專利名稱：具有改善的打印質(zhì)量和可靠性的著色噴墨墨水的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法總體上說涉及噴墨墨水組合物。更具體地說，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法涉及顏料基的噴墨墨水，該噴墨墨水顯示出改善的打印質(zhì)量和可靠性，即使在長期貯存之后。
背景技術：
由于包括低的打印機噪音、高速記錄的能力以及多色記錄在內(nèi)的許多原因，噴墨打印己經(jīng)成為一種在各種介質(zhì)表面尤其是紙上記錄圖像的流行方式。另外，噴墨打印的這些優(yōu)點可以以對于消費者相對低的價格獲得。盡管在噴墨打印方法已經(jīng)有了很大的改善，但是改善后面繼之以消費者對于更高的速度、更高的分辨率、全色圖像形成、增加的穩(wěn)定性等的日益增長的要求。
開發(fā)新的噴墨墨水和打印引擎時，當結(jié)合打印表面或基底來評價該墨水時要考慮數(shù)種傳統(tǒng)的特性。這樣的特性包括圖像在表面上的邊緣銳度和光學密度、光澤、黑色至彩色洇滲控制、墨水在表面上的干燥時間、對基底的粘附、墨水微滴定位偏差的缺乏、墨水在干燥之后對水和其它溶劑的耐性、長期貯存穩(wěn)定性、和無筆(pen)材料降解或噴嘴堵塞的長期可靠性。隨著噴射更小的滴體積的打印引擎的出現(xiàn)，無筆材料降解或噴嘴堵塞的長期可靠性變得更加重要。雖然以上所列的特性提供了為改善噴墨打印而待優(yōu)化的因素的說明，但是存在與滿足所有以上特性相關的挑戰(zhàn)。常常，為滿足以上特性之一而包含一種墨水組分會妨礙滿足另一種特性。因此，用于噴墨打印機的傳統(tǒng)商業(yè)墨水代表在滿足上面所列的所有特性中試圖至少獲得一種足夠響應的折衷產(chǎn)物。
一種希望獲得的、噴墨打印系統(tǒng)的特性與噴墨墨水的頻率響應有關，噴墨墨水的頻率響應往往與墨水吞吐量成比例。較小的墨滴大小已經(jīng)提高了對較高頻率打印的需求。就這一方面而言，獲得提高的打印速度而同時保持可接受的打印質(zhì)量是噴墨打印工業(yè)中的恒久挑戰(zhàn)。
關于其它方面，黑色墨水打印質(zhì)量的改進，尤其就光學密度和洇滲控制而言，已是噴墨技術提升中的考慮項目。另外，在打印可靠的系統(tǒng)中獲得可接受的光學密度和洇滲控制也是需要考慮項目。例如，在一方面，家用打印市場中的很多噴墨打印客戶常常會偶爾使用打印機，或在使用之后長時間中斷不用。因此，一些客戶在長時間停機時間之后需要可靠的打印，像由于度假或由于學生暑期休息而可能發(fā)生的情況。因而，用于這樣的市場的墨水會受益于在瓶中、在打印盒中和當裝在打印機中時具有長期貯存穩(wěn)定性的配方。
因此，繼續(xù)研究開發(fā)可以高頻率精確打印、并具有良好打印質(zhì)量和貯存穩(wěn)定性的墨水配方。

發(fā)明內(nèi)容
在本系統(tǒng)和方法的一個方面，在基底上打印圖像的系統(tǒng)包括可噴墨水和裝有該可噴墨水的打印頭，其中該可噴墨水包括可噴載體，所述載體包括水；分散在該可噴載體中的多種非酸官能化的顏料固體，以及分散在該可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。
在另一個實施方案中，快速打印噴墨圖像的方法包括以12kHz～25kHz的噴射頻率(firing frequency)使噴墨墨水發(fā)生噴墨，該噴墨墨水包括可噴載體、分散在該可噴載體中的多種非酸官能化的顏料固體和分散在該可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。
在另一個實施方案中，噴墨墨水組合物包括可噴載體、分散在該可噴載體中的多種顏料固體和分散在該可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。


了本發(fā)明的各種實施方案并且是本說明書的一部分。所說明的實施方案僅僅是本發(fā)明的例子并不限制本發(fā)明的范圍。
圖1是根據(jù)一個示例性實施方案、說明噴墨材料分散系統(tǒng)的簡單框圖。
貫穿于該圖，相同的附圖標記標明相似但不一定相同的元件。
具體實施例方式
在公開、描述本系統(tǒng)和方法的特定實施方案之前，應當理解本系統(tǒng)和方法并不限于在此公開的特定方法和材料，而是可以在某種程度上變化。也應當理解在此使用的術語只是用于描述特定實施方案，而并非旨在限定本系統(tǒng)和方法的范圍，本系統(tǒng)和方法的范圍將僅由所附的權(quán)利要求及其等同物來定義。
在本說明書中，以及在所附的權(quán)利要求中，將使用下列術語單數(shù)形式“一種”、“一個”和“所述”包括復數(shù)對象，除非上下文另外清楚地指示。因此，例如，“一種顏料”的涵義包括一種或多種這樣的材料的涵義。
當涉及數(shù)值或范圍時，術語“約”旨在包括近似值或范圍，即不是精確的化學計量而是化學計量的范圍，例如本發(fā)明系統(tǒng)中的共聚物的比例。
在本文中，“液體載體”被定義成包括可用于將包括顏料在內(nèi)的色料輸送到基底上的液體組合物。液體載體在本技術領域中是公知的，并且可以按照本發(fā)明的實施方案使用多種多樣的液體載體組分。這樣的液體載體可以包括各種不同試劑的混合物，所述試劑包括但不限于表面活性劑、助溶劑、緩沖劑、殺生物劑、粘度改進劑、螯合劑、穩(wěn)定劑和水。盡管本身不是液體，但是液體載體也可以承載其它固體，如聚合物、UV可固化材料、增塑劑、鹽等。
在本文中，“顏料”是指通?；旧喜蝗苡谄渌糜诘囊后w載體的色料顆粒。
“非酸官能化的顏料”或其衍生物是指已用非酸性分散劑官能化的顏料，例如通過將非酸性分散劑化學附著在顏料的表面上?？蓪⒎稚└街竭@樣的顏料上以用正電荷或者正電荷和負電荷端接(terminate)該顏料的外殼，從而形成一種減少液體載體內(nèi)的顏料顆粒的團聚的排斥性質(zhì)?？梢愿街竭@樣的顏料的表面上的示例性非酸性材料包括但決不限于帶有陽離子或混合離子官能團的芳族胺材料及其異構(gòu)體和它們的組合。在非酸官能附著之后，可出現(xiàn)的顏料包括但決不限于負的反離子，如氯離子、溴離子、碘離子、氟離子、硝酸根離子、硫酸根離子、醋酸根離子、檸檬酸根離子、苯甲酸根離子等；和正的反離子，如銨離子、鈉離子、鉀離子和鋰離子等。
“頻率響應”是指組合使用的噴墨墨水和噴墨體系結(jié)構(gòu)相對于噴墨墨水噴射速度如每單位時間噴射的點數(shù)的性能。通常，比對于特定的噴墨墨水和噴墨體系結(jié)構(gòu)而期望使用的噴嘴噴射頻率高的噴嘴噴射頻率可導致較差的打印質(zhì)量，例如通過產(chǎn)生方向錯誤的墨滴和其它不希望的特性。根據(jù)當前的標準，大約12kHz以上的噴射頻率被認為是快速打印頻率。
在本文中，濃度、量和其它數(shù)值數(shù)據(jù)或許以范圍格式給出。應當理解使用這樣的范圍格式只是出于方便和簡短，并且應當靈活地解釋以不僅包括明確地被陳述為范圍極限的數(shù)值而且包括包含在該范圍的所有單個數(shù)據(jù)或子范圍，就如同每個數(shù)值和子范圍被明確地陳述一樣。例如，約1重量％～約20重量％的重量范圍應被解釋成不僅包括明確陳述的濃度極限1重量％和約20重量％，而且也包括單個濃度如2重量％、3重量％、4重量％和子范圍如5重量％～15重量％、10重量％～20重量％等。
在本文中，“洇滲(bleed)”指墨水流入鄰近打印的墨水并與之混合的趨勢。“羽化(Feathering)”指墨水不合需要地擴散到介質(zhì)基底的未打印區(qū)域中的趨勢。洇滲和羽化通常發(fā)生在打印的墨水在基底上完全干燥之前。洇滲的程度一般將會取決于各種因素，如墨水的干燥速度、色料的團聚和墨水化學性質(zhì)，等等。
“邊緣銳度”是指打印的圖像沿圖像的邊緣的清晰度(crispness)。
在下面的描述中，出于解釋的目的，陳述了許多具體細節(jié)，以便完全地理解用于制備和使用顏料基噴墨墨水的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，所述噴墨墨水顯示出改善的打印質(zhì)量和可靠性，即使在長期貯存之后。然而，對于本領域的技術人員顯而易見的是，在沒有這些具體細節(jié)的情況下可以實施本方法。在說明書中“一個實施方案”或“一種實施方案”的意思是，關于該實施方案所描述的一種具體特征、結(jié)構(gòu)或特點被包括在至少一個實施方案中。短語“在一個實施方案中”在說明書中的各處的出現(xiàn)并不一定都指同一個實施方案。
示例性結(jié)構(gòu)圖1說明根據(jù)一個示例性實施方案的示例性系統(tǒng)(100)，其可以用于將顏料基噴墨墨水(160)施加到墨水接受介質(zhì)(170)上。如圖1中所示，該系統(tǒng)包括通過伺服機構(gòu)(120)可控地連接在可移動盒(140)上的計算裝置(110)，可移動盒(140)具有配置在其上的噴墨分布器(150)。材料儲蓄器(130)也連接在可移動盒(140)上，并因此連接在噴墨打印頭(150)上。多個輥(180)位于所配置的噴墨分布器(150)附近，以選擇性地定位墨水接受介質(zhì)(170)。盡管在將顏料基噴墨墨水(160)施加到墨水接受介質(zhì)(170)上的語境下描述本示例性系統(tǒng)(100)，但是本系統(tǒng)和方法可以用于用本發(fā)明的顏料基噴墨墨水標識任何物品。下面將更詳細地描述本示例性系統(tǒng)(100)的上述組件。
如圖1中所示，可控地連接到伺服機構(gòu)(120)上的計算裝置(110)控制顏料基噴墨墨水(160)在墨水接受介質(zhì)(170)上的選擇性定位。使用由計算裝置(110)所寄存的程序可以形成希望的圖像或文本的表達(representation)。然后該表達被轉(zhuǎn)換成為隨后存放在處理器可讀介質(zhì)(未示出)中的伺服指令。當被計算裝置(110)訪問時，存放在處理器可讀介質(zhì)中的指令可用于控制伺服機構(gòu)(120)以及可移動盒(140)和噴墨分布器(150)。圖1中所示的計算裝置(110)可以是但決不限于工作站、個人計算機、膝上電腦、個人數(shù)字助理(PDA)或其它任何含有處理器的裝置。
圖1中所示的本打印系統(tǒng)(100)的可移動盒(140)是可移動的材料分配器，其可以包括任何一種所配置的用于分配本顏料基噴墨墨水(160)的噴墨材料分配器(150)。可移動盒(140)可以由計算裝置(110)控制并且可以通過例如構(gòu)成伺服機構(gòu)(120)的軸系統(tǒng)、帶系統(tǒng)、鏈系統(tǒng)等可控地移動。當可移動盒(140)操作時，計算裝置(110)可以通知用戶操作條件并為用戶提供用戶界面。
當在墨水接受介質(zhì)(170)上打印圖像或文本時，計算裝置(110)可以可控地定位可移動盒(140)并指示一個或多個噴墨分布器(150)在墨水接受介質(zhì)上(170)的預定的位置上以數(shù)字尋址的墨滴來選擇性地分配顏料基噴墨墨水，從而形成希望的圖像或文本。本打印系統(tǒng)(100)所用的噴墨材料分配器(150)可以是配置用以實施本方法的任何類型的噴墨分配器，但決不限于熱驅(qū)動的噴墨分配器、機械驅(qū)動的噴墨分配器、靜電驅(qū)動的噴墨分配器、磁驅(qū)動的分配器、壓電驅(qū)動的分配器、連續(xù)噴墨分配器等。
與噴墨材料分配器(150)液體地連接的材料儲蓄器(130)存放著打印之前的本顏料基噴墨墨水(160)。該材料儲蓄器可以是任何一種所配置的用來密閉地封閉打印之前的顏料基噴墨墨水(160)的容器并且可以由包括但決不限于金屬、塑料、復合材料、陶瓷在內(nèi)的任何一種材料構(gòu)成。如圖1所示，材料儲蓄器(130)可以與噴墨材料分配器(150)分開，但是與其液體地相連?；蛘?，材料儲蓄器(130)可以直接與噴墨材料分配器(150)連通并形成其一部分。
圖1也示出了本系統(tǒng)的組件，其有助于顏料基噴墨墨水(160)在墨水接受介質(zhì)(170)上的接受。如圖1中所示，在打印操作過程中多個定位輥(180)可以輸送和/或在位置上確保墨水接受介質(zhì)(170)?；蛘?，像本領域中所公知的那樣，在打印操作期間帶、輥、襯底或其它輸送裝置中的任何一種都可以用于輸送和/或在位置上確保墨水接受介質(zhì)(170)。
貯存在材料儲蓄器(130)中并由噴墨材料分配器(150)分配的有色噴墨墨水的頻率響應可以與打印系統(tǒng)(100)生產(chǎn)能力成比例。在噴墨打印系統(tǒng)中，可以希望提供可顯示出高的頻率上限同時將功能頻率帶寬維持在較低范圍內(nèi)的墨水和體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本系統(tǒng)和方法組合使用一些組分以增大對于給定噴墨體系結(jié)構(gòu)和噴墨墨水組合的頻率響應的范圍，并提供長期穩(wěn)定的噴墨墨水。此外，本系統(tǒng)和方法還可提供具有高打印質(zhì)量如高光學密度、降低的洇滲、降低的誤向噴射等的噴墨墨水。另外，也可以使用在此公開的組合來擴展操作頻率帶寬。例如，通過增大可用于噴射特定噴墨墨水的頻率上限，可以增大墨水的頻率響應的有效范圍。因而，在一個示例性實施方案中，可以配置打印頭以12kHz～25kHz的噴射頻率來噴射噴墨墨水，或者在某些實施方案中甚至以15kHz～25kHz或18kHz～25kHz的噴射頻率來噴射噴墨墨水。雖然提供了高的頻率范圍，但是這些墨水也可以以3kHz～12kHz的頻率來噴射，這在很多目前市場上可獲得的墨水當中是普遍的。因此，這些噴墨墨水的頻率響應范圍可以相當寬，例如，3kHz～25kHz。這些噴射頻率可以以任何功能滴體積，盡管約1pL～20pL的滴體積在提供印刷速度與圖像質(zhì)量間的平衡方面可能是理想的。下面將詳細地描述顏料基噴墨墨水(160)的形成和組合物。
示例性組合物根據(jù)本系統(tǒng)和方法，用于在基底上打印圖像的系統(tǒng)可以包括噴墨墨水(160)和裝有該噴墨墨水的打印頭或其它材料分配器(150)。噴墨墨水可包括液體載體、0.1重量％～6重量％的非酸官能化的顏料固體和0.001重量％～6重量％的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。在更詳細的方面，液體載體可包括水和5重量％～35重量％的總有機溶劑含量，且苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物具有約400Mw～15000Mw的重均分子量。
在另一個示例性實施方案中，快速打印噴墨圖像的方法包括將噴墨墨水(160)以12kHz～25kHz的噴射頻率噴墨到墨水接受介質(zhì)(170)上。噴墨墨水(160)可以包括液體載體、0.1重量％～6重量％的非酸官能化的顏料固體和0.001重量％～6重量％的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。在這個實施方案中，液體載體可以包括水和5重量％～35重量％的總有機溶劑含量，并且苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物可以具有約400Mw～15000Mw的重均分子量。
在另外一個示例性實施方案中，噴墨墨水(160)組合物可以包括液體載體、0.1重量％～6重量％的非酸官能化的顏料固體和0.001重量％～6重量％的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。在更詳細的方面，液體載體可以包括水和5重量％～35重量％的總有機溶劑含量，并且苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物可以具有約400Mw～15,000Mw的重均分子量。
通常使用水性配方或液體載體來制備本系統(tǒng)和方法的噴墨墨水組合物，所述水性配方或液體載體可以包括水、助溶劑、表面活性劑、緩沖劑、殺生物劑、螯合劑、粘度改進劑、濕潤劑、粘合劑和/或其它已知添加劑。也可以存在固體，如顏料固體和其它聚合物固體。在本系統(tǒng)和方法的一個示例性方面，液體載體可以包括約70重量％～約99重量％的噴墨墨水組合物。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性系統(tǒng)和方法的實施方案，在這些噴墨墨水(160)中可以存在的成分包括非酸官能化的顏料固體、苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物、有機助溶劑(一種或多種)和水。任選地，也可以存在其它組分，包括但決不限于將在下面進一步討論的鹽、表面活性劑、殺生物劑、緩沖劑、粘度改進劑、螯合劑、穩(wěn)定劑、聚合物、UV可固化材料、增塑劑等。
非酸官能化的顏料非酸官能化的顏料可以是在噴墨技術領域中使用的任何一種色料。盡管可以使用任何一種色料，但是以示例性方式描述炭黑顏料以有利地闡明本系統(tǒng)和方法的一些原則。具體地，在這個示例性實施方案中，炭顏料可以用非酸性分散劑來官能化。通常以前體的形式來制備非酸性分散劑，然后將前體附著到顏料上以化學改性顏料的表面。例如，在一個示例性實施方案中，可以使用各種非酸性前體材料如帶有陽離子或混合離子官能團的芳族胺材料及其異構(gòu)體將分散劑附著到炭黑上。如本領域技術人員已知的那樣，也可將其它非酸性前體附著到炭黑上。
所述炭顏料可以幾乎是任何一種商業(yè)上可得到的、提供可接受的光學密度和打印特性的炭顏料。適合用于本系統(tǒng)和方法的炭顏料包括但決不限于炭黑、石墨、玻璃碳、木炭及它們的組合。在本系統(tǒng)和方法的一個方面，所述炭顏料是炭黑顏料。這樣的炭黑顏料可以通過各種已知的方法如通道法(channel method)、接觸法、爐法(furnacemethod)、乙炔法或熱法來生產(chǎn)，并且可以從諸如Cabot Corporation、Columbian Chemicals Company、Degussa AG和E.I.DuPont deNemours and Company這樣的廠商那里購得。適合的炭黑顏料包括但決不限于Cabot顏料，如MONARCH 1400、MONARCH 1300、MONARCH 1100、MONARCH 1000、MONARCH 900、MONARCH880、MONARCH 800、MONARCH 700；Columbian顏料，如RAVEN7000、RAVEN 5750、RAVEN 5250、RAVEN 5000和RAVEN 3500；Degussa顏料，如Color Black FW 200、RAVEN FW 2、RAVEN FW 2V、RAVEN FW 1、RAVEN FW 18、RAVEN S160、RAVEN FW S170、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4、PRINTEX U、PRINTEX 140U、PRINTEX V和PRINTEX 140V；以及可從Dupont得到的TIPURE R-101。
通常，本系統(tǒng)和方法的炭黑顏料的粒度可以為約5nm～約10μm，并且在一方面中可以為10～約500nm，盡管如果顏料可保持分散并且提供足夠的顏色性能話可以使用在此范圍之外的粒度。在本系統(tǒng)和方法的一個詳細的方面中，所述官能化的炭顏料包括約0.1重量％～約6重量％的噴墨墨水組合物。
雖然在上面相當詳細地描述了黑色顏料，但是本系統(tǒng)和方法以可以使用其它顏料色。
苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物除了可以在本系統(tǒng)和方法的噴墨墨水中存在的顏料固體外，還可以存在苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。一般可按照如下的式1來表示苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物 式1其中x可以為1至4，y可以為0至1的分數(shù)，且n可以為2至27。此外，R可以為任何一種官能團，其包括但決不限于烴和/或芳族胺、酰胺、酸、酯、醚等，以及它們的鹽。關于x，式1中所示的結(jié)構(gòu)并非旨在表示存在任何特定的位置次序，而僅僅表示當x為1時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約1∶1；當x為2時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約2∶1；當x為3時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約3∶1；當x為4時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約4∶1。通常，苯乙烯單元和馬來酰亞胺單元的位置可以是稍微隨機的。
如式1所示，苯乙烯-馬來酰亞胺樹脂是一族低分子量的苯乙烯與馬來酰亞胺的共聚物。各種樹脂可以具有各種各樣的化學結(jié)構(gòu)并可以表現(xiàn)出各種各樣的性能，包括但決不限于低酸當量值、進而影響它們的陽離子衍生物的溶液性質(zhì)的一系列胺官能性(或“胺指數(shù)”)、可接受的熱穩(wěn)定性和高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。苯乙烯馬來酰亞胺樹脂的其它性質(zhì)包括在酸水溶液中的固體濃度高時，粘性低。
如果R＝伯、仲或叔胺，可以用酸使苯乙烯馬來酰亞胺樹脂質(zhì)子化以形成酸鹽。例如，下面的式2表示用硝酸轉(zhuǎn)化而形成三烷基銨硝酸鹽的苯乙烯二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺共聚物。(可用乙酸等形成三烷基銨羧酸鹽。)另一個例子在下面的式3中說明，式3表示苯乙烯二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺共聚物衍生物，它們是通過烷基鹵(如甲基氯或芐基氯)的加成而形成的四烷基銨鹵化物鹽的季鹽。
根據(jù)一個示例性實施方案，苯乙烯-二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺的硝酸鹽(其中R＝二甲基氨基丙基胺，一種叔胺)可以用于本系統(tǒng)和方法，如下面的式2所示 式2如式2所示，樹脂中的苯乙烯與二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺的摩爾比是約1∶1，并且有n個重復單元(無特定次序)。各種其它陰離子可以替代硝酸根離子以提供另外的理想的噴墨性能?？梢蕴娲牧硗獾年庪x子包括但決不限于溴離子、碘離子、氟離子、硝酸根、醋酸根、苯甲酸根、檸檬酸根、硫酸根等。
根據(jù)另一個示例性實施方案，本系統(tǒng)和方法可以利用的苯乙烯-二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺共聚物的季鹽示于下面的式3中。
式3如式3所示，樹脂中的苯乙烯與二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺的摩爾比是約1∶1，并且有n個重復單元(無特定次序)。此外，式3表示呈酰亞胺形式的季鹽衍生物形式的共聚物的組成。各種其它陰離子可以替代氯離子以提供另外的理想的噴墨性能?？梢蕴娲牧硗獾年庪x子包括但決不限于溴離子、碘離子、氟離子等。
根據(jù)本系統(tǒng)和方法的實施方案，合乎式1、2和3的成分的使用可以提供理想的噴墨墨水性能。根據(jù)一個示例性實施方案，苯乙烯-馬來酰亞胺或其衍生物和/或鹽可以以0.001重量％～6重量％的量存在于噴墨墨水中，但是此范圍并不是限定性的。此外，根據(jù)苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比，并根據(jù)在式1中描述的重復單元的數(shù)，可以使用的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物的重均分子量可以為400Mw～15,000Mw。
苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物的另一種有用形式是苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物的苯乙烯-馬來酰胺酸形式。一般可按照如下的式4來表示此形式 式4其中x可以為1至4，y可以為0至1的分數(shù)，且n可以為2至27。此外，R可以為任何一種官能團，其包括但決不限于烴和/或芳族胺、酰胺、酸、酯、醚等，以及它們的鹽。關于x，式4中所示的結(jié)構(gòu)并非旨在表示存在任何特定的位置次序，而僅僅表示當x為1時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約1∶1；當x為2時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約2∶1；當x為3時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約3∶1；當x為4時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約4∶1。通常，苯乙烯單元和馬來酰亞胺單元的位置可以是稍微隨機的。
在式4所示的聚合物中的n個單元中的每個單元之中的亞單元可以不同。例如，當x為1時，每個單元含有一個苯乙烯亞單元和0～1個馬來酰胺酸亞單元，這樣對于聚合物中的全部n個單元，該平均摩爾比為1∶y，其中y可以包括從0至1的分數(shù)。關于x，式4中所示的結(jié)構(gòu)并非旨在表示存在任何特定的位置次序，而僅僅表示當x為1時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約1∶y；當x為2時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約2∶y；當x為3時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約3∶y；當x為4時，樹脂中的苯乙烯與馬來酰亞胺的摩爾比為約4∶y其中y可以包括從0至1的分數(shù)。通常，苯乙烯單元和馬來酰亞胺單元的位置可以是稍微隨機的。
如式4所示，馬來酰胺酸形式的苯乙烯酰亞胺聚合物包括一族苯乙烯與馬來酰胺酸的低分子量共聚物。各種樹脂可具有多種化學結(jié)構(gòu)并且可顯示出多種性能，所述性能包括但決不限于低到中的酸當量、聚合物表面活性劑性能、與多種多樣的配方成分的優(yōu)良相容性和增加的溶劑溶解度。
其鹽形式，例如參見下面的式5，苯乙烯馬來酰胺酸形式的聚合物的鹽可以是但不限于例如，銨鹽、鋰鹽、鉀鹽等。在這樣的實施方案中，馬來酰胺酸單元可以均包括一種陽離子反離子(如式5中所例證)，并且在該馬來酰胺酸單元上的R基團也可以包括反離子(例如，在上面R＝二甲基氨基丙基胺馬來酰亞胺的情況下，如式2中所示；如式2中所示對于每個R基團可以存在一種陰離子反離子)。
式5盡管明確地描述了以上例子類型的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物，但是也可以使用適用于本系統(tǒng)和方法的實施方案的其它類型的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。另外，在這里和所附的權(quán)利要求中，當提及苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物時，都應理解共聚物的酰亞胺形式、共聚物的酸形式和它們的鹽形式以及聚合物的季鹽形式及其任何衍生物也被包括在此定義之內(nèi)。苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物是呈酸形式、酰亞胺形式還是呈季鹽形式等可能，例如，取決于反應性有機物質(zhì)(例如，有機鹵化物)、酸、堿和鹽的存在以及包含該共聚物的系統(tǒng)的pH。在噴墨墨水組合物中包含苯乙烯-馬來酰亞胺的一些目的是，提供良好的黑色至彩色洇滲控制，提供改善的光學密度(OD)，并有助于穩(wěn)定分散體中的顏料，從而改善噴墨打印頭的可靠性。
液體載體組分如前所述，可以使用液體載體來承載所述顏料固體和苯乙烯-馬來酰亞胺以及可能存在于本示例性系統(tǒng)和方法的噴墨墨水組合物中的其它固體。更具體地，所述液體載體可以包括水和5重量％～35重量％的總有機溶劑含量，以及其它任選的液體組分。
至于總有機助溶劑含量，用于本系統(tǒng)和方法的助溶劑包括但決不限于脂族醇、芳族醇、二醇、二醇醚、聚(二醇)醚、內(nèi)酰胺、甲酰胺、乙酰胺、長鏈醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇類，三甘醇類，丙三醇、二丙二醇類，二醇丁基醚、聚乙二醇類、聚丙二醇類、酰胺、醚、羧酸、酯、有機硫化物、有機亞砜、砜、醇衍生物、卡必醇、丁基卡必醇、溶纖劑、醚衍生物、氨基醇、和/或酮。例如，助溶劑可以包括但決不限于30個或30個以下碳的伯脂族醇、30個或30個以下碳的伯芳族醇、30個或30個以下碳的仲脂族醇、30個或30個以下碳的仲芳族醇、30個或30個以下碳的1，2-二醇、30個或30個以下碳的1，3-二醇、30個或30個以下碳的1，5-二醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚(乙二醇)烷基醚、聚(乙二醇)烷基醚的高級同系物、內(nèi)酰胺、取代的甲酰胺、未取代的甲酰胺、取代的乙酰胺和未取代的乙酰胺。
可以用于本系統(tǒng)和方法的實踐的助溶劑的具體例子包括但決不限于1，5-戊二醇、2-吡咯烷酮、丙二醇正丁基醚、乙氧基化(26)甘油、乙氧基化(7)甘油、2-甲基-2，4-戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-羥基甲基-1，3-丙二醇、二甘醇、3-甲氧基丁醇和1，3-二甲基-2-咪唑烷酮?？梢蕴砑又軇┮越档湍械乃恼舭l(fā)速率從而減少堵塞或墨水的其它性質(zhì)如粘度、pH、表面張力、光學密度和打印質(zhì)量。
也可以包括其它添加劑，如銨鹽和其它鹽，例如在一個實施方案中為0.1重量％～4重量％。這樣的鹽的例子包括醋酸銨、硫酸銨、苯甲酸銨、醋酸鉀、醋酸鈉、二甲苯磺酸鈉、酒石酸鉀、酒石酸鈉、酒石酸鋰。如果使用的話，銨鹽的存在可改善邊緣銳度并減少打印圖像的洇滲。銨鹽可優(yōu)選用于在一些現(xiàn)有打印介質(zhì)上獲得可接受的耐水度。
在本發(fā)明的組合物中也可以任選地使用各種緩沖劑。典型的緩沖劑包括像堿金屬的氫氧化物和胺這樣的pH控制溶液，如氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀；檸檬酸、硝酸、鹽酸、乙酸、硫酸；胺，如三乙醇胺、二乙醇胺和二甲基乙醇胺；及其它堿性或酸性組分。如果使用的話，緩沖劑通常為噴墨墨水組合物的約10重量％以下。
在本系統(tǒng)和方法的另一個示例性方面，可以使用各種殺生物劑以抑制不希望有的微生物的生長。適合的殺生物劑的幾個例子包括但決不限于苯甲酸鹽、山梨酸鹽、諸如NUOSEPT(Nudex，Inc.，Huls America分部)、UCARCIDE(Union Carbide)、VANCIDE (RT Vanderbilt Co.)和PROXEL(ICI Americas)這樣的商品和其它已知的殺生物劑。通常，這樣的殺生物劑為噴墨墨水組合物的約5重量％以下并且常常約為噴墨墨水組合物的0.05重量％～約2重量％。
在本系統(tǒng)和方法的另一方面，可以包括用于將色料牢牢地固定在基底上的粘合劑。除了前面描述的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物外，可以添加這些粘合劑。適用于本系統(tǒng)和方法的粘合劑通常具有約100～約50,000g/mol的分子量。非限制性例子包括聚酯、聚酯-黑素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇類及其醚、聚亞砜、聚酰胺、聚乙烯醚類、聚環(huán)氧乙烷、苯乙烯-丙烯酰亞胺共聚物及其鹽、二甲基氨基二乙基丙烯酸酯類、二烷基氨基乙基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯與苯乙烯或乙烯基醚的共聚物、苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物及其鹽、苯乙烯-馬來酰胺酸-丙烯酸烷基酯共聚物及其鹽、乙烯基萘與丙烯酰亞胺或丙烯酰胺的共聚物及其鹽、乙烯基萘-馬來酰亞胺共聚物及其鹽、乙烯基萘-馬來酰胺酸共聚物及其鹽。如果粘合劑為微粒分散的形式，就不將其看成是液體載體的一部分，而將其看成是由液體載體所承載的。
在本系統(tǒng)和方法的一個示例性方面中，噴墨墨水組合物基本上不含表面活性劑。但是，可以使用這樣的組分并且可以包括標準的水溶性表面活性劑，如烷基聚環(huán)氧乙烷、烷基苯基聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧乙烷(PEO)嵌段共聚物、乙炔類PEO、PEO酯、PEO胺、PEO酰胺和二甲基聚硅氧烷共聚醇。如果使用的話，表面活性劑的量可以為噴墨墨水組合物的0.001重量％～10重量％，并且在一個示例性實施方案中，其量可以為0.001重量％～0.1重量％。
實施例下列實施例闡明目前最著名的系統(tǒng)和方法的實施方案。但是，應理解，下列實施例僅僅是對本系統(tǒng)和方法的原理的例證性和說明性的應用。在不背離本系統(tǒng)和方法的精神和范圍的情況下，本領域的技術人員可以作出許多修改和可選擇性的組合物、方法和系統(tǒng)。所附權(quán)利要求旨在涵蓋這樣的修改和配置。因此，雖然上面已經(jīng)具體描述了本系統(tǒng)和方法，但是下列實施例提供關于目前認為是本系統(tǒng)和方法的最實用且優(yōu)選的實施方案的進一步的細節(jié)。
實施例1使用在表1中所示的范圍內(nèi)的組分制備本系統(tǒng)和方法的黑色噴墨墨水。將所述組分混合以形成pH約為4的黑色墨水。
表1

可以使用氫氧化鋁、硝酸或許多其它酸或堿將pH調(diào)至約為4.0，如由于在表1中所列的范圍內(nèi)的組成差異而需要時。根據(jù)表1中所示的示例性配方，總有機溶劑含量可以為10重量％～25重量％。另外，一種或多種總固體含量(重量％)為2重量％～6w％的非酸官能化的顏料可以存在于所示的例子中。例如，兩種不同的非酸官能化的顏料可以按1∶3～3∶1的重量比來混配。
在相同的記錄筆/打印機/介質(zhì)系統(tǒng)中測試表1中所列的配方變化的頻率響應和錯誤指向的噴射。所用的筆為HP C6656A，所用的紙為Hewlett-Packard Plain Paper，所用的打印機為HP Photosmart 7000系列。在制備了各種用于測試的墨水后，進行一頁打印診斷，以鑒別打印屬性。選擇所使用的診斷，以突出噴嘴在整個噴射頻率范圍的性能(通過量)并確定印刷質(zhì)量。具體地，在3.0kHz～19.8kHz的范圍噴射所制備的每一種墨水。設計頻率響應診斷，以按直線打印一系列噴射點。通過觀察相鄰點行的重疊來看出從希望的直線性的偏離。這種重疊導致通常稱為條帶或條紋的深和淡的線。按照表1范圍制備的墨水的性能通常是可接受的。此外，使用按照表1制備的墨水可獲得可接受的洇滲和改善的邊緣銳度以及其它打印質(zhì)量特性。
總之，用于制備和噴射具有改善的打印質(zhì)量和可靠性的顏料基噴墨墨水的系統(tǒng)和方法包括混合一種液體載體、非酸官能化的顏料固體和一種苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。包括苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物與非酸官能化的顏料固體改善了用噴墨墨水形成的圖像的邊緣銳度和光學密度、光澤、黑色至彩色洇滲控制、墨水在基底上的干燥時間、對基底的粘附、墨水微滴定位偏差的不足、全部點的存在、墨水干后對水和其它溶劑的耐性、長期貯存穩(wěn)定性以及無記錄筆材料降解或噴嘴堵塞的長期可靠性。
給出以上說明只是為了闡明和描述本系統(tǒng)和方法的示例性實施方案。并不想窮舉或?qū)⒈鞠到y(tǒng)和方法限定于所公開的任何一種特定形式。按照以上教導，可以作很多修改和變化。意圖是由下列權(quán)利要求定義所述系統(tǒng)和方法的范圍。
權(quán)利要求
1.一種墨水(160)，包括一種可噴載體；分散在所述可噴載體中的多種顏料固體；和分散在所述可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物及其任何衍生物或鹽。
2.權(quán)利要求1的墨水(160)，其中所述可噴載體包括5重量％～35重量％的總有機溶劑含量。
3.權(quán)利要求1的墨水(160)，其中所述分散的顏料固體包括非酸官能化的顏料固體。
4.權(quán)利要求3的墨水(160)，其中所述非酸官能化的顏料固體包括0.1重量％～6重量％的所述墨水(160)。
5.權(quán)利要求3的墨水(160)，其中所述非酸官能化的顏料固體具有約5nm～約10μm的平均粒度。
6.權(quán)利要求3的墨水(160)，其中所述非酸官能化的分散顏料固體是通過非酸前體形成的；所述非酸前體包括帶有陽離子或混合離子官能團的芳族胺材料或芳族胺材料的異構(gòu)體中的一種。
7.權(quán)利要求1的墨水(160)，其中所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物包括0.001重量％～6重量％的所述墨水(160)。
8.權(quán)利要求7的墨水(160)，其中所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物具有約400Mw～15,000Mw的重均分子量。
9.權(quán)利要求7的墨水(160)，其中配置所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物以增強所述墨水(160)的長期貯存穩(wěn)定性。
10.權(quán)利要求9的墨水(160)，其中進一步配置所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物以減少筆材料降解和噴嘴堵塞。
11.權(quán)利要求7的墨水(160)，其中所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物包括鹽、季鹽或苯乙烯-馬來酰胺酸中的一種。
12.權(quán)利要求1的墨水(160)，還包括一種配置以與所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物形成鹽的陰離子。
13.權(quán)利要求12的墨水(160)，其中所述陰離子包括硝酸根離子、溴離子、碘離子、氟離子、醋酸根離子或硫酸根離子中的一種。
14.權(quán)利要求1的墨水(160)，還包括配置在所述可噴載體中的銨鹽。
15.權(quán)利要求1的墨水(160)，還包括緩沖劑、殺生物劑、粘合劑或表面活性劑中的至少一種。
16.權(quán)利要求1的墨水(160)，其中所述墨水(160)以約12kHz～25kHz的噴射頻率是可靠地可噴射的。
17.權(quán)利要求1的墨水(160)，其中所述墨水(160)以約1pL～20pL的滴體積是可靠地可噴射的。
18.一種墨水(160)，包括一種可噴載體，所述載體包括水和5重量％～35重量％的總有機溶劑含量；分散在所述可噴載體中的多種非酸官能化的顏料固體，所述非酸官能化的顏料固體包含0.1重量％～6重量％的所述墨水(160)；和分散在包含0.001重量％～6重量％所述墨水(160)的所述可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物，所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物具有約400Mw～15,000Mw的重均分子量；其中配置所述苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物以提高所述墨水(160)的可用保存期。
19.一種打印圖像的系統(tǒng)，包括一種可噴墨水(160)；和裝有所述可噴墨水(160)的打印頭(150)；其中所述可噴墨水(160)包括一種可噴載體，所述載體包括水；分散在所述可噴載體中的多種非酸官能化的顏料固體；和分散在所述可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。
20.一種快速打印噴墨圖像的方法，包括使噴墨墨水(160)以12kHz～25kHz的噴射頻率發(fā)生噴墨；所述噴墨墨水(160)包括一種可噴載體，分散在所述可噴載體中的多種非酸官能化的顏料固體；和分散在所述可噴載體中的苯乙烯-馬來酰亞胺共聚物。
全文摘要
一種墨水(160)，其包括一種可噴載體、分散在該可噴載體中的多種顏料固體和分散在該可噴載體中的苯乙烯－馬來酰亞胺共聚物。此外，一種快速打印噴墨圖像的方法，該方法包括將噴墨墨水(160)以12kHz～25kHz的噴射頻率噴墨到介質(zhì)基底上，其中噴墨墨水(160)包括一種可噴載體、分散在該可噴載體中的多種顏料固體和分散在該可噴載體中的苯乙烯－馬來酰亞胺共聚物。
文檔編號C09D11/00GK101018832SQ200580030926
公開日2007年8月15日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者M·麥戈林, Z·雷曼, P·泰雷爾, M·E·奧斯丁 申請人:惠普開發(fā)有限公司