專利名稱：連續(xù)噴墨油墨組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于連續(xù)噴墨打印的水性顏料型油墨組合物和水通過蒸發(fā)損失后對其進行補充的方法。顏料型噴墨油墨組合物在擴展的打印機操作期間提供特別穩(wěn)定且不變的流體特性。
背景技術：
連續(xù)噴墨打印提供從單個打印頭噴嘴板的噴孔產生墨滴的最快裝置，因此由于其以最高的可行速度和高圖像質量進行打印的能力而具有價值。向噴孔供應油墨的打印頭噴嘴板的油墨通道保持高液體壓力以便不斷地推動油墨流通過噴孔，并應用激發(fā)裝置以從噴射的油墨流中產生一個或更多個均勻的墨滴群。按需滴墨的噴墨打印頭的油墨通道的非承壓式重新裝填的時間間隔可縮短，并且墨滴的發(fā)射頻率和打印速度可升高。然而，連續(xù)噴墨打印需要截取不斷產生的不希望到達打印基底表面的墨滴的裝置。在現有的商業(yè)應用中，使用所噴射的單模態(tài)的大小一致的墨滴的靜電放電來使得能夠通過極化電極實現逐滴靜電電荷偏轉，將不打印墨滴送至排放槽表面并送入真空下的捕捉器循環(huán)線路中，例如，如 Herron的美國專利4，636，808和Schneider的美國專利5，801，734中所描述。循環(huán)線路將噴射但不打印的油墨再循環(huán)至液體管理設備中的中央油墨供應儲液池，以便在壓力下泵回打印頭而重新使用。最近，已出現使用空氣沖擊來管理雙模態(tài)或多模態(tài)墨滴群的偏轉策略，這在例如Jeanmaire等人的美國專利6，588，888和6，863，385中有所描述。較小的不打印墨滴可被掃入排放槽，然后進入油墨捕捉器中，并且最終通過循環(huán)線路再循環(huán)，而質量較大的大打印墨滴在很大程度上保持其初始軌跡。然后質量較大的大打印墨滴沖擊待打印基底，產生數碼控制的標記印。靜電偏轉工藝的材料兼容性事先限制了連續(xù)噴墨油墨組合物的范圍。具有少許其他功能性成分的離子染料著色劑的簡單水溶液效果最好。具有聚合物粘合劑的顏料型油墨系統(tǒng)在消費者和辦公室噴墨打印系統(tǒng)中的普遍使用突顯出改進連續(xù)噴墨應用中的打印性能、耐久性和耐水色牢度的需求。但是由于材料由氣溶膠沉積物構成、污垢性油墨沉淀物的差的再溶解性或可再分散性、電荷引線的電力短路或甚至是含有膠狀材料的高度帶電的墨滴的物理不穩(wěn)定性，油墨中作為粘合劑或帶有分散劑的顏料型著色劑存在的離子聚合物可能導致運行時間問題。如Jeanmaire等人的美國專利6，682，182中所公開的，促使高頻液流粉碎為雙模態(tài)墨滴群的MEMS硅基噴嘴板裝置的開發(fā)完善了偏轉非打印墨滴的空氣沖擊策略，并且其拓寬了形成水性連續(xù)噴墨墨滴的兼容材料的界限。遺憾的是，為油墨而優(yōu)化的基于簡單水性離子染料溶液的其他連續(xù)噴墨打印機子系統(tǒng)遇到了與這些基于顏料型著色劑的更復雜液體相關的困難特別是，液體輸送系統(tǒng)。連續(xù)噴墨打印機液體輸送系統(tǒng)含有供給油墨高壓力的主油墨供應儲液池，低脈動泵送系統(tǒng)將油墨引入打印頭，打印頭接收真空下從打印頭偏轉系統(tǒng)、排放槽和捕捉系統(tǒng)返回的任何未打印油墨。噴射并返回的油墨受到載體的蒸發(fā)，因此該液體輸送系統(tǒng)含有補充液的供應儲液池，以恢復油墨的溶劑水平。如果油墨變得太濃，粘度改變可影響精確的墨滴控制過程，并且打印的圖像質量也會改變，產生視覺密度和色度偏差。當打印中使用的油墨或準備打印的空置狀態(tài)中延長的油墨循環(huán)引起的溶劑蒸發(fā)降低了油墨儲液池液體水平 (液面)時，有機會通過向油墨儲液池供應油墨載體補充液或更新鮮的油墨來調節(jié)已使用油墨濃度水平。為了確定所循環(huán)油墨的濃度狀態(tài)，已經嘗試了多種在線分析方法，但是油墨供應水性油墨的液體離子導電性(或其倒數即液體電阻率)的量化已被證實最有效?；谌玖系乃杂湍幸苿拥挠袡C離子著色劑，校準的內嵌電池可測量液體支持電荷運輸的能力，該能力與著色劑的濃度成正比。濃縮的染料油墨將顯示出增大的導電性(和減小的電阻率)，并且液體輸送系統(tǒng)控制器可被編程以在該情況下用溶劑補充液準確地恢復油墨儲液池的液體水平，例如，如美國專利3，761，953、美國專利5，526，026和歐洲專利0597628 中所描述。顏料型噴墨油墨通常也可含有有機離子材料，但是其物理化學特性極為不同。典型地，該離子材料源于堿中和的聚合物分散劑或聚合物粘合劑。液體的離子強度可能減小， 并且用于電荷運輸的化學物質的離子遷移率更低。凈結果是液體的離子導電性大大減小， 并且液體的電阻率大大升高。顏料型油墨存在第二個循環(huán)問題。在噴射后，被偏轉的、被排放的和被捕捉的油墨在返回過程中與空氣乳化，并且油墨可能吸收二氧化碳。二氧化碳形成碳酸，碳酸通過質子化可用的堿而降低堿性油墨的PH值。這樣一來，可產生額外的離子種類，即使著色劑的強度可能未改變也降低所用油墨的電阻率。因此，會使補充循環(huán)失敗，導致循環(huán)油墨濃度的較差控制性。甚至濃縮的連續(xù)噴墨顏料型油墨的降低的離子導電性使補充液中的碳酸或微量離子化成分對其著色劑電阻率比的偶發(fā)性擾亂的危險性加大。此外，吸收二氧化碳引起的 PH降低是分散的顏料著色劑穩(wěn)定性的潛在問題。類別廣泛的苯乙烯-丙烯酸共聚物在噴墨油墨中非常有用，該有機聚合物由于丙烯酸部分的羧酸官能團的離子化而溶解。由于聚合物構形和羧酸基的溶解狀態(tài)的影響，其堿度可能顯著高于可能建議的水中簡單型脂肪族羧酸鹽。油墨PH值的適度減少可引起顏料顆粒的膠體不穩(wěn)定性和聚合，導致保護打印頭噴嘴不被太大顆粒塞住的內嵌液體過濾器堵塞。類似的考慮適用于自分散顏料，此類顏料被氧化，產生增溶的表面結合的羧酸鹽。Inoue等人的美國專利7，370，952中公開了一種有機 PH緩沖液，其穩(wěn)定包含用于在儲存期間保持恒定特性的表面處理顏料的按需滴墨的噴墨油墨，該緩沖液選自Good緩沖液并使用氨基丙二醇衍生物；該文獻沒有提出連續(xù)噴墨油墨循環(huán)中油墨的導電性要求。Fujioka等人的美國專利5，830，264公開了含有染料著色劑和以 2-氨基-1，3-丙二醇衍生物作為有機弱堿的油墨，其pH值范圍為8至10 ；該文獻未公開油墨循環(huán)，并且未教導添加相對強的質子酸以制備該有機弱胺堿的共軛酸。因而，為了促進準確的液體系統(tǒng)補充并且同時保護膠狀分散的顏料不受潛在失穩(wěn) PH值漂移的影響，存在以與其獨有的材料特性兼容的方式改進顏料型連續(xù)噴墨油墨的化學組成的需要。

發(fā)明內容
更一致的液體特性控制的需求通過用于連續(xù)噴墨打印的水性噴墨油墨組合物來滿足，該組合物包括分散的顏料顆粒；有機胺的酸性鹽；以及額外的游離有機胺；其中有機胺的酸性鹽和額外的游離有機胺以一定濃度和相對比例存在，以提供大于8的緩沖pH值和在25°C下小于500ohm-cm(歐姆-厘米)的電阻率，有機胺的當量與用以形成有機胺的酸性鹽的酸當量的比率大于1.1 1.0。還提供一種在連續(xù)噴墨打印機中補充油墨的方法，其包括感測連續(xù)噴墨打印機的主油墨供應體中的或從該主油墨供應體獲得的油墨的電阻率；和根據主油墨供應體中油墨的所感測電阻率，用來自補足性油墨供應體的油墨和來自補充載體液供應體的載體液補充噴墨打印機的主油墨供應體中的油墨；其中主油墨供應體和補足性油墨供應體中的油墨包括根據本發(fā)明所述的油墨。此外，提供一種連續(xù)噴墨打印的方法，其包括A)向連續(xù)噴墨打印機的主液體供應體中供應水性液體組合物，該水性液體組合物包括有機胺的酸性鹽；和額外的游離有機胺；其中有機胺的酸性鹽和額外的游離有機胺以一定濃度和相對比例存在，以提供大于8的緩沖pH值和在25°C下小于500ohm-cm的電阻率，有機胺的當量與用以形成有機胺的酸性鹽的酸的當量的比率大于1.1 1.0；B)從墨滴生成器機構噴射液體組合物的墨滴的連續(xù)流；和C)響應于從控制機構接收的電信號，在用于記錄基底的打印液滴和非打印液滴之間選擇，所述非打印液滴被收集、返回到主液體供應體并根據主液體供應體中的液體組合物的電阻率進行補充。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供許多有益方面。本發(fā)明提供顏料基(pigment-based)油墨組合物，以及保持優(yōu)良液體特性穩(wěn)定性的補充和打印方法，液體特性穩(wěn)定性對于控制墨滴形成和在打印基底上呈現均勻的圖像光密度和色度是重要的。
具體實施例方式本發(fā)明涉及使用循環(huán)自主油墨供應儲液池的導電水性顏料型油墨并使用具有液體輸送系統(tǒng)的打印機進行的連續(xù)噴墨打印，該液體輸送系統(tǒng)能夠測量油墨的導電性并提供所需數量的補充液或新鮮油墨以保持期望的循環(huán)油墨濃度?？赏ㄟ^在浸入液體中的兩個電極之間施加電壓V來測量液體的電導率。如果避免了干擾過程如溶液電解或電極污垢，則由歐姆定律得出V = IR其中I是以安培為單位表示的電流，比例常數R是以歐姆為單位的電阻，并且電壓 V以伏特為單位。材料的電阻與其長度L成正比，與其橫截面積A成反比，并具有比例常數 P，其為材料的電阻率R =—
A以ohm-m(歐姆-米)為單位表示的電阻率與以S. I.單位Siemens/m(西門子/ 米)表示的電導率κ成反比
權利要求
1.一種用于連續(xù)噴墨打印的水性噴墨油墨組合物，其包括 分散的顏料顆粒；有機胺的酸性鹽；和額外的游離有機胺；其中所述有機胺的酸性鹽和所述額外的游離有機胺以一定濃度和相對比例存在，以提供大于8的緩沖pH值和在25°C下小于500ohm-cm的電阻率，有機胺的當量與用以形成所述有機胺的酸性鹽的酸的當量的比率大于1.1 1.0。
2.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述有機胺的酸性鹽具有至少7.5的pKa0
3.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述有機胺的酸性鹽具有8.5至9. 0 的 pKa。
4.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述緩沖PH值在8和10之間。
5.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述緩沖PH值在8.5和9. 0之間。
6.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述有機胺的酸性鹽和所述有機胺包括一種或多種鏈烷醇胺。
7.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中用以形成所述有機胺的酸性鹽的酸具有小于6. 5的pKa，并且所述酸的pKa比所形成的所述有機胺的酸性鹽的pKa至少低2個單位。
8.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中用以形成所述有機胺鹽的酸包括羧酸基。
9.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述顏料包括炭黑。
10.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述顏料包括青色、洋紅色或黃色的顏料。
11.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述顏料用聚合物分散劑分散。
12.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述有機胺的當量與用以形成所述有機胺的酸性鹽的酸的當量的比率是1.3 1.0至3.0 1.0。
13.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其進一步包括水溶性陰離子染料。
14.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述電阻率小于300ohm-Cm。
15.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述電阻率在200和300ohm-Cm之間。
16.根據權利要求1所述的噴墨油墨組合物，其中所述有機胺的酸性鹽和所述有機胺包括一種或多種叔鏈烷醇胺。
17.—種在連續(xù)噴墨打印機中補充油墨的方法，其包括感測所述連續(xù)噴墨打印機的主油墨供應體中的或從該主油墨供應體獲得的油墨的電阻率；和根據所感測的油墨電阻率，用來自補足性油墨供應體的油墨和來自補充載體液供應體的載體液補充所述噴墨打印機的所述主油墨供應體中的油墨；其中所述主油墨供應體和所述補足性油墨供應體中的所述油墨包括根據權利要求1 所述的油墨。
18.—種連續(xù)噴墨打印的方法，其包括A)向連續(xù)噴墨打印機的主液體供應體中供應水性液體組合物，所述水性液體組合物包括有機胺的酸性鹽；和額外的游離有機胺；其中所述有機胺的酸性鹽和所述額外的游離有機胺以一定濃度和相對比例存在，以提供大于8的緩沖pH值和在25°C下小于500ohm-cm的電阻率，所述有機胺的當量與用以形成所述有機胺的酸性鹽的酸的當量的比率大于1.1 1.0；B)從墨滴生成器機構噴射所述液體組合物的墨滴的連續(xù)流；和C)響應于從控制機構接收的電信號，在用于記錄基底的打印液滴和非打印液滴之間選擇，所述非打印液滴被收集、返回到所述主液體供應體并根據所述主液體供應體中的所述液體組合物的電阻率進行補充。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述水性液體組合物為進一步包括分散的顏料顆粒的噴墨油墨組合物。
20.根據權利要求18所述的方法，其中所述水性液體組合物進一步包括有機溶液聚合物，所述有機溶液聚合物適于提供在所述基底的有色油墨打印部分或未打印部分上的保護性涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用具有液體輸送系統(tǒng)的打印機進行從主油墨供應儲液池循環(huán)的水性顏料型油墨組合物的連續(xù)噴墨打印，該液體輸送系統(tǒng)能夠測量油墨的電阻率，并提供所需數量的載體補充液或新鮮油墨以保持期望的循環(huán)油墨濃度?？赏ㄟ^添加酸的有機胺鹽來有利地改變顏料型油墨的電阻率以穩(wěn)定油墨循環(huán)，并且同時可通過額外地包含與所述胺鹽摩爾比例相似的有機胺的中性形式來改進所述油墨的pH值穩(wěn)定性。所述顏料型噴墨油墨組合物在擴展的打印機操作和油墨再循環(huán)期間提供特別穩(wěn)定且不變的流體特性。
文檔編號B41J2/00GK102449081SQ201080023592
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權日2009年5月29日
發(fā)明者A·F·蘇文斯基, H-L·姚, J·D·庫莫, J·D·麥克坎, M·L·馬達拉斯, W·L·庫克 申請人:伊斯曼柯達公司