[发明专利]用于喷墨油墨的氧化物颜料分散体

说明书

背景技术

喷墨印刷为非接触印刷工艺，其中，墨滴被从墨盒的印刷头射到印刷介质上以形成期望的图像。典型的印刷头具有多个直径在微米范围内的非常小的喷嘴。已将例如二氧化钛的金属氧化物在一些例如白色油墨的喷墨油墨制剂中用作颜料。白色油墨在透明和彩色表面印刷时可有用地提供良好的能见度。但是，不是所有的基于金属氧化物的油墨都能有效地用于喷墨印刷，因为它们不满足关于喷射能力和颜料可分散性的特定要求。

附图说明

图1显示了具有聚乙二醇(PEG)链的反应性分散剂的结构。

图2显示了图1中所示的反应性分散剂的水解。

图3显示了水解的分散剂与金属氧化物表面的反应。

具体实施方式

常规的基于具有高折射率和高密度的金属氧化物（例如二氧化钛或氧化锌）的油墨制剂通常包含具有在100nm至1.0μm范围内的粒径的颜料。通常认为这样的油墨为白色油墨。基于这样较大粒径的颜料的制剂常常具有严重的长期稳定性问题。金属氧化物的大而密的颗粒趋于在水性分散体中聚集、凝聚和沉淀。当这些油墨用于喷墨印刷时，颜料的沉淀可导致不可恢复的喷嘴堵塞和印刷质量的严重下降。

其它一些喷墨应用可能需要用具有比油墨制剂，具体为白色油墨制剂，小得多的粒径的透明/清澈的金属氧化物分散体的印刷。具有在10-100nm纳米范围内的粒径的金属氧化物颜料可显示出显著水平的透明度。它们可被用作基于常规着色剂的油墨中的添加剂或用作用于常规印刷范围之外的应用中的专用喷墨油墨的首要组分。基于更小粒径的矿物颜料分散体(10～100nm)的制剂通常不具有严重的沉淀问题。然而，小颗粒金属氧化物颗粒分散体的喷墨油墨应用固有的可靠性问题包括由挥发性油墨组分的挥发（即“脱封堵”）引起的喷嘴堵塞，和在热喷墨打印头的喷射腔内加热器表面的不可溶颜料外壳的形成。（后面的问题完全为热喷墨印刷应用所固有）。如文中所用，术语“脱封堵”是指由于油墨中挥发性溶剂的挥发，喷墨油墨趋于在喷墨印刷头喷射孔附近或内部的结壳。呈现出良好脱封堵的喷墨油墨不需要过多使用为了在合理的时间段内，例如数周或更多周内防止这类结壳（和许多喷墨油墨的情况一样）而设计的旋盖机制。去除挥发性组分经常造成由分散的金属氧化物颗粒的聚集和形成硬壳。壳的机械耐久性趋于随着金属氧化物粒径的减小而增加。该问题为压电喷墨印刷和热喷墨印刷技术所固有。在热喷墨印刷头中的每一次喷嘴喷射都涉及挥发性油墨组分在喷射腔中的部分蒸发。通过内置在喷射腔结构中的微加热元件（即电阻器）加热油墨。靠近电阻器表面的油墨层被快速加热到远高于液体油墨组分的沸点的温度。挥发性组分的蒸发导致形成气泡，因而导致一些油墨从喷射腔中喷出。非挥发油墨组分经常趋于在加热表面的喷射中沉淀。电阻器提高的温度（达到1000℃)可引起沉淀的组分相互间反应及与电阻器表面反应。这些相互作用可导致形成不溶性外壳。如果形成的外壳足够机械耐久（mechanically durable），并且在接下来对喷射腔的再填充中不被分散或去除，接下来的喷射就会增加外壳的厚度。最终，在电阻器表面集聚的外壳干扰喷射过程自身。增加的外壳起到热传导绝缘体的作用，防止油墨被快速加热，并干扰驱动气泡的形成，并且最终阻止油墨喷射。

聚合物分散剂

聚合物分散剂已经用于基于具有较大的粒径（大于100nm）的矿物颜料例如TiO₂、ZnO或A1PO₄的白色油墨制剂中。通过吸收通常具有阴离子功能的水溶性或部分水溶性聚合物或嵌段共聚物分散剂稳定分散体中的颗粒。这些聚合物分散剂不能完全消除沉淀，但是它们确实能防止形成非常稳定的颗粒聚集体。这样获得的油墨显示出“软沉淀”的现象，即沉淀的颗粒聚集体可易于再次被分散，并且没有在印刷头中不可恢复的喷嘴故障。

具有聚合物分散剂的矿物颜料的一个主要的缺陷为粒径的范围被限于100nm至1.0μm，即产生具有显著的光散射/遮蔽现象的油墨制剂。可用相对少量的分散剂（小于1～3%的颜料固体）稳定较大颗粒的分散体和油墨。达到显著小的粒径需要高得多的分散剂/颜料(D/P)比，例如，将分散剂含量增加至颜料固体的100～200%。油墨中更高含量的聚合物分散剂将造成显著更高的油墨粘度。更高粘度的油墨具有喷射可靠性的困难，尤其是当来自较低的液滴体积印刷头构造时。分散体稳定效率随分散剂链长度的增加以及由此带来的分子量的增加而提高（直至特定的点）。然而，分散剂分子量的增加经常会导致分散体粘度的增加，这会消极地影响喷射可靠性。

无机阴离子分散剂