專利名稱：非反應(yīng)性油墨載體制劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨成像領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種噴墨油墨載體，其適合用在低染料含量油墨中，不含鹽，并且發(fā)生孔板粘閉(puddling)的情況少。
背景技術(shù)：
近年來，計算機打印機技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可將非常高分辨率的圖像轉(zhuǎn)印到各種介質(zhì)，包括紙張上。一種特殊的打印類型涉及對應(yīng)于數(shù)字信號將液體油墨的小液滴加到介質(zhì)表面。一般，液體油墨不必通過打印設(shè)備和介質(zhì)表面之間物理接觸而加到或噴到該表面上。在該通用技術(shù)中，將噴墨油墨沉積到印刷表面上的具體方法根據(jù)系統(tǒng)變化而變化，并可包括連續(xù)油墨沉積和按需滴加沉積。
對于連續(xù)打印系統(tǒng)，使用的油墨一般基于溶劑比如甲乙酮和乙醇。本質(zhì)上，當通過打印機噴嘴噴出墨滴流并進行定向時連續(xù)打印系統(tǒng)起作用。墨滴借助于與噴嘴接近的靜電充電設(shè)備進行額外定向。如果油墨不用于所需的打印表面上，則可回收油墨用于后面的使用。對于按需滴加打印系統(tǒng)，噴墨油墨一般基于水和溶劑如乙二醇。本質(zhì)上，在這些系統(tǒng)中，墨滴是由熱或壓力波從噴嘴中推出，由此噴出的所有墨滴用于形成打印圖像。
噴墨打印成為在各種介質(zhì)表面尤其是紙上記錄圖像的普及方式的原因有很多。一些原因包括低打印噪音，高速記錄能力和多色記錄。另外，消費者可以以相對低的價格獲得這些優(yōu)點。但是，雖然噴墨打印已有巨大的改進，但是伴隨這些改進消費者在該領(lǐng)域的要求也增加了，例如更高速，更高分辨率，全色成像，增加穩(wěn)定性等。
通常，噴墨油墨是染料基或顏料基油墨。二者一般制備于含有染料和/或顏料的油墨載體。染料基噴墨油墨通常使用液體著色劑來將介質(zhì)轉(zhuǎn)變成呈特定顏色，該液體著色劑一般是水基的。相反地，顏料油墨一般使用固體或分散的著色劑來獲得顏色。
噴墨打印所期望的許多特性包括介質(zhì)基底上圖像有良好的邊緣分辯力和光密度，基底上油墨有良好的干燥時間，對基底的粘附力，當燒制時無墨滴偏移，全點呈現(xiàn)，干燥后油墨對水和其它溶劑有抗性，長期保存穩(wěn)定性，良好的點大小和點增益，顏色與顏色滲色緩和，可接受的聚結(jié)，不會腐蝕或噴嘴阻塞的長期可靠性，好的耐光性，好的耐濕性，因潮濕色調(diào)偏移低，和其它已知的特性。已知許多油墨具有一些上述特性。但是，已知的油墨很少具有全部上述特性，因為對一種特性的改進經(jīng)常導(dǎo)致另一種特性的退化。因此，持續(xù)進行研究來開發(fā)具有改進特性的油墨制劑，并且它不會改進了一種特性而損害了另一種特性。但是，在不損失筆性能和可靠性的前提下，進一步改進噴墨打印物的圖像質(zhì)量和耐光性仍存在許多挑戰(zhàn)。
發(fā)明概述人們已經(jīng)認識到使用組合形式的某種載體組分可提供一種非反應(yīng)性油墨載體，該載體可與低染料含量品紅色染料和青色染料以及中等染料含量黑色染料能夠很好地起作用。當上述油墨載體(以及它們各自的染料組分)被用于噴墨筆，而該筆被設(shè)計成與含有丙烯酸酯分散的顏料基油墨的筆共享服務(wù)站時是尤其有用的。因為本發(fā)明的油墨載體對這些和其它噴墨載體是非反應(yīng)性的，共享服務(wù)站不會導(dǎo)致孔結(jié)殼增加。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案的原理，用于低染料含量噴墨油墨的非反應(yīng)性油墨載體可含有有效量的水；1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和5重量％-8重量％的第三種助溶劑，條件是油墨載體總共含有至少20重量％的助溶劑。
在另一實施方案中，用于低染料含量噴墨油墨的非反應(yīng)性油墨載體可含有有效量的水；1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和0.05重量％-0.25重量％的基本上由2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇組成的緩沖液。
具有用于單一服務(wù)站的可交換噴墨筆的系統(tǒng)可包括含有顏料基噴墨油墨的第一噴墨筆；含有染料基噴墨油墨的第二噴墨筆，所述染料基噴墨油墨對顏料基噴墨油墨是非反應(yīng)性的；和為服務(wù)第一噴墨筆和第二噴墨筆而配置的單一服務(wù)站。優(yōu)選地，本系統(tǒng)通過利用可交換筆而起作用，其中當?shù)谝粐娔P交換第二噴墨筆，或反過來時，在該服務(wù)站、第一噴墨筆或第二噴墨筆基本上不會在顏料基噴墨油墨與染料基噴墨油墨之間發(fā)生反應(yīng)。
優(yōu)選實施方案的詳細描述在公開和描述本發(fā)明之前，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不受限于本文中公開的具體方法步驟和材料，因為這些方法和材料可進行一些改變。還應(yīng)理解的是，本文中所用的術(shù)語僅用于描述特定的實施方案。術(shù)語不應(yīng)該是限定性的，因為本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書和其等同方案限定。
必須指出的是，除非另外在文中明確地指出，在本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)指示。
在本文中的“有效量”是指足以達到期望效果的物質(zhì)或試劑的最小量。例如，“表面活性劑”的有效量是能生成染料基油墨載體同時能保持根據(jù)本發(fā)明實施方案的特性所需的最小量。
在本文中的“液體載體”或“油墨載體”是指在該載體中放有著色劑以形成油墨。許多油墨載體和載體組分是現(xiàn)有技術(shù)已知的。但是，以特定量使用特定的組分可提供改進的噴墨油墨性質(zhì)。一般的油墨載體可包括各種試劑的混合物，比如表面活性劑，溶劑，助溶劑，緩沖液，生物殺滅劑，螯合劑，粘度調(diào)節(jié)劑，表面活性劑，和水。
“非反應(yīng)性油墨載體”是指不含反應(yīng)性鹽的油墨載體。但是，與非反應(yīng)性油墨載體聯(lián)合使用的染料可以是鹽，只要鹽含量足夠低使得噴墨油墨組合物基本上是非反應(yīng)性的。
由此，本發(fā)明涉及噴墨成像領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種噴墨油墨載體，其適合用在低染料含量油墨中，不含鹽，并且發(fā)生孔板粘閉的情況少。更具體而言，已經(jīng)認識到含有低品紅色或青色染料含量(低于3重量％)，或低到中等黑色染料含量(低于5重量％)的特定噴墨油墨載體能從打印頭有效的噴出，而該打印頭被設(shè)計和調(diào)節(jié)為噴射與此大相徑庭的噴墨油墨，比如含有超過8重量％1，5-戊二醇的含鹽油墨。
實踐本發(fā)明所用的油墨載體的一般制劑可包括三種助溶劑。上述助溶劑包括占1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；占7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和占5重量％-8重量％的第三種助溶劑，條件是助溶劑總重量的比例大于20重量％。在該實施方案中，可存在基本上由2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇組成的任選緩沖液。
或者，用于低染料含量噴墨油墨的非反應(yīng)性油墨載體可含有有效量的水；1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和0.05重量％-0.25重量％的基本上由2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇組成的緩沖液。在該實施方案中，可存在任選的第三種助溶劑。
可用作第三種助溶劑的助溶劑種類包括脂肪醇，芳香醇，二醇，乙二醇醚，聚乙二醇醚，吡咯烷，吡咯烷酮，和它們的混合物，條件是對于每種第三種助溶劑其碳原子不超過10個。上述化合物的例子包括脂肪族伯醇，脂肪族仲醇，1，2-醇，1，3-醇，1，5-醇，乙二醇烷基醚，聚乙二醇烷基醚，聚乙二醇烷基醚的高級同系物，取代的和未取代的吡咯烷，取代的和未取代的吡咯烷酮等。雖然對于第三種助溶劑可進行一些程度的改變，但該油墨載體制劑必須包含1，5-戊二醇和三羥甲基丙烷。在一個實施方案中，優(yōu)選第三種助溶劑為2-吡咯烷酮。
除了上述載體組分外，還可存在表面活性劑組分，優(yōu)選非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑聯(lián)合使用。表面活性劑組分可包括烷基聚環(huán)氧乙烷，烷基苯基聚環(huán)氧乙烷，聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物，炔屬聚環(huán)氧乙烷，聚環(huán)氧乙烷(二)酯，聚環(huán)氧乙烷胺，質(zhì)子化聚環(huán)氧乙烷胺，質(zhì)子化聚環(huán)氧乙烷酰胺，聚二甲基硅氧烷共聚多元醇，取代的氧化胺等。加入本發(fā)明制劑中的表面活性劑總量可以是1重量％-5重量％。在一個實施方案中，表面活性劑的總量可包括1重量％-3重量％的一種或多種非離子表面活性劑，和0.1重量％-1重量％的一種或多種陰離子表面活性劑。在一個實施方案中，非離子表面活性劑可以是TERGITOL 15-S-5，TERGITOL 15-S-7或它們的混合物。在另一實施方案中，陰離子表面活性劑例如可以是DOWFAX 8390。
對于噴墨油墨制劑而言，通常希望存在緩沖液以幫助在保存和操作期間維持穩(wěn)定的pH。根據(jù)本發(fā)明，一些緩沖液會導(dǎo)致不期望的特性，特別是當存在非離子表面活性劑時。例如，某些緩沖液/非離子表面活性劑組合可一定程度地降低已知的濁點以致該非離子表面活性劑在室溫下(或微高于室溫下)不能呈溶液狀，使得該油墨不能有效使用。根據(jù)該原則，由于本發(fā)明的油墨載體制劑在功能上的特殊性，所以噴墨油墨現(xiàn)有技術(shù)中使用的很多緩沖液不適于使用。例如，4-嗎啉乙磺酸(MES)和4-嗎啉丙磺酸(MOPS)特別不能用于本油墨載體，尤其是當與含有一種或多種非離子表面活性劑的低染料含量制劑一同使用時。但是，2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇(TRIZMA)可用于本油墨載體并產(chǎn)生改進的結(jié)果。如果使用TRIZMA緩沖液，那么其含量優(yōu)選為0.05重量％-0.25重量％。例如，根據(jù)本發(fā)明制備的一種油墨載體含有TERGITOL非離子表面活性劑，并且用MOPS或MES緩沖液替代TRIZMA，那么在40℃時會形成兩層，其中非離子表面活性劑實際上已離開了溶液。由于根據(jù)本發(fā)明其不適于有效使用，所以當噴墨油墨還含有非離子表面活性劑時不希望使用MOPS和MES。
該制劑的其余組分可以是純水，雖然可包括其它已知的載體組分，只要它們不被本發(fā)明公開內(nèi)容明確排除。與本發(fā)明制劑一致的，可使用各種其它添加劑以最優(yōu)化用于具體應(yīng)用的油墨組合物特性。這些添加劑的例子是為了抑制有害微生物的生長而添加的添加劑。這些添加劑可以是生物殺滅劑，殺真菌劑，和其它微生物試劑，它們常用于油墨劑。適宜的微生物試劑包括，但不限于Nuosept(Nudex，Inc.)，Ucarcide(Union carbide Corp.)，Vancide(R.T.VanderbiltCo.)，Proxel(ICI America)和它們的組合物。可包括螯合劑比如EDTA(乙二胺四乙酸)以消除重金屬雜質(zhì)的有害作用。例如，可使用0.001重量％-2.0重量％。為了根據(jù)需要改變油墨特性，還可以存在粘度調(diào)節(jié)劑，以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其它添加劑。上述添加劑可以0.01重量％-20重量％的量存在。
除了上述油墨載體組合物外，具有用于單一服務(wù)站的可交換噴墨筆的系統(tǒng)可包括含有顏料基噴墨油墨的第一噴墨筆。該顏料基噴墨油墨可含有丙烯酸酯分散劑，雖然這不是必需的。該系統(tǒng)還可包括含有染料基噴墨油墨的第二噴墨筆，所述染料基噴墨油墨對顏料基噴墨油墨是非反應(yīng)性的。上述染料基噴墨油墨可含有0.1重量％-4重量％的染料；并且油墨載體對顏料基噴墨油墨是非反應(yīng)性的，其中該油墨載體含有1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑?；蛘撸纱嬖跒榉?wù)第一噴墨筆和第二噴墨筆而配置的單一服務(wù)站。優(yōu)選地，本系統(tǒng)通過利用可交換筆而起作用，其中在該服務(wù)站、第一噴墨筆或第二噴墨筆基本上不會在顏料基噴墨油墨與染料基噴墨油墨之間發(fā)生反應(yīng)。在一個實施方案中，在第一噴墨筆服務(wù)并被撤去后，任何在單一服務(wù)站上殘留的顏料基噴墨油墨應(yīng)基本上不會與在該單一服務(wù)站上服務(wù)的第二噴墨筆的染料基噴墨油墨發(fā)生反應(yīng)。在另一實施方案中，在第二噴墨筆服務(wù)并被撤去后，任何在單一服務(wù)站上殘留的染料基噴墨油墨應(yīng)基本上不會與在該單一服務(wù)站上服務(wù)的第一噴墨筆的顏料基噴墨油墨發(fā)生反應(yīng)。
對于上述系統(tǒng)，所述的配置可用于多種目的。例如，含有染料基青色、染料基品紅色、染料基黃色和顏料基黑色的四色打印系統(tǒng)可有效的在普通紙張上進行一般彩色打印。上述顏料基黑色工作良好，而可在普通紙張上獲得豐富的黑色。但是，如果要在光滑的照片介質(zhì)(如HP Photo Premium plus紙)上打印全色圖像時，使用黑色顏料基油墨是不理想的。在這種情況下，含有該黑色顏料基噴墨油墨的筆可被含有染料基噴墨油墨的筆替代，該染料基噴墨油墨含有本發(fā)明的載體。從而，由于本發(fā)明的油墨載體不含反應(yīng)活性鹽，該筆可與顏料基噴墨油墨筆互換，同時不產(chǎn)生不希望的孔板或服務(wù)站反應(yīng)特性，如結(jié)殼。
在另一實施方案中，青色、品紅色和黃色的相同的三支染料基噴墨油墨筆可與黑色顏料基噴墨油墨一起使用。該黑色顏料基噴墨油墨可被具有青色染料基噴墨油墨、品紅色染料基噴墨油墨和黑色染料基噴墨油墨的分區(qū)筆替代，從而提供了六色油墨的染料基油墨組件，即有兩個青色，兩個品紅色，一個黃色，和一個黑色。由此，對于普通紙張打印，三種標準染料基油墨可與顏料基油墨一起打印，從而在普通紙張上得到豐富的黑色和彩色圖像。備選的是，當在主要為染料基油墨設(shè)計的照片紙上打印時，這三種標準染料基油墨可與另外的非反應(yīng)性染料基青色油墨、非反應(yīng)性染料基品紅色油墨和非反應(yīng)性染料基黑色油墨一起打印。對本發(fā)明油墨載體是非反應(yīng)性的可使用的顏料基噴墨油墨的例子描述于美國專利5,302,197中，在此將其引入作為參考。
實施例下述實施例闡明了目前已知的本發(fā)明的最佳實施方案。但是，應(yīng)理解的是下述實施例只是本發(fā)明原則的應(yīng)用示范或示例。在不違背本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可作出各種修改和備選的組合物、方法和系統(tǒng)。所附權(quán)利要求書意在包括上述修改和調(diào)整。因而，雖然本發(fā)明已經(jīng)在前面進行了詳細的描述，但下述實施例將結(jié)合目前被認為是本發(fā)明的最佳實施和優(yōu)選方案提供更詳細的說明。
實施例1-根據(jù)本發(fā)明的實施方案制備各種噴墨油墨根據(jù)下示表1-3制備得到三種噴墨油墨表1-品紅色噴墨油墨
表2-黑色噴墨油墨
表3-青色噴墨油墨
在上述表1-3中給出的三種低到中等染料含量的噴墨油墨可與許多較高染料含量的油墨組件一起使用，但已經(jīng)顯示出當它們與稱為惠普零件號碼HP C6657A的高染料含量的油墨組件一起使用時是特別有用的。另外，由于表1-3中油墨的油墨載體的組成，它們可與黑色顏料基噴墨油墨共享單一服務(wù)站。在一個實施方案中，如果表1-3中的三種噴墨油墨均與HP C6657A油墨組件的三種油墨一起使用，(表1-3中的每種油墨均含有根據(jù)本發(fā)明實施方案的油墨載體)，那么可排列出相互工作良好的六色油墨的油墨組件。另外，在噴墨油墨筆中所含的表1-3的任何一種油墨可與含有黑色顏料基噴墨油墨的噴墨油墨筆互換，即使該黑色顏料基噴墨油墨含有丙烯酸酯分散劑。例如，黑色顏料基噴墨油墨筆可與含有表1-3的噴墨油墨的筆互換，包括含有黑色顏料基噴墨油墨的筆，比如那些由惠普公司生產(chǎn)的筆號為C6658A的筆。除了這些優(yōu)點外，根據(jù)表1-3制備的油墨提供了具有好耐光性、色彩、色度和光亮度的低到中等染料含量噴墨油墨。
雖然本發(fā)明參照某些優(yōu)選實施方案進行了描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到在不違背本發(fā)明精神的情況下，可作出各種修改、改進、刪減和替代。因此，在此指出本發(fā)明僅受下述權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于低染料含量噴墨油墨的非反應(yīng)性油墨載體，其包括有效量的水；1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和5重量％-8重量％的第三種助溶劑，條件是油墨載體總共含有至少為20重量％的助溶劑。
2.一種用于低染料含量噴墨油墨的非反應(yīng)性油墨載體，其包括有效量的水；1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑；7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和0.05重量％-0.25重量％的基本上由2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇組成的緩沖液。
3.權(quán)利要求2的非反應(yīng)性油墨載體，還含有7.5重量％-15重量％的第三種助溶劑。
4.權(quán)利要求1或3的非反應(yīng)性油墨載體，其中第三種助溶劑選自脂肪醇，芳香醇，二醇，乙二醇醚，聚乙二醇醚，吡咯烷，吡咯烷酮，和它們的混合物，條件是在任何一種第三種助溶劑中碳原子不超過10個。
5.權(quán)利要求4的非反應(yīng)性油墨載體，其中第三種助溶劑是2-吡咯烷酮。
6.權(quán)利要求1或2的非反應(yīng)性油墨載體，還含有表面活性劑組分，其含有1重量％-3重量％的一種或多種非離子表面活性劑，和0.1重量％-1重量％的一種或多種陰離子表面活性劑。
7.權(quán)利要求1的非反應(yīng)性油墨載體，還含有基本上由0.05重量％-0.25重量％的2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇組成的緩沖液。
8.權(quán)利要求1或2的非反應(yīng)性油墨載體，其中該油墨載體被設(shè)計為與0.1重量％-2重量％的金屬化含有偶氮-咪唑的品紅色染料或直接藍199一起使用。
9.權(quán)利要求1或2的非反應(yīng)性油墨載體，其中該油墨載體被設(shè)計為與2重量％-4重量％的金屬化雙偶氮黑色染料一起使用。
10.具有用于單一服務(wù)站的可交換噴墨筆的系統(tǒng)，其包括含有顏料基噴墨油墨的第一噴墨筆；含有染料基噴墨油墨的第二噴墨筆，所述染料基噴墨油墨對所述顏料基噴墨油墨是非反應(yīng)性的；為服務(wù)第一噴墨筆和第二噴墨筆而配置的單一服務(wù)站。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中在第一噴墨筆服務(wù)并被撤去后，任何在單一服務(wù)站上殘留的顏料基噴墨油墨基本上不會與在該單一服務(wù)站上服務(wù)的第二噴墨筆的染料基噴墨油墨發(fā)生反應(yīng)；或者其中在第二噴墨筆服務(wù)并被撤去后，任何在單一服務(wù)站上殘留的染料基噴墨油墨基本上不會與在該單一服務(wù)站上服務(wù)的第一噴墨筆的顏料基噴墨油墨發(fā)生反應(yīng)。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中染料基噴墨油墨含有a)0.1重量％-4重量％的染料；和b)一種油墨載體，其含有i)有效量的水，ii)1重量％-3重量％的1，5-戊二醇助溶劑，iii)7.5重量％-15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑，iv)5重量％-8重量％的第三種助溶劑，條件是該油墨載體總共含有至少20重量％的助溶劑，v)0.05重量％-0.25重量％的2-氨基-2-(羥甲基)-1，3-丙二醇緩沖液，和vi)1重量％-5重量％的表面活性劑組分。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述顏料基噴墨油墨含有有效量的丙烯酸酯分散劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及油墨載體組合物和系統(tǒng)，其適合用于低染料含量的油墨組合物，不含鹽，并且發(fā)生孔板粘閉的情況少。具體地，用于低染料含量噴墨油墨的非反應(yīng)性油墨載體可含有有效量的水；1重量％－3重量％的1，5－戊二醇助溶劑；7.5重量％－15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和5重量％－8重量％的第三種助溶劑，條件是油墨載體總共含有至少20重量％的助溶劑?；蛘撸糜诘腿玖虾繃娔湍姆欠磻?yīng)性油墨載體可含有有效量的水；1重量％－3重量％的1，5－戊二醇助溶劑；7.5重量％－15重量％的三羥甲基丙烷助溶劑；和0.05重量％－0.25重量％的基本上由2－氨基－2－(羥甲基)－1，3－丙二醇組成的緩沖液。這些噴墨油墨載體可用于具有公用服務(wù)站的可交換噴墨筆系統(tǒng)中。
文檔編號C09D11/00GK1643088SQ03805835
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月11日
發(fā)明者L·J·羅利, P·泰雷爾, C·L·小蒂爾黑默 申請人:惠普開發(fā)有限公司