ВОДНЫЕ ЧЕРНИЛА, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ИХ КАРТРИДЖ С ЧЕРНИЛАМИ, СПОСОБ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ И ЗАРЕГИСТРИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ
WATER INK, INK CARTRIDGE TO BE FILLED THEREWITH, INK-JET PRINTING MODE AND REGISTERED MATERIAL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к водным чернилам (далее также называемым чернилами), к способу струйной печати с использованием водных чернил, к зарегистрированному (фиксированному) материалу, полученному способом печати, и к устройствам, использующим указанные чернила. Более конкретно, данное изобретение относится к технологии практического применения поверхностно-активного вещества, которое не может быть использовано или может быть использовано только в очень малых количествах в чернилах при нормальных условиях вследствие его низкого HLB (гидрофильно-липофильного баланса) (поверхностно-активного вещества, которое очень плохо растворимо в чернилах и отделяется и оседает в условиях, при которых чернила, содержащие поверхностно-активное вещество, хранят).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Существуют различные исследования и сообщения о чернилах для применения в пишущих приспособлениях и чернилах для струйной записи с целью улучшения качества и фиксации изображения полученного зарегистрированного материала и (повышения) надежности чернил. Например, в качестве способа улучшения фиксации зарегистрированного материала предложен способ, при котором в водные чернила вводят водорастворимый спирт, способ, при котором в водные чернила вводят сильно гидрофобный водорастворимый органический растворитель, например целлозольв, и подобные. Однако введение вышеуказанных соединений в чернила в большом количестве улучшает фиксацию, но ухудшает качество зарегистрированного материала. Более того, использование вышеуказанных соединений может вызвать такие проблемы, как воспламеняемость чернил и опасность для тела человека.
С другой стороны, способ, при котором для улучшения фиксации зарегистрированного материала в чернила вводят водорастворимое поверхностно-активное вещество, предложен в выложенном описании патента Японии № Н5-132643. Можно сказать, что указанный способ предпочтителен с точки зрения безопасности, но вязкость чернил повышается по мере увеличения содержания в чернилах поверхностно-активного вещества для улучшения фиксации зарегистрированного материала. Например, если способ применяют для метода струйной печати, надежность, включая выталкивание чернил, ухудшается. Если поверхностно-активное вещество добавляют в чернила в большом количестве для дополнительного улучшения фиксации, чернила могут растекаться по поверхности записывающей среды, ухудшая качество изображения полученного зарегистрированного материала.
С другой стороны, в выложенном описании патента Японии № Н6-256696 и выложенном описании патента Японии № 2003-253599 для улучшения фиксации зарегистрированного материала предложено использовать гидрофильное поверхностно-активное вещество в сочетании с сильно гидрофобным поверхностно-активным веществом. Однако количество указанного сильно гидрофобного поверхностно-активного вещества, пригодного для применения в чернилах, очень мало. Таким образом, фиксация не может быть значительно улучшена по сравнению с обычным способом, использующим водорастворимое поверхностно-активное вещество.
В выложенном описании патента Японии № H11-71543, выложенном описании патента Японии № H8-183921, выложенном описании патента Японии № H6-9911, выложенном описании патента Японии № Н6-220376, выложенном описании патента Японии № H10-140058, выложенном описании патента Японии № H5-125313, выложенном описании патента Японии № H10-265727, выложенном описании патента Японии № H9-279067, выложенном описании патента Японии № H9-217031, выложенном описании патента Японии № H6-256696, выложенном описании патента Японии № H10-130551 и выложенном описании патента Японии № 2001-262026 сделаны различные предложения для способа, при котором в чернилах используют гидрофобное соединение. Среди них в выложенном описании патента Японии № H11-71543 предложено, чтобы водонерастворимое вещество, такое как водонерастворимый этиленоксид, пропиленоксидное масло, водонерастворимый спирт или водонерастворимый альдегид, растворяли, используя кислоту, такую как бензойная кислота или ксилолсульфокислота, ее соль, резорцин или подобное с применением сорастворителя, такого как 2-пирролидон или требуемый сложный эфир гликоля. Однако в вышеуказанном предложении водонерастворимое вещество растворяют, используя кислоту или ее соль, сложный эфир или полярное соединение, и поэтому возникают нежелательные эффекты в смысле безопасности для тела человека и на детали, контактирующей с чернилами, появляются растворенные вещества, содержащиеся в добавках, и подобные, вызывая нежелательные воздействия на стабильность и надежность чернил. Более того, если кислоту или ее соль используют в большом количестве, в чернилах или вокруг отверстия выталкивания чернил в случае способа струйной записи, например, легко происходит осаждение и, таким образом, надежность чернил или записи ухудшается. Особенно в способе струйной записи влияние может быть заметным, поскольку мал размер вытолкнутых чернильных капель.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Дополнительные исследования описанных выше предложений, (содержащихся) в выложенном описании патента Японии № H6-256696 и выложенном описании патента Японии № 2003-253599, обнаружили, что использование сильно гидрофобного поверхностно-активного вещества в сочетании с подобным поверхностно-активным веществом также имеет проблему, такую как то, что сильно гидрофобное поверхностно-активное вещество легко отделяется от чернил вследствие изменения в среде, окружающей чернила, например изменения температуры. Сильно гидрофобное поверхностно-активное вещество образует мицеллы с другим поверхностно-активным веществом, которое является гидрофильным, в силу чего оно заметно растворено в чернилах, но температура помутнения указанной системы ниже, чем такой системы, в которой возможно совместное использование только гидрофильных поверхностно-активных веществ. То есть вследствие применения сильно гидрофобного поверхностно-активного вещества режим работы при нестабильной температуре поверхностно-активного вещества проявляется при низкой температуре и, таким образом, сильно гидрофобное поверхностно-активное вещество в чернилах легко отделяется или оседает на детали или подобном, контактирующем с чернилами, ухудшая надежность и стабильность.
Дополнительно в последние годы были найдены чернила, проявляющие дополнительное улучшение в фиксации в широкой области применений с увеличением быстродействия в технологии записи и желательны разработка чернил и обеспечение возможности стабильного получения зарегистрированного материала, отличного по качеству изображения, и способа струйной записи.
Таким образом, предметом данного изобретения является решение вышеуказанных проблем и предоставление чернил, которые обладают более высокой фиксацией зарегистрированного материала, отличны в смысле стабильности и надежности и позволяют стабильно получать зарегистрированный материал, отличный по качеству изображения, и способ струйной записи, а также устройства, использующие указанные чернила.
Другим предметом данного изобретения является обеспечение технологии, которая дает возможность использования большого количества поверхностно-активного вещества с низким HLB (поверхностно-активного вещества, которое очень плохо растворимо в чернилах и отделяется и осаждается в условиях, при которых хранят чернила, содержащие поверхностно-активное вещество).
Еще одним предметом данного изобретения является предоставление чернил, способных к стабильному растворению или диспергированию поверхностно-активного вещества, которое улучшает фиксацию чернил на записывающей среде, но весьма плохо (влияет на) стабильность раствора или дисперсии в чернилах и поэтому редко использовалось ранее; повышение содержания поверхностно-активного вещества, дающее возможность улучшить фиксацию чернил на записывающей среде и улучшить качество полученного зарегистрированного изображения; способ струйной записи и устройства, использующие указанные чернила.
Вышеуказанное достигают данным изобретением, описанным ниже. Таким образом, данное изобретение представляет собой водные чернила, характеризующиеся содержанием микромицелл, состоящих из по меньшей мере двух поверхностно-активных веществ, образующих мицеллы в непрозрачном или полупрозрачном диспергированном состоянии в воде при совместном применении; и соединения, содержащего алкильную группу, менее гидрофобного, чем каждое из вышеописанных поверхностно-активных веществ, и содержащего гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде. Согласно данному изобретению в отличие от ранее принятого способа, при котором к чернилам прибавляли поверхностно-активное вещество с высокой растворимостью, слаборастворимое поверхностно-активное вещество стабильно диспергируют в чернилах в виде микромицелл, как будто оно было растворено, в силу чего водные чернила, содержащие микромицеллы, обладают значительно улучшенной фиксацией в зарегистрированном материале, чернила отличны в смысле стабильности и надежности и позволяют стабильно получать зарегистрированный материал, отличный по качеству изображения; также могут быть обеспечены способ струйной записи и устройства, использующие указанные чернила.
Предпочтительно, чтобы два или более поверхностно-активные вещества включали в себя первое поверхностно-активное вещество, имеющее HLB, равный или более 6 и менее 10, и второе поверхностно-активное вещество, имеющее HLB от 10 до 15, где указанные первое и второе поверхностно-активные вещества имеют одинаковые структурные элементы с гидрофобными группами, поскольку в чернилах могут быть образованы более прозрачные микромицеллы. Указанные два или более поверхностно-активные вещества дополнительно являются предпочтительно поверхностно-активными веществами, каждое из которых содержит придающую растворимость в воде группу этиленоксида с гидроксильными группами на концах (цепи), вследствие чего может быть обеспечена отличная проницаемость. Конечно, путем введения в чернила красящего вещества может быть получено отличное цветное изображение материала. Наиболее предпочтительно изобретение представляет собой водные чернила, отличающиеся содержанием первого поверхностно-активного вещества, имеющего HLB, равный или более 6 и менее 10, и второго поверхностно-активного вещества, имеющего HLB от 10 до 15, в котором по меньшей мере структурные элементы, содержащие гидрофобные группы, имеют одинаковое строение, и соединение, содержащее гидрофобную группу, отличающуюся от вышеописанного структурного элемента с гидрофобной группой, и менее гидрофобное, чем вышеописанные структурные элементы, а также гидрофильную часть, содержащую только гидроксильную группу, и состоящее из микромицелл, включающих первое и второе поверхностно-активные вещества и вышеописанное соединение.
Согласно данному изобретению появилась возможность использования поверхностно-активного вещества, нерастворимого или имеющего низкий HLB, которое было трудно использовать, путем преобразования поверхностно-активного вещества в микромицеллы, поверхностно-активное вещество может быть эффективно применено в системе струйного выталкивания, использующей изменения в температуре окружающей среды или тепловую энергию, и могут быть получены преимущества, такие как улучшение фиксации, которое может быть достигнуто независимо от поведения поверхностно-активного вещества при образовании изображения или на листе бумаги.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму состояния, в котором поверхностно-активное вещество преобразуется в мицеллы, чтобы стать растворимым;
фиг.2 представляет собой схематическую диаграмму состояния, в котором поверхностно-активное вещество преобразуется в мицеллы, чтобы стать растворимым;
фиг.3 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором поверхностно-активное вещество преобразуется в мицеллы, чтобы стать растворимым, и температуру повышают таким образом, чтобы связь между молекулами воды и мицеллами ослабевала;
фиг.4 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором поверхностно-активное вещество преобразуется в мицеллы, чтобы стать растворимым, и температуру повышают таким образом, чтобы связь между молекулами воды и мицеллами ослабевала;
фиг.5 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором мицеллы из поверхностно-активного вещества чрезвычайно увеличены в размере;
фиг.6 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором мицеллы отделены от поверхностно-активного вещества;
фиг.7 представляет собой схематическую диаграмму, демонстрирующую данное изобретение;
фиг.8 представляет собой схематическую диаграмму механизма, по которому сильно гидрофобное соединение предпочтительно осаждается на гидрофильной части поверхности записывающей среды, и таким образом записывающая среда становится гидрофильной в направлении проникания чернил;
фиг.9 представляет собой схематическую диаграмму ситуации, при которой после впрыска чернил на записывающую среду часть гидрофобного структурного элемента с трудом образует однородную поверхность и чернила неравномерно растекаются в случае обычных чернил;
фиг.10 представляет собой схематическую диаграмму ситуации, при которой после впрыска чернил на записывающую среду часть гидрофобного структурного элемента образует неоднородную поверхность и чернила однородно растекаются в случае чернил данного изобретения.
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение теперь будет описано более детально, демонстрируя предпочтительные варианты осуществления изобретения. Для разработки чернил, отличающихся улучшенной фиксацией зарегистрированного материала, отличной стабильностью и надежностью и позволяющих получать зарегистрированный материал хорошего качества, авторы данного изобретения рассматривали различные механизмы и производили изучение и оценки различных красящих веществ и композиций чернил. В результате было обнаружено, что объединением соединения, содержащего алкильную группу и только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, с двумя или более поверхностно-активными веществами, которые демонстрируют мутное или полупрозрачное диспергированное состояние в воде в определенных условиях, в качестве составных компонентов чернил, которые ранее не были рассмотрены, образуются микромицеллы, которые диспергированы в прозрачной единой фазе, как будто гидрофобные компоненты растворены в воде и на диспергируемость которых слабо влияет нагревание. Более того, авторы изобретения обнаружили новый факт, что использование микромицелл в водных чернилах улучшает качество зарегистрированного материала, стабилизирует чернила и улучшает фиксацию полученного зарегистрированного материала, что привело таким образом к данному изобретению.
То есть было найдено, что путем использования водных чернил, включающих в себя диспергируемые в воде микромицеллы, отличающиеся тем, что микромицеллы состоят из двух или более поверхностно-активных веществ, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное диспергированное состояние в воде, и соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, улучшают фиксацию чернил и качество полученного записанного изображения, и стабильность и надежность чернил и записанного изображения являются превосходными, если чернила добавлены к записывающей среде, и чернила дают особенно желательные результаты, если их используют в струйной записи. Дополнительно было обнаружено, что чернила согласно данному изобретению, имеющие вышеописанную структуру, значительно улучшены по сравнению с применением обычных чернил, особенно в смысле улучшения фиксации зарегистрированного материала и надежности чернил.
Термин «микромицелла», как использовано в данном изобретении, означает такую мицеллу, которая может быть образована путем использования характеристики образования мицеллы, специфической для поверхностно-активного вещества, прибавления водонерастворимого соединения к водной фазе и диспергирования прозрачных мицелл, как будто они были растворены в водной фазе без всплывания (расслаивания) на поверхности раздела газ-жидкость и осаждения на дно, и образованные мицеллы трудно разрушаются при нагревании. Микромицелла не реагирует с красящим веществом и существует, по существу, сама по себе в жидкой среде, такой как чернила.
Микромицелла отличается от микроэмульсии, прозрачно диспергирующей водонерастворимое соединение с общими полимерными компонентами, и мицеллы, диспергирующей водонерастворимое соединение в форме мицеллы, образованной с поверхностно-активным веществом. В частности, в микроэмульсии и дисперсии в форме мицеллы водонерастворимое соединение диспергировано как будто оно растворено в воде, но термостойкость хуже, и поэтому они непригодны для способа струйной записи, при которой запись осуществляют действием тепловой энергии на чернила. Более того, количество водонерастворимого соединения пропорционально количеству поверхностно-активного вещества, которое должно быть диспергировано в форме мицеллы, и поэтому, если требуется большое количество водонерастворимого соединения, количество поверхностно-активного вещества также возрастает и мицелла чрезвычайно увеличивается в размере или эмульгирует, и если поверхностно-активное вещество используют в чернилах, легко происходит увеличение вязкости чернил и уменьшение поверхностного натяжения, и если поверхностно-активное вещество используют в струйной записи, часто затрудняется выталкивание чернил.
В противоположность этому водные чернила данного изобретения, содержащие микромицеллы, диспергируемые в воде, отличаются тем, что микромицеллы состоят из двух или более поверхностно-активных веществ, которые проявляют непрозрачное или полупрозрачное диспергированное состояние в воде, будучи использованы вместе, и соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, обладают улучшенной фиксацией и проницаемостью на листе бумаги и отличаются хорошей термостойкостью. Поэтому ни чрезвычайное увеличение размера мицелл, ни наступление образования эмульгированного состояния, применение чернил, использующих микромицеллы в струйной записи не вызывает никаких проблем для выталкивания и подобного. Данное изобретение будет описано ниже. Первое, если считают важным получить высокую растворимость для поверхностно-активного вещества исходя из стабильности и надежности чернил, в качестве проникающей жидкости для целей общего улучшения фиксации записывающего материала используют сильно гидрофильное соединение, и заметная фиксация не может быть получена. Если более важной считают фиксацию, используют сильно гидрофобное соединение, при этом может быть получена заметная фиксация, но сильно гидрофобное соединение осаждается или отделяется в чернилах и таким образом ухудшаются надежность и стабильность чернил.
Ввиду этой ситуации авторы изобретения непрерывно делали обзоры и производили детальные изучения записывающих сред и различных соединений и чернил, существующих в мире. В результате было обнаружено, например, что поверхность обычной бумаги, такой как писчая бумага, делают гидрофобной для улучшения качества изображения зарегистрированного материала и изменяют конфигурацию для регулирования проницания водной среды, если используют водные чернила. На основании вышеуказанных наблюдений авторы изобретения заключили, что для достижения хорошей фиксации чернил гидрофобная часть поверхности регистрирующей среды должна быть сделана гидрофильной путем введения сильно гидрофобного соединения в водные чернила.
Обычно, однако, если к водным чернилам добавляют сильно гидрофобное соединение, соединение становится нестабильным в чернилах и отделяется по мере возрастания степени его гидрофобности. Применим также способ, при котором сильно гидрофобное соединение используют вместе с сильно гидрофильным соединением для образования мицелл, которые могут быть растворены. Однако молекулы воды, окружающие такие мицеллы, имеют ослабленные силы связывания с мицеллами, вызываемым повышением температуры или подобным, и поэтому мицеллы чрезвычайно увеличиваются в размерах для поддерживания стабильности или отделяются от сильно гидрофобного соединения для стабильности, приводя к ухудшению надежности чернил и уменьшению проницаемости.
Что касается мицелл, образованных путем использования сильно гидрофобного соединения вместе с сильно гидрофильным соединением, авторы изобретения провели исследования и обзоры состояния мицелл в водном растворе и функциональных групп, способствующих растворению или диспергированию мицелл в воде, и в результате авторы изобретения установили следующее:
(1) мицеллы представляют собой соединения, собирающие гидрофобной частью как основной точкой, в которых гидрофильной частью являются водородносвязанные с водой молекулы, чтобы растворять или диспергировать соединения в воде;
(2) обычно мицелла образуется легче, если гидрофобная часть и гидрофильная часть имеют схожие (подобные) структуры;
(3) если гидратирующая способность гидрофильной части снижена вследствие повышения температуры или подобного, растворение или диспергирование мицеллы моментально нарушается или мицелла чрезвычайно увеличивается в размерах ради стабильности; и
(4) в качестве гидратирующей группы обычно используют этиленоксид.
Содержание перечисленных выше пунктов было рассмотрено с различных точек зрения и в результате была достигнута композиция чернил данного изобретения.
Авторы изобретения предполагают, что для водных чернил согласно данному изобретению стабильность и надежность водных чернил и фиксация полученного зарегистрированного материала улучшены благодаря специфическим механизмам, описанным ниже. Обычно предполагают, что в случае способа, при котором сильно гидрофобное соединение используют вместе с сильно гидрофильным соединением с образованием мицелл, в силу чего сильно гидрофобное соединение становится растворимым, процесс протекает, как показано на фиг.1 и 2. Однако, как только температура указанной системы повышается, например, связь между молекулами воды вокруг мицелл и мицеллами ослабевает, так что мицеллы становится трудно удерживать, как показано на фиг.3 и 4, и, как показано на фиг.5 и 6, мицеллы чрезвычайно увеличиваются в размерах из-за притяжения большого числа молекул воды (см. фиг.6) или отделяют сильно гидрофобное соединение для сохранения стабильности (см. фиг.5). В противоположность этому предполагают, что в соответствии с композицией чернил данного изобретения образованные мицеллы имеют конфигурацию, в которой слабо гидрофобное соединение, содержащее только гидроксильную группу в качестве гидрофильной группы, собраны, словно гранулы, сбитые в шарик, и таким образом плотность гидрофильных групп, полученная увеличением мицеллы в результате образования микромицелл, стабильна и устойчива к изменению температуры, как показано на фиг.7.
Для хорошей фиксации предполагают, что, если чернила нанесены на писчую бумагу или подобное, имеющие поверхность, сделанную гидрофобной для улучшения качества печати, то, например, комбинацию двух или более поверхностно-активных веществ, которые проявляют непрозрачное или полупрозрачное диспергированное состояние в воде, активно осаждают на гидрофобную часть писчей бумаги, в силу чего писчая бумага становится гидрофильной в направлении проникновения чернил для получения хорошей фиксации, как показано на фиг.8. Поверхностно-активное вещество в микромицелле образует каплю, прозрачно растворенную в чернилах, показанную на чертеже, имеет сильное сродство к воде и поэтому поверхностно-активное вещество трудно осадить на гидрофобную часть писчей бумаги и (оно) может способствовать фиксации красящего вещества, находящегося в следующей чернильной капле.
Для высокого качества зарегистрированного изображения можно предположить, что поверхностно-активное вещество или комбинация поверхностно-активных веществ, прозрачно растворенных в воде, вызывает неравномерное растекание чернил на поверхности бумаги, как показано на фиг.9, из-за различий в осаждении поверхностно-активного вещества на гидрофобную часть, тогда как в случае чернил данного изобретения, как показано на фиг.10, когда чернила прибавляют к поверхности записывающей среды, комбинация двух или более поверхностно-активных веществ, которая проявляет непрозрачное или полупрозрачное диспергированное состояние в воде чернил, если использованы вместе, активно осаждаются на гидрофобную часть поверхности записывающей среды и внутреннюю гидрофобную часть, и поэтому не только чернила, почти равномерно распределенные, не вызывают вариаций, но также проникание чернил во внутреннюю часть записывающей среды, имеющей поры, промотировано, в силу чего проникание чернил улучшается, улучшая качество образованного зарегистрированного материала на поверхности записывающей среды.
Если два или более поверхностно-активных веществ, входящих в состав чернил данного изобретения, которые проявляют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, представляют собой комбинацию первого поверхностно-активного вещества, нерастворимого в воде, и второго поверхностно-активного вещества, имеющего HLB 10 или более, в которых гидрофобные группы имеют одинаковые структуры, эффект данного изобретения оказывается удовлетворительным, поскольку поверхностно-активные вещества не подвергаются влиянию других компонентов чернил или не влияют на другие компоненты чернил. В указанной комбинации два или более поверхностно-активные вещества, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, более предпочтительно уравновешены неионными поверхностно-активными веществами, вследствие чего поверхностно-активные вещества не подвергаются влиянию других компонентов чернил или не влияют на другие компоненты чернил.
Предпочтительно, чтобы состояние прозрачных чернил, полученное удалением красящих веществ из чернил данного изобретения, включающих в себя комбинацию двух или более поверхностно-активных веществ, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, и соединение, содержащее алкильную группу и содержащее только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, не было непрозрачным или полупрозрачным дисперсным состоянием, а было прозрачным состоянием. Указанное состояние означает, что агрегат, образованный комбинацией двух или более поверхностно-активных веществ, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, и соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, находится в микромицеллярном состоянии, и такое состояние является мицеллярным состоянием, весьма стабильным и устойчивым по отношению к внешним факторам, таким как температура, и поэтому чернила данного изобретения не только имеют улучшенную надежность, но также удовлетворительно демонстрируют различные ранее описанные эффекты.
В комбинации двух или более поверхностно-активных веществ, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, и соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, смешанный водный раствор отрегулирован таким образом, чтобы сделать их содержание пригодным для использования в предпочтительно прозрачных чернилах, вследствие того, что разделение или осаждение указанных компонентов в чернилах затруднено и таким образом легко добиться стабильности чернил.
Согласно дополнительным исследованиям авторов изобретения было обнаружено, что, если комбинация двух или более поверхностно-активных веществ, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, представляет собой комбинацию первого поверхностно-активного вещества, нерастворимого в воде, и второго поверхностно-активного вещества, имеющего HLB 10 или более, гидрофобные группы которых имеют одинаковую структуру, эффект данного изобретения проявляется более удовлетворительно, будет ли граничное условие комбинации поверхностно-активных веществ иметь значение HLB 10 или нет. Особенно эффективна комбинация соединения, имеющего HLB от 10 до 13, и соединения, имеющего HLB, равный или более 6 и менее 10. Более того, использование соединения, имеющего HLB 10 или более и температуру помутнения 50°С или выше, дает более желательный эффект.
В комбинации первого поверхностно-активного вещества, нерастворимого в воде, и второго поверхностно-активного вещества, имеющего HLB 10 или более, гидрофобные группы которых имеют одинаковые структуры, микромицеллы могут быть удачно образованы, если структура поверхностно-активного вещества содержит ненасыщенную группу, и особенно предпочтительно использование поверхностно-активного вещества, содержащего ацетиленовую связывающую группу.
Использование поверхностно-активного вещества таким образом, чтобы гидрофильный структурный элемент объединенного поверхностно-активного вещества уравновешивался этиленоксидом с раскрытым циклом или комбинацией этиленоксида с раскрытым циклом и пропиленоксида с раскрытым циклом, предпочтительно исходя из легкости стабилизации чернил. Особенно предпочтительно поверхностно-активное вещество, содержащее в качестве группы, придающей растворимость в воде, этиленоксид с концевой гидроксильной группой.
Более того, поверхностно-активное вещество предпочтительно представляет собой соединение, удовлетворяющее следующей общей формуле (I).
A
B
А
n
2n+1
В
m
2m+1
A
B
В общей формуле (I) А и В, независимо друг от друга, выбраны из группы, состоящей из атома водорода и групп, представленных следующими общими формулами (II) и (II); Х представляет собой СH, n представляет собой целое число от 1 до 10, и Х представляет собой CH, m представляет собой целое число от 1 до 10. Y и Y представляют собой этиленоксидные структурные элементы с раскрытым циклом и/или пропиленоксидные структурные элементы с раскрытым циклом, и а и b, независимо друг от друга, означают целое число.
n
2n+1
Использование соединения, имеющего структуру, в которой А и В в общей формуле (I) идентичны, является одной из предпочтительных форм. Предпочтительно также применение соединения, в котором n представляет собой целое число от 5 до 7 в CH в общей формуле (I).
Затем, если соединение, содержащее алкильную группу и содержащее только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, имеет структуру, выраженную следующей общей формулой (III), легко продемонстрировать эффект данного изобретения.
1
2
3
В общей формуле (III) каждый из R, R и R, независимо друг от друга, представляет собой атом водорода или алкильную группу, содержащую от 1 до 16 атомов углерода. Каждый из (X), (Y) и (Z), независимо друг от друга, представляет собой ОН или D-OH, и D представляет собой этиленоксид с раскрытым циклом и/или пропиленоксид с раскрытым циклом.
1
2
Более того, предпочтительно, чтобы соединение, имеющее структуру, представленную общей формулой (III), было водорастворимо. В частности, предпочтительно, в смысле надежности, чтобы в общей формуле (III) (X), (Y) и (Z) представляли собой группы ОН. Более того, предпочтительно, чтобы в общей формуле (III) R и R представляли собой атомы водорода, в частности при образовании стабильного агрегата. В комбинации сочетания первого поверхностно-активного вещества, нерастворимого в воде, и второго поверхностно-активного вещества, имеющего HLB 10 или более, в котором оба поверхностно-активные вещества имеют структурно одинаковые гидрофобные группы, и соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, эффект данного изобретения продемонстрирован более удовлетворительно, если первое поверхностно-активное вещество, нерастворимое в воде, и второе поверхностно-активное вещество, имеющее HLB 10 или более, гидрофобные группы которых имеют одинаковые структуры, содержат гидрофобный структурный элемент, отличающийся от соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде. Благодаря тому факту, что гидрофобные структурные элементы различны и соединение содержит только гидроксильную группу в качестве гидрофильной части, стабильность улучшается. Это, вероятно, происходит благодаря тому, что плотность гидрофильности агрегата увеличивается. Улучшение стабильности дисперсии микромицелл приписывают тому факту, что соединение в качестве гидрофильной части содержит только гидроксильную группу.
Водные чернила данного изобретения дополнительно содержат красящее вещество в растворенном или диспергированном состоянии. Указанное выше растворенное или диспергированное красящее вещество относится, например, к соединению или красящему веществу, само по себе растворенному или диспергированному в воде (например, красителю или пигменту, содержащему гидрофильную группу), и к инкапсулированному веществу, включающему в себя или содержащему красящее вещество. Однако способ, при котором красящее вещество диспергировано с применением полимера или подобного в качестве диспергатора аналогично дисперсии пигмента, не подходит. Это происходит потому, что для указанного типа способа затруднено не только действие описанного выше механизма, вызванного образованием состояния, в котором полимер диспергирован в чернилах, но также трудно сказать, что указанный способ является предпочтительным выбором в отношении надежности чернил. Далее, каждое состояние красящего вещества в жидкой среде, как описано выше, будет обозначено как «растворение», если не указано иначе.
Красящее вещество, которое должно быть введено в чернила данного изобретения, предпочтительно представляет собой дисперсное красящее вещество с группой, придающей растворимость в воде, связанное химическим взаимодействием для стабильности чернил. Красящее вещество без связанной с ним группы, придающей растворимость в воде, например красящее вещество, содержащее физически адсорбированный полимерный диспергатор, содержащий указанную группу, придающую растворимость в воде, намного более склонен терять группу под действием присутствующего(их) поверхностно-активного(ых) вещества (веществ). В водных чернилах данного изобретения может быть использовано водорастворимое красящее вещество, но оно при некоторых обстоятельствах может быть менее эффективно, чем диспергируемое в воде красящее вещество. В указанном случае может быть использовано красящее вещество, непосредственно окрашивающее регистрирующую среду (например, прямой краситель и т.д.) или красящее вещество, содержащее в структуре азогруппу. Предпочтительно использование красящего вещества, имеющего структуру, содержащую в качестве гидрофильной группы карбоксильную группу или группу ее соли. Более того, предпочтительно используют красящее вещество, содержащее карбоксильную группу или группу ее соли в качестве гидрофильной группы красящего вещества. Конкретно карбоксильная группа имеет более низкое сродство с водой по сравнению с сульфогруппой и поэтому эффективность водных чернил данного изобретения может быть удовлетворительно продемонстрирована путем использования красящего вещества, содержащего карбоксильную группу.
В частности, красящие вещества включают в себя, но не ограничивают, например, дис- или трис-азокрасители с высокой субстантивностью, такие как прямой черный 168 и прямой черный 154, красящие вещества, имеющие димерную структуру, такие как прямой желтый 142, прямой желтый 86, прямой красный 227 и прямой красный 80, металлсодержащие красящие вещества, такие как прямой синий 199, красящие вещества, выраженные общими формулами с (А) по (С) в свободной кислотной форме, как показано ниже.
Красящее вещество в форме свободной кислоты выражено следующей общей формулой (А):
Общая формула (А)
1
2
3
В общей формуле (А) Рс представляет собой металлсодержащее фталоцианиновое ядро, а каждый из R, R и R, независимо друг от друга, представляет собой Н, алкильную группу, замещенную алкильную группу, алкенильную группу, замещенную алкенильную группу, аралкильную группу или замещенную аралкильную группу. L представляет собой двухвалентную органическую связующую группу. Х независимо означает карбонильную группу или группу, выраженную следующими формулами со (2) по (4).
4
5
6
6
7
7
4
5
6
7
4
5
Z в формулах (2)-(4), независимо друг от друга, представляют собой NRR, SR или OR, Y в формуле (3) означает Н, Cl, вышеуказанные Z, SR или OR, и Е в формуле (4) представляет собой Cl или CN. Каждый из R, R, R и R, независимо друг от друга, представляет собой Н, алкильную группу, замещенную алкильную группу, арильную группу, замещенную арильную группу, аралкильную группу или замещенную аралкильную группу, и R и R образуют пяти- или шестичленный цикл вместе с атомом азота. G представляет собой бесцветный органический остаток, замещенный одной или двумя группами COSH или СООН, и t+q равно 3 или 4.
Красящее вещество выражено в форме свободной кислоты следующей общей формулой (В):
Общая формула (В)
В общей формуле (В) J представляет собой следующую формулу.
1
2
1
2
1
2
В общей формуле (А) каждый из Ar и Ar, независимо друг от друга, представляет собой арильную группу или замещенную арильную группу и по меньшей мере один из Ar и Ar, независимо друг от друга, содержит один или более заместителей, выбранных из группы, состоящей из СООН и COSH. Каждый из R и R, независимо друг от друга, представляет собой Н, алкильную группу, замещенную алкильную группу, алкенильную группу или замещенную алкенильную группу, L представляет собой двухвалентную органическую связующую группу и n означает 0 или 1. Х, независимо друг от друга, представляет собой карбонильную группу или группу, выраженную следующей формулой (2), (3) или (4).
3
4
5
5
6
6
3
4
5
6
3
4
3
Z в формулах (2)-(4), независимо друг от друга, представляют собой NRR, SR или OR, Y в формуле (3) независимо означает Н, Cl, вышеуказанный Z, SR или OR, и Е в формуле (4) независимо представляет собой Сl или CN. Каждый из R, R, R и R, независимо друг от друга, представляет собой Н, алкильную группу, замещенную алкильную группу, алкенильную группу, замещенную алкенильную группу, арильную группу, замещенную арильную группу, аралкильную группу или замещенную аралкильную группу, и R и R образуют пяти- или шестичленный цикл с атомом азота. Соединения, выраженные общей формулой (В), содержат группы, выбранные из группы, состоящей из СООН и COSH, в количестве, по меньшей мере равном числу групп SOH.
Красящее вещество выражено в форме свободной кислоты следующей общей формулой (С):
1
1
1
В общей формуле (С) каждый из Ar и Ar, независимо друг от друга, представляет собой арильную группу или замещенную арильную группу, по меньшей мере один из Ar и Ar содержит заместитель, выбранный из группы, состоящей из сульфогруппы, карбоксильной группы и тиокарбоксильной группы. Каждый из J и J, независимо друг от друга, выражен следующей общей формулой (2), (3) или (4).
5
6
6
10
11
10
11
В формуле (2) R независимо выбран из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы, замещенной алкильной группы, алкоксигруппы, галогена, CN, уреидогруппы и NHCOR. R выбран из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы, замещенной алкильной группы, арильной группы, замещенной арильной группы, аралкильной группы и замещенной аралкильной группы. В формуле (3) Т представляет собой алкильную группу, и W выбран из группы, состоящей из атома водорода, CN, CONRR, группы пиридина и карбоксильной группы. Каждый из R и R, независимо друг от друга, выбран из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы и замещенной алкильной группы. m означает алкиленовую цепь, содержащую от 2 до 8 атомов углерода, и в формуле (4) В выбран из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы и карбоксильной группы.
1
2
3
4
Каждый из R, R, R и R в формуле (С), независимо друг от друга, выбран из группы, состоящей из атома водорода, алкильной группы и замещенной алкильной группы, L представляет собой двухвалентную органическую связующую группу, n означает 0 или 1 и Х независимо представляет собой карбонильную группу или группу, выраженную следующей общей формулой (5), (6) или (7).
7
7
8
9
7
8
9
8
9
В формулах (5)-(7) Z выбран из группы, состоящей из OR, SR и NRR, Y выбран из группы, состоящей из атома водорода, Cl, CN и Z, и Е выбран из группы, состоящей из Cl и CN. Каждый из R, R и R, независимо друг от друга, представляет собой атом водорода, алкенильную группу, замещенную алкенильную группу, алкильную группу, замещенную алкильную группу, арильную группу, замещенную арильную группу, аралкильную группу или замещенную аралкильную группу, и R или R могут образовывать пяти- или шестичленный цикл с атомом азота, к которому они присоединены.
Если соединение, выраженное общей формулой (С), не содержит группы сульфона, оно содержит по меньшей мере две группы, выбранные из группы, состоящей из карбоксильной группы и тиокарбоксильной группы, и соединение, выраженное общей формулой (С), содержит сульфогруппу и группу, выбранную из группы, состоящей из карбоксильной группы и тиокарбоксильной группы в количестве, по меньшей мере равном числу сульфогрупп.
Количество вышеуказанного красящего вещества, которое должно быть использовано, специально не ограничено, но обычно предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 15 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 10 мас.% в расчете на общую массу чернил.
Для водных чернил данного изобретения с точки зрения стабильности чернил предпочтительно дополнительное использование в чернилах одноатомного спирта. Одноатомный спирт влияет на смешение воды и масла, как, например, дренирование воды в газолине. Это показывает, что применение одноатомного спирта в чернилах предпочтительно с точки зрения стабильности чернил при реализации ранее описанного механизма. Одноатомный спирт оказывает желательное влияние на испарение и проникание в регистрирующую среду, когда чернила добавляют на регистрирующую среду, и поэтому одноатомный спирт эффективен для более удовлетворительного проявления эффекта данного изобретения. Содержание одноатомного спирта в чернилах данного изобретения составляет от 0,1 до 20 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 10 мас.% в расчете на общую массу чернил. Специфические примеры одноатомных спиртов, пригодных для применения в качестве компонента чернил данного изобретения, включают этанол, изопропиловый спирт и н-бутанол.
Более того, в водных чернилах данного изобретения может быть использован удерживающий агент. В качестве агента, удерживающего воду, предпочтительно использование соединения, выбранного из группы, состоящей из мочевины и производных мочевины. Введение в чернила мочевины и производных мочевины приводит к повышению стабильности чернил. Дополнительно, соединение, выбранное из группы, состоящей из мочевины и производных мочевины, эффективно в качестве вспомогательного растворителя и поэтому предпочтительно для стабильности чернил.
Если регистрирующая среда представляет собой документную бумагу, например, эффект улучшения фиксации данного изобретения легче продемонстрировать вследствие способности удерживания влаги документной бумагой. То есть предполагают, что благодаря удерживанию воды в регистрирующей среде время для согласования у поверхности раздела между чернилами и регистрирующей средой сокращается, улучшая фиксацию.
Производное мочевины предпочтительно представляет собой соединение, не являющееся циклическим соединением, например, по меньшей мере одного типа, выбранного из алкильных производных мочевины и аддуктов мочевины с этиленоксидом и/или пропиленоксидом, или оно предпочтительно выбрано как соответствующее из соединений, произведенных при помощи по меньшей мере двух из указанных групп производных. Однако выбор зависит от количества и природы каждого компонента, составляющего чернила. Предпочтительно использовать водорастворимое соединение. Количество использованного вышеуказанного удерживающего воду агента специально не ограничено, но обычно его содержание предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 15 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 10 мас.% в расчете на общую массу чернил.
Водные чернила данного изобретения могут содержать различные виды добавок, таких как водорастворимый органический растворитель, поверхностно-активное вещество, ингибитор коррозии, консервант, противоплесневый агент, антиоксидант, противовосстановитель, промотор испарения, хелатирующий агент, водорастворимый полимер и регулятор рН.
Для использования в качестве жидкой среды в водных чернилах данного изобретения предпочтительно, как описано выше, применение воды, но также предпочтительно применение смеси, полученной прибавлением к воде водорастворимого органического растворителя. Специфическими примерами водорастворимых органических растворителей, которые могут быть использованы, являются амиды, такие как диметилформамид и диметилацетамид; кетоны, такие как ацетон; простые эфиры, такие как тетрагидрофуран и диоксан; полиалкиленгликоли, такие как полиэтиленгликоль и полипропиленгликоль; алкиленгликоли с алкиленовой группой, содержащей от 2 до 6 атомов углерода, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2,6-гексантриол, тиодигликоль, гексиленгликоль и диэтиленгликоль; глицерин; простые низшие алкиловые эфиры полиатомных спиртов, такие как простой монометиловый (или этиловый) эфир этиленгликоля, простой монометиловый (или этиловый) эфир диэтиленгликоля и простой монометиловый (или этиловый) эфир триэтиленгликоля; циклические амиды, такие как N-метил-2-пирролидон, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, триэтаноламин, сульфолан, диметилсульфоксид, 2-пирролидон и ε-капролактам; и имиды, такие как сукцинимид.
Используемый водорастворимый органический растворитель предпочтительно имеет значение параметра растворимости выше, чем у соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде. Это улучшает стабильность чернил, включая стабильность на границе раздела газ-жидкость. Среди соединений, описанных выше, в качестве указанного соединения особенно предпочтителен гликоль, который является жидким при обычной температуре. Использованное количество водорастворимого органического растворителя, которое вводят в чернила данного изобретения, специально не ограничено, но обычно оно предпочтительно находится в интервале от 0,1 до 15 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 10 мас.% в расчете на общую массу чернил.
Содержание водорастворимого органического растворителя, описанного выше, обычно предпочтительно от 1 до 40 мас.%, более предпочтительно от 3 до 30 мас.% в расчете на общую массу чернил. Содержание воды в чернилах находится в интервале от 30 до 95 мас.%. Если содержание воды меньше 30 мас.%, растворение или подобное красящего вещества уменьшается, а вязкость чернил возрастает, что нежелательно. Если содержание воды больше 95 мас.%, количество испаряемых компонентов слишком велико для достижения адекватных характеристик фиксации.
Водные чернила данного изобретения предпочтительно имеют поверхностное натяжение 40 дин/см (мН/м) или менее. Для реализации ранее описанного механизма водные чернила с капельным растеканием после регистрации более предпочтительны, например, для проявления эффекта данного изобретения. рН чернил данного изобретения предпочтительно равен 8 или более с точки зрения стабильности чернил.
+
+
+
Водные чернила данного изобретения предпочтительно имеют множество противоионных компонентов, использованных в сопряжении, в качестве противоионов для ионных гидрофильных групп перечисленных выше красящих веществ. Например, предпочтительно наличие множества ионов щелочных металлов, использованных в сопряжении, или иона щелочного металла, использованного в сопряжении с ионом аммония. Если чернила данного изобретения используют в струйной регистрации, чернила могут быть более стабильными и (могут быть) легче вытолкнуты, если оба иона используют вместе. Ионами щелочного металла могут быть Li, Na и K.
Водные чернила данного изобретения, сконструированные как описано выше, могут быть использованы как обычные чернила для канцелярских принадлежностей, но особенно эффективны, если их используют при струйной регистрации. В отличие от записи на регистрирующую среду с нажимом письма, как это происходит с канцелярскими принадлежностями, струйная регистрация представляет собой систему, при которой чернильные капли выталкивают на поверхность регистрирующей среды, такой как бумага, для регистрации с прониканием и растеканием чернильных капель самих по себе, и таким образом, состояние граничного слоя чернильной капли заметно влияет на качество записи. Способы струйной регистрации включают в себя способ регистрации, при котором к чернилам прилагают механическую энергию, чтобы вытолкнуть жидкие капли, и способ струйной регистрации, при котором к чернилам прилагают тепловую энергию, чтобы вызвать вспенивание чернил для выталкивания жидких капель, но чернила данного изобретения, в частности, применимы для такого типа способа струйной регистрации, при котором чернила вспенивают при помощи тепловой энергии для выталкивания чернил, когда чернила выталкиваются весьма стабильно и предупреждается появление сопутствующих точек. В указанном случае, однако, возможно регулирование значений термических свойств чернил (например, теплоемкости, коэффициента теплового расширения, теплопроводности и т.д.)
Для улучшения выравнивания с головкой для струйной печати желательно, чтобы водные чернила данного изобретения были отрегулированы таким образом, чтобы свойства самих чернил, поверхностное натяжение при 25°С составляло от 30 до 40 дин/см (мН/м) и вязкость была 15 сП (мПа·с) или менее, предпочтительно 10 сП (мПа·с) или менее, более предпочтительно 5 сП (мПа·с) или менее. Таким образом, для регулирования чернил, чтобы иметь описанные выше свойства и дать возможность регистрации на обыкновенной бумаге, количество воды, содержащейся в чернилах данного изобретения, должно составлять от 50 до 98 мас.%, предпочтительно от 60 до 95 мас.%.
Водные чернила данного изобретения используют в головке системы струйной эжекции и (они) эффективны либо как вместилище чернил (регистрирующая единица, чернильный картридж и т.д.), в которых содержатся чернила, либо как чернила, которые должны быть наполнены во вместилище. В частности, данное изобретение дает отличный эффект в записывающей головке и регистрирующем аппарате системы пузырьковой струи (зарегистрированное торговое название) среди систем струйной регистрации.
Для типичной конфигурации и принципа системы предпочтительно использован основной принцип, предложенный, например, в описании патента США № 4723129 или в описании патента США № 4740796. Указанная система применима для обоих так называемых типов: по требованию и непрерывного - но, в частности, эффективна для типа по требованию, поскольку в случае типа по требованию по меньшей мере один сигнал возбуждения, соответствующий записи информации и дающий быстрое повышение температуры, превышающее пузырьковое кипение, применяют для электротермического конвертера, помещенного в отношении к слою и каналу жидкого потока, удерживающего чернила, в силу чего в электротермальном конвентере образуется тепловая энергия, действие тепла поверхности регистрирующей головки вызывает кипение пленки и в результате в чернилах могут быть образованы пузырьки воздуха в ответ на возбуждающий сигнал на указанной основе. Чернила выталкивают через отверстие для эжекции путем роста и сжатия пузырьков воздуха с образованием по меньшей мере одной капли. Более предпочтительно, чтобы возбуждающий сигнал имел форму импульса, поскольку рост и сжатие пузырьков воздуха наступает немедленно и соответственно, что делает возможным достижение отличного выталкивания чернил с точки зрения чувствительности. Для возбуждающего сигнала, имеющего форму импульса, применимы возбуждающие сигналы, представленные в описании к патенту США № 4463359 и в описании к патенту США № 4345262. Если в изобретении используют условия, представленные в описании к патенту США № 4313124 относительно скорости повышения температуры поверхности действия тепла, может быть осуществлена более отличная регистрация.
Для конфигурации регистрирующей головки данное изобретение эффективно не только для конфигурации комбинации канала выталкивания, канала жидкости и электротермического конвертера (канала прямого потока жидкости или канала перпендикулярного потока жидкости), представленных в каждой из упомянутых выше описаний, но также для конфигурации, раскрытой в описании к патенту США № 4558333 и в описании к патенту США № 4459600, предлагающих конфигурацию, в которой термически активная часть помещена в кривой площади, или атмосфере, связывающей систему эжекции, описанных в патенте Японии № 2962880, патенте Японии № 3246949 и выложенном описании патента Японии № Н11-188870. Дополнительно данное изобретение эффективно для конфигурации, в которой канал эжекции, общий для множества электротермальных конвертеров, является каналом эжекции электротермального конвертера (выложенное описание патента Японии № S59-123670). Регистрирующая головка типа сплошной линии, имеющая согласование длины и ширины максимума регистрирующей среды, на которую записывающий аппарат может печатать, может иметь либо конфигурацию, в которой длина собирается путем комбинации множества регистрирующих головок, как предложено в описании выше, либо конфигурацию как одну, интегрально сформированную регистрирующую головку, и данное изобретение может дополнительно эффективно проявлять описанный выше эффект.
Дополнительно данное изобретение эффективно при использовании сменной регистрирующей головки типа чипа, которая присоединена к основному телу аппарата для обеспечения электрического соединения с основным телом аппарата и подачи чернил из основного тела аппарата, или при использовании записывающей головки типа картриджа, интегрально обеспеченных в самой регистрирующей головке. Добавление средств записи для записывающей головки, вспомогательных дополнительных средств и подобных, которые в качестве компонентов обеспечивают применимые регистрирующие аппараты, предпочтительно, поскольку эффект данного изобретения может быть проявлен более стабильно. В частности, они являются запирающими средствами для записывающей головки, чистящими средствами, сжимающими или отсасывающими средствами, электротермальным конвертером или другим нагревательным элементом или средством для предварительного нагревания путем их комбинации и предварительным способом эжекции, осуществляющим эжекцию для цели, отличающейся от регистрации.
Вкратце будут описаны формы предпочтительных способов струйной регистрации данного изобретения. Во-первых, способ струйной регистрации данного изобретения предпочтительно является способом струйной регистрации, при котором чернильные капли выталкивают через отверстия в ответ на возбуждающие сигналы для осуществления регистрации на записывающей среде с получением зарегистрированного материала, отличающимся тем, что держатель чернил или контейнер с чернилами содержит водную систему, состоящую из соединения, выбранного из группы, состоящей из полиацетата и полиолефина, характеризующуюся тем, что чернила представляют собой водные чернила, включающие микромицеллы, которые диспергированы в воде, и микромицеллы содержат два или более поверхностно-активных веществ, которые демонстрируют непрозрачное или полупрозрачное дисперсное состояние в воде, и соединение, содержащее алкильную группу и содержащее только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде. Держатель чернил или контейнер с чернилами особенно предпочтительно состоит из полипропилена.
Способ струйной записи данного изобретения, при котором капли водных чернил выталкивают через отверстия в ответ на возбуждающие сигналы для осуществления записи на регистрирующей среде с получением зарегистрированного материала, отличается использованием в качестве чернил данного изобретения, имеющих предпочтительные вышеописанные формы. Способ струйной записи данного изобретения предпочтительно представляет собой тип способа, при котором для выталкивания через отверстия используют тепловую энергию и посредством этого выталкивают чернила. Для дополнительного улучшения эффекта данного изобретения количество чернильных капель, вытолкнутых через отверстие, составляет 50 нг или менее, предпочтительно 35 нг или менее, еще предпочтительнее 25 нг или менее. Однако соответствующие измерения должны быть произведены (соответственно ситуации), так как существенны влияния записывающей среды, внешних условий записи и подобного.
Другой предпочтительной формой данного изобретения является записывающая установка, состоящая из чернильной секции, содержащей чернила, и секции головки для выталкивания чернил в виде чернильных капель, отличающаяся тем, что чернила представляют собой по меньшей мере одни из чернил данного изобретения, имеющие вышеописанные предпочтительные формы. Предпочтительные формы записывающей установки данного изобретения включают в себя форму, имеющую конфигурацию, в которой секция головки использует тепловую энергию для выталкивания капель чернил, форму, в которой секция, содержащая чернила, состоит из полиолефина, форму, в которой содержащая чернила секция имеет патрон с чернилами, и форму, в которой патрон с чернилами состоит из по меньшей мере одного (материала), выбранного из группы, состоящей из поливинилацетата и полиолефина.
Дополнительно, предпочтительные формы записывающей установки данного изобретения включают в себя форму, в которой патрон для чернил является пористым, форму, в которой патрон для чернил имеет многослойную структуру, форму, в которой многослойная структура расположена в направлении выталкивания чернил в секции, содержащей чернила, форму, в которой патрон для чернил составлен из совокупности волокон, и форму, в которой совокупность волокон расположена в направлении выталкивания чернил в секции, содержащей чернила, и патрон для чернил имеет поверхность, контактирующую с секцией, содержащей чернила.
Другой предпочтительной формой данного изобретения является картридж с чернилами, состоящий из содержащей чернила чернильной секции, отличающийся тем, что чернила представляют собой по меньшей мере одни из чернил данного изобретения описанной выше предпочтительной формы. Предпочтительные формы картриджа с чернилами включают в себя форму, в которой секция, содержащая чернила, состоит из полиолефина, форму, в которой содержащая чернила секция имеет патрон для чернил, форму, в которой патрон для чернил состоит из по меньшей мере одного (материала), выбранного из группы, состоящей из поливинилацетата и полиолефина, и форму, в которой патрон для чернил состоит из неорганического полимера.
Дополнительно предпочтительные формы записывающего картриджа данного изобретения включают в себя форму, в которой патрон для чернил является пористым, форму, в которой патрон для чернил имеет многослойную структуру, форму, в которой множественные слои многослойной структуры расположены в направлении выталкивания чернил в секции, содержащей чернила, форму, в которой патрон для чернил составлен из совокупности волокон, и форму, в которой совокупность волокон расположена в направлении выталкивания чернил в секции, содержащей чернила, и патрон для чернил имеет поверхность, контактирующую с секцией, содержащей чернила.
Другой предпочтительной формой данного изобретения являются струйный записывающий аппарат, состоящий из чернильной секции для содержания чернил и секции головки для выталкивания чернил в виде чернильных капель, отличающийся тем, что чернила представляют собой по меньшей мере одни из чернил данного изобретения вышеописанной предпочтительной формы. Предпочтительные формы струйных записывающих аппаратов включают в себя форму, в которой записывающее устройство представляет собой по меньшей мере одно из записывающих устройств данного изобретения, описанных выше.
Другой предпочтительной формой данного изобретения является струйный записывающий аппарат, содержащий записывающее устройство для выталкивания чернильных капель, картридж с чернилами, содержащий чернильную секцию, содержащую чернила, и секцию, подающую чернила, для подачи чернил на записывающую головку из картриджа с чернилами, отличающийся тем, что чернила представляют собой по меньшей мере одни из чернил данного изобретения вышеописанной предпочтительной формы. Предпочтительные формы струйных записывающих аппаратов включают в себя форму, в которой записывающее устройство представляет собой по меньшей мере одно из записывающих устройств данного изобретения, описанных выше, и форму, в которой картридж с чернилами представляет собой по меньшей мере один из описанных выше картриджей с чернилами данного изобретения.
Теперь данное изобретение будет описано более конкретно на примерах и сравнительных примерах. Части и % в тексте относятся к массовым частям и массовым %, если не указано иначе.
Получение дисперсии А черного пигмента
3
10 г углеродной сажи с удельной поверхностью 230 м/г и маслоемкостью DBP 70 мл/100 г, 3,41 г пара-амино-N-бензойной кислоты и 72 г чистой воды тщательно перемешивали и затем при 70°С и перемешивании прибавляли по каплям 1,62 г азотной кислоты. После тщательного перемешивания полученной смеси к смеси прибавляли раствор, полученный растворением 1,07 г нитрита натрия в 5 г чистой воды, и полученную смесь дополнительно перемешивали в течение одного часа. Затем полученную суспензию фильтровали через фильтровальную бумагу (торговое название: Toyo Roshi № 2, произведена Advantis Co., Ltd.), отфильтрованные частицы пигмента тщательно промывали водой и затем сушили в печи при 90°С; к пигменту прибавляли чистую воду для получения водного раствора пигмента (дисперсия А Bk-пигмента) с концентрацией пигмента 10 мас.%. В поверхность углеродной сажи описанным выше способом вводили группу, выраженную следующей химической формулой
Получение дисперсии черного пигмента В
2
1,58 г антраниловой кислоты прибавляли к раствору, полученному растворением 5 г концентрированной соляной кислоты в 5,3 г воды при 5°С. К полученной смеси прибавляли раствор, полученный прибавлением при 5°С 1,78 г нитрита натрия к 8,7 г воды, поддерживая температуру 10°С или ниже перемешиванием на ледяной бане. Полученную смесь дополнительно перемешивали в течение 15 минут, затем при перемешивании прибавляли 20 г углеродной сажи с удельной поверхностью 320 м/г и маслоемкостью DBP 120 мл/100 г и полученную смесь дополнительно перемешивали в течение 15 минут. Полученную суспензию фильтровали через фильтровальную бумагу (торговое название: Toyo Roshi № 2, произведена Advantis Co., Ltd.), отфильтрованные частицы пигмента тщательно промывали водой и затем сушили в печи при 110°С; к пигменту прибавляли чистую воду для получения водного раствора пигмента с концентрацией пигмента 10 мас.%. В поверхность углеродной сажи описанным выше способом вводили группу, выраженную следующей химической формулой.
Примеры 1-7, сравнительные примеры 1-8
Чернила примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8 получали в составах, показанных в таблице 1, приведенной ниже. Компоненты, приведенные в таблицах 1 и 2, смешивали, полученные смеси перемешивали достаточно для растворения и/или диспергирования и затем полученные растворы и/или дисперсии для получения чернил фильтровали под давлением через фильтр Fluoropore с размером пор 0,1 мкм (торговое название: производство Sumitomo Electric Industries, Ltd.).
В таблицах в качестве соединения, содержащего алкильную группу и содержащего только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде, использовали следующие соединения. Единицы значений в таблицах приведены в мас.%.
Соединения, имеющие основные структуры (В):
<b>Таблица 1</b><b>Составы чернил, использованные в примерах</b>
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
С.I. Прямой черный 154
2,5
С.I. Прямой черный 195
2
С.I. Прямой синий 199
1,5
С.I. Прямой красный 80
0,2
Дисперсия черного пигмента (А)
20
Дисперсия черного пигмента (В)
20
20
Глицерин
8
8
5
8
10
Диглицерин
5
Этиленгликоль
9
5
Диэтиленгликоль
8
8
8
10
1,2,6-гексантриол
9
2-пирролидинон
5
Комбинация поверхностно-активных веществ общей формулы (I), проявляющих непрозрачное или полупрозрачное состояние в воде при объединении
HLB=5
HLB=7
0,4
0,1
HLB=9
0,5
0,3
0,35
0,2
0,2
0,5
HLB=11
0,2
0,5
HLB=13
1
1
0,9
0,6
1
1,1
HLB=15
1,5
Соединение, содержащее алкильную группу и содержащее только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде
(B1)
8
8
13
5
9,5
10
(B2)
3
(B3)
10
(B4)
3
н-бутиловый спирт
Чистая вода
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
<b>Таблица 2</b><b>Составы чернил, использованные в сравнительных примерах</b>
Сравнительные римеры
1
2
3
4
5
6
7
8
С.I. Прямой черный 154
С.I. Прямой черный 195
2
2
2
2
2
2
С.I. Прямой синий 199
С.I. Прямой красный 80
Дисперсия черного пигмента (А)
20
Дисперсия черного пигмента (В)
20
Глицерин
5
5
5
5
5
5
5
5
Диглицерин
Этиленгликоль
Диэтиленгликоль
10
10
10
10
10
10
10
10
1,2,6-гексантриол
6
6
6
6
6
6
6
6
2-пирролидинон
Комбинация поверхностно-активных веществ общей формулы (I), проявляющих непрозрачное или полупрозрачное состояние в воде при объединении
HLB=5
0,3
HLB=7
HLB=9
0,5
0,5
0,5
HLB=11
0,2
1
HLB=13
1
1
1
HLB=15
1
Соединение, содержащее алкильную группу и содержащее только гидроксильную группу в качестве группы, придающей растворимость в воде
(B1)
8
8
8
10
(B2)
(B3)
(B4)
н-бутиловый спирт
6
Чистая вода
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Баланс
Оценка
Оценка внешнего вида светлых чернил
Во-первых, каждые светлые чернила, не содержащие красящих веществ, получали из составов чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, показанных в описанных выше таблицах 1 и 2. Затем полученные светлые чернила помещали в прозрачный стеклянный резервуар, визуально наблюдали внешний вид светлых чернил после (установления) наружной температуры воды 25°С и производили оценку на основе следующих критериев:
о: Светлые чернила не были ни мутными, ни разделенными вблизи поверхности раздела газ-жидкость. Таким образом, при измерении чернил спектрофотометром поглощения не наблюдали.
х: Светлые чернила были мутными и/или вблизи поверхности раздела газ-жидкость наблюдали разделение фаз (измерение температуры помутнения).
Чернила, содержащиеся в прозрачном стеклянном резервуаре, которые получали для описанной выше оценки прозрачности чернил, помещали в водяную баню, наполненную водой, температуру воды постепенно повышали от 25°С до 95°С, наблюдая при этом наступление температуры помутнения, и оценки производили на основе следующих критериев.
о: Не наблюдали температуры помутнения.
Δ: Чернила становились слегка мутными во время повышения температуры.
х: Чернила становились явно мутными во время повышения температуры.
Оценка фиксации 1
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.), на коммерчески доступной писчей бумаге печатали различные виды изображений в условиях температуры 25°С и влажности 55%, визуально наблюдали загрязнения площади изображения натиранием площади изображения рукой и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Площадь изображения не оставалась загрязненной через 0,2 секунды после печати.
Δ: Площадь изображения не оставалась загрязненной через 0,5 секунды после печати.
х: Площадь изображения не оставалась загрязненной через 1,0 секунды после печати.
хх: Площадь изображения была загрязненной через 1,0 секунды после печати.
Оценка фиксации 2
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.), на коммерчески доступной писчей бумаге печатали различные изображения в условиях повышенной температуры и повышенной влажности при температуре 30°С и влажности 80%, затем визуально наблюдали загрязнение площади изображения натиранием площади изображения рукой и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Площадь изображения не оставалась загрязненной через 0,2 секунды после печати.
Δ: Площадь изображения не оставалась загрязненной через 0,5 секунды после печати.
х: Площадь изображения не оставалась загрязненной через 1,0 секунды после печати.
хх: Площадь изображения была загрязненной через 1,0 секунды после печати.
Оценка стабильности 1
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в прозрачный стеклянный резервуар, оставляли стоять в условиях окружающей среды при 25°С в течение месяца и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Не наблюдали осадка, суспензии и изменения в цветовом тоне.
Δ: Наблюдали небольшое количество осадка и/или суспензии, но не наблюдали изменения в цветовом тоне.
х: Наблюдали значительное количество осадка и/или суспензии.
Оценка стабильности 2
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в прозрачный стеклянный резервуар, оставляли стоять в условиях окружающей среды при 5°С в течение месяца и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Не наблюдали осадка, суспензии и изменения в цветовом тоне.
Δ: Наблюдали небольшое количество осадка и/или суспензии, но не наблюдали изменения в цветовом тоне.
х: Наблюдали значительное количество осадка и/или суспензии.
Оценка стабильности 3
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в прозрачный стеклянный резервуар, оставляли стоять в условиях окружающей среды при 60°С в течение месяца и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Не наблюдали осадка, суспензии и изменения в цветовом тоне.
Δ: Наблюдали небольшое количество осадка и/или суспензии, но не наблюдали изменения в цветовом тоне.
х: Наблюдали значительное количество осадка и/или суспензии.
Оценка выталкивания 1
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.), алфавитно-цифровые символы непрерывно печатали в лабораторных окружающих условиях до полного использования картриджа с чернилами и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Отпечатанные символы не были нарушены и символы могли быть четко отпечатаны до конца.
Δ: Отпечатанные символы были слегка нарушены, но символы могли быть отпечатаны в указанном состоянии до конца.
х: Отпечатанные символы были нарушены и символы не могли быть четко напечатаны до конца.
Оценка выталкивания 2
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.), алфавитно-цифровые символы непрерывно печатали в окружающих условиях при 30°С до полного использования картриджа с чернилами и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Отпечатанные символы не были нарушены и символы могли быть четко отпечатаны до конца.
Δ: Отпечатанные символы были слегка нарушены, но символы могли быть отпечатаны в указанном состоянии до конца.
х: Отпечатанные символы были нарушены и символы не могли быть четко напечатаны до конца.
Оценка выталкивания 3
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.), алфавитно-цифровые символы непрерывно печатали в окружающих условиях при 15°С до полного использования картриджа с чернилами и производили оценку на основании следующих критериев.
о: Отпечатанные символы не были нарушены и символы могли быть четко отпечатаны до конца.
Δ: Отпечатанные символы были слегка нарушены, но символы могли быть отпечатаны в указанном состоянии до конца.
х: Отпечатанные символы были нарушены и символы не могли быть четко напечатаны до конца.
Оценка выталкивания после стояния
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.) и оставляли стоять в лабораторных окружающих условиях в течение месяца, затем алфавитно-цифровые символы печатали и производили оценку на основании следующих критериев, сравнивая отпечатанные символы с символами, отпечатанными до выстаивания чернил.
о: Отпечатанные символы не были нарушены, символы могли быть четко отпечатаны и они не были хуже символов, отпечатанных ранее выстаивания чернил.
Δ: Отпечатанные символы были слегка нарушены по сравнению с символами, отпечатанными ранее выстаивания чернил.
х: Отпечатанные символы были значительно нарушены по сравнению с символами, отпечатанными ранее выстаивания чернил.
Оценка качества печати
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 600 (торговое название: произведен Canon Inc.), различные типы изображений печатали в окружающих лабораторных условиях и производили оценки на основании следующих критериев.
о: Чернила были не хуже обычных чернил для струйного принтера BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.).
Δ: Чернила слегка растекались по сравнению с обычными чернилами для струйного принтера BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.)
х: Чернила значительно растекались по сравнению с обычными чернилами для струйного принтера BJF 800 (торговое название: произведен Canon Inc.)
Оценка водостойкости
Каждые из чернил примеров 1-7 и сравнительных примеров 1-8, имеющие составы, приведенные в таблицах 1 и 2, помещали в струйный принтер BJF 600 (торговое название: произведен Canon Inc.), различные типы изображений печатали в окружающих лабораторных условиях и затем оставляли стоять на один час, затем на отпечатанную поверхность наносили немного водопроводной воды и производили оценку загрязнений на отпечатанной поверхности на основании следующих критериев.
о: Отпечатанная поверхность не загрязнена, но остается обесцвеченной.
Δ: Отпечатанная поверхность слегка загрязнена, но отпечатанный материал может быть без труда прочитан.
х: Отпечатанная поверхность сильно загрязнена и отпечатанный материал было трудно читать.
<b>Таблица 3</b><b>Результаты оценки в примерах</b>
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
Оценка внешнего вида светлых чернил
о
о
о
о
о
о
о
Оценка температуры помутнения
о
о
о
о
о
о
о
Оценка фиксации 1
о
о
о
о
о
о
∆
Оценка фиксации 2
о
о
о
о
о
о
∆
Оценка стабильности 1
о
о
о
о
о
о
о
Оценка стабильности 2
о
о
о
о
о
о
о
Оценка стабильности 3
о
о
о
о
о
о
о
Оценка выталкивания 1
о
о
о
о
о
о
о
Оценка выталкивания 2
о
о
о
о
о
о
о
Оценка выталкивания 3
о
о
о
о
о
о
о
Оценка выталкивания после стояния
о
о
о
о
о
о
о
Оценка качества печати
о
о
о
о
о
о
о
Оценка водостойкости
о
о
о
о
о
о
о
Оценка температуры помутнения в примерах приводит к определению, образуются микромицеллы или нет. Из таблицы 3 можно понять, что примеры 1-6, в которых поверхностно-активное вещество с HLB от 10 до 13 объединяли с поверхностно-активным веществом, имеющим HLB более 6 и менее 10, еще более предпочтительны, чем описано ранее.
<b>Таблица 4</b><b>Результаты оценки в сравнительных примерах</b>
Сравнительные примеры
1
2
3
4
5
6
7
8
Оценка внешнего вида светлых чернил
х
х
х
х
х
х
х
х
Оценка температуры помутнения
-
-
-
-
-
-
-
-
Оценка фиксации 1
хх
хх
х
хх
хх
х
хх
∆
Оценка фиксации 2
х
хх
х
хх
хх
х
хх
∆
Оценка стабильности 1
о
∆
∆
о
∆
∆
о
о
Оценка стабильности 2
о
∆
∆
о
∆
∆
о
о
Оценка стабильности 3
о
∆
∆
о
∆
∆
о
о
Оценка выталкивания 1
о
∆
о
о
∆
о
о
о
Оценка выталкивания 2
о
∆
о
о
∆
о
о
о
Оценка выталкивания 3
о
х
о
о
∆
о
о
о
Оценка выталкивания после стояния
о
∆
о
∆
∆
∆
о
∆
Оценка качества печати
∆
∆
∆
о
∆
∆
о
х
Оценка водостойкости
о
о
о
о
о
о
о
х
Температуру помутнения в сравнительных примерах не измеряли, поскольку светлые чернила уже были мутными и, таким образом, измерение не являлось необходимым.
Данное описание претендует на приоритет от патентного описания Японии № 2003-412848, зарегистрированного 11 декабря 2003 года, которое приведено здесь в качестве ссылки.