专利名称：使热喷墨打印头结垢减至最少的方法
使热喷墨打印头结垢减至最少的方法技术领域
本发明是关于用于热喷墨打印机的喷墨油墨。其发明主要是用于使加热器元件在重复致动后的结垢减至最少。
发明背景
热气泡形成喷墨打印头是通过在包括于喷嘴室中的打印流体中产生一定量的热工作。这种热导致气泡形成，气泡在流体被推动通过喷嘴时最终破裂。气泡破裂接着导致更多流体进入喷嘴室，以供相同过程重新开始。
本申请人已开发出一系列热气泡形成打印头。本申请人的热气泡形成打印头包括具有悬挂式加热器元件的那些打印头(如例如US6, 755, 509 ；US7, 246, 886 ;和 US7, 401，910中所描述，这些文献的内容以引用的方式并入本文)和具有嵌入式加热器元件的那些打印头(如例如 US7, 377，623 ；US7, 431，431 ;US2006/250453 和 US7, 491，911 中所描述，这些文献的内容以引用的方式并入本文)。本领域技术人员将知道热气泡形成打印头的其它设计，如得自Canon和Hewlett-Packard的那些设计。
用于热气泡形成打印头的喷墨油墨一般是包含颜料型或染料型着色剂的水性油墨调配物。几乎所有热喷墨打印头都有的问题是固体沉积物在用于加热油墨的加热器元件上积累-在本技术中称为‘结垢’现象。结垢导致很多问题，是因为其会降低加热器元件的效率，且结垢也可能导致喷嘴失效。包含颜料分散液的喷墨油墨常较易于结垢，但在染料型油墨也有结垢问题，且尤其是任何包含聚合物添加剂的油墨。
结垢问题已通过先前技术中的各种方式解决。在某些喷墨打印机中，结垢是通过使用非喷射驱动脉冲解决，非喷射驱动脉冲会使位于加热器元件上的结垢性沉积物充分瓦解，以清理沉积物。US5, 440，330和US2007/052761描述了使用可用于移除结垢的具体脉冲电压、脉冲宽度、脉冲频率等。但是，这类方法的成效有限且无法用于移除所有类型的结垢。
EP-A-1302321描述了一种经过专门设计以解决结垢问题的打印头。每个油墨喷射装置包括两个由挠性膜分隔的室，从而使第一室用于产生气泡和第二室喷射油墨。压力波自第一室通过可挠性膜传递至第二室，导致液滴射出。这种布局的优势是可将简单不结垢流体(例如，水)用于第一室，以使加热器元件不发生结垢。但是，这种装置较复杂且需占用较大常规气泡形成室更大的打印头面积。
其它减少先前技术中结垢的方法是将添加剂用于喷墨油墨中。例如， US2002/113842描述将醛糖酸添加剂(例如，葡萄糖醛酸)用于颜料型油墨中。描述了自分散颜料和利用聚合性分散剂分散的颜料。但是，报告指出，在不存在醛糖酸添加剂的所有情况中，结垢很多。
EP-A-1279707描述了将有机磷酸添加剂用于减少结垢。
US2008/066644描述了将胺添加剂与两种表面活性剂组合用于减少结垢。
US6，616，273描述了将铜盐添加至油墨，从而将铜离子递送至加热器元件以辅助移除结垢。
US4, 790，880描述 了将冠醚添加至油墨以减少结垢和改善打印品质。
W097/31984描述了含有乙稀基娃丽聚合物的颜料型喷墨油墨，据称可以减少结垢。
需要提供一种通过喷墨油墨，尤其是颜料型喷墨油墨来使加热器兀件结垢减至最少的新颖方式。发明概要
在第一方面中，提供了一种使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的方法，所述方法包括步骤
(i)将喷墨油墨供应至打印头的至少一个喷嘴室；和
(ii)致动喷嘴室中的加热器元件以将一部分油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自连接喷嘴室的喷嘴开口射出，其中油墨包含具有低于约100°c的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物，丙烯酸系聚合物使加热器元件结垢减至最少。
本发明通过调配含有如本文中所描述的指定类型的丙烯酸系聚合物的喷墨油墨来实现最少结垢。
任选地，加热器元件致动至少1000万次，或任选地，至少2000万次，且展现较不存在丙烯酸系聚合物的油墨少的结垢。根据本发明的油墨展现较无聚合物的类似油墨和含有玻璃转变温度(Tg)为约100°c或更高的丙烯酸系聚合物的油墨少的结垢。
油墨包含着色剂，着色剂可以是颜料或染料。任选地，油墨包含颜料，该颜料可以是自分散和/或表面改性颜料。换言之，油墨可以包含颜料，该颜料不需要任何聚合性分散剂来分散于水性油墨媒介中。
任选地，丙烯酸系聚合物是烯烃-丙烯酸系共聚物,如苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
任选地，苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有低于约90°C的Tg。任选地，苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在约O至60°C范围内，或任选地，在约10至50°C范围内的Tg。
任选地，苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在100至300mgK0H/g范围内，或任选地，在 100至180mgK0H/g范围内的酸值。
任选地，油墨媒介是水性油墨媒介，其一般含有至少50重量％水。
任选地，油墨媒介包含以介于5重量％至40重量％范围内的量存在的至少一种溶剂。
任选地,油墨媒介包含以介于O.1重量％至5重量％范围内的量存在的至少一种表面活性剂。
任选地，所述至少一种溶剂是选自由以下物质组成的组乙二醇、甘油和2-吡咯烷酮。例如，所述溶剂可以包含乙二醇、甘油和2-吡咯烷酮的混合物。
任选地,颜料是以介于O. 01至25重量任选地,0.1至10重量％范围内的量存在。
任选地,丙烯酸系聚合物是以介于O.1至15重量％ ,或任选地,O. 2至10重量或任选地O. 5至5重量％范围内的量存在。
在第二方面中， 提供丙烯酸系聚合物添加剂在喷墨油墨中的用途，其用于使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少，其中丙烯酸系聚合物具有低于约100°c的玻璃转变温度(Tg)。第二方面的各种任选实施方案可以根据与上述第一方面有关的那些任选实施方案。
在第三方面中，提供使热喷墨打印头中的加热器元件的结垢减至最少的喷墨油墨，油墨包含
油墨媒介；
自分散着色剂；和
具有低于约100°C的玻璃转变温度的苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
根据第三方面的喷墨油墨至今尚属未知，因为自分散着色剂凭其真正的属性而无需任何聚合性分散剂以调配至喷墨油墨中。但是，使用特定丙烯酸系聚合物以辅助减少结垢意味着根据第三方面的油墨提供了超越不含丙烯酸系聚合物的油墨的显著优势。
任选地，自分散着色剂是表面改性颜料。任选地，表面改性颜料包含表面磺酸酯基团或表面羧酸酯基团。颜料可以呈黑色、青色、品红色、黄色、红色、绿色、蓝色、红外吸收等。
第三方面的各种其它任选实施方案可以根据与上述第一方面有关的那些任选实施方案。
在第四方面中，提供用于热喷墨打印头的油墨盒，油墨盒含有根据第三方面的喷墨油墨。热喷墨打印头可以与根据第四方面的油墨盒整合在一起。
在第五方面中，提供一种喷墨打印机，其包括与含有根据第三方面的喷墨油墨的油墨槽流体连通的热喷墨打印头。
任选地，热喷墨打印头包括复数个含有油墨的喷嘴室，每个喷嘴室包括悬挂或嵌埋于喷嘴室中的加热器元件，加热器元件被配置用来将一部分油墨加热至足以形成气泡的温度和从而使油墨液滴自喷嘴室射出。在本文中描述具有悬挂式加热器元件的热喷墨打印头的实例。本领域技术人员熟知其它类型的热喷墨打印头。
附图简述
本发明的任选实施方案现将通过实例的方式，仅参照附图进行描述，其中
图1是热喷墨打印头的一部分的透视图2是图1中所显示的喷嘴组装件中的一个的侧视图3是图2中所显示的喷嘴组装件的透视图；和
图4是热喷墨打印引擎的立体图。
具体实施方式
如本文中所使用，术语“丙烯酸系聚合物”意指任何类型的丙烯酸系聚合物树脂， 包括丙烯酸系均聚物、丙烯酸系共聚物、丙烯酸系三聚物等。丙烯酸系聚合物可以由任何适宜丙烯酸系单体，如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等形成。
本发明采用包含丙烯酸系聚合物的喷墨油墨，丙烯酸系聚合物具有低于约100°C 的玻璃转变温度(Tg)。这类丙烯酸系聚合物已由本申请人指出可用于使热喷墨打印头中的加热器元件的结垢减至最少。至今，已知加热器元件结垢主要是由许多喷墨油墨中所包含的非挥发性聚合物分散剂导致。常将聚合性分散剂添加至喷墨油墨以辅助颜料分散。出乎意料的是，包含特定类型丙烯酸系聚合物相比于不含这类丙烯酸系聚合物的油墨和/或不含任何聚合物添加剂的油墨产生较少加热器元件结垢。加热器元件在至少1000万次液滴射出或至少2000万次液滴射出后的视觉对比显示本发明中所采用的油墨与不含聚合物的油墨存在显著差异。特定而言，当油墨含有具有低于约100°C的Tg的丙烯酸系聚合物时，所观察到的结垢明显少于不含聚合物的油墨。这是令人惊讶的结果，因为至今仍认为聚合物是导致热喷墨打印头结垢的主要原因。
本发明可以与任何类型油墨(如染料型油墨或颜料型油墨)组合。但是，颜料型油墨最有利于减少结垢。
在传统颜料型油墨的情况中，可以将具有低于约100°C的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物用于分散颜料和减少结垢。换句话说，使用这类丙烯酸系聚合物时无需添加其它结垢减少添加剂，是因为丙烯酸系聚合物可用作传统颜料的分散剂且同时使结垢减至最少。
在自分散着色剂(一般无需任何聚合性分散剂)的情况中，添加具有低于约100°C 的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物可以单独用于减少结垢。自分散着色剂包括染料和表面改性颜料，这两种物质是本领域技术人员所熟知的。将更详细地描述用于本发明中的喷墨油墨的每种组分。
丙烯酸系聚合物
丙烯酸系聚合物一般是丙烯酸系共聚物，如烯烃-丙烯酸系共聚物。最优选的是苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
丙烯酸系聚合物的玻璃转变温度(Tg)低于100°C，任选地，低于90°C，和任选地， 低于60°C。当丙烯酸系聚合物是具有在O至50°C，或任选地，5至30°C范围内的Tg的苯乙烯-丙烯酸系聚合物时，观察到最优结垢结果。
丙烯酸系聚合物一般具有在100至300mgK0H/g范围内，或任选地，在100至 180mgK0H/g范围内的酸值。
丙烯酸系聚合物可以具有在3000至15，000g/mol范围内的分子量。Joncryl HPD 296和Joncry_EC0 684(可购自BASF)是苯乙烯-丙烯酸系共聚物的两个实例，这两种物质可以用于本发明中。
丙烯酸系聚合物一般是以O.1重量％至15重量％，任选地，O. 2重量％至10重量％，或任选地，O. 5重量％至5重量％范围内的量存在于油墨中。
着色剂
如上所述，着色剂可以是染料型着色剂或颜料型着色剂，但颜料最有利于减少结垢。染料和表面改性颜料是自分散着色剂，在某程度上而言，其不需要任何聚合性分散剂以分散 至常见油墨媒介中。根据本发明的新颖喷墨油墨包含自分散着色剂、上述丙烯酸系聚合物和油墨媒介。
喷墨着色剂已为本领域技术人员熟知且根据本发明减少结垢的方法不限制于任何特定类型的染料或颜料。
适宜用于本发明方法中的传统颜料可以是无机颜料或有机颜料。实例是炭黑、镉红、钥红、铬黄、镉黄、钛黄、氧化铬、铬绿、钛钴绿、群青蓝、普鲁士蓝、钴蓝、二酮吡咯并-吡咯、蒽醌、苯并咪唑酮、蒽素嘧啶、偶氮颜料、酞菁颜料(包括萘酞菁颜料)、喹吖啶酮颜料、 异吲哚啉酮颜料、二恶嗪颜料、阴丹士林颜料、茈系颜料、芘酮颜料、硫靛颜料、喹啉黄颜料和金属错合物颜料。颜料的一些具体实例是Pigment 15:3、Pigment V19、Pigment Y151和 Pigment PK_7。
适宜用于本发明中的染料包括偶氮染料、金属错合物染料、萘酚染料、蒽醌染料、 靛蓝染料、正碳染料、醌亚胺染料、咕吨染料、花青染料、喹啉染料、硝基染料、亚硝基染料、 苯醌染料、萘醌染料、酞菁染料(包括萘酞菁染料)和金属酞菁染料(包括金属萘酞菁染料)。染料的一些具体实例是 Solvent red 8、Solvent blue 70、Solvent yellow 82 和 Solvent black 27。
表面改性颜料是已通过表面阴离子基团或表面阳离子基团改性的颜料。常见表面改性基团是羧酸酯和磺酸酯基团。式(i)显示羧酸酯改性黑色颜料，而式(ii)显示磺酸酯改性彩色颜料。但是，也可以使用其它表面改性基团，如阴离子磷酸酯基团或阳离子铵基团。
权利要求
1.一种使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的方法，所述方法包括步骤 (i)将喷墨油墨供应至所述打印头的至少一个喷嘴室；和 ( )致动所述喷嘴室中的加热器元件以将一部分所述油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自与所述喷嘴室连接的喷嘴开口射出， 其中所述油墨包含具有小于约100°C的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物，所述丙烯酸系聚合物使所述加热器元件结垢减至最少。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热器元件被致动至少1000万次并展现比不存在所述丙烯酸系聚合物的油墨少的结垢。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述油墨包含颜料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述颜料是自分散表面改性颜料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述丙烯酸系聚合物是烯烃-丙烯酸系共聚物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述丙烯酸系聚合物是苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在O至60°C范围内的Tg。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在100至300mgK0H/g范围内的酸值。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述苯乙烯-丙烯酸系共聚物具有在100至180mgK0H/g范围内的酸值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述油墨媒介是水性油墨媒介。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述油墨媒介包含至少一种以介于5重量％至40重量％之间的量存在的溶剂；至少一种以介于O.1重量％至5重量％之间的量存在的表面活性剂；和水。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一种溶剂是选自由以下溶剂组成的组乙二醇、甘油核2-吡咯烷酮。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述颜料是以介于O.01至25重量％之间的量存在而所述丙烯酸系聚合物是以介于O.1至15重量％之间的量存在。
14.一种丙烯酸系聚合物添加剂在喷墨油墨中的用途，其用于使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少，其中所述丙烯酸系聚合物具有小于约100°C的玻璃转变温度(Tg)。
15.一种使热喷墨打印头中的加热器兀件结垢减至最少的喷墨油墨，所述油墨包含 油墨媒介； 自分散着色剂；和 具有小于约100°C的玻璃转变温度(Tg)的苯乙烯-丙烯酸系共聚物。
16.根据权利要求15所述的喷墨油墨，其中所述自分散着色剂是表面改性颜料。
17.根据权利要求15所述的喷墨油墨，其中表面改性颜料包含表面磺酸酯基团或表面羧酸酯基团。
18.一种热喷墨打印头的油墨盒，所述油墨盒含有根据权利要求15所述的喷墨油墨。
19.一种喷墨打印机，其包括与含有根据权利要求15所述的喷墨油墨的油墨槽流体连通的热喷墨打印头。
20.根据权利要求19所述的喷墨打印机，其中所述热喷墨打印头包括多个含有所述油墨的喷嘴室，每个喷嘴室包括悬挂或嵌埋在所述喷嘴室中的加热器元件，所述加热器元件被配置用来将一部分所述油墨加热至足以形成气泡的温度并从而使所述油墨液滴自所述喷嘴室射出。
全文摘要
一种使热喷墨打印头中的加热器元件结垢减至最少的方法。所述方法包括步骤(i)将喷墨油墨供应至打印头的喷嘴室；和(ii)重复地致动喷嘴室中的加热器元件以将一部分油墨加热至足以在其中形成气泡的温度，从而导致油墨液滴自连接喷嘴室的喷嘴开口射出。油墨包含具有低于约100℃的玻璃转变温度(Tg)的丙烯酸系聚合物，聚合物尽可能减少加热器元件结垢。
文档编号C09D11/02GK103038295SQ201080065820
公开日2013年4月10日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者阿德里安·比森, 罗杰·迈克尔·戴维, 亚历山大·格兰特, 达蒙·唐纳德·里德利, 基亚·西尔弗布鲁克, 斯蒂文·卡特 申请人:扎姆泰科有限公司