Система на основе чернил, содержащая полимерные связующие вещества
Изобретение относится к чернилам для струйных принтеров. Описывается композиция чернил для струйных печатающих устройств, включающих способный к образованию струи разбавитель, содержащий органический сорастворитель, поверхностно-активное вещество и буферный раствор; множество твердых пигментов, самодиспергированных в указанном разбавителе, и сложный полуэфир малеинового ангидрида и стирола (SMA), диспергированный в указанном разбавителе. Описывается также система для печати изображений на подложке, включающая печатающую головку, заполненную способными к образованию струи указанными чернилами. Предложенные чернила обеспечивают снижение времени высыхания при достижении четкого изображения и снижения количества поверхностно-активных веществ или смачивателей или их отсутствия в чернилах на основе черного пигмента. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Родственная заявка
Настоящая заявка является частичным продолжением и запрашивает приоритет в соответствии с 35 U.S.C. § 120 по проходящей одновременное рассмотрение патентной заявке США № 10/807025, поданной 22 марта 2004, которая включена в данное описание в виде ссылки во всей своей полноте.
Уровень техники
Струйная печать стала популярным способом записи изображений на поверхностях различных сред, особенно на бумаге, по ряду причин, включая низкий шум принтера, способность высокоскоростной записи и многоцветную запись. Кроме того, данные преимущества струйной печати можно получить при относительно низкой для потребителей цене. Хотя много сделано для усовершенствования струйной печати, со стороны потребителей продолжают усиливаться требования более высоких скоростей, более высокой четкости, создание изображения с полным цветом, увеличенной стабильности и т.д.
Так как разрабатываются новые чернила для струйных печатающих устройств и печатающие устройства, для оценки чернил принимаются во внимание несколько традиционных характеристик в связи с печатающей поверхностью или подложкой. Подобные характеристики включают резкость края и оптическую плотность изображения на поверхности, глянец, контроль расплывания от черного к цветному, время высушивания чернил на подложке, адгезию к подложке, отсутствие сдвига на расположении чернильных капель, присутствие всех точек, устойчивость чернил после высушивания к воде и другим растворителям, стабильность при длительном хранении и долговременная надежность без разрушения материала пишущего элемента или засорения выпускного отверстия. Долговременная надежность без разрушения материала или засорения выпускного отверстия становится даже более важной с созданием печатающих устройств, которые испускают меньшие объемы капель. Хотя приведенный выше перечень характеристик предоставляет иллюстрацию факторов, которые следует оптимизировать для улучшения струйной печати, существуют проблемы, связанные с удовлетворением всех приведенных выше характеристик. Часто включение компонента на основе чернил, предназначенного для удовлетворения одной из приведенных выше характеристик, может не удовлетворять другой характеристике. Таким образом, традиционные коммерческие чернила для применения в струйных печатающих устройствах представляют компромисс в попытке достижения, по меньшей мере, адекватной реакции на удовлетворение всех выше перечисленных характеристик.
Обычно параметр времени высыхания чернил для струйных печатающих устройств контролировался с помощью добавок на основе чернил с низкой молекулярной массой, таких как поверхностно-активные вещества, смачивающие вещества или летучие компоненты разбавителя на основе чернил. Другие растворы включают уменьшение введения пигмента или разжижителя чернил. Однако многие из данных технических приемов часто приводят к низкой оптической плотности (OD) на печатающих средах, слабому качеству печати, такому как резкость края изображения, пятнистость и/или усложненная конструкция работы принтера.
Сущность изобретения
В одном аспекте системы и способа настоящего изобретения композиция чернил для струйных печатающих устройств включает в себя способный к образованию струи разбавитель, множество твердых пигментов, диспергированных в способном к образованию струи разбавителе, и соль, образованную из сложного полуэфира малеинового ангидрида и стирола (SMA), диспергированную в способном к образованию струи разбавителе.
В другом воплощении система для печати изображений на подложке включает способные к образованию струи чернила и печатающую головку, заполненную способными к образованию струи чернилами, в которой способные к образованию струи чернила включают способный к образованию струи разбавитель, причем разбавитель включает воду, множество твердых пигментов, самодиспергированных в способном к образованию струи разбавителе, соль, образованную из сложного полуэфира малеинового ангидрида и стирола (SMA), диспергированную в способном к образованию струи разбавителе.
Краткое описание чертежей
Сопутствующие чертежи иллюстрирует различные воплощения настоящего изобретения и является частью патентного описания. Иллюстрированные воплощения являются только примерами настоящего изобретения и не ограничивают сферу применения изобретения.
Фиг.1 является простой блок-схемой, иллюстрирующей систему распределения материала для струйных печатающих устройств в соответствии с одним примерным воплощением.
Фиг.2 является гистограммой, иллюстрирующей результаты тестирования на эффект “снятого колпачка” для ряда композиций на основе чернил в соответствии с одним типичным воплощением.
Фиг.3 является гистограммой, иллюстрирующей результаты тестирования на количество расплываний с оценкой по баллам для ряда композиций на основе чернил в соответствии с одним типичным воплощением.
Фиг.4 является гистограммой, иллюстрирующей результаты тестирования на эффект ореола для ряда композиций на основе чернил в соответствии с одним типичным воплощением.
Фиг.5 является гистограммой, иллюстрирующей результаты тестирования оптической плотности и долговечности для ряда композиций на основе чернил в соответствии с одним типичным воплощением.
На всех чертежах идентичные ссылочные номера обозначают похожие, но не обязательно идентичные элементы.
Подробное описание изобретения
Настоящее описание раскрывает систему на основе чернил для струйных печатающих устройств, которая содержит, по меньшей мере, один самодиспергированный черный пигмент, по меньшей мере, одно полимерное связующее вещество и может включать ряд цветных чернил на основе красителей. Конкретно, настоящая типичная система на основе чернил для струйных печатающих устройств включает полимерное связующее вещество, которое является сложным полуэфиром стирола и малеинового ангидрида (SMA). В соответствии с одним типичным воплощением, раскрытым в данном документе, сложный эфир содержит бутоксиэтильную группу. Раскрытая система на основе чернил обладает прекрасной способностью к печати TIJ и комбинированными преимуществами улучшенного времени высушивания, высокой оптической плотности, расплывания от черного до цветного/эффект ореола на пористой немелованной бумаге без недостаточной или избыточной печати с помощью любых фиксирующих текучих сред или реакционноспособных чернил. Дальнейшие детали настоящей системы на основе чернил для струйных печатающих устройств будут представлены ниже.
До того, как будут раскрываться и описываться отдельные воплощения системы и способа настоящего изобретения, следует понять, что система и способ настоящего изобретения не ограничиваются отдельным способом и материалами, раскрытыми в данном документе, и как таковые они могут до некоторой степени варьироваться. Также следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, используется для цели описания только отдельных воплощений и не предназначена для ограничения, так как сфера применения системы и способа настоящего изобретения будут ограничиваться только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.
Как используется в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения, термин “жидкий разбавитель” определяется для включения жидких композиций, которые можно использовать для переноса красителей, включая пигменты, на подложку. Жидкие разбавители хорошо известны в технике, и в соответствии с воплощениями типичной системы и способа настоящего изобретения может применяться широкое разнообразие компонентов жидких разбавителей. Подобные жидкие разбавители могут включать смесь множества различных агентов, включая без ограничения поверхностно-активные вещества, сорастворители, буферные растворы, биоциды, модификаторы вязкости, пассиваторы, стабилизаторы и воду. Хотя не жидкий сам по себе, жидкий разбавитель может также переносить другие твердые вещества, такие как полимеры, УФ-отверждаемые материалы, пластификаторы, соли и т.д.
Как используется в данном документе, “пигмент” относится к окрашенной частице, которая типично по существу является нерастворимой в жидком разбавителе, в котором она используется.
Концентрации, количества и другие числовые данные могут присутствовать в данном документе в диапазонном формате. Следует понимать, что подобный диапазонный формат используется только для удобства и краткости и его следует гибко интерпретировать, чтобы включить не только числовые значения, подробно изложенные в качестве пределов диапазона, но также, чтобы включить все отдельные числовые значения или поддиапазоны, заключенные внутри данного диапазона, как если бы каждое числовое значение и поддиапазон подробно излагались. Например, диапазон массы от около 1 мас.% до около 20 мас.% следует интерпретировать так, что он включает не только подробно изложенные пределы концентраций от около 1 мас.% до около 20 мас.%, но также, что он включает отдельные концентрации, такие как 2 мас.%, 3 мас.%, 4 мас.%, и поддиапазоны, такие как от 5 мас.% до 15 мас.%, от 10 мас.% до 20 мас.% и т.д.
Как используется в данном документе, “расплывание” относится к тенденции чернил доходить до расположенных рядом отпечатанных чернил и смешиваться с ними. Расплывание типично происходит до того, как отпечатанные чернила полностью высыхают на подложке. Степень расплывания будет зависеть от разных факторов, таких как скорость высыхания чернил, агломерация красителя и химическая природ чернил, в общем, наряду с другими параметрами. Кроме того, как используется в данном документе, подразумевается, что термин “ореол” следует понимать как ослабление черного цвета рядом с границей закрашиваний черной и цветной областей. Ореол вызывается, когда черные чернила или пигмент отталкиваются цветными чернилами. Далее подразумевается, что термин эффект “снятого колпачка” следует понимать как в данном описании, так и в прилагаемой формуле изобретения как относящийся к способности чернил для струйных печатающих устройств оставаться текучей средой после воздействия воздуха. В ходе струйной печати печатающая головка остается незакрытой, вода в разбавителе на основе чернил испаряется, приводя к снижению стабильности компонентов на основе чернил в отверстии. Данное состояние может привести к плохому испусканию капель и дефекту печати. Разрушение насадки хорошо известно в технике и часто упоминается как эффект “снятого колпачка”. Дефект печати можно устранить многими различными способами, включая разбрызгивание капель чернил. Индикатором эффекта “снятого колпачка” чернил для струйных печатающих устройств являются количества разбрызгиваний, которые требуются для устранения дефекта из-за эффекта “снятого колпачка” или “количество брызг для восстановления”, когда чернила подвергаются воздействию воздуха в течение определенного промежутка времени. При сравнении двух чернил считают, что чернила с меньшим “количеством брызг для восстановления” обладают лучшим эффектом “снятого колпачка”.
В следующем описании с целью объяснения многочисленные конкретные детали формулируются для обеспечения исчерпывающего понимания системы и способа настоящего изобретения для системы на основе чернил для струйных печатающих устройств, которая содержит, по меньшей мере, один самодиспергированный черный пигмент, по меньшей мере, одно полимерное связующее вещество и набор цветных чернил на основе красителей. Однако для специалистов будет очевидно, что способ настоящего изобретения можно осуществить на практике без данных конкретных деталей. Ссылка в описании к “одному воплощению” или “воплощению” означает, что отдельная особенность, структура или характеристика, описанные в связи с воплощением, включаются, по меньшей мере, в одно воплощение. Нет необходимости относить к одному и тому же воплощению появление фразы “в одном воплощении” в различных местах в описании.
Типичная структура
Фиг.1 иллюстрирует типичную систему (100), которую можно использовать для применения чернил на основе пигмента (160) для струйных печатающих устройств на принимающей чернила среде (170) в соответствии с одним типичным воплощением. Как показано на фиг.1, система настоящего изобретения включает компьютерное устройство (110), регулируемое соединенное через сервомеханизм (120) с подвижной кареткой (140), имеющей расположенный на ней дозатор для струйных печатающих устройств (150). Материальный резервуар (130) также соединяется с подвижной кареткой (140) и, следовательно, с печатающей головкой для струйных печатающих устройств (150). Ряд роликов (180) располагается рядом с дозатором для струйных печатающих устройств (150), конфигурированных до выборочного местоположения принимающей чернила среды (170). В то время как типичная система настоящего изобретения (100) описывается в контексте применения чернил на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) на принимающей чернила среде (170), систему и способ настоящего изобретения можно использовать для оценки любого количества позиций с помощью чернил для струйных печатающих устройств на основе пигмента настоящего изобретения. Вышеупомянутые компоненты типичной системы настоящего изобретения (100) будут теперь описываться более подробно ниже.
Компьютерное устройство (110), которое регулируемо соединяется с сервомеханизмом (120), как показано на Фиг.1, регулирует селективное осаждение чернил для струйных печатающих устройств на основе пигмента (160) на принимающую чернила среду (170). Представление желательного изображения или текста можно образовать при использовании программы, проводимой компьютерным устройством (110). Данное представление можно затем преобразовать в сервокоманды, которые затем помещают на читаемую процессором среду (не показано). При доступе к компьютерному устройству (110) инструкции, помещаемые на читаемую процессором среду, можно использовать для регулирования сервомеханизмов (120), а также подвижной каретки (140) и дозатора для струйных печатающих устройств (150). Компьютерное устройство (110), иллюстрированное на Фиг.1, может являться, но никаким образом не ограничивается ими, рабочей станцией, персональным компьютером, ноутбуком, персональным цифровым консультантом (PDA) или любым другим содержащим процессор устройством.
Подвижная каретка (140) печатающей системы настоящего изобретения (100), иллюстрированная на Фиг.1, является подвижным материальным дозатором, который может включать любое количество материальных дозаторов для струйных печатающих устройств (150), конфигурированных для дозирования чернил на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) настоящего изобретения. Подвижная каретка (140) может регулироваться компьютерным устройством (110) и может регулируемо двигаться, например, с помощью тяговой системы, ременной системы, цепной системы и т.д., комплектуя сервомеханизм (120). Так как подвижная каретка (140) функционирует, компьютерное устройство (110) может информировать пользователя о текущем состоянии, а также обеспечивать пользовательский интерфейс для пользователя.
Так как изображение или текст печатают на принимающей чернила среде (170), компьютерное устройство (140) может регулируемо располагать подвижную каретку (140) и направлять один или более дозаторов для струйных печатающих устройств (150) для селективного дозирования чернил на основе пигмента для струйных печатающих устройств на предварительно определенных местоположениях на принимающей чернила среде (170) как дискретно направленные капли, образуя, таким образом, желательное изображение или текст. Материальные дозаторы для струйных печатающих устройств (150), используемые печатающей системой настоящего изобретения (100), могут являться дозаторами любого типа для струйных печатающих устройств, конфигурированными для выполнения способа настоящего изобретения, включая, но никаким образом не ограничиваясь ими, приводимые в действие нагреванием дозаторы для струйных печатающих устройств, приводимые в действие механически дозаторы для струйных печатающих устройств, приводимые в действие электростатически дозаторы для струйных печатающих устройств, приводимые в действие с помощью магнита дозаторы, приводимые в действие пьезоэлектрически дозаторы, непрерывные дозаторы для струйных печатающих устройств и т.д.
Емкость для вещества (130), которая подвижно соединяется с дозатором вещества для струйных печатающих устройств (150), содержит чернила на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) настоящего изобретения до начала печати. Емкость для вещества может являться любой емкостью, конфигурированной для герметичного укупоривания чернил на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) до начала печати и может быть выполнена из любого ряда материалов, включая, но никаким образом не ограничиваясь ими, металлы, пластмассы, композиты или керамические материалы. Как иллюстрируется на Фиг.1, емкость для вещества (130) может отделяться от дозатора для струйных печатающих устройств (150), все еще подвижно соединяясь с ним. Альтернативно емкость (130) может непосредственно соединяться с дозатором для струйных печатающих устройств (150) и образовывать его часть.
Фиг.1 также иллюстрирует компоненты системы настоящего изобретения, которые облегчают прием чернил на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) на принимающей чернила среде (170). Как показано на Фиг.1, количество установленных роликов (180) может перемещать и/или локально закреплять принимающую чернила среду (170) в ходе операции печати. Альтернативно любое количество ремней, роликов, подложек или других перемещающих устройств может использоваться для перемещения и/или локального закрепления принимающей чернила среды (170) в ходе операции печати, как хорошо известно в данной области техники.
Система и способы настоящего изобретения предоставляют чернила для струйных печатающих устройств, которые обладают быстрым временем высыхания и высоким качеством печати на немелованной бумаге, например высокой оптической плотностью, сниженной расплываемостью, постоянной хорошей пригодностью для печатания и надежностью системы, сниженным неправильно направленным запуском и т.д. Теперь композиция и состав чернил на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) будут описываться ниже более подробно.
Типичный состав
Типичные чернила на основе пигмента для струйных печатающих устройств (160) настоящего изобретения, которые следует включить в систему на основе чернил для струйных печатающих устройств настоящего изобретения, содержат самодиспергированный черный пигмент, полимерное связующее вещество, типичный разбавитель для чернил и цветные TIJ чернила на основе красителей. В результате композиции настоящего изобретения раскрытая система на основе чернил обладает прекрасной пригодностью для печатания TIJ и комбинированными преимуществами улучшенного времени высыхания, высокой оптической плотности и прекрасного расплывания от черного к цветному/эффектом ореола на пористой немелованной бумаге, все без недостаточной или избыточной печати с помощью любой фиксирующей текучей среды или реакционноспособных чернил. Кроме того, другие компоненты могут также присутствовать, включая, но никаким образом не ограничиваясь ими, соли, поверхностно-активные вещества, биоциды, буферные растворы, модификаторы вязкости, пассиваторы, стабилизаторы, полимеры, УФ-отверждаемые материалы, пластификаторы и т.д. Отдельные компоненты типичной системы на основе чернил для струйных печатающих устройств настоящего изобретения будут описываться более подробно ниже.
Самодиспергированный пигмент
Как ранее упомянуто, чернила для струйных печатающих устройств (160) настоящего изобретения содержат самодиспергированный пигмент. Как используется в данном документе, подразумевается, что термин “самодиспергированный пигмент” следует понимать широко, как любой пигмент, который может быть диспергирован в жидком разбавителе без помощи дисперсии. “Самодиспергированный пигмент” типично является пигментом, поверхность которого является химически модифицированной для того, чтобы сделать его диспергируемым в жидком разбавителе. Данные химические модификации могут включать окисление поверхности и присоединение к поверхности небольших молекул или полимеров, которые содержат изменяемые группы. Самодиспергированный пигмент может быть любого цвета, используемого в технике струйных печатающих устройств. Хотя можно использовать любой цвет, типичным образом описываются пигменты на основе технического углерода, чтобы подходящим образом формулировать определенные принципы системы и способа настоящего изобретения.
Углеродная основа самодиспергируемого черного пигмента может являться почти любым доступным пигментом на основе углерода, который обеспечивает приемлемую оптическую плотность и печатные характеристики. Основные пигменты на основе углерода, подходящие для применения в системе и способе настоящего изобретения, включают, но никаким образом не ограничиваются ими, технический углерод, графит, стекловидный углерод, древесный уголь и их комбинации. В одном аспекте системы и способа настоящего изобретения пигмент на основе углерода является пигментом на основе технического углерода. Подобные пигменты на основе технического углерода могут производиться разнообразными известными способами, такими как туннельный способ, контактный способ, печной способ, ацетиленовый способ или термический способ, и они являются коммерчески доступными от таких фирм-поставщиков, как Cabot Corporation, Columbian Chemicals Company, Degussa AG и E.I. DuPont de Nemours and Company. Подходящие пигменты на основе технического углерода включают, но никаким образом не ограничиваются ими, пигменты фирмы Cabot, такие как MONARCH 1400, MONARCH 1300, MONARCH 1100, MONARCH 1000, MONARCH 900, MONARCH 880, MONARCH 800, MONARCH 700; пигменты фирмы Columbian, такие как RAVEN 7000, RAVEN 5750, RAVEN 5250, RAVEN 5000 и RAVEN 3500; пигменты фирмы Degussa, такие как 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 и PRINTEX 140V; TIPURE R-101, доступный от DuPont.
Среди приемлемых самодиспергированных черных пигментов некоторые являются коммерчески доступными. Приемлемые коммерчески доступные самодиспергированные черные пигменты включают, но никаким образом не ограничиваются ими, CAB-O-JET 200 и CAB-O-JET 300.
Типично пигменты на основе технического углерода системы и способа настоящего изобретения могут составлять от приблизительно 5 нм до приблизительно 10 мкм и в одном аспекте могут составлять от 10 нм до около 500 нм в размере, хотя можно применять размеры за пределами данного интервала, если пигмент может оставаться диспергированным и обеспечивать адекватные красящие свойства. В одном подробном аспекте системы и способа настоящего изобретения загрузку пигмента в типичной системе на основе чернил для струйных печатающих устройств выбирают так, чтобы можно было достичь достаточно высокой оптической плотности (OD) и хорошего качества печати. В соответствии с одним типичным воплощением загрузка пигмента для раскрытой системы на основе черных чернил колеблется в пределах от приблизительно 1 до 10 мас.% чернил. В соответствии с другим типичным воплощением загрузка пигмента колеблется в пределах от приблизительно 2 до приблизительно 5 мас.%.
В то время как черные пигменты описываются выше с некоторыми подробностями, другие цвета для пигментов можно также использовать в системе и способе настоящего изобретения. Например, другие пигменты, которые можно использовать, включают, но никаким образом не ограничиваются ими, цветные пигменты от Cabot, такие как CAB-O-JET 250С, CAB-O-JET 260М и CAB-O-JET 270Y.
Полимерное связующее вещество
В дополнительном типичном аспекте системы и способа настоящего изобретения связующие вещества могут включать вещества, которые действуют, чтобы модифицировать свойства чернил для улучшения характеристик печати. Связующие вещества, подходящие для применения в системе и способе настоящего изобретения, типично обладают молекулярной массой от около 300 до около 50000 г/моль. Не ограниченные примеры включают сополимеры стирола и малеинового ангидрида, сополимеры стирола и акриловой кислоты, сложный полиэфир, сложный полиэфирмеланин, поливинилпирролидинон, полиэтиленгликоли и их простые эфиры, полисульфоны, полиамид, простые поливинилэфиры, полиэтиленоксиды, сополимеры стирола и акрилимида и их соли, диметиламинодиэтилакрилаты, сополимеры диалкиламиноэфиракрилатов и метакрилатов со стиролом или простыми виниловыми эфирами, сополимеры стирола и малеимида и их соли, сополимеры стирола и алкилакрилата малеиновой кислоты и их соли, сополимеры винилнафталина с акрилимидом или акриламидом и их соли, сополимеры винилнафталина и малеимида и их соли, сополимеры винилнафталина и малеиновой кислоты и их соли. Если связующее вещество находится в форме диспергированных частиц, тогда не считают, что оно является частью жидкого разбавителя, но считают, что оно переносится жидким разбавителем.
Как упоминалось выше, одно типичное воплощение чернил для струйных печатающих устройств настоящего изобретения включает полимерное связующее вещество, конфигурированное для снижения времени высыхания чернил для струйных печатающих устройств, в то же время сохраняя хорошую оптическую плотность полученных чернил для струйных печатающих устройств. В соответствии с одним типичным воплощением полимерное связующее вещество является сложным полиэфиром смолы стирола и малеинового ангидрида (SMA). Как используется в данном документе и в прилагаемой формуле изобретения, термин “SMA” будет использоваться поочередно для любого сополимера стирола и малеиновой кислоты. “SMA” также является торговым названием для коммерческих сополимеров стирола и малеиновой кислоты на Sartomer Company.
Формула 1, данная ниже, иллюстрирует смолу на основе SMA. Как иллюстрируется ниже на формуле 1, смола на основе SMA получается как комбинация одной или более молекул стирола, комбинированных с молекулой малеинового ангидрида.
В соответствии с типичным воплощением настоящего изобретения сложный полуэфир смолы стирола и малеинового ангидрида получают частичной этерификацией смолы на основе SMA. Другими словами, сложный полуэфир стирола и малеинового ангидрида синтезируют при взаимодействии спирта со смолой на основе SMA с образованием сложноэфирных связей. Как иллюстрируется ниже в формуле 2, сложный полуэфир смолы стирола и малеинового ангидрида содержит комбинацию ангидрида и функциональной группы сложного моноэфира/монокарбоновой кислоты. Сложный полуэфир SMA проявляет, как правило, низкие вязкости расплава, реакционноспособность, типичную для функциональной группы карбоновой кислоты, улучшенную растворимость во многих органических растворителях и улучшенные свойства полимерного поверхностно-активного вещества, включая, как правило, лучшую совместимость со многими полимерными и неполимерными поверхностно-активными веществами.
Как иллюстрируется на формуле 2, сложный полуэфир SMA может варьироваться количеством и расположением компонентов молекул.
В одном типичном воплощении R является алкилом, фенилом, алкилзамещенным фенилом, циклоалкилом, простым эфиром или их смесью.
В другом типичном воплощении R является бутоксиэтильной группой.
В еще одном типичном воплощении R является пропильной группой.
В одном типичном воплощении x может варьироваться от 1 до 25, y может варьироваться от 0,1 до 9, z может варьироваться от 0,1 до 9 и n может варьироваться от приблизительно 1 до 25.
В соответствии с другим типичным воплощением x может варьироваться от 2 до 10, y может варьироваться от 0,10 до 2, z может варьироваться от 0,10 до 2 и n может варьироваться от приблизительно 2 до 10.
Ряд сложных полуэфиров SMA являются коммерчески доступными как твердые вещества и/или в порошкообразной форме и их можно превратить в водный раствор с помощью основания. Коммерчески доступные марки сложных полуэфиров SMA включают, но никаким образом не ограничиваются ими, SMA 1440, 17352, 2625, 3840 и 31890. SMA 1440 и 2625 являются сложными полуэфирами SMA с 2-бутоксиэтанолом и пропиловым спиртом соответственно. Коммерческие марки сложных полуэфиров SMA тестировались и сравнивались, как будет обсуждаться ниже более подробно.
Кроме выше упомянутых сложных полуэфиров SMA, полимерное связующее вещество можно предварительно обработать основанием для получения его солевой формы, чтобы помочь растворению связующего вещества в водных разбавителях, таких как разбавители, используемые в типичном воплощении настоящего изобретения. Обработка основанием должна привести к разрушению ангидридного фрагмента и нейтрализации групп карбоновых кислот. Для применения в чернилах на основе растворителей или в разбавителе с низким содержанием воды сложный полуэфир SMA может применяться непосредственно без какой-либо предварительной обработки. Основания для нейтрализации сложных полуэфиров SMA включают, но никаким образом не ограничиваются ими, гидроксид щелочных металлов и тетраалкиламмония, карбонат или бикарбонат щелочных металлов и органические амины. Может также применяться смесь оснований. Альтернативно сложный полуэфир SMA можно добавлять в жидкий разбавитель, содержащий одно или более вышеупомянутых оснований, и растворять в нем, что также приводит к разрушению ангидридного фрагмента. В соответствии с одним типичным воплощением соль, образованная из сложного полуэфира SMA, образуется при комбинации сложного полуэфира SMA анионного полимера с положительно заряженным противоионом, таким как ион аммония (NH4 +), ионы лития (Li+), ионы натрия (Na+), ионы калия (K+), ионы рубидия (Rb+), ионы цезия (Cs+) и подобные.
В соответствии с одним типичным воплощением концентрация сложного полуэфира SMA в раскрытых чернилах на основе черного пигмента составляет от приблизительно 0,05 до 10 мас.% по отношению к форме кислого ангидрида сложного полуэфира SMA. Более того, концентрация раскрытого связующего вещества SMA может колебаться в пределах от 0,1 до 5%.
Разбавитель для чернил
Кроме того, чернила для струйных печатающих устройств настоящего изобретения включают разбавитель для чернил. В соответствии с одним типичным воплощением разбавитель для чернил может содержать воду и органические сорастворители, поверхностно-активные вещества, буферные растворы и/или другие функциональные добавки для образования жидкого разбавителя.
Композиции на основе чернил для струйных печатающих устройств системы и способа настоящего изобретения типично получают при использовании водного состава или жидкого разбавителя, который может включать воду, сорастворители, поверхностно-активные вещества, агенты буферизации, биоциды, пассиваторы, модификаторы вязкости, гигроскопические вещества и/или другие известные добавки. Кроме того, в разбавителе для чернил могут присутствовать связующие вещества и твердые вещества, такие как твердые пигменты и другие полимерные твердые вещества. В одном типичном аспекте системы и способа настоящего изобретения жидкий разбавитель может включать в себя от приблизительно 70 до около 99 мас.% композиции на основе чернил для струйных печатающих устройств.
Как ранее описывается, жидкий разбавитель может применяться для переноса дисперсий на основе пигментов и полимерного связующего вещества, а также других твердых веществ, которые могут присутствовать в композициях на основе чернил для струйных печатающих устройств типичной системы и способа настоящего изобретения. Более конкретно, жидкий разбавитель может включать воду и составляет от 5 до 35 мас.% общего содержания органических растворителей наряду с другими необязательными жидкими компонентами.
По отношению к содержанию сорастворителя сорастворители для применения в системе и способе настоящего изобретения включают, но никаким образом не ограничиваются ими, алифатические спирты, ароматические спирты, диолы, гликоли, имидазолы, пирролидиноны, простые эфиры гликолей, простые полиэфиры гликолей, глицерин, простые эфиры, сложные эфиры, органосульфоксиды, сульфоны, производные спиртов, целлозольв, производные простых спиртов, аминоспирты и/или кетоны. Например, сорастворители могут включать, но никаким образом не ограничиваются ими, первичные алифатические спирты с 30 атомами углерода или менее, первичные ароматические спирты с 30 атомами углерода или менее, вторичные алифатические спирты с 30 атомами углерода или менее, вторичные ароматические спирты с 30 атомами углерода или менее, 1,2-диолы с 30 атомами углерода или менее, 1,3-диолы с 30 атомами углерода или менее, 1,5-диолы с 30 атомами углерода или менее, простые эфиры этиленгликольалкилов, простые эфиры пропиленгликольалкилов, простые полиэфиры этиленгликольалкилов, более высокие гомологи простых полиэфиров этиленгликольалкилов, простые полиэфиры пропиленгликольалкилов, более высокие гомологи простых полиэфиров пропиленгликольалкилов, лактамы, замещенные формамиды, незамещенные формамиды, замещенные ацетамиды и незамещенные ацетамиды.
Конкретные примеры сорастворителей, которые можно применить практически в системе и способе настоящего изобретения, включают, но не ограничиваются ими, 1,5-пентандиол, 2-пирролидон, простой эфир пропиленгликоль-н-бутана, Lyponic этиленгликоль 1, Lyponic этиленгликоль 7, 2-метил-2,4-пентандиол, 2-метил-1,3-пропандиол, 2-этил-2-гидроксиметил-1,3-пропандиол, диэтиленгликоль, 3-метоксибутанол и 1,3-диметил-2-имидазолидинон. Сорастворители можно добавлять для снижения скорости испарения воды в чернилах, чтобы минимизировать закупоривание или модифицировать другие свойства чернил, такие как вязкость, рН, поверхностное натяжение, оптическая плотность и качество печати наряду с другими.
Различные буферные агенты можно также необязательно применять в композициях на основе чернил для струйных печатающих устройств системы и способа настоящего изобретения. Типичные буферные агенты могут включать, но никаким образом не ограничиваются ими, “биологические буферы” органического происхождения, которые широко применяются в химии и биологии, или неорганические буферы. Кроме того, используемые буферы должны обеспечивать пределы рН от около 6 до около 10 при применении на практике системы и способа настоящего изобретения, предпочтительно от около 7,5 до около 9,5. При применении буферные агенты типично составляют менее чем приблизительно 10 мас.% композиции на основе чернил для струйных печатающих устройств.
В другом типичном аспекте системы и способа настоящего изобретения можно применять различные биоциды для ингибирования роста нежелательных микроорганизмов. Некоторые примеры подходящих биоцидов включают, но никаким образом не ограничиваются ими, бензоатные соли, сорбатные соли, коммерческие продукты, такие как NUOSEPT (Nudex, Inc., отделение Huls America), UCARCIDE (Union Carbide), VANCIDE (RT Vanderbilt Co.) и PROXEL (ICI Americas) и другие известные биоциды. Типично подобные биоциды составляют менее чем около 5 мас.% композиции на основе чернил для струйных печатающих устройств и часто от около 0,05 мас.% до около 2 мас.%.
Традиционно поверхностно-активные вещества добавляют к TIJ чернилам по ряду причин. Например, поверхностно-активные вещества можно добавлять к TIJ чернилам для модификации свойств чернил на границе раздела, включая, но никаким образом не ограничиваясь ими, улучшение качества смачивания, суспендирование частиц, контроль пены и/или модификация вязкости. Однако включение традиционных количеств поверхностно-активных веществ приводит к низкой оптической плотности на печатных средах, нежелательной реакции на повторяемость запусков, плохому качеству печати и проблеме воздействия на окружающую среду. Однако благодаря превосходной эффективности вышеупомянутого полуэфира SMA полимерного связующего вещества часть поверхностно-активного вещества чернил для струйных печатающих устройств используется в значительно сниженном количестве или даже исключается в раскрытых чернилах на основе черного пигмента по сравнению с традиционными TIJ чернилами. Данное снижение в поверхностно-активных веществах, как правило, приводит к относительно улучшенному воздействию на окружающую среду, улучшенной материальной способности и улучшенной надежности печати.
Цветные чернила
Кроме упомянутых выше компонентов чернил для струйных печатающих устройств настоящего изобретения, чернила для струйных печатающих устройств настоящего изобретения могут также включать любое количество цветных чернил. В результате раскрытого полуэфира SMA связующих веществ в композиции на основе черных чернил прекрасное расплывание от черного цвета к цветному и эффект ореола достигаются даже несмотря на то, что цветные чернила содержат уменьшенное количество реакционноспособных агентов или совсем их не содержат. Снижение данных реакционноспособных химикатов в цветных чернилах улучшает воздействие на окружающую среду, улучшает надежность печати и рабочие характеристики и предоставляет большую гибкость композиции в случае цветных чернил.
ПРИМЕР
Следующий пример иллюстрирует воплощения системы и способа, которые теперь известны наилучшим образом. Однако следует понимать, что следующий пример является только типичным или иллюстративным примером применения принципов системы и способа настоящего изобретения. Многочисленные модификации и альтернативные композиции, способы и системы могут разрабатываться специалистами без отделения от сущности и сферы применения системы и способа настоящего изобретения. Прилагаемая формула изобретения предназначена для охватывания подобных модификаций и конструкций. Таким образом, в то время как система и способ настоящего изобретения описаны выше с подробностями, следующий пример предоставляет дополнительные детали в связи с тем, что является, как полагают в настоящее время, наиболее практичными и предпочтительными воплощениями системы и способа настоящего изобретения.
В соответствии с настоящим примером разрабатывался ряд чернил при применении компонентов, иллюстрируемых ниже в таблице 1. Чернила содержали 0 и приблизительно 0,8% смол на основе SMA или SMA сложных полуэфиров.
| Таблица 1 | |
| Компонент | мас.% |
| Самодиспергированный пигмент | 4,0 |
| 2-Пирролидон | 7,0 |
| LEG-1 | 3,0 |
| Dantocol DHE | 5,0 |
| BICINE | 0,20 |
| Zonyl FSO (как есть) | 0,00750 |
| SMA или SMA сложный полуэфир | 0,8 |
| Вода | До баланса |
LEG-1 представляет собой липониевый этиленгликоль 1 производства Lipo Chemical Co; Dantocol DHE - бис-1,3-(2-гидроксиэтил)-5,5-диметилгидантоин фирмы Lonza Inc.; Zonyl FSO - 50%-ный раствор неионогенного фторсодержащего ПАВ в этиленгликоле/воде от DuPont; Bicine- N,N-бис-*(2-гидроксиэтил)глицин или диэтилолглицин (буфер).
В соответствии с настоящим примером смолы на основе SMA или SMA сложные полуэфиры, иллюстрированные в таблице 2, вводились в композицию на основе чернил, показанную в таблице 1. Таблица 2 также иллюстрирует молекулярную массу и кислотное число смол на основе SMA или SMA сложных полуэфиров.
| Таблица 2 | ||
| Компонент | MW | Кислотное число |
| SMA 1000 | 5500 | 480 |
| SMA 1440 | 7000 | 185 |
| SMA 2625 | 9000 | 220 |
При введении в упомянутую выше композицию на основе чернил SMA ведут себя как поверхностно-активное вещество, снижающее поверхностное натяжение чернил. Сложные полуэфиры SMA, т.е. SMA 1440 и SMA 2625, являются даже более эффективными, чем их основные смолы.
Как только композиции на основе чернил были получены, их загружали в пишущие элементы для термического впрыска чернил и делали снятые оттиски эффекта "снятого колпачка" для измерения количества "брызг" для восстановления, делали отпечатки расплывания, время высыхания и оптическую плотность/долговечность отпечатков проводили при 8 каплях на 300 точек на дюйм и измерение времени высыхания проводили с помощью краскопечатающего валика и испачканного пальца за 5, 7 и 9 секунд после печати. Для вышеупомянутых испытаний использовали до пяти различных немелованных сред, и следующие результаты сообщались как средние.
Фиг.2 иллюстрирует результаты оттисков с учетом эффекта "снятого колпачка". При сравнении с контрольными чернилами (без связующего вещества) добавление полимерных связующих веществ SMA 1440 и SMA 1000 не ухудшало характеристику эффекта "снятого колпачка".
Фиг.3 и 4 иллюстрируют графически результаты упомянутых выше испытаний отпечатков на расплывание и ореол для чернил, содержащих связующее вещество в количестве приблизительно 0,8%. Как иллюстрируется на Фиг.3 и 4, баллы выставляют по шкале в масштабе 0-5, где 0 является наихудшим значением и 5 является наилучшим значением. По сравнению с контрольными чернилами все чернила, содержащие SMA/сложный полуэфир, проявляли высоко улучшенные характеристики расплывания и ореола. Сложные полуэфиры SMA нормально обладали намного лучшим значением расплывания и ореола, чем смолы на основе SMA.
Фиг.5 иллюстрирует характеристику оптической плотности тестовых чернил. Кроме того, на Фиг.5 иллюстрируется эффект водоустойчивости тестовых чернил. Результаты, иллюстрированные на Фиг.5, указывают, что в то время как SMA 1000 дает более высокое значение OD, чем контрольные чернила, характеристика его долговечности, измеренная как водоустойчивость, является плохой. Сложные полуэфиры (SMA 1440 и SMA 2625) дают OD, похожее на контрольное и допустимое значение водоустойчивости (<0,05).
Таблица 3 ниже перечисляет времена высыхания для вышеупомянутых чернил, содержащих приблизительно 0,8% SMA и SMA сложных полуэфиров. Подобно значениям расплывания добавление SMA сложных полуэфиров значительно улучшает времена высыхания.
| Таблица 3 | |
| Тип SMA | Время высыхания (сек) |
| Без связующего вещества | 20 |
| SMA 1000 | 20 |
| SMA 1440 | 9 |
| SMA 2625 | 9 |
В заключение упомянутый выше пример иллюстрирует ряд преимуществ, которые может предоставить типичная система и способ настоящего изобретения в соответствии с одним типичным воплощением. Более конкретно, раскрытые чернила на основе черного пигмента для струйных печатающих устройств обладают улучшенным временем высушивания, в то же время сохраняя высокую оптическую плотность и хорошее качество отпечатков на пористой немелованной бумаге. Кроме того, раскрытые чернила на основе черного пигмента для струйных печатающих устройств обладают прекрасной пригодностью для печатания, эффектом запуска и надежностью в термическом пишущем элементе для струйных печатающих устройств. Раскрытый SMA полимер также предоставляет композиции гибкость при применении уменьшенного количества поверхностно-активных веществ или смачивателей или при их отсутствии в чернилах на основе черного пигмента, таким образом, снижая общую стоимость чернил и снижая воздействие на окружающую среду. Раскрытый полимер на основе SMA сложного полуэфира в системе чернил для струйных печатающих устройств также улучшает расплываемость и характеристику ореола при печати по сравнению с цветными чернилами на основе красителя. В заключение прекрасная эффективность раскрытой системы на основе чернил позволяет снизить или исключить реакционноспособные агенты в цветных чернилах, таким образом, улучшая воздействие на окружающую среду продукта и гибкость композиции на основе цветных чернил.
Предшествующее описание представлено только для иллюстрации и описания типичных воплощений системы и способа настоящего изобретения. Оно не предназначено для использования полностью или ограничения системы и способа любой определенной раскрытой формой. Многие модификации и вариации являются возможными в свете выше показанного. Это обозначает, что сфера применения системы и способа ограничивается следующей формулой изобретения.
1. Чернила (160), включающие в себя:
способный к образованию струи разбавитель, содержащий органический сорастворитель, поверхностно-активное вещество и буферный раствор;
множество твердых пигментов, самодиспергированных в указанном способном к образованию струи разбавителе, и
сложный полуэфир малеинового ангидрида и стирола (SMA), диспергированный в указанном способном к образованию струи разбавителе.
2. Чернила (160) по п.1, в которых указанный полуэфир SMA обладает структурой
в которой x составляет от 1 до 25;
y составляет от 0,1 до 9;
z составляет от 0,1 до 9;
n составляет от 1 до 25 и
R представляет собой группу алкила, фенила, алкилзамещенного фенила, циклоалкила, простого эфира, бутиоксиэтила или пропила, или их смеси.
3. Чернила (160) по п.3, в которых x составляет от 2 до 10; y составляет от 0,1 до 2; z составляет от 0,1 до 2 и n составляет от 2 до 10.
4. Чернила (160) по п.1, дополнительно включающие в себя противоион, конфигурированный для образования соли с указанным сложным полуэфиром SMA.
5. Чернила (160) по п.4, в которых указанный противоион включает в себя один из иона натрия, иона калия, иона лития, иона рубидия, иона цезия или иона аммония.
6. Чернила (160) по п.1, в которых указанный сложный полуэфир SMA составляет между приблизительно 0,05% до приблизительно 10,0 мас.% указанных чернил (160).
7. Система для печати изображений на подложке, включающая в себя:
способные к образованию струи чернила (160) и
печатающую головку, заполненную способными к образованию струи чернилами (160);
в которой способные к образованию струи чернила (160) включают способный к образованию струи разбавитель, множество твердых пигментов, самодиспергированных в указанном способном к образованию струи разбавителе, и сложный полуэфир малеинового ангидрида и стирола (SMA), диспергированный в способном к образованию струи разбавителе.
8. Система по п.7, в которой указанный сложный полуэфир SMA обладает структурой
в которой x составляет от 1 до 25;
y составляет от 0,1 до 9;
z составляет от 0,1 до 9;
n составляет от 1 до 25 и
R представляет собой группу алкила, фенила, алкилзамещенного фенила, циклоалкила или простого эфира.
9. Система по п.7, в которой указанные способные к образованию струи чернила (160) далее включают в себя противоион, конфигурированный для образования соли с указанным сложным полуэфиром SMA.
10. Система по п.7, в которой указанный сложный полуэфир SMA составляет от приблизительно 0,05% до приблизительно 10,0 мас.% указанных способных к образованию струи чернил (160).
