ВОДНЫЕ ЧЕРНИЛА ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ Российский патент 2018 года по МПК B41J2/15 C09D11/30 C09D11/32 C09D11/326 C09D191/06 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[001] В настоящем документе описаны водные чернила для струйной печати, содержащие нанопигментированные или красящие частицы воска для улучшения антиадгезионных свойств и глянца, которые подходят для применения с многочисленными красками и печатными носителями.

[002] Технология струйной печати зачастую включает разбрызгивание чернил на переносящую ленту или барабан с последующим переносом чернил под давлением на печатный носитель, такой как бумага. Такая технология часто упоминается как струйная печать с переносом или переводом чернил. Технология струйной печати зачастую предполагает также разбрызгивание чернил непосредственно на печатный носитель, такое как прямая печать на бумаге.

[003] Чернила, составленные для технологий переводной или прямой струйной печати, могут содержать водные дисперсии красителей или пигментов, диспергированных так, что «средний» размер частицы или капли D50 составляет менее чем примерно 150 нанометров, и которые стабилизированы при помощи диспергатора, а также другие ингредиенты, в том числе смазывающие вещества, растворители и связующие вещества. «Средний» размер частицы или капли, как правило, представляют как d₅₀ или определяют как объемное среднее значение размера частиц при 50-процентильном распределении частиц по размеру, при этом 50% частиц в указанном распределении имеют значение размера частиц более чем d₅₀, а остальные 50% частиц в указанном распределении имеют значение размера частиц менее чем d₅₀. Средний размер частиц может быть измерен при помощи методов, в которых используют технологию светорассеяния для определения размера частиц, такую как динамическое светорассеяние. Диаметр частицы относится к длине отдельной капли дискретного слоя, полученной из изображений частиц, созданных при измерениях просвечивающей электронной микроскопии или динамического светорассеяния.

[004] Пигменты, как правило, тяжелее воды и склонны к агломерации и оседанию, если они не стабилизированы диспергатором.

[005] Задачи, связанные с разработкой чернил для переводной технологии печати, включают достижение заданной адгезии чернил и высвобождение чернил на переносящую ленту или барабан. Для достижения заданных характеристик адгезии и высвобождения может быть использована не прилипающая печатная форма, т.е. «полотно» и нанесение слоя крахмала, т.е. «покрытие», а на переносящую ленту или барабан перед разбрызгиванием чернил может быть нанесен глицерин.

[006] Задачи, связанные с разработкой чернил для технологии прямой печати на бумаге, включают задачи, имеющие отношение к печати на различных печатных средах, включая мелованную бумагу, немелованную бумагу или пластмассу, которая может быть гидрофильной или гидрофобной.

[007] Для различных вариантов реализации настоящего описания могут быть выбраны подходящие компоненты и технологические аспекты каждого из предшествующих патентов и патентных публикаций США. Кроме того, в настоящей заявке отождествляющим цитированием упомянуты различные публикации, патенты и опубликованные патентные заявки. Описание публикаций, патентов и опубликованных патентных заявок, упомянутых в настоящей заявке, включено в настоящее описание посредством ссылки для более полного описания уровня техники в области, к которой относится настоящее изобретение.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[008] Описана композиция водных чернил, содержащая воду; сорастворитель; и водную субмикронную дисперсию красящего воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; причем водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с образованием концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества относительно массы; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединением измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; причем расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора.

[009] Описана также композиция водных чернил, содержащая воду; два или более сорастворителей гликолевого типа; и водную субмикронную дисперсию воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; причем водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с образованием концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества относительно массы; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединением измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; причем расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора.

[0010] Описан также способ струйной печати водными чернилами с применением композиции водных чернил, включающий введение композиции водных чернил в струйное печатающее устройство; при этом композиция водных чернил содержит воду; сорастворитель; и водную субмикронную дисперсию красящего воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; причем водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с образованием концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества относительно массы; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединение измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; причем расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора; разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения на промежуточный элемент для переноса изображения; необязательно нагревание изображения для частичного или полного удаления растворителей; и перенос чернил по всей ширине изображения с промежуточного элемента для переноса изображения на конечную записывающую подложку; или разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения непосредственно на конечную подложку приема изображения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] На фиг. 1 показано изображение электронной микрофотографии в просвечивающем микроскопе дисперсии пигментированного воска в соответствии с настоящим описанием.

[0012] На фиг. 2 показано изображение электронной микрофотографии в просвечивающем микроскопе дисперсии пигментированного воска в соответствии с настоящим описанием.

[0013] На фиг. 3 показан график реологических свойств, демонстрирующий зависимость сдвиговой вязкости (ось y) от скорости сдвига (ось x) для композиции водных чернил в соответствии с настоящим описанием.

[0014] На фиг. 4 показан график реологических свойств, демонстрирующий зависимость сдвиговой вязкости (ось y) от скорости сдвига (ось x) для композиции водных чернил в соответствии с настоящим описанием.

[0015] На фиг. 5 показан график реологических свойств, демонстрирующий зависимость сдвиговой вязкости (ось y) от скорости сдвига (ось x) для композиции водных чернил в соответствии с настоящим описанием.

[0016] На фиг. 6 показано изображение отпечатанных точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку фотобумаги.

[0017] На фиг. 7 показано изображение отпечатанных точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®.

[0018] На фиг. 8 показано изображение отпечатанных точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® 4200.

[0019] На фиг. 9 показано изображение отпечатанных линий, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку фотобумаги.

[0020] На фиг. 10 показано изображение отпечатанных линий, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®.

[0021] На фиг. 11 показано изображение отпечатанных линий, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® 4200.

[0022] На фиг. 12 показано изображение отпечатанных точек, демонстрирующее округлость точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку фотобумаги.

[0023] На фиг. 13 показано изображение отпечатанных точек, демонстрирующее округлость точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®.

[0024] На фиг. 14 показано изображение отпечатанных точек, демонстрирующее округлость точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® 4200.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] Описаны композиции чернил для струйной печати, содержащие пигментированные или красящие частицы воска.

[0026] Композиции водных чернил в настоящем документе содержат дисперсии пигментированных восков. Согласно вариантам реализации изобретения композиции водных чернил содержат дисперсию инкапсулированного пигмента, имеющего D50 от примерно 140 нанометров до примерно 220 нанометров. Дисперсия воска может быть получена при помощи плунжерного гомогенизатора высокого давления. Согласно вариантам реализации изобретения дисперсии пигментированных восков включают дисперсии, описанные в заявке на патент США с серийным номером 14/256937 (номер патентного реестра 20130505-US-NP), которая включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. Согласно вариантам реализации изобретения дисперсия пигментированного воска представляет собой водную субмикронную дисперсию пигментированного воска, содержащую множество частиц пигментированного воска, содержащих пигментную сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы пигментированного воска имеют распределение частиц по размеру от 150 нанометров до менее 300 нанометров.

[0027] Дисперсия пигментированного воска может быть получена по способу, описанному в заявке на патент США с серийным номером 14/256937 (номер патентного реестра 20130505-US-NP), включающему (а) расплавление и смешивание сухого пигмента по меньшей мере с одним воском с образованием концентрата пигмента, при этом концентрат пигмента содержит по меньшей мере 25 процентов пигмента относительно массы; (b) измельчение концентрата пигмента стадии (а) с получением измельченного концентрата пигмента; (с) объединение измельченного концентрата пигмента (b) с водой и диспергирование с образованием дисперсии пигментированного воска, содержащей множество частиц пигментированного воска, содержащих пигментную сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы пигментированного воска имеют распределение частиц по размеру от 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; причем расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора.

[0028] Предложенный способ получения дисперсии пигментированного воска включает (а) расплавление и смешивание сухого пигмента по меньшей мере с одним воском с образованием концентрата пигмента, при этом концентрат пигмента содержит по меньшей мере 25 процентов пигмента относительно массы; (b) измельчение концентрата пигмента стадии (а) с получением измельченного концентрата пигмента; и (с) объединение измельченного концентрата пигмента (b) с водой и диспергирование с образованием дисперсии пигментированного воска, содержащей множество частиц пигментированного воска, содержащих пигментную сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы пигментированного воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; причем расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора. Частицы пигментированного воска имеют средний размер частиц от примерно 80 до примерно 300 нанометров, или от примерно 100 до примерно 250 нанометров, или от примерно 170 до примерно 230 нанометров. В некоторых вариантах реализации частицы пигментированного воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 до менее примерно 230 нанометров или от примерно 150 до менее примерно 200 нанометров. В некоторых вариантах реализации частицы пигментированного воска имеют Z-средний размер частиц, составляющий примерно 200 нанометров. Средний размер частиц может быть измерен любым подходящим или требуемым способом, например, при помощи анализатора размеров частиц Nanotrac^TM 252 (Microtrac, Монтгомеривилл, штат Пенсильвания, США).

[0029] Процесс диспергирования пигмента может быть осуществлен в любом подходящем или требуемом устройстве. Согласно вариантам реализации изобретения процессы диспергирования пигментированного воска выполняют в группе реакторов, оснащенных рубашкой и расположенных вокруг мельницы, согласно вариантам реализации изобретения реактор, оснащенный рубашкой, расположен вокруг корзинной мельницы или погружной мельницы. Как правило, мельница содержит реактор с нагревательной рубашкой, лопасть диспергирующего устройства для смешивания обменно-фазового носителя и необязательного диспергатора и последующего смешивания обменно-фазового носителя и необязательно диспергатора с пигментом для смачивания пигмента, или головку погружной мельницы (корзинный узел), содержащую мелющую среду, согласно вариантам реализации изобретения - керамическую мелющую среду, для диспергирования пигмента.

[0030] В одном из вариантов реализации расплавление, смешивание, смачивание и диспергирование происходит в одном и том же реакторе, а смесительную лопасть заменяют погружной мельницей или корзинной мельницей. В другом варианте реализации расплавление, смешивание и смачивание происходит в разных реакторах, а затем увлажненную смесь переносят в погружную мельницу.

[0031] Согласно вариантам реализации изобретения расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице.

[0032] Согласно вариантам реализации изобретения объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора.

[0033] В некоторых вариантах реализации расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице, а объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора. Преимущества, достигаемые при помощи предложенного способа, в том числе применение погружной мельницы согласно вариантам реализации изобретения - погружной мельницы Hockmeyer - для измельчения увлажненного пигмента, включают то, что для погружной мельницы необходима только одна емкость для операций диспергирования (смачивания) и измельчения пигмента. Следовательно, предложен упрощенный способ. Ранее измельчение увлажненного пигмента выполняли при помощи горизонтальной мельницы, для которой необходим питающий бак, питающий насос и соединительные патрубки для рециркуляции материалов между питающим баком и камерой измельчения. Кроме того, предложенный способ с применением погружной мельницы для стадий (а) и (b) имеет преимущество, которое заключается в том, что в погружной мельнице используют верхний привод для поддержки измельчающей корзины и вращения крыльчатки. Указанный способ может быть осуществлен при атмосферном давлении, и он не требует механического уплотнения приводного вала. Горизонтальная мельница работает при давлении до 100 psi и требует механического уплотнения приводного вала. Дополнительное преимущество предложенного способа заключается в том, что в погружной мельнице измельчение происходит внутри погружной корзины. Для небольших измельчающих корзин необходимы небольшие количества мелющей среды и меньшее количество энергии для достижения более высокой скорости крыльчатки.

[0034] Расплавление и смешивание сухого пигмента по меньшей мере с одним воском может быть осуществлено при помощи лопасти диспергирующего устройства с большим усилием сдвига или при помощи крыльчатки, установленной внутри реактора с рубашкой. Скорость вращения крыльчатки (об/мин), окружная скорость конца лопасти (футов в секунду) и температура могут быть любыми подходящими или требуемыми скоростями или температурой, согласно вариантам реализации изобретения - при температурах выше 100°С, выше 120°С, от 100 до примерно 170°С, от 110 до 170°С или от 110 до 160°С, при количестве оборотов в минуту от примерно 500 до примерно 5500 об/мин, или от 500 до примерно 5000 об/мин, или от 3000 до примерно 5200 об/мин, и при окружной скорости конца лопасти от 3 до 40 футов в секунду или от 23 футов в секунду до 40 футов в секунду.

[0035] Расплавление и смешивание сухого пигмента по меньшей мере с одним воском может быть осуществлено при любой подходящей или требуемой температуре. Согласно вариантам реализации изобретения расплавление и смешивание на стадии (а) выполняют при температуре от примерно 90 до примерно 170°С, или от примерно 100 до примерно 145°С, или от примерно 120 до примерно 140°С.

[0036] Расплавление и смешивание сухого пигмента по меньшей мере с одним воском может быть осуществлено в течение любого подходящего или требуемого времени. Согласно вариантам реализации изобретения расплавление и смешивание на стадии (а) выполняют в течение периода времени от примерно 0,1 до примерно 10 часов, или от примерно 4 до примерно 10 часов, или от примерно 5 до примерно 8 часов, или от примерно 6 до примерно 7 часов. В конкретном варианте реализации расплавление и смешивание на стадии (а) выполняют в течение периода времени от примерно 1 до примерно 4 часов.

[0037] Смешивание на стадии (а) может быть выполнено любым подходящим или требуемым способом. Согласно вариантам реализации изобретения смешивание на стадии (а) выполняют при помощи лопасти диспергирующего устройства, установленной на скорость вращения от примерно 500 до примерно 5500 оборотов в минуту, от примерно 1500 до примерно 4000 оборотов в минуту или от примерно 2000 до примерно 3000 оборотов в минуту.

[0038] Измельчение на стадии (b) может быть выполнено при помощи любого подходящего или требуемого способа. Согласно вариантам реализации изобретения измельчение на стадии (b) включает стадию размола. Для стадии измельчения (b) может быть использована погружная мельница или корзинная мельница. Корзинная мельница на боковине и на дне может содержать сита, имеющие подходящие отверстия, такие как отверстия размером 0,1 миллиметра, и может быть заполнена мелющей средой, такой как керамическая мелющая среда, согласно вариантам реализации изобретения - мелющая среда из сферических частиц оксида циркония диаметром 0,3 миллиметра. Корзинная мельница может быть оснащена шнеком для подачи расплавленных смешанных частиц пигмента и воска в мельницу. Центробежная сила, создаваемая ротором и мелющей средой, выдавливает суспензию через боковое и нижнее сито. Измельчение можно выполнять в течение любого подходящего или требуемого периода времени, согласно вариантам реализации изобретения - в течение нескольких часов, до достижения требуемого распределения частиц по размеру.

[0039] Для предложенных в настоящем документе способов может быть выбрана любая подходящая или требуемая мельница. Согласно вариантам реализации изобретения мельница может быть такой, как описано в патенте США 7559493, который включен в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. Согласно вариантам реализации изобретения предложенный в настоящем документе способ может быть осуществлен при помощи мельницы Hockmeyer HCPN Dispermill®, имеющейся в продаже у компании Hockmeyer Equipment Corporation, которая представляет собой микромельницу. Она представляет собой погружную мельницу, включая вертикальную корзинную мельницу, в которой для измельчения материалов, таких как, например, пигменты, используют мелющую среду. В дополнительных вариантах реализации мельница может представлять собой мельницу, описанную в патентах США 5184783; 5497948; 5820040; 7175118; 7559493; 7828234; 7883036; 7914200; 8182133; или 8376252; каждый из которых включен в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.

[0040] В головку погружной мельницы (корзинный узел) может быть введен любой подходящий или требуемый мелющий материал, такой как гранулы или дробь. Согласно вариантам реализации изобретения на стадии измельчения в мелющую головку помещают 40 миллилитров частиц оксида циркония диаметром 0,3 миллиметра.

[0041] Согласно вариантам реализации изобретения стадию измельчения (а) осуществляют при температуре от примерно 90 до примерно 170°С, или от примерно 100 до примерно 145°С, или от примерно 120 до примерно 140°С.

[0042] Стадию измельчения (b) можно выполнять в течение любого подходящего или требуемого периода времени, согласно вариантам реализации изобретения стадию измельчения (b) выполняют в течение периода времени от примерно 0,1 до примерно 8 часов, или от примерно 1 до примерно 8 часов, или от примерно 3 до примерно 6 часов, или от примерно 2 до примерно 4 часов. В конкретном варианте реализации расплавление и смешивание на стадии (а) выполняют в течение периода времени от примерно 0,1 до примерно 4 часов.

[0043] Измельченный концентрат пигмента стадии (b) можно использовать сразу или можно хранить для дальнейшего использования. Согласно вариантам реализации изобретения измельченный концентрат пигмента стадии (b) выгружают в алюминиевые лотки.

[0044] Стадия смешивания (с) может быть осуществлена любым подходящим или требуемым способом. Согласно вариантам реализации изобретения стадия смешивания (с) включает (1) предварительную гомогенизацию с последующей (2) гомогенизацией. Например, согласно вариантам реализации изобретения стадия смешивания (с) включает (1) предварительную гомогенизацию в течение периода времени от примерно 0,1 до примерно 1,5 часов при температуре от примерно 90 до примерно 170°С, при скорости от примерно 100 до примерно 1000 об/мин и при давлении от примерно 300 до примерно 1000 psi; с последующей (2) гомогенизацией в течение периода времени от примерно 0,5 до примерно 5 часов при температуре от примерно 90 до примерно 170 °С, при скорости от примерно 100 до примерно 1000 об/мин и при давлении от примерно 4000 до примерно 8000 psi.

[0045] Указанный способ может дополнительно включать (d) охлаждение дисперсии пигментированного воска до любой подходящей или требуемой температуры, (e) фильтрование дисперсии пигментированного воска; и (f) выгрузку дисперсии пигментированного воска.

[0046] Стадия охлаждения (d) может включать охлаждение дисперсии пигментированного воска до любой подходящей или требуемой температуры; согласно вариантам реализации изобретения - охлаждение до температуры от примерно 20 до примерно 50°С.

[0047] Стадия фильтрования (e) может быть осуществлена любым подходящим или требуемым способом. Согласно вариантам реализации изобретения фильтрование дисперсии пигментированного воска включает фильтрование через фильтр с размером отверстий от примерно 100 до примерно 300 микрометров. Согласно вариантам реализации изобретения дисперсию пигментированного воска можно фильтровать через 150-микронный нейлоновый фильтр при температуре от 20 до примерно 50°С.

[0048] Частицы дисперсии пигментированного воска обеспечивают пигментные дисперсии с мелкими частицами воска. Размер частиц пигментированного воска можно измерить при помощи любого количества подходящих приборов динамического светорассеяния, таких как Malvern Zetasizer. Например, можно контролировать Z-средний размер частиц в зависимости от времени для измерения стабильности частиц пигментов при их выдерживании при повышенных температурах, таких как примерно 120°С. Согласно вариантам реализации изобретения частицы пигментированного воска имеют Z-средний размер частиц от примерно 80 до примерно 300 нанометров, или от примерно 100 до примерно 250 нанометров, или от примерно 120 до примерно 230 нанометров, или от примерно 170 до примерно 230 нанометров.

[0049] Дисперсия пигментированного воска может находиться в композиции водных чернил в любом подходящем или требуемом количестве. Согласно вариантам реализации изобретения дисперсия пигментированного воска находится в композиции водных чернил в количестве от примерно 0 до примерно 70, или от примерно 10 до примерно 60, или от примерно 25 до примерно 45 процентов по массе в пересчете на общую массу композиции водных чернил. При использовании восковой дисперсии на основе красителя, указанная восковая дисперсия на основе красителя также может находиться в водных чернилах в любом подходящем или требуемом количестве. Согласно вариантам реализации изобретения дисперсия красящего воска находится в композиции водных чернил в количестве от примерно 0 до примерно 70, или от примерно 10 до примерно 60, или от примерно 25 до примерно 45 процентов по массе в пересчете на общую массу композиции водных чернил.

[0050] Композиции водных чернил содержат водный жидкий носитель. Общее количество жидкого носителя может быть обеспечено в любом подходящем или требуемом количестве. Согласно вариантам реализации изобретения жидкий носитель находится в композиции водных чернил в количестве от примерно 75 до примерно 97 процентов, или от примерно 80 до примерно 95 процентов, или от примерно 85 до примерно 95 процентов по массе в пересчете на общую массу композиции водных чернил.

[0051] Композиции чернил, предложенные в настоящем документе, могут состоять только из воды или могут содержать смесь воды и водорастворимого или смешивающегося с водой органического компонента, называемого сорастворителем, смачивающим реагентом или т.п. (далее сорастворитель), такого как спирты и производные спиртов, в том числе алифатические спирты, ароматические спирты, диолы, гликолевые эфиры, полигликолевые эфиры, длинноцепочечные спирты, первичные алифатические спирты, вторичные алифатические спирты, 1,2-спирты, 1,3-спирты, 1,5-спирты, простые алкиловые эфиры этиленгликоля, простые алкиловые эфиры пропиленгликоля, метоксилированный глицерин, этоксилированный глицерин, более высокие гомологи простых алкиловых эфиров полиэтиленгликоля и т.п., при этом конкретные примеры включают этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоли, глицерин, дипропиленгликоли, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли, триметилолпропан, 1,5-пентандиол, 2-метил-1,3-пропандиол, 2-этил-2-гидроксиметил-1,3-пропандиол, 3-метоксибутанол, 3-метил-1,5-пентандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 2,4-гептандиол и т.п.; также подходящими являются амиды, простые эфиры, мочевина, замещенные мочевины, такие как тиомочевина, этиленмочевина, алкилмочевина, алкилтиомочевина, диалкилмочевина и диалкилтиомочевина, карбоновые кислоты и их соли, такие как 2-метилпентановая кислота, 2-этил-3-пропилакриловая кислота, 2-этилгексановая кислота, 3-этоксипропионовая кислота и т.п., сложные эфиры, органосульфиды, органосульфоксиды, сульфоны (такие как сульфолан), карбитол, бутилкарбитол, целлозольв, простые эфиры, простой монометиловый эфир трипропиленгликоля, производные простых эфиров, простые гидроксиэфиры, аминоспирты, кетоны, N-метилпирролидинон, 2-пирролидинон, циклогексилпирролидон, амиды, сульфоксиды, лактоны, полиэлектролиты, метилсульфонилэтанол, имидазол, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, бетаин, сахара, такие как 1-дезокси-D-галактитол, маннитол, инозитол и т.п., замещенные и незамещенные формамиды, замещенные и незамещенные ацетамиды и другие водорастворимые или смешивающиеся с водой материалы, а также их смеси. Согласно вариантам реализации изобретения сорастворитель выбирают из группы, состоящей из этиленгликоля, N-метилпирролидинона, метоксилированного глицерина, этоксилированного глицерина и их смесей. При выборе в качестве жидкого носителя смесей воды и водорастворимых или смешивающихся с водой органических жидкостей диапазоны отношения воды к органической жидкости могут представлять собой любое подходящее или требуемое отношение, согласно вариантам реализации изобретения от примерно 100:0 до примерно 30:70, или от примерно 97:3 до примерно 40:60, или от примерно 95:5 до примерно 60:40. Неводный компонент жидкого носителя обычно служит в качестве смачивающего реагента или сорастворителя, имеющего более высокую точку кипения, чем точка кипения воды (100°С). Органический компонент связующего вещества, входящего в носитель чернил, может также служить для изменения поверхностного натяжения чернил, для изменения вязкости чернил, растворения или диспергирования красящего вещества и/или влияния на характеристики процесса сушки чернил.

[0052] В некоторых вариантах реализации изобретения сорастворитель выбирают из группы, состоящей из сульфолана, метилэтилкетона, изопропанола, 2-пирролидинона, полиэтиленгликоля и их смесей.

[0053] В других вариантах реализации изобретения композиция водных чернил содержит воду; два или более сорастворителей гликолевого типа; и водную субмикронную дисперсию воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров. В некоторых вариантах реализации изобретения красящее вещество представляет собой пигмент. В конкретных вариантах реализации изобретения по меньшей мере один из гликолевых сорастворителей представляет собой глицерин. В конкретном варианте реализации сорастворители представляют собой глицерин и 1,3-пропандиол; и глицерин и 1,3-пропандиол находятся в соотношении от 6:1 до 1:2, соответственно. В другом конкретном варианте реализации сорастворители представляют собой глицерин и 1,3-пропандиол, и глицерин и 1,3-пропандиол находятся в соотношении от 2:1 до 5:1, соответственно, а общее количество сорастворителя составляет менее примерно 35 процентов по массе в пересчете на общую массу чернил и более 10 процентов по массе в пересчете на общую массу чернил.

[0054] Общее количество жидкого носителя может быть обеспечено в любом подходящем или требуемом количестве. Согласно вариантам реализации изобретения жидкий носитель находится в составе эластичной композиции в количестве от примерно 75 до примерно 97 процентов, или от примерно 80 до примерно 95 процентов, или от примерно 85 до примерно 95 процентов по массе в пересчете на общую массу композиции эластичных чернил.

[0055] Дисперсии пигментированного воска согласно настоящему изобретению могут содержать любой подходящий или требуемый красящий пигмент. Например, красящее вещество может представлять собой пигмент или краситель. В конкретных вариантах реализации изобретения красящее вещество представляет собой пигмент. В конкретном варианте реализации красящее вещество представляет собой пигмент, выбранный из группы, состоящей из пурпурного пигмента, голубого пигмента, желтого пигмента, черного пигмента, а также их смесей и комбинаций. Дисперсии пигментированного воска могут быть стабилизированы синергистами и диспергаторами.

[0056] Примеры подходящих пигментов включают PALIOGEN® фиолетовый 5100 (BASF); PALIOGEN® фиолетовый 5890 (BASF); HELIOGEN® зеленый L8730 (BASF); LITHOL® алый D3700 (BASF); SUNFAST® синий 15:4 (Sun Chemical); Hostaperm® синий B2G-D (Clariant); Hostaperm® синий B4G (Clariant); SPECTRA® PAC C синий 15:4 (Sun Chemical); перманентный красный P-F7RK; Hostaperm® фиолетовый BL (Clariant); LITHOL® алый 4440 (BASF); Bon красный C (Dominion Color Company); ORACET® розовый RF (BASF); PALIOGEN® красный 3871 K (BASF); SUNFAST® синий 15:3 (Sun Chemical); PALIOGEN® красный 3340 (BASF); SUNFAST® карбазол фиолетовый 23 (Sun Chemical); LITHOL® прочный алый L4300 (BASF); SUNBRITE® желтый 17 (Sun Chemical); HELIOGEN® синий L6900, L7020 (BASF); SUNBRITE® желтый 74 (Sun Chemical); SPECTRA® PAC C оранжевый 16 (Sun Chemical); HELIOGEN® синий K6902, K6910 (BASF); SUNFAST® маджента 122 (Sun Chemical); HELIOGEN® синий D6840, D7080 (BASF); судан синий OS (BASF); NEOPEN® синий FF4012 (BASF); PV прочный синий B2GO1 (Clariant); IRGALITE® синий GLO (BASF); PALIOGEN® синий 6470 (BASF); судан оранжевый G (Aldrich); судан оранжевый 220 (BASF); PALIOGEN® оранжевый 3040 (BASF); PALIOGEN® желтый 152, 1560 (BASF); LITHOL® прочный желтый 0991 K (BASF); PALIOTOL® желтый 1840 (BASF); NOVOPERM® желтый FGL (Clariant); желтый для струйной печати 4G VP2532 (Clariant); тонер желтый HG (Clariant); Lumogen® желтый D0790 (BASF); Suco желтый L1250 (BASF); Suco желтый D1355 (BASF); Suco прочный желтый D1355, D1351 (BASF); HOSTAPERM® розовый E 02 (Clariant); ганза бриллиантовый желтый 5GX03 (Clariant); перманентный желтый GRL 02 (Clariant); перманентный рубиновый L6B 05 (Clariant); FANAL® розовый D4830 (BASF); CINQUASIA® маджента (DU PONT); PALIOGEN® черный L0084 (BASF); пигмент черный K801 (BASF); и технический углерод, такой как REGAL 330™ (Cabot), Nipex 150 (Evonik), техуглерод 5250 и техуглерод 5750 (Columbia Chemical), и т.п., а также их смеси.

[0057] Дисперсии пигментированного воска могут содержать любой подходящий или требуемый воск. Воск может быть выбран в соответствии с требуемым готовым продуктом.

[0058] Согласно вариантам реализации изобретения воск выбирают из группы, состоящей из полиолефинов, карнаубского воска, рисового воска, канделильского воска, сумахового воска, масла жожоба, пчелиного воска, монтанного воска, озокерита, церезина, парафинового воска, микрокристаллического воска, воска Фишера-Тропша, стеарилстеарата, бегенилбегената, бутилстеарата, пропилолеата, глицерид-моностеарата, глицерид-дистеарата, тетрабегената пентаэритрита, моностеарата диэтилингликоля, дистеарата дипропиленгликоля, диглицерилдистеарата, триглицерилтетрастеарата, сорбитанмоностеарата, полиэтиленового воска, сложноэфирного воска, амидного воска, жирных кислот, жирных спиртов, жирных амидов и их комбинаций.

[0059] Следовательно, предложена водная субмикронная дисперсия пигментированного воска, содержащая множество частиц пигментированного воска, содержащих пигментную сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы пигментированного воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров.

[0060] Согласно вариантам реализации изобретения водная субмикронная дисперсия пигментированного воска содержит по меньшей мере 25 процентов по массе пигмента в пересчете на общую массу пигмента и воска в дисперсии пигментированного воска.

[0061] Водная субмикронная дисперсия пигментированного воска представляет собой низковязкую дисперсию, имеющую вязкость, примерно равную вязкости воды. Согласно вариантам реализации изобретения водная субмикронная дисперсия пигментированного воска имеет вязкость от примерно 1,2 до примерно 12 сантипуаз. Согласно вариантам реализации изобретения водные чернила имеют вязкость от примерно 1,2 до примерно 12 сантипуаз в температурном диапазоне от примерно 20°С до примерно 40°С.

[0062] Согласно вариантам реализации стабильная водная дисперсия пигмента, инкапсулированного в воске, полученная при помощи плунжерного гомогенизатора высокого давления, в различных вариантах реализации имеет D50 от примерно 140 нанометров до примерно 220 нанометров. В некоторых вариантах реализации воски могут представлять собой полиметиленовые воски или полиэтиленовые воски, имеющие разные молекулярные массы и имеющие точку плавления от менее примерно 60°С до примерно 100°С. Содержание твердого вещества в дисперсии может варьироваться. Согласно вариантам реализации изобретения дисперсия пигментированного воска имеет содержание твердого вещества от примерно 15 процентов по массе до примерно 35 процентов пигмента по массе в пересчете на общую массу дисперсии пигмента.

[0063] Чернила, описанные в настоящем документе, также могут содержать поверхностно-активное вещество. Примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают ионные поверхностно-активные вещества, анионные поверхностно-активные вещества, катионные поверхностно-активные вещества, неионогенные поверхностно-активные вещества, цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества и т.п., а также их смеси. Примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают алкилполиэтиленоксиды, алкилфенилполиэтиленоксиды, блок-сополимеры полиэтиленоксида, ацетиленовые полиэтиленоксиды, сложные (ди)эфиры полиэтиленоксида, полиэтиленоксид амины, протонированные полиэтиленоксид амины, протонированные полиэтиленоксид амиды, полидиметилсилоксан сополиолы, замещенные аминоксиды и т.п., при этом конкретные примеры включают соединения первичных, вторичных и третичных солей амина, такие как соли соляной кислоты, соли уксусной кислоты лауриламина, амин жирных кислот кокосового масла, стеариламин, амин канифоли; соединения типа четвертичных солей аммония, такие как хлорид лаурилтрметиламмония, хлорид цетилтриметиламмония, хлорид бензилтрибутиламмония, бензалконий хлорид и т.п.; соединения типа солей пиридиния, такие как хлорид цетилпиридиния, бромид цетилпиридиния и т.п.; неионогенное поверхностно-активное вещество, такое как простые алкиловые эфиры полиоксиэтилена, сложные алкиловые эфиры полиоксиэтилена, спирты ацетиленового ряда, гликоли ацетиленового ряда; и другие поверхностно-активные вещества, такие как 2-гептадеценилгидроксиэтилимидазолин, дигидроксиэтилстеариламин, стеарилдиметилбетаин и лаурилдигидроксиэтилбетаин; фторсодержащие поверхностно-активные вещества; и т.п., а также их смеси. Дополнительные примеры неионогенных поверхностно-активных веществ включают полиакриловую кислоту, металозу, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, пропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, цетиловый эфир полиоксиэтилена, лауриловый эфир полиоксиэтилена, октиловый эфир полиоксиэтилена, октилфениловый эфир полиоксиэтилена, олеиловый эфир полиоксиэтилена, сорбитанмонолаурат полиоксиэтилена, стеариловый эфир полиоксиэтилена, нонилфениловый эфир полиоксиэтилена, диалкилфенокси поли(этиленокси) этанол, которые можно приобрести в компании Rhone-Poulenc как IGEPAL CA-210™ IGEPAL CA-520™, IGEPAL CA-720™, IGEPAL CO- 890™, IGEPAL C0-720™, IGEPAL C0-290™, IGEPAL CA-21O^TM, ANTAROX 890™ и ANTAROX 897™. Другие примеры подходящих неионогенных поверхностно-активных веществ включают блок-сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида, в том числе соединения, коммерчески доступные как SYNPERONIC™ PE/F, такие как SYNPERONIC™ PE/F 108. Другие примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают сульфаты и сульфонаты, додецилсульфат натрия (SDS), додецилбензол сульфонат натрия, додецилнафталин сульфат натрия, диалкилбензолалкил сульфаты и сульфонаты, кислоты, такие как абиетиновая кислота, которую можно приобрести в компании Sigma-Aldrich, NEOGEN R™, NEOGENSC™, которые можно приобрести в компании Daiichi Kogyo Seiyaku, их комбинации и т.п. Другие примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают DOWFAX™ 2A1, алкилдифенилоксид дисульфонат от компании Dow Chemical Company и/или TAYCA POWER BN2060 от компании Tayca Corporation (Япония), которые представляют собой разветвленные додецилбензолсульфонаты натрия. Другие примеры подходящих катионных поверхностно-активных веществ, которые обычно положительно заряжены, включают хлорид алкилбензилдиметиламмония, хлорид диалкилбензолалкиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, хлорид алкилбензилметиламмония, бромид алкилбензилдиметиламмония, бензалконий хлорид, бромид цетилпиридиния, бромиды C12, C15, C17 триметиламмония, соли галоидоводородной кислоты четвертичных полиоксиэтилалкиламинов, хлорид додецилбензилтриэтил аммония, MIRAPOL™ и ALKAQUAT™, которые можно приобрести в компании Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (бензалконий хлорид), который можно приобрести в компании Kao Chemicals и т.п., а также их смеси. Можно использовать смеси любых двух или более поверхностно-активных веществ.

[0064] Дополнительное поверхностно-активное вещество может присутствовать в любом требуемом или эффективном количестве, согласно вариантам реализации изобретения поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от примерно 0,01 до примерно 5 процентов по массе в пересчете на общую массу композиции чернил. Следует отметить, что в некоторых случаях поверхностно-активные вещества называют диспергирующими агентами.

[0065] Композиция чернил может дополнительно содержать добавки. Необязательные добавки, которые могут быть включены в композиция чернил, включают биоциды, фунгициды, рН-регулирующие агенты, такие как кислоты или основания, фосфатные соли, карбоксилатные соли, сульфитные соли, аминные соли, буферные растворы и т.п., комплексообразователи, такие как ЭДТК (этилендиаминтетрауксусная кислота), модификаторы вязкости, выравнивающие агенты и т.п., а также их смеси.

[0066] Композиции водных чернил согласно настоящему изобретению, содержащие частицы пигментированного воска или частицы красящего воска, обладают улучшенными свойствами высвобождения (антиадгезионными) по сравнению с предыдущими композициями водных чернил, которые не содержат частиц пигментированного воска или частиц красящего воска. Поскольку пигменты и красители инкапсулированы в воске, то чернила, изготовленные с применением инкапсулированных в воске пигментов, с большей вероятностью будут полностью перенесены на бумагу с применением или без применения «покрытия». Поскольку пигменты инкапсулированы в воске, то они меньше склонны к укрупнению. Кроме того, инкапсулированные в воске пигменты легче, чем пигмент (пигмент, не инкапсулированный в воске, или применяемый самостоятельно пигмент), поэтому они меньше склонны к оседанию.

[0067] Отпечатки, сделанные при помощи предложенных водных воскосодержащих чернил, обладают улучшенными характеристиками глянца, демонстрируют более широкую цветовую гамму и имеют более продолжительный срок годности, чем чернила, не имеющие в своем составе инкапсулированных в воске пигментов или инкапсулированных в воске красителей. Предложенные композиции водных чернил, содержащие дисперсии частиц пигментированного воска, обеспечивают чернила для струйной печати, обладающие значительно улучшенной «антиадгезионной» эффективностью (эффективностью высвобождения0 при использовании в переводных струйных принтерах, и они подходят для широкого ряда печатных сред.

[0068] Согласно вариантам реализации изобретения предложены композиции водных чернил, содержащие дисперсии воска, которые содержат циан, маджента, желтый, черный или другие пигменты или красители специальных цветов.

[0069] Согласно вариантам реализации изобретения композиция чернил представляет собой низковязкий состав. Термин «низковязкий» используется в противоположность обычным высоковязким чернилам, таким как чернила для трафаретной печати, которые обладают вязкостью по меньшей мере 1000 сантипуаз (сПз). В конкретных вариантах реализации чернила, описанные в настоящем документе, имеют вязкость не более чем примерно 100 сПз, не более чем примерно 50 сПз или не более чем примерно 20 сПз, или от примерно 2 до примерно 30 сПз при температуре примерно 30°С, хотя их вязкость может выходить за пределы указанных диапазонов. При использовании для струйной печати композиции чернил, как правило, имеют вязкость, подходящую для применения в указанных способах струйной печати. Например, для термографической струйной печати (т.е. примерно 25°С) вязкость чернил при комнатной температуре составляет по меньшей мере примерно 1 сантипуаз, не более чем примерно 10 сантипуаз, не более примерно 7 сантипуаз или не более чем примерно 5 сантипуаз, хотя их вязкость может выходить за пределы указанных диапазонов. Для пьезоэлектрической струйной печати вязкость чернил при температуре разбрызгивания составляет по меньшей мере примерно 2 сантипуаз, по меньшей мере примерно 3 сантипуаза, не более чем примерно 20 сантипуаз, не более чем примерно 15 сантипуаз или не более примерно 10 сантипуаз, хотя их вязкость может выходить за пределы указанных диапазонов. Температура разбрызгивания может быть низкой, такой как примерно от 20 до 25°С, и может быть высокой, такой как примерно 70 °С, примерно 50°С или примерно 40°С, хотя температура разбрызгивания может выходить за пределы указанных диапазонов.

[0070] Согласно вариантам реализации изобретения предложенные композиции чернил имеют вязкость от примерно 2 до примерно 20 сантипуаз при температуре разбрызгивания, составляющей от примерно 30°С до примерно 40°С. В некоторых вариантах реализации предложенные композиции чернил имеют вязкость от примерно 2 до примерно 20 сантипуаз при температуре примерно 30°С.

[0071] Предложенные композиции чернил имеют определенные характеристики поверхностного натяжения, которые обеспечивают смачивающие и антиадгезионные свойства, подходящие для непрямой печати. Согласно вариантам реализации изобретения композиция чернил выбирают так, чтобы обеспечивать подходящее поверхностное натяжение, вязкость и размер частиц для применения в пьезоэлектрической головке струйного принтера.

[0072] Согласно вариантам реализации изобретения предложенный композиция чернил имеет поверхностное натяжение от примерно 15 до примерно 50 дин на сантиметр или от примерно 18 до примерно 38 дин на сантиметр, или от примерно 20 до примерно 35 дин на сантиметр, хотя поверхностное натяжение может выходить за пределы указанных диапазонов.

[0073] Композиции чернил могут быть получены любым подходящим способом, таким как простое смешивание ингредиентов. Один из способов включает смешивание всех ингредиентов чернил и фильтрование смеси с получением чернил. Чернила могут быть получены смешиванием ингредиентов, нагреванием в случае необходимости и фильтрованием, с последующим добавлением к смеси любых требуемых дополнительных добавок и перемешиванием при комнатной температуре при умеренном встряхивании до образования однородной смеси, согласно вариантам реализации изобретения - от примерно 5 до примерно 10 минут. Альтернативно, необязательные добавки к чернилам могут быть смешаны с другими ингредиентами чернил во время процесса получения чернил, который происходит в соответствии с любым требуемым способом, таким как смешивание всех ингредиентов, нагревание в случае необходимости и фильтрование.

[0074] В конкретном варианте реализации чернила получают следующим образом: 1) получение дисперсии пигментированного воска (а) расплавлением и смешиванием сухого пигмента по меньшей мере с одним воском с образованием концентрата пигмента, при этом концентрат пигмента содержит по меньшей мере 25 процентов пигмента относительно массы; (b) измельчением концентрата пигмента стадии (а) с получением измельченного концентрата пигмента; (с) объединением измельченного концентрата пигмента (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии пигментированного воска, содержащей множество частиц пигментированного воска, содержащих пигментную сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы пигментированного воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; 2) смешивание дисперсии пигментированного воска с водным носителем чернил; 3) необязательное фильтрование смеси; 4) добавление других компонентов, таких как дополнительное количество воды, сорастворителей и необязательных добавок; и 5) необязательно фильтрование композиции.

[0075] В настоящем документе описан также способ, который включает нанесение композиции чернил, описанной в настоящем документе, на подложку по всей ширине изображения (imagewise pattern).

[0076] Композиции чернил могут быть использованы в способе, который включает введение композиции чернил в струйное печатающее устройство и образование капель чернил, разбрызгиваемых на подложку по всей ширине изображения. В конкретном варианте реализации в печатающем устройстве используется термографический способ струйной печати, в котором чернила в соплах выборочно нагреваются по всей ширине изображения, в результате чего капли чернил разбрызгиваются по всей ширине изображения. В другом варианте реализации в печатающем устройстве используется акустический способ струйной печати, в котором капли чернил разбрызгиваются по всей ширине изображения за счет звуковых акустических пучков. В другом варианте реализации в печатающем устройстве используется пьезоэлектрический способ струйной печати, в котором капли чернил разбрызгиваются по всей ширине изображения за счет осцилляций пьезоэлектрических вибрирующих элементов. Можно использовать любую подходящую подложку.

[0077] Согласно вариантам реализации предложенный способ включает введение чернил, полученных так, как описано в настоящем документе, в струйное печатающее устройство, разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения на промежуточном элементе для переноса изображения, нагревание изображения для частичного или полного удаления растворителей и перенос чернил по всей ширине изображения с промежуточного элемента для переноса изображения на конечную подложку приема изображения. В конкретном варианте реализации промежуточный элемент для переноса изображения нагревают до температуры выше, чем температура конечной подложки приема изображения, и ниже, чем температура чернил в печатающем устройстве. Способ офсетной или непрямой печати описан также, например, в патенте США 5389958, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. В одном конкретном варианте реализации в печатающем устройстве используется пьезоэлектрический способ печати, в котором капли чернил разбрызгиваются по всей ширине изображения за счет осцилляций пьезоэлектрических вибрирующих элементов.

[0078] В конкретном варианте реализации предложенный способ струйной печати водными чернилами включает введение композиции водных чернил в струйное печатающее устройство; при этом композиция водных чернил содержит воду; сорастворитель; и водную субмикронную дисперсию красящего воска, полученную так, как описано в настоящем документе, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров; разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения на промежуточный элемент для переноса изображения; необязательно нагревание изображения для частичного или полного удаления растворителей; и перенос чернил по всей ширине изображения с промежуточного элемента для переноса изображения на конечную подложку приема изображения; или разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения непосредственно на конечную подложку приема изображения. В некоторых вариантах реализации изобретения красящее вещество представляет собой пигмент. В других вариантах реализации изобретения по меньшей мере один из гликолевых сорастворителей представляет собой глицерин. В другом конкретном варианте реализации сорастворители представляют собой глицерин и 1,3-пропандиол; и при этом глицерин и 1,3-пропандиол находятся в отношении от 6:1 до 1:2, соответственно.

[0079] В качестве конечной подложки приема изображения можно использовать любую подходящую подложку или записывающий листовой материал, включая простую бумагу, такую как бумага XEROX® 4024, бумага серии XEROX® Image, бумага Courtland 4024 DP, линованная бумага, высокосортная бумага, бумага, мелованная диоксидом кремния, такая как бумага, мелованная диоксидом кремния производства Sharp Company, бумага JuJo, бумага HAMMERMILL LASERPRINT® и т.п., прозрачные материалы, ткани, текстильные изделия, пластмассы, полимерные пленки, неорганические подложки, такие как металлы и древесина, и т.п.

ПРИМЕРЫ

[0080] Следующие Примеры представлены для дополнительного определения различных особенностей данного описания. Предполагается, что указанные Примеры являются лишь иллюстративными, и они не предназначены для ограничения рамок настоящего описания. Помимо этого, доли и проценты выражены относительно массы, если не указано иное.

[0081] На фиг. 1 показано изображение электронной микрофотографии в просвечивающем микроскопе дисперсии пигментированного воска, полученной с воском Cytech® FNP-80 (48,75 процента по массе). На фиг. 2 показано изображение электронной микрофотографии в просвечивающем микроскопе дисперсии пигментированного воска, полученной с пигментом Clariant® Cyan BG10 (25 процентов по массе). Восковый домен имеет размер примерно 200 нанометров, при этом в каждом домене содержатся мелкие агрегаты пигмента.

Пример 1

[0082] Водные чернила циан, содержащие 2 массовых процента пигмента циан. Компоненты, перечисленные в Таблице 1, смешали в количествах, представленных в Таблице 1, с получением водных голубых чернил, содержащих дисперсию воска, окрашенную пигментом циан.

Таблица 1

Химическое вещество Масса (%) Количество (г) Дисперсия воска, окрашенная пигментом циан, содержащая 19,91% «пигментированных» частиц воска (пигмент циан BG10: 25 масс. %, PEI-1: 20 масс. %, Sunflo® SFD-B124: 6,25 масс. %, Cytech FNP-0080: 48,75%) 40,2 40,2 1,3-Пропандиол 20,3 20,3 Глицерин 7,5 7,5 Деионизированная вода 32,0 32,0 Итого 100,0 100,0

[0083] PEI-1 представляет собой полиэтилениминный диспергатор, описанный в патенте США 7973186, включенном в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме, и который согласно вариантам реализации изобретения имеет формулу

.

[0084] Sunflo® SFD-B124 представляет собой дериватизованный сульфонированный фталоцианин меди, который можно приобрести в компании Sun Chemical.

[0085] Графики реологических свойств водных чернил Примера 1 показаны на фиг. 3, 4 и 5. Чернила Примера 1 были получены с 2 процентами по массе пигмента Clariant® циан BG10 и 3,9 процента по массе воска Cytech® FNP-80. Чернила могут быть получены так, чтобы они обладали большей или меньшей вязкостью для эффективного разбрызгивания при использовании в различных печатающих головках.

Пример 2

[0086] Водные чернила маджента, содержащие 2 массовых процента пигмента маджента. Компоненты, перечисленные в Таблице 2, смешали в количествах, представленных в Таблице 2, с получением водных чернил маджента, содержащих дисперсию воска, окрашенную пигментом маджента.

Таблица 2

Химическое вещество Масса (%) Количество (г) Дисперсия воска, окрашенная пурпурным пигментом, содержащая 19,91% «пигментированных» частиц воска (пигмент маджента PR57:1: 30 масс. %, PEI-1: 18 масс. %, Cytech FNP-0080: 48%) 33,5 33,5 1,3-Пропандиол 20,3 20,3 Глицерин 7,5 7,5 Деионизированная вода 38,7 38,7 Итого 100,0 100,0

[0087] Экспериментальные отпечатки были получены с использованием чернил Примера 1 при помощи принтера Dimatix®.

[0088] Чернила распечатывали на различных подложках, включая подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®, фотобумаги Epson® Premium и бумаги Xerox® 4200, при помощи принтера Dimatix® со следующими основными параметрами испытаний.

[0089] Основные параметры испытаний: масса капли: 6,5 нг; скорость капли: 8 м/с; частота: 5 кГц; напряжение: 19-24 В. После печати на бумажной подложке Digital Color Elite Gloss и на бумажной подложке 4200 бумагу высушивали в печи при 60°С в течение двух минут.

[0090] Диаметр отпечатанных точек после печати, а также их растекание показаны в Таблице 3. Измерения выполнили при помощи PIAS II и оптического микроскопа (бесконтактного) непосредственно на оттиске. PIAS –II представляет собой персональную систему анализа изображений, использовали цифровую лупу и оптический модуль с высоким разрешением ~ 5 мкм/пиксель, в котором поле обзора составило ~ 3,2 мм х 2,4 мм, для измерения размера точек и ширины линий.

Таблица 3

Бумажная подложка Размер точек в микронах Фотобумага Epson® Premium 33 Бумага Xerox® Digital Color Elite Gloss® 37,9 Бумага Xerox® 4200 (немелованная) 42,6

[0091] На фиг. 6 показано изображение отпечатанных точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку фотобумаги.

[0092] На фиг. 7 показано изображение отпечатанных точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®.

[0093] На фиг. 8 показано изображение отпечатанных точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил в соответствии с настоящим изобретением на подложку бумаги Xerox® 4200.

[0094] В Таблице 4 показана ширина линий в микронах для чернил Примера 1, распечатанных линиями на бумажных подложках.

Таблица 4

Бумажная подложка Ширина линий в микронах Фотобумага Epson® Premium 32 Бумага Xerox® Digital Color Elite Gloss® 33 Бумага Xerox® 4200 (немелованная) 37

[0095] На фиг. 9 показано изображение отпечатанных линий, нанесенных при помощи композиции водных чернил Примера 1 на подложку фотобумаги.

[0096] На фиг. 10 показано изображение отпечатанных линий, нанесенных при помощи композиции водных чернил Примера 1 на подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®.

[0097] На фиг. 11 показано изображение отпечатанных линий, нанесенных при помощи композиции водных чернил Примера 1 на подложку бумаги Xerox® 4200.

[0098] В Таблице 5 представлена округлость точек в оптическом микроскопе, нанесенных при помощи чернил Примера 1 на бумажные подложки.

Таблица 5

Бумажная подложка Округлость Фотобумага Epson® Premium 0,88 Бумага Xerox® Digital Color Elite Gloss® 0,82 Бумага Xerox® 4200 (немелованная) 0,59

[0099] На фиг. 12 показано изображение отпечатанных точек, демонстрирующее округлость точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил Примера 1 на подложку фотобумаги.

[00100] На фиг. 13 показано изображение отпечатанных точек, демонстрирующее округлость точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил Примера 1 на подложку бумаги Xerox® Digital Color Elite Gloss®.

[00101] На фиг. 14 показано изображение отпечатанных точек, демонстрирующее округлость точек, нанесенных при помощи композиции водных чернил Примера 1 на подложку бумаги Xerox® 4200.

[00102] Следует понимать, что описанные выше и другие особенности и функции или их альтернативные варианты можно при желании объединить с получением многих других различных систем или применений. Кроме того, специалистами в данной области впоследствии могут быть выполнены различные непредвиденные в настоящее время или неожиданные альтернативные варианты, модификации, вариации или их улучшения, и они также подразумеваются входящими в следующую формулу изобретения. Если это специально не указано в формуле изобретения, то стадии или компоненты формулы изобретения не следует использовать или переносить из данного описания или любой другой формулы изобретения в отношении любого конкретного порядка, количества, положения, размера, формы, угла, цвета или материала.

Изобретение относится к композиции водных чернил для струйной печати. Композиция содержит воду, сорастворитель и водную субмикронную дисперсию красящего воска в виде множества частиц с размером от около 150 до менее 300 нм. Частицы содержат красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой. Пигментированная дисперсия красящего воска содержит по меньшей мере 25 % пигмента от общей массы пигмента и воска. Дисперсию получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с получением концентрата красящего вещества; (b) измельчением концентрата красящего вещества (а); (с) объединением измельченного концентрата (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска. При этом расплавление и смешивание (а), а также измельчение (b) выполняют в погружной или в горизонтальной мельнице. Объединение (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора. Предложенные чернила обладают повышенной антиадгезионной эффективностью высвобождения в переводных струйных принтерах и обеспечивают отпечатки с улучшенными свойствами глянца при увеличении срока годности чернил и расширении их цветовой гаммы. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил., 5 табл., 2 пр.

1. Композиция водных чернил, содержащая:

воду;

сорастворитель; и

водную субмикронную дисперсию красящего воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров;

при этом водная субмикронная дисперсия красящего воска представляет собой водную субмикронную дисперсию пигментированного воска, содержащую по меньшей мере 25 процентов по массе пигмента в пересчете на общую массу пигмента и воска в дисперсии пигментированного воска;

при этом водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с получением концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества по массе; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединением измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; при этом расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора.

2. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что красящее вещество представляет собой пигмент.

3. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что красящее вещество содержит пигментированные частицы воска, имеющие Z-средний размер частиц примерно 200 нанометров.

4. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что красящее вещество представляет собой пигмент, выбранный из группы, состоящей из пурпурного пигмента, голубого пигмента, желтого пигмента, черного пигмента, а также их смесей и комбинаций.

5. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что воск выбран из группы, состоящей из полиолефинов, карнаубского воска, рисового воска, канделильского воска, сумахового воска, масла жожоба, пчелиного воска, монтанного воска, озокерита, церезина, парафинового воска, микрокристаллического воска, воска Фишера-Тропша, стеарилстеарата, бегенилбегената, бутилстеарата, пропилолеата, глицерид-моностеарата, глицерид-дистеарата, тетрабегената пентаэритрита, моностеарата диэтилингликоля, дистеарата дипропиленгликоля, диглицерилдистеарата, триглицерилтетрастеарата, сорбитанмоностеарата, полиэтиленового воска, сложноэфирного воска, амидного воска, жирных кислот, жирных спиртов, жирных амидов и их комбинаций.

6. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что водные чернила имеют вязкость от примерно 1,2 до примерно 12 сантипуаз в температурном диапазоне от примерно 20°С до примерно 40°С.

7. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что чернила имеют поверхностное натяжение от примерно 15 до примерно 50 дин на сантиметр.

8. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что указанные чернила имеют вязкость от примерно 2 до примерно 20 сантипуаз при температуре разбрызгивания от примерно 30°С до примерно 40°С.

9. Композиция водных чернил по п. 1, отличающаяся тем, что сорастворитель выбран из группы, состоящей из сульфолана, метилэтилкетона, изопропанола, 2-пирролидинона, гликолей, глицерина, диэтиленгликоля, этиленгликоля и их смесей.

10. Композиция водных чернил, содержащая:

воду;

два или более сорастворителей гликолевого типа; и

водную субмикронную дисперсию воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров;

при этом водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с получением концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества по массе; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединением измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; при этом расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора;

где сорастворители представляют собой глицерин и 1,3-пропандиол; и при этом глицерин и 1,3-пропандиол находятся в соотношении от 6:1 до 1:2, соответственно; или

где сорастворители представляют собой глицерин и 1,3-пропандиол, и при этом глицерин и 1,3-пропандиол находятся в соотношении от 2:1 до 5:1, соответственно, и при этом общее количество сорастворителя составляет менее примерно 35 процентов по массе в пересчете на общую массу чернил и более 10 процентов по массе в пересчете на общую массу чернил.

11. Композиция водных чернил по п. 10, отличающаяся тем, что красящее вещество представляет собой пигмент.

12. Способ струйной печати водными чернилами с использованием композиции водных чернил, включающий:

введение композиции водных чернил в струйное печатающее устройство;

при этом композиция водных чернил содержит воду; сорастворитель; и водную субмикронную дисперсию красящего воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров;

при этом водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с получением концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества по массе; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединением измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; при этом расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора;

разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения на промежуточный элемент для переноса изображения; необязательно нагревание изображения для частичного или полного удаления растворителей; и перенос чернил по всей ширине изображения с промежуточного элемента для переноса изображения на конечную подложку приема изображения; или разбрызгивание капель чернил по всей ширине изображения непосредственно на конечную подложку приема изображения.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что красящее вещество представляет собой пигмент.

14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что по меньшей мере один из гликолевых сорастворителей представляет собой глицерин.

15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что сорастворители представляют собой глицерин и 1,3-пропандиол; и при этом глицерин и 1,3-пропандиол находятся в соотношении от 6:1 до 1:2, соответственно.

16. Композиция водных чернил, содержащая:

воду;

сорастворитель; и

водную субмикронную дисперсию красящего воска, содержащую множество частиц красящего воска, содержащих красящую сердцевину, окруженную восковой оболочкой, при этом частицы красящего воска имеют распределение частиц по размеру от примерно 150 нанометров до менее примерно 300 нанометров;

при этом водную субмикронную дисперсию красящего воска получают (а) расплавлением и смешиванием сухого красящего вещества по меньшей мере с одним воском с получением концентрата красящего вещества, при этом концентрат красящего вещества содержит по меньшей мере 25 процентов красящего вещества по массе; (b) измельчением концентрата красящего вещества стадии (а) с получением измельченного концентрата красящего вещества; (с) объединением измельченного концентрата красящего вещества (b) с водой и диспергированием с образованием дисперсии красящего воска; при этом расплавление и смешивание на стадии (а), а также измельчение на стадии (b) выполняют в погружной мельнице или в горизонтальной мельнице; и при этом объединение на стадии (с) выполняют при помощи плунжерного гомогенизатора;

при этом чернила имеют вязкость от примерно 2 до примерно 20 сантипуаз при температуре разбрызгивания от примерно 30°С до примерно 40°С.