專利名稱：包括聚合物封裝的顏料的熱噴墨用墨的制作方法
包括聚合物封裝的顏料的熱噴墨用墨
背景技術(shù)：
打印行業(yè)內(nèi)所用的大部分墨和調(diào)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(yè)內(nèi)是公知的。由太陽化學公司
(Sun Chemical Corp.)出品的Sunsperse⑧和Flexiverse⑧聚合物涂敷的顏料是 代表性的產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(lián)，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(jié)塊，造成噴嘴和墨通道堵塞。因此， 一般地，熱噴 墨用墨內(nèi)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(qū)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(nèi)。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(fā)散布的不穩(wěn)定 性和墨內(nèi)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(nèi)， 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(nèi)的不同顏色的顏料之間引起光澤的不 均勻性。
因此，繼續(xù)需要開發(fā)含有顏料和聚合物材料的噴墨用墨，當使用熱噴墨結(jié) 構(gòu)時，該墨性能可靠。
具體實施例方式
在揭示和描述本發(fā)明之前，應該理解到，本發(fā)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(shù)語只是為了描述特殊實施例的目的而采用的。這些術(shù)語并不意 圖作出任何限制，因為本發(fā)明的范圍僅由附后權(quán)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(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式的冠 詞"一"、"一個"和"該"包括復數(shù)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(nèi)是眾所周知的，根據(jù)本發(fā)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(wěn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中噴射出的液滴重量的測 量值。
如這里所使用的，"熱噴墨結(jié)構(gòu)"與其它打印結(jié)構(gòu)區(qū)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(zhì)。當從打印機中噴出墨滴時，更多墨抽入到腔室內(nèi)。
濃度、數(shù)量和其它數(shù)字數(shù)據(jù)可在這里表達或呈現(xiàn)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(shù)字值，而且包括所有個 別的數(shù)字值或被包括在該范圍之內(nèi)的子范圍，就如明白地例舉的各個數(shù)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5wtX，而且包括個別濃度和所指范圍內(nèi)的子范圍。因 此，包括在該數(shù)字范圍內(nèi)的是個別的濃度，諸如lwt%、 2wt%、 3wt^和4wt %，以及子范圍，諸如從O.l wt^至1.5 wt%、 lwt^至3wt^，從2wt^至4 wt%，從3wt^至5wt^等。該同樣的原理適用于例舉僅一個數(shù)字值的范圍。 例如，例舉為"小于5wt%"的范圍應被解釋為包括Owt^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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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 6wtX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15wtX的單體是酸性的。噴墨用墨可以這 樣構(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(tǒng)可包括介質(zhì)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(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(jù)這些實施例，這里提供各種細節(jié)，它們適用于各種方法、熱噴墨用墨 和用于打印圖像的相關(guān)系統(tǒng)。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(gòu)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
6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(jù)本發(fā)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10wtX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(zhí)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(jié)構(gòu)。其結(jié)果，約6wtX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(gòu)成為當墨從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(nèi)。配方的平衡可以是純凈水， 或本技術(shù)領域內(nèi)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(diào)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(nèi)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、丙二醇垸基醚、己二酸乙二醇烷基醚的較高同系物、N-烷基己內(nèi)酰胺、未 取代的己內(nèi)酰胺，取代和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等?？刹捎?br> 7的溶劑具體實例包括三羥甲基丙垸、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(gòu)成領域內(nèi)的技術(shù)人員所公知的活化劑，可以是垸基聚乙烯氧化物、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A烯氧化物胺、質(zhì)子化聚乙烯氧化物胺、質(zhì)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(nèi)添加。本發(fā)明的墨可具有約1.5cps至約6cps的粘度。
與本發(fā)明的構(gòu)成相一致，可采用各種其它的添加劑來為特殊應用優(yōu)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(guī)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(lián)碳公司(Union carbide Corp.) ) 、 Vancide (R.T.范德比爾特公司(R.T.VanderbiltCo.) ) 、 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(zhì)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(shù)領域內(nèi)的技術(shù)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20wtX。
所揭示的噴墨用墨可用來打印圖像。因此，打印圖像的系統(tǒng)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(guān)聚合的參數(shù)相一致。此外，第二噴墨用墨還可這樣構(gòu)成當墨從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(tǒng)或方法中，第一噴墨用墨和第二噴墨用墨可以是不同色調(diào)或采用不同色調(diào)。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(diào)。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(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)內(nèi)的介質(zhì)基底可以是打印領域內(nèi)任何公知的或使用的類型。在一具體的實施例中，介質(zhì)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(jù)上述實施例形成的熱噴墨用墨提供若干優(yōu)點。例如，顏料的聚合物封裝趨于減少溶液中總的顆粒數(shù)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(zhì)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(yōu)化。聚合物封裝的顏料還便于形成這樣的結(jié)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(fā)明的實施例。因此，這些實例不應被看作對本發(fā)明的限制，但只是適當?shù)亟榻B如何根據(jù)目前的實驗數(shù)據(jù)來制作本發(fā)明最公知的組合成分。這樣，代表性的成分數(shù)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輕乙基丙烯酸酯、0.85g甲基丙烯酸、0.5g十六烷、8glOX的十二垸基磺酸鈉水溶液、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、 O.lg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(gòu)成1
根據(jù)表1制備墨的組分
表1
成分
封裝的顏料(取自實例1)l-3wt%
助溶劑系統(tǒng)(包括2-吡咯垸、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(yè)辦公噴墨打印機K550 (HP OfficeJet Pro K550)或惠普專業(yè)優(yōu)質(zhì)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(gòu)成2
根據(jù)表2制備墨的組分:
表2
成分Wt%
封裝的顏料(取自實例1)l-3wt%
助溶劑系統(tǒng)(包括2-吡咯烷)8-25 wt%
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
10實例3的墨可從惠普專業(yè)辦公噴墨打印機K550 (HP OfficeJet Pro K550)或惠普專業(yè)優(yōu)質(zhì)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(fā)明已經(jīng)參照某些優(yōu)選實施例進行了描述，但本技術(shù)領域內(nèi)的技術(shù)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(fā)明的精祌。因此，本發(fā)明意在只由附后權(quán)利要求書的范圍所限制。
權(quán)利要求
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(quán)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(jié)構(gòu)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(quán)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(quán)利要求1所述的噴墨用墨，其特征在于，約6wtX至約10wt^的所 述單體是酸性的。
5. —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(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(quán)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(quán)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6wtX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(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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. —種打印圖像的系統(tǒng)，包括a) 介質(zhì)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6wtX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(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，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(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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(diào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，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6wtX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(gòu)成當從熱噴墨結(jié)構(gòu)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。
全文摘要
本發(fā)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(tǒng)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(jié)果，其中，約6wt％至約15wt％的單體是酸性的。
文檔編號C09D11/00GK101688077SQ200880017042
公開日2010年3月31日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者H·劉, P·J·布魯斯馬 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責任合伙企業(yè)