[发明专利]聚合物颜料体系以及方法

说明书

技术领域

本发明涉及颜料体系，并且具体涉及用作喷墨油墨的颜料体系。

背景技术

喷墨油墨组合物通常由起到载体作用的载色剂以及着色剂(如染料或颜料)组成。还可引入添加剂和/或共溶剂，以调节喷墨油墨以获得所需的总体性能性质。

通常，单独的颜料在液体载色剂中不易分散。已经开发多种可提供稳定的颜料分散体的技术，这些颜料分散体可用于喷墨印刷。例如，可将分散剂添加至所述颜料中以改善颜料在特定介质中的可分散性。分散剂的实例包括水溶性聚合物和表面活性剂。典型地，为了保持溶解度和由此的颜料稳定性，这些聚合物分散剂具有小于20,000g/mol的分子量。

还已经开发改性颜料，其提供具有改善的性质如可分散性的油墨组合物，而不需要外部分散剂。例如，美国专利No.5,851,280公开了用于将有机基团连接至颜料的方法，包括例如经由重氮盐反应的连接，其中有机基团是重氮盐的一部分。所得的表面改性的颜料可用于多种应用，如油墨、喷墨油墨、涂料、调色剂、塑料、橡胶等。这些改性颜料提供具有良好的总体性质的喷墨油墨。

在致力于改善性能中，还将除分散剂外的聚合物引入喷墨油墨组合物中。例如，已经将分子量典型地为高的乳液聚合物或胶乳用作添加剂以改善喷墨油墨的印刷性能。然而，作为乳液聚合物，这些聚合物不是可溶的并且趋于在印刷中引起困难，特别是喷嘴阻塞。

发明内容

一方面，提供喷墨组合物，所述组合物包含水性载色剂、自分散的颜料，以及聚氨酯聚合物，其中至少5重量％的所述聚氨酯聚合物与所述自分散的颜料缔合，且至少5重量%的所述聚氨酯聚合物未与所述自分散的颜料缔合。在一些实施方案中，至少10%的所述聚氨酯聚合物是亲水的。所述组合物可为热(热敏式，thermal)喷墨组合物并且可含有分散的和溶解的聚氨酯实体两者，并且在一些实施方案中，至少10%的所述自分散的颜料可与所述聚合物缔合，而至少10%可未与所述聚合物缔合。自分散的颜料可包含附加的(悬挂的，appended)有机基团，所述有机基团可为至少一种偕二膦酸基团、或其盐或酯，并且所述自分散的颜料可具有比苯基膦酸的钙指数值大的钙指数值。所述颜料可包含炭黑并且所述颜料可为彩色颜料。聚氨酯可为二醇和异氰酸酯的产物，所述二醇选自一种或多种聚醚和/或聚酯。所述二醇可具有在1000至20000范围内的分子量。聚氨酯聚合物可作为分散的颗粒、作为在溶液中可溶的实体以及作为与所述颜料缔合的实体存在。

另一方面，提供制备喷墨组合物的方法，所述方法包括：将聚氨酯预聚物与水性自分散的颜料分散体组合(合并，combine)以产生混合物；使所述混合物中的聚氨酯预聚物的至少一部分聚合以形成聚氨酯聚合物；以及形成包含水性载色剂、颜料和聚氨酯聚合物的喷墨组合物，其中所述聚氨酯聚合物的至少一些与所述颜料缔合，并且所述聚氨酯聚合物的至少一些未与所述颜料缔合。所述喷墨组合物可为热(热敏式，thermal)喷墨组合物或压(压电式，piezo)喷墨组合物，并且在一些实施方案中可基本上不含有非水溶剂。如果物质不存在或仅以不影响组合物的性能的量存在，则所述组合物基本上不含有所述物质。所述自分散的颜料可为包括附加的有机基团的炭黑。所述自分散的颜料可包含至少一种偕二膦酸基、或其盐或酯，并且可具有比苯基膦酸的钙指数值大的钙指数值。在80℃下老化(陈化，age)四天之后，所述组合物的粘度可改变小于10%并且平均粒径可改变小于10%。可由二醇和异氰酸酯形成所述聚氨酯聚合物，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、间四甲基二甲苯二异氰酸酯以及亚甲基二苯基二异氰酸酯。所述二醇可包括较高分子量的二醇和较低分子量的稳定化二醇。

另一方面，提供方法，所述方法包括：将聚氨酯预聚物与自分散的颜料混合以形成混合物；使所述混合物中的预聚物聚合以形成聚氨酯聚合物；以及将所述聚氨酯聚合物的至少一些与所述分散的颜料缔合。所述方法可包括将干形式的颜料添加至非水预聚物溶液中，将所述颜料的水性分散体与预聚物溶液混合，和/或从所述混合物除去非水溶剂。在一组实施方案中，所述聚氨酯聚合物的至少一些未与所述颜料缔合。所述方法可包括经由离子连接、离子-离子、离子-H-键合、离子-偶极子、范德华以及H-键合的至少一种将所述聚氨酯聚合物缔合至所述自分散的颜料。所述方法可产生亲水和疏水的聚氨酯实体两者。可添加油墨载色剂以产生热喷墨油墨。