ПОЛИМЕРНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ЧЕРНИЛ ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ Российский патент 2019 года по МПК C09D11/30 C08F2/26 C08F220/06 C08F220/10 C08F220/14 C08F220/18 C08F6/16 

Некоторые чернила для струйной печати содержат жидкую среду; красящее вещество, такое как пигмент или краситель; и связующее вещество или смолу для облегчения диспергирования пигмента в указанной среде и прикрепления красящего вещества к поверхности для печати. Полимерные связующие вещества добавляли в композиции чернил для струйной печати для увеличения долговечности, улучшения качества печати и уменьшения просачивания и расплывания чернил. Однако введение таких связующих веществ может привести к увеличению трудностей, связанных с техническим обслуживанием печатающей головки, включая засорение сопел и разложение и накопление остатков чернил (kogation), т.е. образование пленки на нагревателе или около него. Кроме того, полимеры имеют склонность к образованию пленок на сопловой пластине. Добавление полимеров в композиции чернил для струйной печати также может привести к снижению устойчивости дисперсии пигмента и препятствовать образованию пузырьков.

Одной из пригодных форм полимерного связующего вещества является форма латекса (то есть, полимерных частиц, диспергированных в водной среде). В US 6541590 описаны полимерные связующие вещества, полимеризованные в эмульсии. Как известно, в процессе эмульсионной полимеризации получают полимеры в форме латекса. В ходе реализации настоящего изобретения было обнаружено, что некоторые латексные полимерные связующие вещества, полученные согласно способам, описанным в US 6541590, содержат нежелательные высокие концентрации многовалентных катионов, таких как Zn⁺². Кроме того, было обнаружено, что концентрации многовалентных катионов, которые являются слишком высокими, могут привести к появлению одной или более трудностей. Например, чернила, изготовленные с применением такого связующего вещества, могут не работать должным образом. Желательно получить латексное полимерное связующее вещество, имеющее пониженную концентрацию многовалентных катионов. Также желательно обеспечить способ получения такого латексного полимерного связующего вещества.

В ходе создания настоящего изобретения также было обнаружено, что желательно, чтобы латексное полимерное связующее вещество обладало комплексными диэлектрическими свойствами, близкими к определенным заданным значениям. Желательно, чтобы латексные полимерные связующие вещества имели сопротивление и время релаксации (параметры R₁ и τ, подробное определение которых приведено ниже) 150 Ом и 5,4 E-07 секунд, соответственно. Кроме того, желательно обеспечить способ, позволяющий получать латексные полимерные связующие вещества, которые имеют меньшую изменчивость от партии к партии параметров R₁ и τ, чем изменчивость параметров веществ, полученных предыдущими способами.

Ниже приведено описание настоящего изобретения.

Первый аспект настоящего изобретения представляет собой способ улучшения латекса, включающий стадии

(a)обеспечения латекса, содержащего полимерное связующее вещество, при этом указанное полимерное связующее вещество получают путем полимеризации смеси мономеров, содержащей более от 4 до 15 масс.% одного или более функционального мономера этиленненасыщенной карбоновой кислоты в расчете на массу указанной смеси мономеров, и

(b)пропускания указанного латекса, содержащего указанное полимерное связующее вещество, через катионообменную смолу.

Второй аспект настоящего изобретения представляет собой способ улучшения латекса, включающий стадии

(a)обеспечения латекса, содержащего полимерное связующее вещество, при этом указанное полимерное связующее вещество получают путем полимеризации смеси мономеров, содержащей

(i)более чем от 4 до 15 масс.% одного или более функционального мономера этиленненасыщенной карбоновой кислоты в расчете на массу указанной смеси мономеров, и

(ii)от 0,05 до 5 масс.% одного или более мономера полимеризуемого поверхностно-активного вещества, содержащего гидрофобные и гидрофильные функциональные группы, при этом указанная гидрофобная функциональная группа содержит в себе полимеризуемую группу, в расчете на массу указанной смеси мономеров; и

(b)пропускания указанного латекса, содержащего указанное полимерное связующее вещество, через катионообменную смолу.

Ниже приведено краткое описание чертежа.

На фигуре 1 представлен модельная схема, которая включает сопротивление R1, обозначенное как 1; элемент с постоянной фазой CPE, обозначенный как 2; и сопротивление R2, обозначенное как 3.

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.

При практической реализации настоящего изобретения полимерное связующее вещество предпочтительно получают путем полимеризации смеси мономеров, содержащей мономер полимеризуемого поверхностно-активного вещества. Мономеры полимеризуемых поверхностно-активных веществ представляют собой поверхностно-активные соединения, содержащие полимеризуемую группу, такую как аллильная, акриловая, металлильная или метакриловая группа (в настоящем документе также называемая (мет)акриловой или (мет)аллильной группой), которые можно применять в качестве эмульгатора при эмульсионной полимеризации. Таким образом, полимеризуемое поверхностно-активное вещество предпочтительно функционирует как в качестве поверхностно-активного вещества, так и в качестве сомономера. Полимеризуемое поверхностно-активное вещество может быть катионным, анионным или неионным.

Полимерное связующее вещество предпочтительно получают способом эмульсионной полимеризации.

Подходящие мономеры полимеризуемых поверхностно-активных веществ содержат гидрофобные и гидрофильные функциональные группы, при этом указанная гидрофобная функциональная группа содержит внутри полимеризуемую группу, и включают, например, мономеры анионных поверхностно-активных веществ, такие как сульфаты, фосфаты, полуэфиры сульфосукцината и двухзамещенные сложные эфиры сульфосукцината, содержащие сополимеризуемые реакционноспособные группы, и мономеры неионных поверхностно-активных веществ, такие как нонилфенокси-пропениловые полиэтоксилированные спирты (например, как Noigen RN-20 от компании Dai-ichi Corp). Предпочтительными мономерами полимеризуемых поверхностно-активных веществ являются нонилфенокси-пропенил полиэтоксилированный сульфат (например, как Hitenol от компании Dai-ichi Corp); алкилаллил-сульфосукцинат натрия (например, как Trem LF-40 от компании Henkel Corp); ди-(трицикло(5.2.1.0 2,6) дец-3-ен-(8 или 9)оксиэтил)сульфосукцинат аммония; и ди-(трицикло(5.2.1.0 2,6)дец-3-ен-(8 или 9)сульфосукцинат аммония. Кроме того, подходящими могут быть соли аммония и металлов ненасыщенных C6 - C30 органических кислот, их можно применять отдельно или в комбинации с перечисленными выше поверхностно-активными веществами. Примерами таких кислот являются: альфа-метилкоричная кислота, альфа-фенилкоричная кислота, олеиновая кислота, линолевая (lineolic) кислота (как описанно в US-A-5362832), 2-гидроксиолеиновая кислота, ненасыщенная фракция смолы таллового масла и жирных кислот, диспропорционированная канифольная кислота, жирные кислоты соевого масла, жирные кислоты оливкового масла, жирные кислоты подсолнечного масла, жирные кислоты льняного масла, жирные кислоты сафлорового масла, сорбитан моноолеат, абиетиновая кислота, поли(оксиэтилен)сорбитол сесквиолеат и димерная кислота Empol 1010. Подходящие мономеры полимеризуемых поверхностно-активных веществ также включают, например, производные малеата (как описанно в US-A-4246387) и аллильные производные алкилфенолэтоксилатов (как описанно в JP-62227435).

Количество мономера полимеризуемого поверхностно-активного вещества в смеси мономеров предпочтительно составляет от 0,075 до 2 масс.%, более предпочтительно от 0,075 до 0,5 масс.%, в расчете на массу указанной смеси.

Также предложены варианты реализации изобретения, в которых не используется мономер полимеризуемого поверхностно-активного вещества. Наряду с такими вариантами реализации изобретения предпочтительно используют поверхностно-активное вещество, которое не является полимеризуемым поверхностно-активным веществом. Наряду с такими вариантами реализации изобретения предпочтительными поверхностно-активными веществами являются анионные поверхностно-активные вещества, предпочтительно сульфатные поверхностно-активные вещества, сульфонатные поверхностно-активные вещества или их смеси. Наряду с такими вариантами реализации изобретения предпочтительное количество поверхностно-активного вещества составляет от 0,075 до 2 масс.%, более предпочтительно от 0,075 до 0,5 масс.%, в расчете на массу смеси мономеров. Наряду с такими вариантами реализации изобретения поверхностно-активное вещество используют в качестве стабилизатора эмульсии в способе полимеризации в водной эмульсии, в котором получают полимерное связующее вещество.

Функциональные мономеры этиленненасыщенной карбоновой кислоты предпочтительно представляют собой C3 - C20 этиленненасыщенные карбоновые кислоты, более предпочтительно мономеры, выбранные из группы, состоящей из акриловой кислоты, метакриловой кислоты, итаконовой кислоты, фумаровой кислоты, малеиновой кислоты и ангидридов перечисленных кислот; их основные соли, например, их соли аммония, четвертичного алкиламмония, лития, натрия и калия; и смеси таких мономеров. Более предпочтительными являются акриловая кислота, метакриловая кислота и их смеси. Альтернативно, мономер этиленненасыщенной карбоновой кислоты может представлять собой олигомер акриловой или метакриловой кислоты, предпочтительно с молекулярной массой не более 5000 дальтон.

Количество мономера этиленненасыщенной карбоновой кислоты в смеси мономеров предпочтительно составляет от более 4 до 10 масс.%, более предпочтительно от 4,5 до 9 масс.%, в расчете на массу указанной смеси. В настоящем документе фраза «от более 4 до X масс.%» означает, что указанное количество составляет более 4 масс.% и также составляет менее или равно X масс.%».

Другие этиленненасыщенные мономеры, подходящие для применения в указанной смеси мономеров, включают один или более мономеров, выбранных из, но не ограниченных следующими: замещенных, например, гидрокси- или ацетоацетокси-замещенных, и незамещенных (C1-C50, предпочтительно C1-C22, наиболее предпочтительно C1-C18) алкил(мет)акрилатов, стирола и замещенных стиролов, винилакрилатов, винилацетатов, фторметакрилатов, акриламида, замещенных акриламидов, метакриламидов, замещенных метакриламидов и их комбинаций. Помимо сложных эфиров акриловой кислоты и метакриловой кислоты, предпочтительные мономеры включают метилакрилат, этилакрилат, пропилакрилат, бутилакрилат, этилгексилакрилат, лаурилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, пропилметакрилат, бутилметакрилат, лаурилметакрилат, изобутиленметакрилат, гидроксиэтил(мет)акрилат и ацетоацетокси(мет)акрилат. Более предпочтительно, если мономеры выбраны из группы, состоящей из метилакрилата, этилакрилата, пропилакрилата, бутилакрилата, этилгексилакрилата, лаурилакрилата, метилметакрилата, этилметакрилата, пропилметакрилата, бутилметакрилата, лаурилметакрилата, изобутиленметакрилата, стирола, акриламида, винилакрилата, винилацетата, гидроксиэтилакрилата и гидроксиэтилметакрилата.

Согласно одному из вариантов реализации изобретения связующее вещество содержит дополнительный сополимер этилгексилакрилата, метилметакрилата, метакриловой кислоты и алкилаллил сульфосукцината натрия.

Связующее вещество предпочтительно содержит дополнительный полимер с температурой стеклования, Tg, составляющей по меньшей мере -40°C, более предпочтительно от -35 до примерно 120°C, еще более предпочтительно от -35 до 20°C, и даже более предпочтительно от -30 до 10°C. Tg можно определить с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии при 10°C/мин, используя метод средней точки.

Практическая реализация настоящего изобретения включает применение латекса, содержащего полимерное связующее вещество. Такой латекс известен в настоящем документе как «латексное полимерное связующее вещество». Полимерное связующее вещество предпочтительно находится в форме полимерных частиц, распределенных по всей непрерывной водной жидкой среде. Средний объемный диаметр частиц латексного полимерного связующего вещества предпочтительно составляет от примерно 100 до 400 нм. Более предпочтительно средний объемный диаметр составляет от 200 до 350 нм. Средний диаметр частиц можно определить с применением техники рассеивания света, например, путем применения анализатора «BI-90 Particle Sizer» от компании Brookhaven Instruments Corporation.

Распределение частиц по размеру полимера связующего веществ может быть унимодальным, бимодальным или полимодальным, но модальность не рассматривается как важный фактор с точки зрения практической реализации настоящего изобретения.

Молекулярная масса полимерного связующего вещества не является решающим параметром. Однако было обнаружено, что молекулярная масса полимеров связующего вещества предпочтительно составляет от примерно 10000 до примерно 2000000 дальтон; более предпочтительно от 50000 до 1000000 дальтон. В настоящем документе молекулярную массу определяют как средневесовую молекулярную массу, при этом указанную массу можно определить с помощью гельпроникающей хроматографии в ТГФ в качестве растворителя.

Дополнительный полимер можно получить путем применения общепринятого термического процесса, инициированного персульфатом, известного в данной области техники, такого как периодический процесс, полунепрерывный процесс, процесс поэтапного добавления или непрерывный процесс, например, как описано в EP-A-0747456. Указанный процесс может быть одностадийным или многостадийным. В многостадийном процессе процесс полимеризации доводят до завершения (90% или более мономера превратилось в полимер), и затем в этот же сосуд вводят дополнительный мономер и дополнительный мономер подвергают полимеризации в присутствии полимера, образовавшегося ранее. Мономеры полимеризуют до степени превращения, составляющей предпочтительно более 99%, и затем реакцию охлаждают до комнатной температуры (20-25°C) после добавления подходящего количества нейтрализующего основания для регулирования pH. pH доводят до значения, составляющего от 7 до 9, более предпочтительно от 7 до 8, с помощью нейтрализатора, такого как, например, аммиак, гидроксид лития, гидроксид натрия, гидроксид калия или комбинаций указанных нейтрализаторов.

Способ согласно настоящему изобретению включает применение катионообменной смолы. Катионообменная смола представляет собой полимерную композицию, содержащую кислотные группы, прикрепленные ковалентной связью к полимерной цепи, и содержащую катионы, связанные с кислотными группами. При пропускании водной композиции, содержащей растворенные катионы, через катионообменную смолу имеет место тенденция, состоящая в том, что катионы, которые первоначально были связаны с кислотными группами на катионообменной смоле, удаляются и заменяются на катионы, которые были растворены в водной композиции.

Полимер в катионообменной смоле может представлять собой любой тип полимера. Предпочтительные полимеры получают путем полимеризации мономеров, содержащих одну или более винильную группу. Предпочтительные мономеры представляют собой акриловую кислоту, метакриловую кислоту, замещенные или незамещенные сложные эфиры акриловой кислоты, замещенные или незамещенные сложные эфиры метакриловой кислоты, стирол, производные стирола и их смеси. Предпочтительные полимеры получают путем полимеризации смеси мономеров, содержащей один или более мономер с двумя или более винильными группами.

На катионообменной смоле предпочтительными кислотными группами являются карбоксилат, фосфат и сульфонат; более предпочтительными являются карбоксилат и сульфонат. Кислотные группы могут размещаться на одном или более мономерах, или кислотные группы могут прикрепляться к основной цепи полимера посредством химической реакции после протекания полимеризации, или может иметь место их комбинация.

До приведения в контакт с водной композицией, содержащей латекс, катионообменную смолу можно охарактеризовать с помощью катионов, которые такая смола содержит. Когда 90 моль % или более катионов представляют собой H⁺, считают, что катионообменная смола находится в кислотной форме. Когда катионообменная смола находится в кислотной форме, кислотные группы могут быть либо в форме неионной кислотной группы с прикрепленным атомом H, либо в форме аниона и катиона H⁺. Когда 90 моль % или более катионов, присутствующих с катионообменной смолой, представляют собой катионы щелочных металлов, считают, что катионообменная смола находится в форме щелочного катиона. Когда 90 моль % или более катионов, присутствующих с катионообменной смолой, представляют собой катионы одного конкретного щелочного металла (например, натрия), считают, что катионообменная смола находится в форме такого конкретного щелочного металла (например, «в форме натрия»).

Катионообменную смолу можно охарактеризовать с помощью pK_a. В настоящем документе считают, что катионообменная смола с pK_a 3 или выше представляет собой слабокислотную катионообменную смолу. В настоящем документе считают, что катионообменная смола с pK_a ниже 3 представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу.

Катионообменная смола до приведения в контакт с водной композицией, содержащей латекс, предпочтительно принадлежит к одной из следующих категорий: (I) катионообменным смолам (либо сильнокислотным, либо слабокислотным) в форме щелочного катиона или (II) слабокислотным катионообменным смолам в кислотной форме.

Катионообменная смола предпочтительно находится в форме гранул. Средневзвешенный диаметр гранул предпочтительно составляет от 0,01 мм до 1,0 мм; более предпочтительно от 0,1 до 1,0 мм.

Способ согласно настоящему изобретению включает пропускание латекса через катионообменную смолу. Процесс «пропускания через» осуществляют путем обеспечения контейнера, имеющего впускное отверстие и выпускное отверстие. Катионообменную смолу помещают в контейнер; латекс подают в контейнер через впускное отверстие, приводят в контакт с катионообменной смолой и он выходит из контейнера через выпускное отверстие, тогда как катионообменную смолу удерживают в контейнере с помощью фильтра или другого устройства, которое удерживает катионообменную смолу, одновременно пропуская латекс. Латекс предпочтительно проталкивают через контейнер под давлением. Давление можно наложить с помощью силы тяжести или механического насоса.

Термин «пропускание через» не включает способы, в которых фиксированное количество латекса и фиксированное количество катионообменной смолы помещают вместе в контейнер и перемешивают с последующим пропусканием смеси через фильтр для отделения катионообменной смолы от латекса.

Предполагают, что пропускание латексного полимерного связующего вещества через катионообменную смолу позволит удалить или значительно понизить концентрацию многовалентных катионов. Примерами многовалентных катионов являются многовалентные катионы щелочноземельных металлов, многовалентные катионы переходных металлов и многовалентные катионы других металлов. Например, предполагают, что пропускание латексного полимерного связующего вещества через катионообменную смолу позволит удалить или значительно понизить концентрацию многовалентных катионов марганца, железа, кобальта, никеля, меди и цинка.

После пропускания через катионообменную смолу латексное полимерное связующее вещество можно ввести в композицию чернил, предпочтительно в композицию чернил для струйной печати, содержащую, например, пигмент, связующее вещество и водную основу. Связующее вещество предпочтительно присутствует на уровне от 0,1 до 10 процентов по массе, предпочтительно от 0,5 до 8 процентов по массе, более предпочтительно от 1 до 5 процентов по массе относительно общей массы композиции чернил. Водный носитель может представлять собой воду; предпочтительно деионизированную воду. Согласно одному из вариантов реализации изобретения водный носитель присутствует в количестве от примерно 40% до примерно 95%, предпочтительно от примерно 55% до примерно 80%, наиболее предпочтительно от примерно 70% до примерно 80% по массе относительно массы композиции чернил. Выбор подходящей смеси для композиции чернил при применении связующего вещества согласно настоящему изобретению зависит от требований конкретных чернил, которые предполагают получить, например, требуемых поверхностного натяжения и вязкости, применяемого пигмента, времени сушки, необходимого для высушивания окрашенных пигментом чернил, и типа бумаги, на которой будут напечатаны чернила.

Композиция чернил, в которой применяют связующее вещество согласно настоящему изобретению, может также включать смешивающиеся с водой материалы, такие как увлажнители, диспергаторы, проникающие жидкости, хелатообразующие агенты, сорастворители, пеногасители, буферные вещества, биоциды, фунгициды, модификаторы вязкости, бактерициды, поверхностно-активные вещества, агенты, препятствующие скручиванию, агенты, препятствующие расплыванию чернил, и модификаторы поверхностного натяжения, все из которых известны в данной области техники.

В целом, количество применяемых пигментов меньше 10% и обычно составляет от 3 до 8% по массе в расчете на общую массу всех компонентов чернил. Размер частиц пигмента предпочтительно составляет от 0,05 до 2 микрон, более предпочтительно не более одного микрона и наиболее предпочтительно не более 0,3 микрон.

Количество применяемого увлажнителя определяют свойствами чернил и может составлять от 1 до 30%, предпочтительно от 5 до 15% по массе, в расчете на общую массу всех компонентов в чернилах. Примерами широко используемых увлажнителей, применимых при изготовлении чернил, являются: гликоли, полиэтиленгликоли, глицерин, этаноламин, диэтаноламин, спирты и пирролидоны. Также можно применять и другие увлажнители, известные в данной области техники.

Применение подходящих проникающих жидкостей будет зависеть от конкретного применения чернил. Подходящие примеры включают пирролидон и N-метил-2-пирролидон.

Количество пеногасителя в чернилах, при его применении, обычно будет находиться в диапазоне от 0,05 до 0,5% по массе и более обычно составляет 0,1 масс. %. Требуемое количество зависит от способа, применяемого при получении компонента пигментной дисперсии чернил. Пеногасители, применимые при получении водных дисперсий пигментов, хорошо известны в данной области техники, при этом коммерчески доступные примеры включают Surfynol 104H и Surfynol DF-37 (Air Products, Аллентаун, Пенсильвания).

Оставшаяся часть чернил, как правило, представляет собой воду. Количество воды предпочтительно составляет от 65 до 90% по массе, более предпочтительно от 75 до 85% по массе, в расчете на общую массу всех компонентов в чернилах.

Композиция чернил может также содержать дополнительные компоненты, в том числе, без ограничения, вспомогательные средства, такие как другие (свободные) поверхностно-активные вещества, защитные коллоиды и другие стабилизаторы, известные специалистам в данной области техники. Подходящие поверхностно-активные вещества включают, например, лаурилсульфат натрия, додецилбензол сульфонат натрия, диоктил сульфосукцинат натрия и перфторлкил сульфонаты аммония, Тритон X-100, Тритон X-405 и полиоксиэтиленированные полиоксипропиленгликоли.

Композиции чернил можно получить любым известным в данной области техники способом получения таких композиций, например, путем смешивания, перемешивания или совместного встряхивания ингредиентов с применением любого принятого в данной области технического средства для получения водных чернил. Процедура получения композиции чернил согласно настоящему изобретению не имеет решающего значения, за исключением тех случаев, когда композиция чернил является гомогенной.

Один из способов получения выполняют следующим образом: смешивают водный носитель, увлажнитель(и), поверхностно-активное вещество(а) и проникающую жидкость(и) в течение 10 минут или до достижения гомогенности. Готовят смесь пигмент/диспергатор путем измельчения пигмента и диспергатора в соотношении 5 к 1 с получением в общей сложности 20% твердой фазы в воде. Медленно добавляют раствор водного носителя/увлажнителя/поверхностно-активного вещества/проникающей жидкости к смеси пигмент/диспергатор, продолжая перемешивать пигмент(ы). Оставляют перемешиваться в течение еще 10 минут или до достижения гомогенности. При перемешивании к полимерному связующему веществу медленно добавляют дисперсию пигмента/носитель/увлажнитель/поверхностно-активное вещество. Продолжают перемешивать в течение 10 минут или до достижения гомогенности. Доводят pH полученных чернил до значения 8,2 - 8,5 (например, путем добавления достаточного количества 20% NH₄OH). Фильтруют через 1 мкм фильтр.

Предполагают, что композиции чернил, в которых применяют связующие вещества согласно настоящему изобретению, будут включать любые добавки, необходимые для обеспечения требуемых физических свойств, необходимых для конечного применения композиции чернил. Указанные добавки включают хелатообразующие агенты, буферные вещества, биоциды, фунгициды, антиоксиданты, реологические модификаторы, загустители, бактериоциды, поверхностно-активные вещества, агенты, препятствующие скручиванию, агенты, препятствующие расплыванию чернил, и модификаторы поверхностного натяжения, все из которых рассмотрены выше.

Также предложены варианты реализации изобретения, в которых композицию чернил пропускают через катионообменную смолу. Предпочтительные катионообменные смолы и предпочтительные способы пропускания композиции чернил через катионообменную смолу представляют собой те же смолы и способы, которые были приведены выше при описании пропускания латекса через катионообменную смолу. Количество воды в композиции чернил предпочтительно составляет от 40% до 95% по массе в расчете на массу композиции чернил.

Ниже приведены примеры настоящего изобретения.

Пример 1: Получение P-1: Получение латексного полимерного связующего вещества.

Получали смесь мономеров, содержащую метилметакрилат (MMA), 2-этилгексилакрилат (2-EHA) и метакриловую кислоту (MAA) в процентах по массе: 81,1, 18,1 и 0,1 соответственно. Из указанной композиции получали гомогенизированную смесь, содержащую следующие компоненты. Первая гомогенизированная мономерная смесь (MEl) содержала 60,18% MMA, 13,37% 2-EHA, 0,74% MAA, 25,28% деионизированной (DI) воды и 0,42% 36% водного раствора додецилаллил сульфосукцината натрия (поверхностно-активное вещество TREM™ LF-40, от компании Henckel Corporation). Вторая гомогенизированная мономерная смесь (ME2) содержала все ингредиенты первой смеси и дополнительно 5,61% MAA. Каждую мономерную смесь подвергали полимеризации согласно следующей процедуре. В подходящий стеклянный сосуд, оборудованный мешалкой, подогревателем, дефлегматором и барботажной трубкой для азота, добавляли 94,73% деионизированной воды и 0,30% карбоната калия. Содержимое котла (DI воду) барботировали в течение одного часа с применением азота при нагревании до 85°C. Раствор инициатора (2,91 г персульфата калия (KPS) в 92,33 г дистиллированной воды) добавляли в котел, содержимое которого перемешивали в течение одной минуты перед добавлением затравочного латекса плюс 22,33 грамм промывочной дистиллированной воды. Затем температуру реакционного сосуда доводили до 80°C и подавали эмульгированный мономер (MEl) со скоростью 12,38 г/мин в течение 10 минут при температуре 85°C перед совместной загрузкой инициатора (1,45 г KPS в 53,59 г дистиллированной воды) со скоростью 0,79 г/мин. Температуру поддерживали при 85°C и через 10 минут подачу эмульсии мономера (MEl, а затем ME2) увеличивали до 24,76 г/мин в течение следующих 60 минут. В конце такого загрузочного режима котел выдерживали при конечной температуре в течение 20 минут. Затем реактор охлаждали до 75°C и добавляли 8,72 грамм раствора 0,1% Fe^{2 +} вместе с аликвотой, состоящей из 0,25 г трет-бутилгидропероксида (tBHP) в 20,1 г дистиллированной воды, и выдерживали в течение 5 минут при температуре 75°C. Затем реактор охлаждали до температуры 65°C и добавляли 0,6 г NaBS в 20,1 г дистиллированной воды и выдерживали в течение 20 минут при такой температуре. С помощью указанного способа охлаждения осуществляли первоначальное медленное добавление в реактор 1,8 г tBHP в 50 г дистиллированной воды. После указанного инициатора подобным образом выполняли еще одну загрузку 2,38 г бисульфата натрия в 50 г дистиллированной воды. В конце такого загрузочного режима партию охлаждали до температуры 40°C и регулировали pH путем добавления 13,86 г KOH в 142,14 г дистиллированной воды. При завершении процесса нейтрализации к латексу добавляли 1,97 г биоцида (биоцида Kordek™ LX 5000 (50%)) в 9 г дистиллированной воды. Описанные стадии получения латекса позволили получить коллоидную дисперсию, содержащую 31,60 % твердой фазы со средним размером частиц 255,9 нм.

Пример 2: Партии B-1 - B-6

Шесть партий были получены согласно способу получения P-1, за исключением того, что применяемые количества были пропорционально увеличены для получения образца латексного полимерного связующего вещества большего размера.

Пример 3: Измерение комплексных диэлектрических свойств

Комплексные диэлектрические свойства латекса измеряли при 25°C в двухэлектродной ячейке с блокирующими электродами из нержавеющей стали. Частоты непрерывно изменяли в диапазоне от 0,1 Гц до 1,00 МГц. Измерительный прибор представлял собой импендансный/амплитудно-фазовый анализатор Solartron™ 1260, соединенный с усовершенствованным электрохимическим интерфейсом Interface Solartron™ SIl287 (от компании Solartron Analytical), который можно использовать в качестве потенциостата или гальваностата с выбираемым диапазоном рабочих частот контура управления для обеспечения устойчивого режима работы различных типов электрохимических ячеек. Амплитуда 0,01 В переменного тока была выбрана таким образом, чтобы минимизировать любые возможные электролитические эффекты, а также нелинейные эффекты двойного электрического слоя и поляризационные эффекты в ячейке. Площадь поверхности каждого блокирующего электрода составляла 1,2568 см². Расстояние между электродами в ячейке определялось толщиной (25,5 мкм) прокладки Celgard™ 2500 (от компании Celgard Company).

При каждой частоте (ω) с помощью указанного инструмента измеряли величину импенданса, обозначенную как |Z|, и смещение фазы, обозначенное как θ. Затем параметры Z_{веществ.} и Z_мним. рассчитывали следующим образом:

Z_{веществ.} = |Z|cos(θ)

Z_мним. = |Z|sin(θ)

Каждый латекс исследовали при большом числе значений ω; при измерении при каждом значении ω получали экспериментальную точку с координатами (Z_{веществ.}, Z_мним.). Используя измерения для данного латекса, строили кривую зависимости Z_мним. от Z_{веществ.}. Затем указанную кривую аппроксимировали путем нелинейного регрессионного анализа путем применения следующей процедуры.

Считают, что латекс имеет комплексную диэлектрическую характеристику, которую можно хорошо смоделировать с помощью схемы, представленной на фигуре 1. Позиция 1 представляет собой резистор с сопротивлением R₁; позиция 2 представляет собой элемент с постоянной фазой с импендансом Z_CPE; и позиция 3 представляет собой резистор с сопротивлением R₂. Полагают, что импенданс Z_CPE подчиняется уравнению

где T и p представляют собой независимые от частоты параметры, характерные для конкретного образца латекса. Параметр p имеет значение от 0 до 1. Затем кривую зависимости Z_мним. от Z_{веществ.} аппроксимировали, используя следующие уравнения, для определения R₁, R₂, T и p:

После определения R₁, R₂, T и p с помощью процедуры аппроксимации, рассчитывали время релаксации, обозначенное как τ: τ = T^(1/p). В приведенном ниже обсуждении указываются и обсуждаются следующие параметры: сопротивление R₁ (Ом) и время релаксации τ (секунд).

Сравнительный пример 4: Сравнительные примеры: Пять партий без контакта с катионообменной смолой

Были приготовлены пять партий одной и той же композиции латексного полимерного связующего вещества, при этом все указанные партии были получены с применением описанной выше процедуры. Латексы подвергали измерениям диэлектрических свойств до приведения в какой-либо контакт с катионообменной смолой. Результаты диэлектрических измерений и аппроксимация параметров приведены ниже:

Сравнительные латексы: без контакта с катионообменной смолой

Номер партии pH R₁ (Ом) Время релаксации (сек) B-1 6,9 125,9 2,65 E-07 B-2 6,89 159,8 4,51 E-07 B-3 7,11 147,3 3,87 E-07 B-4 6,91 229 4,21 E-07 B-5 6,68 195,8 3,83 E-07 Среднее значение 172 3,81 E-07 Стандартное отклонение 40,9 7,1 E-08

Обозначение «E-07» эквивалентно «X×10^-7».

Пример 5: Примеры согласно изобретению: Те же партии, что и в примере 4, после пропускания через катионообменную смолу

Пять партий, описанных выше, пропускали через катионообменную смолу следующим образом. Пробу объемом в один галлон (примерно 3,8 л), отобранную из каждой партии, пропускали через колонку размером 5,08 см (2 дюйма) × 61 см (2 фута), заполненную слоем смолы Dowex™ MAC-3 объемом 1000 мл. Водный латекс закачивали с фиксированной скоростью 180 мл/мин. Каждую очищенную (то есть прошедшую через колонку) пробу латекса собирали в контейнер объемом в один галлон (примерно 3,8 л). pH очищенного латекса составлял 2,18. pH латекса регулировали путем применения раствора KOH. Процедуру смешивания осуществляли в вертикальной мешалке для перемешивания (в процессе перемешивания наблюдали появление водоворота) латекса в контейнере. pH латекса измеряли при добавлении раствора KOH. pH непрерывно контролировали во время добавления по каплям 14% раствора KOH. Добавление раствора KOH прекращали, когда зарегистрированный pH составлял от 7,5 до 7,75.

Примеры согласно изобретению: Латексы после пропускания через катионообменную смолу

Номер партии pH R₁ (Ом) Время релаксации (сек) B-1 7,5 148,1 4,89 E-07 B-2 7,5 134,6 4,17 E-07 B-3 7,5 160,1 5,33 E-07 B-4 7,5 159,1 5,61 E-07 B-5 7,5 221,2* 5,39 E-07* Среднее значение 165 5,08 E-07 Стандартное отклонение 33,2 5,7 E-08

* Партия B-5 была разделена на пять частей; каждую часть пропускали через катионообменную смолу и затем подвергали испытанию на диэлектрические свойства. Значения, приведенные выше, представляют собой среднее значение результатов пяти испытаний указанных пяти частей.

Среднее значение R₁ партий согласно настоящему изобретению ближе к заданному значению, составляющему 150 Ом, чем среднее значение R₁ сравнительных партий. Кроме того, стандартное отклонение значений R₁ партий согласно настоящему изобретению меньше, чем стандартное отклонение значений R₁ сравнительных партий. Подобным образом, среднее значение времени релаксации партий согласно настоящему изобретению ближе к заданному значению, составляющему 5,4 E-07 секунд, чем среднее значение времени релаксации сравнительных партий. Кроме того, стандартное отклонение значений времени релаксации партий согласно настоящему изобретению меньше, чем стандартное отклонение значений времени релаксации сравнительных партий. Таким образом, предложенный в изобретении способ позволяет получить латексы, параметры которых ближе к заданным значениям, чем в случае применения сравнительного способа, при этом способ согласно настоящему изобретению характеризуется меньшей изменчивостью, чем сравнительный способ.

Пример 6: Удаление ионов цинка из партии B-4

Партия B-4 содержала 0,0024 % ионов цинка по массе. Две порции такого латекса по отдельности пропускали через катионообменную смолу DOWEX™ MAC-3 (The Dow Chemical Company) (слабокислотная, полиакриловая, макропористая катионообменная смола) следующим образом: Две пробы объемом 3,8 литра (один галлон), отобранные из партии B-4, пропускали через колонку размером 5,08 см (2 дюйма) × 61 см (2 фута), заполненную слоем смолы Dowex™ MAC-3 объемом 1000 мл. Водный латекс закачивали с фиксированной скоростью 180 мл/мин. Каждую из двух очищенных проб латекса собирали в контейнер объемом в 3,8 литра (один галлон). После прохождения через катионообменную смолу, одна порция содержала 0,0011% ионов цинка по массе и другая порция содержала 0,0014 % ионов цинка по массе.

Содержание ионов цинка определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP)

Пример 7: Удаление ионов цинка из партии B-6

Партия B-6 содержала 0,0025% ионов цинка по массе. Порцию такого латекса пропускали через катионообменную смолу Dowex™ Monosphere 99K/320 (The Dow Chemical Company) (сшитую полистирольную хроматографическую катионообменную смолу) следующим образом: пробу объемом в 3,8 литр (один галлон), отобранную из партии B-6, пропускали через колонку размером 5,08 см (2 дюйма) × 61 см (2 фута), заполненную слоем смолы Dowex™ Monosphere 99K/320 объемом 1000 мл. Водный латекс закачивали с фиксированной скоростью 180 мл/мин. После прохождения через катионообменную смолу латекс не содержал обнаруживаемое количество ионов цинка (анализировали с применением ICP).

Пример 8: Повторение примера 6

Как и в примере 6, партию B-4 пропускали через катионообменную смолу Dowex™ MAC-3. Дополнительное внимание обращали на то, чтобы, например, убедиться, что смола не пропиталась цинком. После пропускания через катионообменную смолу латекс нейтрализовали с применением KOH, как описано в примере 5. После прохождения через катионообменную смолу латекс не содержал обнаруживаемое количество ионов цинка (анализировали с применением ICP).

Пример 9: Получение латексного полимерного связующего вещества при применении обычного поверхностно-активного вещества

Повторяли процесс получения латекса, описанный в примере 1, с той разницей, что мономер полимеризуемого поверхностно-активного вещества заменяли на лаурилсульфат натрия (SLS), неполимеризуемое поверхностно-активное вещество. В частности, в каждой эмульсии мономера вместо «0,42% 36% водного раствора додецилаллил сульфосукцината натрия (поверхностно-активное вещество TREM™ LF-40, от компании Henckel Corporation)», использовали следующий компонент: 0,565% 23% водного раствора лаурилсульфата натрия.

Пример 10: Измерения диэлектрических свойств латекса, полученного в примере 9

Латексное полимерное связующее вещество, полученное в примере 9, три раза исследовали на диэлектрические свойства: (1) перед пропусканием через катионообменную смолу, (2) после пропускания через катионообменную смолу, но без регулировки pH и (3) после пропускания через катионообменную смолу и последующей регулировкой pH с помощью KOH, как описано в примере 5. Были получены следующие результаты:

Диэлектрические свойства латекса согласно примеру 9

Свойство (1) перед пропусканием через смолу (2) после пропускания через смолу (3) после пропускания через смолу и регулировки pH pH 7,65 2,36 7,66 R₁ (Ом) 106,9 168,6 184,7 Τ (сек)* 2,38E-07 1,91E-07 6,24E-07

* Время релаксации

Изобретение относится к полимерным связующим веществам для чернил для струйной печати. Описывается способ получения улучшенного латекса. Способ включает стадии (a) обеспечения полимерного связующего вещества – латекса и (b) пропускания указанного латекса через катионообменную смолу. Полимерное связующее вещество получают полимеризацией смеси мономеров, включающей мономер(ы) этиленненасыщенной карбоновой кислоты в количестве от 4 до 15 мас.%. Катионообменная смола может быть в форме щелочного иона либо в кислотной форме с pKa равной 3 или выше. Использование предложенного латекса в чернилах для струйной печати обеспечивает долговечность струйной печати, снижение засорения сопел и образования пленок на нагревателе и на сопловой пластине. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 10 пр.

1. Способ улучшения латекса в качестве связующего чернил для струйной печати, включающий стадии

(a) обеспечения латекса, содержащего полимерное связующее вещество, при этом указанное полимерное связующее вещество получают путем полимеризации смеси мономеров, состоящей из:

одного или более функционального мономера этиленненасыщенной карбоновой кислоты в количестве, которое составляет более 4 мас.% и также составляет менее или равно 15 мас.% в расчете на массу указанной смеси мономеров;

одного или более других этиленненасыщенных мономеров, выбранных из группы, состоящей из гидрокси- или ацетоацетокси-замещенных и незамещенных (С₁-С₅₀)алкил(мет)акрилатов, стирола и замещенных стиролов, винилакрилатов, винилацетатов, фторметакрилатов, акриламида, метакриламидов и их комбинаций, и

необязательно, от 0,05 до 5 мас.% в расчете на массу указанной смеси мономеров одного или более мономера полимеризуемого поверхностно-активного вещества, содержащего гидрофобные и гидрофильные функциональные группы, при этом указанная гидрофобная функциональная группа содержит в себе полимеризуемую группу, и

(b) пропускания указанного латекса, содержащего указанное полимерное связующее вещество, через катионообменную смолу, которая находится либо в форме щелочного иона, либо представляет собой смолу, содержащую кислотную функциональную группу с pKa, равной 3 или выше, которая находится в кислотной форме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная полимеризация представляет собой процесс полимеризации в водной эмульсии.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная смесь мономеров не содержит мономера полимеризуемого поверхностно-активного вещества, при этом указанный латекс дополнительно содержит одно или более анионное поверхностно-активное вещество.