КОМПОЗИЦИИ ОБРАТНО-ЭМУЛЬСИОННЫХ АКРИЛАТНЫХ ЧЕРНИЛ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ЛИТОГРАФСКОЙ ПЕЧАТИ НА ОСНОВЕ ЧЕРНИЛ
COMPOSITIONS OF WATER-DILUTABLE ACRYLATE INK FOR INK-BASED DIGITAL LITHOGRAPHIC PRINTING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к чернилам для печати изображений на субстратах, таких как бумажные, пластиковые, металлические или другие подходящие для печати материалы. В частности, настоящее изобретение относится к обратно-эмульсионным акрилатным чернилам, подходящим для печати в системах цифровой литографской печати.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для устройств цифровой плоской (литографской) офсетной печати необходимы чернила офсетного типа, которые специально разработаны и оптимизированы для обеспечения их совместимости с различными подсистемами, включая системы доставки чернил и системы лазерной визуализации, для обеспечения возможности высококачественной цифровой печати с высокой скоростью. Известные в настоящее время чернила офсетного типа имеют ряд недостатков, включая, но не ограничиваясь ими, (1) трудность доставки посредством предпочтительных красочных аппаратов, в том числе красочных систем типа анилоксового валика, (2) растворимость в обычно применяемых увлажняющих растворах, таких как октаметилциклотетрасилоксан (D4), (3) возникновение проблем фона и/или двоения изображения, (4) высокая стоимость производства и применения и (5) неэффективный перенос изображения. Указанные недостатки, по отдельности и в совокупности, сужают область проектных решений, в которой применимы известные в данной области техники чернила, в контексте устройств цифровой плоской офсетной печати.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Существует потребность в разработке чернил, которые обладают улучшенными свойствами и могут быть использованы для устранения одного или всех вышеуказанных недостатков. При обширном экспериментировании было выявлено, что эмульгированная композиция чернил, содержащая воду, может упрощать доставку на формирующий изображение элемент, такой как многоразовая офсетная пластина, улучшать эффективность переноса с многоразовой офсетной пластины и улучшать качество печати на различных субстратах. Кроме того, существует потребность в технологии печати, которая обеспечивает достижение превосходных характеристик печати на различных субстратах при низкой стоимости производства чернил.
Водные чернила имеют преимущество, заключающееся по меньшей мере в их экономической эффективности. Кроме того, такие чернила не повреждают компоненты печатающего устройства, такие как многоразовые поверхности формирующих изображение элементов, с которыми они контактируют. Водные чернила, подходящие для цифровой печати чернилами, должны соответствовать требованиям различных подсистем, предъявляемым устройствами цифровой печати чернилами, предназначенными для литографской (плоской) печати переменных данных. Указанные требования включают смачиваемость, возможность отделения от многоразовой поверхности формирующего изображение элемента и совместимость с неводными увлажняющими растворами, предназначенными для применения в способах и устройствах цифровой печати чернилами.
Предложены чернила для офсетной печати переменных данных, которые соответствуют вышеуказанным требованиям. Описанные чернила могут быть эффективно доставлены из системы доставки типа анилоксового валика на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента при операции офсетной печати переменных данных, в которой изображения на многоразовой поверхности могут меняться между циклами формирующего изображение элемента. Чернила в соответствии с описанными вариантами реализации изобретения представляют собой отверждаемые эмульсионные чернила, полученные из неполярных акрилатных чернил и воды. Описанные чернила демонстрируют стабильную реологию, что обеспечивает возможность доставки посредством системы доставки типа анилоксового валика, а также обладают требуемой способностью к переносу на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента при необязательном испарении воды.
Ниже подробно описаны композиции и применение иллюстративных вариантов реализации изобретения. Однако предполагается, что любая система, включающая признаки указанных систем и композиций, описанных ниже, может входить в рамки объема и сущности иллюстративных вариантов реализации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 представлено схематической изображение известного в настоящее время чернильного устройства цифровой печати переменного изображения, в котором могут быть использованы композиции обратно-эмульсионных акрилатных чернил согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предполагается, что иллюстративные варианты реализации изобретения охватывают альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, которые могут находится в рамках сущности и объема композиций и систем, подробно описанных ниже.
Определитель «примерно», используемый в сочетании с количеством, включает указанные значения и имеет обозначение, которое следует из контекста (например, включает по меньшей мере степень погрешности, связанной с измерением конкретного количества). При использовании с конкретным значением его также следует рассматривать как описание указанного значения.
Ссылка на чертежи сделана для облегчения понимания композиций чернил, способов и устройств согласно настоящему изобретению, в частности, композиций обратно-эмульсионных акрилатных чернил. Эмульсия представляет собой смесь двух или более жидкостей, которые могут быть несмешиваемыми. Эмульсия представляет собой часть более общего класса двухфазных систем материалов, известных как коллоиды. Специалистам в данной области техники понятно, что термин «обратная эмульсия» может быть описан как относящийся к классу эмульсий, в которых, например, вода диспергирована в непрерывной фазе масла. В эмульсии первая жидкость, дисперсная фаза, диспергирована во второй жидкости, непрерывной фазе. В обратной эмульсии, например, вода может быть дисперсной фазой в масле, представляющем собой непрерывную фазу. Обратная эмульсия характеризуется также стабильностью дисперсии двух фаз в течение продолжительного периода времени или в течение требуемого периода времени для применения указанных материалов. Стабильная фаза может характеризоваться отсутствием обнаруживаемого разделения и стабильными реологическими значениями.
Водные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения подходят для цифровой печати чернилами. «Литографская печать переменных данных» или «цифровая печать чернилами», или «цифровая офсетная печать», все эти термины могут быть использованы в тексте настоящего описания и относятся к литографской печати переменных данных изображения на субстрате, которые могут меняться при каждой последующей передаче изображения на субстрат в процессе формирования изображения. «Литографская печать переменных данных» включает офсетную печать чернильных изображений посредством литографских чернил, где изображения основаны на цифровых данных изображения, которые могут варьироваться от изображения к изображению. В цифровой печати чернилами используют систему литографской печати переменных данных или систему цифровой офсетной печати. «Система литографской печати переменных данных» представляет собой систему, предназначенную для литографской печати с применением литографских чернил и основанную на цифровых данных изображения, которые могут варьироваться от одного изображения к другому.
Например, описана система цифровой печати чернилами с подсистемой доставки чернил типа анилоксового валика, которая может быть использована для печати обратно-эмульсионными акрилатными чернилами согласно вариантам реализации настоящего изобретения. В параллельной заявке на патент США № 13/095714 («Заявка 714»), озаглавленной «Система литографии с переменными данными», поданной 27 апреля 2011 года авторами Timothy Stowe et al., полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки, на фиг. 1 описана иллюстративная сситема для литографии 100 с переменными данными для цифровой печати чернилами. Общее описание иллюстративной печатной системы 100, изображенной на фиг. 1, представлено ниже. Дополнительные подробности относительно отдельных компонентов и/или подсистем, изображенных на иллюстративной системе 100 на фиг. 1, представлены в Заявке 714.
Как показано на фиг. 1, иллюстративная печатная система 100 может содержать формирующий изображение элемент 110. Формирующий изображение элемент 110 в варианте реализации, изображенном на фиг. 1, представляет собой барабан, но указанное иллюстративное изображение не следует толковать как исключение тех вариантов реализации, в которых формирующий изображение элемент 110 включает барабан, пластину или ленту, или другую известную в настоящее время или разработанную позже конструкцию. Формирующий изображение элемент 110 содержит многоразовую поверхность, которая может быть образована из материалов, включая, например, класс материалов, которые принято называть силиконами, включая, среди прочих, полидиметилсилоксан (PDMS). Например, для создания многоразовой поверхности на формирующем изображение элементе 110 может быть использован силикон, фторсодержащий кремний органический полимер и/или фторсодержащий эластомер. Многоразовая поверхность может быть сформирована из относительно тонкого слоя, расположенного поверх монтажного слоя, где толщина относительно тонкого слоя выбрана для сбалансированного качества печати или маркирования, прочности и технологичности.
Формирующий изображение элемент 110 используют для нанесения чернильного изображения на субстрат 114 приема изображения в зоне 112 переноса изображения. Зона 112 переноса изображения может быть образована прижимным валиком 118, представляющим собой часть механизма 160 переноса изображения, который оказывает давление в направлении формирующего изображение элемента 110. Субстрат 114 приема изображения не следует считать ограниченным каким-либо конкретным составом, таким как, например, бумага, пластик или композиционная листовая пленка. Иллюстративная печатная система 100 может быть использована для создания изображений на многочисленных субстратах 114 приема изображения. В Заявке 714 описан также широкий ряд маркирующих (печатных) материалов, которые могут быть использованы, включая маркирующие материалы с содержанием пигмента более 10% по массе. Как и в Заявке 714, термин «чернила» в настоящем изобретении относится к широкому ряду печатных или маркирующих материалов, включая те, которые обычно понимают под чернилами, пигментами и другими материалами, которые могут быть использованы иллюстративной системой 100 для создания выведенного изображения на субстрате 114 приема изображения.
В Заявке 714 изображены и описаны подробности формирующего изображение элемента 110, включая то, что формирующий изображение элемент 110 состоит из многоразового поверхностного слоя, созданного поверх структурного монтажного слоя, который может быть, например, цилиндрическим барабаном, или одного или более структурных слоев поверх цилиндрической основы.
Иллюстративная печатная система 100 может содержать систему 120 увлажняющего раствора, обычно состоящую из группы валиков, которые могут рассматриваться как увлажняющие валики или, в совокупности, как увлажняющая установка, для равномерного увлажнения многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110 увлажняющим раствором. Назначение системы 120 увлажняющего раствора заключается в доставке слой увлажняющего раствора, обычно имеющего одинаковую и регулируемую толщину, на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110. Увлажняющий раствор может содержать, главным образом, воду, необязательно с небольшими количествами изопропилового спирта или этанола, добавляемого для снижения поверхностного натяжения, а также для снижения энергии испарения, необходимой для поддержания последующего лазерного формирования изображения, как более подробно описано ниже. В увлажняющий раствор также могут быть добавлены небольшие количества некоторых поверхностно-активных веществ. Альтернативно, для улучшения характеристик чернильных цифровых литографских систем могут быть использованы другие подходящие увлажняющие растворы. В результате проведения обширных экспериментов было обнаружено, что предпочтительный увлажняющий раствор может представлять собой D4 (октаметилциклотетрасилоксан). Другие подходящие увлажняющие растворы описаны, например, в параллельной заявке на патент США 13/284114, поданной 28 октября 2011 года, озаглавленной «Увлажняющий раствор для цифровой литографской печати», полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
После дозированного нанесения увлажняющего раствора на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110 посредством системы 120 увлажняющей жидкости толщина увлажняющей жидкости может быть измерена при помощи датчика 125, который может обеспечивать обратную связь для регулирования дозированного нанесения увлажняющего раствора на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110 посредством системы 120 увлажняющего раствора.
После нанесения точного и равномерного количества увлажняющего раствора посредством системы 120 увлажняющего раствора на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110 может быть использована подсистема 130 формирования изображения методом фотолитографии для селективного формирования скрытого изображения в равномерном слое увлажняющего раствора посредством нанесения слоя увлажняющего раствора по ширине изображения с применением, например, энергии лазера. Как правило, увлажняющий раствор абсорбирует световую энергию (ИК или видимого спектра) неэффективно. Многоразовая поверхность формирующего изображение элемента 110 должна идеально абсорбировать большую часть лазерной энергии (видимого или невидимого спектра, такого как ИК), излучаемой подсистемой 130 формирования изображения методом фотолитографии, расположенной вблизи указанной поверхности, для минимизации рассеивания энергии при нагревании увлажняющего раствора и для минимизации скрытого распределения теплоты для поддержания высокой пространственной разрешающей способности. Альтернативно, в увлажняющий раствор может быть добавлен подходящий чувствительный к облучению компонент, способствующий абсорбции энергии падающего лазерного излучения. Несмотря на то, что подсистема 130 формирования изображения методом фотолитографии описана выше как лазерный излучатель, следует понимать, что для доставки световой энергии для формирования изображения на увлажняющей жидкости могут быть использованы многие другие системы.
Механика работы процесса формирования изображения, происходящего в подсистеме 130 формирования изображении методом фотолитографии в иллюстративной системе 100, подробно описана со ссылкой на фиг. 5 в Заявке 714. Вкратце, использование энергии для фотолитографического структурирования, исходящей из подсистемы 130 формирования изображения методом фотолитографии, приводит к выборочному удалению частей слоя увлажняющего раствора.
После формирования изображения на слое увлажняющего раствора посредством подсистемы 130 формирования изображения методом фотолитографии слой с изображением, находящийся поверх многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110, подвергают действию красочной подсистемы 140. Красочную подсистему 140 используют для нанесения равномерного слоя чернил поверх слоя увлажняющего раствора и многоразового поверхностного слоя формирующего изображение элемента 110. В красочной подсистеме 140 может быть использован анилоксовый валик для дозирования офсетных литографских чернил, нанесенных на один или более валиков для раската чернил, которые находятся в контакте с многоразовым поверхностным слоем формирующего изображение элемента 110. В отдельности, красочная подсистема 140 может содержать другие традиционные элементы, такие как группы дозирующих валиков для обеспечения точной скорости подачи чернил на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110. Красочная подсистема 140 может обеспечивать нанесение чернил на пустоты, представляющие собой экспонированные части многоразовой поверхности, тогда как чернила на неформатированных частях увлажняющего раствора не прилипают к указанным частям.
Когезионная способность и вязкость чернил, находящихся в многоразовом слое формирующего изображение элемента 110, может быть модифицирована посредством ряда механизмов. Один из таких механизмов может включать использование подсистемы 150 регулирования предварительного отверждения или реологии (комплексного вязкоэластичного модуля). Система 150 регулирования реологии может образовывать частично сшитое ядро из чернил на многократно формирующей изображение поверхности, например, для увеличения прочности сцепления чернил с многоразовым поверхностным слоем. Механизмы отверждения могут включать световое или фотоотверждение, тепловое отверждение, высушивание или различные формы химического отверждения. Для модификации реологии также может быть использовано охлаждение посредством многочисленных механизмов физического охлаждения, а также химического охлаждения.
Применение обратно-эмульсионных чернил может обеспечивать возможность высокой эффективности переноса изображения без применения регулирующей подсистемы 150, за счет модификации реологии и/или когезии в результате испарения входящей в состав воды.
Затем чернила переносят с многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110 на субстрат среды 114 приема изображения при помощи подсистем 160 переноса изображения. Перенос возникает по мере прохождения субстрата 114 приема изображения через зону 112 контакта между формирующим изображение элементом 110 и прижимным валиком 118, так что чернила в пустотах многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110 входят в физический контакт с субстратом 114 приема изображения. Если адгезия чернил модифицирована посредством системы 150 регулирования реологии, или если адгезия чернил усилена за счет обратно-эмульсионной композиции чернил, то адгезия чернил может вызывать прилипание чернил к субстрату 114 приема изображения и их отделение от многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110. Тщательное регулирование реологии чернил за счет изменения состава или другими способами, а также температурных условий и давления в зоне 112 переноса изображения, может обеспечивать возможность достижения или иного улучшения эффективности переноса чернил с многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110 на субстрат 114 приема изображения, превышающей 95%. Несмотря на то, что некоторые увлажняющие растворы также могут смачивать субстрат 114 приема изображения, объем такого увлажняющего раствора минимален, и он быстро испаряется или абсорбируется субстратом 114 приема изображения.
Следует понимать, что в некоторых офсетных литографских системах офсетный валик, не показанный на фиг. 1, может сначала принимать чернильную структуру изображения, а затем переносить чернильную структуру изображения на субстрат в соответствии с известным способом косвенного переноса.
После переноса высокого процента чернил на субстрат 114 приема изображения, остаточные чернила и/или остаточный увлажняющий раствор необходимо удалить с многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110, предпочтительно без соскабливания или истирания многоразовой поверхности. Для удаления остаточного увлажняющего раствора может быть использован воздушный ракель. Однако предполагается, что на многоразовой поверхности может остаться некоторое количество остаточных чернил. Удаление указанного оставшегося чернильного остатка может быть осуществлено посредством использования некоторой формы чистящей подсистемы 170. В Заявке 714 описаны детали указанной чистящей подсистемы 170, включая по меньшей мере первый чистящий элемент, такой как клейкий или липкий элемент в физическом контакте с многоразовой поверхностью формирующего изображение элемента 110, где клейкий или липкий элемент обеспечивает удаление остаточных чернил и возможных оставшихся небольших количеств поверхностно-активных веществ с многоразовой системы формирующего изображение элемента 110. Клейкий или липкий элемент затем может быть приведен в контакт с гладким валиком, на который с клейкого или липкого элемента могут быть перенесены остаточные чернила, а затем чернила срезают с гладкого валика, например, при помощи счищающего ножа.
В Заявке 714 подробно описаны другие механизмы, посредством которых можно облегчить очистку многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110. Однако независимо от механизма очистки, удаление остаточных чернил и увлажняющего раствора с многоразовой поверхности формирующего изображение элемента 110 необходима для предотвращения двоения в предложенной системе. После очистки многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110 снова подвергают действию системы 120 увлажняющего раствора, в которой на многоразовую поверхность формирующего изображение элемента 110 наносят свежий слой увлажняющего раствора, и повторяют процесс.
Многоразовая поверхность формирующего изображение элемента может быть, предпочтительно, образована из полимерного эластомера, такого как силиконовый каучук и/или фторсодержащий кремнийорганический каучук. Термин «силикон» общеизвестен специалистам в релевантной области техники и относится к полиорганосилоксаном, имеющим скелет, образованный из атомов кремния и кислорода, и боковые цепи, содержащие атомы углерода и водорода. Для целей настоящей заявки термин «силикон» также следует понимать как исключающий силоксаны, содержащие атомы фтора, тогда как термин «фторсодержащий кремнийорганический полимер» используют для охвата класса силоксанов, содержащих атомы фтора. В силиконовом каучуке могут содержаться другие атомы, например, атомы азота в аминогруппах, которые используют для связывания цепей силоксана при поперечном сшивании. Боковые цепи полиорганосилоксана также могут быть алкильными или арильными.
Как рассмотрено выше, чернила, подходящие для цифровой офсетной печати чернилами, должны обладать физическими и химическими свойствами, которые соответствуют конкретным требованиями цифровых систем печати чернилами, таких как система, изображенная на фиг. 1. Чернила для цифровой офсетной печати должны быть совместимы с материалами, с которыми они будут предположительно контактировать, включая формную пластину (многоразовая поверхность формирующего изображение элемента) и различные увлажняющие растворы, а также подходящие для печати субстраты, такие как бумага, металл или пластик. Чернила для цифровой офсетной печати также должны соответствовать функциональным требованиям подсистем, предъявляемым свойствами смачивания и переноса изображения, определяемыми конструкцией подсистемы и наборами материалов.
Чернила, полученные для цифровой печати чернилами, или чернила для цифровой офсетной печати во многом отличаются от других чернил, разработанных для печати, включая пигментированные сольвентные чернила, офсетные чернила, флексографические чернила, гелевые чернила для УФ печати и т.п. Например, чернила для цифровой офсетной печати содержат гораздо больше пигмента, что приводит к более высокой вязкости при комнатной температуре, чем у других чернил, что может затруднять доставку чернил при помощи системы с анилоксовым валиком. Чернила для цифровой офсетной печати не должны вызывать набухание поверхности формирующего изображение элемента (многоразовой), которая может быть кремнийорганической, фторсодержащей кремнийорганической или витон-содержащей формной пластиной или полотном, и должны быть совместимы с различными увлажняющими растворами.
Акрилатные составы относительно неполярны по своей природе, но могут быть эмульгированы в воде при добавлении поверхностно-активной добавки. Было обнаружено, что обратное эмульгирование акрилатных чернил минимизирует растворимость акрилатных чернил в увлажняющем растворе, таком как D4, и минимизирует или предотвращает набухание формирующего изображение элемента, включающего фторсодержащий кремнийорганический полимер. Композиции чернил в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, предпочтительно демонстрируют реологию, подходящую для доставки посредством анилоксового валика, за счет низкой степени эмульгирования воды в чернилах. Преимущество эмульгирования в сравнении с простым разбавлением водой заключается в том, что эмульгирование обеспечивает более высокий энергетический барьер испарения, что приводит к получению более стабильной композиции чернил.
Обратно-эмульсионные акрилатные чернила в соответствии с композициями вариантов реализации настоящего изобретения могут быть получены из неполярных составов акрилатных чернил, воды и поверхностно-активного вещества с получением стабильной реологии, подходящей для систем доставки чернил типа анилоксового валика. Обратно-эмульсионные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения включают акрилатные чернила для цифровой офсетной печати, которые демонстрируют требуемые свойства переноса изображения с испарением воды. Важно, что эмульсионные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения совместимы с неводными увлажняющими растворами и демонстрируют требуемые свойства отделения от поверхности формирующего изображение элемента (многоразовой) после формирования чернильного изображения. Чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения могут содержать пигмент, акрилат, диспергатор, модификатор реологии, фотоинициатор и/или УФ стабилизатор.
2
3
4
Иллюстративные пигменты могут включать синий пигмент IRGALITE Blue GLO производства Ciba. Другие подходящие пигменты включают черные пигменты, белые пигменты, циановые пигменты, пигменты маджента, желтые пигменты и т.п. Кроме того, пигменты могут быть органическими или неорганическими частицами. Подходящие неорганические пигменты могут включать 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 голубой 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 голубых и зеленых пигментов включают фталоцианин меди синий, фталоцианин меди зеленый и их производные (пигменты голубой 15, пигмент зеленый 7 и пигмент зеленый 36). Иллюстративные примеры хинакридонов включают пигмент оранжевый 48, пигмент 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. Указанные пигменты имеются в продаже либо в форме порошка, либо в форме фильтрпрессного осадка у множества поставщиков, включая BASF Corporation, Engelhard Corporation и Sun Chemical Corporation.
Примеры черных пигментов, которые могут быть использованы, включают углеродные пигменты. Углеродные пигменты могут быть практически любыми имеющимися в продаже углеродными пигментами, которые обеспечивают приемлемую оптическую плотность и характеристики печати. Углеродные пигменты, подходящие для применения в системах и способах в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, могут включать, 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, специальный черный 6, специальный черный 5, специальный черный 4A, специальный черный 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. Размер частиц пигмента должен быть минимально возможным для обеспечения возможности получения стабильной коллоидной суспензии указанных частиц, например, в жидком носителе.
Акрилаты или пропеноаты представляют собой соли и сложные эфиры акриловой кислоты. Подразумевается, что акрилатные и метакрилатные мономеры содержат реакционноспособные винильные функциональные группы, которые способствуют образованию акрилатных полимеров. Иллюстративные акрилаты могут включать акрилатные мономеры или полимеры, такие как сложные полиэфиракрилаты Sartomer CN294E, Sartomer CD 501 и Sartomer CN 2256. В частности, иллюстративные акрилатные чернила имеют полярные функциональные группы, но являются, по существу, неполярными вдоль мономерного или олигомерного скелета, при условии, что они не смешиваются с водой без поверхностно-активного вещества.
Иллюстративные диспергаторы могут включать полимерные диспергаторы, например, производства компании Lubrizol, включая SOLSPERSE 32000, SOLSPERSE 39000, SOLSPERSE 71000, SOLSPERSE J-100, SOLSPERSE J-200, SOLSPERSE X300, и производства BASF, такие как EFKA 4300, EFKA 4330, EFKA 4340, EFKA 4400, EFKA PX 4701, EFKA 4585, EFKA 5207, EFKA 6230, EFKA 7701, EFKA 7731, а также производства Tego, такие как TEGO Dispers 656, TEGO Dispers 685, TEGO Dispers 710, и производства King Industries, такие как K-SPERSE A-504.
Иллюстративные модификаторы реологии могут представлять собой модифицированные или немодифицированные органические соединения, включая органоглины, аттапульгитовые глины и бентонитовые глины, в том числе бентониты тетраалкиламмония, а также обработанные и необработанные синтетические диоксиды кремния. Подходящие органоглины включают продукты производства Southern Clay Products CLAYTONE HA и CLAYTONE HY. Подходящие примеры бентонитов тетраалкиламмония включают продукты производства Celeritas Chemicals CELCHEM 31743-09, CELCHEM 31744-09 и CELCHEM 31745-09. Другие иллюстративные модификторы реологии включают органические соединение, такие как EFKA RM1900 и EFKA RM1920, которые представляют собой модифицированное гидрогенированное касторовое масло производства BASF.
Фотоинициаторы могут быть на основе жидкостей или твердых веществ, или их комбинаций. Подходящие фотоинициаторы типа I включают фотоинициаторы класса α-диалкоксиацетофенонов, α-диалкокси-алкилфенонов, α-аминоалкилфенонов и ацилфосфиноксидов. Подходящие фотоинициаторы типа II включают фотоиницаторы классов бензофенонов и тиоксантонов, которые нуждаются в активации подходящими аминными синергистами. Иллюстративные фотоинициаторы включают ADDITOL LX, ADDITOL DX, ADDITOL BDK, ADDITOL CPK, ADDITOL DMMTA, ADDITOL TPO производства Allnex; Esacure 1001M; IRGACURE 127, IRGACURE 184, IRGACURE 379, IRGACURE 819 и IRGACURE 2959 производства BASF. Иллюстративные аминные синергисты, которые используют с фотоинициаторами типа II, включают SPEEDCURE PDA, SPEEDCURE EDB производства Lambson, диэтиламиноэтилметакрилат, этил-4-диметиламинобензоат, 2-этилгексил-4-диметиламинобензоат производства Esstech, Inc.
Иллюстративные УФ стабилизаторы могут включать Sartomer USA CN3216 и BASF IRGASTAB UV22.
Обратно-эмульсионные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения могут быть образованы посредством получения первого раствора, содержащего деионизированную воду и поверхностно-активное вещество. Было обнаружено, что если поверхностное натяжение воды в первом растворе ниже поверхностного натяжения чернил с минимальным содержанием поверхностно-активного вещества, то это приводит к улучшенной равномерности распределения частиц эмульсии в смеси.
После образования первого раствора может быть получена обратная эмульсия акрилатных чернил для цифровой печати посредством добавления по каплям первого раствора к композиции акрилатных чернил, содержащей такие компоненты, как описаны выше, и предназначенной для цифровой печати чернилами.
Способы печати чернилами в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, обладающими улучшенными смачивающими/антиадгезионными свойствами, могут включать нанесение обратной эмульсии на промежуточный элемент или центральный формирующий изображение элемент, имеющий, например, многоразовую поверхность из фторсодержащего кремнийорганического полимера. Поверхностное натяжение чернил можно динамически регулировать при помощи твердого поверхностно-активного вещества или небольшой концентрации жидкого поверхностно-активного вещества. Способы могут включать инициацию испарения воды, содержащейся в композиции обратных эмульсионных чернил, усиление свойства отделения чернил от поверхности формирующего изображение элемента. Например, обратно-эмульсионные чернила могут быть составлены так, чтобы содержание воды составляло от примерно 1% до примерно 10% и, предпочтительно, могут быть составлены так, чтобы содержание воды составляло примерно 5%.
Обратно-эмульсионные чернила водного цианового пигмента в соответствии с композициями вариантов реализации настоящего изобретения получали в ходе экспериментов. Обратно-эмульсионные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения могут иметь состав, например, представленный в Таблице 1. Было обнаружено, что состав, представленный в Таблице 1, подходит для цифровой печати чернилами с хорошими свойствами переноса и качеством фона, и указанные чернила характеризуются высокой дуктильностью.
ТАБЛИЦА 1
Химический продукт
Масс. % компонента в чернилах
BASF HELIOGEN blue D 7088
15,0
Sartomer CN294E
55,5
Lubrizol Solsperse 39000
4,5
Southern Clay CLAYTONE HY
2,0
BASF IRGASTAB UV10
0,2
Sartomer SR 501
12,8
Sartomer CN2256
10,0
Итого
100,0
В состав, представленный в Таблице 1, не входят фотоинициаторы, что упрощает работу при испытаниях примеров.
Получали ряд обратно-эмульсионных чернил в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, и они представлены ниже в качестве примеров, включая примеры возможного использования.
ПРИМЕР 1
Получали первый раствор. В частности, первый раствор получили добавлением 1,0 ppm Silsurf A004-AC-UP (Siltech Corporation) в деионизированную воду. Поверхностное натяжение первого раствора при 21,5 °C составило 23 дин/см. Соответствующее поверхностное натяжение такой же деионизированной воды без добавок при 21,5 °C составило 72,6 дин/см (справочное значение ~72,65 дин/см при 21, 5 °C). Все измерения поверхностного натяжения выполнили на тензиометре K-100, оснащенном пластиной Вилхелми (производства Kruss). При уменьшении поверхностного натяжения воды до значений ниже поверхностного натяжения чернил (с минимальным содержанием ПАВ) получали более равномерное и единообразное распределение частиц эмульсии по размеру в смеси.
Получали эмульсию чернил, подходящую для цифровой печати чернилами. В частности, получали композицию чернил, имеющую состав в соответствии с составом, представленным в Таблице 1. Первый раствор по каплям добавили к полученным цифровым чернилам с получением обратной эмульсии, содержащей 4,2 масс. % первого раствора в качестве одного из компонентов. Эмульсию осторожно перемешали с образованием структуры с первоначально высокой кажущейся вязкостью и эластичностью, которая быстро растеклась при дальнейшем слабом перемешивании. Эмульсионные чернила испытали и получили реологические данные, представленные в Таблице 2.
ТАБЛИЦА 2
Метрическая сдвиговая вязкость при 25°C
Акрилатные чернила
Обратно-эмульсионные акрилатные чернила
Максимальная вязкость в диапазоне от 0,0001 до 0,001 с<sup>-1</sup>, мПа.с
5,58E+05
1,87E+05
Вязкость (5 1/с), мПа.с
120725
47235
Вязкость (50 1/с), мПа.с
50955
23616
Показатель снижения вязкости при сдвиге (50/5)
0,42
0,50
Реологические данные эмульсионных чернил получили при помощи реометра с контролируемым растяжением ARES G2, оснащенного системой регулирования температуры Peltier для быстрого нагревания и охлаждения, и имеющего коническую пластину с геометрическими параметрами 25 мм, 0,02 рад. При испытании использовали методику, характеризующуюся циклом измерения течения при 25 °С и скоростью сдвига от 1,0 e-4 до 500 1/с.
Печатные характеристики испытываемых композиций чернил, полученных в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, оценили при помощи системы цифровой печати чернилами. Было обнаружено, что эффективность переноса составила 95% при использовании пластины из фторсодержащего кремнийорганического полимера (предназначенного для имитации многоразовой поверхности формирующего изображение элемента), на которой создали пленку из чернил, имеющую 0,084 мг/см^2 чернил и толщину пленки примерно 0,7 микрон. Было обнаружено, что эффективность переноса обратно-эмульсионных чернил, имеющих сниженную реологию, была требуемой и высокой, доставка посредством анилоксового валика была облегчена и улучшена.
В частности, было обнаружено, что испытания в экспериментах смоделированной ручной переноса с помощью анилоксового валика приближаются к фиксированному переносу и получению сравнимых данных. Измерения реологии показали, что если испытываемые композиции чернил, изготовленные в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, эмульгированы с 5% воды, то реология чернил уменьшается примерно на половину порядка, при этом композиции чернил демонстрируют высокий показатель снижения вязкости при высокой скорости сдвига. Следовательно, эмульсионные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения, имеющие реологию и показатель снижения вязкости при сдвиге в наблюдаемых диапазонах, эффективно переходят с системы доставки анилоксового валика на поверхность формирующего изображение элемента. В различных вариантах реализации изобретения количество воды, используемой для эмульгирования композиции чернил, составляет от примерно 1% до примерно 10% и, предпочтительно, примерно 5%.
В ходе испытания было обнаружено, что эффективность переноса обратно-эмульсионных чернил в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения была менее 95% в нулевое время, как и предполагалось для низковязких чернил. Однако при испарении воды с поверхности чернил наблюдали более высокую эффективность переноса, составляющую 95% и выше. Соответственно, в обратно-эмульсионные акрилатные чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения может быть добавлена вода для улучшения эффективности переноса.
ПРИМЕР 2
Первый раствор получили так же, как и первый раствор в Примере 1, за исключением того, что добавили 0,5 ppm поверхностно-активного вещества Siltech.
Получали эмульсию чернил, подходящую для цифровой печати чернилами. В частности, получили композицию чернил, имеющую состав в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, за исключением того, что количество пигмента уменьшили до 12% по массе, а количества CN294E и CN2256 увеличили, соответственно, на 1% и 2%. Первый раствор по каплям добавили к полученным цифровым чернилам с получением обратной эмульсии, содержащей 1,5 масс. % первого раствора в качестве одного из компонентов. Эмульсию осторожно перемешали с образованием структуры с первоначально высокой кажущейся вязкостью и эластичностью, которая быстро растеклась при дальнейшем слабом перемешивании. Обратно-эмульсионные чернила Примера 2 предположительно имеют свойства и эксплуатационные характеристики, аналогичные Примеру 1, в частности, превосходную эффективность переноса при испарении воды.
ПРИМЕР 3
Первый раствор получили так же, как и первый раствор в Примере 1, за исключением того, что добавили 2,0 ppm поверхностно-активного вещества Siltech.
Получали эмульсию чернил, подходящую для цифровой печати чернилами. В частности, получили композицию чернил, имеющую состав в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, за исключением того, что количество пигмента увеличили до 17,5% по массе, а количества CN294E и CN2256 уменьшили, соответственно, на 2% и 0,5%. Первый раствор по каплям добавили к полученным цифровым чернилам с получением обратной эмульсии, содержащей 7 масс. % первого раствора в качестве одного из компонентов. Эмульсию осторожно перемешали с образованием структуры с первоначально высокой кажущейся вязкостью и эластичностью, которая быстро растеклась при дальнейшем слабом перемешивании. Обратно-эмульсионные чернила Примера 3 предположительно имеют свойства и эксплуатационные характеристики, аналогичные Примеру 1, в частности, превосходную эффективность переноса при испарении воды.
ПРИМЕР 4
Первый раствор получили так же, как и первый раствор в Примере 1, за исключением того, что добавили 1,2 ppm поверхностно-активного вещества Siltech.
Получали эмульсию чернил, подходящую для цифровой печати чернилами. В частности, получили композицию чернил, имеющую состав в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, за исключением того, что добавили 2 фотоинициатора, Irgacure 184 и Irgacure 819, в концентрациях 4% и 5% по массе, соответственно. Количество пигмента сохранили на уровне 15%, а относительное содержание всех остальных компонентов также изменили на 9% по массе, сохранив такое же соотношение компонентов. Первый раствор по каплям добавили к полученным цифровым чернилам с получением обратной эмульсии, содержащей 3 масс. % первого раствора в качестве одного из компонентов. Эмульсию осторожно перемешали с образованием структуры с первоначально высокой кажущейся вязкостью и эластичностью, которая быстро растеклась при дальнейшем слабом перемешивании. Обратно-эмульсионные чернила Примера 4 предположительно имеют свойства и эксплуатационные характеристики, аналогичные Примеру 1, в частности, превосходную эффективность переноса при испарении воды. Отверждаемые обратно-эмульсионные чернила могут быть необязательно предварительно отверждены перед переносом.
ПРИМЕР 5
Первый раствор получили так же, как и первый раствор Примера 1.
Получали эмульсию чернил, подходящую для цифровой печати чернилами. В частности, получили композицию чернил, имеющую состав в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, за исключением того, что добавили 2 фотоинициатора, Irgacure 184 и Irgacure 819, в концентрациях 2% и 5% по массе, соответственно. Количество пигмента уменьшили до 10%, а относительное содержание всех остальных компонентов также изменили на 2% по массе, сохранив такое же соотношение компонентов. Первый раствор по каплям добавили к полученным цифровым чернилам с получением обратной эмульсии, содержащей 2 масс. % первого раствора в качестве одного из компонентов. Эмульсию осторожно перемешали с образованием структуры с первоначально высокой кажущейся вязкостью и эластичностью, которая быстро растеклась при дальнейшем слабом перемешивании. Обратно-эмульсионные чернила Примера 5 предположительно имеют свойства и эксплуатационные характеристики, аналогичные Примерам 1 и 4, в частности, превосходную эффективность переноса при испарении воды. Отверждаемые обратно-эмульсионные чернила могут быть необязательно предварительно отверждены перед переносом.
ПРИМЕР 6
Первый раствор получили так же, как и первый раствор Примера 1.
Получали эмульсию чернил, подходящую для цифровой печати чернилами. В частности, получили композицию чернил, имеющую состав в соответствии с составом, представленным в Таблице 1, за исключением того, что добавили 2 фотоинициатора, Irgacure 184 и Irgacure 819, в концентрациях 3% и 6% по массе, соответственно. Количество пигмента сохранили на уровне 15%, а относительное содержание всех остальных компонентов также изменили на 9% по массе, сохранив такое же соотношение компонентов. Первый раствор по каплям добавили к полученным цифровым чернилам с получением обратной эмульсии, содержащей 5 масс. % первого раствора в качестве одного из компонентов. Эмульсию осторожно перемешали с образованием структуры с первоначально высокой кажущейся вязкостью и эластичностью, которая быстро растеклась при дальнейшем слабом перемешивании. Обратно-эмульсионные чернила Примера 6 предположительно имеют свойства и эксплуатационные характеристики, аналогичные Примерам 1 и 4, в частности, превосходную эффективность переноса при испарении воды. Отверждаемые обратно-эмульсионные чернила могут быть необязательно предварительно отверждены перед переносом.
Композиции обратно-эмульсионных акрилатных чернил в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения подходят для цифровой печати чернилами. Чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения совместимы со увлажняющими растворами и формирующим изображение элементом или материалами многоразовой поверхности/пластины, используемыми при цифровой печати чернилами. Например, композиции в соответствии с описанными вариантами реализации могут быть несмешиваемыми в увлажняющих растворах, таких как D4, и обеспечивать слабый фон в невизуализируемых областях. Поскольку для получения обратно-эмульсионных чернил для применения при цифровой печати чернилами используют воду, то для родственных операций печати стоимость чернил может быть снижена.
Чернила в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения обеспечивают возможность надежной печати и более продолжительного ожидаемого срока службы подсистем, благодаря совместимости между водой, увлажняющим раствором и цифровым чернильным формирующим изображение элементом или материалами многоразовой поверхности/пластины. Композиции чернил в соответствии с описанными вариантами реализации изобретения, предположительно, могут быть легко доставлены из технологической подсистемы доставки чернил через анилоксовый валик, поскольку они были испытаны в смоделированной системе переноса чернил через анилоксовый валик и продемонстрировали характеристики, сравнимые с обычными, более вязкими офсетными чернилами. Кроме того, композиции чернил в соответствии с описанными вариантами реализации демонстрируют высокую стабильность воды в чернилах, по сравнению с композициями, разбавленными водой, вследствие образования эмульсии, что обеспечивает более высокий барьер для испарения при обычном использовании. Наконец, композиции чернил в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения при испарении воды демонстрируют эффективность переноса с многоразовой поверхности формирующего изображение элемента, составляющую 95% или более. Удаление воды посредством испарения может быть осуществлено в процессе печати посредством контролируемого нагревания или другим способом.
[001] Следует понимать, что описанные выше и другие особенности и функции или их альтернативные варианты можно при желании объединить с получением многих других различных композиций или составов, систем или применений. Кроме того, специалистами в области печати и чернил впоследствии могут быть выполнены различные непредвиденные в настоящее время или неожиданные альтернативные варианты, модификации, вариации или их улучшения.