СОСТАВ ЧЕРНИЛ
INK COMPOSITION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие в целом относится к составам чернил.
Системы чернильно-струйной печати или регистрирования обычно используются в качестве эффективного способа для получения изображений на печатном носителе, таком как бумага. Как правило, чернильные капельки выбрасываются из сопла с большой скоростью при помощи чернильно-струйной системы и на печатный носитель для получения на нем изображения.
При длительном воздействии воздуха сопла могут засоряться вязкой пробкой, которая может образоваться в соплах в результате, например, потери воды, поверхностного подсушивания чернил и/или кристаллизации красителя в и/или вокруг любого из сопел. Если сопло закупорено, чернильные капельки, выбрасываемые через отверстие сопла, могут отклоняться, что может негативно повлиять на качество печати. Отверстие может также становиться полностью блокированным и, как результат, чернильные капельки не смогут проходить через поврежденное сопло.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Параметры и преимущества примеров настоящего раскрытия будут очевидны со ссылкой на следующее подробное описание и чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции соответствуют аналогичным, хотя, возможно, не идентичным, компонентам. Для краткости ссылочные номера или параметры, имеющие описанную выше функцию, могут или не могут быть описаны применительно к остальным чертежам, на которых они фигурируют.
Фигура 1 представляет собой увеличенную в масштабе, в разрезе, поперечного сечения, в перспективе полусхематическую иллюстрацию примера печатающего картриджа, включая пример состава чернил, раскрытый в данном документе;
Фигура 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа в соответствии с примером настоящего раскрытия изобретения;
Фигура 3 иллюстрирует диаграммы при открытом (decap) состоянии сравнительных чернил (чернила А) и чернил в соответствии с примером настоящего раскрытия (чернила B), при периоде открытого состояния в 6 секунд и при периоде открытого состояния в 9 секунд;
Фигура 4 иллюстрирует работоспособность при открытом состоянии чернил А и чернил В при сплевывании на страницу (SoP, spit on page, сплевывание на страницу) при периоде открытого состояния в 4 секунды;
Фигура 5 представляет собой график, отражающий совокупную потерю в массе чернил А и чернил B в динамике времени;
Фигура 6 представляет собой 600-кратно увеличенное изображение (с использованием оптического микроскопа) отверстия сопла, показывающее втягиваемый посредством него краситель чернил А;
Фигура 7 представляет собой 600-кратно увеличенное изображение (с использованием оптического микроскопа) отверстия сопла, показывающее в нем чернила B с примером противоиспарительного слоя, покрывающего чернила B в отверстии;
Фигура 8 представляет собой 600-кратно увеличенное изображение чернильного канала, примыкающего к отверстию сопла, показанному на фигуре 6, показывающее втягиваемый посредством него краситель чернил А; и
Фигура 9 представляет собой 600-кратно увеличенное изображение чернильного канала, примыкающего к отверстию сопла, показанному на фигуре 7, показывающее чернила В в чернильном канале.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Примеры состава чернил, раскрытые в этом документе, демонстрируют безотказность печати и работоспособность при открытом состоянии (тем самым поддерживая хорошее работоспособное состояние сопла).
Термин "работоспособность при открытом состоянии", как указано в данном документе, означает способность чернил для чернильно-струйной печати легко выталкиваться из печатающей головки, после длительного воздействия воздуха. Период открытого состояния определяется как количество времени, в течение которого печатающая головка может оставаться в открытом состоянии до того, как сопла принтера перестанут выстреливать должным образом, вероятно из-за засорения, закупорки или втягивания красителя из формирующей каплю области сопла/нагревательной камеры. Промежуток времени, в течение которого термическое чернильно-струйное перо может оставаться неиспользуемым и в открытом состоянии до того, как потребуется сплевывание для формирования чернильной капли приемлемого качества, называется периодом открытого состояния или периодом открытого состояния до первой капли. Другим показателем открытого состояния является число сплевываний, необходимых для достижения работоспособного состояния пера в определенный промежуток времени. Максимальный период открытого состояния, который даст приемлемое качество первой капли или наименьшее количество сплевываний, необходимых при любом заданном периоде открытого состояния, были бы желательны для любого заданного чернила.
Как правило, поскольку вода испаряется из чернильной рецептуры, доля органических компонентов в чернилах увеличивается. По мере того как чернила становятся более обогащены органическими вспомогательными растворителями и прочими нелетучими компонентами, краситель (например, диспергированный пигмент) в них, который является сильно гидрофильным, отводится назад/втягивается в основную часть водной фазы.
Примеры настоящего раскрытия управляют степенью/скоростью втягивания пигмента эффективным и экономически выгодным образом. Втягивание пигмента в данном документе называется PIVS (pigment ink vehicle separation, сепарация связующего вещества пигментных чернил).
По мере высыхания пигментированных чернил в чернильно-струйной печатающей головке, может иметь место высокоскоростная PIVS (например, в течение примерно 1-4 секунд), что может повлечь за собой основательное освобождение сопел и/или чернильного канала от красителя. Как таковая, высокая скорость PIVS обычно нежелательна, потому что период простоя или открытого состояния является слишком коротким. Для того чтобы принять меры относительно PIVS, чернильно-струйные принтеры могут принуждать печатающую головку сплевывать на специальную впитывающую прокладку/плевательницу на регулярной основе после периода простоя (например, заранее определенное на каждое сопло количество плевков при заданной частоте может поддерживать работоспособность сопла из простаивающих сопел во время печати). Скорость сплевывания главным образом контролируется скоростью PIVS. Очень частые сплевывания, как правило, нежелательны, так как при сплевывании расходуются чернила и печать замедляется.
В противоположность этому низкая скорость PIVS (например, от примерно выше 4 секунд до примерно 60 секунд), как правило, полезна для функционирования печатающей головки, например, когда печатающая головка хранится в открытом положении, потому что это предотвращает нежелательное засорение сопел или втягивание красителя из сопла. Кроме того, в отдельных случаях будет желательным для печатающей системы демонстрировать очень медленную PIVS (например, от более чем одна минута до нескольких часов).
Кроме того, примеры состава чернил в соответствии с настоящим раскрытием также обеспечивают улучшенную работоспособность при открытом состоянии для чернил на основе красителей. Что касается ранее известных чернил, как на основе пигментов, так и на основе красителей, по мере испарения воды, в отдельных случаях, в сопле может образоваться вязкая пробка. Последующей чернильной капле придется выстреливаться сквозь эту вязкую пробку, и в силу этого первые несколько капель могут не выброситься/должным образом выброситься из отверстия. В зависимости от чернил, успешный выброс может произойти после пары случаев выстреливания. В противоположность этому, в дополнение к управлению PIVS (в чернилах на основе пигмента), примеры состава чернил по настоящему раскрытию, по-видимому, предотвращают образование этой вязкой пробки (в чернилах на основе пигмента или на основе красителя).
Примеры состава чернил, раскрытые в этом документе, включают компоненты, которые обеспечивают превосходную работоспособность при открытом состоянии. Примеры компонентов включают литий и кислоту (например, сурфактант (surfactant, поверхностно-активное вещество) жирных кислот), выбранную из олеиновой кислоты (цис-изомер с одной двойной связью), линолевой кислоты (цис-изомер с двумя двойными связями), ундекановой кислоты, додекановой кислоты, тридекановой кислоты и их комбинаций.
Сурфактант жирных кислот имеет в качестве "головы" - карбоксилат, а в качестве длинного "хвоста" - алкил. Похоже, что карбоксилатная группа способствует хорошему открытому состоянию; например, включение олеилового спирта в состав чернил, по-видимому, способствует низкой работоспособности при открытом состоянии. Кроме того, алкиловый "хвост" имеет цис-изомер с одной или двумя двойными связями. Было обнаружено, что соответствующие полностью насыщенные жирные кислоты или они же, но с транс-изомером двойных связей, обычно не обеспечивают те же преимущества для повышения работоспособности при открытом состоянии в соответствии с настоящим раскрытием. Таким образом, примеры состава чернил по настоящему раскрытию исключают кислоты, выбранные из стеариновой кислоты (полностью насыщенные жирные кислоты с 18 атомами углерода), элаидиновой кислоты (транс-изомер олеиновой кислоты), линоленовой кислоты (цис-изомер с тремя двойными связями), линейных (в отличие от разветвленных) насыщенных жирных кислот, имеющих углеродную цепь из менее чем 11 атомов углерода и линейных насыщенных жирных кислот, имеющих углеродную цепь из более чем 13 атомов углерода, а также их комбинаций.
По примеру выбранной кислотой является додекановая кислота (также известная как лауриновая кислота). Лауриновая кислота обладает различными преимуществами (что может быть желательным в отдельных случаях) над олеиновой кислотой. Например, лауриновая кислота поставляется в продажу с большей степенью гомогенности (>99% против 70%-80% для олеиновой кислоты). Литиевая соль лауриновой кислоты имеет более высокую растворимость, чем олеиновой кислоты. Так как лауриновая кислота имеет более низкую молекулярную массу, чем олеиновая кислота, то на одинаковое число молей требуется меньше лауриновой кислоты. Обе кислоты являются производными от натуральных растительных/животных источников и являются одинаково недорогими.
Примеры состава чернил в соответствии с настоящим раскрытием дополнительно включают в себя краситель (например, один или более красителей), вспомогательный растворитель (например, один или более вспомогательных растворителей) и воду.
Значение рН примеров состава чернил обычно изменяется в диапазоне от примерно 7 до примерно 11. Возможно, будет желательным, чтобы составы чернил имели основный рН, изменяющийся от где-то более чем 7 до 12. Если первоначальный рН полученного состава чернил является кислым, нейтральным или почти нейтральным основным (например, обладающим рН, изменяющимся от 7,1 до 8), будет желательным отрегулировать рН полученного состава чернил до основного или значительно основного рН. Любую подходящую основу можно добавлять для регулирования рН при условии, что добавляемая основа не вредит прочим желательным свойствам состава чернил. Некоторые примеры подходящих основ включают NaOH или KОН. Количество добавляемой основы будет зависеть, по крайней мере частично, от начального рН состава чернил и желаемого окончательного рН состава чернил. В примере рН доводится до приблизительно 9, а подходящее количество основы добавляют, пока не будет получено это значение рН.
Следует понимать, что различные компоненты примеров состава чернил могут присутствовать в любых подходящих количествах. В примере краситель присутствует в количестве, изменяющемся от примерно 2% массы до примерно 7% массы от общего % массы состава чернил; вспомогательный растворитель присутствует в количестве, изменяющемся от примерно 10% массы до примерно 30% массы от общего % массы состава чернил; кислота присутствует в количестве, изменяющемся от примерно 0,1% массы до примерно 1,0% массы от общего % массы состава чернил; литий присутствует в количестве, изменяющемся от примерно 50 миллионных долей до примерно 400 миллионных долей; а балансом (до 100% массы) состава является вода.
Неожиданно и по счастливой случайности было обнаружено, что примеры состава чернил по настоящему раскрытию образуют противоиспарительный слой во время неиспользования в открытом состоянии на границе раздела между воздухом и составом чернил в отверстии сопла, тем самым, уменьшая испарение воды из состава чернил. В примерах настоящего состава чернил наблюдается (с помощью оптического микроскопа) противоиспарительный слой, образующийся примерно за 2 секунды неиспользования в открытом состоянии. Однако считается, что образование слоя начинается ранее 2-х секунд неиспользования в открытом состоянии.
Следует понимать, что литий может присутствовать в составе в качестве иона в растворе или в виде литиевой соли кислоты. Литий можно добавлять к составу чернил в виде ряда его солей, например, хлорида лития, бромида лития, иодида лития, гидроксида лития, ацетата лития, бензоата лития, нитрата лития или их комбинаций. Однако, карбонат лития, как правило, нежелателен, так как он, по-видимому, в некоторых случаях понижает работоспособность при открытом состоянии.
Дополнительно в примерах состава чернил могут присутствовать другие щелочные металлы, например натрий и калий. Тем не менее следует понимать, что литий помогает в образовании противоиспарительного слоя; тогда как другие щелочные металлы, которые могут присутствовать, не действуют для помощи в образовании противоиспарительного слоя, при этом они не мешают образованию противоиспарительного слоя.
Следует понимать, что краситель можно выбирать из самодиспергированных пигментов, диспергированных полимерных пигментов, красок и их комбинаций.
Некоторые подходящие самодиспергированные технические углероды, а также и полимерные диспергированные пигменты поставляются в продажу E.I. du Pont de Nemours ((Э.И. Дюпон де Немур и Ко) (Уилмингтон, Делавэр), Sensient Technologies Corporation (Сенсинт Текнолоджиз Корпорэйшн) (Милуоки, Висконсин), и Cabot Corporation (Кэбот Корпорэйшн) (Бостон, Массачусетс). Любые подходящие краски могут быть использованы в примерах настоящего состава чернил.
Технические углероды можно использовать в качестве красителя в примерах настоящего состава чернил. Например, можно использовать технические углероды, которые представляют собой тип ламповой сажи, печной сажи или газовой сажи. Эти технические углероды можно делать водно-дисперсными: посредством окисления, или посредством процесса производства технического углерода, или посредством обработки после производства технического углерода (например, путем озонирования); путем реакции поверхности технического углерода с одним из олигомерных или полимерных низкомолекулярных материалов, которые являются растворимыми в воде или природно-дисперсными (например, параминобензойная кислота, олигомеры на акриловой основе или полимеры, полученные из мономеров, такие как акриловая или метакриловая кислота и сложные эфиры и/или полиуретановые олигомеры или полимеры). Эти технические углероды можно также сделать дисперсными в воде путем адсорбции олигомеров или полимеров ранее упомянутых акрилового, метакрилового или полиуретанового составов. Более того технические углероды могут быть сделаны дисперсными путем инкапсуляции пигмента с латексным полимером, состоящим из, например, акриловой кислоты, эфиров акриловой кислоты, метакриловой кислоты, эфиров метакриловой кислоты, стирола или винилацетата. Эти материалы можно сделать дисперсными посредством включения различных функциональных групп в пределах полимера, таких как карбоксилаты, сульфонаты, фосфаты или производные окиси этилена.
Могут использоваться прочие пигменты, без ограничений по цвету или химическому составу, некоторые примеры которых включают PY74, PY155, PY128, PY185, PR122, PR254, PR178, PV19, PB15:2, PB15:3 и PB15:4. Эти красители можно также сделать дисперсными в воде с помощью различных средств, таких как олигомерного или полимерного низкомолекулярного дополнения, посредством адсорбции олигомерных или полимерных материалов, или посредством инкапсуляции (например, как описано для технического углерода).
Вспомогательный растворитель может включать в себя подходящие растворители, например 2-пирролидон; 1-(2-гидроксиэтил)-2-пирролидон; диэтиленгликоль, триэтиленгликоль; тетраэтиленгликоль; 1-(2-гидроксиэтил)-2-имидазолидон; ди-(2-гидроксиэтил)-5,5-диметилгидантоин (поставляемый в продажу как Dantocol DHE от фирмы Lonza, Inc. (Лонза, Инк.), Аллендейл, Нью-Джерси); моноэтиловый эфир триэтиленгликоля; тетраглим; полиоксиэтилстеарат эфиры глицерина (например, этоксилированные глицерины, такие как Liponic EG-7 (LEG-7), поставляемый в продажу фирмой Lipo Chemicals Inc. (Липо Кэмикэлс Инк.), Патерсон, Нью-Джерси); или их комбинации.
Некоторые примеры растворителей, которые не подходят в качестве вспомогательных растворителей для примеров состава чернил, включают 2-этил-2-гидроксиметил-1,3-пропиленгликоль (EHPD) (также известный как триметилпропан); и глицерин номер CAS 56-81-5.
Примеры состава чернил по настоящему раскрытию могут дополнительно включать добавку, выбранную из неионных сурфактантов, биоцидов, полиуретановых связующих, акрилатных полимерных связующих и их комбинаций.
Когда используется неионный сурфактант, подходящее количество неионного сурфактанта может изменяться в диапазоне от примерно 0,1% массы до примерно 2% массы. Примеры подходящих неионных сурфактантов включают те, которые основаны на химсоставе ацетиленового диола (например, Surfynol SE-F, Surfynol 104, SURFYNOL 420, SURFYNOL 440, SURFYNOL 465, и SURFYNOL 485, поставляемые фирмой Air Products and Chemicals, Inc (Эир Продактс энд Кэмикэлс, Инк.), Аллентаун, Пенсильвания) и вторичном этоксилате спирта (например, TERGITOL™ 15-S-7 и TERGITOL™ 15-S-9м, поставляемые фирмой The Dow Chemical Co. (Зэ Доу Кэмикэл Ко.), Мидленд, Мичиган).
Когда используют биоцид, подходящее количество биоцида может изменяться в диапазоне от примерно 0,05% массы до примерно 0,5% массы. Следует понимать, что верхний предел для биоцида (-ов) может зависеть от типа биоцида и его токсикологического действия и/или нормативных требований. Например, верхний предел для Proxel™ GXL (корпорация Арк Кемикалз, Норуолк, Коннектикут) составляет 0,2% массы. Подходящие биоциды включают, например, PROXEL™ GXL, KORDEK™ MLX (The Dow Chemical Co.) и/или BIOBAN™ CS-1246 (The Dow Chemical Co.).
Некоторые подходящие примеры полиуретанового связующего включают такие, которые имеют кислотное число, изменяющееся от примерно 30 до примерно 90, и молекулярную массу, изменяющуюся от примерно 2000 до примерно 200000. В примере полиуретановое связующее имеет кислотное число 55 и молекулярную массу примерно 18000. Следует понимать, что используемый вспомогательный растворитель и количество используемого вспомогательного растворителя может зависеть, по крайней мере, частично, от того, входит ли полиуретановое связующее в пример состава чернил. В качестве примера, можно выбирать вспомогательный растворитель с целью способствовать диспергированию полиуретанового связующего для всего состава чернил. В качестве другого примера, количество используемого полиуретанового связующего может иметь отрицательное воздействие на работоспособность при открытом состоянии и можно выбирать вспомогательный растворитель(-и) для нейтрализации этого вредного воздействия. В примере, который включает полиуретановое связующее, могут использоваться два вспомогательных растворителя, такие как ди-(2-гидроксиэтил)-5,5-диметилгидантоин и 1-(2-гидроксиэтил)-2-пирролидон.
Полимеры акрилового типа также можно использовать в качестве добавки в примерах настоящего состава чернил, хотя выбор вспомогательного растворителя может отличаться от выбора для полиуретанового связующего. Подходящие акриловые полимеры могут состоять из полимеров, имеющих молекулярную массу, изменяющуюся от примерно 2000 до примерно 200000, кислотное число от примерно 30 до примерно 180. Некоторые примеры подходящих мономеров включают акриловую кислоту, метакриловую кислоту и сложные эфиры как акриловой кислоты, так и метакриловой кислоты.
Теперь, ссылаясь на фигуру 1, изображен печатающий картридж, как правило, под ссылкой 10. Печатающий картридж 10 включает корпус 12 (который может включать один или более слоев различных материалов), который функционально соединен с резервуаром 14, который содержит пример состава 20 чернил, раскрытого в данном документе. Жидкостной проход/чернильный канал 24 соединяет резервуар 14 с жидкостным эжектором 16. В картридже термической чернильно-струйной печати жидкостной эжектор 16 представляет собой нагревательный элемент, который создает нагрев для испарения состава 20 чернил, который создает пузырек, который расширяется, чтобы протолкнуть состав 20 чернил (в виде капелек 22) наружу из отверстия 26 сопла 18, которое совмещено с жидкостным эжектором 16. Несмотря на то что показан один жидкостной эжектор 16 и сопло 18, следует понимать, что один печатающий картридж 10 может включать множество (например, 400 или какое-либо другое желаемое число) жидкостных эжекторов 16 и сопел 18. Хотя и не показано, следует понимать, что печатающий картридж 10 включает в себя интегральную схему, которая направляет сигналы (например, из процессора, который способен выполнять соответствующие машиночитаемые инструкции) к желаемому жидкостному эжектору(-ам) 16 и соплу(-ам) 18 для выстреливания из них чернильных капелек 22 для получения изображений на желаемом носителе.
Как упоминалось выше, примеры состава 20 чернил образуют противоиспарительный слой (показан под ссылочным номером 30 на фигурах 7 и 9) во время неиспользования в открытом состоянии на границе раздела I между воздухом и составом 20 чернил в отверстии 26 сопла 18, тем самым снижая испарение воды из состава 20 чернил.
Теперь, ссылаясь на фигуру 2, как правило, под ссылкой 100 изображен пример способа для улучшения работоспособности при открытом состоянии примера состава чернил в соответствии с настоящим раскрытием. Пример способа 100 включает в себя произвольный выбор среди олеиновой кислоты, линолевой кислоты, ундекановой кислоты, додекановой кислоты, тридекановой кислоты или их комбинаций, как показано в блоке 102. Способ дополнительно включает введение выбранной олеиновой кислоты, линолевой кислоты, ундекановой кислоты, додекановой кислоты, тридекановой кислоты или их комбинаций в смесь, как показано в блоке 104. Смесь включает в себя краситель, вспомогательный растворитель, литий и воду. Примеры состава чернил образуют противоиспарительный слой 30 во время неиспользования в открытом состоянии, как отмечалось выше.
Были разработаны примеры состава чернил по настоящему раскрытию, которые имеют хорошие показатели качества, в то же время показывающие низкую скорость PIVS (например, от примерно более чем 4 секунды до примерно 60 секунд). Были разработаны прочие примеры состава чернил по настоящему раскрытию, которые имеют хорошие показатели качества, в то же время показывающие очень низкую скорость PIVS (например, от примерно более чем 60 секунд до нескольких минут). В примере настоящего состава чернил, имеющего противоиспарительный слой 30, наблюдалось удовлетворительное выталкивание капли после примерно 24 часов неиспользования в открытом состоянии.
Для дальнейшей иллюстрации настоящего раскрытия, в данном документе приведены примеры. Должно быть понятно, что эти примеры предназначены для иллюстративных целей и не интерпретируются, как ограничивающие объем настоящего раскрытия.
ПРИМЕР 1
Были составлены два типа чернил, содержащие компоненты, как показано в нижеприведенной Таблице 1, сравнительные чернила (чернила А) и чернила в соответствии с примером настоящего раскрытия (чернила B). Для чернил B был добавлен литий в форме его гидроокиси. Балансом для каждого из составов чернил была вода.
Таблица 1
Компонент (% массы)
Чернила А (сравнительные)
Чернила В
Пигмент самодиспергированного технического углерода
3
3,5
Полиуретановое связующее
0,7
0,7
2-пирролидон
12,5
12,5
Dantocol DHE
9
9
Олеиновая кислота
0,15
0,16
Surfynol 465
0,2
0,2
Proxel GXL
0,2
0,2
Литий
Нет
160 мил.долей
Для различных систем печати вычисляются два типа работоспособности при открытом состоянии. Некоторые системы печати предусматривают сплевывания, вне предназначенной для печати страницы, в резервуар («традиционное» открытое состояние). Другой типичный образец сплевывает капли (для поддержания работоспособности печати) на страницу ("сплевывание на страницу" (SOP)) и, следовательно, должен нормироваться с целью поддерживать качество печати. И тот и другой представлены соответственно на фигурах 3 и 4. Фигура 3 иллюстрирует диаграммы при открытом состоянии сравнительных чернил (чернила А) на левой стороне фигуры и примерных чернил (чернила В) на правой стороне фигуры, с периодом открытого состояния в 6 секунд (вверху) и с периодом открытого состояния в 9 секунд (внизу). Фигура 4 иллюстрирует, работоспособность при открытом состоянии чернил А (вверху) и чернил В (внизу) при сплевывании на страницу при периоде открытого состояния в 4 секунды.
На фигуре 3 чернила А и В были заправлены в картриджи HP 940, а также был напечатан шаблон для проверки сопла с помощью принтера HP Officejet Pro 8000 серии. Шаблон для проверки сопла состоит из букв, черных областей и коротких линий, напечатанных отдельными соплами печатающей головки. Шаблоны для чернил А и В были оценены на пропуск или отклоняющиеся линии, указывающие на проблему с выстреливанием из определенного сопла. Для чернил А сопла с 1 по 2 осуществили пропуск или отклонились после 6 и 9 секунд, тогда как для чернил B оказалось, что ни одно сопло не осуществило пропуск или отклонение после 6 и 9 секунд.
На фигуре 4 чернила А и В были заправлены в картриджи HP 940, а также был напечатан шаблон для проверки сопла с помощью принтера HP Officejet Pro 8000 серии. Незадолго до начала теста сопла прокачали и выполнили шаблон проверки сопла, чтобы гарантировать, что все сопла выстреливали приемлемо. Во время каждого прохода поперек страницы перо печатает шаблон из 151 вертикальных линий (включая начальную ориентирную линию на 0 секунде), разнесенных на примерно одну шестнадцатую дюйма. Каждая вертикальная линия была сформирована всеми соплами, выстреливающими одну каплю. Таким образом, каждая строка имеет ширину в одну каплю и высоту примерно половину дюйма, соответствуя сопловой решетке на печатающей головке. Первая вертикальная линия при каждом проходе представляет собой выстреливаемую из каждого сопла первую каплю после периода с нулевым временем ожидания, вторая линия печатается после 4 секунд периода открытого состояния, третья линия была напечатана после дополнительных 4 секунд периода открытого состояния и так далее для всех 151 строк. Как можно видеть, сравнительные чернила А показывают пропуск или осечку большинства сопел, в то время как примерные чернила B, по-видимому, показывают выстреливание всех сопел должным образом.
ПРИМЕР 2
Перья HP 88 были дважды заправлены чернилами А или чернилами В (определяется в соответствии с примером 1) соответственно, и были оставлены в открытом состоянии и со временем взвешены. Как видно на графике, показанном на фигуре 5, масса, утраченная со стороны примерных чернил B, была значительно меньше, чем та, что утрачена со стороны сравнительных чернил А.
Кроме того, чернила B не проявляли заметных PIVS больше часа.
ПРИМЕР 3
Чернила А и В были заправлены соответственно в картриджи HP 940. Для чернил А, фигур 6 и 8, эти изображения оптического микроскопа были получены примерно через 10 минут после очистки сопел с целью восстановить чернила, однако, с помощью этой техники можно увидеть заметную PIVS в течение нескольких минут. Для чернил B, фигуры 7 и 9, эти изображения оптического микроскопа были получены примерно через 1,5 часа после очистки. Оптическим микроскопом были получены соответствующие изображения отверстий сопел и соответствующего чернильного канала/прохода. Как можно увидеть на фигурах 6 и 8, сравнительные чернила А, показывающие сепарацию связующего вещества пигментных чернил (PIVS), приводят к удалению красителя из области сопла в емкость (резервуар) позади. Однако, как можно увидеть на фигурах 7 и 9, можно заметить верхний слой (противоиспарительный слой 30). Противоиспарительный слой 30, по-видимому, предотвращает или в значительной степени замедляет PIVS, что очевидно по черным чернилам, видимым в отверстиях сопел, а также в соответствующем чернильном канале/проходе.
ПРИМЕР 4
Была разработана рецептура примера состава чернил на основе пурпурного красителя согласно настоящему раскрытию, содержащая компоненты, которые показаны в двух таблицах, непосредственно расположенных ниже. В дополнение к компонентам, представленным ниже, была добавлена олеиновая кислота, а также литий (в виде его гидроокиси). Молярное соотношение составляло около 4 молей Li к 1 молю олеиновой кислоты. Балансом чернильной рецептуры была вода. AR52 является кислотным красным красителем, а M700 является пурпурным красителем.
Компоненты
Мишень, % массы
2-пирролидинон - 100% активен
5,0
1,6-гександиол
9,0
1-(2-гидроксиэтил)-2-пирролидинон
9,0
Surfynol CT-111
0,16
Dowfax 2А1
0,32
Zonyl FSN
0,50
Буферная MOPS (3-(N-морфолино)пропансульфоновая кислота)
0,10
Этилендиаминтетрауксусной кислоты двунатриевая соль
0,0075
Proxel GXL
0,10
Компонент красителя и катионная форма
Номинальная заправка красителя (% массы)
М700 (соль Na)
2,78
AR52 (соль Na)
0,50
Примерный состав пурпурных чернил, кажется, не демонстрирует образование вязкой пробки в соплах после 12 секунд неиспользования в открытом состоянии. Хотя визуально этим примерным составом не подтверждается, из результатов испытаний видно, что противоиспарительный слой начал формироваться примерно ко 2 секунде неиспользования в открытом состоянии. Успешный выброс чернильной капли (первые капли хорошего качества) происходил без изъяна/отклонения сопел в пределах до примерно 12 секунд при обычных испытаниях открытого состояния, и в пределах до примерно десяти минут в 4-секундном испытании сплевывания на страницу при открытом состоянии. Был сделан вывод, что примеры составов чернил на основе красителя в соответствии с настоящим раскрытием, показывают улучшенную работоспособность при открытом состоянии, описываемую в этом документе.
Не будучи связанными теорией полагают, что литиевые соли жирных кислот, выбранные из олеиновой кислоты, линолевой кислоты, ундекановой кислоты, додекановой кислоты, тридекановой кислоты и их комбинаций, образуют монослой или более консистентный слой на границе раздела воздух-вода (как схематически показано ссылкой "I" на фигуре 1 и на рисунке непосредственно расположенном ниже), тем самым значительно уменьшая испарение воды. Это "мягкое" покрытие у отверстия 26, действуя в качестве защитного слоя, тем не менее, легко выбрасывается струей при помощи действия выстреливания. Было показано, что PIVS, по-видимому, не происходит с чернилами, содержащими литиевые соли вышеуказанных жирных кислот. Кроме того, полагают, что ион лития (в отличие от других ионов щелочных металлов) имеет надлежащую величину для действия в качестве застежки-молнии для поддержания монослоя/слоя жирных кислот на границе I раздела воздух-вода. Натрий, калий и другие щелочные металлы, по-видимому, слишком крупные, чтобы таким образом быть эффективными.
Как можно видеть в таблице 2, отличия в рKа (pKa, a logarithmic measure of the acid dissociation constant, отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации кислоты) различных жирных кислот не объясняют существенные отличия в работоспособности при открытом состоянии. Литий, при использовании с неподходящими жирными кислотами (например, стеариновой кислотой, линоленовой кислотой, и т.п.), не обеспечивает хорошую работоспособность при открытом состоянии (литий являлся щелочным металлом, используемым с жирными кислотами, протестированным с результатами, показанными в таблице 2).
Таблица 2
Кислота
pKa
Открытое состояние (decap)
Стеариновая
10,15
Плохое
Элаидиновая
9,95
Плохое
Олеиновая
9,85
Хорошее
Линолевая
9,24
Хорошее
Линоленовая
8,28
Плохое
-3
Такой баланс может приводиться направо, (предпочитая образование противоиспарительного слоя) с избытком лития, избытком жирных кислот или и того и другого. Общий объем, как правило, зависит от молекулы, растворителя, количества пигмента, а также типа и количества полимера. Различные примеры настоящих составов чернил были подготовлены с соотношением Li к жирным кислотам 4:1, 1:2 и 2:2, где 1 эквивалентно приблизительно 7,1×10 молярной концентрации в составе чернил. Молярное соотношение для чернил B, описанных выше, составляло 4 молей лития на моль кислоты. Каждый из этих примеров показывал отличную работоспособность при открытом состоянии. Например, первые капли хорошего качества были получены при обычных испытаниях открытого состояния в течение нескольких минут и, кроме того, в некоторых примерах, капли хорошего качества были получены в пределах примерно до десяти минут в 4-секундном испытании открытого состояния при сплевывании на страницу. По-видимому, не существует верхнего предела этого соотношения, однако при более высоких количествах лития, добавляемого как гидроокись (или как литиевая соль прочих анионов), рН может становиться слишком высоким.
2
Кроме того, дополнительно полагают, что катион лития согласуется с соседними группами карбоновой кислоты в противоиспарительном слое, когда предельная площадь составляет примерно 40-50 ангстрем в квадрате (Å). Смотрите таблицы 3 и 4, приведенные ниже. Жирные кислоты с цис-изомером с одной или двумя двойными связями обладают такой предельной областью, тогда как цис-изомеры с тремя или более двойными связями обладают более широкими предельными областями. Насыщенные и транс-изомерные жирные кислоты обладают предельной областью гораздо меньшей, чем данная. Считается, что стеариновая и элаидиновая кислота не могут действовать удачно, потому что природа алкильного "хвоста" обеспечивает эффективное уплотнение, что снижает растворимость и/или предотвращает образование эффективного слоя в ширину границы раздела чернил и воздуха. С другой стороны, олеат и линолеат имеют соответствующую предельную область (или теневую область) для размещения иона лития. Кроме того, стеарат и элаидиат лития имеют очень низкую растворимость, что делает эти соли жирных кислот обычно менее подходящими. Прочие ионы щелочных металлов, например ионы натрия и калия, не на столько полезны, как литий в комплексообразующих карбоксилатах.
Таблица 3
Кислота
Предельная площадь Е<sup>2</sup>
Предельный радиус (Е)
Стеариновая
20
2,52
Элаидиновая
31-33
3,24
Олеиновая
41
3,61
Линолевая
48
3,91
Линоленовая
Нет данных
Очень большой
Таблица 4
Элемент
Радиус гидратированного иона (Е)
Li
3,40
Na
2,76
K
2,32
Как показано ниже с помощью схем, лития ундеканоат (C11) и додеканоат (C12) показали отличную работоспособность при открытом состоянии. Тридекановая кислота (C13) также показала хорошую работоспособность при открытом состоянии, хотя и не настолько хорошую, как C11 и C12 линейно насыщенные кислоты. Другие отрезки цепи (за исключением С11, С12 и С13) линейно насыщенных жирных кислот не обеспечивают эффекта работоспособности при открытом состоянии.
Противоиспарительный слой 30, сформированный на примерах состава чернил, который раскрыт в этом документе, замедляет испарение из сопел, таким образом замедляя или предотвращая сепарацию связующего вещества пигментных чернил (PIVS) в пигментированных чернилах, или замедляя или предотвращая испарение чернил на основе красителей. Противоиспарительный слой 30 также не допускает увеличение вязкости чернил в нагревательной камере, тем самым, предотвращая образование вязкой пробки. Это приводит к хорошей работоспособности при открытом состоянии.
Примеры состава чернил по настоящему раскрытию обеспечивают простую, неспецифическую и легко воспринимаемую рецептуру для хорошей работоспособности при открытом состоянии чернил для чернильно-струйной печати, что значительно улучшает качество показателя печати по выходу первой капли. Показываемое улучшение работоспособности при открытом состоянии расширяет период открытого состояния до нескольких минут или более (по сравнению с обычным периодом открытого состояния в большинстве случаев менее чем 4 секунды), что делает возможным более эффективные системы печати и улучшенную производительность. Примеры настоящего состава также хорошо действуют с самодиспергированными и полимерно-диспергированными пигментными чернилами, а также с чернилами на основе красителей.
Следует понимать, что диапазоны, представленные здесь, включают в себя зафиксированный диапазон и любое значение или поддиапазон в пределах зафиксированного диапазона. Например, диапазон от примерно 10% массы до примерно 30% массы следует интерпретировать, как включающий не только явно перечисленные пределы примерно от 10% массы до примерно 30% массы, но также включающий в себя отдельные значения, такие как 12,5% массы, 22% массы и т.д., и поддиапазоны, такие как от примерно 15% массы до примерно 28% массы, от примерно 11% массы до примерно 13% массы и т.д. Кроме того, когда «примерно» используется для описания значения, это подразумевает охватить незначительные изменения (до +/-5%) от указанного значения.
Когда в этом документе указываются молекулярные массы, следует понимать, что молекулярные массы указаны в дальтонах (DA).
Кроме того, должно быть понятно, что использование слова "а" и "an" (в тексте раскрытия на английском языке) и прочих особых референтов охватывает также и множественное число, как в описании, так и в формуле изобретения.
Хотя некоторые примеры были описаны подробно, должно быть очевидно специалистам в данной области, что раскрытые примеры могут быть изменены. Таким образом, приведенное выше описание следует рассматривать как не ограничивающее.