專利名稱：包含顏料細分散體的噴墨油墨的均化方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及在打印機如Hewlett-Packard’s DeskJet打印機，大格式(large format)打印機，壓電打印機，噴微泡(bubble-jet)打印機和織物打印機中用于非擊打噴墨打印的顏料基油墨組合物。
包括加熱噴墨打印，噴微泡打印，壓電打印，以及其它打印方式(在此統(tǒng)稱為噴墨)，用于非擊打式打印的油墨通常包含著色劑和連結(jié)料，所述連結(jié)料經(jīng)常包含水和其它相對低表面張力的液體。著色劑通常是染料或顏料。
顏料基油墨能提供許多優(yōu)于染料基油墨的、所希望的性能，即耐水牢度，耐光性，耐久性等。然而，由于水不溶性顏料的穩(wěn)定性問題，顏料聚集的傾向，著色劑的沉淀或沉積，以及非常短的分散壽命，因此，顏料基噴墨油墨的制備還沒有廣泛地工業(yè)化。與顏料基油墨有關的另一個問題是，有堵塞打印機另部件如噴嘴的傾向。
噴嘴緊密的公差(通常為50微米直徑)需要油墨不含相對較大的往往會堵塞噴嘴的顆粒，這些顆粒將大大地對碳黑加色的油墨產(chǎn)生負面影響。研究表明，噴嘴的問題是，包含甚至很少量粒徑在約0.5至約2微米范圍內(nèi)的顆粒的油墨的一個潛在的問題。
據(jù)信，在油墨中甚至ppm量過大的顏料顆粒也會在噴嘴區(qū)域沉淀出來。先燃燒該作業(yè)區(qū)，然后沉淀物轉(zhuǎn)化成硬物質(zhì)，后者不能通過保養(yǎng)或擦試而除去。如上所述，有證據(jù)指出，這些顆粒的大小在0.5-2微米。理論上講，0.3微米的過濾處理應能除去這些顆粒。然而，微米級的過濾介質(zhì)可能是騙人的；過濾器的效率通常約98％，因此，如此低濃度的、大于0.3微米的顆粒確實會通過過濾器，并最終在噴嘴區(qū)域沉淀出來。傳統(tǒng)工業(yè)上一直依靠如下的一些技術(shù)，如過濾，微觀流化器，和高剪切混合器來減輕這個問題；不幸的是，在制備期間利用這些技術(shù)的結(jié)果是，產(chǎn)生了勉強夠格的或中等程度的成功。
此外，ppm含量的大顆粒的量很難用常規(guī)的測量顆粒大小的技術(shù)如mecrotrec或nicomp儀來測量。因此，擁有一種能容易地測量所存在的大顆粒量并涉及油墨性能這方面信息的方法將是有益的。
因此，在進一步的開發(fā)采用顏料的油墨配方中，已克服了涉及聚集、噴嘴堵塞以及存在大顆粒的問題，另外還提供了一種方法，該方法能證明這些顆粒沒有以足以產(chǎn)生這些問題的量存在于油墨中。
根據(jù)本發(fā)明，提供了用于噴墨打印的顏料基油墨，其中，通過使用能有效均化油墨的高壓閥處理而改善該油墨。所述的這種處理由于生產(chǎn)出了不含往往會堵塞噴嘴、在油墨容器中沉淀并沉積出來的大顆粒或聚集顆粒的加色油墨，因此增強了打印性能。此外，通過生產(chǎn)出粒徑范圍窄、且顏料顆粒分布更為均勻的油墨，油墨的穩(wěn)定性得到了改善。另外，本發(fā)明還提供了一種利用所公開的油墨并使用該油墨性能的噴墨打印方法。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，可使用某些市售的、高精度過濾器，來證明已實現(xiàn)了可接受的粒徑值，由此保證改善的油墨性能。
業(yè)已意想不到地發(fā)現(xiàn)了一種特定類型的市售均化器，它可用來改善顏料基油墨的性能。如下披露了制備均化油墨的方法。在高壓(從約10,000psi至約30,000psi，優(yōu)選從約13,000至約29,000psi，更優(yōu)選從約14,000至約20,000psi，更為優(yōu)選從約14,000至15,000psi)下，迫使包含顏料和“研磨液”、通常是分散劑/穩(wěn)定劑的混合物或溶劑混合物(換句話說，可以均化最終油墨配方)的混合物通過一帶有小間隙和沖擊環(huán)的閥(型號為市售的RANNIE，如RANNIE8.30H，得自APV HomogenizerGroup,Wilmington,MA01887.)，從而將顏料的粒徑降至約0.1微米或更小。根據(jù)壓力，顏料顆粒，以及研磨液混合物，可重復該過程多次(從約2次至約100次，優(yōu)選從10次至約50次，更優(yōu)選從約20次至約30)，直至獲得所希望的粒徑為止。不打算被任何理論所束服，據(jù)信，在均化器閥門入口和出口間的高壓差將產(chǎn)生高的剪切作用并在液體中形成空泡，這將改變油墨連結(jié)料中懸浮的/不溶的顏料的粒徑和溶解性能。據(jù)信，只要油墨在足夠的高壓下進入閥門，任何常規(guī)的均化器閥均可用于本發(fā)明。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，不僅將相對大的顏料粒徑變小了，而且顏料粒徑的整個范圍也變窄了，即顏料顆粒的平均大小落入一更窄的范圍。
此外，通過將油墨濾過某些高精度過濾器可完成對用于打印的油墨被充分地均化和被適當?shù)鼐臏y定。相反地，還可使用其它常規(guī)的市售過濾器，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，高精度的尼龍過濾器，如得自Micron SeparationsInc.,Westborough,Mass.的過濾器可用來精確地測量油墨中大顆粒的壓力。另外，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，油墨的“容易”過濾與油墨的性能直接有關?！叭菀住敝傅氖?，過濾設定體積的油墨所需過濾器的數(shù)量與油墨的性能直接有關。(過濾一定體積的油墨所需的較少的過濾器是精確的預測器，那就是油墨將不會堵塞打印機另部件，尤其是打印機噴嘴。)因此，本發(fā)明的一個特征在于，通過使用這些高精度過濾器對油墨性能(以及用于打印的適應性)的測量方法。
另外，由于涉及高壓，因此油墨的溫度可能會增加，尤其是多次處理時。因此可以在經(jīng)過均化器之間應用一冷卻段，以控制溫度并保證油墨處于其沸點以下。
均化器-高壓閥均化器是市售的。有關這些均化器的背景以及它們的操作步驟，可參見下面的專利，在此將這些專利引入作為參考。這些均轉(zhuǎn)讓給了Gaulin公司的專利US5,411,380；5,273,407；4,77,833；4,383,769；4,352,573；4,081,863。另外還可參見US4,585,357；5,482,369。
著色劑-水溶性黑色發(fā)色團可得自著色劑供應商，如Cabot公司和Orient Chemical；然而，任何噴墨打印中已知的顏料均可用于本發(fā)明。下面列出的顏料可用于本發(fā)明；然而所列出的顏料并不意味著對本發(fā)明進行限定。下面的顏料得自BASF:PaliogenOragne,HeliogenBlue L6901F,HeliogenBlue NBD7010,HeliogenBlue K7090,HeliogenBlue L7101F,PaliogenBlue L6470,HeliogenGreen K8683，和HeliogenGreen L9140。下面的顏料得自Cabot公司Monarch1400,Monarch1300,Monarch1100,Monarch1000,Monarch900 Monarch880,Monarch800，和Monarch700。下面的顏料得自Ciba-Geigy:ChromophtalYellow 3G,ChromophtalYellow GR,ChromophtalYellow 8G,IgrazinYellow 5GT,IgrazinRubine4BL,MonastralMagenta,MonastralScarlet,MonastralVioletR,MonastralRed B，和MonastralViolet Maroon B。下面的顏料得自Columbian:Raven7000,Raven5750,Raven5250,Raven5000，和Raven3500。下面的顏料得自Degussa:Color Black FW200,Color Black FW2,Color Black FW2V,Color Black FW1,Color Black FW18,Color Black S160,Color Black S170,SpecialBlack6,Special Black5,Special Black4A,Special Black4,PrintexU,Printex V,Printex 140U，和Printex 140V。下面的顏料得自DuPont:TipureR-101。下面的顏料得自Heubach:DalamarYellowYT-858-D和HeucophthalBlue G XBT-583D。下面的顏料得自Hoechst:Permanent Yellow GR,Permanent Yellow G,PermanentYellow DHG,Permanent Yellow NCG-71,Permanent Yellow GG,Hansa Yellow RA,Hansa Brilliant Yellow 5GX-02,Hansa Yellow-X,Novoperm Yellow HR,NovopermYellow FGL,HansaBrilliant Yellow 10GX,Permanent Yellow G3R-01,HostapermYellow H4G,HostapermYellow H3G,HostapermOrange GR,HostapermScarlet GO，和Permanent Rubine F6B。下面的顏料得自Mobay:QuindoMagenta,Indofast Brilliant Scarlet,QuindoRedR6700,QuindoRed R6713，和IndofastViolet。下面的顏料得自Sun Chem:L74-1357 Yellow,L75-1331 Yellow，和L75-2577 Yellow。
除非另有說明，在此所有的濃度均以重量百分比表示。所有組分的純度均為在噴墨油墨通常的工業(yè)實踐中所采用的純度。
連結(jié)料-油墨包含顏料著色劑和連結(jié)料。用于本發(fā)明油墨的典型配方包括顏料(約0.5至20％重量)，一種或多種助溶劑(0至約50％重量)，一種或多種水溶性表面活性劑/兩親物(0至約40％重量)，一種或多種高分子膠體(0至約3％重量)，和水(平衡量)。在本發(fā)明中所使用的術(shù)語“研磨液”意思是包括各種列于下面的組分，而且它們通常包括在用來研磨或磨碎顏料的預混液中。
可將一種或多種助溶劑添加至油墨配方的連結(jié)料中。在本發(fā)明中采用的助溶劑種類包括但不局限于脂肪醇，芳香醇，二醇，乙二醇醚，聚(乙二醇)醚，已內(nèi)酰胺，甲酰胺，乙酰胺，和長鏈醇。在本發(fā)明中使用的這些化合物的例子包括但不局限于30或更少碳的伯脂肪醇，30或更少碳的伯芳香醇，30或更少碳的仲脂肪醇，30或更少碳的仲芳香醇，30或更少碳的1,2-醇，30或更少碳的1,3-醇，30或更少碳的1,5-醇，乙二醇烷基醚，丙二醇烷基醚，聚(乙二醇)烷基醚，聚(乙二醇)烷基醚更高級的同系物，聚(丙二醇)烷基醚，聚(丙二醇)烷基醚更高級的同系物，N烷基已內(nèi)酰胺，未取代的已內(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。優(yōu)選用于本發(fā)明的助溶劑的具體例子包括但不局限于1,5-戊二醇，2-吡咯烷酮，2-乙基-2-羥甲基-1,3-丙二醇，二甘醇，3-甲氧基丁醇，和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮。所述助溶劑的濃度從0至約50％重量，優(yōu)選從約0.1至15％重量。
在配制油墨連結(jié)料時，可以使用水溶性表面活性劑。為方便起見，將表面活性劑的例子分成兩類(1)非離子和兩性表面活性劑，和(2)離子表面活性劑。第一類表面活性劑包括TERGITOLs，它們是得自聯(lián)合碳化物公司的烷基聚環(huán)氧乙烷；TRITONs，它們是得自Rohm & Haas公司的烷基苯基聚環(huán)氧乙烷；BRIJs；PLURONICs(聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物)；和SURFYNOLs(得自Air Products的炔屬聚環(huán)氧乙烷)；POE(聚環(huán)氧乙烷)酯；POE二酯；POE胺；質(zhì)子化的POE胺；POE酰胺；和dimethicone共聚多醇。離子表面活性劑如取代的氧化胺可用于本發(fā)明。US5,106,416(Bleed Alleviation Using Zwitterionic Surfactants andCationic Dyes)更為詳細地描述了上面列出的絕大多數(shù)表面活性劑。與離子表面活性劑相比，優(yōu)選使用非離子兩親物/表面活性劑。優(yōu)選用于本發(fā)明的兩親物/表面活性劑的具體例子包括但不局限于異十六烷基環(huán)氧乙烷20,SURFYNOL CT-111,TERGITOL15-S-7，和氧化胺，如N,N-二甲基-N-十二烷基氧化胺，N,N-二甲基-N-十四烷基氧化胺，N,N-二甲基-N-十六烷基氧化胺，N,N-二甲基-N-十八烷基氧化胺，和N,N-二甲基-N(Z-9-十八烯基)-N-氧化胺。兩親物/表面活性劑的濃度可以從0至約40％重量，優(yōu)選為2.5％重量。
根據(jù)本發(fā)明的要求，在油墨中可以使用各種添加劑，以便優(yōu)化具體應用的油墨組合物的性能。例如，正如本領域熟練技術(shù)人員熟知的，可以在油墨組合物中使用生物殺傷劑，以抑制微生物的生長，可以包括有如EDTA的多價螯合劑以消除重金屬雜質(zhì)的有害使用，并且還可以使用緩沖液來控制油墨的pH值。另外，還可以添加其它已知的添加劑如粘度改善劑，和其它的丙烯酸或非丙烯酸聚合物，從而改善油墨組合物所希望的各種性能。
實施例1通過使用高壓閥均化器和適當?shù)难心ヒ?溶劑和幫助研磨或磨碎的分散劑的混合物)，對顏料進行“研磨或磨碎”，直至達到所希望的平均粒徑為止。該處理過程在約14,000至15,000psi的壓力進行。然而，也可以采用約10,000和30,000之間的操作壓力和多次通過均化器閥相結(jié)合，以便達到所希望的粒徑。
一旦顏料達到適當?shù)牧?參見如下例子，顏料是否具有可接受粒徑的測量方法中所討論的內(nèi)容)，便將溶劑，表面活性劑和其它常規(guī)的噴墨油墨連結(jié)料配料添加至顏料和研磨液的混合物中。可重復該研磨過程，直至最終的油墨配方充分混合為止，或者通過任何已知的混合器對復合的混合物進行混合。顏料的濃度通常為最終油墨配方的約0.5％至約20％重量，粒徑約為0.1微米。
實施例2制備包含下面所述配料的有色油墨混合物500克。在不同的壓力且多次使該油墨通過高壓閥均化器(APV,Rannie公司)。然后使40ml均化的油墨濾過一系列高精度的過濾器(5微米，1.2微米和0.8微米)。列于下表中的結(jié)果表明，通過使用更高的壓力來均化，需要更少的過濾器來過濾油墨，因此說明，其中只存在更少的大顆粒。該圖表還表明，多次通過也將減少存在的大顆粒的數(shù)量。
可使用高精度的尼龍過濾器(得自Micron Separations Inc.,Westborough,Mass.)來測量從油墨中過濾出的不可接受的大顆粒。過濾一定體積的油墨所需的較少的過濾器是精確的預測器，那就是油墨將不會堵塞打印機零部件，尤其是打印機噴嘴。<
工業(yè)實用性可以預期，本發(fā)明的油墨組合物可用于加熱噴墨油墨。因此，本發(fā)明披露了一種包括有顏料的噴墨油墨，所述顏料通過高壓閥均化處理而得到。對于本領域熟練技術(shù)人員來說，對于明顯的特征進行各種改變和改進將是顯而易見的，而且所有的這些改變和改進均落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于噴墨打印的噴墨油墨，包含(a)連結(jié)料，和(b)顏料，其中所述的顏料已被強制通過一高壓閥均化器而進行均化，從而顏料的平均粒徑低于0.1微米。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的用于噴墨打印的噴墨油墨，其中，在10,000psi至30,000psi的壓力下，將顏料引入均化閥中。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的用于噴墨打印的噴墨油墨，其中，在均化之前將油墨連結(jié)料與顏料混合。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的用于噴墨打印的噴墨油墨，其中，所述的顏料多次通過均化器。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的用于噴墨打印的噴墨油墨，其中，所述的顏料通過均化器20-30次。
6．一種噴墨油墨的均化方法，包括如下步驟(a)配制連結(jié)料和顏料的混合物，和(b)使該顏料混合物通過高壓閥均化器。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的噴墨油墨的均化方法，其中，在10,000psi至30,000psi的壓力下，將步驟2中的顏料混合物引入均化閥中。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的噴墨油墨的均化方法，其中使步驟b)重復多次，從而使顏料的平均粒徑低于0.1微米。
全文摘要
本發(fā)明的油墨包含連結(jié)料和著色劑。著色劑是已處理成減少噴墨打印機噴嘴失靈的顏料。通過使顏料通過高壓閥處理,改善了這些顏料的性能,在處理過程中,顏料的粒徑被均化成0.1微米。
文檔編號B41M5/00GK1236792SQ981169
公開日1999年12月1日 申請日期1998年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月30日
發(fā)明者M·P·戈雷 申請人:惠普公司