專(zhuān)利名稱：噴墨油墨及其制造方法
噴墨油墨及其制造方法背景
本公開(kāi)內(nèi)容大體上涉及顏料隨著時(shí)間在經(jīng)顏料著色油墨中的沉降問(wèn)題。這種現(xiàn)象導(dǎo)致 印刷油墨中的筆堵塞和差的顏色一致性。通過(guò)增加油墨的粘度，可以降低沉降。然而，增加油墨粘度還降低在油墨噴射行為 期間筆重裝的速率。這導(dǎo)致印刷速度降低。可以將顏料顆粒研磨到非常小的粒徑，例如，小于100 nm。這也傾向于降低沉降。 然而，當(dāng)將顏料噴墨印刷在介質(zhì)上時(shí)，它也傾向于使光褪色和臭氧褪色惡化。另外，某些特 種顏料，例如珠光顏料必須大以顯示特定的光學(xué)效應(yīng)。在珠光顏料的情況下，每種顏料通常 具有厚度與可見(jiàn)光的波長(zhǎng)相當(dāng)( 500 nm)且直徑數(shù)微米的平板形狀。珠光顏料的這種尺 寸與它們的 3 g/cm3的高密度相結(jié)合使它們迅速地在典型的噴墨溶劑中沉降。如果油墨輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)用來(lái)不斷地混合和再循環(huán)油墨中的顏料，則這稍微減輕沉 降問(wèn)題。然而，這通常不是實(shí)際的解決方案并且一般將增加系統(tǒng)的額外成本。附圖簡(jiǎn)述
通過(guò)參考以下的詳細(xì)描述和附圖(其中類(lèi)似的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于類(lèi)似的但可能不相同 的元件)，本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方案的特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見(jiàn)的。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，可以或不 必將具有前述功能的附圖標(biāo)記或特征與其中出現(xiàn)這些引用附圖標(biāo)記或特征的其它附圖聯(lián) 系起來(lái)加以描述。

圖1是顯示在根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案的油墨連接料中粘度對(duì)剪切速率的依賴性 的圖解。圖2是根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案的熱噴墨流體分配器的方框圖。圖3是根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施方案的壓電噴墨流體分配器的圖示。圖4是按1500倍放大倍數(shù)顯示在本申請(qǐng)的實(shí)施方案中的珠光顏料的電子微觀板。圖5顯示具有分散在不同油墨連接料中的珠光顏料顆粒的三個(gè)瓶子。詳細(xì)描述
本公開(kāi)內(nèi)容是涉及將油墨顏料顆粒分散在非牛頓液體中的組合物、方法和系統(tǒng)。胺氧化物(aminoxide)表面活性劑與非線性粘彈性的關(guān)系，具體來(lái)說(shuō)，與剪切 變稀現(xiàn)象的關(guān)系論述在編寫(xiě)并出版于2004年的Yuji Yamashita的博士論文(德國(guó)的 University of Bayreuth)中(Yamashita，“烷基甲基胺氧化物及其質(zhì)子化類(lèi)似物在含水 溶液中的聚集行為，，，Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultat Biologie, Chemie and Geowissenschaften der Universitat Bayreuth, 2004)。在該論文中，作者觀察到，在剪切變稀的非牛頓液體體系中，Jlapp (表觀粘度)隨剪 切速率增加而降低，并且在非牛頓液體開(kāi)始流動(dòng)之前需要最小屈服應(yīng)力。具體來(lái)說(shuō)，在這種 體系中，在中等剪切速率下，存在非線性區(qū)域，其中非牛頓液體的粘滯阻力隨剪切速率增加 而下降(參見(jiàn)Yamashita,第30頁(yè)，第6_8行和11_13行)。Yamashita進(jìn)一步指出，剪切變 稀可能歸因于顆粒在液體中的流動(dòng)取向或聚合物分子或伸長(zhǎng)膠束在非牛頓液體中的構(gòu)象 改變(參見(jiàn)Yamashite，第30頁(yè)，第1_3行)。此外，Yamashita在剪切變稀現(xiàn)象和烷基甲基胺氧化物表面活性劑之間作出了聯(lián)系(參見(jiàn)Yamashita，第21-22頁(yè)和第79-119頁(yè))。本申請(qǐng)涉及在可以作為油墨用于供應(yīng)噴墨流體分配系統(tǒng)的非牛頓液體中分散油 墨顏料顆粒。非牛頓流體是其中粘度隨所施加的應(yīng)變速率改變的流體，導(dǎo)致沒(méi)有明確的粘 度。存在顯示剪切變稀的非牛頓流體的次級(jí)組。這種次級(jí)組也稱為是假塑性的。剪切變稀 流體的粘度隨剪切速率的增加而降低，例如就像一瓶稠番茄醬，當(dāng)劇烈搖動(dòng)它時(shí)，粘度急速 降低。本申請(qǐng)的油墨在其中油墨在流體容器和噴墨裝置的印刷頭之間移動(dòng)的流體噴射條件 下顯示前述剪切變稀效果，也稱為有限屈服應(yīng)力。具體來(lái)說(shuō)，屈服應(yīng)力是材料開(kāi)始塑性變形 時(shí)的力施加的應(yīng)力。在也可以描述為顯示有限屈服應(yīng)力的剪切變稀液體中，材料僅具有有 限的能力來(lái)抵抗施加于它上的力，然后它的粘度迅速地降低。在對(duì)許多觀察者來(lái)說(shuō)不直觀的這些非牛頓油墨的方面中，在此類(lèi)非牛頓 液體中的分散顏料(甚至大、密實(shí)的顏料)在油墨不穿過(guò)系統(tǒng)的期間顯示沉降在流 體容器或印刷頭中很少或沒(méi)有。當(dāng)很少或沒(méi)有動(dòng)壓力正施加于油墨上來(lái)使它移動(dòng) 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)時(shí)，該油墨具有幾乎“似凝膠”的稠度，該稠度與嬰兒香波，例如Johnson (g的嬰兒香波的稠度相當(dāng)。然而，當(dāng)將正常量的動(dòng)壓力( 至少1000帕斯卡)施加于油墨 上以使它移動(dòng)經(jīng)過(guò)噴墨系統(tǒng)時(shí)，該油墨的粘度改變得像純水那樣。因此，當(dāng)按高頻率從噴墨流體分配裝置的流體容器噴射此種油墨時(shí)，該油墨的動(dòng) 態(tài)粘度處于不干擾該噴墨系統(tǒng)的噴射過(guò)程的低水平。驅(qū)動(dòng)噴射室重裝的毛細(xì)管力大并且可 以克服油墨的有限屈服應(yīng)力。同時(shí)，在油墨沒(méi)有重裝期間，沉降被完全防止或減慢數(shù)個(gè)數(shù)量 級(jí)，因?yàn)樵诜且苿?dòng)個(gè)體油墨顆粒上的僅靠重力引起的正常剪切速率和應(yīng)力小，并且不能使 油墨連接料的“弱凝膠”破裂。球狀顆粒在非牛頓流體中的沉降受修正的斯托克定律控制
其中V是顆粒的線速度，」ρ是顆粒和介質(zhì)之間的密度差，g差重力J/遂度，及是流體 飽是顆粒的半徑，η ω是為沉降速度的函數(shù)的動(dòng)態(tài)粘度。對(duì)于密度近似等于 10 g/cm3且粒徑為1 μ m的球狀顆粒，需要用來(lái)保持顆粒永久懸浮的屈服應(yīng)力為 0. 1 Pa。 這遠(yuǎn)小于驅(qū)動(dòng)筆的重裝的是大致1000 Pa的毛細(xì)管壓力。如上所述，屈服應(yīng)力與剪切變稀的現(xiàn)象有關(guān)。剪切變稀描述其中當(dāng)給定材料中的 剪切速率增加時(shí)粘度降低的過(guò)程。包含上述經(jīng)顏料著色材料的與屈服應(yīng)力有關(guān)的油墨顯示 剪切變稀。在本申請(qǐng)中，申請(qǐng)人已經(jīng)開(kāi)發(fā)出新型經(jīng)顏料著色油墨，它們具有低動(dòng)態(tài)粘度并且 還具有屈服應(yīng)力和/或剪切變稀，該屈服應(yīng)力和/或剪切變稀雖然低但是影響油墨的一些 物理性質(zhì)。此種低但是有限的屈服應(yīng)力和/或剪切變稀賦予油墨某些類(lèi)似凝膠的性質(zhì)并且 防止油墨中的顏料顆粒沉降。本發(fā)明體系防止甚至較大的顏料顆粒，例如珠光顏料沉降。另 外，油墨的屈服應(yīng)力(于它在本申請(qǐng)中發(fā)揮作用的范圍內(nèi))對(duì)油墨可噴射性的質(zhì)量，例如印刷頭重裝幾乎沒(méi)有影響。作為另一個(gè)益處，油墨的粘度可以維持在低水平。因此，油墨在墨 噴印刷系統(tǒng)中充分作用?；谏暾?qǐng)人收集的數(shù)據(jù)，據(jù)估計(jì)，具有高達(dá) 10 g/cm3的密度和Ιμπι的粒徑的球 狀顏料顆粒將仍保持懸浮在具有僅僅 0. 1 Pa的屈服應(yīng)力的油墨中。與油墨靜置的上述 數(shù)值相反，驅(qū)動(dòng)噴墨印刷頭噴射室重裝的毛細(xì)管壓力是 1000 Pa。即使當(dāng)屈服應(yīng)力不足以保持顆粒懸浮時(shí)，如果連接料顯示剪切變稀效果，則沉降 速度可能減緩。實(shí)際上，對(duì)于沉降顆粒，剪切速率
權(quán)利要求
1.噴墨油墨，包含溶劑體系；分散在該溶劑體系中的具有至少0. 2 μ m的粒徑和至少2 g/cm3的密度的顏料；和包含多乙氧基化醇、烷基取代的甜菜堿型表面活性劑和烷基取代的胺氧化物中至少一 種的表面活性劑，該表面活性劑按小于30重量％的量存在，該量足以賦予該油墨組合物隨 著剪切速率提高而減小的粘度，使得該組合物具有在1 s—1的剪切速率下大于100厘泊的動(dòng) 態(tài)粘度和在10，000 s—1的剪切速率下1-10厘泊的動(dòng)態(tài)粘度。
2.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該表面活性劑按足以達(dá)到小于1000帕斯卡的屈服應(yīng)力 的量存在。
3.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該表面活性劑按足以達(dá)到大約0.1-大約10帕斯卡的 屈服應(yīng)力的量存在。
4.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該組合物具有在10，000s—1的剪切速率下2-5厘泊的 動(dòng)態(tài)粘度。
5.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該組合物具有在1s—1的剪切速率下大于1000厘泊的 動(dòng)態(tài)粘度。
6.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該組合物中的表面活性劑在10重量％以下。
7.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該表面活性劑是氧化油基二甲基胺。
8.權(quán)利要求1的噴墨油墨，其中該顏料具有至少0.2μ m的粒徑和至少2 g/cm3的密度， 且選自黑色顏料、彩色顏料、白色顏料、金屬顏料和珠光顏料。
9.權(quán)利要求1的噴墨油墨組合物，其中該顏料是白色顏料且具有0.2-0.5μπι的粒徑。
10.權(quán)利要求9的噴墨油墨組合物，其中該白色顏料是二氧化鈦。
11.權(quán)利要求1的噴墨油墨組合物，其中該顏料是珠光顏料且具有5-10μ m的粒徑。
12.具有產(chǎn)生粘彈性的表面活性劑與根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的噴墨油墨的噴墨 油墨的印刷方法，包括激活噴墨印刷頭(24)來(lái)噴射該噴墨油墨。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括經(jīng)由流體導(dǎo)管在噴墨印刷頭(24)和供墨容器(18、 20、22)之間建立流體連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括在噴墨盒(16)中整體形成的油墨儲(chǔ)器(18、20、 22)，該油墨儲(chǔ)器(18、20、22)與噴墨印刷頭(24)流體連通。
15.用根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)的噴墨油墨防止噴墨油墨中的顏料沉降的系統(tǒng)， 包括該噴墨油墨；和容納該噴墨油墨的儲(chǔ)器(18、20、22)，該儲(chǔ)器(18、20、22)配置與噴墨印刷頭流體連通， 該噴墨印刷頭(24)具有至少一個(gè)布置在其上的流體噴射器(16)。
全文摘要
油墨組合物，包含溶劑體系，分散在該溶劑體系中的顏料；和按足以賦予該油墨組合物在1s-1的剪切速率下大于100厘泊的動(dòng)態(tài)粘度和在10,000s-1的剪切速率下1-10厘泊的動(dòng)態(tài)粘度的量存在的表面活性劑。
文檔編號(hào)B41J2/175GK102076791SQ200880130003
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者S. 卡巴爾諾夫 A., W. 詹金斯 D., A. 費(fèi)爾納 E., G. 米勒 K. 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司