专利名称：使用阳离子表面活性剂改善染料基喷墨油墨的打印质量的制作方法
技术领域：
本发明广义涉及喷墨打印领域，尤其涉及一种用于改善染料基油墨在普通纸上的打印质量，特别是边缘参差不齐/边缘清晰度的特殊油墨配方。
背景技术：
喷墨打印是一种非打击式打印方法，其中墨滴按特定顺序沉积在打印基质上，在基质上形成字母数字字符、区域填充、以及其他图案。喷墨打印机与其他联用计算机的打印机相比，因成本低、硬拷贝输出质量高、操作相对无噪音，正成为替代趋势。尽管目前较为成功，但仍继续着深入的研究和开发，以进一步提高喷墨打印质量。对喷墨打印尤其是照相打印领域剧增的兴趣导致对在成本合理的情况下实现高质量打印的需求。挑战仍在于进一步改善喷墨打印的打印质量。正在兴起的用于数码照片的喷墨打印要求具有精确彩色、能够耐久、且不显示色带的高分辨率图像。本发明发现，通过加入黑色可提高图像暗色区域的清晰度，因此，需要一种黑色油墨，以得到最佳效果。
为了普通纸上的文字质量，优选黑颜料，因为染料基油墨存在沿着纸纤维的毛细作用降低边缘清晰度的倾向。然而，黑颜料和染料基彩色不能结合用于在照片基质上得到优异的图像质量。改善染料基黑色油墨的边缘清晰度/文字质量能够使一种黑色既用于普通纸文字又用于照片基质上的图象。
本发明还涉及一种通过使用阳离子表面活性剂改善染料基黑色油墨在普通纸上的边缘清晰度的方法。
如Hewlett-Packard公司生产的DesignJet打印机等彩色喷墨打印机通常使用三种不同色相的油墨品红、黄和青，以及任选的黑。用于制造油墨的特定系着色剂如染料称为“原色染料系”。一系列颜色如合成色可通过不同组合的原色染料系来得到。
一般来说，成功的彩色喷墨打印用油墨组必须与喷墨笔和打印系统匹配。喷墨油墨需要具有的一些性质包括油墨溶液稳定性好、粘度适当、表面张力适当、与打印头部件无有害性反应、染料在媒介中的溶解性高、对消费者安全、颜色饱和度高。油墨的另一期望的高性能是能够在相纸和普通纸上的毛细现象最小化的高清晰度字符。
已知的油墨具有上述性质中的一个或多个性质。然而，油墨很少具有上述性质中的所有性质，因为改善一个性质经常导致另一个性质降低。因此，多数商业用油墨都是一种权衡的结果，使上述每个因素至少有适当的解决。例如，已知油墨可以得到与卤化银打印相当的色域，但是，通过软件操作才能获得打印轮廓分明且清晰字体所要求的清晰且平滑的边缘形貌。因此，仍需要研发具有改进的性能且一种性能的提高不以其它性能为代价的油墨组合物。因此，本领域中的需要在不牺牲打印笔性能和可靠性的情况下进一步改善打印质量和喷墨打印的稳定性，并减少打印机和软件设计的复杂性。
发明内容
本发明提供了一种适用于喷墨油墨的油墨及其配制方法。已发现，通过使用直链阳离子型表面活性剂和短链醇或二元醇使某些阴离子型染料结合而产生协同效应。这种结合为提供优异的打印性能、尤其是普通纸(粘合、纯棉纤维、复印纸)上平滑且边缘清晰的文字质量及良好的油墨稳定性的油墨配方提供了一个基础。本发明油墨由于改善边缘清晰度，在普通纸上能够得到更好的文字质量。
本发明的油墨由于加入阳离子表面活性剂而具有显著更高的粘度(约5～约8cps)。
为了减少油墨结壳，经常在油墨媒介中添加醇和直链烷烃二醇作为湿润剂。然而，单独增加湿润剂通常增加线宽并助长所得油墨的毛细现象。奇怪的是，所选择的醇类或烷烃二醇类和阳离子型表面活性剂之间产生的协同效应使配方非常稳定，该配方允许配制者将阴离子型着色剂与阳离子型表面活性剂结合在一起而不会从溶液中沉淀或“彻底分离(crashing)”出着色剂。过去，普遍使用一种阴离子型油墨和一种阳离子型油墨或其他的溶液来控制渗出(bleed)。在这种情况下，当两种流体接触到打印基质时，阴离子着色剂将沉淀，从而使着色剂固定在打印品表面上。现在已经发现能配制一种含有阴离子和阳离子而不引起着色剂沉淀的稳定溶液。此外，不受任何理论限制，据信阴离子着色剂中加入阳离子表面活性剂会增大油墨的粘度，其延迟点扩散，导致更清晰的边缘。这种配方可以很好地在任何常规纸介质上起作用。
本发明实施方案中，每种染料基含水油墨在彩色油墨配方中包含约0.1～约20重量％的至少一种阴离子染料、约1～约30重量％的至少一种短链醇或二元醇、和约0.5～约6重量％的至少一种阳离子型表面活性剂。另外可以进一步加入其他独立选择的成分，包括缓冲剂、杀生物剂、金属螯合剂；以及平衡水。
本发明尤其适用于提高文字的边缘清晰度，且同样特别有益于染料基黑色油墨。虽然该方法同样对青、品红和黄染料和任何其他染料有效，但目前彩色文字的边缘清晰度并没有作为重要因素来考虑。
具体实施例方式
虽然说明书与权利要求书特别指出并清楚要求了本发明涉及的内容，但通过下面的发明详述能够更容易确定本发明的优点。
如果没有特殊说明，这里所有的浓度为总油墨组合物的重量百分比。所有成分的纯度是正常商业习惯中用于喷墨油墨的纯度。
本领域技术人员可以认识到其它没在这里特别公开的实施方案也在本发明权利要求所述范围内。
着色剂本发明实施方案中，在彩色油墨配方中每种染料基含水油墨包含约0.1～约20重量％的至少一种阴离子染料。
染料无论水溶性或非水溶性的染料都可用于本方发明的实施方案。水溶性染料举例有磺酸盐和羧酸盐染料，具体地是常用于喷墨打印的那些。具体举例有直接黑168、K1334、磺酸若丹明(Sulforhodamine)B(磺酸盐)、酸性蓝113(磺酸盐)、酸性蓝29(磺酸盐)、酸性红4(磺酸盐)、孟加拉玫瑰红(羧酸盐)、酸性黄17(磺酸盐)、酸性黄29(磺酸盐)、酸性黄42(磺酸盐)、吖啶黄G(磺酸盐)，均由Aldrich化学药品公司提供。非水溶性染料具体举例有偶氮染料、呫吨染料、次甲基染料、多次甲基染料、蒽醌染料。非水溶性染料具体举例有Ciba-Geigy Orasol蓝GN、Ciba-GeigyOrasol粉和Ciba-Geigy Orasol黄。可以使用任何一种可得到的并与本发明的配制成分兼容的染料作为着色剂。
媒介本发明的油墨包含含有下列成分的含水媒介(以总油墨组合物的重量％计)约1～约30重量％、优选约5～约20重量％的至少一种短链醇或二元醇。醇或二元醇优选具有碳原子数约等于或小于7的碳链。醇优选使用3-吡啶甲醇。另外，溶剂优选2-吡咯烷酮。本发明中阳离子表面活性剂含量占油墨配方的约0.5～约6重量％，优选约1～约5重量％。由于溶解性限制，更优选首基碳原子数为约8～约18的阳离子表面活性剂。另外，可以加入其他独立选择的组分，每种组分含量最高为3重量％(0～约3％)，包括缓冲剂、杀生物剂、金属螯合剂，以及平衡水。
醇可以使用任何碳原子数少于7的直链或支链的一元或二元醇，优选碳原子数约3～约7。两种优选使用的醇/二元醇溶剂是异丙醇和无支链乙二醇醚。
阳离子表面活性剂尽管可以使用任何首基碳原子数为约8～18的阳离子表面活性剂，但优选的表面活性剂含有如下结构R-N(R1，R2，R3)其中R碳原子数可为约8～18，R1、R2、R3碳原子数可为1～4，可以是任意结合。
缓冲剂本发明的油墨任选地含有0～约3重量％的缓冲剂。更优选油墨中含有约0.1～约0.5重量％的缓冲剂，最优选浓度为约0.1～约0.3重量％。
本发明实施方案中用于调节pH的缓冲剂可以是有机生物缓冲剂或无机缓冲剂，优选有机生物缓冲剂。此外，本发明实施方案中使用缓冲剂应保持pH为约3～约9，优选约6.5～约8，最优选约7.2～约7.8。优选使用的缓冲剂具体举例有Trizma Base，由如Aldrich Chemical(Milwaukee，Wis.)公司提供，4-吗啉乙烷磺酸(MES)、b-羟基-4-吗啉丙烷磺酸(MOPSO)、4-吗啉丙烷磺酸(MOPS)。本发明实施方案中最优选使用Trizma Base。
金属螯合剂本发明的油墨任选地含有0～约3重量％的金属螯合剂。更优选油墨中含有约0.1～约0.5重量％的金属螯合剂，最优选浓度为约0.1～约0.3重量％。
金属螯合剂用于结合可存在于油墨中的金属离子。优选使用的金属螯合剂具体举例有乙二胺四乙酸(EDTA)，二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)，反式1，2-二胺基环己烷四乙酸(CDTA)，(亚乙二氧基)二亚乙基二次氮基四乙酸(EGTA)，或者其他能够结合金属阳离子的螯合剂。更优选EDTA和DTPA，本发明实施方案中最优选使用EDTA的二钠盐。
杀生物剂本发明的油墨任选地含有0～约3重量％的杀生物剂。更优选油墨中含有约0.1～约0.5重量％的杀生物剂，最优选浓度为约0.1～约0.3重量％。
本发明实施方案中可以使用任何通常用于喷墨油墨的杀生物剂，如Nuosept 95，由Huls America(Piscataway，N.J.)提供；Proxel GXL，由Zeneca(Wilmington，Del.)提供；和戊二醛，由Union Carbide公司(Bound Brook，N.J.)提供，商标名为Ucarcide 250。优选杀生物剂Proxel GXL。这里公开的特定油墨组是期望在喷墨彩色打印中找到商业用途。
实施例本发明实施方案中配制了油墨，并为了对获得的优点进行评价而测定所配制油墨的不同性质，也就是粘度和边缘清晰度。
表1油墨配方
注EDTA是乙二胺四乙酸；DDI水是蒸馏去离子水；通过KOH调节媒介pH至7.2～7.3；MOPS是4-吗啉丙烷磺酸；使用了首基碳原子数为8～18的多种阳离子表面活性剂。
权利要求
1.一种喷墨油墨，其含有一种阴离子着色剂、一种直链阳离子表面活性剂和一种选自短链醇、二元醇及其组合的成分。
2.如权利要求1所述的喷墨油墨，其中油墨粘度为5～8cps。
3.如权利要求1所述的喷墨油墨，其中所述的阴离子着色剂含量占油墨组合物的约0.1～约20重量％，所述的阴离子着色剂优选黑色染料。
4.如权利要求1所述的喷墨油墨，其中所述的阳离子表面活性剂含量占组合物的0.5～6重量％，所述的短链醇或二元醇含量占组合物的1～30重量％，并且其中所述的油墨另外含有选自缓冲剂、杀生物剂、金属螯合剂、水和它们的混合物的成分。
5.如权利要求1所述的喷墨油墨，另外含有2-吡咯烷酮。
6.如权利要求1所述的喷墨油墨，其中所述的短链含有7个或更少的碳。
7.如权利要求1所述的喷墨油墨，其中所述的短链选自异丙醇、非支链乙二醇醚和它们的混合物。
8.如权利要求1所述的喷墨油墨，其中所述的阳离子表面活性剂含有的首基碳原子数为8～18。
9.如权利要求8所述的喷墨油墨，其中所述的阳离子表面活性剂结构为R-N(R1，R2，R3)其中R碳原子数可为8～18，R1、R2、R3碳原子数可为1～4。
10.一种可使打印文字边缘清晰且平滑的方法，包括用油墨进行打印，该油墨含有一种阴离子着色剂、一种直链阳离子着色剂和一种选自短链醇、二元醇和它们的组合的成分。
11.如权利要求10所述的方法，其中油墨粘度为5～8cps。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述的阴离子着色剂是一种黑色染料，其含量占组合物的0.1～20重量％。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述的阳离子表面活性剂含量占组合物的0.5～6重量％。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述的短链醇或二元醇含量占组合物的1～30重量％。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述的油墨另外含有选自缓冲剂、杀生物剂、金属螯合剂、水和它们的混合物的成分。
16.如权利要求10所述的方法，另外包括选自3-吡啶甲醇、2-吡咯烷酮和它们的混合物的溶剂。
17.如权利要求10所述的方法，其中所述的短链含有碳原子数等于或少于7，并优选选自异丙醇、非支链乙二醇醚和它们的混合物。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述的阳离子表面活性剂含有的首基碳原子数为8～18。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述的阳离子表面活性剂结构为R-N(R1，R2，R3)其中R碳原子数为8～18，R1、R2、R3碳原子数为1～4。
全文摘要
一种油墨，可提供在介质上具有清晰且平滑边缘的文字打印和改善的总体打印质量的具有优异图像的优质喷墨打印。每种含水油墨含有一种阴离子着色剂(CMYK)、一种短链醇或二元醇和一种阳离子表面活性剂。
文档编号C09D11/00GK1475536SQ0314368
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月30日 优先权日2002年7月30日
发明者H·P·劳夫, J·R·莫法特, H P 劳夫, 莫法特 申请人:惠普公司