專利名稱：噴墨印刷組合物及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合噴墨印刷的組合物及使用這些組合物在基材上印刷的方法。
背景技術(shù)：
噴墨印刷是眾所周知的用來向各式各樣基材上涂敷組合物的方法。噴墨印刷法有多種用途，特別適合向高速加工中使用的基材上印刷標簽。這種加工過程的實例包括食物產(chǎn)品的包裝過程，其中要向包裝上印刷批號和日期信息。在包裝物是由聚合物膜(例如包糖紙)構(gòu)成的加工過程中，薄膜由印刷臺快速通過，到達產(chǎn)品被包裝的地點。在這一過程中，重要的是油墨組合物在包裝過程開始之前要基本上干燥，否則會蹭臟甚至可能會除掉已印上的標簽。油墨中有一種能與基材充分粘附的組合物也很重要，否則標簽也會蹭臟和脫除。
以單體中包含丙烯的聚合物(聚丙烯)或單體中包含乙烯的聚合物(聚乙烯)為基礎(chǔ)的基材產(chǎn)生了特殊的問題。對這些基材的粘附很難，而且一般來說，當它們是用防粘劑處理過時(為了將薄膜隨后加工成產(chǎn)品包裝，常常需要這樣)，粘附變得更為困難。
因此希望能提供一種油墨組合物，它能夠快速干燥，并且還能被配制成含有與基材，特別是與上述的聚丙烯和聚乙烯基的基材有良好粘附性的粘合劑。
過去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，諸如甲乙酮(MEK)和丙酮等溶劑組分具有高的干燥速度，因此適合在需要快速干燥的組合物中作為溶劑使用。但是，多年來眾所周知，配制成的在施加于基材上后快速干燥的那些組合物會產(chǎn)生其它問題。具體地說，快速干燥的油墨組合物會造成用來向基材上施加油墨的印刷設(shè)備的噴嘴堵塞和油墨在溝槽內(nèi)干燥等問題。因此，含有速干溶劑如MEK的油墨通常都含有濕潤劑和已知具有較高沸點的其它溶劑，以便防止上述現(xiàn)象，這反過來又減慢了干燥時間。
理想的作法是能夠解決上述的干燥和粘附問題，而又不造成印刷設(shè)備中的堵塞和結(jié)殼等附加問題。WO 92/14794涉及提供一種溶解常用染料的速干油墨，特別是涉及替代常用溶劑MEK的問題。它還涉及提供一種具有合適粘度的油墨。WO 92/14794使用一種載體介質(zhì)，其中含有低級烷基羧酸的低級烷基酯，一般還含有低級鏈烷醇。這些物質(zhì)的烷基部分的鏈長一般地說為C1至C5，但大部分實施例中包括乙酸乙酯，它是用于WO 92/14794中的高度優(yōu)選的烷基酯。在其它實施例中還使用了丁酸乙酯和乙酸丁酯。
US 5990197公開了各種油墨組合物，其中一般含有一種與聚酯共聚的近紅外熒光團，粘合劑，可溶于有機溶劑的電解質(zhì)，和選自C3-C6脂族酮、C3-C6脂族酯、低級脂肪醇或它們的組合的一種有機溶劑。其示例油墨中使用2-丁酮或乙醇或這2種物質(zhì)的混合物作為溶劑。在C3-C6脂族酯的名單中提到了乙酸甲酯，但是聲稱優(yōu)選的是乙酸乙酯。
GB-A-2030075公開了一種使用不透明油墨的噴墨印刷方法。該油墨中含有溶在溶劑中的樹脂或聚合物。公開了多種溶劑，列出的名單中提到脂族醇、酮、醛、醚、酯、二醇、二醇醚、烴類和內(nèi)酯。在酯類溶劑的名單中提到了乙酸甲酯，但在實施例中使用的溶劑是甲醇或甲醇與MEK的混合物，或甲醇、MEK與丙酮的混合物。
發(fā)明敘述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，我們提供了適合用于噴墨印刷機的油墨組合物，其中含有溶劑、著色劑和粘合劑，其特征是溶劑含有乙酸甲酯。在第二方面，我們還提供了向基材上印刷的方法，包括用噴墨印刷法向基材上施加油墨組合物的方法，其中該油墨中有一種含溶劑、著色劑和粘合劑的組合物，而溶劑中含有乙酸甲酯。
令人驚奇的是，我們發(fā)現(xiàn)使用乙酸甲酯作為溶劑的一種組分可以生產(chǎn)出同時解決上述問題的組合物。這種油墨能充分迅速地干燥以防止標簽被蹭臟或除掉，但不會造成印刷設(shè)備的堵塞和結(jié)殼，并且還能溶解為獲得對諸如聚丙烯和聚乙烯基材有良好粘附力的優(yōu)選物質(zhì)。
另外，我們還發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明組合物可以使用各式各樣的樹脂和粘合劑聚合物。特別是，它允許使用的范圍比丙酮和MEK可能使用的更寬。
此外，我們出乎意料地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明組合物比其中使用已知的速干溶劑MEK作為僅有溶劑的組合物干燥得更快，甚至比某些MEK/丙酮摻混物還快。
在本發(fā)明中，溶劑內(nèi)含有乙酸甲酯作為基本組分。這一溶劑組分具有上面討論的快速干燥而又不引起噴嘴堵塞和溝槽結(jié)殼的優(yōu)點。它還能溶解很多種粘合劑聚合物，尤其是縮醛聚合物，例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，它們特別有助于提供粘附性能。我們發(fā)現(xiàn)，其它的速干溶劑，例如丙酮和MEK，除了在印刷過程中不宜采用的嚴厲和苛刻的條件下之外，不能溶解PVB粘合劑。
乙酸甲酯的另一優(yōu)點是光化學臭氧產(chǎn)生勢(POCP)低至2.5。POCP是大氣化學活性的一種任意標度，以乙烯作為100，很穩(wěn)定的有機物為0。
乙酸甲酯在組合物中的含量一般至少為1％，優(yōu)選至少為2％。特別優(yōu)選的含量為至少5％，更優(yōu)選至少8％。乙酸甲酯可以以任何數(shù)量存在，優(yōu)選含量為最高70％，但通常不多于60％。如果乙酸甲酯的用量相對較低，其優(yōu)選的上限為20％。但在某些制劑中，它可以以更高的用量使用，例如30-70％，優(yōu)選40-60％。
在本說明書中，除非另外指明，百分含量是指以總組合物為基礎(chǔ)的重量百分數(shù)。
溶劑優(yōu)選是一種摻混物并且還包含丙酮。如果存在，丙酮的用量優(yōu)選為至少2％，優(yōu)選的上限為70％。如果以相對較低的數(shù)量使用，丙酮的用量可以為2-20％，優(yōu)選6-18％。但是優(yōu)選丙酮以30-70％的較高數(shù)量使用，優(yōu)選40-60％。
組合物中可以含有乙醇作為共溶劑，通常是以變性乙醇的形式加入，例如其中含乙醇和少量(4％左右)甲醇的工業(yè)用甲基化酒精(IMS)，或其中含Bitrex變性劑的DEB 100。如果存在，乙醇的用量優(yōu)選為4-22％，最好是8-17％。
一種特別優(yōu)選的溶劑摻混物含有乙酸甲酯、丙酮和乙醇(一般以IMS的形式)。
當使用這種優(yōu)選的乙酸甲酯/丙酮/乙醇溶劑摻混物時，以溶劑摻混物總量為基礎(chǔ)的優(yōu)選用量為乙酸甲酯5-25％，優(yōu)選10-20％/丙酮50-90％，優(yōu)選60-80％/乙醇5-25％，優(yōu)選10-20％。
組合物中可以含有其它的已知溶劑材料，例如其它的乙酸烷基酯、其它的鏈烷醇烷基酯、其它的鏈烷醇及MEK。但是組合物中最好是基本上不含乙酸甲酯以外的乙酸烷基酯。還優(yōu)選組合物中基本上不含MEK，特別是當粘合劑中含有縮醛聚合物例如聚乙烯醇縮丁醛時。
本發(fā)明的制劑的一個優(yōu)點是它能迅速干燥，但不存在堵塞噴嘴和溝槽結(jié)殼問題，因此無需含有過去為了防止這些問題通常與已知速干溶劑(如MEK)一起使用的濕潤劑或高沸點溶劑。根據(jù)本發(fā)明，組合物中優(yōu)選基本上不含濕潤劑或高沸點溶劑。濕潤劑和高沸點溶劑包括高沸點的二醇醚類例如丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、甘油三乙酸酯、乙酸戊酯(沸點142℃)和甲氧基乙醇(沸點125℃)，其它的則可根據(jù)需要選擇。
全部溶劑或溶劑摻混物一般構(gòu)成組合物總量的至少60％，優(yōu)選至少70％，通常是至少85％。
本發(fā)明組合物另外還含有一種粘合劑。粘合劑可以選自本領(lǐng)域已知的任何粘合劑。它們通常是聚合物，包括改性的丙烯酸聚合物、纖維素類材料、乙?；酆衔?、酮樹脂、乙烯基樹脂、丙烯酸酯聚合物、丙烯酸類共聚物、聚醛樹脂、酚醛樹脂、酚醛改性樹脂、馬來樹脂、馬來酸酐改性樹脂、聚酯、松香、松香酯、改性松香和改性松香酯。松香和松香酯(改性或未改性的)的優(yōu)選用量為2-10％。
粘合劑可以是摻混物，也可以由單獨一種粘合劑物質(zhì)構(gòu)成。優(yōu)選粘合劑中含縮醛聚合物，例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，單獨地或與其它粘合劑材料一起。
當粘合劑中含聚乙烯醇縮丁醛時，優(yōu)選是其中丁醛百分含量較高的一種等級。具體地說，PVB中的丁醛含量優(yōu)選為至少70％，更優(yōu)選為至少75％，特別是至少80％。丁醛含量至少為85％是可取的。丁醛百分含量由制造商詳細說明。
當丁醛含量較高時，例如超過80％，特別是至少為85％時，PVB的分子量較低可能更為可取。例如當用15％重量的甲苯/乙醇(60∶40)溶液于25℃下用Brookfield粘度計測量時，溶液粘度低于1000，特別是低于400，而且在某些情形低于300厘泊。或者是，在用Ostwald-Cannon-Fenske粘度計于25℃下對于在95％乙醇中的10％溶液進行測量時，溶液粘度不超過300，優(yōu)選不超過200，在某些情形不超過100厘泊。
市場上可購得的PVB樹脂的實例是Wacker的Pioloform BN 18，Hoechst AG的MoWital B 30 HH和MoWital B 60 HH，及Solutia的Butvar B-79。
粘合劑總含量優(yōu)選至少為2％，通常是至少4％。一般不超過30％，優(yōu)選不超過25％。優(yōu)選的范圍是5-20％。
組合物中還包含一種著色劑。該著色劑可以是溶于組合物的一種染料或是一種顏料，可任選地被改性以使其適合被包容在組合物內(nèi)。一類優(yōu)選的著色劑是鉻基偶氮染料，但是可以選擇任何合適的著色劑。
著色劑的含量一般為至少1％，通常不超過15％，優(yōu)選為3-10％。
組合物中可以含有適合噴墨印刷的任何其它已知的油墨組分。這包括粘附促進劑，例如Tilcom(商品名稱)和烷氧基硅烷，優(yōu)選用量為2-10％；潤濕劑和表面活性劑，例如硅烷和硅氧烷，優(yōu)選用量為0.2-15％；增塑劑，例如苯二甲酸酯，優(yōu)選用量為0.8-3％；導電劑，例如季銨鹽、磷酸鋰和硫氰酸鹽，優(yōu)選用量為0.2-4％；用于控制穩(wěn)定性和pH的其它添加劑，例如丙烯酸類均聚物和共聚物，優(yōu)選用量為2-8％。
最好是所有的組分均與食物產(chǎn)品相容，因為該組合物的一項優(yōu)選應(yīng)用是包裹食品。組合物及其組分可以是食品級的。
這種油墨組合物可以用任何已知方式制備。但是一種優(yōu)選的方法如下所述，它構(gòu)成本發(fā)明的另一方面。在形成油墨組合物的這一方法中，將至少一部分粘合劑和至少一部分溶劑混合，形成第一預混物；將除著色劑以外的所有其余組分混合，形成第二預混物；然后將第一預混物和第二預混物合并。隨后加入著色劑。
此方法特別適用于溶劑中含有乙醇溶劑和/或粘合劑中含有縮醛聚合物如PVB的情形。
在這一方法中，優(yōu)選在第一預混物中包含一些或者全部乙酸甲酯。例如，在第一預混物中可以含最多達90％，或最多達70％或60％的乙酸甲酯。如果使用丙酮作為溶劑的一部分，則優(yōu)選在第一預混物中含有至少一些丙酮，例如最高達組合物中丙酮總量的60％、70％，甚至90％。如果組合物中含乙醇，則最好是所有乙醇都包含在第一預混物中。
第一預混物優(yōu)選按如下方法制備。將一部分粘合劑，例如最高達50％、甚至最高達70％或80％的粘合劑與所有乙醇混合。然后加入乙酸甲酯和可能使用的丙酮。隨即加入剩下的粘合劑并將各組分混合。
在本發(fā)明中我們還提供了一種使用本發(fā)明油墨通過噴墨印刷法向基材上印刷的方法。在該方法中，組合物可以具有以上與本發(fā)明油墨一道討論的任何優(yōu)選特點。
在此方法中，組合物被施加到基材上。本發(fā)明特別有利于施涂到此前由于例如粘附問題被認為很難印刷的基材上。特別是，本發(fā)明的包含乙酸甲酯作為溶劑的體系，使得以縮醛聚合物如PVB作為粘合劑成為可能。因此本發(fā)明特別有利于基材是聚合物，例如聚合物薄膜的情形。優(yōu)選該薄膜是以聚丙烯或聚乙烯為基礎(chǔ)。
在基材是曾經(jīng)用防粘劑處理過的聚合物薄膜時，本發(fā)明有特殊的優(yōu)點。這種防粘劑常常是薄膜的后繼加工所必需的，但它加重了粘附問題。在本發(fā)明中可以兼具快速干燥和對此類基材的粘附兩種特性。
在本發(fā)明方法中，油墨組合物一般在施加于基材上后迅速干燥，優(yōu)選不超過1秒鐘，更優(yōu)選不超過0.6秒。
因此，本發(fā)明有利于基材在印刷后一秒內(nèi)、優(yōu)選0.6秒內(nèi)進入進一步加工步驟(例如制成產(chǎn)品包裝)的系統(tǒng)。
組合物可以用任何已知的噴墨印刷法施用。在這些方法中，噴墨印刷機由印刷頭噴出墨滴液流，在基材通常以高速被傳送通過印刷機頭時沖擊在基材上。液滴受到控制，使得它們以受控排列的形式沉積，從而在基材上印出所要求的標簽。這種標簽可以是例如編碼和字母，日期如“保質(zhì)期”及其它字母數(shù)字數(shù)據(jù)。
這種方法可以是已知的“按需滴落”(drop-on-demand)法，其中根據(jù)需要產(chǎn)生墨滴以形成預定的排列。
但是優(yōu)選該方法是已知的連續(xù)噴墨印刷法。形成一股連續(xù)的墨滴液流，以電學方式使液滴轉(zhuǎn)向以便形成預定的排列。沒有沉積在基材上的墨滴被自動收集并循環(huán)到回收槽。
這些方法是眾所周知的。
現(xiàn)在將參照以下實施例說明本發(fā)明。
丙酮53.0TMS 13.0
乙酸甲酯 12.2Pioloform BN 1817.0Surcol 860W24.0Cellolyn 21E34.0鄰苯二甲酸丁基芐基酯 1.5Silwet L 762240.5Orasol RLI54.01.Wacker公司銷售的聚乙烯醇縮丁醛粘合劑。2.汽巴專門化學品(Ciba Specialty Chemicals)公司銷售的丙烯酸共聚物。3.Hercules公司銷售的合成松香酯。4.Witco公司銷售的聚醚改性的聚二甲基硅氧烷。5.黑色6異構(gòu)體鉻基偶氮染料。
權(quán)利要求
1.一種適合用于噴墨印刷機的油墨組合物，其中含有溶劑、著色劑和粘合劑，其特征在于，溶劑中含有乙酸甲酯。
2.按照權(quán)利要求1的組合物，其中溶劑還含有丙酮。
3.按照權(quán)利要求1或2的組合物，其中溶劑還含有乙醇。
4.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中乙酸甲酯的含量為組合物總重量的2-70％，優(yōu)選2-20％。
5.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中丙酮含量為組合物總重量的2-70％，優(yōu)選30-70％。
6.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中乙醇含量為組合物總重量的4-22％，優(yōu)選8-17％。
7.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中粘合劑含有選自以下聚合物中的一種或多種聚合物改性的丙烯酸均聚物或共聚物，纖維素類聚合物，縮醛聚合物，酮樹脂，乙烯基樹脂，丙烯酸酯聚合物，丙烯酸共聚物，聚醛樹脂，酚醛改性樹脂，馬來酸酐改性樹脂，聚酯，松香，改性松香，松香酯和改性松香酯。
8.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中粘合劑含有一種縮醛聚合物，優(yōu)選聚乙烯醇縮丁醛。
9.按照權(quán)利要求8的組合物，其中聚乙烯醇縮丁醛的含量為組合物總重量的5-20％。
10.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中基本上不含乙酸甲酯以外的乙酸酯類。
11.按照上述任何一項權(quán)利要求的組合物，其中基本上不含甲乙酮。
12.一種在基材上印刷的方法，包括用噴墨印刷法向基材上施加油墨組合物，其中油墨含有一種包含溶劑、著色劑和粘合劑的組合物，其特征在于，溶劑中含有乙酸甲酯。
13，按照權(quán)利要求12的方法，其中基材是以丙烯和/或乙烯的聚合物為基礎(chǔ)。
14.按照權(quán)利要求12或13的方法，其中基材用防粘助劑處理過。
15，按照權(quán)利要求12-14中任何一項的方法，其中油墨在施加到基材上之后在不超過1秒之內(nèi)、優(yōu)選不超過0.6秒就基本上干燥。
16.按照權(quán)利要求12-15中任何一項的方法，其中的基材隨后被制成食品包裝物。
17.制造權(quán)利要求1-11中任何一項的油墨組合物的方法，其中包括將至少一部分粘合劑和至少一部分溶劑混合，形成第一預混物，將除著色劑以外的其它剩余組分混合，形成第二預混物，將第一預混物和第二預混物合并，形成混合物，向該混合物中加入著色劑。
全文摘要
提供了一種適合用于噴墨印刷機的油墨組合物,該組合物含有溶劑、著色劑和粘合劑,其中溶劑中含有乙酸甲酯。該組合物特別適用于在聚合物基材例如聚丙烯和聚乙烯上印刷。
文檔編號C09D11/00GK1344769SQ0114105
公開日2002年4月17日 申請日期2001年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者C·A·穆雷, J·H·克羅克 申請人:多米諾印刷科學公開有限公司