙烯基醚(DVE-3))中加以研磨的經研磨色素、一光起始劑以及一鹵化聚烯烴(例如氯化聚丙烯)。

在另一具體例中，噴墨印刷系統可以包含有一例如聚丙烯之非多孔性或是低表面張力基質、一光可固化的噴墨墨水，以及一被架構以在該噴墨墨水被列印於該非多孔性基質上時，對其施加光能之光能來源。該光能可以包括有UV、IR及/或可見光。更明確地說，該光能可以具有適合於固化該可光固化噴墨墨水之頻率與能量大小。該噴墨墨水可以包含有一液體載液、一經研磨色素、一光起始劑以及一鹵化聚烯烴。

在另一具體例中，列印一影像的方法可以包含有將一可固化噴墨墨水噴射至一例如聚丙烯之非多孔性或低表面張力基質，或是各種不同的其他塑膠與塑膠衍生物上。該可光固化之噴墨墨水可以包含有一液體載液、一經研磨色素、一光起始劑以及一鹵化聚烯烴。另一步驟包括有在該光可固化噴墨墨水被列印於一基質上時，將光能施加至其上，其中該光能係具有適合於固化該可光固化噴墨墨水之頻率與能量大小。也應該要注意的是，藉著在例如非多孔性基質或是低表面張力基質上使用該等系統和方法，這些墨水也可以被用來印刷在多孔性的基質上。

依據本發明之教示內容，由於這些墨水係典型地為可光固化的，依據本發明之一些具體例該固化光輻射線可以是紫外線，而該被用於印刷之墨水可以包含有紫外線活化起始劑(也被稱為紫外線起始劑)之紫外線(UV)可固化墨水。舉例來說，在這些範例中，固化光輻射可以是由紫外線燈發射之紫外線光輻射、藍光雷射、紫外線雷射或是紫外線LEDs。依據本發明的一些具體例，該固化光輻射可以由一以連續模式來操作之紫外線來源所提供。依據本發明之其他具體例，該固化光輻射可以由一以閃動或脈衝模式來操作之紫外線來源所提供。在瞭解本案之揭示內容之後，習於此藝者將會知曉其也可以應用其他之施加紫外線光輻射線的方法。這是在說明，其也可以使用包括有除了紫外線固化系統以外的其他固化系統(例如IR或可見光系統)，只要該所使用的光輻射係適合於起始該噴墨墨水之固化過程。

本發明的一些具體例係為或是係包括有噴墨記錄液體的各種不同之可光固化組成物。因此，該墨水組成物可以包含有寡聚物、多功能的丙烯酸酯以及氨基甲酸酯丙烯酸酯。此外，該墨水組成物可以包含有於紫外線活化起始劑存在下，能夠於紫外線可固化光輻射下進行聚合作用之丙烯酸酯混合物。紫外線活化起始劑之非限制性具體例可以包括有具有或不具有例如Darocur ITX(2-異丙基噻吨酮)之感光劑的α-胺基酮光起始劑，例如Ciba Irgacure 907、Ciba Irgacure 369以及Ciba Irgacure 379；雙酰基膦氧化物(BAPO) 紫外線光起始劑，例如Irgacure 907或Irgacure 819、Darocur 4265與Darocur TPO;α-氫氧基酮紫外線光起始劑，例如Irgacure 184與Darocur 1173。關於該丙烯酸酯，這些組成物可以被用來作為一些高反應性丙烯酸酯。此外，例如單丙烯酸酯之一些丙烯酸酯，具有良好的溶解力、高可撓性以及低玻璃轉化溫度(Tg)。在室溫下較低的Tg可以改善該墨水層的可撓性。舉例來說，在一個具體例中，一具有低於大約30℃或40℃的Tg之單丙烯酸酯，相較於沒有該單丙烯酸酯之同一墨水可以被用來改善該墨水層之可撓性。

單丙烯酸酯對於塑膠具有良好的附著性、可以提供較高可撓性，而因此即使在塑膠被彎曲時仍可以提高對塑膠之附著性。有些單丙烯酸酯可以將特定塑膠基質以及例如聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以及聚烯烴之其他非多孔性、多孔性及/或低表面張力基質加以修飾或是膨脹。此一基質的修飾或膨脹現象也可以改善附著性。例如三丙烯酸酯之其他的丙烯酸酯，可以導致該墨水之低收縮率、良好的反應性、改良的機械特性以及抗化學物質性，舉例來說，分子量越高該交聯密度越低並且該收縮率越低。又更進一步來說，例如雙丙烯酸酯的一些丙烯酸酯對於非多孔性表面具有較高的溶解力以及較高的反應性。這是在說明，其可以運用任何適當的丙烯酸酯或是丙烯酸酯之組合來達成這些或其他性質的之平衡。此外，雖然本發明的範圍並不侷限於此一方面，該等丙烯酸酯也可以是經修飾的或是衍生的丙烯酸酯。其等之具體例包括有聚醚多 元醇丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯寡聚物、環.三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯(CTFA)或是胺丙烯酸酯。特別是例如CN386與Genomer 5275之丙烯酸酯，係可以被用於改良在經印刷的噴墨墨水之層次之間的結合，以及在印刷時附著於非多孔性的基質上之效果。

該噴墨記錄組成物中之不同成分的相對含量係可以被改變的。舉例來說，該相光起始劑之相對含量可以介於大約0.1 wt%至大約8 wt%，而在另一具體例中，則介於大約0.1 wt%至大約4 wt%。在其他的具體例中，該光起始劑之相對含量可以介於大約0.2 wt%至大約2 wt%，或甚至是介於大約0.2 wt%至大約1 wt%。在其他的具體例中，該鹵化聚烯烴之相對含量可以介於大約0.5 wt%至大約4 wt%，或甚至是介於大約1 wt%至大約2.5 wt%。同樣地，各種不同的其他成分之相對含量可以介於1 wt%至30 wt%來存在。舉例來說，丙烯酸酯可以介於1 wt%至8 wt%來存在。或者或是另外地，相對含量為5 wt%至25 wt%之乙烯基己內醯胺可以被用來也改良該墨水層對於基質之附著性。

該等成分可以進一步包括有諸如舉例來說例如經研磨色素之色素的任何染色劑，以及任擇地例如分散劑、潤濕劑、表面活化劑、均染劑，以及其等之類似物的添加劑。可以被用於本發明的典型具體例的配方中之色素的非限制性具體例包括有E4 GN黃150、RT-355-紅紫色、Hostaperm藍P-BFS藍綠色、Sunfast黑色7、PV快速藍BG、PV快速紅E5 B、PV快速黃HG、永恆久黑R30，其他的色素或是一些 色素之混合物。更概要地說，用於本發明之黑色與染色色素並沒有特別之限制，而無機顏料或是有機顏料都可以被使用。適當的無機顏料包括有例如三氧化鈦、鈷藍(CoO-Al₂ O₃ )、鉻黃(PbCrO₄ )以及氧化鐵。適當的有機顏料包括有例如偶氮顏料、多環色素(舉例來說，花青顏料、苝系色素、哌瑞酮色素(perynone pigments)、蒽醌色素、喹吖啶酮色素、二噁嗪色素、硫代靛色素、異吲哚啉酮色素以及喹吖酞酮色素)、染料螫合物(舉例來說，鹼性染料類型螫合物以及酸性染料類型螫合物)、硝基色素、亞硝基色素以及其等之類似物。可以與這些或其他色素一起用於本發明之典型具體例的配方中之分散劑的非限制性具體例包括有Solsperse 32000、Solsperse 39000、Solsperse 5000、Solsperse 22000、Disperbryk 163、Disperbyk 167、Disperbyk 168、Disperbyk 180、Disperbyk 190、Disperbyk 191或是其等之類似物。

如其所提到的，噴墨墨水組成物也可以任擇地包括有潤濕劑。此等潤濕劑之非限制性具體例可以包括有例如Tego Rad 2200 N、Tego Rad 2300以及Byk 358N之有機矽聚醚丙烯酸酯。該墨水也可以包括有利例如Byk 333、Byk 307以及Silwet L-7604之聚-二甲基-矽氧烷潤濕劑。如果使用潤濕劑的話，其可以該噴墨墨水組成物的重量之0.01%至大約10%來存在。

本發明的可光固化墨水之一獨特的特徵係為其對於非多孔性與低表面張力媒介基質(例如塑膠)的經改良附著 性。這些墨水係被以使得其等可以藉著例如氯化聚丙烯之鹵化聚烯烴，而於噴射於一非多孔性、低表面張力基質上之後，可以允許該基質可以附著該墨水的方式來加以架構。如其所述，該噴墨墨水組成物可以被射在一媒介基質上。此外，本發明的系統和方法可以包括有該媒介基質。在本發明中所使用之媒介基質包括有非多孔性與低表面張力媒介基質。其之非限制性具體例包括有塑膠、PVC、標幟長條紙與聚丙烯，以及例如Yupo合成紙之合成紙張。標幟長條紙係特別地被架構以列印標幟，其具有一平滑的表面並且係典型地被設計來進行彩色印刷。Yupo合成紙係為合成紙張之一具體例。Yupo係為一種特定類型之防水、抗污染、強軔而持久之聚丙烯。

本發明的可光固化墨水並未被侷限於一些聚烯烴類型中。鹵化聚烯烴之非限制性具體例可以包括有氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、氯化聚丁烯、溴化聚乙烯、溴化聚丙烯、溴化聚丁烯、氟化聚乙烯、氟化聚丙烯以及氟化聚丁烯。因此，如這些具體例所示，雖然氯係用於本發明之較佳的鹵素，但是其他之與本發明的教示內容相容之具有類似的化學性質之鹵素也可以被運用。其之非限制性具體例有溴或氟。

本發明之可光固化墨水之另一獨特特徵在於，其等可以被製備以使得其等甚至係為例如大於18-20仟赫、大於25仟赫、或甚至是大於29仟赫之高噴射頻率下，都可以在使用之前及/或使用期間都不需自該墨水移除空氣。如其所註 明，這些墨水可以在較高的頻率下噴射之事實，並未將這些墨水侷限於較高噴射頻率系統。這些墨水同樣也可以在相對較低的頻率下噴射。這是在說明，一般而言在紫外線與其他可光固化墨水中，此等墨水之典型特徵在於其會影響噴墨過程之氣體含量。本發明的墨水之特徵可以是其具有異常低之氣體含量。在一些具體例中，用於研磨色素之方法可以達成這些優點。舉例來說，藉著以特定溶劑來研磨色素，可以將空氣或氣體之產生或釋放減到最少或是將其排除。用於達成此一目標之適當溶劑的具體例，可以是三乙二醇二乙烯基醚(DVE-3)，其係為可以使得該印刷頭可以在不需先前的墨水除氣作用下，於較高噴射頻率下操作。值得注意的是，DVE-3僅係為此一溶劑的一種具體例，同時依據該色素的不同，其他的溶劑也可以提供一類似的功用。因此，依據本發明的具體例亦可以有其他用於進行研磨之溶劑選擇。在本發明之一態樣中，色素與研磨溶劑可以被選擇以使得其等對於彼此均係相對地較不具反應性，或者該等溶劑可以被選擇以使的該色素顆粒具有最少的甚至不具溶解氣體。也值得注意的是，習知技藝的紫外線墨水通常具有介於該墨水重量之6至8 ppm的溶氧量，然而使用一例如DVE-3之具有低氣體溶解力的研磨溶劑之色素的本發明之墨水，可以具有例如介於該重量之3至5 ppm之少於5 ppm的溶氧量，其將可以減低該墨水之反應性。

典型地，為了要產生完整的彩色影像，該墨水組可以包括有藍綠色、紅紫色以及黃色的噴墨墨水組成物，或者 是藍綠色、淺藍綠色、紅紫色、淺紅紫色以及黃色的噴墨墨水組成物。黑色墨水也可以被包含於這些墨水組中。其他之組合也是可行的。

具體例

在下列之墨水組成物的具體例中，該等成分係如所示的子重量百分比來指示。須注意的是下列的具體例並未在任何方式下侷限本發明之範圍。這是在說明，下列具體例係為例示說明目前已知最佳的本發明之具體例。然而，應該要了解的是下列說明僅係為本發明之原理的應用之典型或說明。許多成分、方法和系統之修改與替換都可以在未被背離本發明的精神和範圍下由習於此藝者來進行。該隨附之申請專利範圍係要涵蓋此等修改與結構。因此，在本發明如上述而特別地加以描述時，下列的具體例可以進一步提供與目前被視為是榜發明最可行且最佳之具體例的細節。

具體例1

具體例2

具體例3

具體例4

依據本發明之典型具體例，該墨水配方係被塗覆於聚丙烯基質上並於大約200mj/cm² 下以紫外線固化。該墨水層的厚度係大約為12.5微米。該墨水的黏質係低於30cp，表面張力係為26.9達因/cm，並且顆粒大小係低於1微米。該固化墨水層並未出現墨水剝落或是碎裂，並且可以承受標準磨蝕作用與膠布黏著測試。

雖然在此已經例示並描述本發明之特定特徵，不過習於此藝者現在將可以瞭解其之許多修正、更換、修改以及等效物。因此，應該要了解的是隨附的申請專利範圍應該要涵蓋落於本發明的實際精神內之此等修改與變化。

Claims (12)

1. 一種對於一非多孔性、低表面張力基質具有經改良附著性之用於噴墨列印的光可固化墨水組成物，其包含：一液態載液，一經研磨色素，該經研磨色素係在一包含有三乙二醇二乙烯基醚的研磨溶劑中加以研磨，一光起始劑，以及一鹵化聚烯烴；其中該光可固化墨水組成物的溶氧量以重量計低於5ppm。
2. 如申請專利範圍第1項的組成物，其中該組成物包括有一單丙烯酸酯，該單丙烯酸酯具有相較於不具有該單丙烯酸酯而製備之相同墨水可以改善墨水層的可撓性之玻璃轉化溫度(Tg)。
3. 如申請專利範圍第1項的組成物，其中該組成物包括有一胺基丙烯酸酯。
4. 如申請專利範圍第1項的組成物，其中該鹵化聚烯烴係為一氯化聚烯烴。
5. 如申請專利範圍第1項的組成物，其中該鹵化聚烯烴包含有氯化聚丙烯。
6. 一種噴墨墨水印刷系統，其包含有：a)一非多孔性、低表面張力媒介基質；b)至少一光可固化噴墨墨水，其包含有：i)一液態載液， ii)一經研磨色素，該經研磨色素係在一包含有三乙二醇二乙烯基醚的研磨溶劑中加以研磨，iii)光起始劑，以及iv)一鹵化聚烯烴，其中該光可固化墨水組成物的溶氧量以重量計低於5ppm；以及c)一光能來源，其係被組構俾在一旦該噴墨墨水被列印於一基質上時對該噴墨墨水施加光能，該光能具有一適合於固化該光可固化噴墨墨水之頻率與能量層級。
7. 如申請專利範圍第6項的系統，其中該系統包括有二種光可固化噴墨墨水，其等每個都具有與另一種不同之色調或色彩密度。
8. 如申請專利範圍第6項的系統，其中該至少一光可固化噴墨墨水包括有一胺基丙烯酸酯，該胺基丙烯酸酯之含量為可以改善在被列印之光可固化噴墨墨水層之間的黏合性。
9. 如申請專利範圍第6項的系統，其中該至少一光可固化噴墨墨水包括有一乙烯基己內醯胺與一丙烯酸酯中之至少一者。
10. 如申請專利範圍第6項的系統，其中該鹵化聚烯烴係選自於一鹵化聚乙烯、一鹵化聚丙烯以及一鹵化聚丁烯。
11. 如申請專利範圍第6項的系統，其中該鹵化聚烯烴包含有氯化聚丙烯。
12. 如申請專利範圍第6項的系統，其中該媒介基質係為一塑膠基質。