[发明专利]使用连续喷射印刷技术的流体材料印刷方法以及用于所述方法的可固化组合物

说明书

技术领域

本发明涉及使用连续喷射印刷技术印刷流体材料的方法，用于所述流体材料的可固化组合物，形成2D-或3D-制品的方法，包含所述可固化组合物的固化制品以及所述制品的用途。

背景技术

辐射固化技术在形象艺术行业中已经使用了二十余年。由于环境和安全原因而采用该技术的一个关键原因是由于溶剂的消除导致的挥发性有机化合物的减少。UV技术限于特殊的喷墨印刷方法，该方法或者需要高的印刷温度或者需要在室温下非常低的粘度。可以将这些方法用于形成制品，例如RP产品、RM产品或LMT产品。那里所用的UV墨应用溶剂载体。这些溶剂用于控制墨的粘度和促进与基底的粘着。还观察到通常可固化组合物应含有尽量少的溶剂以获得固化组合物的有利的物理和化学性质。此外，可固化组合物应优选含有最少量的盐或根本不含盐，这因为盐被认为对固化组合物的有利的物理和化学性质是有害的。

喷墨印刷机可以分为按需滴落(DOD)和连续喷墨(CIJ)系统。在DOD系统中，一旦喷嘴位于基底上就按需要形成每个液滴。而另一方面，在CIJ系统中在恒定的高压下形成墨滴流。墨滴经充电可以选择性地偏转以在基底上得到所需的液滴分布。偏转的液滴随后可以再循环。为了被充电，墨需要为导电性的。

如上所述，在用于按需滴落(DOD)或连续喷墨(CIJ)系统时，UV可固化组合物必须具有足够低的粘度。对于多数墨组合物，外加粘度在室温下约为100mPas，但在CIJ技术中更通常外加的粘度在印刷温度下小于70mPas而在DOD技术中小于20mPas。应意识到组合物的粘度可以受喷墨打印温度影响。

然而对于其它应用如涂敷，更常规的成膜组合物具有显著更高的粘度，这使它们不适用于喷墨打印方法。

氧抑制是影响UV可固化材料性能的另一个因素。需要快速的固化速度以保证良好的印刷质量和生产效率。因此，高功能材料是必需的。然而，这些材料必须不显示高的膜收缩率，这对墨和墨的粘着具有负面影响。因此，优选在固化温度或接近固化温度使用这些材料。在这个方面DOD技术是较不利的，因为该技术需要使用不利的高印刷温度。或者DOD技术需要使用在室温下非常低粘度的配制品，导致非常致密的网络得到脆性材料，因此不适于3D图。

在常规的UV墨中，通常将改性的环氧化物、聚氨酯或聚酯丙烯酸酯用作墨组合物的主链。然而，特殊的环氧化学具有高分子量和高粘度、高的膜收缩率和有限的颜料能力。因此，环氧基的组合物不适于喷墨应用，因为对于该应用它们必须含有大量的溶剂。此外，对于典型的阳离子开环聚合物(环氧化物和氧杂环丁烷)，收缩率可以非常低，远低于丙烯酸酯且因而可以在3D、RP和RM中令人感兴趣。然而这些系统的缺点是在这些后述的情况中聚合较为缓慢且受质子受体(如水)抑制。

常规聚氨酯和丙烯酸酯的使用导致更好的总物理性质，但是它们的粘度仍非常高，这使它们不特别适于喷墨应用。

此外，观察到通常用于UV系统的常规反应性单体和低聚物不可溶于水，而常规的光引发剂与水具有差的相容性，因为它们不良好地分散于水中，例如由于其极性性质。

在来自Sartomer，PA，USA的J.Klang和J.Balcerski的文章(2004)中，描述了含有单体、低聚物、光引发剂、颜料和添加剂的UV可固化组合物。这些组合物优选不含溶剂以减少或最小化在固化所得制品时释放的挥发性有机化合物的量。此外，这些组合物具有低粘度以允许它们应用于喷墨系统中。这些不含溶剂的组合物在特殊情况下可用于DOD系统，但仍需要较高的使用温度以降低组合物的粘度。

然而，观察到这种不含溶剂的组合物不能用于连续喷墨印刷中，因为这些组合物不充分导电或者根本不导电。

另一个缺点是这些组合物在用于按需滴落喷墨系统时需要被加热至约80℃以使这些组合物具有所需粘度。然而升高的温度通常对该类组合物不利，因为在该温度下不仅该组合物的稳定性而且其均匀性均变差。

此外，在较高温度下加工组合物导致沉积时组合物热收缩，这是不利的并因而是不希望的。此外，为了加热组合物消耗许多能量，这是另一个缺点。

US4,990,360公开了含有丙烯酸酯官能的有机硅氧烷/氧化烯共聚物和溶解的锂盐的导电性组合物。然而，这些组合物的用途限于在固化时形成凝胶。因此不可能用这些组合物形成固体制品。此外，这里提到的组合物是基于溶剂的，这例如从环境角度来说是不希望的。另一个缺点是这些组合物仅具有有限的粘度范围。此外，在该专利中所述的材料为高分子并会具有对于无溶剂喷墨印刷远远过高的粘度。

发明内容