CN101688077A - 包括聚合物封装的颜料的热喷墨用墨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括聚合物封装的颜料的热喷墨用墨及使用该墨的系统和方法。如此的聚合物封装的颜料是使用多个单体在颜料表面上聚合的结果，其中，约6wt％至约15wt％的单体是酸性的。

Description

包括聚合物封装的颜料的热喷墨用墨

背景技术

打印行业内所用的大部分墨和调色剂使用不溶于水的聚合物，以达到打印印记的粘附性和持久性。诸如喷墨打印中使用的水基墨可包含作为散布颗粒的不溶于水的聚合物。颗粒通常设计成允许在打印基底上形成印刷膜。或者，这些不溶于水的聚合物可以聚合物封装的颜料形式被涂敷在颜料的表面上。

各种类型的聚合物封装的颜料在着色剂行业内是公知的。由太阳化学公司(Sun Chemical Corp.)出品的

和聚合物涂敷的颜料是代表性的产品。尽管某些封装方法和化学品是公知的，但包括如此聚合物封装的颜料的喷墨用墨通常在热喷墨结构中性能不好。一种普遍的方法包括通常由可溶的聚合物形成的包膜，这些包膜被吸附在颜料表面上。由于可溶的聚合物通常不被交联，所以，如此已知的封装颜料的聚合物表面在笔启动腔室的高热剪切和溶剂条件下通常会结块，造成喷嘴和墨通道堵塞。因此，一般地，热喷墨用墨内含有如此聚合物封装的颜料通常导致笔的可靠性很差。

相反，引入单独的颜料和聚合物颗粒成分也具有若干缺点。乳胶和颜料颗粒的组合表面区域不利地修改喷墨的粘性，使得液滴喷射率被限制到低于正常的喷射率。如此的粘度还不利地影响有核蒸气气泡在热液滴喷射时的破裂，在其后的启动之后，将气体诱陷在启动腔室内。诱陷的气体显著地阻碍可喷墨能力。同样地，乳胶和颜料表面电荷和电荷水平之间的差异可诱发散布的不稳定性和墨内特性随时间的变化。此外，颜料和乳胶通常游离在普通纸的纤维内，降低印刷印记的持久性和光密度。还有，许多诱陷的颜料颗粒暴露在乳胶膜的表面上，降低印刷的光泽，并在印刷物内的不同颜色的颜料之间引起光泽的不均匀性。

因此，继续需要开发含有颜料和聚合物材料的喷墨用墨，当使用热喷墨结构时，该墨性能可靠。

具体实施方式

在揭示和描述本发明之前，应该理解到，本发明不局限于特定的过程步骤和这里所揭示的材料，因为如此的过程步骤和材料可稍有变化。还应理解到，这里所使用的术语只是为了描述特殊实施例的目的而采用的。这些术语并不意图作出任何限制，因为本发明的范围仅由附后权利要求书和其等价物来加以限制。

应该指出的是，如本说明书和附后权利要求书中所使用的，单数形式的冠词“一”、“一个”和“该”包括复数的所指物，除非文中清楚地另有所指。

如这里所使用的，“液体媒介物”或“墨媒介物”是指液体的流体，其中，着色剂分散或溶解而形成墨。液体媒介物在行内是众所周知的，根据本发明的实施例，可使用各种墨媒介物。如此的液体媒介物可包括各种不同试剂的混合物，包括但不局限于表面活化剂、溶剂、助溶剂、缓冲剂、生物杀灭剂、粘度修正剂、螯合剂、稳定剂，和/或水。在某些实施例中，液体媒介物还可携带其它添加剂，诸如乳胶颗粒和其它聚合物、UV固化材料，和/或可塑剂。

如这里所使用的，“酸性单体”用来指具有酸性功能团的任何单体。

如这里所使用的，“液滴速度”是液体或悬浮液(例如，墨)的液滴速度的测量值，它是从打印结构中喷墨之后所作的测量。

如这里所使用的，“液滴重量”是指从打印结构中喷射出的液滴重量的测量值。

如这里所使用的，“热喷墨结构”与其它打印结构区分之处在于，它们依赖于加热元件来印刷图像。具体来说，热喷墨打印头具有一系列细小的电加热腔室。在打印中，电流通过加热元件送入，形成气泡，气泡然后推动墨滴进入打印介质。当从打印机中喷出墨滴时，更多墨抽入到腔室内。

浓度、数量和其它数字数据可在这里表达或呈现为一范围的格式。应该理解到，如此的范围格式是为了方便和简洁而采用的，因此，应以灵活的方式进行解释，以便不仅包括如范围的限定明白地所例举的数字值，而且包括所有个别的数字值或被包括在该范围之内的子范围，就如明白地例举的各个数字值和子范围。为了加以阐明，浓度范围“0.1wt％至5wt％”应被解释为不仅包括明白例举的浓度0.1wt％至5wt％，而且包括个别浓度和所指范围内的子范围。因此，包括在该数字范围内的是个别的浓度，诸如1wt％、2wt％、3wt％和4wt％，以及子范围，诸如从0.1wt％至1.5wt％、1wt％至3wt％，从2wt％至4wt％，从3wt％至5wt％等。该同样的原理适用于例举仅一个数字值的范围。例如，例举为“小于5wt％”的范围应被解释为包括0wt％和5wt％之间的所有值和子范围。此外，不管范围的宽度或所描述的特征如何，如此的解释都应适用。

记住这些定义，喷墨用墨用于热喷墨结构中。喷墨用墨包括聚合物封装的颜料，并可表达为在从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时具有至少10m/s的液滴速度。使用多个单体，使封装颜料的聚合物在颜料表面聚合。约6wt％至约15wt％的单体是酸性的。

在另一实施例中，印刷图像的方法可包括将喷墨用墨热喷射到基底上而形成图像。喷墨用墨可包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在颜料表面聚合该聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的单体是酸性的。喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射。

在另一实施例中，印刷图像的系统可包括介质基底和含有第一喷墨用墨的第一喷墨笔。第一喷墨用墨可包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在颜料表面聚合该聚合物，其中，约6wt％至约15wt％是酸性的单体。喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射。

根据这些实施例，这里提供各种细节，它们适用于各种方法、热喷墨用墨和用于打印图像的相关系统。例如，喷墨用墨中的颜料可包括青色、品红色或黄色颜料或主要由它们构成。或者，颜料可以是黑色。在某些情形中，全部的颜料可包括任何颜色的混合物和/或颜料类型的混合，或可包括任何单一颜色和颜料类型。

如上所述，用于喷墨用墨的颜料是聚合物封装的。具体来说，颜料用聚合物进行封装，在原位处理过程中，聚合物在颜料表面聚合。一般来说，在原位封装过程中，包括单体和颜料颗粒的散布可以均匀化。然后，散布中的单体在颜料表面聚合以便封装颜料颗粒。如此的聚合可包括过过硫酸钾溶液和可选的表面活化剂。根据本发明的实施例，颜料被封装以使在颜料表面聚合中所使用的约6wt％至约15wt％的单体是酸性的。酸性单体的非限制实例包括丙烯酸、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。在一实施例中，从约6wt％至约10wt％的单体是酸性的。在另一实施例中，从约8wt％至约10wt％的单体是酸性的。酸性单体在聚合之后可有助于颜料保持合适地散布在喷墨用墨中。尽管在颜料表面执行原位聚合时一般地希望包括较高的酸含量来提高某些特性，但太高的酸性单体含量具有滤去聚合物而进入溶液的倾向，这可不利地影响到墨和储存和打印该墨所用的结构。其结果，约6wt％至约15wt％的酸性单体在可接受的高酸含量之间提供良好的平衡，酸含量在聚合过程中不会显著地滤出而进入到液体媒介物中。

利用这些聚合物封装的颜料的墨可构成为：当墨从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，墨具有至少10m/s的液滴速度。在其它实施例中，当墨从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，墨可具有12m/s的液滴速度。在还有其它实施例中，当墨从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，墨可具有14m/s的液滴速度。。

可用于这里所述的用聚合物封装的颜料的典型的液体媒介物的构成可包括水，以及可选地，存在于总量中约从5wt％至约50wt％的一个或多个助溶剂。此外，可存在有一个或多个非离子的、阳离子的、和/或阴离子的表面活化剂。如此的表面活化剂通常在0wt％至5wt％的范围内。配方的平衡可以是纯净水，或本技术领域内公知的其它媒介物成分，诸如生物杀灭剂、粘度修正剂、PH值调整材料、螯合剂、防腐剂等。一般地，液体媒介物主要地是水。

可采用的各种助溶剂的非限制性实例可包括脂肪醇、芳香醇、二醇、乙二醇醚、聚乙二醇醚、己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺以及长链醇。如此化合物的实例主要包括脂肪醇、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较高同系物、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺，取代和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等。可采用的溶剂具体实例包括三羟甲基丙烷、2-吡咯烷和1，5-戊二醇。

许多表面活化剂中的一个或多个也可用墨构成领域内的技术人员所公知的活化剂，可以是烷基聚乙烯氧化物、烷基苯基聚乙烯氧化物、聚乙烯氧化物块共聚物、乙炔聚乙烯氧化物、聚乙烯氧化物(二)酯、聚乙烯氧化物胺、质子化聚乙烯氧化物胺、质子化聚乙烯氧化物氨基化合物、二甲基硅油共羟基化合物、取代的胺氧化物等。一般地，表面活化剂可在0wt％至5wt％的范围内添加。本发明的墨可具有约1.5cps至约6cps的粘度。

与本发明的构成相一致，可采用各种其它的添加剂来为特殊应用优化墨成分的特性。这些添加剂的实例是那些阻止有害微生物生长所添加的添加剂。这些添加剂可以是生物杀灭剂、真菌杀灭剂和其它常规地用于墨配方中的微生物试剂。合适的微生物试剂实例包括但不局限于Nuosept(努德克斯公司(Nudex，Inc))、Ucarcide(联碳公司(Union carbide Corp.))、Vancide(R.T.范德比尔特公司(R.T.Vanderbilt Co.))、Proxel(ICI美国公司(ICI America))，以及它们的组合。

可包括诸如EDTA(乙二胺四醋酸)的螯合剂来消除重金属杂质的有害作用，而缓冲溶液可用来控制墨的PH值。例如，可使用0wt％至2wt％的范围。还可存在粘度修正剂和缓冲剂以及本技术领域内的技术人员所熟知的其它添加剂来按需要修改墨的特性。如此添加剂的存在量从0wt％至20wt％。

所揭示的喷墨用墨可用来打印图像。因此，打印图像的系统和方法可包括加热地将喷墨用墨喷射到基底上以形成图像。在一个方面，可加热地(从第二喷墨笔)将第二喷墨用墨喷射到基底上以形成图像。如同第一喷墨用墨那样，该第二喷墨用墨可包括聚合物封装的颜料，其与这里所揭示的有关聚合的参数相一致。此外，第二喷墨用墨还可这样构成：当墨从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，喷墨用墨可以10m/s的液滴速度喷射。在某些情形中，第一墨和第二墨颜色可以不同(即，青色、品红色、黄色、或黑色)。

在任一种系统或方法中，第一喷墨用墨和第二喷墨用墨可以是不同色调或采用不同色调。举例来说，但不意图加以限制，可从青色、品红色和黄色墨中选择第一喷墨用墨和第二喷墨用墨的色调。例如，第一喷墨用墨可以是青色，而第二喷墨用墨可以是品红色。

该系统和方法还可包括从第三喷墨笔中喷射第三喷墨用墨。如同第一喷墨用墨和第二喷墨用墨那样，该第三喷墨用墨可以是本发明类型的墨。在如此实施例中，第一喷墨用墨可以是青色，第二喷墨用墨可以是品红色、而第三喷墨用墨可以是黄色。与某些当前的使用相一致，该系统还可包括黑色的喷墨用墨。尽管并不要求，但黑色喷墨用墨也可以是这里所揭示的类型。

包括在该系统内的介质基底可以是打印领域内任何公知的或使用的类型。在一具体的实施例中，介质基底涂敷有聚合物基的可膨胀的涂层，或无机的颗粒基的涂层。

根据上述实施例形成的热喷墨用墨提供若干优点。例如，颜料的聚合物封装趋于减少溶液中总的颗粒数量(与具有与颜料共散布的单独乳胶颗粒相比)，并减少其组合的表面面积，以使颜料悬浮液的(例如，墨)粘度可减小。封装还可在施加到基底时、例如墨印刷在介质基底上时，防止颜料一乳胶分离，以使持久性和光密度更加优化。聚合物封装的颜料还便于形成这样的结果：各个颜料颗粒变得沉陷在乳胶形成膜的表面下方(打印之后)，以使光泽和颜色与颜色的光泽均匀性得到提高。

实例

以下实例显示目前公知的本发明的实施例。因此，这些实例不应被看作对本发明的限制，但只是适当地介绍如何根据目前的实验数据来制作本发明最公知的组合成分。这样，代表性的成分数量和制造方法在这里予以揭示。

实例1-封装的青色颜料的制备

用50g的青色颜料PB15:3(含有20wt％颜料)和45g的水来制备第一混合物。使用7.5g甲基丙烯酸甲酯、2.5g丙烯酸丁酯、0.5g羟乙基丙烯酸酯、0.85g甲基丙烯酸、0.5g十六烷、8g 10％的十二烷基磺酸钠水溶液、以及76.5g水来制备第二混合物。对第一混合物和第二混合物各单独超声波处理2分钟。将第一混合物和第二混合物混和在一起而形成第三混合物。对第三混合物超声波处理2分多钟。超声波处理之后，对混合物添加0.95g的Aerosol OT、0.1g的过硫酸钾和10g的水。对反应的混合物加热约3小时。

实例2-墨的构成1

根据表1制备墨的组分：

表1

成分	Wt％
		封装的颜料(取自实例1)	1-3wt％
助溶剂系统(包括2-吡咯烷、丙三醇、1，2己二醇和二甘醇)	8-15wt％
		树脂	0.1-2wt％
表面活化剂	0.05-2wt％
		防腐剂/杀菌剂	0.05-2wt％
水	平衡

实例2的墨可从惠普专业办公喷墨打印机K550(HP Officejet Pro K550)或惠普专业优质相片打印机B9180(HP Photosmart Pro B9180)中以小于9ng的液滴重量和至少为10m/s、12m/s、或甚至14m/s的液滴速度喷墨。

实例3-墨的构成2

根据表2制备墨的组分：

表2

成分	Wt％
		封装的颜料(取自实例1)	1-3wt％
助溶剂系统(包括2-吡咯烷)	8-25wt％
		乙氧化丙三醇衍生物	0.5-3wt％
表面活化剂	0.05-2wt％
		防腐剂/杀菌剂	0.05-2wt％
水	平衡

实例3的墨可从惠普专业办公喷墨打印机K550(HP Officeiet Pro K550)或惠普专业优质相片打印机B9180(HP Photosmart Pro B9180)中以小于9ng的液滴重量和至少为10m/s、12m/s、或甚至14m/s的液滴速度喷墨打印。

尽管本发明已经参照某些优选实施例进行了描述，但本技术领域内的技术人员将会认识到，可以作出各种修改、变化、省略和替代而不脱离本发明的精神。因此，本发明意在只由附后权利要求书的范围所限制。

Claims (10)

1.一种热喷墨用墨，包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在所述颜料表面聚合所述聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的所述单体是酸性的。

2.如权利要求1所述的喷墨用墨，其特征在于，所述喷墨用墨这样形成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，所述喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射。

3.如权利要求1所述的喷墨用墨，其特征在于，所述酸性的单体包括丙烯酸、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.如权利要求1所述的喷墨用墨，其特征在于，约6wt％至约10wt％的所述单体是酸性的。

5.一种打印图像的方法，包括将喷墨用墨热喷射到基底上而形成图像，所述喷墨用墨包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在所述颜料表面聚合所述聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的所述单体是酸性的，其中，所述喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，所述喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述酸性的单体包括丙烯酸、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.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括将第二喷墨用墨热喷射到基底上而形成图像，所述第二喷墨用墨包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在所述颜料表面聚合所述聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的所述单体是酸性的，其中，所述喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，所述喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射。

8.一种打印图像的系统，包括：

a)介质基底；以及

b)第一热喷墨笔，所述第一热喷墨笔含有第一热喷墨用墨，所述第一热喷墨用墨包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在所述颜料表面聚合所述聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的所述单体是酸性的单体，其中，所述喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，所述热喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括含有第二热喷墨用墨的第二喷墨笔，所述第二热喷墨用墨也包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在所述颜料表面聚合所述聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的所述单体是酸性的单体，其中，所述热喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，所述热喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射，且其中，所述第一热喷墨用墨和所述第二热喷墨用墨是不同的色调。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括含有第三热喷墨用墨的第三喷墨笔，所述第三热喷墨用墨也包括聚合物封装的颜料，其中，使用多个单体在所述颜料表面聚合所述聚合物，其中，约6wt％至约15wt％的所述单体是酸性的单体，其中，所述热喷墨用墨可以这样构成：当从热喷墨结构中以小于约9ng的液滴重量喷出时，所述热喷墨用墨能以至少10m/s的液滴速度喷射，且其中，所述第一热喷墨用墨是青色的，所述第二热喷墨用墨是品红色的，而第三热喷墨用墨是黄色的。