改性有机着色剂和分散体及它们的制备方法.pdf

本发明涉及制备改性有机着色剂分散体的方法，包括下列步骤：以任意顺序对i)有机着色剂；ii)氢氧化物试剂；和iii)含水介质进行组合，以形成改性有机着色剂分散体。该方法进一步包括粒径减小步骤。这些步骤可以任意顺序进行。该有机着色剂包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质。还公开了改性有机着色剂和喷墨油墨组合物。

1.  一种制备改性有机着色剂分散体的方法，包括下列步骤：
a)以任意顺序对i)包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质的有机着色剂；ii)氢氧化物试剂；和iii)含水介质进行组合，以形成改性有机着色剂分散体；和
b)将该分散体中该改性有机着色剂的粒径减小到小于或等于350nm的粒径。

2.  一种制备改性有机着色剂分散体的方法，包括下列步骤：
a)将包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质的有机着色剂粒径减小到小于或等于500nm的粒径；和
b)以任意顺序对i)该尺寸减小的有机着色剂；ii)氢氧化物试剂；和iii)含水介质进行组合，以形成改性有机着色剂分散体。

3.  权利要求1的方法，其中在步骤a)之前，使有机着色剂受到高剪切混合条件。

4.  权利要求3的方法，其中该高剪切混合条件出现在水平介质磨、垂直介质磨、磨碎机、球磨机、锤磨机、销钉式盘磨机、流能磨、喷射磨、气流粉碎机、碰撞喷射磨、转子-定子、造粒机、均化器、超声波仪、或空穴反应器中。

5.  权利要求1的方法，其中在高剪切条件下，对有机着色剂、氢氧化物试剂、和含水介质进行组合。

6.  权利要求5的方法，其中该高剪切混合条件出现在水平介质磨、垂直介质磨、磨碎机、球磨机、锤磨机、销钉式盘磨机、流能磨、喷射磨、气流粉碎机、碰撞喷射磨、转子-定子、造粒机、均化器、超声波仪、或空穴反应器中。

7.  权利要求1的方法，其中步骤a)和b)同时进行。

8.  权利要求1的方法，其中通过超声波处理，使改性有机着色剂的粒径减小。

9.  权利要求1的方法，其中有机着色剂为着色颜料。

10.  权利要求9的方法，其中该着色颜料包括蓝色颜料、黑色颜料、褐色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、红色颜料、橙色颜料、黄色颜料、或其混合物。

11.  权利要求9的方法，其中该着色颜料选自：蒽醌、酞菁蓝、酞箐绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、苝、杂环黄、喹吖啶酮、和(硫代)靛类。

12.  权利要求1的方法，其中氢氧化物试剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铵、或其混合物。

13.  权利要求1的方法，其中含水介质为水。

14.  权利要求1的方法，其中分散体中的改性有机着色剂的粒径小于或等于300nm。

15.  权利要求1的方法，其中分散体中的改性有机着色剂的粒径小于或等于200nm。

16.  权利要求1的方法，进一步包括干燥该改性有机着色剂分散体以形成干燥形式的改性有机着色剂的步骤。

17.  一种改性有机着色剂，包括a)包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质的有机着色剂和b)氢氧化物试剂之间的反应产物。

18.  权利要求17的改性有机着色剂，其中该改性有机着色剂包括i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质和ii)至少一种具有至少一个酯基的有机物质。

19.  权利要求17的改性有机着色剂，其中该有机着色剂包含至少一种具有至少两个酯基的有机物质且其中改性有机着色剂包含i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质，ii)至少一种具有至少两个酯基的有机物质，和iii)至少一种具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质。

20.  权利要求19的改性有机着色剂，其中：
-改性有机着色剂的具有至少一个羧酸基盐的有机物质的量为X；
-改性有机着色剂的具有至少两个酯基的有机物质的量为Y；
-改性有机着色剂的具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质的量为A；和
-有机着色剂的具有至少两个酯基的有机物质的量为Z，
且其中X+Y+A＝Z。

21.  权利要求20的改性有机着色剂，其中(X+A)＝Z。

22.  权利要求20的改性有机着色剂，其中(X+A)＜(0.5)×Z。

23.  权利要求20的改性有机着色剂，其中(X+A)＜(0.1)×Z。

24.  权利要求20的改性有机着色剂，其中(X+A)＜(0.02)×Z。

25.  权利要求20的改性有机着色剂，其中X＜Y。

26.  权利要求18的改性有机着色剂，其中具有至少一个羧酸基盐的有机物质位于改性有机着色剂的表面。

27.  权利要求17的改性有机着色剂，其中有机着色剂为着色颜料。

28.  权利要求27的改性有机着色剂，其中该着色颜料包括蓝色颜料、黑色颜料、褐色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、红色颜料、橙色颜料、黄色颜料、或其混合物。

29.  权利要求27的改性有机着色剂，其中该着色颜料选自：蒽醌、酞菁蓝、酞箐绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、苝、杂环黄、喹吖啶酮、和(硫代)靛类。

30.  权利要求17的改性有机着色剂，其中该改性有机着色剂为分散体形式。

31.  一种喷墨油墨组合物，包含液体载色剂和改性有机着色剂，其中该改性有机着色剂包括a)包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质的有机着色剂和b)氢氧化物试剂之间的反应产物。

32.  权利要求31的喷墨油墨组合物，其中该改性有机着色剂包含i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质和ii)至少一种具有至少一个酯基的有机物质。

33.  权利要求31的喷墨油墨组合物，其中该有机着色剂包含至少一种具有至少两个酯基的有机物质且其中该改性有机着色剂包含i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质，ii)至少一种具有至少两个酯基的有机物质，和iii)至少一种具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质。

34.  权利要求31的喷墨油墨组合物，其中该液体载色剂为含水载色剂。

改性有机着色剂和分散体及它们的制备方法
技术领域
本发明涉及制备改性有机着色剂及其分散体的方法。还公开了改性有机着色剂和喷墨油墨组合物。
背景技术
通常，颜料不易于独自分散在液体载色剂中。已开发出各种能提供稳定的颜料分散体的技术。例如，可将分散剂加入颜料中，以改善其在特定介质中的分散性。用于含水介质的分散剂的实例包括水溶性聚合物和表面活性剂。此外，由酸性官能团或盐取代的水溶性颜料衍生物(例如美国专利6,451,103中所描述的那些)也已经用于制备颜料的含水分散体。
已经使用具有相似于(如果不同于)着色颜料的化学单元的分散剂，制备着色颜料分散体。例如，GB2356866公开了一种衍生自重氮化的(羧基/磺基)-苯胺和1，4-双(乙酰乙酰氨基)亚苯基的双偶氮化合物及其在颜料和油墨组合物中的应用。发现这些材料特别适用于与具有几乎相同结构的黄色或橙色颜料组合。GB2356634描述了用于相同应用的非常类似的单偶氮化合物。GB2364322描述了用于与单偶氮颜料(特别是黄色颜料)一起使用的N-(磺苯基)-α-(2-甲氧基-4-硝基苯偶氮基)乙酰乙酰胺。
还已知控制着色颜料分散性的其它方法。例如，国际专利申请WO00/26304公开了晶体生长抑制剂的制备，该晶体生长抑制剂控制在制备着色颜料的过程中成长的结晶度的量并防止分散的颜料的再结晶。使用与用于制备颜料的已知方法相类似的方法(例如，通过重氮盐与偶氮偶合剂的反应)，制备该晶体生长抑制剂，且还可在制备着色颜料的过程中进行原位制备。
还已经开发了改性着色颜料，其可提供具有改进的性质(例如分散性)的油墨组合物。例如，美国专利5,851,280公开了用于在颜料上附着有机基团的方法，包括，例如，通过重氮化反应进行附着，其中有机基团为重氮盐的一部分。获得的表面改性颜料可用于各种应用，例如油墨、喷墨油墨、涂料、调色剂、塑料、橡胶等。
PCT国际公开WO01/51566描述了一种制造改性颜料的方法，其通过将第一化学基团和第二化学基团进行反应以形成具有附着的第三化学基团的颜料。第一化学基团包括至少一种亲核体且第二化学基团包括至少一种亲电体，或反之亦然。这些颜料用于油墨组合物，且特别是，喷墨油墨组合物。
虽然这些努力提供了具有期望的总体性能的改性颜料，仍需要改进的改性有机着色剂和分散体、以及改进的用于制备改性有机着色剂的方法，以满足着色剂市场不断提出的需求。
发明内容
本发明涉及一种制备改性有机着色剂分散体的方法，包括下列步骤：以任意顺序对i)有机着色剂；ii)氢氧化物试剂；和iii)含水介质进行组合，以形成改性有机着色剂分散体；和将分散体中改性有机着色剂的粒径减小至小于或等于350nm的粒径。有机着色剂包括至少一种具有至少一个酯基的有机物质。可以任意顺序进行这些步骤。因此，在另一个实施方案中，本发明涉及一种制备改性有机着色剂分散体的方法，包括下列步骤：将如上所述的有机着色剂的粒径减小至小于或等于500nm的粒径；和以任意顺序，将这种尺寸减小的有机着色剂与i)氢氧化物试剂和ii)含水介质进行组合，以形成改性有机着色剂分散体。
本发明进一步涉及一种改性有机着色剂，包括a)包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质的有机着色剂和b)氢氧化物试剂之间的反应产物。该改性有机着色剂可包含i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质和ii)至少一种具有至少一个酯基的有机物质。在一个实施方案中，其中有机着色剂包含至少一种具有至少两个酯基的有机物质，改性有机着色剂包含i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质，ii)至少一种具有至少两个酯基的有机物质，和iii)至少一种具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质。优选具有至少一个羧酸基盐的有机物质位于改性有机着色剂的表面。
本发明进一步涉及一种喷墨油墨组合物，包含在此所述的a)液体载色剂和b)改性有机着色剂。优选液体载色剂为含水载色剂，且获得的喷墨油墨组合物为含水喷墨油墨组合物。
具体实施方式
本发明涉及制备改性有机着色剂分散体的方法。还公开了改性有机着色剂(分散体和干燥形式)和喷墨油墨组合物。
在一个实施方案中，本发明的方法包括对包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质的有机着色剂、氢氧化物试剂、和含水介质进行组合，以形成改性有机着色剂分散体的步骤和粒径减小步骤。这些组分中的每种都将在下面进行更详细的描述。这些步骤可以任意顺序进行，但优选在对组分进行组合的步骤之后进行粒径减小步骤。可以任意顺序对有机着色剂、氢氧化物试剂、和含水介质进行组合。然而，优选在加入其它组分之前，将有机着色剂或氢氧化物试剂与含水介质进行组合。因而，可将有机着色剂加入已经与含水介质组合的氢氧化物试剂中，或，可选择地，可将氢氧化物试剂加入已经与含水介质组合的有机着色剂中。此外，可期望在将有机着色剂和氢氧化物试剂均与含水介质进行组合之后，将其组合在一起。
可在任何适宜的容器中进行将组分组合地步骤，且可以几次添加、一次单独添加、或连续地向该容器中添加组分。在本发明方法的优选实施方案中，在能提供高剪切混合条件的设备中组合有机着色剂、氢氧化物试剂、和含水介质。这种设备是本领域已知的且包括，例如，能够提供研磨、碰撞、或类似的碰撞作用的设备，例如水平介质磨、垂直介质磨(例如磨碎机)、球磨机、锤磨机、销钉式盘磨机(pin disk mill)、流能磨、喷射磨、气流粉碎机(fluidjet mill)、碰撞喷射磨、转子-定子、造粒机、均化器、超声波仪、空穴反应器等。因而，为了该优选实施方案的目的，当提及对组分进行组合的步骤时，″高剪切混合条件″是指具有足够的能量以生产组分的紧密混合物的混合条件。当一种组分不溶于含水介质时，例如当有机着色剂为着色颜料时，特别优选高剪切混合。高剪切混合机可为分批混合机、半连续混合机、或连续混合机。连续混合机为分批加工设备提供了经济优势和实用优势，且通常优选连续混合机。
可在足以生产改性有机着色剂分散体的任何温度和任何时间下，进行对组分进行组合的步骤。温度和时间取决于各种因素，包括，例如，有机着色剂的类型、每种组分的相对量、及其浓度。典型地，在约0℃-90℃的温度下对组分进行组合。优选温度为约0℃-70℃，且最优选为约10℃-50℃。可通过任何本领域已知的方法对温度进行控制。此外，当使用高剪切混合条件时，可通过剪切来产生和/或保持温度。该时间段典型地为5分钟-48小时，且优选为30分钟-24小时，最优选为1小时-12小时。
如上所述，本发明的方法包括对组分进行组合的步骤和粒径减小步骤，且这些步骤可以任何顺序进行。因而，在一个实施方案中，本发明的方法包括减小有机着色剂粒径，并然后将该尺寸减小的有机着色剂与在此所述的组分进行组合的步骤。还可使用进一步的尺寸减小步骤。在另一个实施方案中，本发明的方法包括下列步骤：对在此所述的组分进行组合以在分散体中形成改性有机着色剂，并然后对该分散体进行粒径减小步骤，从而使改性有机着色剂尺寸减小。因此，经受粒径减小的分散体包括至少一种不溶组分或仅微溶组分。其可为，例如，用于该方法的有机着色剂或通过该方法生产的改性有机着色剂。还存在其它可能性且其将是本领域技术人员所知的。
可在与对组分进行组合的步骤分离的容器中或可选择地在相同的容器中进行减小粒径的步骤。如前所述，优选该步骤在对组分进行组合的步骤之后进行。此外，这两个步骤可同时进行。在此可使用任何本领域已知的用于减小粒径的设备，包括上述高剪切混合设备。特别优选的用于减小粒径的技术是超声波处理。
在粒径减小步骤之前，通常不限定有机着色剂或改性有机着色剂的粒径，但典型地为约500nm。在粒径减小步骤后，改性有机着色剂分散体具有获得的可使其在分散体介质中稳定的粒径。典型地，着色剂的粒径小于或等于350nm。优选，粒径小于或等于300nm，更优选小于或等于250，且最优选小于或等于200nm。
该方法可进一步包括干燥步骤。在此还可使用任何本领域技术人员已知的可用于干燥着色剂分散体的设备。这使得改性有机着色剂为干燥形式，例如粉末、丸、微粒、或饼。
用于本发明方法的有机着色剂可为任何本领域技术人员已知的着色剂。如上所述，优选有机着色剂不溶于含水介质。因而，优选有机着色剂为着色颜料或分散染料(其可溶于溶剂但不溶于水)。最优选着色颜料。由于用于本发明方法的有机着色剂为包含至少一种具有规定官能团的有机物质的有机材料，颜料例如二氧化钛和二氧化硅(其为无机着色剂)以及炭黑和其它含碳材料(与无机着色剂一样，其不由在此所述的有机物质组成)一般不适于作为本发明的有机着色剂。
有机着色剂可选自宽范围的常规着色颜料或分散染料。有机着色剂可包括蓝色、黑色、褐色、青色、绿色、白色、紫色、品红色、红色、橙色、或黄色颜料、或其混合物。适宜的着色颜料种类包括，例如，蒽醌、酞菁蓝、酞箐绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、苝、杂环黄、喹吖啶酮、和(硫代)靛类((thio)indigoid)。这种颜料是可从许多来源以粉末或滤饼形式市购的，这些来源包括BASF Corporation、Engelhard Corporation和Sun ChemicalCorporation。实例包括颜料黄120、颜料黄155、颜料黄175、颜料黄213、颜料红220、和颜料红221。其它适宜的有机着色剂的实例描述在ColourIndex，第3版(The Society of Dyers and Colourists，1982)中。
用作有机着色剂的着色颜料或分散染料可具有宽范围的BET表面积(由氮吸附测定)，且因此可具有宽范围的粒径。优选这种有机着色剂具有小粒径，以制备具有期望的总体性能(例如稳定性)的改性有机着色剂分散体。如果优选的更小粒径(且因此更大表面积)的有机着色剂不易获得，可对有机着色剂应用尺寸粉碎或减小技术，以减小着色剂的起始粒径。例如，如果必要或期望的话，在对组分进行组合的步骤之前，在预备步骤中，使有机着色剂受到高剪切混合条件。对于该预备步骤，″高剪切″是指足以降低含水介质中的有机着色剂粒径的条件。上述用于对组分进行组合的步骤的设备也可用于该预备步骤。
本领域已知，不溶的有机着色剂(例如着色颜料和分散染料)由具有限定的化学结构的不溶有机物质(经常称作染料分子)构成。该有机物质经常包含各种官能团。有机物质的化学结构和官能团的位置决定了有机物质的颜色以及颜料或染料的化学反应性。
用于本发明方法的有机着色剂包括至少一种具有至少一个酯基的有机物质。酯基可在有机物质化学结构中的任何位置，但优选为侧官能团，而不是内部基团。有机物质可进一步包含各种额外的官能团，例如，偶氮基、酰胺基、硝基等。
有机物质的酯可为任何具有通式-COOR的基团，其中R为芳基或烷基。优选，该酯为烷基酯，其衍生自具有1-12个碳的烷基醇。例如，该酯可为甲酯基团或乙酯基团，例如苯甲酸甲酯或苯甲酸乙酯。
在本发明方法中，还可对氢氧化物试剂进行组合。氢氧化物试剂为任何包含OH^-离子的试剂，例如具有氢氧化物平衡离子的盐。实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、和氢氧化铵。还可使用其它氢氧化物盐以及氢氧化物试剂的混合物。此外，还可使用其它在含水介质中产生OH^-离子的碱性试剂。实例包括碳酸盐例如碳酸钠、碳酸氢盐例如碳酸氢钠、和醇盐例如甲醇钠和乙醇钠。
用于本发明方法的含水介质可为任何含有水的介质。因而，含水介质可为，例如，水或水与水溶性溶剂(例如醇)的混合物。优选含水载色剂为水。还可存在其它添加剂，例如，表面活性剂、稳定剂、相转移催化剂等。
可改变每种组分的量，以获得改性有机着色剂分散体。这些量取决于各种因素，包括有机着色剂的类型和有机物质的酯基数。典型地，有机着色剂与含水介质的比值为约1∶1-1∶100。优选该比值为约1∶1-1∶20，更优选为1∶2-1∶10，且最优选为1∶4-1∶10。
可基于酯基的总摩尔数计算氢氧化物试剂的量，该酯基的总摩尔数由所使用的有机着色剂的总重量、包含有机着色剂的有机物质的分子量、和每种有机物质的酯基数决定。虽然可使用任意量的氢氧化物，但优选该量小于酯基的总量，以避免形成可溶的有机着色剂或染料。当有机着色剂包含具有多于一个酯基的有机物质时，更是如此。因而，基于酯基的总摩尔数，氢氧化物的量应小于约20％。优选，基于酯基的总摩尔数，氢氧化物试剂的量小于约15％且更优选小于约10％。
本发明进一步涉及包含特定类型有机物质的改性有机着色剂。如在这里所用的，术语″改性″是指有机着色剂的化学转变或反应。因而，本发明的改性有机着色剂包含有机着色剂和氢氧化物试剂的反应产物。有机着色剂包含至少一种具有至少一个酯基的有机物质。改性有机着色剂可包含i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质和ii)至少一种具有至少一个酯基的有机物质。有机着色剂可为任一种上述物质，且优选为着色颜料。酯基和氢氧化物试剂也可为任一种上述物质。羧酸基盐可为具有通式-COO^-M⁺、由上述酯基中的任一种与具有金属平衡离子(M⁺)的碱的反应获得的任一基团。平衡离子的实例包括在上述氢氧化物试剂中所描述的那些。
在第一实施方案中，本发明的改性有机着色剂包含有机着色剂与氢氧化物试剂的反应产物，其中该有机着色剂包含至少一种具有一个酯基的有机物质。对于该第一实施方案，改性有机着色剂包含i)至少一种具有一个羧酸基盐的有机物质和ii)至少一种具有一个酯基的有机物质。
对该第一实施方案的改性有机着色剂的组合物可进行如下描述。如果以Z表示有机着色剂的具有一个酯基的有机物质的量，且，对于该改性有机着色剂，以Y表示具有一个酯基的有机物质的量并以X表示具有一个羧酸基盐的有机物质的量，那么本发明改性有机着色剂的组合物满足关系式：X+Y＝Z。
可改变每种有机物质的量，以生产具有改进的总体性能的改性有机着色剂。例如，使用上述符号，X(具有一个羧酸盐基团的改性有机着色剂的有机物质的量)可等于Z(有机着色剂的具有至少一个酯的有机物质的量)。优选，X的值小于Z。例如，X可小于Z的50％，更优选小于Z的10％，且最优选小于Z的2％。此外，优选X小于Y。因而，与具有一个羧酸基盐的有机物质相比，本发明第一实施方案的改性有机着色剂优选包含更多的具有一个酯基的有机物质。最优选，为了形成该改性有机着色剂的稳定分散体，具有一个羧酸基盐的有机物质位于或邻近于改性有机着色剂的表面。
在第二实施方案中，本发明的改性有机着色剂包括包含至少一种具有至少两个酯基的有机物质的有机着色剂与氢氧化物试剂之间的反应产物。对于该实施方案，改性有机着色剂包括i)至少一种具有至少一个羧酸基盐的有机物质，ii)至少一种具有至少两个酯基的有机物质，和iii)至少一种具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质。有机着色剂、氢氧化物试剂、和基团均如上所述。
以与第一优选实施方案相似的方法，对该第二优选实施方案的改性有机着色剂的组合物进行限定。从而，对于有机着色剂，如果以Z表示具有至少两个酯基的有机物质的量，且对于改性有机着色剂，以Y表示具有至少两个酯基的有机物质的量，以X表示具有至少一个羧酸基盐的有机物质的量，且以A表示具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质的量，那么本发明的改性有机着色剂满足关系式：X+Y+A＝Z。
与第一实施方案相同，可改变每种有机物质的量，以生产具有改进的总体性能的改性有机着色剂。例如，使用上述符号，X+A(具有羧酸盐基团的改性有机着色剂的有机物质的量)可等于Z(具有至少一个酯基的有机着色剂的有机物质的量)。优选，(X+A)的值小于Z。例如，(X+A)可小于Z的50％，更优选小于Z的10％，且最优选小于Z的2％。此外，优选(X+A)小于Y。因而，与具有羧酸盐基团的有机物质相比，本发明第二实施方案的改性有机着色剂优选包含更多的具有酯基的有机物质。最优选，为了形成该改性有机着色剂的稳定分散体，具有羧酸盐基团的有机物质位于或邻近于改性有机着色剂的表面。
对于这两种实施方案，可通过本领域已知的任何方法制备改性有机着色剂。特别是，可使用如上所述的本发明的方法制备本发明改性有机着色剂。因而，当使用本发明的方法时，在改性有机着色剂中具有羧酸基盐的有机物质与有机着色剂的有机物质的量之间的关系式可被视为转化率。例如，对于第一实施方案，X＝Z可理解为100％转化率，X小于Z的50％意味着转化率小于50％，等。同样，对于第二实施方案，其中(X+A)＝Z为100％转化率(即，100％的具有至少两个酯基的有机物质转化为具有至少一个羧酸基盐的有机物质)，(X+A)小于Z的50％意味着转化率小于50％，等。例如，通过改变氢氧化物试剂的量、反应浓度、有机着色剂类型、和反应条件(包括反应时间、温度、和剪切量(如果使用的话))，可改变每种有机物质的量。
如前所述，用于制备着色颜料分散体的现有技术的方法典型地包括分散剂的形成，该分散剂经常具有与组成着色颜料的有机物质相似的结构特性。现有技术的分散剂典型地通过将重氮盐与偶氮偶合剂相结合而形成，其中重氮盐由芳族胺和重氮化剂进行制备。然后，将分散剂加入着色颜料中，以形成最终分散体。因此，将以这种方法制备的着色颜料为具有分散剂表面层的涂覆颜料。
与本发明的改性有机着色剂相反，现有技术的着色颜料不满足上述用于本发明改性有机着色剂的关系式。对于已知的着色颜料，在涂覆的着色颜料中具有酯基的有机物质的量等于原始着色颜料中具有酯基的有机物质的量。因而，使用任一本发明实施方案的符号，Y＝Z。因此，X+Y＞Z。此外，第二实施方案的改性有机着色剂包含至少一种具有至少一个酯基和至少一个羧酸基盐的有机物质。使用本领域已知的方法不能生产这种具有基团混合物的有机着色剂。此外，使用本领域技术人员已知的方法不能制备本发明的有机着色剂，因为在其它有机物质存在下，不能制备具有一个羧酸基盐的有机物质。本质上，因为没有发生化学改性，现有技术的涂覆制品不是如本发明所用术语的改性有机着色剂。
利用本发明的方法，改性有机着色剂为分散体形式。如前所述，可对分散体进行干燥以形成改性有机着色剂。可通过洗涤，例如通过过滤、离心、或这两种方法的组合，对通过本发明方法制备的本发明的改性有机着色剂、以及分散体进行提纯，以去除未反应的原材料、副产物盐和其它反应杂质。例如，通过蒸发对产物进行分离，或可使用本领域技术人员已知的技术，通过过滤和干燥进行回收。
也可对改性有机着色剂和分散体进行提纯或分级，以去除杂质和其它不期望的自由物质，作为制造方法的结果，这些物质可共存于分散体中。使用膜或离子交换的已知的超滤/渗滤技术可用于纯化分散体并去除基本量的自由离子物质和不需要的物质。任选的平衡离子交换步骤还可发生在提纯过程中，从而利用已知的离子交换技术例如超滤、反渗透、离子交换柱等，以替换的平衡离子(包括，例如，两亲离子)交换或取代形成改性颜料的一部分的平衡离子。可被交换的平衡离子的具体实例包括，但不限于，Na⁺、K⁺、Li⁺、NH₄⁺、Ca2⁺、和Mg²⁺。
本发明的改性有机着色剂和分散体可用于各种应用，包括，但不限于，油墨、涂料、塑料、纸张、纺织品、和橡胶制品。特别是，已经发现，改性有机着色剂分散体可有效地用于喷墨油墨组合物。因此，本发明还涉及包含a)液体载色剂、b)改性有机着色剂的喷墨油墨组合物。
通常，喷墨油墨组合物由载色剂(其作为载体)和着色剂(例如染料或颜料)构成。可加入添加剂和/或共溶剂以对油墨进行调节，获得期望的性能。优选，用于本发明喷墨油墨组合物的液体载色剂为含水载色剂，且因此该喷墨油墨组合物为含水喷墨油墨组合物。含水载色剂可与上述制备改性有机着色剂分散体的方法中的含水载色剂相同。
用于本发明喷墨油墨组合物的改性有机着色剂与上述相同，且其以这样的量存在，在该量下可有效地提供期望的图像质量(例如，光密度)而不对喷墨油墨的性能产生不利影响。例如，基于油墨的重量，改性有机着色剂的存在量典型地为约0.1％-约20％。还可使用着色剂的混合物。此外，使用含有改性颜料产物的配方也是在本发明的范围内，该改性颜料产物如在例如，美国专利5,630,868、5,803,959、5,837,045、和5,922,118中描述的，所有文献通过引用在此完全引入。
可以最少的额外组分(添加剂和/或共溶剂)和加工步骤形成本发明的喷墨油墨组合物。然而，也可在这些喷墨油墨组合物中加入适宜的添加剂，以赋予许多期望的性质并同时保持组合物的稳定性。例如，可加入表面活性剂以进一步增强组合物的胶体稳定性。其它添加剂是本领域公知的且包括湿润剂、杀菌剂、粘合剂、干燥促进剂、渗透剂等。根据各种因素，对具体添加剂的量进行改变，但通常存在量为0％-40％。
另外，本发明的喷墨油墨组合物可进一步加入染料以改进彩色平衡和调节光密度。这种染料包括食用染料、FD&C染料、酸性染料、直接染料、活性染料、酞菁磺酸的衍生物(包括铜酞菁衍生物、钠盐、铵盐、钾盐、锂盐)等。
可使用各种方法(例如上述用于上述着色颜料分散体的那些)，对喷墨油墨组合物进行提纯和/或分级。这样，可去除不需要的杂质或不期望的大颗粒，以生产具有良好总体性能的喷墨油墨。
通过下列实施例，本发明将更为明晰，这些实施例本质上仅是示例性的。
实施例
实施例1
在转子-定子高剪切混合机(Silverson L4RT-A)上装配有4升不锈钢烧杯。该烧杯充有1,000mL去离子水和4.0g氢氧化钠。在氢氧化钠溶解后，一次加入约50g颜料黄155(InkJet Yellow 4G，由Clariant Corp.制造)。该颜料被快速浸湿，并在7,200rpm下，对该混合物均化2小时。由于剪切放热，反应混合物的温度保持在60℃。发现，在分散体中的获得的改性有机着色剂的中值粒径为350nm。
然后，将该分散体转移到Telsonic流通(flow-through)超声波仪并超声波处理2小时。以0.1N盐酸，将获得的改性黄色颜料分散体的pH仔细调节至7.5-8.0。然后，使用50nm渗滤膜柱，对该分散体进行渗滤并浓缩至10固体％。嫩黄色分散体的中值粒径为约170nm。发现，在pH为8.1下，改性黄色颜料分散体的钠含量(使用由Orion制造的ROSS离子选择性钠电极进行测定)为2700ppm(基于固体)。
该实施例显示了本发明方法的实施方案，其中在高剪切条件下，进行对组分进行组合的步骤，然后进行在其中使用超声波处理的粒径减小步骤。如钠含量所示，获得的改性有机着色剂为包含具有至少一个羧酸基的钠盐的有机物质的黄色颜料。这相当于酯基到羧酸盐基团的转化率为约2.2％。
实施例2
将带有磁力搅拌棒的不锈钢烧杯安装在搅拌器-热板上，并进一步装配有蠕动泵和流通超声波处理池(Misonix 3000)，以便对加入烧杯中的混合物同时进行加热、搅拌并循环通过超声波处理池。向其中加入30g颜料黄155(InkJet Yellow 4G，由Clariant Corp.制造)和300mL去离子水的混合物。将该混合物循环通过流通超声波处理池。将加热器调节至60℃。此后，加入60mL的1N氢氧化钠溶液，并对该混合物循环和超声波处理3小时。发现获得的改性有机着色剂分散体的中值粒径为200nm。
以0.1N盐酸，将黄色分散体的pH仔细调节至pH 7.5-8.0。然后，使用50nm渗滤膜柱，对该分散体进行渗滤并浓缩至10固体％。嫩黄色分散体的中值粒径为180-190nm，且在70℃下在几个月内是稳定的。发现，在pH为8.4下，改性黄色颜料分散体的钠含量(使用由Orion制造的ROSS离子选择性钠电极进行测定)为2,500ppm(基于固体)。
该实施例显示了本发明方法的实施方案，其中在高剪切条件下，同时进行对组分进行组合的步骤和粒径减小步骤，并使用超声波处理。如钠含量所示，获得的改性有机着色剂为包含具有至少一个羧酸基的钠盐的有机物质的黄色颜料。这相当于酯基到羧酸盐基团的转化率为约2.0％。
实施例3
使用来自实施例1和2的改性黄色颜料分散体配制喷墨油墨组合物。从而，5mL的每种颜料分散体均与5mL油墨载色剂进行组合，该油墨载色剂含有37.6％的2-吡咯烷酮、5.4％戊烷-1，5-二醇、6.0％异丙醇、0.1％的Surfynol465和余量的水。然后，将这些油墨通过450nm注射过滤器(syringe filter)进行过滤，进入Hewlett-Packard 2000C打印头中，并使用HP 2000C在HP BrightWhite Inkiet纸和HP Premium Plus Photo纸上打印黄色正方形图样。每种油墨获得的图案均具有优异的视觉打印质量和在400nm下等于1.2-1.3的最大光密度。
实施例4
进行实施例2的过程，除了仅使用30mL的1N氢氧化钠溶液以外。获得的嫩黄色分散体的中值粒径为180-190nm，且在70℃下在几个星期内是稳定的。发现在pH为8.0下，该改性黄色颜料分散体的钠含量(使用由Orion制造的ROSS离子选择性钠电极进行测定)为1,700ppm(基于固体)。
该实施例显示可通过氢氧化物试剂的量改变钠含量，并从而改变具有至少一个羧酸基盐的有机物质的量。这相当于酯基到羧酸盐基团的转化率为约1.4％。
实施例5
在转子-定子高剪切混合机(Silverson L4RT-A)上装配4升不锈钢烧杯。该烧杯中充有1,000mL去离子水和2.8g氢氧化钠。在氢氧化钠溶解后，一次加入约50g颜料黄213(Hostaperm Yellow H5G，由Clariant Corp.制造)。颜料被快速浸湿，并在7,200rpm下，对混合物均化2小时。由于剪切放热，反应混合物的温度保持在60℃。发现获得的改性有机着色剂分散体的中值粒径为406nm。
将配备有磁力搅拌棒的不锈钢烧杯安装在搅拌器板上并放入冰桶中。该烧杯进一步装配有蠕动泵和流通超声波处理池(Misonix 3000)，以便对加入烧杯中的混合物同时进行冷却、搅拌并循环通过超声波处理池。向其中加入约100mL改性有机着色剂分散体(相当于10g固体颜料)和300mL去离子水。将该混合物循环通过流通超声波处理池3小时。获得的改性有机着色剂分散体的中值粒径为330nm。
使用50nm渗滤膜柱，对该分散体进行渗滤并浓缩至11.1固体％。嫩黄色分散体的最终粒径为300nm。发现，在pH为9.2下，改性有机着色剂分散体的钠含量(使用由ORION制造的ROSS离子选择性钠电极进行测定)为921ppm(基于固体)。发现该分散体在室温和70℃下储存一周是稳定的。
该实施例显示了本发明方法的实施方案，其中在高剪切条件下，进行对组分进行组合的步骤，然后进行在其中使用超声波处理的粒径减小步骤。如钠含量所示，获得的改性有机着色剂是包含具有至少一个羧酸基的钠盐的有机物质的黄色颜料。这相当于酯基到羧酸盐基团的转化率为约1.1％。
比较例1
将带有磁力搅拌棒的不锈钢烧杯安装在搅拌器-热板上，并进一步装配蠕动泵和流通超声波处理池(Misonix 3000)，以便对加入烧杯中的混合物同时进行加热、搅拌并循环通过超声波处理池。向其中加入3g颜料黄155(InkJetYellow 4G，由Clariant Corp.制造)和200mL去离子水的混合物。在60-70℃下，将该混合物循环通过流通超声波处理池45分钟。发现获得的有机着色剂分散体的中值粒径为255nm。然而，发现其仅具有有限的稳定性。该分散体在储存时，且特别是，在升高的温度下(在70℃烘箱中一整夜)发生分离，而实施例1-4的分散体在该条件下是稳定的。额外的超声波处理不能进一步减小粒径且不能改善稳定性。
如上所述，本发明的方法生产具有改善的总体性能的改性有机着色剂及其分散体。着色剂和分散体可具体用于喷墨油墨组合物，以制备具有优异打印质量和光密度的印刷品和图像。
上面对本发明优选实施方案的描述是用于说明和描述的目的。其并非穷举或将本发明限定为所述的具体形式。根据上述教导，可进行改进和变化，或可由本发明的实践获得改进和变化。选取和描述这些实施方案，是为了解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能以各种实施方案和各种适于预期的具体应用的改进来利用本发明。本发明的范围由在此所附的权利要求及其等价物进行限定。