УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ПИГМЕНТНЫЕ ЧЕРНИЛА ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ С УЛУЧШЕННЫМ КАЧЕСТВОМ ИЗОБРАЖЕНИЯ
UNIVERSAL PIGMENT INK FOR JET PRINTING WITH IMPROVED IMAGE QUALITY

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в основном к композициям чернил для струйной печати, наборам чернил для струйной печати и способам печати пигментными чернилами для струйной печати с приемлемым блеском, когда они печатаются на глянцевой среде, и с приемлемым качеством, когда они печатаются на простой бумаге и другой неглянцевой среде.
Уровень техники
Есть несколько причин того, что струйная печать стала популярным способом записи изображений на поверхностях различных сред, особенно бумаги. Некоторые из этих причин включают низкие помехи печати, возможность высокоскоростной печати и многоцветной печати. Кроме того, эти преимущества могут быть получены при относительно низкой цене для потребителей. Хотя появилось большое улучшение в струйной печати, это улучшение сопровождают повышенные требования потребителей в этой области, например высокие скорости, высокое разрешение, формирование изображения с полным набором цветов, повышенная стабильность и т.д. Когда были разработаны чернила для струйной печати и принтеры, появилось несколько традиционных характеристик для сравнения при оценке чернил в сочетании с поверхностью или основанием для печати. Такие характеристики включают остроту краев и оптическую плотность изображения на поверхности, блеск, контроль растекания из черного в цвет, время высыхания чернила на подложке, адгезию к подложке, отсутствие отклонения в расположении капли чернил, присутствие всех точек, устойчивость чернил после сушки к воде и другим растворителям, стабильность при длительном хранении, длительная надежность без разрушения материала ручки или засора наконечника. Длительная надежность без разрушения материала ручки или засора наконечника становятся даже более важными с появлением средств печати, которые выбрасывают более маленькие объемы капель. Хотя вышеуказанный перечень характеристик обеспечивает достойную цель для достижения, существуют сложности, связанные с удовлетворением всех вышеуказанных характеристик. Часто включение какого-либо компонента чернил, предназначенного для удовлетворения одной из вышеперечисленных характеристик, может помешать удовлетворению другой характеристики. Поэтому большинство коммерческих чернил для использования в струйных принтерах представляют собой компромисс в попытке достижения по крайней мере адекватного ответа в удовлетворении всех вышеперечисленных требований.
Одна из характеристик систем струйной печати, которой желательно достичь, относится к качеству печати, особенно в отношении блеска при печати окрашенными чернилами на блестящей среде. Часто двое чернил, которые сами по себе блестящие, когда печатаются по отдельности, теряют свое свойство блестеть при совместной печати на листе глянцевой среды. Кроме того, многие чернила, которые имеют приемлемый выход из печати на глянцевой среде, плохо смотрятся на неглянцевой среде, такой как простая бумага. Таким образом, продолжаются исследования в разработке составов чернил, которые могут быть напечатаны с высоким качеством изображения, даже когда чернила для струйной печати печатаются в качестве смеси на листе глянцевой среды так же, как и когда печатаются не на глянцевой среде.
Подробное описание предпочтительного (предпочтительных) варианта (вариантов) осуществления
Перед раскрытием и описанием частных вариантов осуществления настоящего изобретения нужно понять, что это изобретение не ограничено частными процессами и материалами, раскрываемыми здесь, которые сами по себе могут меняться до некоторой степени. Также следует понимать, что используемая здесь терминология используется с целью описания только частных вариантов и не предназначена быть тем ограничением, что границы настоящего изобретения будут определены приложенной формулой изобретения и ее эквивалентами.
В описании и заявлении настоящего изобретения будет использована следующая терминология.
Формы единственного числа «а», «an» и «the» включают множественные объекты ссылки, если контекст ясно не оговаривает особо. Так, например, ссылка на «пигмент» включает ссылку на один или много таких материалов.
Как используется здесь, «жидкий носитель» определяется так, что включает жидкие композиции, которые могут быть использованы для доставки красителей, включая пигменты, к основе. Жидкие носители известны в технике и широкое разнообразие компонентов жидких носителей может быть использовано в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Такие жидкие носители могут включать смесь разнообразия разных агентов, включая, без ограничения, поверхностно-активные вещества, вспомогательные растворители, буферы, биоциды, модификаторы вязкости, комплексообразующие соединения, стабилизаторы и воду. Даже если сам по себе и нежидкий жидкий носитель может также переносить другие твердые вещества, такие как полимеры, материалы, затвердевающие под действием УФ, пластификаторы, соли и т.д.
Как используется здесь, «пигмент» относиться к окрашенной частице, которая обычно в значительной степени нерастворима в жидком переносчике, в котором она используется.
«Пигмент, инкапсулированный в полимере» или его производное относится к пигментам, которые по крайней мере частично инкапсулированы в полимере или покрыты полимером, включая полимеры, приготовленные, например, из стирола, метакриловой кислоты, метакрилата, акриловой кислоты и/или мономеров акрилата. Эти полимеры могут быть нанесены на пигменты для ограничения наружной оболочки пигмента с образованием некоторого заряда, тем самым создавая некоторую склонность к отталкиванию, которая уменьшает агломерацию частиц пигмента внутри жидкого переносчика. Однако эти покрытия могут также быть приготовлены чувствительными к кислоте с тем, чтобы они по желанию дестабилизировались при печати на кислой среде.
Выражение «простая бумага» включает любую бумагу без покрытия, где волокна бумаги в подавляющем количестве присутствуют на внешней печатной поверхности.
Выражение «глянцевая», когда относится к глянцевой среде, глянцевой фотобумаге и т.д., включает бумажные подложки, которые покрыты небумажным покрытием, которое придает поверхности блеск. Типичная глянцевая среда включает подложки, покрытые неорганическими пористыми частицами, например оксидом кремния, оксидом алюминия, клеем и т.д., и связанными вместе полимерной связкой. Следует отметить, что эта среда, покрытая неорганическими частицами, необязательно глянцевая. Матовые покрытия, например, не рассматриваются в качестве глянцевых, тогда как покрытия от слабоблестящих до сильноблестящих рассматриваются в качестве глянцевых.
Хотя выгоды композиций чернил для струйной печати описаны здесь в первую очередь в отношении их исполнения как на глянцевой среде, так и на плоской бумаге, следует отметить, что эти чернила также хорошо показывают себя на других типах среды. Например, бумаги, покрытые неблестящим материалом, не имеют похожих проблем в отношении недостатка блеска по сравнению с тем, когда те же чернила печатаются на глянцевой среде; однако могут быть достигнуты похожие основные улучшения качества при печати на пористой среде, покрытой неблестящим материалом, как улучшения, достигаемые при печати на плоской бумаге. Другими словами, универсальность чернил по настоящему изобретению просто описана и определена в соответствии с исполнением как на плоской бумаге, так и на глянцевой среде (которая представляет очень разные типы сред), и чернила как таковые, описанные здесь, не ограничиваются их печатью на этих двух частных типах сред.
Концентрации, количества и другие числовые данные могут быть представлены здесь в диапазонном формате. Необходимо понять, что такой диапазонный формат используется только для удобства и краткости и должен быть гибко интерпретирован, чтобы включать не только численные величины, подробно перечисленные как пределы диапазона, но также, чтобы включать все индивидуальные численные величины или поддиапазоны, заключенные внутри этого диапазона, как будто каждые численная величина или поддиапазон подробно перечислены. Например, диапазон масс от около 1% по массе до около 20% по массе следует интерпретировать так, чтобы он включал не только подробно перечисленные пределы концентрации от 1% по массе до около 20% по массе, но также чтобы он включал индивидуальные концентрации, такие как 2% по массе, 3% по массе, 4% по массе, и поддиапазоны, такие как от 5% по массе до 15% по массе, от 10% по массе до 20% по массе и т.д.
Выражение «около», когда относится к численной величине или диапазону, интерпретируется так, что заключает величины, происходящие из экспериментальной ошибки, которая возникает при проведении измерений.
В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения было обнаружено, что при печати пигментных чернил для струйной печати на простой бумаге дисперсии пигментов с высокой чувствительностью к кислоте могут обеспечивать лучшее качество изображения, по крайней мере частично, благодаря тенденции пигментов выходить из раствора (или дестабилизировать его, или осаждаться) и оставаться на поверхности плоской бумаги. Это из-за того, что простые бумаги обычно имеют кислый рН. Даже так называемая «основная» простая бумага имеет рН, который меньше чем 7. Наоборот, хотя есть другие выгоды приготовления дисперсий пигментов, более стабильных к кислоте, было обнаружено, что высокая стабильность пигментов не обеспечивает лучшее качество изображения на простой бумаге. Это потому, что устойчивость пигментов не учитывает дестабилизацию на поверхности плоской бумаги и поэтому чернила имеют склонность впитываться более глубоко в плоскую бумагу и другие подложки из неглянцевой пористой среды. Хотя дисперсии пигментов более чувствительные к кислоте, хороши для печати на плоской бумаге, оказывается, что они могут быть плохими для дисперсий пигментов, стабильных к кислоте, при печати на глянцевой среде, такой как глянцевая среда, покрытая неорганическими частицами. Это частично из-за того, что этот тип бумаги не подходит для «впитывания» чернил в подложку среды, и поэтому пигменты, стабильные к кислоте, которые печатаются на глянцевых фотобумагах, не имеют похожих недостатков, которые они имеют при их печати на плоских бумагах. Другими словами, преимущества, получаемые использованием менее стабильных (или чувствительных к кислоте) пигментных дисперсий для печати на плоской бумаге отчасти теряются при печати на глянцевой бумаге. Эта проблема особенно отягощается при печати двух пигментных чернил для струйной печати в качестве смеси на глянцевой среде. Например, было обнаружено, что при печати двух по-разному блестящих чернил в качестве смеси на блестящей среде для формирования смешанного цвета одни чернила могут высаживаться с другими, что приводит к плохому цвету. Точнее говоря, можно рассмотреть печать чернил с фуксином (темно-красного) и светлых чернил с фуксином (светло-красного) на глянцевой среде. Часто эти два цвета смешиваются при печати телесных тонов и других окрашенных похожим образом изображений для того, чтобы минимизировать зернистость в изображении. Однако при смешивании этих чернил, хотя зернистость уменьшается, выполняется более низкий блеск, чем когда любое из чернил печатается отдельно. Этот пример распространим к взаимодействию многих окрашенных чернил (двух или более) при печати вместе в качестве смеси для достижения подходящего цвета. Другой общий пример - это смесь серого и других окрашенных пигментных чернил. Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, для того чтобы достичь одинаково хорошего качества изображения как на простой бумаге, так и глянцевой среде, было найдено, что использование дисперсий пигментов, чувствительных к кислоте в чернилах для струйной печати, может дать увеличенное качество изображения на простой бумаге и использование органических аминов в одном или более чернилах может улучшить ситуацию с осаждением, которое уменьшает блеск на глянцевой среде. Таким образом, отдельное чернило, которое хорошо исполняется как на простой бумаге, так и глянцевой фотобумаге, может быть составлено в соответствии с этими принципами.
Без ограничения какой-либо особой теорией полагают, что присутствие органических аминов может позволить пигментным чернилам лучше сливаться вместе на глянцевой среде, образуя более однородное изображение, которое само по себе блестящее. В то же время органические амины существенно не уменьшают превосходное качество картинок, напечатанных с использованием плоской бумаги или неглянцевой пористой бумаги c покрытием. Особенно использование нечетвертичных органических аминов может быть функционально в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, включая низкомолекулярные первичные, вторичные и третичные амины, макроамины, такие как Jeffamines, и другие органические амины, которые функциональны в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Типичные органические амины, которые дают приемлемые результаты, включают триэтаноламин (TEA), 2-амино-2-метил-1-пропанол, 2-диметиламино-2-метил-1-пропанол, и/или диэтаноламин. В одном частном варианте осуществления триэтаноламин или его производные особенно используются и могут действовать как буфер между частицами диспергированного пигмента из многокомпонентных чернил, позволяя каплям многокомпонентного чернила сливаться вместе в однородную, более непрерывную пленку. В отношении количества органического амина, которое может быть добавлено, в одном из вариантов органический амин, такой как триэтаноламин, может быть представлен в чернилах для струйной печати от 0,1% по массе до 5% по массе. В другом варианте осуществления органический амин может быть представлен в чернилах для струйной печати от 0,2% по массе до 2% по массе.
Учитывая это, настоящее изобретение описано для универсальных чернил для струйной печати, наборов чернил для струйной печати и способов печати изображений с улучшенным качеством при печати либо на среде, покрытой глянцевым материалом, либо на простой бумаге. В первом варианте осуществления чернила для струйной печати, полученные для печати на плоской бумаге и среде, покрытой блестящим материалом, может включать жидкий носитель, включая воду, органический растворитель, и органический амин, и инкапсулированный в полимер чувствительный к кислоте пигментный краситель, диспергированный в жидком носителе.
В другом варианте осуществления набор чернил для струйной печати для печати на плоской бумаге и на среде, покрытой глянцевым материалом, может включать первые чернила для струйной печати и вторые чернила для струйной печати. Первые чернила для струйной печати могут включать жидкий носитель, включая воду, органический растворитель, и органический амин, и инкапсулированный в полимер, чувствительный к кислоте пигментный краситель диспергированный в жидком переносчике. Вторые чернила для струйной печати могут включать дисперсию пигмента, которая включает ионный пигментный краситель или пигментный краситель, ассоциированный с ионным пигментным дисперсантом.
В другом варианте осуществления способ печати изображений может включать впрыскивание первых чернил для струйной печати на подложку среды и впрыскивание вторых чернил для струйной печати на подложку так, что первые чернила для струйной печати и вторые чернила для струйной печати становятся соединенными на подложке среды. Первые чернила для струйной печати могут включать жидкий переносчик, включая воду, органический растворитель, и органический амин, и инкапсулированный в полимер чувствительный к кислоте пигментный краситель диспергированный в жидком носителе. Вторые чернила для струйной печати могут включать ионный пигментный краситель или пигментный краситель, связанный с ионным пигментным дисперсантом.
Изобретение, описанное здесь, направлено на улучшенные чернила для печати изображений с помощью струйного принтера с использованием коммерчески доступных струйных принтеров, таких как струйные принтеры, изготавливаемые фирмами Hewlett Packard Company, Palo Alto, Канада. Чернила для струйной печати по настоящему изобретению могут включать цвета, такие как желтый, голубой, светло-голубой, красный, светло-красный, серый, оранжевый, зеленый, розовый, красный, голубой, черный и другие известные пигментные цвета. Типично, что пигменты по настоящему изобретению могут быть в размере от около 5 нм до около 10 мкм и в одном из аспектов могут быть в размере от около 10 нм до около 500 нм, хотя могут быть использованы размеры за пределами этого диапазона, если пигмент может оставаться диспергированным и обеспечивать правильные цветовые свойства. В одном из подробных аспектов настоящего изобретения пигмент может включать от около 0,1% по весу до около 10% по весу композиции чернила для струйной печати, и в другом варианте осуществления от около 0,5% по весу до около 8% по весу.
Хотя может быть использован любой цвет или тип пигмента, окрашенные органические пигменты и черные углеродные пигменты приводятся здесь в качестве примера в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В одном из вариантов осуществления углеродный пигмент может быть функционализирован или инкапсулирован с полимерным дисперсантом. Углеродный пигмент может быть почти любым коммерчески доступным углеродным пигментом, который обеспечивает приемлемые оптическую плотность и характеристики печати. Углеродные пигменты, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают без ограничения сажу, графит, стекловидный углерод, древесный уголь и их сочетания. В одном из аспектов настоящего изобретения углеродный пигмент - это пигмент из угольной сажи. Такие пигменты из угольной сажи могут быть получены различными известными способами, такими как канальный способ, контактный способ, печной способ, ацителеновый способ или термический способ, и коммерчески доступны от таких продавцов как Cabot Corporation, Columbian Chemical Company, Degussa AG, и E.I. DuPont de Nemours and Company. Примеры подходящих коммерчески доступных саж включают No. 2300, No. 900, MCF800, No. 33, No. 40, No. 45, No. 52, MA&, MA8, No. 2200B, Raven 1255, Regal 400R, Regal 330R, Regal 660 R, Mogul L, Color Black FW1, Color Black FW18, Color Black S170, Color Black S150, Printex 35 и Printex U. Другие подходящие пигменты из угольной сажи включают, без исключения, пигменты Cabot, такие как MONARCH 1400, MONARCH 1300, MONARCH 1100, MONARCH 1000, MONARCH 900, MONARCH 880, MONARCH 800, MONARCH 700, CAB-O-JET 200 и CAB-O-JET 300; пигменты Columbian, такие как RAVEN 7000, RAVEN 5750, RAVEN 5250, RAVEN 5000 и RAVEN 3500; пигменты Degussa, такие как Color Black FW 200, RAVEN FW2, RAVEN FW 2V, RAVEN FW 1, RAVEN FW 18, RAVEN S160, RAVEN FW S170, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A, Special Black 4, PRINTEX U, PRINTEX 140U, PRINTEX V и PRINTEX 140V.
В качестве альтернативы, органически окрашенные пигменты также могут быть инкапсулированы с полимером в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Типичные пигменты, которые подходят для использования в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, включают азопигменты, такие как пигменты азоподобной структуры, нерастворимые азопигменты, конденсированные азопигменты, так же как и полициклические пигменты, такие как фталоцианиновые пигменты, хинакридоновые пигменты, диоксазиновые пигмнты и антрахиноновые пигменты. Конкретные пигменты, которые подходят для использования, включают Pigment Blue 15:3, Pigment Green 36, Pigment Blue 15:6, Pigment Red 177 и/или Pigment Red 208 (от DIC); Pigment Red 168, Pigment Violet 23, Pigment Yellow 155 и/или Pigment Violet 19 (от Clariant) и Pigment Red 254 (от Ciba). Примеры других пигментов, которые могут быть использованы, включают 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 83, Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 138, Pigment Yellow 158, Pigment Yellow 128, Pigment Yellow 151 и им подобные; 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, C.I. Pigment Red 112, C.I. Pigment Red 122 и им подобные; 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. Vat Blue 4, C.I. Vat Blue 6 и тому подобное; TIPURE R-101, доступный от Dupond; пигмент их угольной сажи и другие пигменты, исполнительные свойства которых удовлетворительны, когда они создаются для настоящего изобретения и считаются находящимися внутри его области. Подходящие в качестве примера пигменты раскрыты и утверждены, например, в Патенте США 5,085,698, озаглавленном «Водные пигментные чернила для струйных принтеров»; Патенте США 5,221,334, озаглавленном «Водные пигментные чернила для струйных принтеров»; Патенте США 5,302,197, озаглавленном «Чернила для струйных принтеров», все на имя к E.I. Du Pont de Nomours and Company. Изготовители пигментов, которые предоставляют подходящие пигменты, которые были перечислены ранее, включают DIC, Cabot, Orient, BASF, Ciba и Clariant.
Каждый из описанных выше пигментов может быть инкапсулирован сополимерным дисперсаном. Например, в одном из вариантов краситель из инкапсулированного в полимер, чувствительного к кислоте пигмента может быть инкапсулирован со стироловым сополимером, сополимером акриловой кислоты или акрилата, сополимером метакриловой кислоты или метакрилата, их комбинацией и т.д. В одном из вариантов сополимер может быть сополимером стирола, акриловой кислоты и метакриловой кислоты (или ее эфира). Подходящие сополимеры могу иметь любую средневзвешенную молекулярную массу, которая функциональна, но в одном из вариантов осуществления Mw может быть от 5000 Mw до 20000. Кроме того, краситель из инкапсулированного в полимер, чувствительного к кислоте пигмента может быть инкапсулирован сополимером, имеющим кислотное число от 100 до 220 мг КОН/г, или в другом варианте осуществления от 150 до 200 мг КОН/г.
Кроме того, использование пигментов, инкапсулированных в полимер, может способствовать чувствительности к кислоте, описанной ранее, которая находится в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, чувствительные к кислоте полимеры, используемые для инкапсулирования пигментов, обычно с большей вероятностью разрушаются, дестабилизируются или осаждаются при печати на простой бумаге (которая обычно до некоторой степени закислена). Пигменты с ковалентно присоединенными полимерными дисперсантами или ковалентно присоединенными малыми молекулами часто с меньшей вероятностью будут охотно осаждаться на простой бумаге, чем инкапсулированные пигменты, описанные здесь. В одном из вариантов краситель из инкапсулированного в полимер чувствительного пигмента может быть сконфигурирован для образования хлопьев в растворе по крайней мере при рН 6 и ниже и, что более характерно, по крайней мере при рН 5 и ниже. Когда эти пигменты имеют тенденцию к флоккулированию при кислых степенях рН, чернило может храниться при около рН 7,5-8 и часто может храниться при рН 8-10. Когда чернило напечатано на плоской бумаге, кислый характер бумаги может легко дестабилизировать на поверхности краситель из чувствительного к кислоте пигмента, тем самым обеспечивая улучшенное качество изображения по сравнению с более стабильными к кислоте пигментами.
Следует отметить, что хотя по крайней мере одни чернила данного набора чернил для струйной печати включают сополимерный дисперсант, которым покрыт пигмент, другие пигменты в данном наборе чернил для струйной печати не должны быть сконфигурированы подобным образом. Например, другие пигменты просто могут быть ионными по природе, такие как пигменты, которые имеют ионный заряд на поверхности, например поверхности пигментов, модифицированные малыми молекулами, поверхности пигментов с прикрепленными полимерными группами и т.д.
Как описано ранее, жидкий носитель может быть использован для переноса пигментных твердых веществ так же, как и других твердых веществ, которые могут быть представлены в композициях чернил для струйной печати по настоящему изобретению. Точнее говоря, жидкий носитель может включать воду и от 5% по массе до 35% по массе общего содержания органического растворителя вместе с другими произвольными жидкими компонентами. В отношении общего содержания органического вспомогательного растворителя вспомогательные растворители для использования по настоящему изобретению включают алифатические спирты, ароматические спирты, диолы, гликолевые эфиры, поли(гликолевые) эфиры, лактамы, формамиды, ацетамиды, длинноцепочечные спирты, пропиленгликоль, диэтиленгликоли, триэтиленгликоли, глицерин, дипропиленгликоли, гликольбутиловые эфиры, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли, амиды, эфиры, карбоновые кислоты, сложные эфиры, органические сульфиды, органические сульфоксиды, сульфоны, производные спиртов, сорбит, целлозольв, производные простых эфиров, аминоспирты и кетоны. Например, вспомогательные растворители могут включать первичные алифатические спирты с 30 атомами углерода или меньше, вторичные алифатические спирты с 30 атомами углерода или меньше, вторичные ароматические спирты с 30 атомами углерода или меньше, 1,2-диолы с 30 атомами углерода или меньше, 1,3-диолы с 30 атомами углерода или меньше, 1,5-диолы с 30 атомами углерода или меньше, алкиловые эфиры этиленгликоля, алкиловые эфиры пропиленгликоля, алкиловые эфиры полиэтиленгликоля, высшие гомологи алкиловых эфиров полиэтиленгликоля, алкиловые эфиры полипропиленгликоля, высшие гомологи алкиловых эфиров полипропиленгликоля, лактамы, замещенные формамиды, незамещенные формамиды, замещенные ацетамиды и незамещенные ацетамиды, но не ограничиваются ими. Частные примеры вспомогательных растворителей, которые предпочтительно используются в практике этого изобретения, включают 1,5-пентандиол, 2-пропиллидон, EG-2, жировой этиленгликоль 1 (LEG-1), жировой этиленгликоль 7 (LEG-7),2-метил-2,4-пентандиол, 2-метил-1,3-пропандиол, 1,2-гександиол, 2-этил-2-гидроксиметил-1,3-пропандиол, диэтиленгликоль, 3-метоксибутанол и 1,3-диметил-2-имидазолидинон, но не ограничиваются ими. Вспомогательные растворители могут быть добавлены для уменьшения выпаривания воды в чернилах, чтобы минимизировать застревание или другие свойства чернила, такие как вязкость, рН, поверхностное натяжение, оптическую плотность и качество печати. Различные буферные агенты, такие как TRIS буфер или MOPS буфер, также могут при желании быть использованы в композициях чернил для струйной печати по настоящему изобретению.
В другом аспекте настоящего изобретения могут быть использованы различные биоциды для ингибирования роста различных микроорганизмов. Несколько неограничивающих примеров подходящих биоцидов включают бензоатные соли, сорбатные соли, коммерческие продукты, такие как NOUSEPT (Nudex, Inc., отделение Huls America), UCARCIDE (Union Carbide), VANCIDE (RT Vanderbilt Co.) и PROXEL (ICI Americas) и другие известные биоциды. Обычно такие биоциды включают менее чем около 5% по массе от композиции чернила для струйной печати и часто от около 0.05% по массе до около 2% по массе.
В другом аспекте настоящего изобретения композиции чернил для струйной печати могут быть по существу свободными от поверхностно-активных веществ. Однако обычно такие компоненты могут быть использованы и могут включать стандартные водорастворимые поверхностно-активные вещества, такие как фторированные поверхностно-активные вещества, алкилполиэтиленоксиды, алкилфенилполиэтиленоксиды, полиэтиленоксидные (PEO) блоксополимеры, ацетиленовые PEO, PEO сложные эфиры, PEO амины, PEO амиды и сополиолы диметикона. Поверхностно-активные вещества, если используются, могут быть представлены в количестве от 0,001% по массе до 10% по массе от композиции чернил для струйной печати и в одном из вариантов осуществления могут быть представлены в количестве от 0,001% по массе до 0,1% по массе.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения могут быть включены связующие вещества, которые действуют так, чтобы защитить красители на подложке. Связующие вещества, которые подходят для использования в настоящем изобретении обычно имеют молекулярный вес от около 100 до около 50000 г/моль. Неограничивающие примеры включают сополимеры стирола и малеинового ангидрида, полиэстер, полиэстер-меланин, сополимеры стирола и акриловой кислоты, сополимеры стирола, акриловой кислоты и алкилакрилата, сополимеры стирола и малеиновой кислоты, сополимеры стирола, малеиновой кислоты и алкилакрилата, сополимеры стирола и метакриловой кислоты, сополимеры стирола, метакриловой кислоты и алкилакрилата, сополимеры стирола и полуэфира малеиновой кислоты, сополимеры винилнафталина и акриловой кислоты, сополимеры винилнафталина и малеиновой кислоты, сополимеры стирола, акриловой кислоты и метакриловой кислоты и их производные и соли. Следует отметить, что, когда многочисленные мономеры перечисляются в качестве части сополимера, такое обозначение - это открытое перечисление мономеров, которые присутствуют в сополимере. Другие мономеры, агенты, образующие поперечные сшивки, и т.д. также могут быть представлены. Например, сополимер стирола и малеинового ангидрида включает по крайней мере два мономера и могут включать и другие мономеры тоже. Кроме того, следует отметить, что если связующее вещество находится в мелкораздробленной дисперсной форме, тогда оно не считается частью жидкого носителя, но считается, что оно переносится жидким носителем.
Примеры
Следующие примеры показывают варианты осуществления изобретения, которые в настоящее время известны наилучшим образом. Однако необходимо понять, что следующее - это только образец или иллюстрация применения принципов настоящего изобретения. Многочисленные модификации и альтернативные композиции, способы и системы могут быть разработаны специалистом без отклонения от сущности и области настоящего изобретения. Приложенная формула изобретения предназначена для того, чтобы охватить такие модификации и переделки. Таким образом, тогда как настоящее изобретение было описано выше с подробностями, следующий пример дает дальнейшее подробное описание вместе с тем, что на сегодняшний день считается наиболее практическими и предпочтительными вариантами осуществления изобретения.
Пример 1
Были приготовлены двое чернил для струйной печати с фуксином, одни с добавкой триэтаноламина (TEA), одни без, как показано ниже в таблице 1.
Таблица 1
Чернила для струйной печати с фуксином с триэтаноламином и без
Чернила
Чернила с фуксином 1
Чернила с фуксином 2
<sup>1</sup>фуксиновый пигмент, инкапсулированный в полимер
3,00 мас.%
3,00 мас.%
2EG
6,00
6,00
Proxel GXL (коммерчески доступный биоцид от Zeneca)
0,15
0,15
2-пирролидон
6,00
6,00
LEG-1
3,00
3,00
1,2-гександиол
7,00
7,00
Zonyl FSO (фторсодержащее ПАВ от DuPont)
0,19
0,19
Surfynol CT-111
0,65
0,65
Глицерин
5,00
5,00
<sup>2</sup>cвязующее вещество
1,00
1,00
Триэтаноламин
-
2,00
Вода
оставшаяся часть
оставшаяся часть
Чернила, доведенные КОН до рН 9,2
<sup>1</sup>Полимер пигмента - это чувствительный к кислоте сополимер стирола, акриловой кислоты и метакриловой кислоты - кислотное число 155.
<sup>2</sup>Сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата (Mw от 5000 до 10000).
Пример 2
Были приготовлены два желтых чернила для струйной печати, одно с добавкой триэтаноламина (TEA), одно без, как показано ниже в таблице 2.
Таблица 2
Желтые чернила с триэтаноламином и без
Чернила
Желтые чернила 1
Желтые чернила 2
<sup>1</sup>желтый пигмент, инкапсулированный в полимер
4,65 мас.%
4,65 мас.%
2EG
6,00
6,00
Proxel GXL
0,15
0,15
2Р
6,00
6,00
LEG-1
3,00
3,00
1,2-гександиол
7,00
7,00
Zonyl FSO
0,19
0,19
Surfynol CT-111
0,65
0,65
Глицерин
5,00
5,00
<sup>2</sup>связующее вещество
1,00
1,00
Триэтаноламин
0,00
2,00
Вода
оставшаяся часть
оставшаяся часть
Чернила, доведенные КОН до рН 9,2
<sup>1</sup>Полимер пигмента - это чувствительный к кислоте сополимер стирола, акриловой кислоты и метакриловой кислоты - кислотное число 155.
<sup>2</sup>Сополимер стирола, акриловой кислоты и бутилакрилата (Mw от 5000 до 10000).
Пример 3
Семь образцов каждого из четырех чернил, изложенных в примере 1 (чернила с фуксином 1 и 2), и в примере 2 (желтые чернила 1 и 2), были напечатаны на коммерческой глянцевой среде Pictorico с различными уровнями насыщенности, охватывая пределы от средней насыщенности (уровень насыщенности 1) до очень интенсивной насыщенности (уровень насыщенности 7). Эти данные предоставлены в качестве потери блеска, которая обычно более ярко выражена при интенсивных уровнях насыщения. Данные по блеску показаны в таблицах 3А и 3В следующим образом:
Таблица 3А
Блеск чернил с фуксином 1 и 2, напечатанных по отдельности
Образец
<sup>3</sup>Блеск чернила с фуксином 1 (0% по массе триэтаноламина)
<sup>3</sup>Блеск чернила с фуксином 2 (2% по массе триэтаноламина)
1
74,0
74,8
2
70,3
73,3
3
69,3
75,4
4
67,6
75,6
5
67,4
76,6
6
67,8
76,2
7
69,6
76,7
<sup>3</sup>Велечины приблизительны в пределах ±3 (уровень шума).
Таблица 3В
Блеск желтых чернил 1 и 2, напечатанных по отдельности
Образец
<sup>3</sup>Блеск чернила с фуксином 1 (0% по массе триэтаноламина)
<sup>3</sup>Блеск чернила с фуксином 2 (2% по массе триэтаноламина)
1
58,0
56,4
2
59,3
57,0
3
59,9
59,2
4
60,3
61,8
5
61,1
66,8
6
61,8
72,3
7
62,3
76,0
<sup>3</sup>Велечины приблизительны в пределах ±3 (уровень шума).
Как можно увидеть из таблиц 3А и 3В, особенно при высоких уровнях насыщенности чернила, значительное улучшение блеска достигается из-за присутствия добавки триэтаноламина.
Пример 4
Смесь 50/50 по массе чернила с фуксином 1 (пример 1) и желтого чернила 1 (пример 2) была напечатана на семи участках на коммерческой глянцевой среде Pictorico при различных уровнях насыщенности, охватывая пределы от средней насыщенности (уровень насыщенности 1) до очень интенсивной насыщенности (уровень насыщенности 7). Этот образец участков представлял собой смеси чернил, которые не включают триэтаноламин в каждом из чернил.
Кроме того, смесь 50/50 по массе чернила с фуксином 2 (пример 1) и желтого чернила 2 (пример 2) была напечатана на семи участках на коммерческой глянцевой среде Pictorico при различных уровнях насыщенности, охватывая пределы от средней насыщенности (уровень насыщенности 1) до очень интенсивной насыщенности (уровень насыщенности 7). Этот образец участков представлял собой смеси чернил, которые включали триэтаноламин в чернилах. Эти данные показаны в таблице 4 следующим образом.
Таблица 4
Блеск смесей чернил
Образец
<sup>3</sup>Блеск смеси чернил с фуксином 1/желтых чернил 1(0% по массе триэтаноламина)
<sup>3</sup>Блеск смеси чернил с фуксином 2/желтых чернил 2 (2% по массе триэтаноламина)
1
59,2
64,2
2
57,2
64,8
3
55,5
68,2
4
55,3
71,1
5
54,7
74,2
6
54,1
73,5
7
55,1
70,5
<sup>3</sup>Велечины приблизительны в пределах ±3 (уровень шума).
Как можно видеть по сравнению таблиц 3А и 3В с таблицей 4, двое по-разному блестящих чернил теряют немного блеска при печати их вместе. Кроме того, добавление триэтаноламина к одному или обоим чернилам улучшает эту потерю блеска и в некоторых случаях поднимает уровни блеска вплоть до пределов уровня шума чернил, которые напечатаны по отдельности с триэтаноламином. Следует отметить, что этот пример является просто образцовым и похожие результаты были подтверждены с использованием других чернил различных цветов для струйной печати.
Пример 5
Три дисперсии пигментов, инкапсулированного в полимер и чувствительного к кислоте, в форме разбавленных чернил (голубые, яркокрасные и желтые), имеющих рН около 7-8, были подкислены с 0,00625 М НСl до рН около 2,5. Для сравнительных целей три дисперсии стабильных к кислоте пигментов в форме разбавленных чернил (Epson R800 - голубые, яркокрасные и желтые), имеющих начальную рН около 7-8, были также подкислены похожим образом. Для того чтобы определить, флоккулировал ли пигмент при добавлении кислоты, было измерено УФ-поглощение. Результаты представлены в таблице 5 следующим образом
Таблица 5Изменение поглощения в УФ- и видимой областях (в растворе), когда добавляется 0,00625М HCl к разбавленным чернилам
Цвет
<sup>4</sup>Чернила, содержащие пигмент, стабильный по отношению к кислоте (Epson R800)
<sup>4</sup>Чернила, содержащие чувствительный к кислоте пигмент
Начальное поглощение в УФ- и видимой областях при 330 нм
Сyan
0,72
0,84
Поглощение в УФ- и видимой областях при 330 нм после 10 мин
Сyan
0,72
0,29
Уменьшение в поглощении в УФ- и видимых областях после добавления кислоты
Сyan
0%
65%
Начальное поглощение в УФ- и видимой областях при 276 нм
Magenta
1,06
1,29
Поглощение в УФ- и видимой областях при 276 нм после 10 мин
Magenta
1,05
1,11
Уменьшение в поглощении в УФ- и видимых областях после добавления кислоты
Magenta
1%
14%
Начальное поглощение в УФ- и видимой областях при 465 нм
Yellow
0,61
0,73
Поглощение в УФ- и видимой областях при 465 нм после 10 мин
Yellow
0,61
0,54
Уменьшение в поглощении в УФ- и видимых областях после добавления кислоты
Yellow
0%
26%
<sup>4</sup>Чернила разбавлены дистиллированной водой до около 0,05%
Как можно видеть в таблице 5, описанной выше, разбавленные чернила Epson 800 были очень стабильны в присутствии кислоты, тогда как разбавленные чернила, содержащие чувствительный к кислоте пигмент, приготовленный в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения (инкапсулированный в полимер, чувствительный к кислоте), стали более слипшимися или образовали хлопья при добавлении кислоты, что подтверждается менее эффективным поглощением УФ-света после добавления кислоты. Фактически чернила, содержащие пигменты, чувствительные к кислоте, стали совершенно нестабильными в растворе при рН около 5-6 (и ниже), тогда как чернила Epson R800 остались стабильными к кислоте при рН 2,5. Как здесь упоминается, наблюдалось, что чернила, содержащие пигмент, чувствительный к кислоте, имеет действительно лучшие цвет и качество изображения при печати на простой бумаге, чем высокостабильные пигменты (например, Epson R800).
Пример 6
Три дисперсии пигментов, инкапсулированного в полимер и чувствительного к кислоте, в форме разбавленных чернил (голубые, ярко красные и желтые), имеющих рН около 7-8, были подкислены с 0,00625 М НСl до рН около 2,5. Для сравнительных целей три дисперсии стабильных к кислоте пигментов в форме разбавленных чернил (Epson R800 - голубые, ярко красные и желтые), имеющих начальную рН около 7-8, были также подкислены похожим образом. Для того чтобы определить, сфлоккулировал ли пигмент при добавлении кислоты, было измерено УФ-поглощение. Кроме того, неразбавленные чернила были также напечатаны на простой бумаге и проверены на цветонасыщенность.
Результаты представлены в таблице 6 следующим образом
Таблица 6Изменение поглощения в УФ- и видимой областях (в растворе), когда добавляется 0,00625М HCl к разбавленным чернилам и цветонасыщенность неразбавленного чернила
Цвет
<sup>4</sup>Чернила, содержащие пигмент, стабильный по отношению к кислоте
<sup>4</sup>Чернила, содержащие чувствительный к кислоте пигмент
Начальное поглощение в УФ- и видимой областях при 330 нм.
Сyan
0,78
0,84
Поглощение в УФ- и видимой областях при 330 нм после 10 мин.
Сyan
0,76
0,29
Уменьшение в поглощении в УФ- и видимых областях после добавления кислоты
Сyan
3%
65%
<sup>5</sup>Цветонасыщенность неразбавленных чернил на простой бумаге HP (2% пигмента по массе)
Сyan
50
59
Начальное поглощение в УФ- и видимой областях при 276 нм
Magenta
1,26
1,38
Поглощение в УФ- и видимой областях при 276 нм после 10 мин
Magenta
1,22
0,67
Уменьшение в поглощении в УФ- и видимых областях после добавления кислоты
Magenta
3%
51%
<sup>5</sup>Цветонасыщенность неразбавленных чернил на простой бумаге HP (1,3% пигмента по массе)
Magenta
59
69
Начальное поглощение в УФ- и видимой областях при 465 нм
Yellow
0,68
0,73
Поглощение в УФ- и видимой областях при 465 нм после 10 мин
Yellow
0,68
0,54
Уменьшение в поглощении в УФ- и видимых областях после добавления кислоты
Yellow
0%
26%
<sup>5</sup>Цветонасыщенность неразбавленных чернил на простой бумаге HP (4% пигмента по массе)
Yellow
73
83
<sup>4</sup>Чернила разбавлены дистиллированной водой до около 0,05.
<sup>5</sup>Цветонасыщенность с использованием неразбавленных чернил, напечатанных со средней плотностью (максимальная цветонасыщенность).
Как можно видеть в таблице 6, описанной выше, чернила, содержащие пигмент, устойчивый к кислоте, были очень стабильны в присутствии кислоты, тогда как чернила, содержащие чувствительный к кислоте пигмент, приготовленный в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения (инкапсулированный в полимер, чувствительный к кислоте), стали более слипшимися или образовали хлопья при добавлении кислоты, что подтверждается менее эффективным поглощением УФ-света после добавления кислоты. Фактически чернила, содержащие пигменты, чувствительные к кислоте, стали совершенно нестабильными в растворе при рН около 5-6 (и ниже), тогда как чернила Epson R800 остались стабильными к кислоте при рН 2,5. Как здесь упоминается, наблюдалось, что чернила, содержащие пигмент, чувствительный к кислоте, имеют действительно лучшие цвет и качество изображения при печати на простой бумаге, чем высокостабильные пигменты. Это отчасти подтверждается величинами цветонасыщенности, также показанными в таблице 6, где в каждом случае присутствие чувствительных к кислоте дает улучшенные величины цветонасыщенности.
Необходимо понять, что вышеупомянутые варианты осуществлений и приспособлений являются иллюстрациями применения принципов настоящего изобретения. Многочисленные модификации и альтернативные приспособления могут быть разработаны без отклонения от сущности и области настоящего изобретения, в то же время настоящее изобретение показано в чертежах и описано выше вместе с типичными вариантами осуществления изобретения.