專利名稱：：包含潤(rùn)濕劑的噴墨油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水性油墨組合物，更具體地說(shuō)涉及通過(guò)噴嘴應(yīng)用在一種基質(zhì)上所采用的水性油墨，通常稱作噴墨油墨。噴墨印刷機(jī)為許多最終用途，包括提供單個(gè)或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的打印輸出，提供了低成本和高質(zhì)量的打印選擇物。通常，噴墨印刷機(jī)的印刷頭在一個(gè)腔中使用一個(gè)電阻元件，此腔裝有來(lái)自貯存器例如油墨盒的液態(tài)油墨源。多個(gè)電阻元件在一個(gè)噴嘴板上排列成所需圖樣以組成印刷頭，每個(gè)電阻元件和噴嘴板上的一個(gè)噴嘴相聯(lián)，墨滴通過(guò)噴嘴噴到印刷基質(zhì)上。在操作中，一個(gè)微處理器控制著傳到每個(gè)電阻中的信號(hào)，使得能夠以合適的次數(shù)加熱所選定的元件。這種加熱引起油墨在腔中形成氣泡。壓力達(dá)到后即通過(guò)噴嘴噴出油墨。通過(guò)控制電阻的點(diǎn)火，可以由噴射到印刷基質(zhì)上的墨滴形成字母數(shù)字式的符號(hào)。已知對(duì)噴墨油墨具有嚴(yán)格的性能要求，包括長(zhǎng)適用期的要求，當(dāng)在印刷頭中時(shí)不干燥和不阻塞噴嘴的要求，以及還具有一旦印在紙或其他基質(zhì)上就能夠快速干燥的能力的要求。由于噴墨印刷在獲得高分辨率(即每英寸上更多的墨滴)和高印刷質(zhì)量上是先進(jìn)的，所以對(duì)噴墨油墨的性能要求變得更加苛刻。即，噴墨印刷機(jī)必需能夠從一個(gè)較小直徑的噴嘴精確地并以高的頻率送出較小的墨滴質(zhì)量(即較小直徑的墨滴)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中仍要求噴墨油墨能夠在高分辨率和高速度下提供高印刷質(zhì)量。本發(fā)明通過(guò)提供一種導(dǎo)致降低墨滴偏斜和噴嘴故障的噴墨印刷油墨組合物來(lái)滿足此要求。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種油墨組合物，其至少包含一種著色劑；共溶劑例如一種取代的或未取代的內(nèi)酰胺，酰胺，或其混合物；一種滲透劑，和一種包含憎水和親水部分的潤(rùn)濕劑。優(yōu)選的內(nèi)酰胺共溶劑包含2-吡咯烷酮，潤(rùn)濕劑是一種烷氧基聚亞烷基氧基烷醇例如一種烷氧基亞乙基氧基乙醇或一種具有通式的聚有機(jī)硅氧烷，其中每個(gè)R獨(dú)立地為一種C1-16烷基，芳基，但優(yōu)選為甲基，Y為A-(OCR2-CR2)m-(OCR2-CR2-CR2)n-Z，Z為H，OH或烷氧基例如OCH3，m，x，和y分別獨(dú)立地為≥1的整數(shù)，n為≥0的整數(shù)，以及A為一種橋基例如(CR2)n。該油墨提供了在高分辨率和高速度時(shí)的高印刷質(zhì)量。本發(fā)明的液體油墨組合物提供了一種即使當(dāng)使用減少量的在高頻率下從較小直徑噴嘴噴出的墨滴時(shí)，仍產(chǎn)生高印刷質(zhì)量的噴墨印刷油墨。該油墨組合物包括作為重要組份的一種著色劑、一種共溶劑和一種潤(rùn)濕劑。這里所用的術(shù)語(yǔ)潤(rùn)濕劑是指一種具有憎水和親水部分的化合物，而且包括表面活性劑，氣泡失穩(wěn)劑和消泡劑。在更為優(yōu)選的實(shí)施方案中，該油墨組合物還包括一種滲透劑，并且該組合物是水基的。被設(shè)計(jì)成能夠提供高分辨率印刷的噴墨印刷機(jī)，包括具有噴嘴板的印刷頭，其中噴嘴直徑小于大約40μm，優(yōu)選小于大約35μm，最優(yōu)選小于大約30μm的。這種小直徑的噴嘴產(chǎn)生質(zhì)量減小的墨滴，范圍從每滴大約15至大約25毫微克。因?yàn)槭褂眠@種小直徑的噴嘴以及質(zhì)量減小的墨滴，所以對(duì)所用油墨的性能要求是很嚴(yán)格的。諸如偏斜和噴嘴故障之類的問(wèn)題可能發(fā)生，這部分歸因于較小墨滴的較低動(dòng)能?！捌薄笔侵改螞](méi)有從噴嘴中按照它們預(yù)定的垂直軌道運(yùn)動(dòng)?！皣娮旃收稀笔侵府?dāng)要噴嘴“點(diǎn)火”噴出墨滴時(shí)，它不能這樣工作或被堵塞，以致于不能噴出任何墨滴。盡管不希望受任何特定理論束縛，但至少部分由于噴嘴板表面能的差異而可能導(dǎo)致產(chǎn)生偏斜和噴嘴故障。油墨在噴嘴板上的不均勻浸濕可能導(dǎo)致油墨在一個(gè)或多個(gè)噴嘴邊緣附近的搗拌。搗拌的油墨影響了從噴嘴噴出的油墨滴軌跡，并使得這些墨滴偏離其預(yù)定的垂直路徑。偏斜還產(chǎn)生了動(dòng)量較低墨滴(即具有減小的質(zhì)量或減小的速度，或兩者均減小的墨滴)的更大問(wèn)題。此外，如果在大視界印刷時(shí)油墨的搗拌變得嚴(yán)重，這種油墨搗拌通過(guò)阻止從印刷頭噴出連續(xù)墨滴而可能導(dǎo)致噴嘴故障。偏斜和噴嘴故障還可能至少部分因印刷頭單個(gè)點(diǎn)火腔中的氣泡而引起。當(dāng)持續(xù)點(diǎn)火使油墨溫度升高時(shí)，溶解在油墨中的氣泡放出。由于氣體在這種較高溫度下不易溶解于油墨中，所產(chǎn)生的氣泡可能影響或甚至完全阻礙隨后的點(diǎn)火。本發(fā)明在油墨組合物中使用一種烷氧基聚亞烷基氧基烷醇和/或一種聚有機(jī)硅氧烷潤(rùn)濕劑，二者的作用均是給予油墨以高濕性，而且使在印刷頭點(diǎn)火腔中形成的氣泡不穩(wěn)定。即，潤(rùn)濕劑起降低油墨表面張力的作用，以致能夠在噴嘴板表面得到更加均勻的表面能。已看出這種作用減少了油墨在噴嘴板表面的搗拌。此外，該潤(rùn)濕劑不僅減少在點(diǎn)火腔中油墨所處的高溫下因溶解在油墨中的氣體的放出而形成的氣泡，還使確實(shí)形成的氣泡不穩(wěn)定。此外，還意想不到地發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明油墨組合物中使用潤(rùn)濕劑可以減少用于組合物中的滲透劑的數(shù)量，如果實(shí)際需要滲透劑的話。這樣，可以使用較少的滲透劑而仍滿意地阻止在印刷基質(zhì)上顏色間的互混，同時(shí)提供油墨快干。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，該液體油墨配制物包括以下組份該油墨的靜態(tài)表面張力最好＜大約45達(dá)因/cm2著色劑可用于本發(fā)明的著色劑包括顏料分散體或染料。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，顏料分散體是顏料與通常為聚合分散化合物的分散劑的混合物。實(shí)踐中可用于本發(fā)明的顏料實(shí)際上包括以前用于現(xiàn)有技術(shù)的顏料的任一類，包括偶氮顏料，多元環(huán)顏料，堿性與酸性染料色淀，以及有機(jī)與無(wú)機(jī)顏料。通常用于噴墨油墨中的染料例如酸性的，直接的，食用的，和活性染料都適合用作本發(fā)明的著色劑。在采用藍(lán)青/洋紅/黃色的顏色組合作為多色噴墨體系的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，著色劑包含作為藍(lán)青組份的直接藍(lán)199，作為洋紅組份的Lexmark93A(商標(biāo))(在Beach等人的美國(guó)專利№5254160中有描述)，作為黃色組份的酸性黃23。然而，實(shí)際上可以采用任何其他的能夠在記錄介質(zhì)上形成彩色可視圖像的染料，包括蒽醌，單-和雙-偶氮染料，酞菁，以及偕苯偶氮銅絡(luò)合物。具體的染料包括食用黑№2，直接黑168，酸性藍(lán)9，酸性紅249，活性黑31，直接黑154，活性紅180，直接藍(lán)86，和直接黃132。油墨組合物中的著色劑數(shù)量可以變化，這取決于多種因素，但著色劑通常使用的數(shù)量為大約1至10重量％，更優(yōu)選為大約1至4重量％(基于油墨的總重量)，包括被包含在其中的所有范圍。共溶劑本發(fā)明油墨組合物的余量沒(méi)有限制。因而，該油墨可以是水性的或非水性的。然而為了使著色劑維持在溶液中并提高油墨性能，在油墨組合物中使用了共溶劑。一般來(lái)說(shuō)，水溶性的有機(jī)溶劑如多羥基醇是適合的而且包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、己二醇、1，2，6-己三醇、硫代二甘醇。其他適合于該組合物的共溶劑包括二醇、二醇酯、甘油、多烷基二醇如聚乙二醇、以及多羥基醇的低級(jí)烷基酯。還有其他合適的共溶劑包括醇類，酮類如丙酮，醚類如四氫呋喃與二惡烷，酯類如醋酸乙酯、四氫噻吩砜類、N-甲基吡咯烷酮，內(nèi)酯類如γ-丁內(nèi)酯，以及具有通式的上述取代的或不取代的內(nèi)酰胺，其中R為H，C1-6烷基，芳基，或鹵素，t為從1至3的整數(shù)。適合的取代的或不取代的內(nèi)酰胺的例子包括2-吡咯烷酮，1-甲基2-吡咯烷酮，和N-(2-羥乙基)-2-吡咯烷酮。當(dāng)然，也可以使用任何以上化合物的相摻和物和混合物。共溶劑還在組合物中起著潤(rùn)濕劑的作用以防止油墨在印刷頭上干燥。共溶劑還可以包括單獨(dú)的1°、2°、3°酰胺或其與任何上述共溶劑的混合物。合適的酰胺共溶劑包括具有通式的那些，其中R如前所定義，q為0至6之間的整數(shù)。共溶劑通常使用的數(shù)量為從大約5至30重量％，更優(yōu)選為大約12至大約28重量％，包括被包含在其中的所有范圍。將會(huì)理解，共溶劑的數(shù)量部分地取決于油墨中的其他組份。優(yōu)選用于本發(fā)明的共溶劑包括一種內(nèi)酰胺如2-吡咯烷酮(2-50重量％，優(yōu)選為4-15重量％)與四乙二醇(8-17重量％)的相容混合物。意想不到地發(fā)現(xiàn)上述共溶劑和潤(rùn)濕劑相結(jié)合，提供一種油墨，它產(chǎn)生較少偏斜噴射和較少有故障的噴嘴。滲透劑當(dāng)在發(fā)明中優(yōu)選使用滲透劑(包括表面活性劑)時(shí)，將它們加入油墨組合物中以提高墨滴滲透至印刷基質(zhì)表面的能力并能減少或消除顏色間的互混(即顏色的橫向互混)。優(yōu)選用于本發(fā)明的滲透劑包括如通常授權(quán)給Beach等人的美國(guó)專利№5364461中講述的烷基中含有4至10個(gè)碳原子的1，2烷基二醇。最優(yōu)選的為1，2-己二醇和1，2-戊二醇。在優(yōu)選實(shí)施方案中，油墨組合物中滲透劑的數(shù)量為約3至6重量％之間。驚奇地發(fā)現(xiàn)可以在本發(fā)明油墨組合物中使用較低濃度的滲透劑并仍能減少顏色間的互混。盡管不希望被任何特定理論局限，但人們相信，與滲透劑協(xié)同作用的上述潤(rùn)濕劑，在油墨中滲透劑濃度比必要的低時(shí)，能減少顏色間的互混。潤(rùn)濕劑為了減小墨滴的偏斜和噴嘴故障，本發(fā)明的油墨還包括一種含有烷氧基聚亞烷基氧基烷醇和/或聚有機(jī)硅氧烷的潤(rùn)濕劑。具體地說(shuō)，優(yōu)選的聚有機(jī)硅氧烷潤(rùn)濕劑的種類是那些具有通式的聚烯化氧改性的聚有機(jī)硅氧烷共聚物，其中R為甲基，Y為-(CH2)3-(OCH2-CH2)m-(OCH2-CH2-CH2)n-Z，且Z為H或OCH3，m、x和y為≥1的整數(shù)，以及n為≥0的整數(shù)。這種聚烯化氧改性的聚有機(jī)硅氧烷共聚物是市場(chǎng)上可得到的，而一種最優(yōu)選的組成具有結(jié)構(gòu)式其中m為≥1的整數(shù)。該潤(rùn)濕劑在油墨組合物中的數(shù)量為基于油墨組合物重量的大約0.1至10.0％，更優(yōu)選為大約0.1至1.0％，包括被包含在其中的所有范圍。其他還可含有的組份本發(fā)明油墨組合物還包含以前在噴墨印刷油墨組合物中含有的其他合適的組份，包括螯合劑、生物殺傷劑、粘度調(diào)節(jié)劑及緩沖劑?？杉尤腧蟿┤缫叶匪囊宜?EDTA)以防止金屬或堿金屬離子污染或雜質(zhì)而引起的有害作用。通常，可加入組合物中的螯合劑數(shù)量為大約0.1至1.0重量％。生物殺傷劑，如1，2-苯并-異噻唑啉-3-酮可加入到油墨中以防止或抑制油墨中微生物的生長(zhǎng)。通常，加入大約0.1至0.3重量％的生物殺傷劑將是有效的。緩沖劑如硼酸鈉也可加入以調(diào)節(jié)或保持油墨中合適的pH值。將會(huì)理解，緩沖劑的數(shù)量取決于油墨中其他組份。然而，發(fā)現(xiàn)向油墨中加入少量，如大約0.25至0.75重量％的緩沖劑，是有用的。油墨制備本發(fā)明的油墨基本上可以用任何制備水基油墨的方法來(lái)制備。優(yōu)選的制備例證性的油墨的方法如下將染料，螯合劑(EDTA)，和去離子水?dāng)嚢杌旌洗蠹s20分鐘使之混合在一起。然后將以下組份順序加入，每種組份加入后攪拌大約15-20分鐘--內(nèi)酰胺共溶劑；四乙二醇共溶劑；1，2-己二醇滲透劑；生物殺傷劑；硼酸鈉緩沖劑；和聚烯化氧改性的聚有機(jī)硅氧烷。所有混合步驟均可在室溫進(jìn)行。一旦所有組份都加入并完全混合，測(cè)定油墨的pH值，再調(diào)至pH值為7.2。然后將油墨組合物過(guò)濾以去除任何固態(tài)或顆粒物質(zhì)。為了使本發(fā)明更容易理解，參考以下實(shí)施例，這些實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明，而不是對(duì)范圍的限定。對(duì)比例1，2和3制備三種油墨配制物并包含以下所列組份。沒(méi)有一種對(duì)比例油墨包含2-吡咯烷酮或聚烯化氧改性的聚有機(jī)硅氧烷。對(duì)比例1</tables>對(duì)比例2</tables>對(duì)比例3</tables>實(shí)施例4，5和6按本發(fā)明制備三種油墨配制物并包含以下所列組份。實(shí)施例4實(shí)施例52美國(guó)專利№5254160實(shí)施例6</tables>實(shí)施例7</tables>實(shí)施例8將對(duì)比例油墨與本發(fā)明油墨在具有一個(gè)含多噴嘴印刷頭的高分辨率三色噴墨印刷機(jī)上使用。用對(duì)比例1，2和3的油墨進(jìn)行三次測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果平均化。用本發(fā)明油墨(即實(shí)施例4，5和6)進(jìn)行二次測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果平均化。觀察從印刷頭噴嘴噴出的墨滴偏斜和噴嘴故障(即堵塞或沒(méi)有墨滴噴出)情況，結(jié)果如下</tables>可以看出，本發(fā)明油墨在任一測(cè)試中都沒(méi)有產(chǎn)生偏斜的或有故障的噴嘴，而對(duì)比例油墨在每個(gè)測(cè)試中都有明顯數(shù)量的偏斜的或有故障的噴嘴。此外，觀察到的本發(fā)明油墨在噴嘴板表面的充斥量較少，使得該油墨比以往油墨能在較高頻率(如以更快次序點(diǎn)火)下使用。盡管給出了一些有代表性的例子和細(xì)節(jié)以說(shuō)明本發(fā)明，但對(duì)于那些本
技術(shù)領(lǐng)域：
熟練人員來(lái)說(shuō)很清楚的是，可以在不超出附上的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，對(duì)這里已披露的方法和裝置進(jìn)行各種改變。權(quán)利要求1.一種油墨組合物，它包含至少一種著色劑；一種潤(rùn)濕劑；和一種包括取代的或未取代的內(nèi)酰胺，酰胺，或其混合物的共溶劑。2.如權(quán)利要求1所要求的油墨組合物，它包含用于所述著色劑的第二種共溶劑。3.如權(quán)利要求1所要求的油墨組合物，它還包含一種滲透劑。4.如權(quán)利要求3所要求的油墨組合物，其中該滲透劑包括其烷基含4至10個(gè)碳原子的1，2-烷基二醇。5.如權(quán)利要求1所要求的油墨組合物，它包含一種保濕劑。6.如權(quán)利要求1所要求的油墨組合物，其中所述著色劑包含一種水溶性的染料，而且該油墨組合物還包含水。7.一種油墨組合物，它包含至少一種含有大約1至10重量％水溶性染料的著色劑；一種含有大約4至15重量％的取代的或未取代的內(nèi)酰胺的共溶劑；一種含有大約3至6重量％的所述烷基中有4至10個(gè)碳原子的1，2-烷基二醇的滲透劑；和一種大約1至10重量％的具有結(jié)構(gòu)的聚有機(jī)硅氧烷潤(rùn)濕劑，其中每個(gè)R獨(dú)立地為一種C1-16烷基或一種芳基，Y為A-(OCR2-CR2)m-(OCR2-CR2-CR2)n-Z，且Z為H，OH或一種烷氧基，這些m，x，和y獨(dú)立地為≥1的整數(shù)，n為≥0的整數(shù)，以及A為一種橋基。8.如權(quán)利要求7所要求的油墨組合物，它包含一種含有大約8至17重量％四乙二醇的第二種共溶劑。9.如權(quán)利要求7所要求的油墨組合物，其中該內(nèi)酰胺為2-吡咯烷酮。10.如權(quán)利要求7所要求的油墨組合物，其中該1，2烷基二醇為1，2己二醇。11.如權(quán)利要求7所要求的油墨組合物，其中所述的聚有機(jī)硅氧烷潤(rùn)濕劑具有結(jié)構(gòu)式，其中m為≥1的整數(shù)。12.一種從一系列噴嘴中將液體油墨印刷至基質(zhì)上的方法，包括提供一種至少包含一種著色劑，一種潤(rùn)濕劑，和一種包括取代的或未取代的內(nèi)酰胺、酰胺或其混合物的共溶劑的油墨組合物；通過(guò)加熱油墨形成氣泡而產(chǎn)生單個(gè)墨滴；以及將該墨滴從該噴嘴噴出，由此減少偏斜的和有故障的噴嘴。13.如權(quán)利要求12所要求的的方法，其中該噴嘴直徑小于約40μm。14.如權(quán)利要求12所要求的的方法，其中該噴嘴直徑小于約30μm。15.如權(quán)利要求12所要求的的方法，其中該單個(gè)墨滴的質(zhì)量從大約15至大約25毫微克。全文摘要本發(fā)明提供一種減少墨滴偏斜的和有故障的噴嘴的噴墨印刷油墨組合物。該水基油墨組合物包含至少一種著色劑;一種潤(rùn)濕劑;和一種包括取代的或未取代的內(nèi)酰胺,酰胺或其混合物的共溶劑。文檔編號(hào)B41M5/00GK1197093SQ98108078公開(kāi)日1998年10月28日申請(qǐng)日期1998年3月27日優(yōu)先權(quán)日1997年3月27日發(fā)明者S·邁克凱恩,T·法蘭尼,A·甘戈,A·奇莫申請(qǐng)人:萊克斯馬克國(guó)際公司