КРАСКА НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ, СПОСОБ СТРУЙНОГО НАНЕСЕНИЯ КРАСКИ, КАРТРИДЖ С КРАСКОЙ, УЗЕЛ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ КРАСКИ, СТРУЙНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ КРАСКИ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
WATER-BASED INK, INK-JET DEPOSITING METHOD, INK CARTRIDGE, INK DEPOSITING UNIT, JET DEVICE FOR DEPOSITING INK AND IMAGE FORMATION METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к краске на водной основе, которая содержит водонерастворимый красящий материал. Более конкретно, настоящее изобретение относится к краске на водной основе, которая предпочтительно используется в способе печати и устройстве для печати, использующих систему струйной печати, и, кроме того, в способе струйного формирования изображений.
Уровень техники
Известно, что краска, содержащая водонерастворимый красящий материал, такой как пигмент (пигментная краска), может обеспечить изображения, превосходные по свойствам, таким как водостойкость или светостойкость. В последние годы предложены различные технологии для улучшения оптической плотности изображения, сформированного с помощью такой краски. Например, предложен способ для дальнейшего улучшения плотности изображения с использованием краски, содержащей самодиспергирующуюся углеродную сажу и определенную соль (сошлемся, например, на публикацию патента 1). Предложена также технология для формирования высококачественного изображения, в которой композицию краски для струйной печати, содержащую пигмент, полимерные частицы, водорастворимый органический растворитель и воду, наносят на среду для печати с помощью водного раствора, содержащего многовалентный металл, чтобы вызвать реакцию между композицией краски и многовалентным металлом в водном растворе (смотри, например, нерассмотренную заявку на публикацию патента Японии № 2000-63719). В этих технологиях имеющийся пигмент, диспергированный в краске, заставляют агломерировать на поверхности среды для печати, чтобы предотвратить проникновение пигмента в среду для печати, при этом может быть получено изображение более высокой плотности, чем с помощью обычной пигментной краски.
Однако в результате интенсивных исследований авторы настоящего изобретения обнаружили, что, когда в указанных выше технологиях частицы пигмента агломерируют на среде для печати, площадь на поверхности среды для печати, которая должна быть покрыта красящим материалом при использовании заданного количества капель краски (так называемый коэффициент площади), имеет тенденцию к тому, чтобы быть недостаточной. Это означает, что указанные выше технологии требуют большего количества краски для получения той же плотности изображения, по сравнению с обычной пигментной краской, в которой пигмент диспергируется с помощью полимерного диспергатора или чего-либо подобного. Этот момент требует дальнейшего усовершенствования. Хотя имеется способ получения большого коэффициента площади с помощью малых капель краски посредством увеличения проницаемости краски в среде для печати, краска с повышенной проницаемостью диффундирует не только на поверхности среды для печати, но также и внутрь нее, приводя к недостаточной плотности изображения.
Авторы настоящего изобретения изучили как преимущества, так и недостатки обычных красок и проанализировали характеристики изображений, сформированных с помощью таких красок. Они обнаружили, что, когда краска содержит красящий материал в большем количестве, возникают те проблемы, что красящий материал остается на поверхности среды для печати в более высоком количестве, формируются визуально неоднородные растровые точки или же красящий материал не используется эффективно, но расходуется на потери в среде для печати. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что изображения, превосходные по отношению к обычным изображениям, могут быть получены путем решения, по меньшей мере, одной из технических проблем, приведенных ниже. Настоящее изобретение решает, по меньшей мере, одну из следующих проблем.
(1) Когда пигмент, который находится в состоянии дисперсии, в краске, заставляют агломерировать на поверхности среды для печати, площадь поверхности среды для печати, которую может покрыть красящий материал с помощью капли краски заданного объема (так называемый коэффициент площади), может быть недостаточной. В этом случае количество краски, необходимое для получения одной и той же плотности изображения, возрастает.
(2) Когда проницаемость краски увеличивается, краска распределяется не только на поверхности среды для печати, но проникает также в направлении по толщине среды для печати. Соответственно, красящий материал не может распределяться с высокой плотностью вблизи поверхности среды для печати, и высокая плотность изображения не может быть получена.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание краски на водной основе, которая обеспечивает достаточную площадь даже с помощью малой капли пигментной краски (большой коэффициент площади), может обеспечить изображение, имеющее высокую OD (плотность изображения) и имеет долговременную стабильность при хранении.
Другой целью настоящего изобретения является создание способа струйной печати с использованием указанной выше краски для формирования изображения с высоким разрешением, с высокой OD, при помощи малого количества краски.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание картриджа с краской, узла печати и устройства для струйной печати, которые предпочтительно используются в указанных выше способах печати.
Кроме того, другой целью настоящего изобретения является создание способа формирования изображения, в котором смешение цветов (растекание) эффективно предотвращается на границе между областью черной краски и областью цветной краски, не вызывая расплывания краски, когда цветное изображение, в котором различные цвета находятся рядом друг с другом, печатается на простой бумаге.
Техническая концепция настоящего изобретения может быть сформулирована следующим образом: краска на водной основе, которая содержит воду, множество различных водорастворимых органических растворителей и водонерастворимый красящий материал, где указанные выше водорастворимые органические растворители представляют собой хороший растворитель и плохой растворитель для водонерастворимого красящего материала, который должен использоваться, и когда значения Ka указанных выше водорастворимых органических растворителей определяются с помощью способа Бристоу, указанный выше плохой растворитель имеет самое большое значение Ka и диффундирует вдоль поверхности среды для печати по существу в форме правильного круга, до того как диффундирует хороший растворитель, способствуя агломерации указанного выше водонерастворимого красящего материала в ходе диффузии. За счет этой структуры краска на водной основе по настоящему изобретению имеет то преимущество, что она не должна обязательно содержать большое количество красящего материала, который диффундирует и расходуется в виде потерь в среде для печати, не внося вклад в плотность изображения, как это происходит в современном уровне техники. В дополнение к этому, изображение может формироваться в идеальном состоянии, то есть большая часть красящего материала не локализуется на поверхности среды для печати, и в то же время красящий материал не достигает обратной стороны среды для печати, делая тем самым возможной печать на обеих сторонах. В результате на поверхности среды для печати однородно формируется изображение с высокой плотностью.
Наилучший способ для осуществления изобретения
Указанные выше цели достигаются с помощью настоящего изобретения, рассматриваемого ниже. Иначе говоря, краска на водной основе в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения содержит воду, множество различных водорастворимых органических растворителей и водонерастворимый красящий материал, где указанные выше водорастворимые органические растворители состоят из хорошего растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала и плохого растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала, и когда общее количество (мас.%) хороших растворителей в краске обозначается как A, а общее количество (мас.%) плохих растворителей в краске обозначается как B, отношение A к B находится в пределах от 10:5 до 10:30, в обоих случаях крайние значения включаются в эти диапазоны, и когда значения Ka указанных выше водорастворимых органических растворителей определяются с помощью способа Бристоу, и полученные значения сравниваются с друг с другом, водорастворимый органический растворитель, имеющий самое большое значение Ka, представляет собой плохой растворитель.
В дополнение к этому, краска на водной основе в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения содержит воду, множество различных водорастворимых органических растворителей и водонерастворимый красящий материал, где указанные выше водорастворимые органические растворители состоят из хорошего растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала и плохого растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала, и когда значения Ka указанных выше водорастворимых органических растворителей определяются с помощью способа Бристоу, и полученные значения сравниваются друг с другом, водорастворимый органический растворитель, имеющий самое большое значение Ka, представляет собой плохой растворитель, это дополнительно характеризуется тем, что состояние соединения этой краски на водной основе с простой бумагой определяется следующим образом: когда краску капают на простую бумагу с использованием иглы, с диаметром иглы 28 G (внутренний диаметр: 0,18 мм и наружный диаметр: 0,36 мм), расположенной на высоте 4 мм над поверхностью простой бумаги, и она закрепляется на поверхности, измеренное значение диаметра растровой точки краски, полученное непосредственно после соударения краски с простой бумагой, обозначенное dI, измеренное значение наибольшего диаметра распространения краски после закрепления краски на простой бумаге, обозначенное dS, и измеренное значение наибольшего диаметра распространения водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на простой бумаге, обозначаемое dC, удовлетворяют соотношению, приведенному ниже (формула 1):
dC < dI < dS (Формула 1),
и глубина проникновения водонерастворимого красящего материала в простую бумагу является меньшей чем 30 мкм, после того как краска отпечатывается с помощью струйной печати и закрепляется на простой бумаге.
Кроме того, в другом аспекте настоящего изобретения предусматривается способ струйной печати, который отличается стадией выброса краски на водной основе, имеющей указанную выше структуру, с помощью способа струйной печати.
Кроме того, в другом аспекте настоящего изобретения предусматриваются: картридж с краской для хранения краски на водной основе, имеющей указанную выше структуру; узел печати, содержащий узел для хранения краски на водной основе, имеющей указанную выше структуру, и головку для струйной печати, для выброса краски; и устройство для струйной печати, содержащее узел для хранения краски на водной основе, имеющей указанную выше структуру, и головку для струйной печати, для выброса краски.
В дополнение к этому, в другом предпочтительном аспекте настоящего изобретения предусматривается способ формирования изображения посредством струйной печати на простой бумаге с использованием черной краски и, по меньшей мере, одной цветной краски на водной основе, отличающийся тем, что краска на водной основе, имеющая указанную выше структуру, используется в качестве черной краски, и когда изображение, в котором изображение, сформированное с помощью черной краски, и изображение, сформированное с помощью цветной краски, формируются рядом друг с другом, изображение формируется посредством развертки для нанесения черной краски на область черного изображения, а затем развертки для нанесения цветной краски на область, в которой уже было сформировано черное изображение.
Кроме того, в другом аспекте настоящего изобретения предусматривается краска на водной основе, которая содержит воду, множество различных водорастворимых органических растворителей и водонерастворимый красящий материал, где указанные выше водорастворимые органические растворители состоят из хорошего растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала и плохого растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала, и когда самое большое значение Ka указанных выше водорастворимых органических растворителей определяют с помощью способа Бристоу, водорастворимый органический растворитель, имеющий самое большое значение Ka, представляет собой плохой растворитель, и плохой растворитель проникает в среду для печати до того, как это делает хороший растворитель, так что он способствует агломерации указанного выше водонерастворимого красящего материала в хорошем растворителе на поверхности среды для печати.
(Эффект изобретения)
В соответствии с настоящим изобретением, предусматривается краска на водной основе, которая представляет собой пигментную краску, которая имеет достаточно большой коэффициент площади даже при малом количестве капель краски и создает изображение с высокой OD (плотностью изображения). В дополнение к этому, в соответствии с настоящим изобретением, при использовании такой краски, предусматриваются: способ струйной печати для формирования изображения высокого разрешения с высокой OD, даже на основе малого дополнительного количества краски; картридж с краской, предпочтительно используемый для указанного выше способа печати; узел печати; и устройство для струйной печати. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, предусматривается способ формирования изображения, в котором эффективно предотвращается смешение цветов (растекание) на границе между областью черной краски и областью цветной краски, не вызывая расплывания краски, когда на простой бумаге формируется цветное изображение, в котором различные цвета находятся рядом друг с другом.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой продольный разрез головки устройства для струйной печати;
Фиг.2 представляет собой продольный разрез головки устройства для струйной печати;
Фиг.3 представляет собой общий вид в перспективе для головки, состоящей из нескольких головок, как показано на фиг.1;
Фиг.4 представляет собой общий вид в перспективе, изображающий пример устройства для струйной печати;
Фиг.5 представляет собой продольный разрез картриджа с краской;
Фиг.6 представляет собой общий вид в перспективе, изображающий пример узла печати;
Фиг.7 представляет собой вид, показывающий пример структуры печатающей головки;
Фиг.8 представляет собой пример печатающей головки, используемой в настоящем изобретении;
Фиг.9 представляет собой другой пример печатающей головки, используемой в настоящем изобретении;
Фиг.10 представляет собой другой пример печатающей головки, используемой в настоящем изобретении;
Фиг.11 представляет собой другой пример печатающей головки, используемой в настоящем изобретении;
Фиг.12 представляет собой другой пример печатающей головки, используемой в настоящем изобретении;
Фиг.13 представляет собой другой пример печатающей головки, используемой в настоящем изобретении;
Фиг.14A, 14B, 14C и 14D схематически иллюстрируют состояние, когда капля краски по настоящему изобретению попадает на поверхность среды для печати;
Фиг.15 схематически иллюстрирует разницу между каплями краски из примеров и сравнительных примеров после закрепления краски на простой бумаге; и
Фиг.16 представляет собой схематический вид, изображающий разницу в распределениях красящего материала в направлении по глубине после закрепления красок на простой бумаге из определенного примера и сравнительного примера.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее изобретение далее будет подробно описываться ниже, со ссылками на предпочтительные варианты осуществления. Во-первых, описываются плохой растворитель и хороший растворитель, используемые в настоящем описании. Подробные определения будут даны далее, но в первом приближении водорастворимый органический растворитель, вызывающий стабильное диспергирование в нем водонерастворимого красящего материала, называется хорошим растворителем, а водорастворимый органический растворитель, вызывающий нестабильное диспергирование в нем водонерастворимого красящего материала, называется плохим растворителем, вне зависимости от способа диспергирования водонерастворимого красящего материала. Авторы настоящего изобретения уделили внимание водорастворимым органическим растворителям, содержащимся в краске на водной основе вместе с водонерастворимым красящим материалом, и классифицировали их на хорошие растворители, имеющие высокую способность к растворению или диспергированию водонерастворимого красящего материала, и плохие растворители, имеющие плохую способность к растворению или диспергированию красящего материала. Настоящее изобретение отличается тем, что краска на водной основе конструируется таким образом, что отношение между плохим растворителем и хорошим растворителем в краске устанавливается в некотором диапазоне. Путем адаптирования такой структуры может быть получено изображение с уменьшенным расплыванием краски и растеканием даже на простой бумаге, для которой имеются различные проблемы при формировании изображения с помощью обычной краски на водной основе. Настоящее изобретение предусматривает краску, имеющую значительно больший коэффициент площади (формирует большую площадь с помощью малого количества капель краски) и способную к формированию изображения с высокой OD. Кроме того, использование такой краски делает возможным печать с высокой скоростью, уменьшение размеров устройства для печати и уменьшение затрат, включая расходные материалы, и, кроме того, оно реализует изображения с превосходной прочностью и более высокой плотностью печати. Обнаружив замечательные воздействия, такие как формирование изображений высокого качества, авторы завершили настоящее изобретение.
Причины того, почему с помощью настоящего изобретения могут быть получены такие преимущества, не являются вполне понятными, но авторы настоящего изобретения рассуждают следующим образом. Как правило, когда изображение формируется с помощью краски на водной основе на такой бумаге для печати, как простая бумага, является необходимым изготовление красящего материала, эффективно удерживаемого на бумаге, для реализации высокой плотности печати и качества печати. В качестве способа для выполнения этой задачи, имеется способ прикрепления реакционного раствора к среде для печати, а затем прикрепления пигментной краски к бумаге для печати, так, чтобы получить превосходную плотность печати и качество печати. Имеется также способ использования специального диспергатора для достижения как стабильности краски при хранении, так и высокой плотности печати. Однако, в соответствии с исследованиями авторов настоящего изобретения, получение достаточной плотности печати с помощью этих способов является по-прежнему сложным. В частности, является невозможным получение достаточно большого коэффициента площади с помощью малой капли краски, а также получение высокой плотности печати.
Краска на водной основе по настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, воду, водонерастворимый красящий материал и множество различных водорастворимых органических растворителей. Указанные выше водорастворимые органические растворители включают в себя хороший растворитель для указанного выше водонерастворимого красящего материала и плохой растворитель для указанного выше водонерастворимого красящего материала. Когда краска на водной основе находится в жидком состоянии, где вода, водонерастворимый красящий материал и водорастворимые органические растворители, включая как хороший растворитель, так и плохой растворитель для водонерастворимого красящего материала, смешиваются в определенном отношении, поддерживается стабильность при хранении водонерастворимого красящего материала, такого как пигмент.
Когда такая краска на водной основе по настоящему изобретению отпечатывается на среде для печати и, в частности, на простой бумаге, могут быть получены исключительно превосходная плотность печати и качество печати. Причина, как предполагается, является следующей: как изображено на фиг.14A, когда капля 1301 краски по настоящему изобретению наносится на среду 1300 для печати, такую как простая бумага, отношение компонентов воды, водонерастворимого красящего материала и хорошего растворителя и плохого растворителя к водонерастворимому красящему материалу, содержащихся в краске, изменяется после того, как краска попадает на среду для печати. То есть, как изображено на фиг.14A и 14B, после того как капля 1301 краски попадает на поверхность 1300 среды для печати, когда краска закрепляется на среде для печати, плохой растворитель 1307, имеющий высокое значение Ka, при испарении воды диффундирует первым среди водорастворимых органических растворителей в области вблизи поверхности среды для печати, в форме практически правильного круга, а затем диффундирует хороший растворитель с низким значением Ka, так что формируется растровая точка краски.
Фиг.14B-14D схематически изображают состояние краски после того, как она попадает на среду 1300 для печати, и до тех пор, пока она не закрепляется на ней. Если в данном случае рассматривается рассеивание растровых точек краски, концентрация плохого растворителя должна быть высокой на периферии 1302 растровой точки, где краска и бумага находятся в контакте, чем в центре 1303 растровой точки. В результате, когда растровая точка краски диффундирует вдоль поверхности среды для печати в форме по существу правильного круга, концентрация плохого растворителя 1307 резко увеличивается, водонерастворимый красящий материал становится нестабильным, так что происходит агломерация красящего материала или разрушение состояния дисперсии. В результате, формируя границу, которая представляет собой по существу правильный круг, на поверхности бумаги (смотри фиг.14B), водонерастворимый красящий материал 1304 остается вблизи поверхности среды 1300 для печати, и на периферии растровой точки формируется валик из водонерастворимого красящего материала. Таким образом, считается, что растровая точка водонерастворимого красящего материала формируется в форме правильного круга и что растровая точка иммобилизуется на бумаге в этом состоянии (смотри фиг.14C). В этот момент формирование растровой точки с помощью водонерастворимого красящего материала завершается, но водорастворимые органические растворители и вода, содержащаяся в краске, по-прежнему диффундируют и распределяются в радиальной форме. Иначе говоря, даже после формирования растровой точки с помощью водонерастворимого красящего материала вода и водорастворимые органические растворители диффундируют вдоль поверхности среды для печати. Впоследствии водорастворимые органические растворители испаряются или проникают в среду для печати в центре 1303, где концентрация хорошего растворителя является высокой, и водонерастворимый красящий материал также осаждается в этой области, так что получается растровая точка 1305 для формирования изображения (смотри фиг.14A-14D). Цветное изображение, сформированное с помощью указанного выше способа, имеет достаточно большой коэффициент площади, даже от малого количества капель краски, и имеет высокую плотность печати. Кроме того, поскольку генерирование расплывания краски значительно уменьшается, может быть получено изображение с высоким качеством.
Для рассмотренного выше механизма хороший растворитель и плохой растворитель, используемые в настоящем изобретении, определяются из условия того, может ли он благоприятно поддерживать диспергированное состояние водонерастворимого красящего материала или нет. Иначе говоря, хороший растворитель или плохой растворитель определяется в зависимости от их взаимодействия с водонерастворимым красящим материалом или его диспергатором. Соответственно, когда выбирают хороший растворитель и плохой растворитель для получения краски по настоящему изобретению, предпочтительным является наблюдение дисперсного состояния или стабильности водонерастворимого красящего материала, который должен использоваться вместе с растворителем, так, чтобы выбрать хороший и плохой растворители на основе результатов наблюдения. Авторы настоящего изобретения провели различные исследования в отношении критерия для выбора хороших и плохих растворителей, которые обеспечат эффекты, даваемые настоящим изобретением, на основе связи с эффектами по настоящему изобретению. Раствор, содержащий приблизительно 50 мас.% растворителя, который должен определяться, и водонерастворимого красящего материала, который должен использоваться в краске, выдерживается в диспергированном состоянии при 60°C в течение 48 ч. Размер частиц в указанном выше растворе сравнивают с размером частиц другого раствора дисперсии пигмента, содержащего такой же пигмент, на малое количество определяемого растворителя или вообще не содержащего его. Если размер частиц исследуемого раствора становится больше, растворитель определяется как представляющий собой плохой растворитель, а если он является почти таким же или меньшим - то как хороший растворитель. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что указанные выше определения исключительно хорошо согласуются с эффектами по настоящему изобретению.
Более конкретно, является ли растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем для конкретного водонерастворимого красящего материала, определяют следующим образом. Сначала готовят два раствора дисперсии водонерастворимого красящего материала A и B:
A: раствор дисперсии водонерастворимого красящего материала, содержащий 50 мас.% водорастворимого органического растворителя, который должен определяться, 5 мас.% водонерастворимого красящего материала или в сумме водонерастворимого красящего материала и вещества для его диспергирования, и 45 мас.% воды; и
B: раствор водной дисперсии, содержащий в сумме 5 мас.% водонерастворимого красящего материала и вещества для его диспергирования, но без водорастворимого органического растворителя.
В дальнейшем указанный выше раствор A дисперсии сохраняют при 60°C в течение 48 ч, а затем охлаждают до температуры окружающей среды. Размер частиц раствора A дисперсии измеряют с помощью анализатора размеров частиц для концентрированных растворов (наименование продукта: FPAR-1000; производится Otsuka Electronics Co., Ltd.). Подобным же образом, размер частиц указанного выше раствора B водной дисперсии измеряют с помощью указанного выше анализатора размеров частиц для концентрированных растворов. После этого значения размеров частиц указанного выше раствора A дисперсии и раствора B водной дисперсии обозначают как размер (A) частиц и размер (B) частиц соответственно и с помощью этих значений определяют, является ли растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем, в соответствии с определениями, описанными ниже. И готовят краску, имеющую структуру по настоящему изобретению, с использованием определенных таким образом хорошего растворителя и плохого растворителя, чтобы подтвердить, что получены описанные выше превосходные эффекты. Что касается критериев для хорошего растворителя и плохого растворителя, то когда размер (A) частиц является большим, чем размер (B) частиц, согласно указанным выше определениям, водорастворимый органический растворитель называется плохим растворителем. Когда размер (A) частиц является таким же или меньшим, чем размер (B) частиц, водорастворимый органический растворитель называется хорошим растворителем.
Краска на водной основе по настоящему изобретению может иметь такой же состав, как и у обычной краски на водной основе, содержащей водонерастворимый красящий материал, с тем исключением, что водорастворимые органические растворители имеют указанные выше конкретные особенности. Иначе говоря, первая особенность краски на водной основе по настоящему изобретению заключается в том, что она содержит воду, множество водорастворимых органических растворителей и водонерастворимый красящий материал, где водорастворимые органические растворители включают в себя, по меньшей мере, один хороший растворитель и, по меньшей мере, один плохой растворитель, которые определяются посредством описанного выше способа определения, и когда значения Ka этих водорастворимых органических растворителей определяются с помощью способа Бристоу, и полученные значения сравниваются друг с другом, водорастворимый органический растворитель, имеющий самое большое значение Ka, представляет собой плохой растворитель. Как следствие, стабильность дисперсии водонерастворимого красящего материала в краске становится исключительно превосходной, и в то же время он имеет достаточно большой коэффициент площади, даже для малой капли краски, и демонстрирует высокую плотность печати, когда отпечатывается на среде для печати, в частности на простой бумаге, делая возможным формирование изображения с исключительно превосходным качеством печати.
Далее объясняется определение значения Ka с помощью способа Бристоу. Это значение используется как индекс проницаемости краски в среду для печати.
2
2
В случае жидкой краски в качестве примера, если проницаемость краски обозначить через V, т.е. количество краски на 1 м, то количество краски, проникающее в среду для печати V (мл/м= мкм), после прохождения определенного времени t, после выброса капли краски, представляется следующей формулой Бристоу:
1/2
V=Vr+Ka(t-tw).
1/2
В данном случае непосредственно после нанесения капли краски на поверхность среды для печати почти вся краска адсорбируется неоднородными частями на поверхности среды для печати (крупными порциями на поверхности среды для печати), и краска почти не проникает во внутреннюю часть среды для печати. Время, когда краска почти не проникает во внутреннюю часть среды для печати, упоминается как время контакта (tw), а количество краски, адсорбированное неоднородными частями на среде для печати в течение времени контакта, упоминается как Vr. Когда время, прошедшее после прикрепления краски, превышает время контакта, количество краски, проникшее в среду для печати, увеличивается вместе с дополнительным временем, превышающим время контакта, то есть на величину, которая пропорциональна (t-tw). Ka представляет собой константу пропорциональности этого увеличения количества, и она показывает величину, соответствующую скорости проникновения. Значение Ka может измеряться с помощью способа Бристоу, при использовании исследовательской установки для динамической проницаемости текучих сред (например, наименование продукта: Dynamic Permeability Tester S; производится Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.), или чего-либо подобного.
Кроме того, когда общее количество (мас.%) хорошего растворителя в краске на водной основе по настоящему изобретению обозначается как A, а общее количество (мас.%) плохого растворителя в краске обозначается как B, краска на водной основе по настоящему изобретению подбирается таким образом, что отношение A к B [общее количество (мас.%) хорошего растворителя в краске к общему количеству (мас.%) плохого растворителя в краске] устанавливается в диапазоне между 10:5 или более и 10:30 или менее. Необходимо отметить, что термин "общее количество" используется здесь для обозначения той ситуации, что, когда, например, имеется множество хороших растворителей, включаются все хорошие растворители. В дополнение к этому, выражение "отношение A к B находится в пределах между 10:5 или более и 10:30 или менее" используется здесь для обозначения того, что, когда A равно 10, B находится в пределах между 5 и 30, и оба крайних значения включаются в этот диапазон.
Кроме того, в другом аспекте настоящего изобретения предлагается краска на водной основе, содержащая воду, множество различных водорастворимых органических растворителей и водонерастворимый красящий материал, где указанные выше водорастворимые органические растворители состоят из хорошего растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала и плохого растворителя для указанного выше водонерастворимого красящего материала, и когда значения Ka указанных выше водорастворимых органических растворителей определяются с помощью способа Бристоу, и полученные значения сравниваются друг с другом, водорастворимый органический растворитель, имеющий самое большое значение Ka, представляет собой плохой растворитель, и где, кроме того, адгезионное поведение краски по отношению к простой бумаге является таким, как описано ниже.
Обнаружено, что, когда краска на водной основе по настоящему изобретению, имеющая указанную выше структуру, закрепляется на простой бумаге, она демонстрирует поведение, которое отличается от обычной краски. Такое поведение дает возможность краске иметь достаточно большой коэффициент площади, даже при малом количестве капель краски, и достигать формирования изображения с высокой OD (плотностью отражения). Кроме того, когда цветное изображение, у которого области различных цветов находятся рядом друг с другом, отпечатывается на простой бумаге, может достигаться эффект предотвращения расплывания краски. Другими словами, обеспечивает ли краска по настоящему изобретению указанные выше замечательные эффекты или нет, может быть определено посредством измерения поведения краски, когда краска закрепляется на простой бумаге в соответствии со следующим способом.
Для измерения поведения краски на водной основе по отношению к простой бумаге используют, во-первых, иглу с диаметром 28 G (внутренний диаметр: 0,18 мм и наружный диаметр: 0,36 мм), и кончик иглы располагается на высоте 4 мм от поверхности простой бумаги, а затем краску капают с этой высоты. Затем краску закрепляют на поверхности бумаги. В это время диаметр растровой точки краски измеряют непосредственно после попадания краски на простую бумагу, и измеренное значение обозначают как dI, и измеряют наибольший диаметр распространения краски после закрепления краски на простой бумаге, и измеренное значение обозначают как dS. Также измеряют наибольший диаметр распространения водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на простой бумаге и измеренное значение обозначают как dC. В случае краски на водной основе по настоящему изобретению, указанные выше полученные значения измерений находятся в соотношении dC < dI < dS (формула 1). В дополнение к этому глубина проникновения водонерастворимого красящего материала в простую бумагу является меньшей чем 30 мкм, после того как краска отпечатывается и закрепляется на простой бумаге посредством струйной печати.
Приведенная выше формула 1 означает, что наибольший диаметр dC распространения водонерастворимого красящего материала в краске, изображенного на фиг.14C, является меньшим, чем диаметр dI растровой точки краски, измеренный непосредственно после попадания краски, который изображен на фиг.14B, а наибольший диаметр dS распространения краски после закрепления краски на среде для печати, изображенного на фиг.14D, является большим, чем dI.
Принимая во внимание структуру краски на водной основе по настоящему изобретению, приведенное выше выражение неравенства означает, что после нанесения капли краски на среду для печати благодаря плохому растворителю с высоким значением Ka красящий материал диффундирует и закрепляется вблизи поверхности среды для печати в форме по существу правильного круга, и что вода и водорастворимые органические растворители, содержащиеся в краске, дополнительно диффундируют радиально вблизи поверхности среды для печати, и что водонерастворимый красящий материал сначала иммобилизуется, а затем вода и водорастворимые органические растворители диффундируют в среду для печати. Кроме того, та особенность, что глубина проникновения водонерастворимого красящего материала после закрепления краски на среде для печати является меньшей чем 30 мкм, означает, что, когда водонерастворимый красящий материал наносят на среду для печати, он эффективно покрывает поверхность среды для печати.
В противоположность этому, когда поведение обычной краски на водной основе по отношению к простой бумаге измеряется таким же образом, наибольший диаметр dC распространения водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на простой бумаге становится большим, чем диаметр dI растровой точки краски, измеренный непосредственно после попадания краски на простую бумагу, и их взаимоотношение выражается как dI < dC < dS. Кроме того, граница между областью водонерастворимого красящего материала и областью воды и водорастворимыми органическими растворителями, распределяющимися вокруг нее, становится менее четкой, чем граница для краски на водной основе по настоящему изобретению. Это показывает, что для обычной краски, когда вода и водорастворимые органические растворители диффундируют в среде для печати после попадания краски на простую бумагу, водонерастворимый красящий материал также распределяется вместе с ними, тем самым красящий материал не может эффективно покрыть поверхность бумаги. Кроме того, это показывает также, что поскольку граница красящего материала не представляет собой правильный круг, печать также становится нечеткой. Кроме того, даже если между dC, dI и наибольшим диаметром dS распределения краски после закрепления краски на среде для печати может иметь место соотношение dC<dI<dS, если глубина проникновения водонерастворимого красящего материала после закрепления краски составляет 30 мкм или более, водонерастворимый красящий материал не только диффундирует вблизи поверхности бумаги, но также и проникает в направлении по глубине бумаги. Этот случай также демонстрирует, что красящий материал не покрывает эффективно бумагу.
В настоящем изобретении, dI, dS и dC, как определено выше, измеряются в соответствии со следующими способами.
Сначала к краске добавляют малое количество водорастворимого красителя, который является растворимым в водорастворимых органических растворителях, содержащихся в краске, которая должна подвергаться измерению, и имеет оттенок, отличный от оттенка водонерастворимого красящего материала, являющегося компонентом краски, и, используя краску, полученную таким образом, наибольший диаметр dS распределения краски после закрепления краски на простой бумаге можно измерять посредством визуального наблюдения. Иначе говоря, посредством добавления малого количества водорастворимого красителя, который является растворимым в водорастворимых органических растворителях, содержащихся в краске, которая должна подвергаться измерению, и имеющего оттенок, отличный от оттенка водонерастворимого красящего материала, являющегося компонентом краски, условия распространения воды и водорастворимых органических растворителей, которые диффундируют в простой бумаге после закрепления водонерастворимого красящего материала в краске, могут подтверждаться посредством визуального наблюдения благодаря присутствию указанного выше водорастворимого красителя, добавленного к краске.
Диаметр dI растровой точки краски непосредственно после попадания капли краски на простую бумагу измеряют с использованием Face CONTACT-ANGLEMETER CA-P, производится Kyowa Interface Science Co., Ltd. Более конкретно, используя иглу с диаметром иглы 28 G (внутренний диаметр: 0,18 мм и наружный диаметр: 0,36 мм), кончик иглы располагают на высоте 4 мм от поверхности простой бумаги, затем краску капают с этой высоты на простую бумагу и после капания диаметр капли краски считывают со шкалы измерителя угла смачивания, измеряя тем самым значение dI. То есть указанные выше зарегистрированные значения представляют собой диаметр растровой точки краски dI непосредственно после соприкосновения краски с простой бумагой.
Наибольший диаметр dS распространения краски после закрепления краски на простой бумаге и наибольший диаметр dC распространения водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на простой бумаге измеряют следующим образом. Растровую точку краски, попавшую на простую бумагу при описанных выше условиях, оставляют на 6 часов или более и после стабилизации капли краски измеряют размер растровой точки краски. Наибольший диаметр dS распространения краски после закрепления краски на простой бумаге получают путем измерения наибольшего линейного размера распространения оттенка водорастворимого красителя, имеющего оттенок, отличный от оттенка водонерастворимого красящего материала, содержащегося в краске. После этого получают наибольший диаметр dC распространения водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на простой бумаге посредством измерения наибольшего линейного размера распределения, имеющего оттенок водонерастворимого красящего материала, содержащегося в краске.
Кроме того, глубину проникновения водонерастворимого красящего материала после закрепления краски на простой бумаге получают посредством поперечного разрезания области печати простой бумаги после печатания с помощью струйного принтера, а затем наблюдения поперечного сечения в микроскоп.
Чтобы растровая точка краски имела такую форму, когда общее количество (мас.%) хорошего растворителя (растворителей) в краске обозначается A и общее количество (мас.%) плохого растворителя (растворителей) в краске обозначается B, отношение A к B [общее количество (мас.%) хорошего растворителя (растворителей) в краске : общее количество (мас.%) плохого растворителя (растворителей) в краске] предпочтительно находится в пределах между 10:5 или более и 10:30 или менее, более предпочтительно, в пределах между 10:5 или более и 10:10 или менее и особенно предпочтительно, в пределах между 10:6 или более и 10:10 или менее.
2
1/2
2
1/2
2
1/2
2
1/2
2
1/2
Краска на водной основе по настоящему изобретению отличается тем, что, когда значения Ka множества различных типов водорастворимых органических растворителей, содержащихся в краске, определяются с помощью способа Бристоу и полученные значения сравниваются друг с другом, водорастворимый органический растворитель, имеющий наибольшее значение Ka, представляет собой плохой растворитель. Кроме того, в соответствии с исследованиями авторов настоящего изобретения, для достижения дальнейшего улучшения качества печатаемого изображения, краску предпочтительно подбирают так, что значение Ka становится меньшим чем 1,5 (мл/м/мсек), более предпочтительно, 0,2 (мл/м/мсек) или более, но меньшим чем 1,5 (мл/м/мсек). Иначе говоря, если краску готовят так, чтобы она имела значение Ka меньшее чем 1,5 (мл/м/мсек), разделение твердых продуктов и жидкости происходит на ранней стадии процесса, когда краска проникает в среду для печати, так что может быть получено изображение высокого качества с очень небольшим расплыванием краски. В то же время, устанавливая значение Ka краски, равное 0,2 (мл/м/мсек) или более, можно получить более предпочтительную способность к закреплению.
Отмечено, что значение Ka, определенное с помощью способа Бристоу в настоящем изобретении, измеряется с использованием в качестве среды для печати простой бумаги [например, бумаги PB, используемой для электрофотографической копировальной машины, листового принтера (лазерного принтера) или струйного принтера, производимого Canon Inc., или бумаги PPC, используемой для электрофотографической копировальной машины]. Окружающая среда для измерений организуется в предположении условий обычной офисной окружающей среды, таких как температура в пределах между 20°C и 25°C и влажность в пределах между 40% и 60%.
Между прочим, когда изображение формируется с помощью как черной, так и цветных красок, на простой бумаге, если краска на водной основе по настоящему изобретению используется в качестве черной краски, как описано выше, считается, что агломерация или разрушение дисперсии красящего материала, составляющего черную краску, происходит быстрее, чем в случае других красок. В способе формирования изображений по настоящему изобретению краска на водной основе по настоящему изобретению используется в качестве черной краски, и формирование изображения с помощью цветной краски осуществляется после формирования изображения с помощью черной краски, а более предпочтительно, осуществляется развертка для нанесения черной краски, а после осуществления, по меньшей мере, некоторой части одной развертки осуществляют развертку для присоединения цветной краски. Посредством адаптирования такого способа, даже когда черная краска вступает в контакт с цветной краской, смешения цветов или растекания красок между черной краской и цветной краской на бумаге не происходит, тем самым достигается превосходное воздействие против растекания при печати. Иначе говоря, в соответствии с настоящим изобретением описанные выше превосходные эффекты могут достигаться посредством осуществления только лишь формирования изображения с помощью каждой краски, из черной и цветной краски, с некоторым временным интервалом, заменяя способ многопроходной печати с множеством разверток, который требует большого времени печати, или способ, использующий системы с различной регенерацией для черной и цветных красок, которые приводят к увеличению размеров устройств.
Кроме того, когда используется краска на водной основе по настоящему изобретению, поскольку красящий материал, содержащийся в краске, эффективно удерживается в среде для печати, по причинам, описанным выше, становится возможным осуществление печати высокой плотности с меньшим выбрасываемым количеством краски (объемом капли), чем для обычной краски. Кроме того, поскольку печать может осуществляться с меньшим количеством краски, могут быть получены такие эффекты, как уменьшение стоимости формирования изображения или достижение меньшего времени закрепления, по сравнению с обычной краской.
Краска на водной основе по настоящему изобретению отличается тем, что водорастворимые органические растворители, содержащиеся в краске, имеют состав, как описано выше, в отношении водонерастворимого красящего материала, который должен использоваться. Кроме такого состава краска на водной основе по настоящему изобретению может иметь такой же состав, как у обычной краски на водной основе. Каждый компонент, составляющий краску по настоящему изобретению, будет описываться ниже. Сначала будет описываться водная среда, диспергирующая водонерастворимый красящий материал.
<Водная среда>
Краска на водной основе по настоящему изобретению содержит смесь растворителей из воды и водорастворимых органических растворителей. Водорастворимые органические растворители могут выбираться из веществ, перечисленных ниже. В настоящем изобретении, когда выбирают водорастворимые органические растворители, сначала определяют, является ли растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем по отношению к водонерастворимому красящему материалу, который должен использоваться, а затем, на основе результатов определения, выбирают водорастворимые органические растворители таким образом, что они содержат, по меньшей мере, как хороший растворитель, так и плохой растворитель, и что содержание каждого водорастворимого органического растворителя находится в пределах, определенных в настоящем изобретении, а затем их смешивают соответствующим образом, так чтобы приготовить краску.
Конкретные примеры таких водорастворимых органических растворителей могут включать в себя: алкиловые спирты, содержащие от 1 до 4 атомов углерода, такие как метиловый спирт, этиловый спирт, н-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, н-бутиловый спирт, втор-бутиловый спирт или третбутиловый спирт; амиды, такие как диметилформамид или диметилацетамид; кетоны или кетоновые спирты, такие как ацетон или диацетоновый спирт; простые эфиры, такие как тетрагидрофуран или диоксан; полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленгликоль или полипропиленгликоль; алкиленгликоли, у которых алкиленовая группа содержит от 2 до 6 атомов углерода, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2,6-гексантриол, тиодигликоль, гексиленгликоль или диэтиленгликоль; ацетат простого низшего алкилового эфира, такой как ацетат простого монометилового эфира полиэтиленгликоля; глицерин; простые эфиры многоатомных спиртов на основе низших алкилов, такие как простой монометиловый (или этиловый) эфир этиленгликоля, простой метиловый (или этиловый) эфир диэтиленгликоля или простой монометиловый (или этиловый) эфир триэтиленгликоля; N-метил-2-пирролидон, 2-пирролидон и 1,3-диметил-2-имидазолидинон. Кроме того, в качестве воды преимущественно используется деионизованная вода.
Содержание водорастворимых органических растворителей в краске на водной основе по настоящему изобретению не ограничивается каким-либо образом. Предпочтительно оно находится в пределах от 3 мас.% до 50 мас.%, по отношению к общей массе краски. Содержание воды в краске предпочтительно находится в пределах от 50 мас.% до 95 мас.%, по отношению к общей массе краски.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения тип и содержание водорастворимых органических растворителей, составляющих краску на водной основе, подбираются таким образом, что, когда общее количество (мас.%) хорошего растворителя (растворителей) в краске обозначается A, а общее количество (мас.%) плохого растворителя (растворителей) в краске обозначается B, отношение A к B находится в пределах от 10:5 до 10:30, причем оба крайних значения включаются в эти пределы, предпочтительно, в пределах от 10:5 или более до 10:10 или менее и более предпочтительно, в пределах от 10:6 или более до 10:10 или менее.
В соответствии с подробными исследованиями авторов настоящего изобретения, когда отношение хорошего растворителя (растворителей), содержащегося в краске на водной основе, является более высоким, чем указанные выше пределы, становится сложным получение печати высокой плотности, хотя она является превосходной по стабильности при хранении. В противоположность этому, когда отношение хорошего растворителя (растворителей), содержащегося в краске на водной основе, является меньшим, чем указанный выше предел, достаточная стабильность при хранении может и не быть получена, хотя может быть получена высокая плотность печати. В противоположность этим случаям, когда отношение хорошего растворителя (растворителей) и плохого растворителя (растворителей) в водорастворимых органических растворителях, содержащихся в краске, устанавливается как выше, могут быть получены как стабильность краски при хранении, так и высокая плотность печати. В дополнение к этому, в настоящем изобретении, как утверждается выше, когда тип водорастворимых органических растворителей, содержащихся в краске, определяется в соответствии со значением Ka, определяемым с помощью способа Бристоу, который представляет собой индекс, показывающий проницаемость каждого водорастворимого органического растворителя в среде для печати, может быть получена краска на водной основе, которая имеет достаточно большой коэффициент площади, даже при малой величине капли краски, и можно достигнуть высокой плотности печати. Таких воздействий не достигалось до настоящего времени.
Стабильность краски при хранении, как правило, означает стабильность краски в состоянии без испарения воды. Высокая плотность печати реализуется посредством явления агломерации пигмента, которая происходит при распределении растворителя на бумаге во время формирования растровой точки краски, когда краска попадает на бумагу.
Кроме того, кроме эффектов, описанных выше, таких как реализация как стабильности при хранении, так и высокой плотности печати, совместное использование хорошего растворителя и плохого растворителя в краске приводит к эффекту предотвращения, до определенной степени, агломерации пигмента, когда из краски испаряется вода. Более конкретно, когда капли краски прикрепляются к срезу сопла печатающей головки, плотность красящего материала в краске увеличивается под действием испарения краски. В этот момент совместное присутствие хорошего растворителя и плохого растворителя в краске может до определенной степени предотвратить агломерацию пигмента, под действием хорошего растворителя. Таким образом, когда в краске содержится хороший растворитель, предотвращается агломерация пигмента на срезе сопла печатающей головки, и по этой причине можно также ожидать, что увеличится надежность операции регенерации печатающей головки.
<Водонерастворимый красящий материал>
Теперь будет описываться водонерастворимый красящий материал, составляющий краску на водной основе по настоящему изобретению. Вне зависимости от системы его диспергирования, водонерастворимый красящий материал, составляющий краску на водной основе по настоящему изобретению, может представлять собой пигмент, диспергированный с помощью диспергатора на основе смолы или поверхностно-активного вещества (пигмент, диспергированный со смолой, пигмент, диспергированный с поверхностно-активным веществом), или красящий материал, диспергируемый без использования диспергатора, и тому подобное, благодаря высокой диспергируемости самого красящего материала, такого как микроинкапсулированный пигмент, самодиспергирующийся пигмент, имеющий гидрофильные группы, присоединенные на поверхности частиц пигмента, и модифицированный пигмент, в котором полимерные органические группы являются химически связанными на поверхности частиц пигмента (самодиспергирующийся, полимерсвязывающий пигмент). Разумеется, эти диспергированные пигменты различных типов могут использоваться в сочетании. Содержание водонерастворимого красящего материала составляет от 0,1% до 15 мас.%, а более предпочтительно, от 1% до 10 мас.%, по отношению к общей массе краски. Эти пигменты, используемые в настоящем изобретении, будут описываться ниже.
[Пигмент]
Пигменты, используемые для краски на водной основе по настоящему изобретению, специально не ограничены, и может использоваться любой из следующих далее пигментов.
Углеродная сажа является предпочтительной в качестве пигмента, используемого для черной краски. Примеры такой углеродной сажи могут включать в себя печную сажу, ламповую сажу, ацетиленовую сажу и газовую канальную сажу. Более конкретно, могут использоваться коммерчески доступные продукты, рассмотренные ниже: Raven 7000, Raven 5750, Raven 5250, Raven 5000 ULTRA, Raven 3500, Raven 2000, Raven 1500, Raven 1250, Raven 1200, Raven 1190 ULTRA-II, Raven 1170 и Raven 1255 (все они производятся Colombia Co., Ltd.), Black Pearls L, Regal 400R, Regal 330R, Regal 660R, Mogul L, Monarch 700, Monarch 800, Monarch 880, Monarch 900, Monarch 1000, Monarch 1100, Monarch 1300, Monarch 1400, Monarch 2000 и Valcan XC-72R (все они производятся Cabot Corp.), Color Black FW1, Color Black FW2, Color Black FW2V, Color Black FW18, Color Black FW200, Color Black S150, Color Black S160, Color Black S170, Printex 35, Printex U, Printex V, Printex 140U, Printex 140V, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A и Special Black 4 (все они производятся Degussa Corp.), No. 25, No. 33, No. 40, No. 47, No. 52, No. 900, No. 2300, MCF-88, MA600, MA7, MA8 и MA100 (все они производятся by Mitsubishi Chemical Corp.). Кроме того, может также использоваться углеродная сажа, вновь произведенная для настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим, но может использоваться любая обычно известная углеродная сажа. Кроме того, такой черный пигмент не ограничивается углеродной сажей, но и магнитные частицы, такие как магнетит, или феррит, или титановый черный, могут также использоваться в качестве такого черного пигмента.
Конкретные примеры органического пигмента могут включать в себя нерастворимые азопигменты, такие как Toluidine Red, Toluidine Maroon, Hansa Yellow, Benzidine Yellow или Pyrazolone Red, растворимые азопигменты, такие как Lithol Red, Helio Bordeaux, Pigment Scarlet или Permanent Red 2B, производные кубовых красителей, такие как ализарин, индантрон или тиоиндиго темно-бордовый, фталоцианиновые пигменты, такие как фталоцианин голубой или фталоцианин зеленый, хинакридоновые пигменты, такие как хинакридоновый красный или хинакридоновый пурпурный, периленовые пигменты, такие как периленовый красный или периленовый ярко-красный, изоиндолиноновые пигменты, такие как изоиндолиноновый желтый или изоиндолиноновый оранжевый, имидазолоновые пигменты, такие как бензимидазолоновый желтый, бензимидазолоновый оранжевый или бензимидазолоновый красный, пирантроновые пигменты, такие как пирантроновый красный или пирантроновый оранжевый, пигменты на основе индиго, конденсированные азопигменты, пигменты на основе тиоиндиго, дикетопирролопирроловые пигменты, флавантроновый желтый, ациламидный желтый, хинофталоновый желтый, никель-азо желтый, азо медный метиновый желтый, периноновый оранжевый, антроновый оранжевый, диантрахинониловый красный и диоксазиновый фиолетовый. Разумеется, органические пигменты не ограничиваются этим, но могут также использоваться и другие органические пигменты.
Кроме того, когда органические пигменты, которые могут использоваться в настоящем изобретении, обозначаются с помощью значения цветового индекса (C. I.), примеры таких значений C. I. могут включать в себя желтый пигмент с C. I. № 12, 13, 14, 17, 20, 24, 74, 83, 86, 93, 97, 109, 110, 117, 120, 125, 128, 137, 138, 147, 148, 150, 151, 153, 154, 166, 168, 180 и 185, оранжевый пигмент с C. I. № 16, 36, 43, 51, 55, 59, 61 и 71, красный пигмент с C. I. № 9, 48, 49, 52, 53, 57, 97, 122, 123, 149, 168, 175, 176, 177, 180, 192, 215, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 238, 240, 254, 255 и 272, фиолетовый пигмент с C. I. № 19, 23, 29, 30, 37, 40 и 50, голубой пигмент с C. I. № 15, 15: 1, 15: 3, 15: 4, 15: 6, 22, 60 и 64, зеленый пигмент с C. I. № 7 и 36 и коричневый пигмент с C. I. № 23, 25 и 26.
[Пигмент, диспергируемый со смолой]
Как утверждается выше, пигмент, диспергируемый со смолой, то есть пигмент, диспергируемый посредством использования диспергатора, может использоваться в качестве водонерастворимого красящего материала, содержащегося в краске на водной основе по настоящему изобретению. В этом случае требуется соединение для диспергирования каждого из перечисленных выше гидрофобных пигментов. В качестве таких соединений могут использоваться так называемые диспергаторы, включающие в себя поверхностно-активные вещества и диспергаторы на основе смолы или что-либо подобное. Такие диспергаторы или поверхностно-активные вещества не являются как-либо ограниченными, но, среди прочего, предпочтительно могут использоваться анионогенные соединения или неионогенные соединения. Примеры такого анионогенного соединения могут включать в себя соль жирной кислоты, алкилсульфат, алкилбензол сульфонат, алкилнафталин сульфонат, диалкил сульфосукцинат, алкил фосфат, конденсаты нафталинсульфоната с формалином, алкил полиоксиэтилен сульфат и их замещенные производные. Примеры такого неионного соединения могут включать в себя простой полиоксиэтилен алкиловый эфир, простой полиоксиэтилен алкилфениловый эфир, сложный полиоксиэтиленовый эфир жирной кислоты, сложный сорбитановый эфир жирной кислоты, сложный полиоксиэтилен-сорбитановый эфир жирной кислоты, полиоксиэтилен алкиламин, сложный глицериновый эфир жирной кислоты, оксиэтилен-оксипропиленовый блок-сополимер и их замещенные производные. Примеры диспергатора на основе смолы могут включать в себя блок-сополимер, статистический сополимер, привитой сополимер и их соли, которые состоят, по меньшей мере, из двух мономеров (по меньшей мере, один из них представляет собой гидрофильный мономер), выбранных из группы, состоящей из стирола и его производных, винилнафталина и его производных, сложных эфиров жирных спиртов α,β-этилен-ненасыщенной карбоновой кислоты, акриловой кислоты и ее производных, малеиновой кислоты и ее производных, итаконовой кислоты и ее производных, фумаровой кислоты и ее производных и винилацетата, винилового спирта, винилпирролидона, акриламида и их производных.
[Микроинкапсулированный пигмент]
Как утверждается выше, водонерастворимый красящий материал может покрываться органическим полимером для микроинкапсулирования, так чтобы получить микроинкапсулированный пигмент, который может использоваться в качестве водонерастворимого красящего материала для краски на водной основе по настоящему изобретению. Примеры такого способа покрытия водонерастворимого красящего материала органическими полимерами для микроинкапсулирования могут включать в себя химический способ производства, физический способ производства, физико-химический способ производства и механический способ производства. Конкретные примеры таких способов могут включать в себя способ межфазной полимеризации, способ полимеризации in situ, способ нанесения отверждающего покрытия посредством погружения в жидкость, способ коацервации (разделения фаз), способ сушки с погружением в жидкость, способ охлаждения расплава дисперсии, способ покрытия воздушной суспензией, способ сушки распылением, способ кислотного осаждения и способ эмульгирования с обращением фаз.
Примеры органического полимера, используемого в качестве материала для микрокапсул, могут включать в себя полиамид, полиуретан, полиэстер, полимочевину, эпоксидную смолу, поликарбонат, карбамидную смолу, меламиновую смолу, фенольную смолу, полисахарид, желатин, аравийскую камедь, декстран, казеин, белок, натуральный каучук, карбоксиполиметилен, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, поливинилацетат, поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, целлюлозу, этилцеллюлозу, метилцеллюлозу, нитроцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, ацетат целлюлозы, полиэтилен, полистирол, полимер или сополимер (мет)акриловой кислоты, полимер или сополимер сложного эфира (мет)акриловой кислоты, сополимер (мет)акриловой кислоты-сложного эфира (мет)акриловой кислоты, сополимер стирола-(мет)акриловой кислоты, сополимер стирола-малеиновой кислоты, альгинат натрия, жирную кислоту, парафин, пчелиный воск, китайский воск, твердый говяжий жир, карнаубский воск и альбумин.
В числе указанных могут использоваться органические полимеры, имеющие анионную группу, такую как группа карбоновой кислоты или группа сульфоновой кислоты. В дополнение к этому, примеры неионного органического полимера могут включать в себя поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль монометакрилат, полипропиленгликоль монометакрилат, метоксиполиэтиленгликоль монометакрилат, их (со)полимеры и катионные полимеры с открыванием кольца 2-оксазолина. Среди них полностью кетонизированный продукт поливинилового спирта является особенно предпочтительным, поскольку он имеет низкую растворимость в воде и легко растворяется в горячей воде, но плохо растворяется в холодной воде.
Когда в качестве способа микроинкапсулирования выбирается способ разделения фаз или способ кислотного осаждения, анионные органические полимеры могут использоваться в качестве органического полимера для формирования микрокапсул. В способе разделения фаз используют в качестве органического растворителя фаз композит или комплекс, состоящий из анионного органического полимера, обладающего способностью к самодиспергированию или растворению в воде, и красящего материала, такого как самодиспергирующийся органический пигмент или углеродная сажа, или смесь, состоящую из красящего материала, такого как самодиспергирующийся органический пигмент или углеродная сажа, отверждающего агента и анионного органического полимера. Способ разделения фаз включает в себя добавление воды к указанной выше фазе органического растворителя или добавление указанной фазы органического растворителя в воду с тем, чтобы осуществить микроинкапсулирование с самодиспергированием (эмульгирование с разделением фаз). В указанном выше способе разделения фаз в фазу органического растворителя могут добавляться водорастворимые органические растворители или добавки, которые должны использоваться для краски. Принимая во внимание, что раствор дисперсии для краски может производиться непосредственно, является особенно предпочтительным подмешивание жидкой среды для краски в фазу органического растворителя.
С другой стороны, в способе кислотного осаждения водосодержащую лепешку получают с помощью стадий: нейтрализации части или всех анионных групп органического полимера, содержащего анионные группы, с помощью основного соединения и замешивание полимера вместе с красящим материалом, таким как самодиспергирующийся органический пигмент или углеродная сажа, в водной среде; и доведение pH смеси до нейтрального или кислотного с помощью соединения кислоты, так что органический полимер, содержащий анионную группу, преципитирует, прилипая к пигменту. Полученная содержащая воду лепешка подвергается микроинкапсулированию посредством нейтрализации всех анионных групп или их части основным соединением. С помощью этого способа может быть получен анионный микроинкапсулированный пигмент, который является мелкодисперсным и включает в себя большое количество пигментов.
Примеры растворителя, используемого при указанном выше микроинкапсулировании, могут включать в себя алкиловые спирты, такие как метанол, этанол, пропанол или бутанол; ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол или ксилол; сложные эфиры, такие как метилацетат, этилацетат или бутилацетат; хлорированные углеводороды, такие как хлороформ или этилен дихлорид; кетоны, такие как ацетон или метилизобутилкетон; простые эфиры, такие как тетрагидрофуран или диоксан; и целлозольвы, такие как метилцеллозольв или бутилцеллозольв. Кроме того, микрокапсулы, получаемые с помощью описанного выше способа, подвергают разделению в центрифуге или фильтрованию для отделения их от растворителя, затем их смешивают с водой или необходимыми растворителями и смесь перемешивают, а затем опять диспергируют, так чтобы получить микроинкапсулированный пигмент, представляющий интерес. Средний размер частиц микроинкапсулированного пигмента, полученного с помощью указанного выше способа, предпочтительно находится в пределах между 50 нм и 180 нм.
[Самодиспергирующийся пигмент]
3
3
2
Как утверждается выше, в качестве водонерастворимого красящего материала, содержащегося в краске на водной основе по настоящему изобретению, может использоваться самодиспергирующийся пигмент, способный диспергироваться без диспергатора. В качестве указанного выше самодиспергирующегося пигмента имеется пигмент, в котором гидрофильные группы химически связываются с поверхностью частиц пигмента, либо непосредственно, либо посредством другой группы атомов. Например, могут предпочтительно использоваться пигменты, в которых гидрофильная группа, вводимая на поверхность частицы пигмента, представляет собой группу, выбранную из группы, состоящей из -COOM1, -SOM1 и -POH(M1) (где М1 представляет собой группу, выбранную из группы, состоящей из атома водорода, щелочного металла, аммония и органического соединения аммония). Указанная выше другая группа атомов, которая может представлять собой группу, выбранную из группы, состоящей из алкиленовой группы, содержащей 1-12 атомов углерода, замещенной или незамещенной фениленовой группы и замещенной или незамещенной нафтиленовой группы, также может предпочтительно использоваться. В дополнение к этому также могут предпочтительно использоваться самодиспергирующиеся пигменты, полученные посредством следующих способов окисления поверхности: способ окисления углеродной сажи с помощью гипохлорита натрия; способ окисления углеродной сажи с помощью озонирования воды и способ, включающий в себя воздействие на углеродную сажу озонирования, а затем воздействие на нее влажного окисления с помощью окисляющего агента, с тем, чтобы модифицировать поверхность углеродной сажи.
[Самодиспергирующийся пигмент со связанным полимером]
Как утверждается выше, в качестве водонерастворимого красящего материала, содержащегося в краске на водной основе по настоящему изобретению, может использоваться самодиспергирующийся пигмент полимерсвязывающего типа, способный к диспергированию без использования диспергаторов. Такой самодиспергирующийся полимерсвязывающий пигмент, не использующий диспергатора, предпочтительно представляет собой продукт реакции между функциональными группами, которые являются химически связанными с поверхностью пигмента, либо непосредственно, либо посредством другой группы атомов, и сополимера из ионного мономера и гидрофобного мономера. Иначе говоря, когда используется самодиспергирующийся полимерсвязывающий пигмент, имеющий такую структуру, отношение сополимеризации между ионным мономером и гидрофобным мономером, т.е. исходными материалами для сополимера, предназначенного для модификации поверхности пигмента, может изменяться соответствующим образом, тем самым делая возможным надлежащий контроль гидрофильности модифицированного пигмента. Соответственно, самодиспергирующийся полимерсвязывающий пигмент с указанной выше структурой является предпочтительным. Кроме того, тип ионного мономера и гидрофобного мономера, который должен использоваться, может выбираться соответствующим образом, или их сочетание может изменяться соответствующим образом, так чтобы поверхности пигмента можно было придавать различные свойства. Также и с этой точки зрения, указанный выше самодиспергирующийся полимерсвязывающий пигмент является предпочтительным.
(Функциональная группа)
Функциональная группа, содержащаяся в указанном выше самодиспергирующемся полимерсвязывающем пигменте, химически связывается с поверхностью пигмента, непосредственно или посредством другой группы атомов. Функциональная группа образует органическую группу посредством реакции с сополимером, описанным ниже. Тип функциональной группы выбирают здесь в сочетании с функциональной группой сополимера. Принимая во внимание тот факт, что пигмент диспергируется в водной среде, реакция между функциональной группой и сополимером предпочтительно образует связь, которая не гидролизируется, как, например, реакция, вызывающая образование амидной связи. В качестве функциональной группы используется аминогруппа, сополимер имеет карбоксильную группу, так что сополимер может вводиться на поверхность частицы пигмента посредством амидной связи. В другом случае в качестве функциональной группы используется карбоксильная группа, а сополимер несет аминогруппу, так что сополимер может вводиться на поверхность частицы пигмента посредством амидной связи.
В данном случае функциональная группа, которая химически связывается с поверхностью пигмента, может непосредственно связываться с ним или может связываться с ним через другую группу атомов. Однако, когда на поверхность пигмента вводится сополимер с относительно высокой молекулярной массой, чтобы предотвратить стерическое отталкивание между сополимерами, является предпочтительным введение функциональной группы на поверхность пигмента через другую группу атомов. Другая группа атомов здесь не является ограниченной каким-либо образом, если только она является многовалентным элементом или органической группой. С точки зрения регулирования расстояния функциональной группы от поверхности пигмента, по описанным выше причинам, предпочтительно используется, например, двухвалентный органический остаток. Примеры такого двухвалентного органического остатка могут включать в себя алкиленовую группу и ариленовую группу (фениленовую группу).
Более конкретно, в примерах, описываемых далее, например, пигмент взаимодействует с аминофенил(-сульфоэтил)сульфоном, так чтобы ввести фенил(2-сульфоэтил)сульфоновую группу на поверхность пигмента. После этого аминогруппа пентаэтиленгексамина взаимодействует с фенил(2-сульфоэтил)сульфоновой группой, так чтобы ввести аминогруппу в качестве функциональной группы. В этом случае аминогруппа химически связывается с поверхностью пигмента посредством группы атомов, содержащей фенил(2-сульфоэтильную) группу.
(Сополимер для самодиспергирующегося полимерсвязывающего пигмента)
Анионный сополимер, имеющий анионные свойства, или катионный сополимер, имеющий катионные свойства, предпочтительно используется в качестве описанного выше сополимера, состоящего из ионного мономера и гидрофобного мономера.
Примеры указанного выше анионного сополимера могут включать в себя сополимер, состоящий из гидрофобного мономера и анионного мономера, и его соли. Характерные гидрофобные мономеры, используемые при указанной выше сополимеризации, могут включать в себя, но не ограничиваются этим, сложные алкиловые эфиры метакриловой кислоты, такие как стирол, винилнафталин или метилметакрилат, сложные алкиловые эфиры акриловой кислоты, такие как фенилметакрилат, бензилметакрилат, 2-этоксиэтилметакрилат, метакрилонитрил, 2-триметилсилоксиэтилметакрилат, глицидилметакрилат, п-толилметакрилат, сорбилметакрилат или метилакрилат, фенилакрилат, бензилакрилат, акрилонитрил, 2-триметилсилоксиэтилакрилат, глицидилакрилат, п-толилакрилат и сорбилакрилат.
Примеры анионного мономера, используемого при указанной выше сополимеризации, могут включать в себя, но не ограничиваются этим, акриловую кислоту, метакриловую кислоту и малеиновую кислоту.
В одном из вариантов осуществления сополимера, используемого в настоящем изобретении, анионный сополимер, состоящий из анионного мономера и гидрофобного мономера, состоит, по меньшей мере, из двух мономеров, которые включают в себя любой мономер, выбранный из перечисленных выше гидрофобных мономеров и, по меньшей мере, один мономер, выбранный из перечисленных выше анионных мономеров. Этот сополимер включает в себя блок-сополимер, статистический сополимер, привитой сополимер и их соли.
Кислотное число анионного сополимера предпочтительно находится в пределах между 100 и 500. Кроме того, предпочтительно используется анионный сополимер, где разброс кислотных чисел составляет 20% или менее от среднего кислотного числа. Устанавливая кислотное число сополимера в указанных выше пределах, можно эффективно уменьшить ту проблему, что гидрофильность поверхности пигмента является настолько высокой, что вода и растворители, содержащиеся в краске, остаются на поверхности пигмента после печати, тем самым вызывая медленное проявление маркерной устойчивости краски после отпечатывания на среде для печати. Кроме того, также можно эффективно уменьшить другую проблему, состоящую в том, что избыточно низкая гидрофильность поверхности пигмента предотвращает стабильное диспергирование пигмента в краске.
Примеры указанных выше солей могут включать в себя соли щелочных металлов, таких как натрий, литий или калий, аммониевые соли, алкиламиновые соли и алканоламиновые соли. Эти соли могут использоваться, по потребности, по одной или в сочетании из нескольких типов.
Далее, в другом варианте осуществления сополимера, используемого в настоящем изобретении, будет описываться катионный сополимер, состоящий из катионного мономера и гидрофобного мономера. Примеры такого катионного сополимера могут включать в себя сополимеры, состоящие из гидрофобных мономеров и катионных мономеров, перечисленных ниже, или их соли. В качестве гидрофобных мономеров, могут использоваться мономеры, перечисленные выше.
Примеры катионного мономера, используемого здесь, могут включать в себя аллиламин, диметиламиноэтилметакрилат, диэтиламиноэтилметакрилат, третичный бутиламиноэтилметакрилат, диметиламиноэтилакрилат, диэтиламиноэтилакрилат, диметиламинопропилметакриламид, N-винилкарбазол, метакриламид, акриламид и диметилакриламид.
Примеры катионного сополимера могут включать в себя блок-сополимер, статистический сополимер и привитой сополимер, которые состоят, по меньшей мере, из двух мономеров, включающих в себя гидрофобный мономер и катионный мономер, выбранные из указанных выше мономеров, и их соли. В частности, катионные сополимеры, имеющие аминовое число в пределах между 100 и 500, являются предпочтительными. В дополнение к этому, разброс аминовых чисел предпочтительно составляет 20% или менее от среднего аминового числа. Аминовое число обозначается как количество мг KOH, которое эквивалентно хлористоводородной кислоте, необходимой для нейтрализации 1 г образца. Примеры указанных выше солей могут включать в себя уксусную кислоту, хлористоводородную кислоту и азотную кислоту. Эти соли могут использоваться, по потребности, по отдельности или в сочетании нескольких типов.
Средневзвешенная молекулярная масса (MW) описанного выше анионного или катионного сополимера предпочтительно находится в пределах между 1000 и 20000, а более предпочтительно, в пределах между 3000 и 20000. Кроме того, предпочтительно используются такие сополимеры, где полидисперсность Mw/Mn (средневзвешенная молекулярная масса Mw/среднечисленная молекулярная масса Mn) сегмента катионного сополимера равна 3 или менее. Содержание такого катионного сополимера в краске предпочтительно находится в пределах от 5 мас.% до 40 мас.%, по отношению к общей массе частиц пигмента, у которых поверхность модифицируется посредством сополимера. Что касается полидисперсности сополимера, когда полидисперсность является большой, это приводит к широкому распределению молекулярных масс сополимера, и указанные свойства сополимера, которые основываются на молекулярной массе, являются едва выраженными. Соответственно, молекулярно-массовое распределение сополимера предпочтительно является однородным.
Далее, принимая углеродную сажу в качестве примера, описывается способ для модифицирования пигмента посредством химического связывания органической группы на поверхности частицы пигмента. Способы не являются как-либо специально ограниченными, и здесь может использоваться любой обычно используемый способ, если только способы включают в себя введение функциональных групп на поверхность частицы пигмента, связывание сополимера, состоящего из ионного мономера и гидрофобного мономера, с этими функциональными группами, так что сополимер является химически связанным на поверхности частицы пигмента. Например, могут использоваться следующие способы.
Может быть использован способ, включающий в себя введение полиэтиленимина или подобного ему полимера на поверхность частицы пигмента, например углеродной сажи, и связывание сополимера, состоящего из ионного мономера и гидрофобного мономера и имеющего аминогруппу, с его конечной функциональной группой посредством реакции с участием диазония, или способ связывания сополимера, имеющего аминогруппу и карбоксильную группу в его молекуле, на поверхности пигмента, такого как углеродная сажа, посредством реакции с участием диазония. Кроме этих способов, наиболее типичный пример описывается в заявке на Международный патент WO 01/51566 A1.
В описанных выше способах, где анионный сополимер химически связывается на поверхности, например, частицы углеродной сажи, осуществляются следующие 3 стадии:
первая стадия присоединения аминофенил(2-сульфоэтил)сульфоновой группы (APSES) к углеродной саже посредством реакции с участием диазония;
вторая стадия присоединения полиэтиленимина или пентаэтиленгексамина (PEHA) к указанной выше углеродной саже, обработанной APSES; и
третья стадия связывания сополимера, состоящего из гидрофобного мономера и ионного мономера, имеющего карбоксильную группу, на поверхности частицы.
На указанной выше второй стадии фенил(2-сульфоэтил)сульфоновая группа, химически связанная на поверхности углеродной сажи посредством первой стадии, взаимодействует с аминогруппой APSES, так что аминогруппа вводится на поверхность углеродной сажи в качестве функциональной группы, которая химически связана с ней. На третьей стадии, например, часть карбоксильной группы, содержащейся в части ионного мономера сополимера, взаимодействует с аминогруппой, с формированием амидной связи, так что сополимер вводится на поверхность углеродной сажи посредством группы атомов, содержащей фенил(2-сульфоэтильную) группу в качестве остатка APSES и остатка PEHA.
В дополнение к этому, в описанном выше способе, где катионный сополимер химически связывается, например, с поверхностью частицы углеродной сажи, способ включает в себя следующие две стадии:
первую стадию присоединения аминофенил(2-сульфоэтил)сульфоновой группы (APSES) к углеродной саже посредством реакции с участием диазония; и
вторую стадию связывания сополимера, состоящего из гидрофобного мономера и катионного мономера, на поверхности частицы. Посредством указанной выше первой стадии сульфоновую группу вводят на поверхность углеродной сажи в качестве функциональной группы, химически связанной с ней. После этого с помощью указанной выше второй стадии, например, часть аминогруппы, содержащейся в части ионного мономера сополимера, взаимодействует с сульфоновой группой (нуклеофильное замещение), так что сополимер вводится на поверхность углеродной сажи посредством группы атомов, содержащей фенил(2-сульфоэтильную) группу, в качестве остатка APSES.
[Водорастворимый самодиспергирующийся пигмент с адсорбцией смолы]
Как указано выше, пигмент, диспергируемый со смолой, микроинкапсулированный пигмент, самодиспергирующийся пигмент и самодиспергирующийся полимерсвязывающий пигмент могут использоваться в качестве водонерастворимого красящего материала, содержащегося в краске на водной основе по настоящему изобретению. Кроме этих пигментов, также может использоваться пигмент, полученный посредством добавления водорастворимой смолы к пигменту. Такой водорастворимый пигмент, содержащий смолу, будет описываться ниже.
В настоящем изобретении также могут использоваться водорастворимые самодиспергирующиеся пигменты с адсорбцией смолы, полученные посредством добавления водорастворимой смолы к перечисленным выше самодиспергирующимся пигментам.
Такие водорастворимые самодиспергирующиеся пигменты с адсорбцией смолы могут быть получены путем добавления водорастворимой смолы к описанному выше самодиспергирующемуся пигменту, перемешивания и получения смеси. Предпочтительные примеры водорастворимого самодиспергирующегося пигмента с адсорбцией смолы описываются ниже.
3
3
2
Пигмент, где гидрофильная группа химически связывается на поверхности частицы пигмента, непосредственно или через другую группу атомов, представляет собой пример самодиспергирующихся пигментов, используемых для водорастворимых прикрепленных к смоле самодиспергирующихся пигментов, которые могут использоваться в настоящем изобретении. Например, могут предпочтительно использоваться пигменты, в которых гидрофильная группа, вводимая на поверхность частицы пигмента, представляет собой группу, выбранную из группы, состоящей из -COOM1, -SOM1 и -POH(M1) (где М1 представляет собой группу, выбранную из группы, состоящей из атома водорода, щелочного металла, аммония и органического соединения аммония). Также может предпочтительно использоваться указанная выше другая группа атомов, которая может представлять собой группу, выбранную из группы, состоящей из алкиленовой группы, содержащей 1-12 атомов углерода, замещенной или незамещенной фениленовой группы и замещенной или незамещенной нафтиленовой группы.
В дополнение к этому также могут предпочтительно использоваться самодиспергирующиеся пигменты, полученные посредством следующих способов окисления поверхности: способ окисления углеродной сажи с помощью гипохлорита натрия; способ окисления углеродной сажи с помощью озонирования воды и способ, включающий в себя воздействие на углеродную сажу озонирования, а затем воздействие на нее влажного окисления с помощью окисляющего агента, так чтобы модифицировать поверхность углеродной сажи. Растворимые в щелочных средах полимеры предпочтительно адсорбируются при определенном отношении к самодиспергирующимся пигментам, используемым для производства водорастворимого самодиспергирующегося пигмента с адсорбцией смолы. Если поверхность самодиспергирующегося пигмента максимально модифицируется посредством описанного выше карбоксилирования или чего-либо подобного, адсорбция растворимого в щелочной среде полимера на частицы пигмента становится по существу нулевой. В противоположность этому, если модификация поверхности является слишком малой, эффекты модификации вряд ли будут получены. Соответственно, в качестве показателя степени модификации поверхности, модификация поверхности осуществляется таким образом, что содержание карбоксильных групп на поверхности устанавливается в пределах между 0,1 и 0,5 ммоль/г.
Примеры водорастворимой смолы, которая может использоваться для производства водорастворимого самодиспергирующегося пигмента с адсорбцией смолы, используемого в настоящем изобретении, могут включать в себя сополимер, состоящий из гидрофобного мономера и анионного мономера, сополимер, состоящий из гидрофобного мономера, неионного мономера и анионного мономера, и их солей. Примеры характерного гидрофобного мономера, используемого здесь, могут включать в себя, но не ограничиваются этим, сложные алкиловые эфиры метакриловой кислоты, такие как стирол, винилнафталин или метилметакрилат, сложные алкиловые эфиры акриловой кислоты, такие как фенилметакрилат, бензилметакрилат, 2-этоксиэтилметакрилат, метакрилонитрил, 2-триметилсилоксиэтилметакрилат, глицидилметакрилат, п-толилметакрилат, сорбилметакрилат или метилакрилат, фенилакрилат, бензилакрилат, акрилонитрил, 2-триметилсилоксиэтилакрилат, глицидилакрилат, п-толилакрилат и сорбилакрилат. Примеры неионного мономера могут включать в себя, но не ограничиваются этим, гидроксиэтил(мет)акрилат, полиэтиленгликоль(мет)акрилат, алкоксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат и макромер силикона. Примеры анионного мономера, используемого здесь, могут включать в себя, но не ограничиваются этим, акриловую кислоту, метакриловую кислоту и малеиновую кислоту. Сополимер здесь включает в себя блок-сополимер, статистический сополимер, привитой сополимер и их соли.
Кислотное число анионного сополимера, используемого здесь, предпочтительно находится в пределах между 100 и 500. Кроме того, предпочтительно используется анионный сополимер, где разброс кислотных чисел составляет 20% или менее от среднего кислотного числа. Примеры указанных выше солей могут включать в себя соли щелочных металлов, таких как натрий, литий или калий, аммониевые соли, алкиламиновые соли и алканоламиновые соли. Эти соли могут использоваться, по потребности, по отдельности или в сочетании нескольких типов. Средневзвешенная молекулярная масса (MW) описанного выше анионного сополимера предпочтительно находится в пределах между 1000 и 20000, а более предпочтительно, в пределах между 3000 и 20000.
Термин «адсорбция между пигментом и водорастворимой смолой» используется в настоящем изобретении для обозначения адсорбции, вызываемой вандерваальсовыми силами или межмолекулярными силами. В качестве средств для осуществления адсорбции является достаточным обычное перемешивание пигмента и растворимого в щелочной среде полимера, но может использоваться диспергирующее устройство, которое прикладывает высокое сдвиговое усилие, когда пигмент адсорбирует растворимый в щелочной среде полимер. Для определения степени адсорбции растворимого в щелочной среде полимера на самодиспергирующемся пигменте является желательной оценка с использованием поверхностного натяжения. Например, поверхностное натяжение измеряют при постепенном добавлении водорастворимой смолы к 1 мас.% испергирующегося пигмента (количество растворимого в щелочной среде полимера в зависимости от γ в системе, содержащей 1 мас.% испергирующегося пигмента: график A), и поверхностное натяжение измеряют для водных растворов водорастворимой смолы при различных концентрациях (количество водорастворимой смолы в зависимости от γ: график B). Сравнивая график A с графиком B для определения разности концентраций водорастворимой смолы, при которых получается определенное поверхностное натяжение, можно определить примерное количество водорастворимой смолы, адсорбированной на пигменте.
<Другие компоненты>
Для сохранения влажности краска на водной основе по настоящему изобретению может содержать твердые продукты для удерживания влажности, такие как мочевина, производные мочевины, триметилолпропан или триметилолэтан, в качестве компонентов краски, иных, чем описанные выше компоненты. Как правило, содержание твердых продуктов, удерживающих влажность, таких как мочевина, производные мочевины или триметилолпропан, в краске предпочтительно находится в пределах между 0,1 мас.% и 20,0 мас.%, а более предпочтительно, в пределах между 3,0 мас.% и 10,0 мас.%, по отношению к общей массе краски.
В дополнение к этому, кроме указанных выше компонентов, краска по настоящему изобретению может также содержать, по необходимости, различные добавки, такие как поверхностно-активное вещество, буфер для установления pH, противокоррозионный агент, антисептический агент, фунгицид, антиоксидант, противовосстановительный агент, агент, способствующий испарению, или хелатирующий агент.
Предпочтительные примеры поверхностно-активного вещества, используемого в настоящем изобретении, могут включать в себя соединения, имеющие любую из следующих далее формул (1)-(4):
Формула (1)
(где R представляет собой алкильную группу, и n представляет собой целое число).
Формула (2)
(где R представляет собой алкильную группу, и n представляет собой целое число).
Формула (3)
(где R представляет собой атом водорода или алкильную группу, и каждый из m и n представляет собой целое число).
Формула (4)
(где каждый из m и n представляет собой целое число).
<<Способ формирования изображений с использованием указанной выше краски>>
Способ формирования изображений по настоящему изобретению представляет собой способ струйной печати для печати на простой бумаге с использованием черной краски и, по меньшей мере, одной цветной краски на водной основе. Способ отличается тем, что в качестве черной краски используется краска на водной основе, имеющая описанную выше структуру, и тем, что, когда формируется изображение, которое состоит из изображения, сформированного из черной краски, рядом с изображением, сформированным из цветной краски, изображение формируется посредством развертки для нанесения черной краски, а затем развертки для нанесения цветной краски в области, в которой формируется изображение.
<Цветные краски, используемые вместе с черной краской>
,
Далее будут описываться цветные краски, используемые вместе с черной краской по настоящему изобретению. В способе формирования изображений по настоящему изобретению могут использоваться любые известные краски на водной основе, используемые при струйной печати. Красящие материалы для цветных красок могут включать в себя водорастворимые красители, и, в частности, водорастворимые красители, имеющие анионную группу в качестве солюбилизирующей группы, являются предпочтительными. Цвет цветной краски, используемой в настоящем изобретении, может соответствующим образом выбираться из группы, состоящей из голубого, пурпурного желтого, красного, зеленого, синего и оранжевого.
Водорастворимые красители, имеющие анионную группу, используемые в настоящем изобретении, не являются как-либо ограниченными, если только они являются водорастворимыми кислотными красителями, прямыми красителями или химически активными красителями, описываемыми с помощью цветового индекса. Кроме того, хотя он и не представляет собой краситель, описанный с помощью цветового индекса, если краситель имеет анионную группу, такую как сульфоновая группа, он является доступным. Эти красители используются в пределах между 1 мас.% и 10 мас.%, а предпочтительно, в пределах между 1 мас.% и 5 мас.%, по отношению к общей массе краски.
Конкретные примеры такого красителя являются следующими:
C. I. прямой желтый: 8, 11, 12, 27, 28, 33, 39, 44, 50, 58, 85, 86, 87, 88, 98, 100, 110.
C. I. прямой красный: 2, 4, 9, 11, 20, 23, 24, 31, 39, 46, 62, 75, 79, 80, 83, 89, 95, 197, 201, 218, 220, 224, 225, 226, 227, 228, 230.
C. I. прямой синий: 1, 15, 22, 25, 41, 76, 77, 80, 86, 90, 98, 106, 108, 120, 158, 163, 168, 199, 226.
C. I. кислотный желтый: 1, 3, 7, 11, 17, 23, 25, 29, 36, 38, 40, 42, 44, 76, 98, 99.
C. I. кислотный красный: 6, 8, 9, 13, 14, 18, 26, 27, 32, 35, 42, 51, 52, 80, 83, 87, 89, 92, 94, 106, 114, 115, 133, 134, 145, 158, 198, 249, 265, 289.
C. I. Кислотный синий: 1, 7, 9, 15, 22, 23, 25, 29, 40, 43, 59, 62, 74, 78, 80, 90, 100, 102, 104, 117, 127, 138, 158, 161.
Кроме перечисленных выше красителей, пункты 1-3, рассмотренные ниже, также могут использоваться в качестве красящих материалов для цветных красок, используемых в настоящем изобретении. Эти красящие материалы являются предпочтительными, поскольку большинство этих красящих материалов демонстрируют превосходную водостойкость, когда они наносятся на среду для печати.
1. Красители, имеющие карбоксильную группу в качестве солюбилизирующей группы.
2. Маслорастворимые красители.
3. Пигменты.
Маслорастворимые красители не являются как-либо ограниченными, если только они описываются с помощью цветового индекса. Кроме того, он может представлять собой новый краситель, который не описывается с помощью цветового индекса, без каких-либо конкретных ограничений. Конкретные примеры описываются ниже. Эти красители используются в пределах между 1 мас.% и 10 мас.%, а более предпочтительно, в пределах между 1 мас.% и 5 мас.%, по отношению к общей массе краски.
C. I. синий сольвентный: 33, 38, 42, 45, 53, 65, 67, 70, 104, 114, 115, 135.
C. I. красный сольвентный: 25, 31, 86, 92, 97, 118, 132, 160, 186, 187, 219.
C. I. желтый сольвентный: 1, 49, 62, 74, 79, 82, 83, 89, 90, 120, 121, 151, 153, 154.
Когда в качестве красящего материала для цветной краски, используемой в настоящем изобретении, используется пигмент, пигмент используют в пределах между 1 мас.% и 20 мас.%, а более предпочтительно, в пределах между 2 мас.% и 12 мас.%, по отношению к общей массе краски. Цветные органические пигменты, которые могут использоваться в настоящем изобретении, являются следующими.
Примеры пигмента, используемого для желтой краски, могут включать в себя C. I. Pigment Yellow 1, C. I. Pigment Yellow 2, C. I. Pigment Yellow 3, C. I. Pigment Yellow 13, C. I. Pigment Yellow 16, C. I. Pigment Yellow 74, C. I. Pigment Yellow 83 и C. I. Pigment Yellow 128.
Примеры пигмента, используемого для пурпурной краски, могут включать в себя C. I. Pigment Red 5, C. I. Pigment Red 7, C. I. Pigment Red 12, C. I. Pigment Red 48 (Ca), C. I. Pigment Red 48 (Mn), C. I. Pigment Red 57 (Ca), C. I. Pigment Red 112 и C. I. Pigment Red 122.
Примеры пигмента, используемого для голубой краски, могут включать в себя C. I. Pigment Blue 1, C. I. Pigment Blue 2, C. I. Pigment Blue 3, C. I. Pigment Blue 15:3, C. I. Pigment Blue 16, C. I. Pigment Blue 22, C. I. Pigment Blue 4 и C. I. Vat Blue 6.
Однако пигменты, используемые в настоящем изобретении, не ограничиваются этим. Кроме перечисленных выше пигментов, разумеется, может также использоваться пигмент, вновь произведенный для настоящего изобретения.
Кроме того, когда используется пигмент, вместе с ним может использоваться любой тип диспергатора для диспергирования пигмента в краске, если только он представляет собой водорастворимую смолу. Диспергатор, имеющий средневзвешенную молекулярную массу в пределах между 1000 и 30000, является предпочтительным, а диспергатор, имеющий средневзвешенную молекулярную массу в пределах между 3000 и 15000, является более предпочтительным. Конкретные примеры такого диспергатора могут включать в себя блок-сополимер, случайный сополимер, привитой сополимер и его соли, которые состоят, по меньшей мере, из двух мономеров (по меньшей мере, один из них является гидрофильным мономером), выбранных из группы, состоящей из стирола и его производных, винилнафталина и его производных, сложных эфиров жирных спиртов α,β-этилен ненасыщенной карбоновой кислоты, акриловой кислоты и ее производных, малеиновой кислоты и ее производных, итаконовой кислоты и ее производных, фумаровой кислоты и ее производных и винилацетата, винилпирролидона, акриламида и их производных. Кроме того, могут также предпочтительно использоваться природные смолы, такие как канифоль, шеллак или крахмал. Эти смолы являются растворимыми в водном растворе, в котором растворены основания, и они представляют собой смолы, растворимые в щелочных средах. Такая водорастворимая смола, используемая в качестве диспергатора для пигмента, предпочтительно содержится в краске в пределах между 0,1 мас.% и 5 мас.%, по отношению к общей массе краски.
Водная среда, предпочтительно используемая для цветной краски, используемой в настоящем изобретении, представляет собой воду или смешанный растворитель из воды и водорастворимого органического растворителя. Такая вода обычно не является водой, содержащей различные ионы, но предпочтительно, она представляет собой воду, подвергнутую ионному обмену (деионизованную воду). Примеры водорастворимого органического растворителя, используемого путем смешивания с водой, могут включать в себя: алкиловые спирты, содержащие от 1 до 4 атомов углерода, такие как метиловый спирт, этиловый спирт, н-пропиловый спирт, изопропиловый спирт, н-бутиловый спирт, втор-бутиловый спирт или третбутиловый спирт; амиды, такие как диметилформамид или диметилацетамид; кетоны или кетоновые спирты, такие как ацетон или диацетоновый спирт; простые эфиры, такие как тетрагидрофуран или диоксан; полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленгликоль или полипропиленгликоль; алкиленгликоли, у которых алкиленовые группы содержат от 2 до 6 атомов углерода, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2,6-гексантриол, тиодигликоль, гексиленгликоль или диэтиленгликоль; глицерин; простые низшие алкиловые эфиры многоатомных спиртов, такие как простой монометиловый (или этиловый) эфир этиленгликоля, простой метиловый (или этиловый) эфир диэтиленгликоля или простой монометиловый (или этиловый) эфир триэтиленгликоля; N-метил-2-пирролидон, 2-пирролидон и 1,3-диметил-2-имидазолидинон. Среди них, многие водорастворимые органические растворители, многоатомные спирты, такие как диэтиленовый спирт, и простые низшие алкиловые эфиры многоатомных спиртов, такие как простой монометиловый (или этиловый) эфир триэтиленгликоля, являются предпочтительными.
Описанный выше водорастворимый органический растворитель содержится в цветной краске, как правило, в пределах от 3 мас.% до 50 мас.% и предпочтительно в пределах от 3 мас.% до 40 мас.%, по отношению к общей массе краски. Кроме того, вода, здесь используемая, содержится в краске в пределах от 10 мас.% до 90 мас.% и предпочтительно, в пределах от 30 мас.% до 80 мас.%, по отношению к общей массе краски. Кроме того, чтобы цветная краска, используемая в настоящем изобретении, имела желаемые числовые значения необходимых физических свойств, она может содержать, по потребности, различные добавки, такие как поверхностно-активное вещество, противовспенивающий агент или антисептический агент, а также указанные выше компоненты.
Черная и цветные краски, используемые в настоящем изобретении, содержащие описанные выше компоненты, предпочтительно имеют хорошую высвобождаемость из головки для струйной печати. Соответственно, с точки зрения высвобождаемости из головки для струйной печати, указанные выше краски предпочтительно имеют такие свойства, как вязкость от 1 до 15 мПа/сек и поверхностное натяжение 25 мН/м или более, а более предпочтительно, такие свойства, как вязкость от 1 до 5 мПа/сек и поверхностное натяжение от 25 до 50 мН/м. В случае комбинированного использования черной краски и цветной краски поверхностное натяжение цветной краски предпочтительно является более низким, чем у черной краски. Более конкретно, поверхностное натяжение черной краски находится в пределах между 35 и 50 мН/м, и поверхностное натяжение цветной краски находится в пределах между 25 и 35 мН/м.
<Способ формирования изображений>
Способ формирования изображений по настоящему изобретению будет описываться с помощью следующих далее конкретных примеров. Способ формирования изображений по настоящему изобретению отличается тем, что он использует краску на водной основе по настоящему изобретению, имеющую указанную выше структуру, в качестве черной краски, и для формирования изображения, в котором изображение, формируемое с помощью черной краски, и изображение, формируемое с помощью цветной краски, находятся рядом, при этом осуществляется первая развертка для присоединения черной краски, а затем развертка для присоединения цветной краски, в области, в которой черное изображение уже сформировано. Конкретные средства будут описываться ниже.
Фиг.8 изображает пример печатающей головки, которая используется для способа формирования изображений по настоящему изобретению. Как изображено на фиг.8, печатающая головка имеет линию выпускных отверстий для выброса черной краски (Bk) и линии выпускных отверстий для выброса каждой из трех цветных красок, голубой (C), пурпурной (M) и желтой (Y). Когда цветное изображение формируется посредством способа формирования изображений по настоящему изобретению, предпочтительным является использование печатающей головки, в которой линия отверстий для выброса черной краски и линии отверстий для выброса цветных красок не перекрываются вдоль направления подразвертки (ввода бумаги). Соответственно, для формирования изображения с использованием печатающей головки, изображенной на фиг.8, например, когда формируется только черное изображение, используется весь участок черной линии отверстий, а когда формируется цветное изображение, с помощью как черной, так и цветных красок, предпочтительным является использование части черной линии отверстий, изображенной на фиг.8, и частей b линий отверстий для C, M и Y. Случай формирования изображения, состоящего как из черной краски, так и из цветных красок, ниже будет описываться более подробно, с использованием фиг.8.
На фиг.8, сначала, используя часть линии отверстий для высвобождения черной краски, печатающая головка развертывает в горизонтальном направлении (главное направление развертки), так что черное изображение формируется на среде для печати, такой как простая бумага, посредством однопроходной печати. Затем среда для печати перемещается в вертикальном направлении (направлении подразвертки), изображенном на фиг.8, на расстояние a. На следующей стадии при использовании части b каждой линии отверстий для цветных красок цветное изображение формируется посредством однопроходной печати, в направлении развертки вперед, на области, в которой черное изображение сформировано с использованием отверстий части a. В это время отверстия для высвобождения черной краски в части a одновременно формируют другое черное изображение в следующей области. Повторяя эту операцию, формируют изображение, состоящее как из черной краски, так и из цветных красок.
Фиг.9 изображает другой пример печатающей головки, которая используется для способа формирования изображений по настоящему изобретению. Как и в случае фиг.8, на фиг.9 отверстия для черной краски в части a также используются для формирования черного изображения, а часть b, соответствующая всему участку каждой из линий отверстий для высвобождения цветных красок, используется для C, M и Y, и таким образом изображение, состоящее как из черной краски, так и из цветных красок, формируется таким же способом, как описано для фиг.8.
Фиг.10 изображает другой пример печатающей головки, которая может использоваться в способе формирования изображений по настоящему изобретению. Как и в случае фиг.8, на фиг.10 часть a отверстий для высвобождения черной краски также используется для формирования черного изображения, а часть b, соответствующая всем отверстиям для каждой цветной краски C, M и Y, используется для формирования цветного изображения, и таким образом формируется изображение, состоящее как из черной краски, так и из цветных красок.
В печатающей головке, изображенной на фиг.10, часть a линии отверстий для высвобождения черной краски и часть b линий отверстий для высвобождения цветных красок отделены на расстояние, соответствующее расстоянию a' одного шага переноса бумаги, как изображено на фиг.10. Соответственно, печатающая головка с такой структурой генерирует разницу по времени, которая соответствует времени, необходимому для одной возвратно-поступательной развертки для печати, от момента, когда формируется черное изображение, до момента, когда формируется цветное изображение. Соответственно, можно сказать, что печатающая головка, изображенная на фиг.10, имеет структуру, более выгодную, чем у печатающей головки, изображенной на фиг.9, с точки зрения растекания между черной краской и цветными красками.
Фиг.11 изображает другой пример печатающей головки, которая используется в способе формирования изображений по настоящему изобретению. Как изображено на фигуре, эта печатающая головка конфигурируется таким образом, что линии выпускных отверстий как для черной краски, так и для цветных красок, находятся на одной линии в направлении ввода бумаги. В таком случае, также, цветное изображение формируется после того, как формируется черное изображение, в соответствии с вводом бумаги.
Фиг.12 изображает другой пример печатающей головки, которая используется в способе формирования изображений по настоящему изобретению. Печатающая головка, изображенная на фиг.12, конфигурируется таким образом, что для каждой цветной краски предусматриваются по две линии выпускных отверстий, то есть голубая (C1, C2), пурпурная (М1, M2) и желтая (Y1, Y2), при симметричном расположении в главном направлении развертки, так что порядок попадания на бумагу цветных красок становится одинаковым как при развертке вперед, так и при развертке назад. В результате, становится возможной печать в двух направлениях, даже если формируется изображение, состоящее как из черной краски, так и из цветных красок. В этом случае, с использованием части a черной краски, сначала формируется черное изображение по направлению вперед от главного направления развертки печатающей головки. После этого среда для печати переносится на расстояние a. После этого с использованием части b линий отверстий для высвобождения цветных красок, головка формирует цветное изображение посредством однопроходной печати во время развертки назад, в главном направлении развертки, на области, где черное изображение сформировано посредством отверстий в части a. В это время часть отверстий для черной краски формирует другое черное изображение на следующей области. При повторении этой операции формируется изображение, состоящее как из черной краски, так и из цветных красок.
Печатающая головка для печати в двух направлениях, изображенная на фиг.12, может также конфигурироваться таким образом, что как черные сопла, так и цветные сопла располагаются для создания интервала одной развертки между формированием черного изображения и формированием цветного изображения, как описано выше, что было бы более выгодным при воздействии против растекания (смотри фиг.13). Способ формирования изображения по настоящему изобретению описывается выше, но формы печатающей головки, используемой для способа по настоящему изобретению, не ограничиваются теми, которые изображены на фиг.8-13.
[Способ печати, узел печати, картридж и устройство для печати]
2
Далее будет описан пример устройства для струйной печати, предпочтительно используемого в настоящем изобретении. Прежде всего, на фиг.1 и 2 показан пример структуры головки, которая является главной деталью устройства для струйной печати, использующего тепловую энергию. Фиг.1 представляет собой вид головки 13 в разрезе вдоль канала для краски, а фиг.2 представляет собой вид в разрезе вдоль линии A-B фиг.1. Головка 13 формируется посредством соединения стекла, керамики, кремния или пластика и т.п., в котором предусматривается, по меньшей мере, один путь 14 для протекания краски, с элементом 15, генерирующим тепло (не ограничивается тем, который изображен на фигурах). Элемент 15, генерирующий тепло, состоит из защитной пленки 16, изготовленной из оксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния или чего-либо подобного, алюминиевых электродов 17-1 и 17-2, изготовленных из алюминия, золота, сплава алюминия-меди или чего-либо подобного, генерирующего тепло слоя 18, образующего сопротивление, изготовленного из HfB, TaN, TaAl и тому подобное, аккумулирующего тепло слоя 19, изготовленного из термически окисленного кремния, окисленного алюминия и тому подобное, и подложки 20, изготовленной из кремния, алюминия, нитрида алюминия и тому подобное, которая является превосходной при высвобождении тепла.
При приложении электрического сигнала в виде импульса к электродам 17-1 и 17-2 в области, изображенной как "n", быстро генерируется тепло, с образованием пузырька в краске 21 в контакте с этой областью. Мениск 23 краски выбрасывается под действием давления пузырька, создаваемого таким образом, и выбрасывается из отверстия 22 на среду 25 для печати (например, бумагу) в форме капли 24 краски, прикрепляясь к среде 25 для печати. Фиг.3 схематически иллюстрирует печатающую головку, имеющую ряд сопел, подобных тому, которое изображено на фиг.1. Эта головка получается путем сцепления стеклянной пластинки 27, имеющей ряд путей 26 для протекания, с головкой 28, генерирующей тепло, подобной той, которая изображена на фиг.1.
Фиг.4 иллюстрирует пример устройства для струйной печати, в которое включается такая головка, как описано выше. На фиг.4 нож 61 представляет собой ракельный элемент, один из краев которого представляет собой фиксированный край, поддерживаемый посредством элемента, удерживающего нож на лотке. Нож 61 предусматривается в положении рядом с областью, в которой работает печатающая головка 65, и, в этом аспекте, удерживается в такой форме, что он выступает на пути печатающей головки 65. Номер 62 означает колпачок для выбрасывающего отверстия печатающей головки 65, и колпачок, установленный в исходном положении рядом с ножом 61, перемещается в направлении, перпендикулярном направлению перемещения печатающей головки 65, и перекрывает отверстие для выброса краски, когда касается его. Номер 63 означает поглотитель краски, предусматриваемый рядом с ножом 61, который поддерживается на пути перемещения головки 65 для печати в выступающей форме, подобно ножу 61. Указанные выше нож 61, колпачок 62 и поглотитель 63 краски составляют узел 64 извлечения выброса, а нож 61 и поглотитель 63 краски служат для удаления влажности и пыли на отверстии для выброса краски.
Номер 65 означает печатающую головку. Головка содержит средства генерирования энергии для выброса краски и осуществляет печать посредством выброса краски в направлении среды для печати, напротив отверстия для выброса краски. Номер 66 означает несущую каретку для печатающей головки 65, предназначенную для ее перемещения. Каретка 66 входит в зацепление с круглой направляющей 67 с возможностью скольжения, и деталь каретки 66 соединяется с ремнем 69 (не изображен на фигуре), приводимым в движение под действием привода 68. Таким образом, каретка 66 может перемещаться вдоль круглой направляющей вала 67, и печатающая головка 65 может перемещаться в области печати и в области рядом с ней.
Номер 51 означает часть подающей среду для печати секции, предназначенную для вставки среды для печати, и номер 52 означает валик для подачи бумаги, приводимый в движение приводом, не изображенным на фигуре. При таком расположении среда для печати вводится в положение напротив отверстия для выброса краски печатающей головки 65 и переносится в секцию выхода бумаги, снабженную валиком 53 для вывода бумаги, по мере того как осуществляется печать. В устройстве для печати изображений в соответствии с этим аспектом настоящего изобретения печатающая головка перемещается вперед и назад вдоль направления, перпендикулярного направлению переноса среды для печати, и на пути как вперед, так и назад головка может наносить на среду для печати, по меньшей мере, одну краску из черной краски и цветной краски. Обработка данных для печати может осуществляться с использованием обычной технологии, связанной с печатью в двух направлениях.
При указанном выше расположении, когда печатающая головка возвращается в свое исходное положение после печати, колпачок 62 узла 64 извлечения выброса отходит назад от пути перемещения печатающей головки, но нож 61 выступает на пути перемещения. В результате, отверстия для высвобождения краски печатающей головки 65 очищаются. В результате, срез выпускного отверстия печатающей головки 65 очищается также во время этого перемещения. Указанное выше перемещение печатающей головки 65 в ее исходное положение происходит не только тогда, когда завершается печать, или для извлечения выброса, но также и тогда, когда печатающая головка 65 перемещается в область для печати с целью печати, то есть она перемещается в исходное положение рядом с областью для печати через заданные интервалы времени во время печати, так чтобы очищать срез отверстия для выброса с помощью этого перемещения.
Фиг.5 изображает один из примеров чернильного картриджа для хранения краски, предназначенного для введения краски в печатающую головку посредством элемента для введения краски, такого как трубка. На чертеже номер 40 означает элемент, составляющий картридж 45 для краски, деталь для хранения краски, такую как мешочек с краской, кончик которого снабжен резиновой пробкой 42. Краска в мешочке 40 для краски может вводиться в печатающую головку посредством вставки иглы (не изображено на фигуре) в пробку 42. Номер 44 означает поглотитель краски для приема избытка краски. В случае детали для хранения краски ее поверхность в контакте с краской предпочтительно изготавливается из полиолефина, в частности полиэтилена.
Устройства для струйной печати, используемые в настоящем изобретении, не ограничиваются таким устройством, как описано выше, в котором головка и картридж с краской предусматриваются отдельно. По этой причине может также предпочтительно использоваться устройство, в котором эти элементы формируются как единое целое, как изображено на фиг.6. На фиг.6 номер 70 означает узел печати, включающий деталь для хранения краски, содержащий краску, например, элемент для поглощения краски, в нем. Краска, содержащаяся в элементе для поглощения краски, выбрасывается в виде капли краски из головки 71, имеющей множество отверстий. В качестве материала для элемента, поглощающего краску, предпочтительно может использоваться полиуретан. Номер 72 указывает на проход для воздуха, для сообщения внутреннего пространства узла 70 печати с атмосферой. Этот узел 70 печати может использоваться вместо печатающей головки 65, изображенной на фиг.4, и съемным образом устанавливаться на каретке 66.
Пример конфигурации печатающей головки, использующей механическую энергию, представляет собой импульсную головку для струйной печати, содержащую: образующую сопла подложку, имеющую множество сопел, генерирующий давление элемент, состоящий из пьезоэлектрического материала и материала, проводящего электричество, расположенный напротив сопел, и краску, заполняющую периферийную часть элемента, генерирующего давление, в которой элемент, генерирующий давление, смещается посредством приложения напряжения, с тем чтобы выбрасывать капли краски из сопла.
На фиг.7 путь 80 для протекания краски изготавливается из светочувствительной смолы; пластина 81 с отверстиями изготавливается из металла, такого как нержавеющая сталь и никель; отверстие 85 для выброса формируется путем проделывания отверстия в пластинке 81 с отверстиями посредством электрообработки или обработки штампованием; вибрационная пластинка 82 изготавливается из пленки металла, такого как нержавеющая сталь, никель и титан, и пленки из высокоэластичной смолы; и пьезоэлектрический элемент 83 изготавливается из диэлектрического материала, такого как титанат бария и PZT (керамика на основе титаната и цирконата свинца). Печатающая головка указанной выше системы работает следующим образом: когда на пьезоэлектрический элемент 83 подается импульсное напряжение, создается упругое напряжение, энергия которого деформирует вибрационную пластинку, соединенную с пьезоэлектрическим элементом 83, с приложением к краске градиента давления в вертикальном направлении, на пути 80 протекания краски, и капля краски (не изображено) высвобождается из отверстия 85 пластинки 81 с отверстиями для осуществления печати. Такая печатающая головка входит в состав устройства для печати, подобного тому, которое изображено на фиг.4. Подробное действие деталей устройства для печати может быть таким же, как рассмотрено выше. Фиг.7 изображает пример структуры печатающей головки, которая представляет собой главную деталь устройства для печати.
Головка состоит из канала 80 для краски, соединенного с камерой для краски (не изображена на фигуре), пластинки 81 с отверстиями для выброса желаемого объема капель краски, диафрагмы 82 для непосредственного приложения давления к краске, пьезоэлектрического элемента 83, который соединяется с диафрагмой 82 и смещается под действием сигнала электроники, и подложки 84 для поддержки и закрепления пластинки 81 с отверстиями, диафрагмы 82 или тому подобного.
На фиг.7 канал 80 для краски изготавливается из фоточувствительной смолы или тому подобного, а узел 85 для высвобождения формируется посредством пластинки 81 с отверстиями, изготовленной из металла, такого как нержавеющая сталь или никель, посредством сверления или тому подобного, например электрообработки или штампования. Диафрагма 82 изготавливается из пленки металла, такого как нержавеющая сталь, никель или титан, и пленки из высокоэластичной смолы. Пьезоэлектрический элемент 83 изготавливается из диэлектрического материала, такого как титанат бария или PZT. Печатающая головка с указанной выше структурой подает импульс напряжения на пьезоэлектрический элемент 83, давая ему возможность для генерирования деформирующего механического напряжения. Затем генерируемая энергия деформирует диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом 83, тем самым создавая вертикальный градиент давления в краске, содержащейся в канале 80 для краски, так что капли краски (не изображено на фигуре) выбрасываются из выпускного отверстия 85 в пластинке 81 с отверстиями, так чтобы осуществить печать. Эта печатающая головка входит в состав устройства для струйной печати, подобного тому, которое изображено на фиг.4, и используется. Конкретные операции устройства для струйной печати являются такими же, как описано выше.
Примеры
Настоящее изобретение будет описываться более конкретно со ссылками на следующие далее примеры и сравнительные примеры. Однако настоящее изобретение не является ограниченным следующими далее примерами, постольку, если только оно находится в рамках объема настоящего изобретения. Необходимо отметить, что "часть" и "%" приводятся в настоящем описании по отношению к массе, если не указывается иного.
(Приготовление раствора 1 дисперсии пигмента)
2
Смешивают десять частей углеродной сажи, имеющей удельную площадь поверхности 210 м/г и поглощение масла ДБФ (дибутилфталат) 74 мл/100 г, 20 частей 10% сополимера стирола-акриловой кислоты (кислотное число: 200, средневзвешенная молекулярная масса: 10000) в воде, нейтрализованной гидроксидом натрия, и 70 частей воды, подвергнутой ионному обмену. Смесь диспергируют в течение 1 часа с использованием песочного истирателя. После этого крупные частицы удаляют посредством разделения в центрифуге и супернатант подвергают фильтрованию под давлением с использованием микрофильтра с размером пор 3,0 мкм (производится Fuji Photo Film Co., Ltd.), с получением раствора 1 дисперсии пигмента, диспергированного с помощью смолы. Полученный раствор 1 дисперсии пигмента имеет содержание твердых продуктов 10%, pH 10,0 и средний размер частиц 120 нм.
(Приготовление раствора 2 дисперсии пигмента)
2
Углеродную сажу (10 г), имеющую удельную площадь поверхности 230 м/г и поглощение масла ДБФ 70 мл/100 г, 3,41 г п-амино-N-бензойной кислоты и 72 г воды полностью перемешивают, к ним добавляют по каплям 1,62 г азотной кислоты и перемешивают при 70°C. Через несколько минут к смеси добавляют раствор 1,07 г нитрита натрия в 5 г воды, с последующим дополнительным перемешиванием в течение 1 часа. Полученную суспензию фильтруют с помощью фильтра Toyo № 2 (производится Advantis) и частицы пигмента полностью промывают водой, а затем сушат в печи при 90°C. После этого к данному пигменту добавляют воду с получением водного раствора пигмента с концентрацией пигмента 10%. Полученный таким образом раствор 2 дисперсии пигмента содержит анионно заряженную самодиспергирующуюся углеродную сажу, имеющую гидрофильную группу, связанную с поверхностями частиц пигмента посредством фенильной группы.
2
6
4
Плотность ионных групп полученной таким образом самодиспергирующейся углеродной сажи, измеренной с помощью следующего далее способа, составляет 1,3 мкмоль/м. Концентрацию ионов натрия измеряют с использованием измерителя концентрации ионов (производится DKK) и полученное значение преобразуют в плотность ионных групп. С помощью описанного выше способа получают раствор 2 дисперсии пигмента, в котором самодиспергирующийся углерод получен посредством введения группы -CH-COONa на поверхность углеродной сажи.
(Приготовление раствора 3 дисперсии пигмента)
2
Углеродную сажу (500 г), имеющую удельную площадь поверхности 220 м/г и поглощение масла ДБФ 112 мл/100 г, 45 г аминофенил(2-сульфоэтил)сульфона (APSES) и 900 г дистиллированной воды помещают в реактор и, поддерживая температуру при 55°C, смесь перемешивают при 300 об/мин в течение 20 минут. После этого по каплям добавляют к смеси 40 г 25% нитрита натрия, в течение 15 минут, и затем к ней добавляют 50 г дистиллированной воды. После этого, поддерживая температуру при 60°C, осуществляют реакцию в течение 2 часов. После этого отбирают продукт реакции, разбавляя в то же время дистиллированной водой до содержания твердых продуктов 15%. После этого осуществляют разделение в центрифуге и очищающую обработку для удаления примесей. В полученном таким образом растворе дисперсии функциональные группы указанного выше APSES связаны с углеродной сажей. Этот раствор дисперсии называют A1.
Впоследствии для определения молярного количества функциональных групп, связанных с углеродной сажей, в растворе A1 дисперсии измеряют ионы Na в растворе дисперсии с помощью натриевого электрода типа зонда. Полученную величину преобразуют в количество групп на одну частицу углеродной сажи, с тем чтобы получить молярное количество функциональных групп, связанных с углеродной сажей. После этого ранее приготовленный раствор A1 дисперсии с содержанием твердых продуктов 15% добавляют по каплям в раствор пентаэтиленгексамина (PEHA). Во время этого процесса раствор PEHA интенсивно перемешивают, при этом поддерживая его при комнатной температуре, и добавляют к нему по каплям раствор A1 дисперсии в течение 1 часа. Во время этого процесса устанавливают концентрацию PEHA, составляющую от 1 до 10-кратной от определенного ранее молярного количества ионов Na, и устанавливают количество раствора PEHA, эквивалентное количеству раствора A1 дисперсии. После этого полученную смесь перемешивают в течение 18-48 часов, а затем осуществляют очищающую обработку для устранения примесей. Наконец, получают дисперсию углеродной сажи, к которой добавлен пентаэтиленгексамин (PEHA), при содержании твердых продуктов 10%. Этот раствор дисперсии называют B1.
После этого готовят раствор смолы сополимера стирола-акриловой кислоты посредством взвешивания 190 г смолы стирола-акриловой кислоты, имеющей средневзвешенную молекулярную массу 8000, кислотное число 140 и полидисперсность Mw/Mn (средневзвешенная молекулярная масса Mw/среднечисленная молекулярная масса Mn) 1,5, к которым добавляют 1800 г дистиллированной воды и NaOH, необходимый для нейтрализации смолы, и перемешивают. После этого при перемешивании добавляют по каплям к указанному выше водному раствору смолы стирола-акриловой кислоты 500 г ранее приготовленного раствора B1 дисперсии с содержанием твердых продуктов 10%. После этого смесь B1 и водного раствора смолы стирола-акриловой кислоты переносят в испарительную чашку из Pyrex (торговое наименование), а затем нагревают ее при 150°C в течение 15 часов, для испарения. Высушенный материал, полученный после испарения, охлаждают до комнатной температуры.
После этого, используя диспергирующее устройство, высушенный материал, полученный после выпаривания, диспергируют в дистиллированной воде, устанавливая pH 9,0 с помощью NaOH. Продолжая перемешивание, к раствору добавляют 1,0 M NaOH для доведения pH раствора до 10-11. Раствор 3 дисперсии пигмента получают после высаливания и очистки указанного выше раствора и удаления крупных частиц. Раствор 3 дисперсии пигмента имеет содержание твердых продуктов 10%, pH 10,1 и средний размер частиц 130 нм. Далее следует схема синтеза самодиспергирующегося пигмента со связыванием полимера, в котором органическая группа химически связана с поверхностью частицы углеродной сажи, содержащейся в указанном выше растворе 3 дисперсии пигмента.
Схема синтеза модифицированного пигмента
[Способ определения того, является ли используемый водорастворимый органический растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем]
Для определения того, является ли используемый водорастворимый органический растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем для пигмента или для пигмента и диспергатора, содержащихся в указанном выше растворе дисперсии пигмента, осуществляют следующий эксперимент. Сначала с помощью каждого из указанных выше растворов 1-3 дисперсии пигмента с содержанием твердых продуктов 10% готовят исследуемый раствор дисперсии для определения хорошего или плохого растворителя со следующим составом.
(Отношение смешивания для раствора дисперсии с целью определения хорошего или плохого растворителя)
- Каждый раствор дисперсии пигмента при содержании твердых продуктов 10%: 50 частей.
- Каждый водорастворимый органический растворитель, описанный в таблице 1: 50 частей.
(Определение)
10 г приготовленного выше исследуемого раствора для определения хорошего или плохого органического растворителя помещают в банку для образцов, снабженную прозрачной стеклянной крышкой. После того как банку покрывают стеклянной крышкой, раствор хорошо перемешивают и оставляют стоять в печи при 60°C в течение 48 часов. После этого раствор дисперсии вынимают из печи, чтобы использовать в качестве образца для измерений. Размер частиц водонерастворимого красящего материала, содержащегося в растворе, измеряют с использованием анализатора размеров частиц в концентрированных растворах (наименование продукта: FPAR-1000; производится Otsuka Electronics). Полученное значение обозначают как размер частиц неразбавленного раствора (размер частиц, измеренный без разбавления раствора) для раствора дисперсии, используемого для определения того, является ли органический растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем, после хранения при 60°C в течение 48 часов. Отдельно готовят эталонные дисперсии пигмента тем же способом, что и приготовление исследуемых растворов дисперсий, за исключением того, что водорастворимый органический растворитель заменяется таким же количеством воды. Размер частиц водонерастворимого красящего материала в неразбавленном эталонном растворе измеряют путем использования анализатора размеров частиц в концентрированных растворах, но без хранения раствора при нагреве. Полученный размер частиц неразбавленного исследуемого раствора сравнивают с размером частиц эталонного раствора дисперсии. Когда первый размер частиц больше, чем последний, имеющийся растворитель определяется как плохой растворитель. В противоположность этому, когда первый размер частиц является равным или меньшим, чем последний, он определяется как хороший растворитель.
[Способ измерения значения Ka для каждого водорастворимого органического растворителя]
Сначала, для облегчения измерения значения Ka для каждого водорастворимого органического растворителя, готовят раствор 0,5% красителя в воде следующего состава.
Водорастворимый краситель C. I. прямой синий 199
0,5 части
Чистая вода
99,5 части
Затем, используя указанный выше 0,5% раствор красителя, готовят окрашенные водные растворы, соответственно содержащие 20% водорастворимых органических растворителей, для измерений, со следующим составом:
Указанный выше 0,5% водный раствор красителя
80 частей
Каждый из водорастворимых органических растворителей, описанных в таблице 1
20 частей
Используя приготовленный выше окрашенный водный раствор, содержащий 20% водорастворимого органического растворителя, значение Ka определяют с помощью способа Бристоу, используя Dynamic Permeability Tester S (наименование продукта), производится Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.
<<Определение и результаты определения>>
Таблица 1 показывает результаты, полученные посредством определения того, является или нет каждый из измеренных выше водорастворимых органических растворителей, пригодных для краски, хорошим растворителем или плохим растворителем для каждого из растворов 1-3 дисперсии пигментов, и результаты измерений значения Ka для каждого 20% водного раствора, содержащего водорастворимый органический растворитель. В таблице 1 «полиэтиленгликольное производное» означает производное следующей структуры, имеющей молекулярную массу приблизительно 1000:
где каждый из n и m представляет собой число в пределах от 5 до 20.
Таблица 1
Результаты определения того, является ли каждый водорастворимый органический растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем или нет, и значения Ka
Водорастворимый органический растворитель
Водонерастворимый красящий материал
Значение Ka для 20% водного раствора
Дисперсия пигмента 1
Дисперсия пигмента 2
Дисперсия пигмента 3
Глицерин
O
O
O
0,13
Этиленгликоль
O
O
O
0,09
Диэтиленгликоль
X
X
X
0,14
Триметилолпропан
O
O
O
0,19
Полиэтиленгликоль 600
X
X
X
0,17
Полиэтиленгликольное производное
X
X
X
0,18
2-пирролидон
X
O
X
0,19
В таблице, O: хороший растворитель, X: плохой растворитель
<Примеры 1-5>
Смешивают описанные выше водорастворимые органические растворители, растворы 1-3 дисперсии пигментов и компоненты, описанные в таблице 2, и полностью их перемешивают для растворения или диспергирования. После этого полученную смесь подвергают фильтрованию под давлением, используя микрофильтр с размером пор 3,0 мкм (производится Fuji Photo Film Co., Ltd.), с тем чтобы приготовить краски примеров 1-5. Краски приготавливают таким образом, что, когда общее количество (мас.%) хорошего растворителя в краске обозначено как A, а общее количество (мас.%) плохого растворителя в краске обозначено как B, отношение A к B находится в пределах между 10:5 или более и 10:30 или менее, и когда значения Ka множества водорастворимых органических растворителей определяют с помощью способа Бристоу и полученные значения сравнивают друг с другом, водорастворимый органический растворитель, имеющий наибольшее значение Ka, представляет собой плохой растворитель.
Таблица 2
Состав красок примеров 1-5
Состав(мас.%)
Пр.1
Пр.2
Пр.3
Пр.4
Пр.5
Водонерастворимый красящий материал
Дисперсия пигмента 1
50
-
-
-
-
Дисперсия пигмента 2
-
50
-
50
-
Дисперсия пигмента 3
-
-
50
-
50
Водорастворимый органический растворитель
Хороший растворитель
Глицерин
5
5
5
7
5
Этиленгликоль
5
-
-
-
-
Триметилолпропан
-
-
-
-
-
Плохой растворитель
Диэтиленгликоль
-
-
5
3
3
Полиэтиленгликоль 600
10
15
10
6
-
Полиэтиленгликольное производное
-
-
-
-
10
Поверхностно-активное вещество
Продукт добавления ацетиленгликоля и EO (*)
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Чистая вода
29,9
29,9
29,9
33,9
31,9
(*) Наименование продукта: Acetylenol EH производится Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd.
<Проверка краски примера 4>
Полагая, что состав полученной выше краски примера 4 является неизвестным, определяют, является ли краска объектом настоящего изобретения или нет, с помощью следующего способа. С помощью этого способа проверки, даже если состав краски является неизвестным, можно легко подтвердить, является ли краска объектом настоящего изобретения или нет.
Тип и количество органических растворителей, содержащихся в краске, можно идентифицировать с использованием, например, ГХ/МС (наименование продукта: TRACE DSQ, производится ThermoQuest). Более конкретно, например, образец, полученный посредством разбавления 1 г краски примера 4 метанолом, анализируют с использованием указанной выше ГХ/МС. В результате, прежде всего, подтверждают наличие глицерина, диэтиленгликоля и полиэтиленгликоля 600 в образце. Затем необходимо определить являются ли три этих типа растворителей хорошими растворителями или плохими растворителями. В описанном выше способе определения того, является ли растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем, готовят раствор дисперсии, в котором водонерастворимый красящий материал диспергирован в растворителе и воде. Однако для приготовления такого раствора дисперсии из краски необходимо извлечь водонерастворимый красящий материал или диспергатор из краски. Однако в этом случае водонерастворимый красящий материал или диспергатор мог бы быть поврежден во время процесса извлечения.
Таким образом, авторы настоящего изобретения провели различные исследования, чтобы найти способ, который включает в себя прямое использование краски примера 4 для определения того, является ли растворитель, содержащийся в ней, хорошим растворителем или плохим растворителем, и обеспечивает результаты определения, которые согласуются с результатами описанного выше способа определения. В результате, авторы настоящего изобретения обнаружили, что предпочтительным является следующий способ проверки. Сначала готовят следующие три типа разбавлений краски путем добавления каждого из указанных выше трех типов водорастворимых органических растворителей, которые должны определяться, в равном количестве, к 100 частям краски примера 4 и осуществляют определение с использованием этих растворов. Иначе говоря, готовят 3 типа разбавлений краски с композициями, показанными в таблице 3 (показаны в таблице 3 как примеры проверки 1-3), каждый из которых содержит приблизительно 50 мас.% водорастворимого органического растворителя, в качестве цели для определения. После этого эти растворы оставляют стоять при 60°C в течение 48 часов и размеры частиц водонерастворимых красящих материалов, содержащихся в них, затем измеряют с использованием анализатора размеров частиц в концентрированных растворах (наименование продукта: FPAR-1000; производится Otsuka Electronics Co., Ltd.). С другой стороны, краска, которая не подвергается хранению при нагреве, также измеряется с точки зрения размера частиц водонерастворимого красящего материала, содержащегося в ней. Определение хорошего растворителя или плохого растворителя осуществляют в соответствии с теми критериями, что измеренное значение размера частиц после хранения при нагреве сравнивают друг с другом, со значением для краски без хранения, и, когда первый размер частиц является большим, чем последний размер частиц, это определяется как плохой растворитель, а когда первый размер частиц является равным или меньшим, чем последний размер частиц, это определяется как хороший растворитель. В таблице 3, показанной ниже, вязкость (сП) используемых растворителей также показывается как условие измерения для размера частиц в неразбавленном растворе. Вязкость измеряют вискозиметром типа E (VISCONIC type ED, производится Tokyo Keiki Co., Ltd.)
Таблица 3
Состав исследуемых образцов для определения хорошего растворителя или плохого растворителя по отношению к растворителям, используемым для краски примера 4
Краска примера 4
Состав исследуемых примеров [части]
1
2
3
Краска примера 4
-
100
100
100
Глицерин
-
100
-
-
Диэтиленгликоль
-
-
100
-
Полиэтиленгликоль 600
-
-
-
100
Вязкость [сП]
2,3
10,1
8,7
33,9
Таблица 4 показывает размер частиц пигмента в неразбавленной краске примера 4 без хранения и размер частиц пигмента каждого неразбавленного раствора из примеров проверки 1-3 после хранения при нагреве, при 60°C, в течение 48 часов, которые измеряются, как описано выше. Сравнивая измеренные значения, определяют что, когда измеренные значения размера частиц в каждом из примеров проверки являются большими, чем у краски примера 4, это определяется как плохой растворитель, а когда измеренное значение размера частиц в каждом из примеров проверки является равным или меньшим, чем у краски примера 4, это определяется как хороший растворитель.
Таблица 4
Результаты исследований растворителей, содержащихся в краске примера 4
Образец для измерений
Размер частиц в неразбавленном растворе [нм]
Определение
Исследуемый пример 1 (после хранения при нагреве)
71,2
O
Исследуемый пример 2 (после хранения при нагреве)
167,8
X
Исследуемый пример 3 (после хранения при нагреве)
160,7
X
Краска примера 4 (без хранения)
71,9
-
Условия для хранения при нагреве: 60°C, 41 час.
O: хороший растворитель, X: плохой растворитель.
Как показано в таблице 4, результаты способа определения хорошего растворителя или плохого растворителя с использованием проверяемых образцов, полученных посредством разбавления приготовленной краски, могут подтвердить, что глицерин (используемый в примере проверки 1) является хорошим растворителем, а диэтиленгликоль (используемый в примере проверки 2) и полиэтиленгликоль 600 (используемый в примере проверки 3) являются плохими растворителями, как и с помощью способа определения, показанного в таблице 1, то есть с помощью указанных выше двух различных типов способов определения получают одинаковые результаты. Соответственно, подтверждается, что способ использования реальной краски для определения того, является ли используемый в ней растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем для содержащегося в ней красящего материала, является эффективным. По этой причине указанный выше способ для определения того, является используемый растворитель хорошим растворителем или плохим растворителем, с использованием образца, полученного посредством разбавления краски, может также эффективно использоваться в настоящем изобретении.
<Сравнительные примеры 1-17>
(Приготовление красок)
Смешивают описанные выше водорастворимые органические растворители, растворы 1-3 дисперсии пигментов и компоненты, показанные в таблицах 5-1 - 5-3. Полученную смесь полностью перемешивают для растворения или диспергирования, и затем она подвергается фильтрованию под давлением с использованием микрофильтра с размером пор 3,0 мкм (производится Fuji Photo Film Co., Ltd.), с тем чтобы получить краски сравнительных примеров 1-17.
Таблица 5-1
Состав красок сравнительных примеров 1-6
Состав красок сравнительных примеров (мас.%)
1
2
3
4
5
6
Водонерастворимый красящий материал
Дисперсия пигмента 1
50
50
50
-
-
-
Дисперсия пигмента 2
-
-
-
50
50
50
Дисперсия пигмента 3
-
-
-
-
-
-
Водорастворимый органический растворитель
Хороший растворитель
Глицерин
5
-
5
5
-
5
Этиленгликоль
-
-
5
-
-
5
Триметилолпропан
7
-
5
7
-
5
Плохой растворитель
Диэтиленгликоль
-
-
-
-
-
-
Полиэтиленгликоль 600
10
15
-
10
15
-
Полиэтиленгликольное производное
-
-
-
-
-
-
Поверхностно-активное вещество
Продукт добавления ацетиленгликоля и EO (*)
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Чистая вода
27,9
34,9
34,9
27,9
34,9
34,9
(*) Наименование продукта: Acetylenol EH, производится Kawaken Fine Chemicals Co.,Ltd.
Таблица 5-2
Состав красок сравнительных примеров 7-12
Состав красок сравнительных примеров (мас.%)
7
8
9
10
11
12
Водонерастворимый красящий материал
Дисперсия пигмента 1
-
-
-
-
50
-
Дисперсия пигмента 2
-
-
-
-
-
50
Дисперсия пигмента 3
50
50
50
50
-
-
Водорастворимый органический растворитель
Хороший растворитель
Глицерин
5
-
5
-
3
3
Этиленгликоль
-
-
5
-
-
-
Триметилолпропан
7
-
5
-
-
-
Плохой растворитель
Диэтиленгликоль
-
-
-
-
-
-
Полиэтиленгликоль 600
10
15
-
-
-
-
Полиэтиленгликольное производное
-
-
-
-
15
15
Поверхностно-активное вещество
Продукт добавления ацетиленгликоля и EO (*)
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Чистая вода
27,9
34,9
34,9
39,9
31,9
31,9
(*) Наименование продукта: Acetylenol EH, производится Kawaken Fine Chemicals Co.,Ltd.
Таблица 5-3
Состав красок сравнительных примеров 13-17
Состав красок сравнительных примеров (мас.%)
13
14
15
16
17
Водонерастворимый красящий материал
Дисперсия пигмента 1
-
50
-
-
-
Дисперсия пигмента 2
-
-
50
-
50
Дисперсия пигмента 3
50
-
-
50
-
Водорастворимый органический растворитель
Хороший растворитель
Глицерин
3
5
5
5
15
Этиленгликоль
-
8
8
8
-
Триметилолпропан
-
-
-
-
-
Плохой растворитель
Диэтиленгликоль
-
-
-
-
-
Полиэтиленгликоль 600
-
5
5
5
-
Полиэтиленгликольное производное
15
-
-
-
-
Поверхностно-активное вещество
Продукт добавления ацетиленгликоля и EO (*)
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Чистая вода
31,9
31,9
31,9
31,9
34,9
(*) Наименование продукта: Acetylenol EH, производится Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd.
<Оценка свойств изображений>
Краски примеров 1-5 и сравнительных примеров 1-17 оценивают с точки зрения свойств, описанных ниже, с использованием модифицированного устройства для струйной печати BJS-700 (производится Canon Inc.), имеющего импульсную головку для многоканальной печати, которая прикладывает тепловую энергию к краске в ответ на сигнал печати, с тем чтобы выбросить краску. Полученные результаты оценок в отношении примеров показаны в таблице 6, а результаты в отношении сравнительных примеров показаны в таблице 7.
1. Плотность печати
Используя указанные выше краски и указанное выше устройство для струйной печати, знаки, занимающие сплошную область 2 см×2 см, печатают на простой бумаге для копира A-E, описанной ниже. В день после печати измеряют плотность печати сплошного участка 2 см×2 см. Режим драйвера принтера представляет собой режим по умолчанию. Настройки режима по умолчанию показаны ниже. Количество краски, выбрасываемой на одну растровую точку краски, находится в пределах 30 нг ± 10%.
• Тип бумаги: простая бумага.
• Качество печати: стандартная.
• Установка цветов: автоматическая.
Плотность печати, получаемая в результате указанного выше измерения, оценивается в соответствии со следующими критериями:
O: Средняя плотность печати для 5 типов бумаги составляет 1,4 или выше, и плотность печати для бумаги с самой низкой плотностью печати составляет 1,25 или выше.
Δ: Средняя плотность печати для 5 типов бумаги составляет 1,4 или выше, и плотность печати для бумаги с самой низкой плотностью печати является меньшей чем 1,25.
X: Средняя плотность печати для 5 типов бумаги является меньшей чем 1,4.
В указанном выше исследовании печати используются следующие типы бумаги для копира:
A: бумага PPC NSK, производится Canon Inc.,
B: бумага PPC NDK, производится Canon Inc.,
C: бумага PPC 4024, производится Fuji Xerox Co., Ltd.,
D: бумага PPC Prober Bond, производится by Fox River Paper Co.,
E: бумага Canon PPC, производится Die Neusiedler AG.
2. Плотность печати при печати с малым количеством краски
Плотность печати с меньшим количеством краски измеряют тем же способом, как выше, за исключением того, что выбрасываемое количество краски на одну растровую точку устанавливается в пределах 24 нг ± 10%. После этого полученную плотность печати оценивают в соответствии с теми же критериями, что и выше.
<Оценка стабильности при хранении>
Каждая из красок примеров 1-5 и сравнительных примеров 1-17 помещается в толстостенную емкость, и емкость герметично закрывают. Затем емкость помещают в печь при 60°C. Через две недели емкость извлекают, а затем наблюдают состояние краски. Стабильность при хранении оценивают в соответствии с критериями, описанными ниже. Результаты оценок, полученные для красок примеров, показаны в таблице 6, а результаты для красок сравнительных примеров показаны в таблице 7.
O: Красящие материалы, содержащиеся в краске, диспергируются стабильно и однородно.
X: Краска становится гелем, или ее верхняя часть становится прозрачной, или она явно загущается.
Таблица 6
Оценка примеров
Плотность печати
Стабильность при хранении
Нормальный выброс краски
Малый выброс краски
Пример 1
O
O
O
Пример 2
O
O
O
Пример 3
O
O
O
Пример 4
O
O
O
Пример 5
O
O
O
Таблица 7
Результаты оценок сравнительных примеров
Плотность печати
Стабильность при хранении
Нормальный выброс краски
Малый выброс краски
Сравнительный пример 1
X
X
O
Сравнительный пример 2
O
A
X
Сравнительный пример 3
X
X
O
Сравнительный пример 4
X
X
O
Сравнительный пример 5
O
A
O
Сравнительный пример 6
X
X
O
Сравнительный пример 7
X
X
O
Сравнительный пример 8
O
A
X
Сравнительный пример 9
X
X
O
Сравнительный пример 10
O
A
X
Сравнительный пример 11
O
A
X
Сравнительный пример 12
O
A
O
Сравнительный пример 13
О
A
X
Сравнительный пример 14
X
X
O
Сравнительный пример 15
X
X
O
Сравнительный пример 16
X
X
O
Сравнительный пример 17
X
X
O
<Измерение попадания краски на простую бумагу>
(Приготовление красок примера и сравнительных примеров для измерения попадания краски на бумагу)
Используют раствор 2 дисперсии пигмента и смешивают его с компонентами, показанными в таблице 8. Смесь полностью перемешивают для растворения или диспергирования и подвергают ее фильтрованию под давлением с использованием микрофильтра с размером пор 3,0 мкм (производится Fuji Photo Film Co., Ltd.), с тем чтобы получить каждую из красок примера 6 и сравнительных примеров 18-20. При приготовлении этих красок для измерения попадания красок на бумагу, для визуального наблюдения распределения краски после ее закрепления на среде для печати используют водорастворимый краситель C. I. прямой синий 199. Поверхностное натяжение каждой из этих красок также показано в таблице 8. Поверхностное натяжение измеряют с помощью измерителя натяжения CBVP-A3, производимого Kyowa Interface Science Co., Ltd., при температуре измерения 25,0 ± 0,5°C, с использованием платиновой пластинки 10 мм x 24 мм.
<Измерение диаметра растровой точки>
Когда диаметр растровой точки краски, полученной непосредственно после попадания краски на простую бумагу, обозначается как dI, наибольший диаметр распределения краски после закрепления краски на бумагу обозначается как dS, наибольший диаметр водонерастворимого красящего материала в растровой точке после закрепления краски на бумаге обозначается как dC, и глубина проникновения водонерастворимого красящего материала в бумагу после сушки краски представляется посредством глубины проникновения, значения dI, dS, dC и глубины проникновения измеряются с помощью следующих далее способов. Сначала измеряется диаметр dI растровой точки краски непосредственно после попадания растровой точки краски на простую бумагу с использованием Face CONTACT-ANGLEMETER CA-P, производимого Kyowa Interface Science Co., Ltd. Используя иглу, имеющую диаметр иглы 28 G (внутренний диаметр: 0,18 мм и наружный диаметр: 0,36 мм), кончик иглы располагают на высоте 4 мм от поверхности простой бумаги, затем краску капают с этой высоты на простую бумагу и после капания диаметр растровой точки краски считывают на шкале измерителя угла смачивания. Указанное выше зарегистрированное значение используют как диаметр dI растровой точки краски непосредственно после попадания краски на простую бумагу. Простая бумага, используемая в этом исследовании, представляет собой PB-Paper (бумага NSK), производится Canon Inc.
Наибольший диаметр dS распределения краски после закрепления краски на среде для печати и наибольший диаметр dC водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на среде для печати измеряют посредством капания растровой точки краски на простую бумагу при описанных выше условиях и оставления ее в течение 6 час или более и посредством измерения соответствующих наибольших линейных размеров после стабилизации растровой точки краски. Наибольший диаметр dS растровой точки краски после закрепления краски на среде для печати получают посредством измерения наибольшего линейного размера распределения голубого цвета водорастворимого красителя C. I. прямой синий 199, который был добавлен к краске. Наибольший диаметр dC водонерастворимого красящего материала в краске после закрепления краски на среде для печати получают посредством измерения наибольшего линейного размера растекания черного цветового оттенка пигмента, содержащегося в краске. Кроме того, когда измеряется наибольший диаметр dC растекания водонерастворимого красящего материала в краске, форма в виде растровой точки для черного пигмента также наблюдается.
<Измерение глубины проникновения водонерастворимого красящего материала>
Для измерения глубины проникновения водонерастворимого красящего материала водорастворимый краситель C. I. прямой синий 199 в каждой из красок из указанного выше примера 6 и сравнительных примеров 18-20 заменяют водой. Полученные таким образом краски затем фильтруют при тех же условиях, с тем чтобы приготовить новые краски. Используя эти краски, осуществляют печать на PB-Paper (бумага NSK), производится Canon Inc., при тех же условиях, что и при указанной выше оценке плотности печати, с использованием модифицированного устройства для струйной печати BJS-700 (производится Canon Inc.), имеющего импульсную головку для многоканальной печати, которая прикладывает тепловую энергию к краске в ответ на сигнал печати, с тем чтобы выбросить краску. После завершения печати и закрепления краски, площадь печати разрезают с обратной стороны, используя лезвие, и поперечный разрез наблюдают в микроскоп. Измеряется толщина (глубина) распределения водонерастворимого красящего материала в разрезе бумаги. По полученным результатам измерений осуществляется оценка, в соответствии с критериями оценки, описанными ниже. Полученные результаты оценок и измеренные значения наибольшего диаметра dC показаны в таблице 9.
[Критерии оценки]
(Соотношения диаметров растровой точки)
O: удовлетворяет соотношению dC<dI<dS.
X: не удовлетворяет соотношению dC<dI<dS.
(Форма растровой точки водонерастворимого красящего материала)
1: Визуальное наблюдение, глядя на бумагу сверху
O: Форма растровой точки водонерастворимого красящего материала представляет собой правильный круг, и его край является резким.
X: Форма растровой точки водонерастворимого красящего материала не является правильным кругом, и его края размыты.
2: Визуальное наблюдение, глядя на бумагу сбоку
O: Растровая точка водонерастворимого красящего материала присутствует почти на уровне поверхности бумаги.
X: Растровая точка водонерастворимого красящего материала четко выступает над поверхностью бумаги.
(Глубина проникновения водонерастворимого красящего материала)
O: меньше чем 30 мкм.
X: 30 мкм или больше.
Таблица 9
Измерения попадания краски на бумагу и наибольшего диаметра распространения красящего материала
Пр. 6
Сравн. пр. 18
Сравн. пр. 19
Сравн. пр. 20
Соотношение диаметров растровых точек
O
O
X
O
Форма растровой точки водонерастворимого красящего материала
1. Наблюдение сверху
O
O
X
O
2. Наблюдение сбоку
O
X
O
O
Глубина проникновения водонерастворимого красящего материала
O
O
X
X
Наибольший диаметр dC [мм] распределения водонерастворимого красящего материала
3,04
2,84
3,75
2,96
Фиг.15 схематически изображает вид сверху на растровые точки, сформированные для указанного выше измерения. Фиг.16 представляет собой схематическую микрофотографию, используемую для измерения толщины (глубины) распространения водонерастворимого красящего материала в поперечном сечении бумаги. Как показано на фиг.15 и в таблице 9, когда используются краски примера 6 и сравнительного примера 18, водонерастворимый красящий материал формирует растровую точку в форме правильного круга. В случае сравнительного примера 18, однако, водонерастворимый красящий материал выступает над поверхностью бумаги, и таким образом поверхность бумаги покрывается избыточным количеством водонерастворимого красящего материала.
Следовательно, когда краска примера 6 сравнивается с краской сравнительного примера 18, красящий материал эффективно удерживается вблизи поверхности бумаги. С другой стороны, когда используется краска сравнительного примера 19, водонерастворимый красящий материал формирует растровую точку с неоднородным распределением. Кроме того, водонерастворимый красящий материал распределяется не только на поверхности бумаги, но также и в направлении по глубине бумаги, вызывая потери красящего материала. Кроме того, когда используют краску сравнительного примера 20, как показано на фиг.15, водонерастворимый красящий материал формирует растровую точку в форме правильного круга. Однако, как видно из разреза участка печати, изображенного на фиг.16, который печатается с использованием устройства для струйной печати BJS-700 (производится Canon Inc.), красящий материал распределяется не только на поверхности бумаги, но также и в направлении по глубине бумаги. Таким образом, подтверждается, что и в этом случае красящий материал используется неэффективно.
Как видно по значениям наибольшего диаметра dC распределения водонерастворимого красящего материала, показанным в таблице 9, краска примера 6, содержащая как плохой растворитель, так и хороший растворитель, при соответствующем отношении имеет распределение водонерастворимого красящего материала большего размера, чем у краски сравнительного примера 18, содержащей только плохой растворитель. Этим фактом также подтверждается, что пигментная краска по настоящему изобретению имеет достаточно большой коэффициент площади, даже для малой капли краски, и формирует изображение, имеющее высокую OD (плотность отражения). В дополнение к этому, краски, не содержащие поверхностно-активного вещества, готовят посредством замены продукта добавления ацетиленгликоля и EO, используемого в качестве поверхностно-активного вещества, водой, в соответствующих композициях красок примера 6 и сравнительного примера 18. Эти краски измеряют по диаметру растровой точки и глубине проникновения водонерастворимого красящего материала при тех же условиях измерения попадания краски на простую бумагу, осуществляемого с красками примера 6 и сравнительного примера 18. В результате, хотя краски, не содержащие поверхностно-активного вещества, требуют более продолжительного времени закрепления после попадания на бумагу, чем краски, содержащие поверхностно-активное вещество, краска, содержащая как плохой растворитель, так и хороший растворитель, при соответствующем отношении, достигает распределения водонерастворимого красящего материала большего размера, чем краска, содержащая только плохой растворитель, при условии такого же соотношения, как у красок, содержащих поверхностно-активное вещество.
[Исследование относительно смешения цветов (растекания) изображения]
<Примеры 7-16>
Описанные выше краски примеров 1-5 используются в качестве черной краски в сочетании с цветными красками, для формирования изображений. Цветные краски, используемые здесь (три цвета, голубой, пурпурный и желтый) готовят следующим образом.
(Приготовление голубой краски)
Компоненты, указанные ниже, смешивают и полностью перемешивают, так что они растворяются, а после этого смесь подвергается фильтрованию под давлением с использованием микрофильтра с размером пор 0,2 мкм (производится Fuji Photo Film Co., Ltd.), с тем чтобы приготовить голубую краску.
DBL (прямой синий) 199
3,5 части
Глицерин
7,5 части
Диэтиленгликоль
7,5 части
Acetylenol E-100
1,0 часть
Чистая вода
80,5 части
(Приготовление пурпурной краски)
Пурпурную краску приготавливают из следующих компонентов таким же способом, как и для голубой краски.
AR (кислотный красный) 289
2,5 части
Глицерин
7,5 части
Диэтиленгликоль
7,5 части
Acetylenol E-100
1,0 часть
Чистая вода
81,5 части
(Приготовление желтой краски)
Желтую краску приготавливают из следующих компонентов таким же способом, как описано выше.
DY (прямой желтый) 86
2,5 части
Глицерин
7,5 части
Диэтиленгликоль
7,5 части
Acetylenol E-100
1,0 часть
Чистая вода
81,5 части
<Оценка>
Черные краски примеров 1-5 и приготовленные выше цветные краски используют в сочетании, как показано в таблице 10 ниже, и осуществляют печать посредством использования этих красок и устройства для струйной печати, имеющего импульсную головку для многоканальной печати, изображенную на фиг.9 или 10, которая прикладывает тепловую энергию к краске в ответ на сигнал печати, с тем чтобы выбросить краску. После этого печать оценивают. Полученные результаты оценок показаны в таблице 11.
Таблица 10
Типы черной краски и головок, используемых для оценки печати
Структура головки
Черная краска
Пример 7
Фиг.9
Пример 1
Пример 8
Фиг.9
Пример 2
Пример 9
Фиг.9
Пример 3
Пример 10
Фиг.9
Пример 4
Пример 11
Фиг.9
Пример 5
Пример 12
Фиг.10
Пример 1
Пример 13
Фиг.10
Пример 2
Пример 14
Фиг.10
Пример 3
Пример 15
Фиг.10
Пример 4
Пример 16
Фиг.10
Пример 5
(Свойства растекания)
Сплошные участки формируют посредством печати с помощью черной краски и каждой из цветных красок (желтой, пурпурной и голубой), так что участки находятся рядом друг с другом, посредством способа печати, изображенного на фиг.9 и 10. Степень растекания на границе между черной краской и цветной краской наблюдается визуально и оценивается в соответствии с критериями, описанными ниже. Простая бумага, используемая здесь, представляет собой PB-Paper (бумагу NSK), производится Canon Inc. Результаты оценок показаны в таблице 11.
AA: Растекание не может наблюдаться визуально.
A: Растекание едва наблюдается.
B: Растекание наблюдается, но уровень, на самом деле, не доставляет проблем.
C: Растекание является таким, что границы цветов являются нечеткими.
Таблица 11
Результаты оценок
Стойкость к растеканию
Пример 7
A
Пример 8
A
Пример 9
A
Пример 10
A
Пример 11
A
Пример 12
AA
Пример 13
AA
Пример 14
AA
Пример 15
AA
Пример 16
AA
Промышленное применение
Краска на водной основе по настоящему изобретению представляет собой пигментную краску, которая имеет достаточно большой коэффициент площади, даже для малой капли краски, и достигает изображения с высокой OD (плотностью отражения). Кроме того, с использованием краски по настоящему изобретению, также предусматриваются способ струйной печати для формирования изображения высокого качества с высокой OD, даже для малого наносимого количества краски, картридж с краской, предпочтительно используемый для указанного выше способа печати, узел печати и устройство для струйной печати. Кроме того, также предусматривается способ формирования изображений, при котором эффективно предотвращается смешение цветов (растекание) на границе между областью черной краски и областью цветной краски, не вызывая расплывания краски, когда цветное изображение, в котором различные цвета находятся рядом друг с другом, печатается на простой бумаге.