用于印刷的喷墨墨水组合物和方法.pdf

本发明公开了一种适用于在例如玻璃和金属的基材上印刷的喷墨墨水组合物。该喷墨墨水组合物包括两种或更多种有机溶剂、三种或更多种粘合剂树脂、两种或更多种促粘剂以及可溶性着色剂，其中至少一种所述有机溶剂是醇，所述粘合剂树脂包括硝基纤维素、热塑性聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛树脂。本发明还公开了一种在这种玻璃和金属基材上印刷的方法。该喷墨墨水组合物改善了印刷质量并且减少了对喷嘴进行清洁的需要。

1.  一种喷墨墨水组合物，包括两种或更多种有机溶剂、三种或更多种粘合剂树脂、两种或更多种促粘剂以及可溶性着色剂，其中至少一种所述有机溶剂是醇，所述粘合剂树脂包括硝基纤维素、热塑性聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛。

2.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，除所述醇以外，还包括作为所述有机溶剂的酮和/或酯以及作为促粘剂的聚硅氧烷和硅烷。

3.  如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中所述酮是具有3-5个碳原子的酮。

4.  如权利要求3的喷墨墨水组合物，其中所述酮是甲基乙基甲酮。

5.  如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约50-90重量％的所述有机溶剂，约10-30重量％的所述粘合剂树脂，约1-10重量％的所述促粘剂以及约3-10重量％的所述着色剂。

6.  如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中所述醇是具有1-4个碳原子的醇。

7.  如权利要求6的喷墨墨水组合物，其中所述醇是乙醇或异丙醇。

8.  如权利要求3的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约55-80重量％的所述酮。

9.  如权利要求6的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约2-10重量％的所述醇。

10.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约10-20重量％的所述硝基纤维素。

11.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约2-8重量％的所述热塑性聚氨酯。

12.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，其中所述聚乙烯醇缩丁醛的数均分子量(MW)约为20000或更大。

13.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约0.1-1重量％的所述聚乙烯醇缩丁醛。

14.  如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中所述硅烷是γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷。

15.  如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约0.1-3重量％的所述硅烷。

16.  如权利要求2的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约1-5重量％的所述聚硅氧烷。

17.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，其中所述着色剂是染料。

18.  如权利要求17的喷墨墨水组合物，其中所述染料是Orasol BlackRLI。

19.  如权利要求1的喷墨墨水组合物，还包括润湿剂。

20.  如权利要求19的喷墨墨水组合物，其中所述润湿剂是聚亚烷基氧化物改性的聚二甲基硅氧烷。

21.  如权利要求20的喷墨墨水组合物，其中，基于所述喷墨墨水组合物的重量，存在约0.001-0.1重量％的所述聚亚烷基氧化物改性的聚二甲基硅氧烷。

22.  一种在基材上印刷喷墨墨水图像的方法，包括：将权利要求1的喷墨墨水组合物的一连串微滴从多个喷孔喷射到所述基材上，控制射出的微滴相对于所述基材运动的时间，以使所述微滴在所述基材上形成图像，然后使所述图像干燥。

23.  如权利要求22的方法，其中所述基材是玻璃或金属。

用于印刷的喷墨墨水组合物和方法
发明背景
喷墨印刷是一种公知技术，通过该技术，可以在印刷设备不接触其上沉积印刷字符的基材的条件下实现印刷。简而言之，喷墨印刷涉及将墨水微滴的流喷射至表面并控制该流的方向以使微滴在该表面上形成期望的印刷图像的技术。
喷墨印刷或非接触式印刷技术特别适用于将字符印刷到形状不规则的表面上，这些表面例如包括通常用于盛装饮料、化妆品、药品、酒水和保健产品的玻璃、金属或塑料容器的表面。
一般来说，喷墨墨水组合物应当满足对于喷墨印刷操作有用的特定要求。这些要求涉及墨水的粘度和电阻率、组分的溶解度和相容性和/或基材的润湿性。此外，墨水应当可以快速干燥和防污，并且能够不阻塞地通过墨水喷嘴，而且可使机器部件清洁起来最省力。印刷的信息或图像还应当耐磨并且在某些情况下耐受温和的溶剂(mild solvent)。
某些基材(例如玻璃和金属)对喷墨印刷提出了挑战。尝试的一些喷墨墨水组合物的质量不够好，因此需要改善一种或更多种性质，例如透湿性、粘附性、异丙醇防溅性(isopropanol splash resistance)和冰桶耐磨性(ice bucket rub resistance)。某些喷墨墨水组合物还导致墨水在印刷机喷嘴板上积累，从而需要经常清洁和维护。
因此，存在一种对于能够在玻璃和金属基材上进行印刷的喷墨墨水组合物的需求，该组合物具有改善的特性，例如减少墨水在印刷机喷嘴板上积累以及耐溶剂性、冰桶耐磨性和印刷图像耐磨性。
本发明提供了这种组合物。通过这里提供的对本发明的描述，可以容易地了解本发明的优点以及附加的发明特征。
发明概述
本发明满足了上述需求，本发明提供了一种可以在玻璃和金属表面上产生高质量信息的喷墨墨水组合物。本发明提供了一种喷墨墨水组合物，该组合物包括两种或更多种有机溶剂、三种或更多种粘合剂树脂、两种或更多种促粘剂以及可溶性着色剂，其中至少一种有机溶剂是醇，粘合剂树脂包括硝基纤维素、热塑性聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛。本发明还提供了一种在玻璃和金属基材上印刷的方法。本发明提供了一种喷墨墨水组合物，该组合物有利地减少了印刷机喷嘴板上的墨水积累并且具有期望的特性，例如改善的耐溶剂性、改善的冰桶耐磨性和/或印刷图像耐磨性。本发明的喷墨墨水组合物具有一个或更多个优点：透湿性、印刷机喷嘴板上的墨水积累减少、缩短非工作时间或清洁时间以及改善印刷质量。
发明详述
申请人已经发现，选定成分的组合提供了一种有利的喷墨墨水组合物，该组合物具有对在例如玻璃和金属的基材上进行印刷具有吸引力的一种或更多种性质。因此，本发明提供了一种喷墨墨水组合物，该组合物包括两种或更多种有机溶剂、三种或更多种粘合剂树脂、两种或更多种促粘剂以及可溶性着色剂，其中至少一种有机溶剂是醇，粘合剂树脂包括硝基纤维素、热塑性聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛。本发明提供了一种可以在例如玻璃和金属表面的基材表面上产生高质量信息的喷墨墨水组合物。
所述两种或更多种有机溶剂可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约50-90重量％，优选约60-85重量％，更优选约65-75重量％。在一种实施方式中，喷墨墨水组合物不含或基本不含水。在一种实施方式中，喷墨墨水组合物不含或基本不含丙酮。
使用的所述两种或更多种有机溶剂中的一种是醇，例如具有1-4个碳原子的醇，特别是乙醇或异丙醇。所述醇可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约2-10重量％，优选约3-8重量％，更优选约4-6重量％。
本发明的喷墨墨水组合物包括至少一种与所述醇结合的有机溶剂。可以使用任何合适的有机溶剂作为本发明的墨水组合物的附加有机溶剂，例如，附加有机溶剂可以是酮、酯或其组合。特别地，附加有机溶剂是具有3-5个碳原子的酮，例如甲基乙基甲酮。附加有机溶剂可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约55-80重量％，优选约55-75重量％，更优选约60-70重量％。
本发明的喷墨墨水组合物包括三种或更多种粘合剂树脂，例如四种、五种、六种或更多种粘合剂树脂，包括硝基纤维素、热塑性聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛。除了硝基纤维素、热塑性聚氨酯和聚乙烯醇缩丁醛以外，可以使用任何合适的粘合剂树脂。附加粘合剂树脂的示例包括丙烯酸类、聚酯或聚烯烃。粘合剂树脂可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约10-30重量％，优选约15-25重量％，更优选约18-22重量％。
如上所述，所述三种或更多种粘合剂树脂中的一种是硝基纤维素。硝基纤维素有利地改善了溶剂防溅性，具体是异丙醇防溅性。硝基纤维素可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约10-20重量％，优选约12-18重量％，更优选约13-15重量％。对于硝基纤维素可以存在任何合适的硝化程度，例如硝化程度为约10.7-12.2％。硝基纤维素树脂可以具有约700-900cPs(25℃，异丙醇中的35-37％溶液)的合适的粘度。硝基纤维素树脂的示例是可从ICI Nobel获得的硝基纤维素R3510，其硝化程度为11％，粘度为800cPs(25℃，异丙醇中的36％固体)。
如上所述，所述三种或更多种粘合剂树脂中的另一种是热塑性聚氨酯。热塑性聚氨酯可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约2-8重量％，优选约3-7重量％，更优选约4-6重量％。热塑性聚氨酯可以具有任何合适的粘度，例如约1200-1600cPs(25℃，75％固体)。合适的热塑性聚氨酯的示例是可从Mitchanol International获得的K-PLAST^TM1022，其粘度为约1400cPs(25℃，75％固体)。
如上所述，所述三种或更多种粘合剂树脂中的另一种是聚乙烯醇缩丁醛。聚乙烯醇缩丁醛有利地改善了冰桶耐磨性(即，将印刷的玻璃瓶或其它基材浸入冰桶时，图像不劣化)。聚乙烯醇缩丁醛可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约0.1-1重量％，优选约0.3-0.8重量％，更优选约0.4-0.6重量％。聚乙烯醇缩丁醛可具有任何合适的分子量，例如数均分子量为约20000或更大，特别为约40000-80000，更特别为约50000-70000。合适的聚乙烯醇缩丁醛的示例是可从Kuraray获得的MOWITAL^TM B 60 HH和MOWITAL B 20H，其数均分子量分别为61000和21000。
本发明的喷墨墨水组合物包括两种或更多种促粘剂(adhesionpromoter)。可以使用任何合适的促粘剂，特别是聚硅氧烷和硅烷的组合。促粘剂可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约1-10重量％，优选约2-7.0重量％，更优选约3-5重量％。合适的聚硅氧烷例如是硅酮树脂。聚硅氧烷可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约1-5重量％，优选约1.5-4.5重量％，更优选约2-3重量％。合适的聚硅氧烷例如是可从Dow Corning获得的硅酮树脂DC6-2230。硅烷可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约0.1-3.0重量％，优选约0.5-2.5重量％，更优选约1-2重量％。合适的硅烷是SILANE^TM A-187，其为可从OSi Specialties(现为GE Silicones)获得的γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷。
可以使用任何合适的可溶于有机溶剂或有机溶剂混合物的着色剂，例如染料，特别是偶氮染料，例如阴离子Cr⁺³络合染料，如可分别从CIBASpecialty Chemicals和Orient Corporation of America获得的Orasol BlackRLI或Valifast Black 3808。着色剂可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约3-10重量％，优选约4-8重量％，更优选约5-6重量％。
本发明的喷墨墨水组合物还可包括一种或更多种润湿剂。润湿剂有利地赋予基材粘附性。可以使用任何合适的润湿剂，例如聚亚烷基氧化物(例如聚亚乙基氧化物)改性的聚二甲基硅氧烷，如可从OSi Specialties(现为GE Silicones)获得的SILWET^TM L-7622。润湿剂可以以任何合适的量存在，例如基于喷墨墨水组合物重量约0.001-0.1重量％，优选约0.01-0.06重量％，更优选约0.02-0.04重量％。
本发明的喷墨墨水组合物可以通过本领域技术人员已知的方法来制备，例如通过将所需成分合并和混合，然后任选地将得到的组合物过滤。
本发明还提供了一种在基材上印刷喷墨墨水图像的方法，包括：将上述喷墨墨水组合物中任一种的一连串微滴从多个喷孔喷射到基材上，控制射出的微滴相对于基材运动的时间，以使微滴在基材上形成图像，然后使图像干燥。根据本发明，基材可以是任何合适的基材，特别是玻璃或金属。所述喷墨墨水组合物可用于任何合适的印刷机，特别是按需分配式(drop-on-demand)印刷机，更特别是混合按需分配式印刷机，例如微阀印刷机，如VJ1120(Videojet Technologies Inc.)。
本发明的喷墨墨水组合物可以印刷在各种玻璃瓶上。合适的玻璃瓶的示例包括啤酒瓶及其可回收和不可回收品种。本发明的喷墨墨水组合物可喷射涂覆在各种玻璃上，包括钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、硅酸铝玻璃、铅玻璃、硼酸盐玻璃等。玻璃容器上可包括涂层。这种表面涂层可以改善信息到瓶上粘附性。本发明的喷墨墨水组合物还可印刷在各种金属基材上。合适的金属基材的示例包括铝、锡、铜、不锈钢、合金和带涂层的金属基材。
可以通过任何合适的方法来评价喷墨墨水组合物的性质，例如粘度、密度、电阻率、pH、声速、透湿性(即喷墨印刷过程中基材上任何水分的渗透)、粘附性、冰桶耐磨性等。例如，印刷图像的粘附性可以通过测试带阻(tape resistance)、耐磨性、耐划性等来评价。喷嘴上的墨水积累可以通过对印刷机喷嘴板照像来评价。冰桶耐磨性可通过以下方法评价：将具有喷墨印刷图像的瓶浸入冰桶24小时，然后在用力指压下测量耐磨性。通过以45度角将10滴异丙醇喷射到基材上然后测量耐磨性，可以评价溶剂防溅性。通过测试运行观察是否在印刷的第一列有墨水洇出(dropout)，可以评价印刷机空闲时间的墨水积累。
本发明的喷墨墨水组合物的实施方式可以减少墨水积累，例如能够在不积累墨水的前提下印刷300个以上的印刷周期。
以下实施例进一步阐述了本发明，但该实施例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
本实施例描述了本发明的喷墨墨水组合物的一种实施方式的制备。喷墨墨水组合物通过如下制备：将下列成分结合并通过连续搅拌将其混合直到获得均匀的组合物，然后任选地将所得组合物过滤。