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包括聚合物封裝的顏料的熱噴墨用墨.pdf

摘要
申請專利號:

CN200880017042.9

申請日:

2008.03.24

公開號:

CN101688077A

公開日:

2010.03.31

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):C09D 11/00申請公布日:20100331|||實質審查的生效IPC(主分類):C09D 11/00申請日:20080324|||公開
IPC分類號: C09D11/00 主分類號: C09D11/00
申請人: 惠普發展公司,有限責任合伙企業
發明人: H·劉; P·J·布魯斯馬
地址: 美國得克薩斯州
優先權: 2007.3.23 US 11/726,938
專利代理機構: 上海專利商標事務所有限公司 代理人: 茅翊忞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200880017042.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2013.06.12|||2010.05.12|||2010.03.31

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及包括聚合物封裝的顏料的熱噴墨用墨及使用該墨的系統和方法。如此的聚合物封裝的顏料是使用多個單體在顏料表面上聚合的結果,其中,約6wt%至約15wt%的單體是酸性的。

權利要求書

1.  一種熱噴墨用墨,包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在所述顏料表面聚合所述聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的所述單體是酸性的。

2.
  如權利要求1所述的噴墨用墨,其特征在于,所述噴墨用墨這樣形成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,所述噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射。

3.
  如權利要求1所述的噴墨用墨,其特征在于,所述酸性的單體包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸、或甲基丙烯酰氧基乙基琥珀酸酯。

4.
  如權利要求1所述的噴墨用墨,其特征在于,約6wt%至約10wt%的所述單體是酸性的。

5.
  一種打印圖像的方法,包括將噴墨用墨熱噴射到基底上而形成圖像,所述噴墨用墨包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在所述顏料表面聚合所述聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的所述單體是酸性的,其中,所述噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,所述噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射。

6.
  如權利要求5所述的方法,其特征在于,所述酸性的單體包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸、或甲基丙烯酰氧基乙基琥珀酸酯。

7.
  如權利要求5所述的方法,其特征在于,還包括將第二噴墨用墨熱噴射到基底上而形成圖像,所述第二噴墨用墨包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在所述顏料表面聚合所述聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的所述單體是酸性的,其中,所述噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,所述噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射。

8.
  一種打印圖像的系統,包括:
a)介質基底;以及
b)第一熱噴墨筆,所述第一熱噴墨筆含有第一熱噴墨用墨,所述第一熱噴墨用墨包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在所述顏料表面聚合所述聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的所述單體是酸性的單體,其中,所述噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,所述熱噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射。

9.
  如權利要求8所述的系統,其特征在于,還包括含有第二熱噴墨用墨的第二噴墨筆,所述第二熱噴墨用墨也包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在所述顏料表面聚合所述聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的所述單體是酸性的單體,其中,所述熱噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,所述熱噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射,且其中,所述第一熱噴墨用墨和所述第二熱噴墨用墨是不同的色調。

10.
  如權利要求9所述的系統,其特征在于,還包括含有第三熱噴墨用墨的第三噴墨筆,所述第三熱噴墨用墨也包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在所述顏料表面聚合所述聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的所述單體是酸性的單體,其中,所述熱噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,所述熱噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射,且其中,所述第一熱噴墨用墨是青色的,所述第二熱噴墨用墨是品紅色的,而第三熱噴墨用墨是黃色的。

說明書

包括聚合物封裝的顏料的熱噴墨用墨
背景技術
打印行業內所用的大部分墨和調色劑使用不溶于水的聚合物,以達到打印印記的粘附性和持久性。諸如噴墨打印中使用的水基墨可包含作為散布顆粒的不溶于水的聚合物。顆粒通常設計成允許在打印基底上形成印刷膜。或者,這些不溶于水的聚合物可以聚合物封裝的顏料形式被涂敷在顏料的表面上。
各種類型的聚合物封裝的顏料在著色劑行業內是公知的。由太陽化學公司(Sun Chemical Corp.)出品的聚合物涂敷的顏料是代表性的產品。盡管某些封裝方法和化學品是公知的,但包括如此聚合物封裝的顏料的噴墨用墨通常在熱噴墨結構中性能不好。一種普遍的方法包括通常由可溶的聚合物形成的包膜,這些包膜被吸附在顏料表面上。由于可溶的聚合物通常不被交聯,所以,如此已知的封裝顏料的聚合物表面在筆啟動腔室的高熱剪切和溶劑條件下通常會結塊,造成噴嘴和墨通道堵塞。因此,一般地,熱噴墨用墨內含有如此聚合物封裝的顏料通常導致筆的可靠性很差。
相反,引入單獨的顏料和聚合物顆粒成分也具有若干缺點。乳膠和顏料顆粒的組合表面區域不利地修改噴墨的粘性,使得液滴噴射率被限制到低于正常的噴射率。如此的粘度還不利地影響有核蒸氣氣泡在熱液滴噴射時的破裂,在其后的啟動之后,將氣體誘陷在啟動腔室內。誘陷的氣體顯著地阻礙可噴墨能力。同樣地,乳膠和顏料表面電荷和電荷水平之間的差異可誘發散布的不穩定性和墨內特性隨時間的變化。此外,顏料和乳膠通常游離在普通紙的纖維內,降低印刷印記的持久性和光密度。還有,許多誘陷的顏料顆粒暴露在乳膠膜的表面上,降低印刷的光澤,并在印刷物內的不同顏色的顏料之間引起光澤的不均勻性。
因此,繼續需要開發含有顏料和聚合物材料的噴墨用墨,當使用熱噴墨結構時,該墨性能可靠。
具體實施方式
在揭示和描述本發明之前,應該理解到,本發明不局限于特定的過程步驟和這里所揭示的材料,因為如此的過程步驟和材料可稍有變化。還應理解到,這里所使用的術語只是為了描述特殊實施例的目的而采用的。這些術語并不意圖作出任何限制,因為本發明的范圍僅由附后權利要求書和其等價物來加以限制。
應該指出的是,如本說明書和附后權利要求書中所使用的,單數形式的冠詞“一”、“一個”和“該”包括復數的所指物,除非文中清楚地另有所指。
如這里所使用的,“液體媒介物”或“墨媒介物”是指液體的流體,其中,著色劑分散或溶解而形成墨。液體媒介物在行內是眾所周知的,根據本發明的實施例,可使用各種墨媒介物。如此的液體媒介物可包括各種不同試劑的混合物,包括但不局限于表面活化劑、溶劑、助溶劑、緩沖劑、生物殺滅劑、粘度修正劑、螯合劑、穩定劑,和/或水。在某些實施例中,液體媒介物還可攜帶其它添加劑,諸如乳膠顆粒和其它聚合物、UV固化材料,和/或可塑劑。
如這里所使用的,“酸性單體”用來指具有酸性功能團的任何單體。
如這里所使用的,“液滴速度”是液體或懸浮液(例如,墨)的液滴速度的測量值,它是從打印結構中噴墨之后所作的測量。
如這里所使用的,“液滴重量”是指從打印結構中噴射出的液滴重量的測量值。
如這里所使用的,“熱噴墨結構”與其它打印結構區分之處在于,它們依賴于加熱元件來印刷圖像。具體來說,熱噴墨打印頭具有一系列細小的電加熱腔室。在打印中,電流通過加熱元件送入,形成氣泡,氣泡然后推動墨滴進入打印介質。當從打印機中噴出墨滴時,更多墨抽入到腔室內。
濃度、數量和其它數字數據可在這里表達或呈現為一范圍的格式。應該理解到,如此的范圍格式是為了方便和簡潔而采用的,因此,應以靈活的方式進行解釋,以便不僅包括如范圍的限定明白地所例舉的數字值,而且包括所有個別的數字值或被包括在該范圍之內的子范圍,就如明白地例舉的各個數字值和子范圍。為了加以闡明,濃度范圍“0.1wt%至5wt%”應被解釋為不僅包括明白例舉的濃度0.1wt%至5wt%,而且包括個別濃度和所指范圍內的子范圍。因此,包括在該數字范圍內的是個別的濃度,諸如1wt%、2wt%、3wt%和4wt%,以及子范圍,諸如從0.1wt%至1.5wt%、1wt%至3wt%,從2wt%至4wt%,從3wt%至5wt%等。該同樣的原理適用于例舉僅一個數字值的范圍。例如,例舉為“小于5wt%”的范圍應被解釋為包括0wt%和5wt%之間的所有值和子范圍。此外,不管范圍的寬度或所描述的特征如何,如此的解釋都應適用。
記住這些定義,噴墨用墨用于熱噴墨結構中。噴墨用墨包括聚合物封裝的顏料,并可表達為在從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時具有至少10m/s的液滴速度。使用多個單體,使封裝顏料的聚合物在顏料表面聚合。約6wt%至約15wt%的單體是酸性的。
在另一實施例中,印刷圖像的方法可包括將噴墨用墨熱噴射到基底上而形成圖像。噴墨用墨可包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在顏料表面聚合該聚合物,其中,約6wt%至約15wt%的單體是酸性的。噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射。
在另一實施例中,印刷圖像的系統可包括介質基底和含有第一噴墨用墨的第一噴墨筆。第一噴墨用墨可包括聚合物封裝的顏料,其中,使用多個單體在顏料表面聚合該聚合物,其中,約6wt%至約15wt%是酸性的單體。噴墨用墨可以這樣構成:當從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,噴墨用墨能以至少10m/s的液滴速度噴射。
根據這些實施例,這里提供各種細節,它們適用于各種方法、熱噴墨用墨和用于打印圖像的相關系統。例如,噴墨用墨中的顏料可包括青色、品紅色或黃色顏料或主要由它們構成。或者,顏料可以是黑色。在某些情形中,全部的顏料可包括任何顏色的混合物和/或顏料類型的混合,或可包括任何單一顏色和顏料類型。
如上所述,用于噴墨用墨的顏料是聚合物封裝的。具體來說,顏料用聚合物進行封裝,在原位處理過程中,聚合物在顏料表面聚合。一般來說,在原位封裝過程中,包括單體和顏料顆粒的散布可以均勻化。然后,散布中的單體在顏料表面聚合以便封裝顏料顆粒。如此的聚合可包括過過硫酸鉀溶液和可選的表面活化劑。根據本發明的實施例,顏料被封裝以使在顏料表面聚合中所使用的約6wt%至約15wt%的單體是酸性的。酸性單體的非限制實例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基苯甲酸和/或甲基丙烯酰氧基乙基琥珀酸酯。在一實施例中,從約6wt%至約10wt%的單體是酸性的。在另一實施例中,從約8wt%至約10wt%的單體是酸性的。酸性單體在聚合之后可有助于顏料保持合適地散布在噴墨用墨中。盡管在顏料表面執行原位聚合時一般地希望包括較高的酸含量來提高某些特性,但太高的酸性單體含量具有濾去聚合物而進入溶液的傾向,這可不利地影響到墨和儲存和打印該墨所用的結構。其結果,約6wt%至約15wt%的酸性單體在可接受的高酸含量之間提供良好的平衡,酸含量在聚合過程中不會顯著地濾出而進入到液體媒介物中。
利用這些聚合物封裝的顏料的墨可構成為:當墨從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,墨具有至少10m/s的液滴速度。在其它實施例中,當墨從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,墨可具有12m/s的液滴速度。在還有其它實施例中,當墨從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,墨可具有14m/s的液滴速度。。
可用于這里所述的用聚合物封裝的顏料的典型的液體媒介物的構成可包括水,以及可選地,存在于總量中約從5wt%至約50wt%的一個或多個助溶劑。此外,可存在有一個或多個非離子的、陽離子的、和/或陰離子的表面活化劑。如此的表面活化劑通常在0wt%至5wt%的范圍內。配方的平衡可以是純凈水,或本技術領域內公知的其它媒介物成分,諸如生物殺滅劑、粘度修正劑、PH值調整材料、螯合劑、防腐劑等。一般地,液體媒介物主要地是水。
可采用的各種助溶劑的非限制性實例可包括脂肪醇、芳香醇、二醇、乙二醇醚、聚乙二醇醚、己內酰胺、甲酰胺、乙酰胺以及長鏈醇。如此化合物的實例主要包括脂肪醇、二次脂肪醇、1,2-醇、1,3-醇、1,5-醇、己二酸乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、己二酸乙二醇烷基醚的較高同系物、N-烷基己內酰胺、未取代的己內酰胺,取代和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等。可采用的溶劑具體實例包括三羥甲基丙烷、2-吡咯烷和1,5-戊二醇。
許多表面活化劑中的一個或多個也可用墨構成領域內的技術人員所公知的活化劑,可以是烷基聚乙烯氧化物、烷基苯基聚乙烯氧化物、聚乙烯氧化物塊共聚物、乙炔聚乙烯氧化物、聚乙烯氧化物(二)酯、聚乙烯氧化物胺、質子化聚乙烯氧化物胺、質子化聚乙烯氧化物氨基化合物、二甲基硅油共羥基化合物、取代的胺氧化物等。一般地,表面活化劑可在0wt%至5wt%的范圍內添加。本發明的墨可具有約1.5cps至約6cps的粘度。
與本發明的構成相一致,可采用各種其它的添加劑來為特殊應用優化墨成分的特性。這些添加劑的實例是那些阻止有害微生物生長所添加的添加劑。這些添加劑可以是生物殺滅劑、真菌殺滅劑和其它常規地用于墨配方中的微生物試劑。合適的微生物試劑實例包括但不局限于Nuosept(努德克斯公司(Nudex,Inc))、Ucarcide(聯碳公司(Union carbide Corp.))、Vancide(R.T.范德比爾特公司(R.T.Vanderbilt Co.))、Proxel(ICI美國公司(ICI America)),以及它們的組合。
可包括諸如EDTA(乙二胺四醋酸)的螯合劑來消除重金屬雜質的有害作用,而緩沖溶液可用來控制墨的PH值。例如,可使用0wt%至2wt%的范圍。還可存在粘度修正劑和緩沖劑以及本技術領域內的技術人員所熟知的其它添加劑來按需要修改墨的特性。如此添加劑的存在量從0wt%至20wt%。
所揭示的噴墨用墨可用來打印圖像。因此,打印圖像的系統和方法可包括加熱地將噴墨用墨噴射到基底上以形成圖像。在一個方面,可加熱地(從第二噴墨筆)將第二噴墨用墨噴射到基底上以形成圖像。如同第一噴墨用墨那樣,該第二噴墨用墨可包括聚合物封裝的顏料,其與這里所揭示的有關聚合的參數相一致。此外,第二噴墨用墨還可這樣構成:當墨從熱噴墨結構中以小于約9ng的液滴重量噴出時,噴墨用墨可以10m/s的液滴速度噴射。在某些情形中,第一墨和第二墨顏色可以不同(即,青色、品紅色、黃色、或黑色)。
在任一種系統或方法中,第一噴墨用墨和第二噴墨用墨可以是不同色調或采用不同色調。舉例來說,但不意圖加以限制,可從青色、品紅色和黃色墨中選擇第一噴墨用墨和第二噴墨用墨的色調。例如,第一噴墨用墨可以是青色,而第二噴墨用墨可以是品紅色。
該系統和方法還可包括從第三噴墨筆中噴射第三噴墨用墨。如同第一噴墨用墨和第二噴墨用墨那樣,該第三噴墨用墨可以是本發明類型的墨。在如此實施例中,第一噴墨用墨可以是青色,第二噴墨用墨可以是品紅色、而第三噴墨用墨可以是黃色。與某些當前的使用相一致,該系統還可包括黑色的噴墨用墨。盡管并不要求,但黑色噴墨用墨也可以是這里所揭示的類型。
包括在該系統內的介質基底可以是打印領域內任何公知的或使用的類型。在一具體的實施例中,介質基底涂敷有聚合物基的可膨脹的涂層,或無機的顆粒基的涂層。
根據上述實施例形成的熱噴墨用墨提供若干優點。例如,顏料的聚合物封裝趨于減少溶液中總的顆粒數量(與具有與顏料共散布的單獨乳膠顆粒相比),并減少其組合的表面面積,以使顏料懸浮液的(例如,墨)粘度可減小。封裝還可在施加到基底時、例如墨印刷在介質基底上時,防止顏料一乳膠分離,以使持久性和光密度更加優化。聚合物封裝的顏料還便于形成這樣的結果:各個顏料顆粒變得沉陷在乳膠形成膜的表面下方(打印之后),以使光澤和顏色與顏色的光澤均勻性得到提高。
實例
以下實例顯示目前公知的本發明的實施例。因此,這些實例不應被看作對本發明的限制,但只是適當地介紹如何根據目前的實驗數據來制作本發明最公知的組合成分。這樣,代表性的成分數量和制造方法在這里予以揭示。
實例1-封裝的青色顏料的制備
用50g的青色顏料PB15:3(含有20wt%顏料)和45g的水來制備第一混合物。使用7.5g甲基丙烯酸甲酯、2.5g丙烯酸丁酯、0.5g羥乙基丙烯酸酯、0.85g甲基丙烯酸、0.5g十六烷、8g 10%的十二烷基磺酸鈉水溶液、以及76.5g水來制備第二混合物。對第一混合物和第二混合物各單獨超聲波處理2分鐘。將第一混合物和第二混合物混和在一起而形成第三混合物。對第三混合物超聲波處理2分多鐘。超聲波處理之后,對混合物添加0.95g的Aerosol OT、0.1g的過硫酸鉀和10g的水。對反應的混合物加熱約3小時。
實例2-墨的構成1
根據表1制備墨的組分:
表1

  成分  Wt%  封裝的顏料(取自實例1)  1-3wt%  助溶劑系統(包括2-吡咯烷、丙  三醇、1,2己二醇和二甘醇)  8-15wt%  樹脂  0.1-2wt%  表面活化劑  0.05-2wt%  防腐劑/殺菌劑  0.05-2wt%  水  平衡

實例2的墨可從惠普專業辦公噴墨打印機K550(HP Officejet Pro K550)或惠普專業優質相片打印機B9180(HP Photosmart Pro B9180)中以小于9ng的液滴重量和至少為10m/s、12m/s、或甚至14m/s的液滴速度噴墨。
實例3-墨的構成2
根據表2制備墨的組分:
表2
  成分  Wt%  封裝的顏料(取自實例1)  1-3wt%  助溶劑系統(包括2-吡咯烷)  8-25wt%  乙氧化丙三醇衍生物  0.5-3wt%  表面活化劑  0.05-2wt%  防腐劑/殺菌劑  0.05-2wt%  水  平衡

實例3的墨可從惠普專業辦公噴墨打印機K550(HP Officeiet Pro K550)或惠普專業優質相片打印機B9180(HP Photosmart Pro B9180)中以小于9ng的液滴重量和至少為10m/s、12m/s、或甚至14m/s的液滴速度噴墨打印。
盡管本發明已經參照某些優選實施例進行了描述,但本技術領域內的技術人員將會認識到,可以作出各種修改、變化、省略和替代而不脫離本發明的精神。因此,本發明意在只由附后權利要求書的范圍所限制。

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