AQUEOUS INK COMPOSITION
КОМПОЗИЦИЯ ВОДНЫХ ЧЕРНИЛ

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[001] В настоящем документе описана композиция водных чернил, которая подходит для применения при прямой и косвенной печати. Композиция водных чернил содержит воду; сорастворитель; инкапсулированный смолистый пигмент; полимерный латекс; и растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент; при этом общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляет от примерно 2 до примерно 25 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[002] В машинах прямой печати красящий материал наносят непосредственно на конечную подложку с получением изображения на ней. В других типах печатных машин применяют косвенную или офсетную технологию печати. При косвенной печати красящий материал сначала наносят на промежуточный элемент для переноса изображения, а затем переносят на конечную подложку. Двухстадийный процесс печати может включать нанесение чернил в соответствии с изображением на промежуточный принимающий элемент, такой как барабан, лента и т.д., с применением струйной печатающей головки. Чернила смачивают и растекаются по поверхности промежуточного принимающего элемента с образованием промежуточного изображения. Чернила, образующие промежуточное изображение, могут затем подвергаться изменению свойств, такому как частичное или полное высушивание, термическое или фотоотверждение, гелеобразование и т.д., а полученное промежуточное изображение может быть перенесено на конечную подложку приема изображения.
[003]  В заявке на патент США с серийным номером 14/066716, которая включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме, описан процесс печати и водные чернила для применения при косвенной печати, содержащие воду; сорастворитель; красящее вещество; и полимерный латекс, содержащий водную дисперсию полимерных частиц, при этом полимерный латекс имеет температуру размягчения от примерно 60°С до менее 105°С и температуру стеклования от примерно 45°С до примерно 100°С. Эти чернила составлены специально для печати на промежуточном элементе для переноса изображения, где их полностью высушивают перед переносом.
[004] Несмотря на то, что известные чернильные композиции и способы подходят для их целевого применения, сохраняется необходимость в улучшенных чернильных композициях с определенными характеристиками. Сохраняется потребность в чернилах, в частности, в комплектах чернил, которые имеют высокое содержание твердых веществ, но при этом обладают значительно улучшенной стабильностью, характеристиками нанесения и качеством печати, подходящими для прямого нанесения на бумагу с предварительной обработкой бумаги и без нее, и для косвенной печати, где промежуточная подложка обработана и/или покрыта жертвенным разделительным слоем.
[005]  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
[006] Описана композиция водных чернил, которая содержит воду; сорастворитель; инкапсулированный смолистый пигмент; полимерный латекс; и растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент; при этом общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляет от примерно 2 до примерно 25 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[007] Описан также способ получения композиции водных чернил, включающий 1) получение полимерного латекса; 2) объединение полимерного латекса с инкапсулированным смолистым пигментом, водой, сорастворителем и растворенным низкомолекулярным влагоудерживающим агентом; при этом общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляет от примерно 2 до примерно 25 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил, с получением композиции водных чернил; и 3) факультативно фильтрование композиции водных чернил.
[008] Описан также способ, включающий введение водных чернил, содержащих воду; сорастворитель; инкапсулированный смолистый пигмент; полимерный латекс; и растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент; при этом общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляет от примерно 2 до примерно 25 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил, в струйное печатающее устройство; эжектирование капель чернил по ширине изображения на промежуточный элемент для переноса изображения; факультативно, нагревание изображения для частичного или полного удаления растворителей; и перенос чернил по ширине изображения с промежуточного элемента для переноса изображения на конечную подложку приема изображения; или эжектирование капель чернил по ширине изображения прямо на конечную подложку приема изображения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[009] Предложена композиция водных чернил, содержащая воду; сорастворитель; инкапсулированный смолистый пигмент; полимерный латекс; и растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент; при этом общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляет от примерно 2 до примерно 25 или от примерно 3 до примерно 20, или от примерно 5 до примерно 18 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил. В конкретных вариантах реализации изобретения общее содержание твердых веществ составляет от примерно 7 до примерно 15 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[0010] Композиция водных чернил в настоящем документе может быть получена так, чтобы обеспечивать высокое содержание твердых веществ в авторском комплекте струйных водных чернил, обладающих улучшенным нанесением, хорошими свойствами переноса на различные подложки и прочность конечных отпечатков. Твердые компоненты представленных чернил выбраны так, чтобы они обеспечивали минимум две полезные функции, в частности обеспечены: 1) инкапсулированный, пропитанный смолой пигмент для окрашивания и стабильности; 2) латекс для адгезии к подложке, толщина промежуточного слоя и прочность; и регулирования свойств высыхания; и 3) растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент, который улучшает латентность за счет связывания воды и уменьшения давления паров смеси воды/сорастворителя (закон Рауля). В конкретных вариантах реализации изобретения выбирают соотношение компонентов, сохраняя общее содержание твердых веществ в композиции чернил от примерно 2 до примерно 25 процентов или от примерно 7 до примерно 15 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[0011] В соответствии с вариантами реализации, для чернильных композиций согласно настоящему изобретению не требуются модификаторы вязкости для повышения вязкости до значений выше 5 сП, чтобы удовлетворять требованиям многих пьезоэлектрических струйных печатающих головок. Если чернила подлежат использованию для прямой печати на бумаге или если их переносят в полувлажном состоянии, то для снижения сморщивания и скручивания бумаги чернила могут содержать также по меньшей мере один сорастворитель.
[0012] Вода и сорастворитель.
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
[0013] В соответствии с вариантами реализации, чернильные композиции содержат по меньшей мере один сорастворитель, имеющий параметр растворимости в диапазоне от примерно 27 до примерно 37 МПа или от примерно 27 до примерно 35 МПа. В соответствии с вариантами реализации, чернильные композиции содержат один сорастворитель, имеющий параметр растворимости в диапазоне от примерно 27 до примерно 37 МПа или от примерно 27 до примерно 35 МПа, или смесь сорастворителей, при этом параметр растворимости указанной смеси составляет от примерно 27 до примерно 37 МПа или от примерно 27 до примерно 35 МПа. Согласно вариантам реализации изобретения, такой сорастворитель представляет собой 1,5-пентандиол. Согласно вариантам реализации, сорастворитель выбран из группы, состоящей из 1,5-пентандиола, 2-пирролидона, глицерина и их смесей. В конкретных вариантах реализации сорастворитель представляет собой 1,5-пентандиол и член группы, состоящей из 2-пирролидона, глицерина и их смесей.
1/2
[0014] Согласно вариантам реализации изобретения, чернильные композиции содержат по меньшей мере один сорастворитель, имеющий параметр растворимости в диапазоне от примерно 27 до примерно 35 МПа. Согласно вариантам реализации, сорастворитель представляет собой смесь 1,5-пентандиола и 2-пирролидона. Согласно вариантам реализации, сорастворитель представляет собой 1,5-пентандиол. В других вариантах реализации сорастворитель представляет собой 2-пирролидон.
1/2
[0015] Согласно вариантам реализации изобретения, сорастворитель выбран из группы, состоящей из 1,5-пентандиола, 2-пирролидона, глицерина и их смесей; и отдельный сорастворитель или смесь сорастворителей имеет параметр растворимости в диапазоне от примерно 27 до примерно 33 МПа.
[0016] Параметры растворимости Гильдебранда в системе СИ выражают в мегапаскалях. Параметр растворимости Гильдебранда известен специалистам в данной области техники. Значение Гильдебранда смеси растворителей может быть определено вычислением среднего по объему из значений Гильдебранда отдельных растворителей, как известно специалистам в данной области техники. Например, целевой диапазон для измерения параметра растворимости находится в пределах от комнатной температуры до температуры нанесения, в различных вариантах реализации – от примерно 20 до примерно 40°С. Параметры растворимости могут быть определены при помощи программ для моделирования, таких как Molecular Modeling Pro Plus, имеющаяся в продаже у компании Norgwyn Montgomery Software Inc. В различных вариантах реализации параметр растворимости для 1,5-пентандиола при 25°С составляет 27,6, параметр растворимости для 2-пирролидона при 25°С составляет 28,4, а параметр растворимости для глицерина при 25°С составляет 36,5.
[0017]  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. Согласно вариантам реализации изобретения, сорастворитель выбирают из группы, состоящей из сульфолана, метилэтилкетона, изопропанола, 2-пирролидинона, полиэтиленгликоля и их смесей.
[0018] Если смеси воды и растворимых в воде или смешивающихся с водой органических жидкостей выбраны в качестве жидкого носителя, то диапазоны соотношений воды к органическому компоненту могут быть любым подходящим или требуемым соотношением, в различных вариантах реализации от примерно 97:3 до примерно 30:70 или от примерно 95:5 до примерно 40:60, или от примерно 90:10 до примерно 51:49. Неводный компонент жидкого носителя, как правило, служит в качестве влагоудерживающего агента, который имеет температуру кипения больше, чем у воды (100°С), или в качестве сорастворителя, который имеет температуру кипения лишь 70°С. Органический компонент носителя чернил может также служить для модификации поверхностного натяжения чернил, модификации вязкости чернил, набухания латекса и/или дисперсии красящего вещества, и/или для изменения характеристик высушивания чернил.
[0019] Общее количество жидкого связующего наполнителя может быть обеспечено в любом подходящем или требуемом количестве. Согласно вариантам реализации, жидкий носитель содержится в композиции чернил в количестве от примерно 55 до примерно 97 процентов или от примерно 60 до примерно 90 процентов, или от примерно 65 до примерно 90 процентов по массе относительно общей массы чернильной композиции.
[0020] Инкапсулированный смолистый пигмент.
[0021] Композиции чернил содержат инкапсулированный смолистый пигмент, который обеспечивает цвет и стабильность композиции водных чернил. Может быть выбран любой подходящий или требуемый инкапсулированный смолистый пигмент. В различных вариантах реализации изобретения инкапсулированный смолистый пигмент представляет собой материал, имеющийся в продаже у компании Sun Chemical Company под названием MCX-059-SJ, где X представляет собой C, M, Y, Bk, означая, соответственно, цвета циан, маджента, желтый и черный.
[0022]  Инкапсулированный смолистый пигмент содержит пигментное ядро, окруженное смолистой оболочкой. Пигментное ядро может состоять из любого подходящего или требуемого пигмента. Согласно вариантам реализации изобретения, пигмент содержит черный пигмент, пигмент маджента, циановый пигмент, желтый пигмент или их комбинацию.
[0023]  Смолистая оболочка, окружающая пигментное ядро, может содержать любую подходящую или требуемую смолу. В различных вариантах реализации изобретения смолистая оболочка может быть выбрана из члена группы, состоящей из неионогенной смолы, анионной смолы и их комбинаций.
[0024] Инкапсулированный смолистый пигмент может быть получены любым подходящим или требуемым способом. В различных вариантах реализации изобретения инкапсулированный смолистый пигмент может быть получен по способу, описанному в японском патенте JP3651063, в котором, в английском переводе его реферата описан способ получения пигментной дисперсии на водной основе, имеющей средний объемный размер частиц 10-500 нм, которая характеризуется тем, что вода содержит осадок, содержащий смолу, имеющую кислотное число, обусловленное наличием карбоксильной группы, от 30 до 120, и пигмент, который диспергирован в водной среде путем нейтрализации части или всех карбоксильных групп основным соединением. Согласно вариантам реализации, смолистый пигмент может быть получен по способу, описанному в публикации патента США № 2014/0024763, который в полном объеме включена в настоящий документ посредством ссылки, и в реферате которого описан способ получения дисперсии полимер-инкапсулированного пигмента, включающий стадии диспергирования жидкости, содержащей мономер, гидрофоба и инициатора полимеризации в водной среде с диспергатором с получением эмульсии мономера, и смешивание эмульсии мономера с пигментной дисперсией, содержащей самодиспергирующийся пигмент, с которым гидрофильная группа связывается напрямую или через другую группу атомов, и который диспергируется за счет гидрофильной группы, обработку полученной смеси сдвиговым перемешиванием, а затем полимеризацию мономера.
TM
[0025] Инкапсулированный смолистый пигмент может иметь любой подходящий или требуемый размер частиц. Согласно вариантам реализации изобретения, инкапсулированные смолистые частицы пигмента демонстрируют средний размер частиц от примерно 30 до менее примерно 230 нанометров или от примерно 35 до менее примерно 200 нанометров, или от примерно 40 до менее примерно 150 нанометров. В конкретных вариантах реализации изобретения инкапсулированные смолистые частицы пигмента имеют средний размер частиц Z от примерно 60 до примерно 250 нанометров или от примерно 55 до менее примерно 120 нанометров. Средний размер частиц может быть измерен любым подходящим или требуемым способом, например, при помощи анализатора размеров частиц Nanotrac 252 (Microtrac, Монтгомеривилл, штат Пенсильвания, США).
[0026] Инкапсулированный смолистый пигмент может присутствовать в композиции чернил в любом требуемом или эффективном количестве, в различных вариантах реализации его количество может составлять от примерно 0,05 до примерно 15 процентов или от примерно 0,1 до примерно 10 процентов, или от примерно 1 до примерно 5 процентов по массе относительно общей массы чернильной композиции. В конкретных вариантах реализации изобретения инкапсулированный смолистый пигмент обеспечивают в таком количестве, чтобы общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляло от примерно 7 до примерно 15 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[0027] Красящее вещество.
[0028] Чернильная композиция согласно настоящему документу может содержать также факультативное красящее вещество, помимо красящего инкапсулированного смолистого пигмента. В различных вариантах реализации для инкапсулированного пигмента или для факультативного дополнительного красящего вещества может быть использовано любое подходящее или требуемое красящее вещество, в том числе пигменты, красители, дисперсии красителей, пигментные дисперсии и их смеси и комбинации. В различных вариантах реализации факультативное дополнительное красящее вещество представляет собой неионогенное красящее вещество, анионное красящее вещество или их комбинацию.
[0029] Красящее вещество может быть обеспечено в форме дисперсии красящего вещества. В различных вариантах реализации дисперсия красящего вещества имеет средний размер частиц от примерно 20 до примерно 500 нанометров (нм) или от примерно 20 до примерно 400 нм, или от примерно 30 до примерно 300 нм. В различных вариантах реализации красящее вещество выбрано из группы, состоящей из красителей, пигментов и их комбинаций, и красящее вещество факультативно представляет собой дисперсию, содержащую красящее вещество, факультативное поверхностно-активное вещество и факультативный диспергатор.
[0030] Как указано, в различных вариантах реализации для инкапсулированного смолистого пигмента может быть использовано любое подходящее или требуемое пигментное красящее вещество, или любое подходящее или требуемое красящее вещество может быть использовано для факультативного дополнительного красящего вещества. Факультативное дополнительное красящее вещество может быть красителем, пигментом или их смесью. Примеры подходящих красителей включают анионные красители, катионные красители, неионогенные красители, цвиттер-ионные красители и т.п. Конкретные примеры подходящих красителей включают пищевые красители, такие как пищевой черный 1, пищевой черный 2, пищевой красный 40, пищевой синий 1, пищевой желтый 7 и т.п., красители для пищевых продуктов, лекарств и косметики, кислотные черные красители (1, 7, 9, 24, 26, 48, 52, 58, 60, 61, 63, 92, 107, 109, 118, 119, 131, 140, 155, 156, 172, 194 и т.п.), кислотные красные красители (1, 8, 32, 35, 37, 52, 57, 92, 115, 119, 154, 249, 254, 256 и т.п.), кислотные синие красители (1, 7, 9, 25, 40, 45, 62, 78, 80, 92, 102, 104, 113, 117, 127, 158, 175, 183, 193,209 и т.п.), кислотные желтые красители (3, 7, 17, 19, 23, 25, 29, 38, 42, 49, 59, 61, 72, 73, 114, 128, 151 и т.п.), прямые черные красители (4, 14, 17, 22, 27, 38, 51,112,117,154,168 и т.п.), прямые синие красители (1, 6, 8, 14, 15, 25, 71, 76, 78, 80, 86, 90, 106, 108, 123, 163, 165, 199, 226 и т.п.), прямые красные красители (1, 2, 16, 23, 24, 28, 39, 62, 72, 236 и т.п.), прямые желтые красители (4, 11, 12, 27, 28, 33, 34, 39, 50, 58, 86, 100, 106, 107, 118, 127, 132, 142, 157 и т.п.), активные красители, такие как активные красные красители (4, 31, 56, 180 и т.п.), активные черные красители (31 и т.п.), активные желтые красители (37 и т.п.); антрахиноновые красители, моноазокрасители, диазокрасители, фталоцианиновые производные, в том числе различные сульфонатные соли фталоцианина, аза(18)аннулены, формазановые комплексы меди, трифенодиоксазины и т.п., а также их смеси.
2
3
4
[0031] Примеры подходящих пигментов, которые могут быть выбраны для инкапсулированного смолистого пигмента или для факультативного дополнительного красящего вещества включают черные пигменты, белые пигменты, циановые пигменты, пигменты маджента, желтые пигменты или т.п. Кроме того, пигменты могут быть органическими или неорганическими частицами. Подходящие неорганические пигменты включают технический углерод. Однако подходящими могут быть и другие неорганические пигменты, такие как оксид титана, кобальтовый синий (CoO-AlO), хромовый желтый (PbCrO) и оксид железа. Подходящие органические пигменты включают, например, азопигменты, в том числе диазопигменты и моноазопигменты, полициклические пигменты (например, фталоцианиновые пигменты, такие как фталоцианиновый циановый и фталоцианиновый зеленый), периленовые пигменты, периноновые пигменты, антрахиноновые пигменты, хинакридоновые пигменты, диаоксазиновые пигменты, тиоиндигоидные пигменты, изоиндолиноновые пигменты, пирантроновые пигменты и хинофталоновые пигменты), нерастворимые хелаты красителей (например, хелаты красителей основного типа и хелаты красителей кислотного типа), нитропигменты, нитрозопигменты, антантроновые пигменты, такие как PR 168, и т.п. Иллюстративные примеры фталоцианиновых циановых и зеленых пигментов включают фталоцианин меди синий, фталоцианин меди зеленый и их производные (пигменты циан 15, пигмент зеленый 7 и пигмент зеленый 36). Иллюстративные примеры хинакридонов включают пигмент оранжевый 48, оранжевый 49, пигмент красный 122, пигмент красный 192, пигмент красный 202, пигмент красный 206, пигмент красный 207, пигмент красный 209, пигмент фиолетовый 19 и пигмент фиолетовый 42. Иллюстративные примеры антрахинонов включают пигмент красный 43, пигмент красный 194, пигмент красный 177, пигмент красный 216 и пигмент красный 226. Иллюстративные примеры периленов включают пигмент красный 123, пигмент красный 149, пигмент красный 179, пигмент красный 190, пигмент красный 189 и пигмент красный 224. Иллюстративные примеры тиоиндигоидов включают пигмент красный 86, пигмент красный 87, пигмент красный 88, пигмент красный 181, пигмент красный 198, пигмент фиолетовый 36 и пигмент фиолетовый 38. Иллюстративные примеры гетероциклических желтых пигментов включают пигмент желтый 1, пигмент желтый 3, пигмент желтый 12, пигмент желтый 13, пигмент желтый 14, пигмент желтый 17, пигмент желтый 65, пигмент желтый 73, пигмент желтый 74, пигмент желтый 90, пигмент желтый 110, пигмент желтый 117, пигмент желтый 120, пигмент желтый 128, пигмент желтый 138, пигмент желтый 150, пигмент желтый 151, пигмент желтый 155 и пигмент желтый 213. Такие пигменты имеются в продаже либо в форме порошка, либо в прессованной форме у ряда поставщиков, включая BASF Corporation, Engelhard Corporation и Sun Chemical Corporation. Примеры черных пигментов, которые могут быть использованы, включают углеродные пигменты. Углеродный пигмент может быть практически любым имеющимся в продаже углеродным пигментом, который обеспечивает приемлемую оптическую плотность и характеристики печати. Углеродные пигменты, подходящие для применения в предложенной системе и способе, включают, без ограничения, технический углерод, графит, стекловидный углерод, древесный уголь и их комбинации. Такие углеродные пигменты могут быть изготовлены множеством известных методов, таких как канальный метод, контактный метод, печной метод, ацетиленовый метод или термический метод, и они имеются в продаже у таких поставщиков как Cabot Corporation, Columbian Chemicals Company, Evonik и E.I. DuPont de Nemours and Company. Подходящие углеродные черные пигменты включают, без ограничения, пигменты Cabot, такие как пигменты MONARCH 1400, MONARCH 1300, MONARCH 1100, MONARCH 1000, MONARCH 900, MONARCH 880, MONARCH 800, MONARCH 700, CAB-O-JET 200, CAB-O-JET 300, REGAL, BLACK PEARLS, ELFTEX, MOGUL и VULCAN; пигменты Columbian, такие как RAVEN 5000 и RAVEN 3500; пигменты Evonik, такие как Color Black FW 200, FW 2, FW 2V, FW 1, FW18, FW S160, FW S170, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A, Special Black 4, PRINTEX U, PRINTEX 140U, PRINTEX V и PRINTEX 140V. Представленный выше список пигментов включает немодифицированные пигментные частицы, пигментные частицы с присоединенными мелкими молекулами и диспергированные в полимере полимерные частицы. Также могут быть выбраны другие пигменты и их смеси. Желательно, чтобы размер частиц пигмента был минимальным возможным для обеспечения стабильной коллоидной суспензии частиц в жидком носителе и для предотвращения засорения чернильных каналов при использовании чернил в термографическом струйном принтере или пьезоэлектрическом струйном принтере.
[0032] Инкапсулированный смолистый пигмент может присутствовать в композиции чернил в любом требуемом или эффективном количестве, в различных вариантах реализации содержание инкапсулированного смолистого пигмента может составлять от примерно 0,05 до примерно 15 процентов или от примерно 0,1 до примерно 10 процентов, или от примерно 1 до примерно 5 процентов по массе относительно общей массы чернильной композиции.
[0033] В конкретных вариантах реализации изобретения дополнительный краситель, при его наличии, обеспечивают в таком количестве, чтобы общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляло от примерно 2 до примерно 25 процентов или от примерно 7 до примерно 15 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[0034] Полимерный латекс.
[0035] В различных вариантах реализации латексная смола может состоять из первой и второй мономерной композиции. Для получения первой мономерной композиции и второй мономерной композиции может быть выбран любой подходящий мономер или смесь мономеров. Выбор мономера или смеси мономеров для первой мономерной композиции не зависит от выбора смеси для второй мономерной композиции и наоборот. Иллюстративные мономеры для первой и/или второй мономерной композиции включают, но не ограничиваются ими, сложные полиэфиры, стиролы, алкилакрилаты, такие как метилакрилат, этилакрилат, бутилакрилат, изобутилакрилат, додецилакрилат, н-октилакрилат, 2-хлорэтиакрилат; β-карбоксиэтилакрилат (β-CEA), фенилакрилат, метил-альфахлоракрилат, метилметакрилат, этилметакрилат и бутилметакрилат; бутадиен; изопрен; метилакрилонитрил; акрилонитрил; виниловые эфиры, такие как винилметиловый эфир, винилизобутиловый эфир, винилэтиловый эфир и т.п.; сложные виниловые эфиры, такие как винилацетат, винилпропионат, винилбензоат и винилбутират; винилкетоны, такие как винилметилкетон, винилгексилкетон и метилизопропенилкетон; галогениды винилидена, такие как хлорид винилидена и хлорфторид винилидена; N-винилиндол; N-винилпирролидон; метакрилаты; акриловую кислоту; метакриловую кислоту; акриламид; метакриламид; винилпиридин; винилпирролидон; винил-N-метилпиридиния хлорид; винилнафталин; п-хлорстирол; винилхлорид, винилбромид; винилфторид; этилен; пропилен; бутилены; изобутилен; и т.п., а также их смеси. При использовании смеси мономеров, латексный полимер, как правило, представляет собой сополимер.
[0036] Согласно вариантам реализации изобретения, первая мономерная композиция и вторая мономерная композиция, независимо друг от друга, могут содержать два или три, или более различных мономеров. Поэтому латексный полимер может содержать сополимер. Иллюстративные примеры такого латексного сополимера включают поли(стирол-н-бутилакрилат-β-CEA), поли(стирол-алкилакрилат), поли(стирол-1,3-диен), поли(стирол-алкилметакрилат), поли(алкилметакрилат-алкилакрилат), поли(алкилметакрилат-арилакрилат), поли(арилметакрилат-алкилакрилат), поли(алкилметакрилат), поли(стирол-алкилакрилат-акрилонитрил), поли(стирол-1,3-диен-акрилонитрил), поли(алкилакрилат-акрилонитрил), поли(стирол-бутадиен), поли(метилстирол-бутадиен), поли(метилметакрилат-бутадиен), поли(этилметакрилат-бутадиен), поли(пропилметакрилат-бутадиен), поли(бутилметакрилат-бутадиен), поли(метилакрилат-бутадиен), поли(этилакрилат-бутадиен), поли(пропилакрилат-бутадиен), поли(бутилакрилат-бутадиен), поли(стирол-изопрен), поли(метилстирол-изопрен), поли(метилметакрилат-изопрен), поли(этилметакрилат-изопрен), поли(метилакрилат-изопрен), поли(этилакрилат-изопрен), поли(пропилакрилат-изопрен), поли(бутилакрилат-изопрен); поли(стирол-пропилакрилат), поли(стирол-бутилакрилат), поли(стирол-бутадиен-акрилонитрил), поли(стирол-бутилакрилат-акрилонитрил) и т.п.
[0037] В различных вариантах реализации первая мономерная композиция и вторая мономерная композиция могут быть, по существу, нерастворимы в воде, такие как гидрофобные, и могут быть диспергированы в водной фазе при надлежащем перемешивании при добавлении в реакционный сосуд.
[0038] Массовое соотношение между первой мономерной композицией и второй мономерной композиции может варьирваться от примерно 0,1:00,0 до примерно 50:50, включая от примерно 0,5:99,5 до примерно 25:75, от примерно 1:99 до примерно 10:90.
[0039] В различных вариантах реализации первая мономерная композиция и вторая мономерная композиция могут быть одинаковыми. Примеры первой/второй мономерной композиции могут представлять собой смесь, содержащую стирол и алкилакрилат, такую как смесь, содержащая стирол, н-бутилакрилат и β-CEA. Содержание стирола может составлять от примерно 1% до примерно 99%, от примерно 50% до примерно 95%, от примерно 70% до примерно 90% относительно общей массы мономеров, хотя он может присутствовать в больших или меньших количествах; содержание акрилата, такого как н-бутилакрилат, может составлять от примерно 1% до примерно 99%, от примерно 5% до примерно 50%, от примерно 10% до примерно 30%, хотя он может присутствовать в больших или меньших количествах.
[0040] Полимерный латекс может содержать любой подходящий или требуемый полимерный материал. В различных вариантах реализации полимерный латекс содержит латексную эмульсию, содержащую полимерные частицы, образованные эмульсионной полимеризацией стирола, н-бутилакрилата, метакриловой кислоты, бета-CEA (β-карбоксиэтилакрилата), и факультативное поверхностно-активное вещество.
[0041] Инициаторы.
[0042] В латексном или тонерном процессе может быть использован любой подходящий инициатор или смесь инициаторов. В различных вариантах реализации инициатор выбран из известных инициаторов свободнорадикальной полимеризации. Свободнорадикальный инициатор может быть любым инициатором свободнорадикальной полимеризации, способным инициировать процесс свободнорадикальной полимеризации, или их смесями, и такой свободнорадикальный инициатор может обеспечивать частицы свободных радикалов при нагревании до температуры выше примерно 30°С.
[0043] Хотя в реакциях эмульсионной полимеризации используют водорастворимые свободнорадикальные инициаторы, могут быть использованы и другие свободнорадикальные инициаторы. Примеры подходящих свободнорадикальных инициаторов включают, но не ограничиваются ими, пероксиды, такие как персульфат аммония, пероксид водорода, ацетилпероксид, кумилпероксид, трет-бутилпероксид, пропионилпероксид, пероксид бензоила, пероксид хлорбензоила, пероксид дихлорбензоила, пероксид бромметилбензоила, лауроилпероксид, диизопропилпероксикарбонат, гидропероксид тетралина, 1-фенил-2-метилпропил-1-гидропероксид и трет-бутилгидропероксид; пертрифенилацетат, трет-бутил-перформиат; трет-бутил-перацетат; трет-бутил-пербензоат; трет-бутил-перфенилацетат; трет-бутил-перметоксиацетат; трет-бутил-пер-N-(2-толуил)карбамат; персульфат натрия; персульфат калия, азосоединения, такие как 2,2'-азобиспропан, 2,2'-дихлор-2,2'-азобиспропан, 1,1'-азо(метилэтил)диацетат, 2,2'-азобис(2-амидинопропан)гидрохлорид, 2,2'-азобис(2-амидинопропан)нитрат, 2,2'-азобис-изобутан, 2,2'-азобис-изобутиламид, 2,2'-азобис-изобутиронитрил, метил-2,2'-азобис-2-метилпропионат, 2,2'-дихлор-2,2'-азобис-бутан, 2,2'-азобис-2-метилбутиронитрил, диметил-2,2'-азобис-изобутират, 1,1'-азобис(1-метилбутиронитрил-3-сульфонат натрия), 2-(4-метилфенилазо)-2-метилмалонодинитрил, 4,4'-азобис-4-циановалериановая кислота, 3,5-дигидроксиметилфенилазо-2-метилмалонодинитрил, 2-(4-бромфенилазо)-2-аллилмалонодинитрил, 2,2'-азобис-2-метилвалеронитрил, диметил-4,4'-азобис-4-циановалерат, 2,2'-азобис-2,4-диметилвалеронитрил, 1,1'-азобис-циклогексаннитрил, 2,2'-азобис-2-пропилбутиронитрил, 1,1'-азобис-1-хлорфенилэтан, 1,1'-азобис-1-циклогексанкарбонитрил, 1,1'-азобис-1-циклогептаннитрил, 1,1'-азобис-1-фенилэтан, 1,1'-азобис-кумол, этил-4-нитрофенил-азобензилцианоацетат, фенил-азодифенилметан, 4-нитрофенил-азотрифенилметан, 1'-азобис-1,2-дифенилэтан, поли(бисфенол А-4,4'-азобис-4-цианопентаноат) и поли(тетраэтиленгликоль-2,2'-азобис-изобутират); 1,4-бис(пентаэтилен)-2-тетразен; 1,4-диметоксикарбонил-1,4-дифенил-2-тетразен и т.п.; и их смеси.
[0044] Более типичные свободнорадикальные инициаторы включают, но не ограничиваются ими, персульфат аммония, пероксид водорода, ацетилпероксид, кумилпероксид, трет-бутилпероксид, пропионилпероксид, пероксид бензоила, пероксид хлорбензоила, пероксид дихлорбензоила, пероксид бромметилбензоила, лауроилпероксид, персульфат натрия, персульфат калия, диизопропилпероксикарбонат и т.п.
[0045] Содержание инициатора может составлять от примерно 0,1% до примерно 5%, от примерно 0,4% до примерно 4%, от примерно 0,5% до примерно 3% относительно общей массы мономеров, хотя он может присутствовать в больших или меньших количествах.
[0046] Агент передачи цепи.
[0047] Для регулирования степени полимеризации латекса и, следовательно, регулирования молекулярной массы и распределения молекулярной массы готовых латексов в латексном процессе и/или тонерном процессе в соответствии с настоящим описанием, может быть факультативно использован агент передачи цепи. Следует понимать, что агент передачи цепи может стать частью латексного полимера.
-1
-1
[0048] В различных вариантах реализации агент передачи цепи имеет ковалентную связь углерод-сера. Ковалентная связь углерод-сера имеет пик поглощения в инфракрасном спектре поглощения в диапазоне волновых чисел от 500 до 800 см. Если агент передачи цепи включен в латекс и тонер, полученный из латекса, то пик поглощения может быть изменен, например, до диапазона волновых чисел от 400 до 4000 см.
3-15
[0049] Иллюстративные агенты передачи цепи включают, но не ограничиваются ими, н-C алкилмеркаптаны, такие как н-пропилмеркаптан, н-бутилмеркаптан, н-амилмеркаптан, н-гексилмеркаптан, н-гептилмеркаптан, н-октилмеркаптан, н-нонилмеркаптан, н-децилмеркаптан и н-додецилмеркаптан; разветвленные алкилмеркаптаны, такие как изопропилмеркаптан, изобутилмеркаптан, втор-бутилмеркаптан, трет-бутилмеркаптан, циклогексилмеркаптан, трет-гексадецилмеркаптан, трет-лаурилмеркаптан, трет-нонилмеркаптан, трет-октилмеркаптан и трет-тетрадецилмеркаптан; меркаптаны, содержащие ароматическое кольцо, такие как аллилмеркаптан, 3-фенилпропилмеркаптан, фенилмеркаптан и перкаптотрифенилметан; и т.п. Термины меркаптан и тиол могут быть использованы взаимозаменяемо для обозначения группы C-SH.
[0050] Примеры таких агентов передачи цепи включают также, но не ограничиваются ими, додекантиол, бутантиол, изооктил-3-меркаптопропионат, 2-метил-5-трет-бутил-тиофенол, четыреххлористый углерод, тетрабромид углерода и т.п.
[0051] Содержание агента передачи цепи может составлять от примерно 0,1% до примерно 7%, от примерно 0,5% до примерно 6%, от примерно 1,0% до примерно 5% относительно общей массы мономеров, подлежащих полимеризации, хотя он может присутствовать в больших или меньших количествах.
[0052] В различных вариантах реализации в композицию первого/второго мономера может быть факультативно включен агент ветвления для регулирования структуры ветвления целевого латекса. Иллюстративные агенты ветвления включают, но не ограничиваются ими, декандиола диакрилат (ADOD), триметилолпропан, пентаэритрит, тримеллитовую кислоту, пиромеллитовую кислоту и их смеси.
[0053] Содержание агента ветвления может составлять от примерно 0% до примерно 2%, от примерно 0,05% до примерно 1,0%, от примерно 0,2% до примерно 0,8% относительно общей массы мономеров, подлежащих полимеризации, хотя он может присутствовать в больших или меньших количествах.
[0054] В латексном процессе согласно настоящему описанию, эмульгирование может быть выполнено любым подходящим способом, таким как смешивание при повышенной температуре. Например, эмульсионная смесь может быть смешана в гомогенизаторе, установленном на скорость от примерно 200 до примерно 400 об./мин и при температуре от примерно 40°С до примерно 80°С, в течение периода времени от примерно 1 минуты до примерно 20 минут.
[0055] Может быть использован любой тип реактора, без ограничений. Реактор может включать средства для перемешивания композиций, содержащихся в нем, такие как лопастная мешалка. Реактор может содержать по меньшей мере одну лопастную мешалку. Для получения латекса и/или тонера в течение всего процесса можно использовать реактор, так что лопастные мешалки могут работать при эффективной скорости перемешивания от примерно 10 до примерно 1000 об./мин.
[0056] После завершения добавления мономера и перед охлаждением латекс может быть оставлен для стабилизации путем сохранения тех же условий в течение определенного периода времени, например, в течение от примерно 10 до примерно 300 минут. Факультативно, латекс, полученный по описанному выше способу, может быть выделен стандартными методами, известными в данной области техники, например, коагуляцией, растворением и осаждением, фильтрованием, промыванием, высушиванием или т.п.
[0057] В различных вариантах реализации полимерный латекс содержит водную дисперсию сложного полиэфира. Для чернильных композиций, описанных в настоящем документе, может быть использован любой подходящий или требуемый сложный полиэфир. В различных вариантах реализации полиэфир может быть материалом, описанным в патенте США 6593049 и патенте США 6756176, которые включены в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. Подходящие смолы также могут содержать смесь аморфной полиэфирной смолы и кристаллической полиэфирной смолы, как описано в патенте США 6830860, который включен в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.
[0058] В конкретном варианте реализации чернильные композиции, описанные в настоящем документе, содержат полимерный латекс, состоящий из аморфного полиэфира, кристаллического полиэфира или смесь аморфного полиэфира и кристаллического полиэфира.
[0059] В различных вариантах реализации смола может быть полиэфирной смолой, полученной взаимодействием диола и дикислоты в присутствии факультативного катализатора. Для получения кристаллического полиэфира подходящие органические диолы включают алифатические диолы, имеющие от примерно 2 до примерно 36 атомов углерода, такие как 1,2-этандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 2,2-диметилпропан-1,3-диол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,8-октандиол, 1,9-нонандиол, 1,10-декандиол, 1,12-додекандиол и т.п., включая их структурные изомеры.
[0060] Алифатический диол может быть выбран в любом подходящем или требуемом количестве, в различных вариантах реализации от примерно 40 до примерно 60 молярных процентов или от примерно 42 до примерно 55 молярных процентов, или от примерно 45 до примерно 53 молярных процентов, и, в различных вариантах реализации, второй диол может быть выбран в любом подходящем или требуемом количестве, в различных вариантах реализации от примерно 0 до примерно 10 молярных процентов или от примерно 1 до примерно 4 молярных процентов относительно смолы.
[0061] Примеры органических дикислот или сложных диэфиров включая виниловые дикислоты или виниловые диэфиры, которые могут быть выбраны для получения кристаллических смол, включают щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, субериновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, фумаровую кислоту, диметилфумарат, диметилитаконат, цис-1,4-диацетокси-2-бутен, диэтилфумарат, диэтилмалеат, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, нафталин-2,7-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, малоновую кислоту, мезаконовую кислоту, их диэфиры или ангидриды, а также их смеси и комбинации.
[0062] Органическая дикислота может быть выбрана в любом подходящем или требуемом количестве, в различных вариантах реализации от примерно 40 до примерно 60 молярных процентов или от примерно 42 до примерно 52 молярных процентов, или от примерно 45 до примерно 50 молярных процентов, и, в различных вариантах реализации, вторая дикислота может быть выбрана в любом подходящем или требуемом количестве, таком как от примерно 0 до примерно 10 молярных процентов относительно смолы.
[0063] Кристаллические смолы на основе сложных полиэфиров включают поли(этилен-адипинат), поли(пропилен-адипинат), поли(бутилен-адипинат), поли(пентилен-адипинат), поли(гексилен-адипинат), поли(октилен-адипинат), поли(этилен-сукцинат), поли(пропилен-сукцинат), поли(бутилен-сукцинат), поли(пентилен-сукцинат), поли(гексилен-сукцинат), поли(октилен-сукцинат), поли(этилен-себацинат), поли(пропилен-себацинат), поли(бутилен-себацинат), поли(пентилен-себацинат), поли(гексилен-себацинат), поли(октилен-себацинат), поли(децилен-себацинат), поли(децилен-деканоат), поли(этилен-деканоат), поли(этилен-додеканоат), поли(нонилен-себацинат), поли(нонилен-деканоат), сополи(этилен-фумарат)-сополи(этилен-себацинат), сополи(этилен-фумарат)-сополи(этилен-деканоат), сополи(этилен-фумарат)-сополи(этилен-додеканоат), сополи(2,2-диметилпропан-1,3-диол-деканоат)-сополи(нонилен-деканоат), поли(октилен-адипинат).
[0064] Примеры дикислот или диэфиров, выбранных для получения аморфных полиэфиров, включают дикарбоновые кислоты или сложные диэфиры, такие как терефталевая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, фумаровая кислота, тримеллитовая кислота, диметилфумарат, диметилитаконат, цис-1,4-диацетокси-2-бутен, диэтилфумарат, диэтилмалеат, малеиновая кислота, янтарная кислота, итаконовая кислота, янтарный ангидрид, додецил-янтарная кислота, додецил-янтарный ангидрид, глутаровая кислота, глутаровый ангидрид, адипиновая кислота, пимелиновая кислота, субериновая кислота, азелаиновая кислота, додекандикислота, диметилтерефталат, диэтилтерефталат, диметилизофталат, диэтилизофталат, диметилфталат, фталевый ангидрид, диэтилфталат, диметилсукцинат, диметилфумарат диметилмалеат, диметилглутарат, диметиладипинат, диметилдодецилсукцинат, а также их смеси и комбинации. Органическая дикислота или сложный диэфир может присутствовать в любом подходящем или требуемом количестве, например, в количестве от примерно 40 до примерно 60 молярных процентов относительно смолы, или от примерно 42 до примерно 55 молярных процентов относительно смолы, или от примерно 45 до примерно 53 молярных процентов относительно смолы.
[0065] Примеры диолов, которые могут быть использованы для получения аморфных полиэфиров, включают 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, пентадиол, гександиол, 2,2-диметилпропандиол, 2,2,3-триметилгександиол, гептандиол, додекандиол, бис(гидроксиэтил)-бисфенол А, бис(2-гидроксипропил)-бисфенол А, 1,4-циклогександиметанол, 1,3-циклогександиметанол, ксилолдиметанол, циклогександиол, диэтиленгликоль, бис(2-гидроксиэтил)оксид, дипропиленгликоль, дибутилен, а также их смеси и комбинации. Количество выбранного органического диола может варьироваться и может быть выбрано из любого подходящего или требуемого количества, например, в количестве от примерно 40 до примерно 60 молярных процентов относительно смолы, или от примерно 42 до примерно 55 молярных процентов относительно смолы, или от примерно 45 до примерно 53 молярных процентов относительно смолы.
[0066] Согласно вариантам реализации, для получения сложных полиэфиров могут быть использованы катализаторы поликонденсации. Катализаторы поликонденсации, которые могут быть использованы либо для кристаллических, либо для аморфных полиэфиров, включают тетраалкилтитанаты, оксиды диалкилолова, такие как оксид дибутилолова, тетраалкилолово, такое как дибутилолова дилаурат, и гидроксиды оксидов диалкилолова, такие как гидроксид оксида бутилолова, алкоксиды алюминия, алкилцинк, диалкилцинк, оксид цинка, оксиды олова (II), а также их смеси и комбинации. Такие катализаторы могут быть использованы в любом подходящем или требуемом количестве, таком как от примерно 0,01 молярного процента до примерно 5 молярных процентов относительно исходной дикислоты или диэфира, используемого для получения полиэфирной смолы.
[0067] В различных вариантах реализации, как отмечено выше, в качестве полиэфира в настоящем документе может быть использована ненасыщенная аморфная полиэфирная смола. Примеры таких смол включают смолы, описанные в патенте США 6063827, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. Иллюстративные ненасыщенные аморфные полиэфирные смолы включают, но не ограничиваются ими, поли(пропоксилированный бисфенол-со-фумарат), поли(этоксибированный бисфенол-со-фумарат), поли(бутоксилированный бисфенол-со-фумарат), поли(со-пропоксилированный бисфенол-со-этоксилированный бисфенол-со-фумарат), поли(1,2-пропиленфумарат), поли(пропоксилированный бисфенол-со-малеат), поли(этоксилированный бисфенол-со-малеат), поли(бутоксилированный бисфенол-со-малеат), поли(со-пропоксилированный бисфенол-со-этоксилированный бисфенол-со-маолеат), поли(1,2-пропиленмалеат), поли(пропоксилированный бисфенол-со-итаконат), поли(этоксилированный бисфенол со-итаконат), поли(бутоксилированный бисфенол-со-итаконат), поли(со-пропоксилированный бисфенол-со-этоксилированный бисфенол-со-итаконат), поли(1,2-пропиленитаконат) и их комбинации.
[0068] В различных вариантах реализации подходящая полиэфирная смола может быть аморфным полиэфиром, таким как смола поли(пропоксилированный бисфенол А-со-фумарат), имеющая формулу
[0069] где m представляет собой целое число, в различных вариантах реализации от примерно 5 до примерно 1000 или от примерно 10 до примерно 500, или от примерно 15 до примерно 200.
[0070] Пример смолы линейного пропоксилированного фумарата бисфенола А, которая может быть использована в качестве латексной смолы, представляет собой смолу, имеющуюся в продаже под торговым названием SPARII производства компании Resana S/A Industrias Quimicas, Сан-Паулу, Бразилия. Другие смолы фумарата пропоксилированного бисфенола А, которые могут быть использованы и имеются в продаже, включают GTUF и FPESL-2 производства Kao Corporation, Япония, и EM181635 производства Reichhold, Треугольник науки, Северная Каролина.
[0071] Подходящие кристаллические смолы, которые могут быть использованы, факультативно в комбинации с аморфной смолой, описанной выше, включают смолы, описанные в публикации патента США 2006/0222991, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. В различных вариантах реализации подходящая кристаллическая смола может включать смолу, образованную из этиленгликоля смеси сомономеров додекандионовой кислоты и фумаровой кислоты, формулы
[0072] где b представляет собой целое число, в различных вариантах реализации от примерно 5 до примерно 2000, м d представляет собой целое число, в различных вариантах реализации от примерно 5 до примерно 2000.
[0073] Например, в различных вариантах реализации смола, поли(пропоксилированный бисфенол А-софумарат), описанная выше, может быть смешана с кристаллической смолой для получения латексной эмульсии. В конкретном варианте реализации композиция чернил согласно настоящему изобретению содержит полимерный латекс, содержащий поли(со-пропоксилированный бисфенол-со-терефталат-со-фумарат), кристаллический полиэфир, в различных вариантах реализации поли(1,9-нонадиол-со-додекандионовая кислота) или их смесь.
[0074] В различных вариантах реализации изобретения смола может иметь кислотные группы, которые, в различных вариантах реализации, могут находиться у конца молекулы смолы. Кислотные группы, которые могут присутствовать, включают группы карбоновых кислот и т.п. Количество групп карбоновых кислот можно регулировать подбором материалов, используемых для получения смолы, и условий реакции.
[0075] В различных вариантах реализации полиэфирная смола может иметь кислотное число от примерно 2 мг KOH/г смолы до примерно 200 мг KOH/г смолы, или от примерно 5 мг KOH/г смолы до примерно 50 мг KOH/г смолы Смола, содержащая кислоту, может быть растворена в растворе тетрагидрофурана. Кислотное число можно определить титрованием с раствором KOH в метаноле, содержащим в качестве индикатора фенолфталеин. Затем можно рассчитать кислотное число на основании эквивалентного количества KOH в метаноле, необходимого для нейтрализации всех кислотных групп в смоле, определенного по концу титрования.
[0076] Частицы композитного латекса могут быть получены любым подходящим способом, известным в данной области техники. Например, частицы композитного латекса могут быть получены при помощи двухстадийного процесса эмульсионной полимеризации, процесса самоэмульгирования, в котором первый мономер диффундирует во второй мономер в водной дисперсии, а затем полимеризуется; дисперсионной полимеризации, которая включает получение частиц из ядра и оболочки, где для ядра или оболочки может быть выбран аморфный или кристаллический полиэфир, помимо других способов, понятных специалистам в данной области техники.
[0077] В различных вариантах реализации изобретения полиэфирная эмульсия или латекс имеет средний объемный размер частиц от примерно 20 нанометров (нм) до примерно 1000 нм или от примерно 20 до примерно 800 нм, или от примерно 50 до примерно 800 нм, или от примерно 50 до примерно 500 нм, или от примерно 50 до примерно 300 нм, или от примерно 100 до примерно 300 нанометров. В конкретных вариантах реализации полимерный латекс имеет средний объемный размер частиц менее примерно 200 нанометров, в различных вариантах реализации от примерно 20 до менее примерно 200 нанометров.
[0078] Характеристики латекса могут быть определены при помощи любых подходящих приемов и приборов. Средний объемный диаметр частиц может быть измерен при помощи такого измерительного прибора как светорассеивающий измеритель размера частиц, эксплуатируемый в соответствии с инструкциями производителя. Средний объемный диаметр частиц также может быть измерен при помощи такого измерительного прибора как Beckman Coulter Multisizer 3, эксплуатируемый в соответствии с инструкциями производителя.
[0079] В конкретном варианте реализации изобретения сложный полиэфир представляет собой соединение формулы
[0080] где R представляет собой водород или метил, m представляет собой целое число от примерно 2 до примерно 10, и n представляет собой целое число от примерно 2 до примерно 10.
[0081] В различных вариантах реализации полимерный латекс содержит комбинацию аморфного полимера и кристаллического полиэфира, представленных в соотношении 90 процентов аморфного полиэфира и 10 процентов кристаллического полиэфира по массе относительно общей массы аморфного и кристаллического полиэфира.
[0082] В различных вариантах реализации полимерный латекс может присутствовать в любом требуемом или эффективном количестве, таком как от примерно 0,1 до примерно 25 процентов или от примерно 1 до примерно 20 процентов, или от примерно 3 до примерно 20 процентов, или от примерно 2 до примерно 14 процентов по массе относительно общей массы чернильной композиции.
[0083] В конкретных вариантах реализации изобретения полимерный латекс обеспечивают в таком количестве, чтобы общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляло от примерно 2 до примерно 25 процентов или от примерно 7 до примерно 15 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[0084] Растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент.
[0085] Композиции водных чернил содержит растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент, который улучшает латентность за счет связывания воды и снижения давления паров смеси воды/сорастворителя (закон Рауля). Растворенный влагоудерживающий агент может быть использован для улучшения латентности и способности восстановления при низкой относительной влажности.
[0086] Растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент может содержать любой подходящий или требуемый материал.
[0087] В различных вариантах реализации изобретения растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент имеет молекулярную массу от примерно 100 г/моль до примерно 3000 г/моль или от примерно 100 г/моль до примерно 2000 г/моль, или от примерно 100 г/моль до примерно 1000 г/моль.
[0088] Растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент может быть выбран из группы, состоящей из бетаина, производных бетаина, полиолов, сахаров, а также их смесей и комбинаций. В конкретном варианте реализации растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент представляет собой бетаин.
[0089] Как описано в онлайн энциклопедии «Wikipedia», бетаин в химии представляет собой нейтральное химическое соединение с положительно заряженной катионной функциональной группой, такой как катион четвертичного аммония или фосфония (в общем: ониевые ионы), которая не содержит атома водорода, и с отрицательно заряженной функциональной группой, такой как карбоксилатная группа, которая может не быть расположена рядом с катионным сайтом. Следовательно, бетаин может представлять собой определенный тип цвиттер-иона.
3
3N
n
2n
-
2
[0090] Бетаин, при использовании в настоящем документе, может быть выбран из материалов, описанных в публикации Kuczera et al., “Amphiphilic derivatives of betaine esters as modifiers of macrovesicular BLM,” Gen Physiol. Biophys. июнь, 1989; 8(3):223-32, в реферате которой описана серия амфифильных производных бетаиновых эфиров (V-n) с химической структурой (CH)+COOCH + 1Cl (n = 10, 12, 14 или 16), которые были исследованы в отношении их влияния на электрический свойства лецитиновых крупнокапельных мембран. Было обнаружено, что нормализованное сопротивление и разрушающее напряжение зависят от концентрации V-n в мембране и от длины алкильной цепи (n). Было обнаружено снижение сопротивления до примерно 10(4) Ом⋅см и снижение разрушающего напряжения на 111 мВ в измеренном диапазоне соотношений V-n: лецитин (0,005-0,05). Максимальное снижение разрушающего напряжения наблюдали для V-14. Эти открытия вместе с характерной анионной селективностью позволяют предположить, что из-за взаимодействия V-n с фосфолипидами в липидных двойных слоях образуются гидрофильные поры. Это предположение подтверждается результатами, полученными при помощи измерений электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), которые показали отсутствие совместного изменения динамики или порядка двойных слоев. В частности, времена вращательной корреляции и параметры порядка молекул спинового зонда, растворенных в мембране, не изменялись в исследованном диапазоне концентраций. Поскольку большое количество повреждений в мембране может быть обусловлено влиянием упорядочивания и динамики, это наблюдение также позволяет предположить, что количество образованных пор мало.
[0091] См. также Betaines and Related Osmoprotectants. Targets for Metabolic Engineering of Stress Resistance”, McNeil, et al, Plant Physiology, август, 199, том 120, сс. 945-949, который включен в настоящую заявку путем ссылки в полном объеме.
[0092] Бетаин, при использовании в настоящем документе, может быть выбран из материалов, описанных в патенте США 6384266, который включен в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. В реферате патента США 6384266 описан экологически приемлемый способ получения глициновых эфиров бетаина, в котором во время синтеза не выделяются токсичные побочные продукты. В этом способе получают единственный продукт, перерабатываемый материал для повторного использования в том же процессе и восстановленный материал, который может быть продан для различных применений, таких как удобрения.
[0093] Бетаин, при использовании в настоящем документе, также может быть выбран из бетаиновых производных, описанных в патенте США 2429171, который включен в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. В патенте США 2429171 описаны производные бетаинов, полученные взаимодействием органических соединений, содержащих активный атом водорода или металла, который может быть заменен ацильной группой, с кислотными галогенидами или ангидридами бетаиновых солей. Как описано в патенте США 2429171, исходные материалы могут представлять собой спирты, такие как стеариловый спирт, алициклические спирты, такие как ментол, витамин А и спирты стероидной группы, такие как тестостерон, андростерон, кортикостерон, дезоксикортикостерон и дегидрокортикостерон; фенолы, крезолы, хлорфенол, экстрон, эстрадиол или его моноэфиры, витамин Е, 2-метил-нафтогидрохинон, генины синтетических или природных кардиотропных веществ и их гликозиды, такие как строфантидин, строфантин, дигитоксигенин, гитоксин, гитоксигенин; первичные и вторичные амины соответствующих алкалоидов; β-дикетоны, производные β-кетокарбоновых кислот, соответствующие соединения металлов и т.д. Кислотные галогениды или ангидриды бетаиновых солей, используемые для указанной реакции, могут быть получены из бетаинов, их солей или солей сложных эфиров, под действием агентов, которые подходят для превращения карбоновых кислот или их солей в соответствующие галогениды или ангидриды кислот. В различных вариантах реализации бетаиновые производные включают производные, полученные обработкой членов, выбранных из группы, состоящей из кардиотропных гликозидов и их агликонов, которые содержат член из группы, состоящей из активного атома водорода и активного атома металла, при этом оба они могут быть замещены ацильной группой, с членом группы из кислотных галогенидов и ангидридов бетаиновых солей. В различных вариантах реализации изобретения бетаиновые производные включают производные, полученные обработкой членов, выбранных из группы, состоящей из кардиотропных гликозидов и их агликонов, которые содержат член из группы, состоящей из активного атома водорода и активного атома металла, при этом оба они могут быть замещены ацильной группой, в смеси с органическими соединениями, которые не могут быть ацилированы, с членом группы кислотных галогенидов или ангидридов бетаиновых солей, выделением ацилированных веществ от неизмененных веществ и выделением исходных веществ измененных соединений при помощи гидролизующих агентов. В различных вариантах реализации изобретения бетаиновое производное выбрано из группы, состоящей из сложного эфира холестерилового эфира гидрохлорида бетаина, строфантидинового эфира гидрохлорида бетаина, лактона Δ-3:21-дигидрокси-нор-холадиеновой кислоты, эстерифицированной в 3-положении гидрохлоридом бетаина, ментилового эфира гидрохлорида бетаина, стеарилового эфира гидрохлорида бетаина, производного ментилового эфира пара-гидроксибензойной кислоты с кислотным хлоридом гидрохлорида бетаина, эстрогенно активного гидроксилированного циклопентанополигидрофенантрена с бетаиновой солью или сложного эфира дезоксикортикостерона с бетаиновой солью, и эфира агликона кардиотропного гликозида с бетаиновой солью, и их смесей и комбинаций.
[0094] Бетаин, используемый в настоящем документе, также может быть выбран из бетаиновых производных, описанных в патенте США 6384266, который включен в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. В патенте США 6384266 описан способ синтеза бетаиновых сложных эфиров, включающий (а) добавление хлористоводородной кислоты к глицинбетаину в достаточном количестве для получения одного моль гидрохлорида бетаина на каждый моль хлористоводородной кислоты; (b) растворение указанного гидрохлорида бетаина в воде и добавление концентрированной хлористоводородной кислоты для доведения рН до 2; (с) охлаждение указанного раствора в течение 24 часов, добавление этанола для облегчения образования кристаллов гидрохлорида бетаина, фильтрование указанных кристаллов гидрохлорида бетаина и высушивание указанных кристаллов гидрохлорида бетаина; (d) повторное использование водно-этанольной фракции раствора в следующей партии; (е) загрузку в реактор спирта, дериватизованного жирной кислотой, и применение нагревания для ожижения спирта, дериватизованного жирной кислотой; (f) добавление указанных кристаллов гидрохлорида бетаина и кислотного катализатора; (g) применение встряхивания и поддержание температуры; (h) взаимодействие смеси до завершения эстерификации, охлаждение указанной смеси и добавление нейтрализующего агента для нейтрализации кислотного катализатора; (i) очистку, кристаллизацию и высушивание продукта, сложного эфира бетаина.
[0095] Растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент может содержать полиолы, сахара, а также их смеси и комбинации. Может быть выбран любой подходящий или требуемый полиол или сахар. В различных вариантах реализации выбран растворенный полиол, имеющий температуру плавления от примерно 55 до примерно 200°С или от примерно 62 до примерно 165°С. Согласно вариантам реализации, растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент выбран из группы, состоящей из сорбита, мальтита, маннита, ксилита, изосорбида и их смесей и комбинаций. Эти материалы имеются в продаже у компании Roquette, Франция.
[0096] Согласно вариантам реализации изобретения, бетаиновое производное является производным, доступным под названием Alkolan CP 30 и Alkolan CAP 30 производства Oxiteno, содержащим алкиламидопропил-бетаины на основе натуральных, возобновляемых источников, имеющим следующую общую структуру:
[0097] где R представляет собой алкильную группу, которая получена из кокосового масла для Alkolan CP 30, и из углеродной цепи с распределением C8/C10, полученной из пальмоядрового масла, – для Alkolan CAP 30. Согласно вариантам реализации, бетаиновое производное представляет собой производное, имеющееся в продаже как Alkolan CD 30 производства компании Oxiteno, содержащее алкилбетаин, имеющий структуру
[0098] где R представляет собой алкильную группу, которая получена из кокосового масла.
[0099] Согласно вариантам реализации, бетаиновое производное выбрано из группы, состоящей из глицинбетаина формулы
,
[00100] внутренней соли пропиобетаина (PB) и N,N,N-триметил-N-(2-карбоксиэтил)аммония, CAS № 6458-06-6, формулы
,
[00101] внутренней соли динолбетаина (DB) и N,N-диметил-N-(2-гидроксиэтил)-N-карбоксиметиламмония, CAS № 7002-65-5, формулы
,
[00102] внутренней соли гомодинолбетаина (HDB) и N,N-диметил-N-(2-гидроксиэтил)-N-(2-карбоксиэтил)аммония, CAS № 6249-53-2, формулы
,
[00103] внутренней соли гомоглицеринбетаина (HGB) и N,N-диметил-N-(2,3-дигидроксипропил)-N-(2-карбоксиэтил)аммония, формулы
,
[00104] внутренней соли диэтанолгомобетаина (DEHB) и N,N-диэтанол-N-метил-N-(2-карбоксиэтил)аммония, CAS № 43192-67-2, формулы
,
[00105] внутренней соли триэтанолгомобетаина (TEHB) и N,N,N-триэтанол-N-(2-карбоксиэтил)аммония, CAS № 857163-31-6, формулы
,
[00106] внутренней соли гидроксипропилгомобетаина (HPHB) и N,N-диметил-N-(3-гидроксипропил)-N-(2-карбоксиэтил)аммония, формулы
,
[00107] внутренней соли диметилтетина (DMT) и N,N-диметил-N-карбоксиметилсульфония, CAS № 4727-41-7, формулы
,
[00108] внутренней соли циклического бетаина (CB-1) и N-метил-N-(2-карбоксиэтил)морфолиния формулы
,
[00109] внутренней соли сульфобетаина (SB-1) и N,N-диметил-N-(2-гидроксиэтил)-N-(2-сульфоэтил)аммония, CAS № 91673-91-5,
,
[00110] и их смесей и комбинаций.
[00111] Бетаиновые производные могут быть получены любым подходящим или требуемым способом, включая описанные выше способы. В различных вариантах реализации бетаиновые производные получают так, как описано в диссертации “Betaine Analogues and Related Compounds for Biomedical Applications”, подготовленной автором Madhusudan Vasudevamurthy, 2006, кафедра химии и технологии производства, Кентерберийский университет, Крайстчерч, Новая Зеландия, которая включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме. В главе 3, на страницах 35-36 диссертации Vasudevamurthy описан синтез некоторых компенсаторных растворенных веществ.
[00112] В различных вариантах реализации растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент может присутствовать в любом подходящем или требуемом количестве, таком как от примерно 0,01 до примерно 10 или от примерно 1 до примерно 8, или от примерно 2 до примерно 6 процентов по массе относительно общей массы чернильной композиции.
[00113] В конкретных вариантах реализации растворенный низкомолекулярный влагоудерживающий агент обеспечивают в таком количестве, чтобы общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляло от примерно 2 до примерно 5 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[00114] Поверхностно-активное вещество.
[00115] 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, ацетиленовый полиэтиленоксид, сложные (ди)эфиры полиэтиленоксида, амины полиэтиленоксида, протонированные амины полиэтиленоксида, протонированные амиды полиэтиленоксида, сополиолы диметикона, замещенные аминоксиды и т.п., где конкретные примеры включают соединения первичных, вторичных и третичных аминных солей, такие как соли хлористоводородной кислоты, уксуснокислые соли лауриламина, амина жирных кислот кокосового масла, стеариламина, розинамина; соединения типа четвертичных аммониевых солей, такие как лаурилтриметиламмония хлорид, цетилтриметиламмония хлорид, бензилтрибутиламмония хлорид, бензалкония хлорид и т.д.; соединения типа солей пиридиния, такие как цетилпиридиния хлорид, цетилпиридиния бромид и т.д.; неионогенные ПАВ, такие как простые алкильные эфиры полиоксиэтилена, сложные алкильные эфиры полиоксиэтилена, ацетиленовые спирты, ацетиленовые гликоли; и другие поверхностно-активные вещества, такие как 2-гептадеценил-гидроксиэтилимидазолин, дигидроксиэтилстеариламин, стеарилдиметилбетаин и лаурилдигидроксиэтилбетаин; фторсодержащие ПАВ; 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-21OTM, 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 ПАВ, которые обычно положительно заряжены, включают алкилбензилдиметиламмония хлорид, диалкилбензолалкиламмония хлорид, лаурилтриметиламмония хлорид, алкилбензилметиламмония хлорид, алкилбензилдиметиламмония бромид, бензалкония хлорид, цетилпиридиния бромид, С12, С15, С17 триметиламмония бромиды, галогенидные соли кватернизованных полиоксиэтилалкиламинов, додецилбензилтриэтиламмония хлорид, MIRAPOL™ и ALKAQUAT™, имеющиеся в продаже у компании Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (бензалкония хлорид), имеющийся в продаже компании Kao Chemicals, и т.п., а также их смеси. Могут быть использованы смеси любых двух или более поверхностно-активных веществ.
[00116] В различных вариантах реализации изобретения в качестве поверхностно-активного вещества может служить бетаин. Источник и пенообразующие свойства выбранных бетаинов представлены в Таблице 1, взятой с веб-сайта Cosmetics & Toiletries Science Applied, который можно найти онлайн во всемирной сети по адресу http://www.cosmeticsandtoiletries.com/, где указанная таблица присоединена по веб-адресу http://www.cosmeticsandtoiletries.com/formulating/function/surfactant/125075444.html.
Таблица 1
Название по МНКИ
Обозначение
Источник получения
Пенообразующие свойства
Кокоамидопропилбетаин
COAB
Кокосовое масло
Наивысшая общая высота пены, но наименее стабильная, быстрее всего образующаяся пена
Лаурамидопропилбетаин
LMAB
Лауриновая и миристиновая жирные кислоты
Самая плотная пена, но менее объемная чем для COAB, требует большее интенсивное перемешивание
Цетилбетаин
CET
Цетилдиметиламин
Второй после LMB по плотности пены, но COB образует самую устойчивую пену
Кокоамидопропилбетаин (и) олеамидопропилбетаин
COB
Кокосовое масло/олеиновая кислота
Умеренное пенообразование по сравнению с другими, хорошее пенообразование с открытой структурой
Рицинолеамидопропилбетаин
ROAB
Касторовое масло
Умеренный пенообразователь с кремовой консистенцией на ощупь
Димер дилинолеамидопропилбетаин
DLB
Димерная кислота
Умеренный пенообразователь с устойчивой и приятной на ощупь пеной
[00117] Бетаиновые производные, имеющие длинную алкильную цепь, действуют в качестве поверхностно-активного вещества. Под длинной алкильной цепью подразумевают, что производное бетаина имеет алкильную цепь с длиной от примерно 6 до примерно 32 или от примерно 8 до примерно 24, или от примерно 10 до примерно 18 атомов углерода. В различных вариантах реализации изобретения поверхностно-активное вещество может быть бетаином, выбранным из группы, состоящей из лаурамидопропилбетамина, олеамидопропилбетамина, лаурилбетамина, саркозила, додецилбетамина, а также их смесей и комбинаций.
[00118] Бетаины с более высокой молекулярной массой могут действовать в качестве ПАВ. Некоторые бетаиновые производные являются гидротропами в зависимости от молекулярной массы. Гидротропы представляют собой соединения, которые солюбилизируют гидрофобные соединения в водных растворах.
[00119] Факультативное 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 состава чернил. Следует отметить, что в некоторых случаях поверхностно-активные вещества называют диспергаторами. В конкретных вариантах реализации изобретения поверхностно-активное вещество обеспечивают в таком количестве, чтобы общее содержание твердых веществ в водных чернилах составляло от примерно 2 до примерно 25 процентов или от примерно 7 до примерно 15 процентов по массе относительно общей массы композиции водных чернил.
[00120] Добавки.
[00121] Композиция чернил может дополнительно содержать добавки. Факультативные добавки, которые могут быть включены в состав 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, поверхностно-активные компоненты и т.п., а также их смеси. Поверхностно-активные компоненты могут быть подобраны так, чтобы удовлетворять требованиям смачивания целевых подложек или промежуточных элементов.
[00122] Чернила также могут содержать трегалозу формулы
,
[00123] сорбит формулы
[00124] или их смесь, или комбинацию.
[00125] Согласно вариантам реализации изобретения, композиция чернил представляет собой низковязкую композицию. Термин «низковязкий» используется в противоположность обычным высоковязким чернилам, таким как чернила для трафаретной печати, которые обладают вязкостью по меньшей мере 1000 сантипуаз (сП). В конкретных вариантах реализации чернила, описанные в настоящем документе, имеют вязкость не более примерно 100 сП, не более примерно 50 сП или не более примерно 20 сП, или не более примерно 15 сП, или от примерно 2 до примерно 30 сП в температурном диапазоне от примерно 20 до примерно 40°С, или от примерно 2 до примерно 20 сП в температурном диапазоне от примерно 30 до примерно 40°С, хотя вязкость может иметь значение за пределами 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 чем 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 распыления 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 чем примерно 10 сантипуаз, хотя их вязкость может выходить за пределы указанных диапазонов. Температура распыления 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 распыления может выходить за пределы указанных диапазонов.
[00126] В некоторых вариантах реализации изобретения чернильные композиции имеют вязкость от примерно 2 до примерно 20 сантипуаз при температуре примерно 30°С.
[00127] Предложенные композиции чернил имеют определенные характеристики поверхностного натяжения, которые обеспечивают смачивающие и антиадгезионные свойства, подходящие для косвенной печати. Согласно вариантам реализации изобретения, состав чернил выбирают так, чтобы обеспечивать подходящее поверхностное натяжение, вязкость и размер частиц для применения в пьезоэлектрической головке струйного принтера.
[00128] Согласно вариантам реализации изобретения предложенный состав чернил имеет поверхностное натяжение от примерно 15 до примерно 50 дин на сантиметр (мН/м) 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.
[00129] 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, факультативные 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.
[00130] В конкретном варианте реализации чернила получают следующим образом: 1) получают полимерный латекс, факультативно стабилизированный поверхностно-активным веществом; 2) получают дисперсию красящего вещества, факультативно стабилизированную поверхностно-активным веществом; 3) смешивают полимерный латекс с дисперсией красящего вещества; 4) факультативно фильтруют смесь; 5) добавляют другие компоненты, такие как вода, сорастворители и факультативные добавки; и 6) факультативно фильтруют композицию.
[00131] В настоящем документе описан также способ, который включает нанесение композиции чернил, описанной в настоящем документе, на подложку по ширине изображения.
[00132] Композиции чернил могут быть использованы в способе, который включает введение композиции чернил в струйное печатающее устройство и обеспечение эжектирования капель чернил на подложку по 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, тем самым обеспечивая эжектирование капель чернил по всей ширине изображения. В другом варианте реализации в печатающем устройстве используется акустический способ струйной печати, в котором эжектирование капель чернил по всей ширине изображения обеспечивают за счет звуковых акустических пучков. В другом варианте реализации в печатающем устройстве используется пьезоэлектрический способ струйной печати, в котором эжектирование капель чернил по всей ширине изображения обеспечивают за счет осцилляций пьезоэлектрических вибрирующих элементов. Можно использовать любую подходящую подложку.
[00133] В конкретном варианте реализации предложенный способ включает введение чернил, полученных так, как описано в настоящем документе, в струйное печатающее устройство, эжектирование 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 эжектирование капель чернил по всей ширине изображения обеспечивают за счет осцилляций пьезоэлектрических вибрирующих элементов.
[00134] 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
[00135] Следующие Примеры представлены для дополнительного определения различных особенностей данного описания. Предполагается, что указанные Примеры являются лишь иллюстративными, и они не предназначены для ограничения объема настоящего описания. Кроме того, доли и проценты выражены относительно массы, если не указано иное.
[00136] Составляли композиции чернил, содержащие растворенное вещество (бетаин), частично поперечно-сшитый стиролакрилат и инкапсулированные пигменты (CMYK), имеющиеся в продаже у компании Sun Chemicals. Было показано, что эти чернила обладают хорошими характеристиками нанесения и способностью восстановления в принтере Dimatix. Затем выполнили печать черными чернилами при помощи печатающей головки Kyocera. Черные чернила демонстрировали хорошие характеристики нанесения.
Пример 1
[00137] Получение латекса эмульсионной полимеризацией.
[00138] Эмульсию латекса, которая состояла из полимерных частиц, полученных эмульсионной полимеризацией стирола, н-бутилакрилата, метакриловой кислоты, бета-CEA и DOWFAX™ 2A1, который представляет собой алкилдифенилоксид-дисульфонатное ПАВ производства Dow Chemical Company, получили следующим образом.
[00139] Раствор ПАВ из 1,99 грамм DOWFAX™ 2A1 и 285,43 грамм деионизированной воды получили перемешиванием в течение 10 минут в накопительной емкости из нержавеющей стали. Затем накопительную емкость продували азотом в течение 5 минут и перенесли содержимое в реактор. Затем непрерывно продували реактор азотом при перемешивании при 450 об./мин. Затем реактор нагревали до 80°С при контролируемой скорости и выдерживали при этой температуре. Отдельно растворили 4,38 грамм инициатора персульфата аммония в 45,52 граммах деиноизированной воды.
[00140] Отдельно получили эмульсию мономера следующим образом. 229,13 грамм стирола, 62,69 грамм бутилакрилата, 45,39 грамм метакриловой кислоты, 10,12 грамм бета-CEA, 2,07 грамм 1-додекантиола, 1,18 грамм 1,10-декандиолдиакрилата (ADOD) добавили в готовую смесь 11,27 грамм DOWFAX™ 2A1 в 152,91 грамм деионизированной воды и перемешивали с получением эмульсии. Затем 1% полученной выше эмульсии (4,3 грамма) медленно, по каплям добавляли в реактор, содержащий водную фазу ПАВ при 80°С, продувая смесь азотом, с получением «затравок». Затем в реактор медленно загрузили раствор инициатора. Эмульсию мономеров разделили на две аликвоты, сначала в реактор добавили 252,2 грамм эмульсии мономера со скоростью 2,03 грамм в минуту. Вторую аликвоту из 259,8 грамм эмульсии мономеров смешали с 2,45 грамм DDT и добавили в реактор со скоростью 2,89 грамм в минуту. После загрузки всей эмульсии мономеров в основной реактор, еще 2 часа поддерживали температуру при 80°С для завершения реакции. Затем полностью охладили смесь и понизили температуру реактора до 25°С. Продукт собрали в накопительную емкость и просеяли через сито с ячейками 25 мкм.
[00141] Затем измерили размер частиц при помощи анализатора размера частиц Nanotrac U2275E и определили, что они имеют D50 131,3 нанометра и D95 187,9 нанометров.
[00142] Получение чернил.
[00143] Чернила получили смешиванием компонентов чернил, указанных ниже в таблице, следующим образом:
[00144] 1. К воде добавили латекс, затем ТЭА и перемешивали смесь в течение 2 минут при 300 об./мин;
[00145] 2. Затем при перемешивании добавили пигмент и перемешивали чернила еще 2 минуты при 300 об./мин;
[00146] 3. Затем добавили сорастворители и перемешивали раствор еще 1 минуту или более при 500 об./мин;
[00147] 4. Добавление факультативной противопенной добавки (1 минута при 500 об./мин);
[00148] 5. Добавление поверхностно-активного вещества (веществ) (например, 104H, S761p);
[00149] 6. Перемешивали чернила как минимум 45 минут при 500 об./мин;
[00150] 7. Перед испытанием чернила отфильтровали через фильтр с ячейками 0,45 микрон.
Пример 2
[00151] Получили бетаиновые чернила без противопенной добавки, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 2.
Таблица 2
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
44,75
9,72
106,93
Глицинбетаин
3,50
100
3,50
38,50
2-пирролидон
2,50
100
2,50
27,50
Глицерин
10,00
100
10,00
110,00
ТЭА
1,00
100
1,00
11,0
104H
0,20
100
0,20
2,20
Пигмент Sun
3,65
15,00
24,33
267,67
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
223,30
sS761p
0,0075
100,00
0,0075
0,0825
Вода
54,49
100
28,44
312,82
100
100
1100
[00152] м/г представляет собой фактическую использованную массу в граммах.
[00153] ТЭА представляет собой триэтаноламин (>98%) производства Sigma-Aldrich (использовали для регулирования рН).
[00154] 104H представляет собой ПАВ Surfynol 104H производства Air Products – Additives.
[00155] Chemguard S-761p представляет собой короткоцепочечное перфторированное анионное фторсодержащее ПАВ типа фосфатного сложного эфира производства Chemguard.
Пример 3
[00156] Получили бетаиновые чернила с противопенной добавкой, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 3.
Таблица 3
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
44,75
9,72
2,43
Глицинбетаин
3,50
100
3,50
0,88
2-пирролидон
2,50
100
2,50
0,63
Глицерин
10,00
100
10,00
2,50
ТЭА
1,00
100
1,00
0,25
104H
0,20
100
0,20
0,05
Пигмент Sun
3,65
15,00
24,33
6,08
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
5,08
2-этил-1-гексанол
1,00
100,00
1,00
0,25
sS761p
0,0075
100,00
0,0075
0,0019
Вода
53,49
100
27,44
6,86
100
100
25
[00157] Было обнаружено, что чернила, содержащие ПАВ 104H, имеют низкие характеристики пенообразования, менее 2 миллиметров при стандартных условиях испытания пены (испытывали 10 миллиметров растворов), небольшое пенообразование наблюдали для чернил, содержащих 104H и S761p, пенообразование может быть дополнительно снижено за счет добавления противопенной добавки, такой как 2-этил-1-гексанол.
[00158] Получили полный набор чернил с использованием инкапсулированных пигментов Sun Chemicals.
Пример 4
[00159] Получили циановые чернила так, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 4.
Таблица 4
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
41,64
10,45
2,61
Бетаин
3,50
100
3,50
0,88
2-пирролидон
2,50
100
2,50
0,63
Глицерин
10,00
100
10,00
2,50
ТЭА
1,00
100
1,00
0,25
104H
0,20
100
0,20
0,05
Пигмент SunКонцентрат
3,00
15,00
20,00
5,00
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
5,08
sS761p
0
100,00
0
0,000
Вода
55,15
100
32,0533
8,01
100
100
25
Пример 5
[00160] Получили чернила маджента так, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 5.
Таблица 5
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
41,64
10,45
5,22
Бетаин
3,50
100
3,50
1,75
2-пирролидон
2,50
100
2,50
1,25
Глицерин
10,00
100
10,00
5,00
ТЭА
1,00
100
1,00
0,50
104H
0,20
100
0,20
0,10
Пигмент SunКонцентрат
2,70
15,00
18,00
9,00
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
10,15
sS761p
0
100,00
0
0,000
Вода
55,45
100
34,0533
17,03
100
100
50
Пример 6
[00161] Получили желтые чернила так, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 6.
Таблица 6
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
41,64
10,45
5,22
Бетаин
3,50
100
3,50
1,75
2-пирролидон
2,50
100
2,50
1,25
Глицерин
10,00
100
10,00
5,00
ТЭА
1,00
100
1,00
0,50
104H
0,20
100
0,20
0,10
Пигмент SunКонцентрат
3,30
13,90
23,74
11,87
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
10,15
sS761p
0
100,00
0
0,000
Вода
54,85
100
28,3123
14,16
100
100
50
Пример 7
[00162] Получили циановые чернила так, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 7.
Таблица 7
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
41,64
10,45
2,61
Бетаин
3,50
100
3,50
0,88
2-пирролидон
2,50
100
2,50
0,63
Глицерин
10,00
100
10,00
2,50
ТЭА
1,00
100
1,00
0,25
104H
0,20
100
0,20
0,05
Пигмент SunКонцентрат
3,00
15,00
20,00
5,00
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
5,08
sS761p
0,0075
100,00
0,0075
0,0019
Вода
55,14
100
32,0458
8,01
100
100
25
Пример 8
[00163] Получили черные чернила так, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 8.
Таблица 8
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
41,64
10,45
5,22
Бетаин
3,50
100
3,50
1,75
2-пирролидон
2,50
100
2,50
1,25
Глицерин
10,00
100
10,00
5,00
ТЭА
1,00
100
1,00
0,50
104H
0,20
100
0,20
0,10
Пигмент SunКонцентрат
3,30
13,90
23,74
11,87
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
10,15
sS761p
0
100,00
0
0,000
Вода
54,85
100
28,3123
14,16
100
100
50
Пример 9
[00164] Получили бетаиновые чернила без противопенной добавки, как описано выше, со следующими компонентами, указанными в Таблице 9.
Таблица 9
Компонент
Массовый процент твердых веществ
Твердые вещества
Массовый процент
м/г
Латекс из Примера 1
4,35
44,75
9,72
106,93
Alkolan CD 30
0,35
100
3,50
38,50
2-пирролидон
2,50
100
2,50
27,50
Глицерин
10,00
100
10,00
110,00
ТЭА
1,00
100
1,00
11,0
104H
0,20
100
0,20
2,20
Пигмент Sun
3,65
15,00
24,33
267,67
1,5-пентандиол
20,30
100,00
20,30
223,30
sS761p
0,0075
100,00
0,0075
0,0825
Вода
57,64
100
28,44
312,82
100
100
1100
[00165] Alkolan CD 30 представляет собой коко-бетаин, имеющийся в продаже у компании Oxiteno.
[00166] Было показано, что чернила имеют очень схожие свойства и устойчивы к замораживанию, оттаиванию и ускоренному старению при 60°С в течение периода 3 дней.
[00167] Свойства чернил представлены в Таблицах 10, 12, 13 и 14.
[00168] Размер частиц определили при помощи Malvern Zetasizer.
[00169] Поверхностное натяжение измерили на тензиометре K-100, который имеется в продаже у компании Krüss GmbH, оснащенном пластиной Вилхелми, при комнатной температуре, составляющей примерно 27°С. Данные поверхностного натяжения определяли по среднему значению для 20 точек данных, полученных с 1 секунды до 60 секунд.
[00170] Данные вязкости получили при 35°С на реометре с контролируемой деформацией ARES-G2 с системой контроля температуры Peltier для быстрого нагревания / охлаждения.
Таблица 10
Пример
Пигмент
Вязкость (сП)
D10
D50
D95
PdI
Средний диаметр Z
Скорость счета
Поверхностное натяжение (мН/м)
4
Циан
4,85
68,4
122
258
0,224
104
378
36,16
5
Маджента
4,67
85,3
146
292
0,18
131
434
36,11
6
Желтый
4,60
85,8
144
275
0,216
122
476
35,89
7
Циан
-
-
-
-
-
-
-
24,01
Таблица 11
Замораживание-оттаивание
Пример
Пигмент
Вязкость (сПз)
D10
D50
D95
PdI
Средний диаметр Z
Скорость счета
Поверхностное натяжение (мН/м)
4
Циан
5,34
69,5
130
303
0,245
108
354
-
5
Маджента
4,78
90,8
151
284
0,175
134
421
-
6
Желтый
4,88
88,8
142
258
123,3
197
481
-
Таблица 12
Выдержанные в течение 5 дней при 60 °С
Пример
Пигмент
Вязкость (сПз)
D10
D50
D95
PdI
Средний диаметр Z
Скорость счета
Поверхностное натяжение (мН/м)
4
Циан
5,79
71,6
130
279
0,225
112
371
36,43
5
Маджента
4,96
94,5
154
288
0,164
138,1
437
36,59
6
Желтый
4,80
84,7
145
290
0,212
124,9
479
36,60
Таблица 13
Выдержанные в течение 1 недели на испытательном стенде (при комнатной температуре)
Пример
Пигмент
Вязкость (сП)
5
Маджента
4,87
6
Желтый
4,96
7
Голубой
4,99
[00171] Черные чернила с фторсодержащим ПАВ и противопенной добавкой после состаривания в течение 2 месяцев при комнатной температуре распечатали на печатном стенде, используя печатающую головку Kyocera, и было показано, что эти чернила имеют хороший срок годности.
[00172] Чернила были успешно распечатаны на принтере Dimatix Printer (DMP 2800, Fujifilm USA). Чернила распечатывали на принтере Dimatix 2800 на фотобумаге Epson Premium. Основные параметры испытаний:
[00173] Масса капли: 6,8 – 7,0 нг;
[00174] Скорость капли: 8 м/с;
[00175] Частота: 5 кГц;
[00176] Напряжение: 19-23 В.
[00177] Параметры испытаний представлены в Таблице 14.
Таблица 14
Пример
8
5
6
7
Пигмент
Черный
Маджента
Желтый
Циан
Масса капли (нг)
7,0
7,0
7,0
6,8
Непрерывное нанесение*
1 серия: Отсутствие2 серия: Отсутствие
1 серия: Отсутствие2 серия: Отсутствие
1 серия: Отсутствие2 серия: Отсутствие
1 серия: Отсутствие2 серия: Отсутствие
Латентность(2 минуты)
Проходит
Проходит
Проходит
Проходит
№ первой визуально различимой капли
0 мин : 12 мин : 1
0 мин : 12 мин : 1
0 мин : 22 мин : 2
0 мин : 12 мин : 1
Стабильность головки при очистке в течение ночи
Да
Да
Да
Да
[00178] *Непрерывное нанесение в течение 15 минут без засорения сопл.
[00179] Латентность 2 минуты означает, что чернила могут быть неиспользованными в течение 2 минут без обнаруживаемых дефектов при возобновлении печати.
[00180] Все чернила хорошо распечатывались на принтере Dimatix. Все чернила прошли испытание стабильности головки в течение ночи.
[00181] Диаметр и округлость чернильных точек после печати представлены в Таблице 15.
Таблица 15
Пример чернил
Диаметр точки (микрометры)
Диаметр точки (средний – микрометры)
Округлость
Округлость(Средняя)
5
40,9
39,64
0,9
0,87
6
39,6
39,87
0,9
0,87
7
40,1
39,05
0,9
0,88
8
40,2
39,52
0,9
0,88
[00182] 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.