专利名称：喷墨油墨及其制造方法
喷墨油墨及其制造方法背景
本公开内容大体上涉及颜料随着时间在经颜料着色油墨中的沉降问题。这种现象导致 印刷油墨中的笔堵塞和差的颜色一致性。通过增加油墨的粘度，可以降低沉降。然而，增加油墨粘度还降低在油墨喷射行为 期间笔重装的速率。这导致印刷速度降低。可以将颜料颗粒研磨到非常小的粒径，例如，小于100 nm。这也倾向于降低沉降。 然而，当将颜料喷墨印刷在介质上时，它也倾向于使光褪色和臭氧褪色恶化。另外，某些特 种颜料，例如珠光颜料必须大以显示特定的光学效应。在珠光颜料的情况下，每种颜料通常 具有厚度与可见光的波长相当( 500 nm)且直径数微米的平板形状。珠光颜料的这种尺 寸与它们的 3 g/cm3的高密度相结合使它们迅速地在典型的喷墨溶剂中沉降。如果油墨输送系统设计用来不断地混合和再循环油墨中的颜料，则这稍微减轻沉 降问题。然而，这通常不是实际的解决方案并且一般将增加系统的额外成本。附图简述
通过参考以下的详细描述和附图(其中类似的附图标记对应于类似的但可能不相同 的元件)，本公开内容的实施方案的特征和优点将是显而易见的。为了简洁起见，可以或不 必将具有前述功能的附图标记或特征与其中出现这些引用附图标记或特征的其它附图联 系起来加以描述。
图1是显示在根据本申请的实施方案的油墨连接料中粘度对剪切速率的依赖性 的图解。图2是根据本申请的实施方案的热喷墨流体分配器的方框图。图3是根据本申请的实施方案的压电喷墨流体分配器的图示。图4是按1500倍放大倍数显示在本申请的实施方案中的珠光颜料的电子微观板。图5显示具有分散在不同油墨连接料中的珠光颜料颗粒的三个瓶子。详细描述
本公开内容是涉及将油墨颜料颗粒分散在非牛顿液体中的组合物、方法和系统。胺氧化物(aminoxide)表面活性剂与非线性粘弹性的关系，具体来说，与剪切 变稀现象的关系论述在编写并出版于2004年的Yuji Yamashita的博士论文(德国的 University of Bayreuth)中(Yamashita，“烷基甲基胺氧化物及其质子化类似物在含水 溶液中的聚集行为，，，Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultat Biologie, Chemie and Geowissenschaften der Universitat Bayreuth, 2004)。在该论文中，作者观察到，在剪切变稀的非牛顿液体体系中，Jlapp (表观粘度)随剪 切速率增加而降低，并且在非牛顿液体开始流动之前需要最小屈服应力。具体来说，在这种 体系中，在中等剪切速率下，存在非线性区域，其中非牛顿液体的粘滞阻力随剪切速率增加 而下降(参见Yamashita,第30页，第6_8行和11_13行)。Yamashita进一步指出，剪切变 稀可能归因于颗粒在液体中的流动取向或聚合物分子或伸长胶束在非牛顿液体中的构象 改变(参见Yamashite，第30页，第1_3行)。此外，Yamashita在剪切变稀现象和烷基甲基胺氧化物表面活性剂之间作出了联系(参见Yamashita，第21-22页和第79-119页)。本申请涉及在可以作为油墨用于供应喷墨流体分配系统的非牛顿液体中分散油 墨颜料颗粒。非牛顿流体是其中粘度随所施加的应变速率改变的流体，导致没有明确的粘 度。存在显示剪切变稀的非牛顿流体的次级组。这种次级组也称为是假塑性的。剪切变稀 流体的粘度随剪切速率的增加而降低，例如就像一瓶稠番茄酱，当剧烈摇动它时，粘度急速 降低。本申请的油墨在其中油墨在流体容器和喷墨装置的印刷头之间移动的流体喷射条件 下显示前述剪切变稀效果，也称为有限屈服应力。具体来说，屈服应力是材料开始塑性变形 时的力施加的应力。在也可以描述为显示有限屈服应力的剪切变稀液体中，材料仅具有有 限的能力来抵抗施加于它上的力，然后它的粘度迅速地降低。在对许多观察者来说不直观的这些非牛顿油墨的方面中，在此类非牛顿 液体中的分散颜料(甚至大、密实的颜料)在油墨不穿过系统的期间显示沉降在流 体容器或印刷头中很少或没有。当很少或没有动压力正施加于油墨上来使它移动 经过系统时，该油墨具有几乎“似凝胶”的稠度，该稠度与婴儿香波，例如Johnson (g的婴儿香波的稠度相当。然而，当将正常量的动压力( 至少1000帕斯卡)施加于油墨 上以使它移动经过喷墨系统时，该油墨的粘度改变得像纯水那样。因此，当按高频率从喷墨流体分配装置的流体容器喷射此种油墨时，该油墨的动 态粘度处于不干扰该喷墨系统的喷射过程的低水平。驱动喷射室重装的毛细管力大并且可 以克服油墨的有限屈服应力。同时，在油墨没有重装期间，沉降被完全防止或减慢数个数量 级，因为在非移动个体油墨颗粒上的仅靠重力引起的正常剪切速率和应力小，并且不能使 油墨连接料的“弱凝胶”破裂。球状颗粒在非牛顿流体中的沉降受修正的斯托克定律控制
其中V是颗粒的线速度，」ρ是颗粒和介质之间的密度差，g差重力J/遂度，及是流体 饱是颗粒的半径，η ω是为沉降速度的函数的动态粘度。对于密度近似等于 10 g/cm3且粒径为1 μ m的球状颗粒，需要用来保持颗粒永久悬浮的屈服应力为 0. 1 Pa。 这远小于驱动笔的重装的是大致1000 Pa的毛细管压力。如上所述，屈服应力与剪切变稀的现象有关。剪切变稀描述其中当给定材料中的 剪切速率增加时粘度降低的过程。包含上述经颜料着色材料的与屈服应力有关的油墨显示 剪切变稀。在本申请中，申请人已经开发出新型经颜料着色油墨，它们具有低动态粘度并且 还具有屈服应力和/或剪切变稀，该屈服应力和/或剪切变稀虽然低但是影响油墨的一些 物理性质。此种低但是有限的屈服应力和/或剪切变稀赋予油墨某些类似凝胶的性质并且 防止油墨中的颜料颗粒沉降。本发明体系防止甚至较大的颜料颗粒，例如珠光颜料沉降。另 外，油墨的屈服应力(于它在本申请中发挥作用的范围内)对油墨可喷射性的质量，例如印刷头重装几乎没有影响。作为另一个益处，油墨的粘度可以维持在低水平。因此，油墨在墨 喷印刷系统中充分作用。基于申请人收集的数据，据估计，具有高达 10 g/cm3的密度和Ιμπι的粒径的球 状颜料颗粒将仍保持悬浮在具有仅仅 0. 1 Pa的屈服应力的油墨中。与油墨静置的上述 数值相反，驱动喷墨印刷头喷射室重装的毛细管压力是 1000 Pa。即使当屈服应力不足以保持颗粒悬浮时，如果连接料显示剪切变稀效果，则沉降 速度可能减缓。实际上，对于沉降颗粒，剪切速率
权利要求
1.喷墨油墨，包含溶剂体系；分散在该溶剂体系中的具有至少0. 2 μ m的粒径和至少2 g/cm3的密度的颜料；和包含多乙氧基化醇、烷基取代的甜菜碱型表面活性剂和烷基取代的胺氧化物中至少一 种的表面活性剂，该表面活性剂按小于30重量％的量存在，该量足以赋予该油墨组合物随 着剪切速率提高而减小的粘度，使得该组合物具有在1 s—1的剪切速率下大于100厘泊的动 态粘度和在10，000 s—1的剪切速率下1-10厘泊的动态粘度。
2.权利要求1的喷墨油墨，其中该表面活性剂按足以达到小于1000帕斯卡的屈服应力 的量存在。
3.权利要求1的喷墨油墨，其中该表面活性剂按足以达到大约0.1-大约10帕斯卡的 屈服应力的量存在。
4.权利要求1的喷墨油墨，其中该组合物具有在10，000s—1的剪切速率下2-5厘泊的 动态粘度。
5.权利要求1的喷墨油墨，其中该组合物具有在1s—1的剪切速率下大于1000厘泊的 动态粘度。
6.权利要求1的喷墨油墨，其中该组合物中的表面活性剂在10重量％以下。
7.权利要求1的喷墨油墨，其中该表面活性剂是氧化油基二甲基胺。
8.权利要求1的喷墨油墨，其中该颜料具有至少0.2μ m的粒径和至少2 g/cm3的密度， 且选自黑色颜料、彩色颜料、白色颜料、金属颜料和珠光颜料。
9.权利要求1的喷墨油墨组合物，其中该颜料是白色颜料且具有0.2-0.5μπι的粒径。
10.权利要求9的喷墨油墨组合物，其中该白色颜料是二氧化钛。
11.权利要求1的喷墨油墨组合物，其中该颜料是珠光颜料且具有5-10μ m的粒径。
12.具有产生粘弹性的表面活性剂与根据权利要求1至11中任一项的喷墨油墨的喷墨 油墨的印刷方法，包括激活喷墨印刷头(24)来喷射该喷墨油墨。
13.根据权利要求12的方法，还包括经由流体导管在喷墨印刷头(24)和供墨容器(18、 20、22)之间建立流体连通。
14.根据权利要求12的方法，还包括在喷墨盒(16)中整体形成的油墨储器(18、20、 22)，该油墨储器(18、20、22)与喷墨印刷头(24)流体连通。
15.用根据权利要求1至11中任一项的喷墨油墨防止喷墨油墨中的颜料沉降的系统， 包括该喷墨油墨；和容纳该喷墨油墨的储器(18、20、22)，该储器(18、20、22)配置与喷墨印刷头流体连通， 该喷墨印刷头(24)具有至少一个布置在其上的流体喷射器(16)。
全文摘要
油墨组合物，包含溶剂体系，分散在该溶剂体系中的颜料；和按足以赋予该油墨组合物在1s-1的剪切速率下大于100厘泊的动态粘度和在10,000s-1的剪切速率下1-10厘泊的动态粘度的量存在的表面活性剂。
文档编号B41J2/175GK102076791SQ200880130003
公开日2011年5月25日 申请日期2008年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者S. 卡巴尔诺夫 A., W. 詹金斯 D., A. 费尔纳 E., G. 米勒 K. 申请人:惠普开发有限公司