水溶性油墨组合物和使用这种 油墨组合物的喷墨记录装置 本发明涉及一种水溶性油墨和使用这种水溶性油墨的喷墨记录装置。更具体地说，本发明涉及一种水溶性油墨组合物。
用于例如喷墨打印机的喷墨记录装置的油墨是由选自具有最佳组成的各种物质的组分组成的。例如，可以使用的染料包括直接染料、酸性染料等，它们具有几个选择特性。包括直接染料的油墨的特征在于具有优良的耐水性和耐晒牢度，并且包括酸性染料的油墨的特征在于色度高。
由于喷墨记录装置的使用非常广泛，因此需要色度高且耐水性和耐晒牢度优良的油墨组合物，但是还没有找到满足所有这些需要的染料。即，耐水性和耐晒牢度优良的直接染料的色度低，而具有高色度的酸性染料地耐水性和耐晒牢度差。
本发明的目的是提供一种含有直接染料和酸性染料的最佳组合且耐水性和耐晒牢度优良以及色度高的水溶性油墨组合物。
本发明的另一目的是提供一种使用该水溶性油墨组合物的喷墨记录装置。
本发明的目的是通过含有(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227和(C)青色染料和黄色染料中至少一种的水溶性油墨组合物来实现的。
为具有令人满意色度的酸性染料的(A)呫吨品红染料和为具有令人满意的耐水性和耐晒牢度的直接染料的(B)C.I.直接红227的组合提供了耐水性和耐晒牢度优良且色度高的水溶性油墨组合物。
还将染料(A)和(B)的组合与(C)青色染料或黄色染料组合分别提供一蓝色或红色油墨，或者以染料的适宜比例与作为组分(C)的该青色染料和黄色染料都组合提供蓝色或红色油墨。
在本发明非常优选的实施方式中，通过添加特定量的特定表面活性剂，将该油墨组合物的表面张力调整到40mN/m或更低。
图1为根据本发明的喷墨记录装置的一个实施方式的喷墨打印机的图解图。
图2为图1所示喷墨打印机的部件分解图。
图3为Munsell颜色系统的蓝色规格和JIS Z8102中规定的蓝色系统名之间的关系。
图4为Munsell颜色系统的红色规格和JIS Z8102中规定的红色系统名之间的关系。
用于本发明的为酸性染料的呫吨品红染料(A)优选包括C.I.酸性红51、C.I.酸性红52、C.I.酸性红87、C.I.酸性红92、C.I.酸性红94，和其两种或多种的组合。
可以用于本发明的青色染料(C)优选包括铜酞菁染料(直接染料)。该铜酞菁染料包括C.I.直接蓝86和C.I.直接蓝199，和其组合。
从耐水性和耐晒牢度角度来看，可以用于本发明的黄色染料(C)优选包括C.I.直接黄86、C.I.直接黄132、C.I.直接黄142、C.I.直接黄144，和其两种或多种的组合。
染料(A)和(B)的组合当与作为组分(C)的青色染料组合时提供了一种蓝色油墨，或者当与作为组分(C)的黄色染料组合时提供了一种红色染料。当本发明的油墨组合物既含有作为组分(C)的青色染料又含有作为组分(C)的黄色染料时，调整染料的混合比以提供或者蓝色油墨或者红色油墨。
更具体地说，例如通过至少使用(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227和(C)作为青色染料的铜酞菁染料可以制备在色度、耐水性和耐晒牢度方面满意的蓝色油墨组合物。使用铜酞菁染料(直接染料)作为青色染料(C)，该蓝色油墨组合物具有优良的耐水性和耐筛牢度。为了确保色度高，呫吨品红染料与铜酞菁染料的重量比优选为1∶11-1∶50。为了进一步提高该蓝色染料组合物的耐水性，同时保持高的色度，以总的组合物计C.I.直接红227的量优选为0.3-1.0wt％。
例如通过少使用(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227和(C)黄色染料可以制备色度和耐水性以及耐晒牢度得到提高的红色油墨。为了确保色度高，呫吨品红染料与C.I.直接红227的重量比优选为1∶2-1∶4。为了进一步提高该红色染料组合物的耐晒牢度，以总的组合物计C.I.直接红227的量优选为2wt％或更多。
优选本发明的水溶性油墨组合物具有40mN/m或更少的表面张力，这样提高了记录后立即快速干燥的性能和耐水性。例如通过添加(D)表面活性剂可以将其表面张力控制在上述范围内。待添加的适宜表面活性剂包括炔二醇化合物和式(Ⅰ)所示的化合物：
其中R代表卤原子、烷基或烷氧基；n代表正整数。
该炔二醇优选包括下面显示的式(Ⅱ)、(Ⅲ)或(Ⅳ)所示的那些。其中m和n各自代表一正整数，只要m和n的和为10。
为了稳定地起到表面活性剂的作用，以总的油墨组合物计式(Ⅰ)或(Ⅱ)的化合物的优选使用量为1.5-7.0wt％。随着这些表面活性剂的量增加，油墨组合物的表面张力降低，这样提高了记录后立即快速干燥的性能和耐水性。然而，如果添加量太高，这些化合物将不能溶解。式(Ⅰ)或(Ⅱ)化合物的更优选上限为5.0wt％。
为了稳定地显示其起表面活性剂的作用，以总的油墨组合物计式(Ⅲ)化合物的优选使用量为0.4-7.0wt％。如上所述的相同原因，更优选的上限为5.0wt％。
式(Ⅳ)化合物能够以比式(Ⅰ)、(Ⅱ)或(Ⅲ)少的量将表面张力降至40mN/m或更低。为了稳定地显示其起表面活性剂的作用，以总的油墨组合物计其加入量优选为0.04-3.0wt％。
上述表面活性剂可以单个或者两种或多种组合使用，以将所得水溶性油墨的表面张力调整到40mN/m或更低。将两种或多种表面活性剂组合使用时，考虑到表面张力和溶解度之间的平衡，应适当调整单个表面活性剂的量。
根据本发明的喷墨记录装置的特征在于使用上述所水溶性油墨组合物。本发明的喷墨记录装置能够以具有优良的耐水性和耐晒牢度和高的色度的蓝色或红色记录。
现在参照附图来描述实施本发明的试验。
图1为根据本发明的喷墨记录装置的一个实施方式的喷墨打印机的图解图，并且图2为图1所示喷墨打印机的部件分解图。
图1所示的喷墨打印机包括喷墨头10、压纸辊11和含本发明油墨组合物的油墨罐12。通过油墨进料管13将该油墨从油墨罐12送到喷墨头10。安装在托架轴14上往复移动的托架15上的喷墨头10水平地，即与记录纸2的移动方向垂直的方向移动。该喷墨打印机1有一泵16，在喷墨头10不喷墨时，该泵通过帽17吸收废油墨并通过废油墨回收管18吸入废油墨贮罐19中。当该喷墨打印机1为彩色打印时，喷墨头10有一组用于各种颜色的喷嘴，和与提供这些颜色相同多的油墨管线。
如图2所示，喷墨头10由三块基板组成。中间基板101，下文称之为第一基板101，为一硅板，它具有(1)许多在末端形成许多喷嘴104的相同间隔的平行通道111，(2)与各自通道111相连并且每个形成一底部起振动器105作用的油墨喷射室106的凹口112，(3)在每个凹口112背面的许多窄的通道113，每个窄的通道113在油墨流过的后面有一孔口107，和(4)提供将油墨给料到油墨喷射室106的公用油墨空腔108的凹口114。
在每个振动器105的下面形成凹口115以提供一将下文所述的电极安装其中的振动室109。孔口107由三个窄的通道113构成，以便可以增加流阻并在一个窄的通道113被堵时喷墨头10还可以保持运转。该第一个基板101安装有一公用电极117。
第二个基板102由硼硅玻璃制成。它与第一个基板101的下表面相连形成大量振动室109。第二个基板102有许多在朝向振动器105的位置为大致振动器105的形状的电极121。每个电极121有一头122和一末端123。除末端123之外，电极121的表面用绝缘膜124覆盖以防止驱动喷墨头10时电介质破裂和短路。
第三个基板103，与低一个基板101的上表面相连，与第二个基板102相似由硼硅玻璃制成。第一个基板101和第三个基板103结合在一起形成喷嘴104、油墨喷射室106、孔口107和和油墨空腔108。第三基板103有一与油墨空腔108相连的油墨进料口131。油墨进料口131通过连接管132和油墨进料管13(参见图1)与油墨罐12(参见图1)相连。
通过线路161将驱动电路162与公用电极117和分开电极121的末端123相连。
通过油墨进料口131将来自油墨罐12(图1)的油墨给料到第一个基板101中以填充油墨空腔108、油墨喷射室106等。在公用电极117和分开电极121之间使用驱动信号振动振动器105，由此将油墨喷射室106中的油墨以小滴形式从喷嘴104喷射并施加到记录纸2上。
当上述喷墨记录装置为系列打印系统时，本发明不受此限制并可应用到一行式打印系统。而且，该油墨喷射系统并不限于通过静电力振动振动器105的上述系统，并包括利用压电元件的振动压的系统和利用油墨受热产生的气泡的压力的系统。
现在根据实施例更详细地描述本发明，但应理解为并不打算将本发明限于此。
实施例
根据表1-3所示的配方制备水溶性油墨组合物(单位：wt％)。表1中所示的样品A1-A15为根据本发明的蓝色油墨组合物。表2中所示的样品B1-B7为根据本发明的红色油墨组合物。表3中所示的样品C1和C2为对比蓝色油墨组合物，表3中所示的样品D1和D2为对比红色油墨组合物。将以下可商购获得的纸用作记录纸：1)记录用的卷筒纸(45kg，由Oji Paper Co.，Ltd.生产)；2)记录用的卷筒纸(45kg，由Daishowa Paper Manufacturing Co.，Ltd.生产)；3)无木卷筒纸(70kg，由Oji Paper Co.，Ltd.生产)；4)无木卷筒纸(55kg，由Daishowa PaperManufacturing Co.，Ltd.生产)；5)用于PPC的纸(由Fuji Xerox Co.，Ltd.生产)；6)用于PPC的再循环纸(由Fuji Xerox Co.，Ltd.生产)；和7)PremiumMultipurpose4024、3R721(由Xerox生产)。
测定所得油墨组合物的表面张力。以360dpi×360dpi的点密度使用每种所得油墨组合物在喷墨打印机上打印记录纸。根据以下方法在颜色、耐水性和耐晒牢度方面评价该打印。测定和评价结果示于表1-3中。
1)颜色评价
根据Munsell颜色系统使用差示比色计测定打印颜色。在标准发光物下以10°的视角进行测定。
图3和4分别显示了用于蓝色和红色的“非发光体颜色名”的Munsell颜色系统的颜色规格和JIS Z8102中规定的颜色的系统名之间的关系。Munsell色度在图3或4所示斜线区域内或在该区域之外的颜色被分别评价为“好”或“差”。
2)耐水性试验1和2
耐水性试验1为模拟我们日常生活中打印可能发生的，即在打印后立即将该打印过的纸在自来水中浸泡5秒钟。在耐水性试验2中，将打印后已静置几天的打印过的纸在水中浸泡1天。在每种试验中，打印过的油墨的耐水性等级如下：A… 打印文字稍微渗出，但清晰。B… 打印文字显示相当大的渗出，但仍清晰。C… 打印文字渗出至不清晰。
3)耐晒牢度试验
将纸的打印面贴在朝南的窗户玻璃上并将其暴露在太阳光下静置200小时。从暴露后打印文字是否清晰来评价油墨耐晒牢度为“好”和“差”。
4)稳定性试验
在(1)油墨制备之后即刻，(2)油墨制备后静置1天，或(3)在70℃、0℃、-25℃和25℃下将油墨经受热老化各1周之后是否观察到任意油状悬浮物来评价油墨组合物的稳定性为“差”和“好”。
结果示于下表1-3中。
表1
表2
表3
在蓝色样品A1-A15中，样品A1-A7至少包括(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227和(C)作为青色染料的铜酞菁染料。将样品A1作为基本组合物，替换组分(C)对应于样品A3和A6；替换组分(A)对应于样品A4和A5；添加一种以上的表面活性剂对应于样品A7；添加黄色染料对应于样品A2。
在颜色评价、耐水性试验1和2和耐晒牢度试验方面样品A1-A7都获得令人满意的结果。耐水性试验1和2和耐晒牢度试验中令人满意的结果归功于为直接染料的C.I.直接红227和铜酞菁染料。
而且，因导致耐水性试验1(打印后即刻的耐水性)中令人满意结果的式(Ⅰ)-(Ⅳ)的表面活性剂，样品A1-A7都具有不到40mN/m的表面张力。
样品A8-A15也至少包括(A)呫吨品红染料、(B)C.I直接红227和(C)作为青色染料的铜酞菁染料。这些样品为向样品A1中添加一定量和种类的式(Ⅰ)-(Ⅳ)的表面活性剂的替换。由此看出用于样品A8-A15中的该种类和数量的表面活性剂保证了表面张力为40mN/m或更低，在打印后即刻的耐水性试验和稳定性试验中的令人满意的性能。
另一方面，为含有(B)C.I.直接红227和(C)铜酞菁染料的蓝色油墨组合物的样品C1和C2不含(A)呫吨品红染料，以便它们与根据本发明的样品相比具有相当差的颜色。
此外，样品C2含有作为替换式(Ⅰ)-(Ⅵ)化合物的表面活性剂的聚氧乙烯三苯乙烯化苯醚。尽管有为直接染料的C.I.直接红227和C.I.直接蓝199，但是在耐水性试验1中样品C2比本发明的样品获得的结果差，这说明缺少式(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)或(Ⅳ)的表面活性剂，打印后即刻易于导致差的耐水性。
上述结果证明，由(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227、(C)作为青色染料的铜酞菁染料和特定量的特定表面活性剂可以获得在色度、耐水性和耐晒牢度优良的水溶性油墨组合物。
可以将这些水溶性油墨组合物用于喷墨记录装置中。当在喷墨记录装置上打印时，专用纸比普通纸赋予了打印更优良的耐水性和耐晒牢度，但它比普通纸贵。使用根据本发明的蓝色油墨组合物的喷墨记录装置在普通纸上进行好的具有优良耐水性和耐晒牢度的打印，这样不必使用昂贵的专用纸。
样品B1-B7为本发明的红色油墨组合物，它至少包括(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227、(C)黄色染料和(D)式(Ⅱ)的表面活性剂。将样品B1作为基本组合物，替换油墨组分的比例对应于样品B3和B4；替换组分(C)对应于样品B5和B6；添加两种以上的表面活性剂对应于样品B7；添加C.I.直接蓝199作为另一组分(C)对应于样品B2。
在颜色评价、耐水性试验1和2以及耐晒牢度中样品B1-B7都显示出令人满意的结果，这归功于为直接染料的C.I.直接红227、C.I.直接黄86和C.I.直接黄132。而且，含有至少一种式(Ⅰ)-(Ⅳ)的表面活性剂，样品B1-B7具有不超过40mN/m的表面张力。另一方面，对比样品D1和D2，尽管有C.I.直接红227作为组分(B)，由于缺少作为组分(A)的呫吨品红染料，因此在颜色上它比本发明的样品差。此外，样品D2显示，当C.I.直接红227(直接染料)的含量低于2wt％时耐晒牢度趋于降低。
上述结果证明，由(A)呫吨品红染料、(B)C.I.直接红227、(C)例如C.I.直接黄86或C.I.直接黄132的黄色染料和(D)特定量的特定表面活性剂可以获得在色度、耐水性和耐晒牢度优良的水溶性油墨组合物。
可以将这些水溶性红色油墨组合物用于喷墨记录装置中。与上述蓝色油墨组合物相似，使用本发明的红色油墨组合物的喷墨记录装置甚至在普通纸上进行优良耐水性和耐晒牢度的打印。
本发明人还对根据本发明除表1和2所示的那些之外的油墨组合物进行试验并获得以下观察。只要呫吨品红染料/铜酞菁染料重量比在1∶11-1∶50的范围内，那么本发明的蓝色油墨组合物在色度、耐水性和耐晒牢度方面具有优良的性能。在该范围之外，色度与耐水性和耐晒牢度之间的平衡易于受干扰。当蓝色油墨组合物中的C.I.直接红227的量不在0.3-1.0wt％的范围内时，色度和耐水性之间的平衡易于受干扰。
相似地，只要呫吨品红染料/C.I.直接红227重量比在1∶2-1∶4的范围内，那么本发明的红色油墨组合物在色度、耐水性和耐晒牢度方面具有优良的性能。在该范围之外，色度与耐水性和耐晒牢度之间的平衡易于受干扰。当红色油墨组合物中的C.L直接红227的量为2wt％以上时，耐晒牢度趋于进一步得到提高。
如上所述，通过将具有满意的耐水性和耐晒牢度的直接染料(C.I.直接红227)和具有满意色度的酸性染料(呫吨品红染料)混合并添加调整量的特定表面活性剂，本发明提供了一种水溶性油墨组合物，它在打印后即刻或一段时间后具有令人满意的耐水性和令人满意的耐晒牢度。
特别地，含有0.3wt％或更多C.I.直接红227的本发明的蓝色油墨组合物特别是在耐水性试验2中具有更高的耐水性，并且含有2wt％或更多C.I.直接红227的本发明的红色油墨组合物具有明显提高的耐晒牢度。
根据本发明的喷墨记录装置提供了甚至在普通纸上具有优良耐水性的打印。由于喷墨记录装置不需要专用纸，因此本发明的喷墨记录装置具有打印成本和记录纸可用性低的优点。
尽管根据特定实施例详细描述了本发明，但是显而易见，本领域的技术人员可以在不背离本发明的宗旨和范围下对其进行各种改变和改进。
本申请是以1999年10月25日申请的日本专利申请平11-302793为基础，将其加入本文作为参考。