用于最小化重影伪影的喷墨油墨的制作方法

发明领域本发明涉及一种喷墨油墨。其开发主要是为了最小化热喷墨打印头中的结垢，尤其是在新的打印头的初始预烧期期间导致降低的图像强度的结垢。发明背景本发明的申请人已经开发了相当多的使用固定的打印头的高速喷墨打印机，所述打印头延伸跨越介质宽度。相比之下，大多数其他类型的喷墨打印机利用横越所述介质宽度的扫描打印头。与传统类型的喷墨打印头相比，高速页宽打印必然对于打印头的设计有另外的需求。喷嘴装置必须具有自冷却设计、高油墨再填充速率和高热效率。为此目的，本技术人已经开发了一系列热气泡形成式打印头，包括具有悬挂式电阻加热器元件的那些(如描述于例如us 6,755,509；us 7,246,886；us 7,401,910；和us 7,658,977中，这些专利的内容通过引用并入本文)以及具有嵌入式(“结合式”)电阻加热器元件的那些(如描述于例如us 7,377,623；us 7,431,431；us 9,950,527；us 9,283,756和us 9,994,017中，这些专利的内容通过引用并入本文)。喷墨油墨需要平衡各种特性以控制多种不同的性能特征，如打印头寿命、喷嘴脱水、喷嘴再填充速率、干燥时间、打印质量和打印耐久性。在过去30年左右的时间里，油墨配制品化学家已经开发出用于调节油墨性能的配制品“工具(lever)”库。例如，颜料分散体、共溶剂、表面活性剂和其他油墨添加剂的变化可用于控制油墨性能。然而，通常情况是，试图通过改变油墨配制品来改善一种性能特征对另一种性能特征具有有害影响。因此，油墨配制品的目的是提供一种在给定的使用情况下具有可接受的特性平衡的油墨。热喷墨喷嘴装置尤其对油墨特性要求很高。产生非常高的温度和压力的mems喷嘴腔室内的恶劣环境对油墨提出了更高的要求。对于含有聚合物分散剂的颜料基油墨来说，油墨与电阻加热器元件之间的相互作用典型地导致结垢-描述颜料和/或聚合物颗粒在加热器元件上的沉积的术语。结垢程度，以及随之发生的打印质量的变化，受到油墨配制品和加热器元件的表面特征两者的影响。结垢典型地导致被传送到油墨的能量减少，导致液滴喷射速度降低(有时在本领域中称为‘减速’)和/或液滴体积更小，这典型地表现为在打印图像中较低的图像强度(如通过l*值所测量)。结垢可能是永久的-在打印头的寿命内逐渐地集聚；短暂的-在打印期间暂时地沉积在加热器元件上，并且然后在打印作业之间重置；或半永久的-在打印头的初始‘预烧’期内沉积和重新分散，直至打印头中的所有喷墨喷嘴都具有相对稳定的液滴喷射特征。典型地，所有三种类型的结垢相互作用并且在某种程度上影响对于任何给定打印作业的打印头的性能。如本文所用，术语‘重影’或‘重影伪影’用于描述在打印头的初始预烧期内(典型地1至5000万次喷射)展现出较低的l*值的类型的半永久的结垢。打印图像中所谓的重影伪影的程度取决于新的打印头中的喷嘴使用。如果在初始期期间(例如当打印实心竖直杆时)仅使用一组喷嘴，则那组喷嘴将倾向于比未使用的喷嘴具有相对更多的结垢。相应地，当随后使用打印头的所有喷嘴打印连续色调图像时，与初始未使用的喷嘴相比，初始使用的具有相对更多的结垢那组喷嘴将在打印连续色调图像中展现出较低的l*值(借助于较低的液滴体积)。这表现为‘重影’伪影，由此初始使用的喷嘴的‘重影’在打印连续色调图像中以较低的l*值(即较低的图像强度)的形式可见。奇怪的是，这一趋势随着时间推移而逆转，由此初始使用的喷嘴组恢复到一定程度(推测通过半永久的结垢中的至少一些的重新分散)，并且初始未使用的喷嘴经历其预烧期。数百万次喷射(例如1至5000万次喷射)后，打印头中的所有喷嘴通常达到稳定状态，从而具有相对一致的液滴体积和l*值。然后，打印头中的所有喷嘴将典型地在其数十亿液滴喷射的寿命内持续执行。如上所述的，除了油墨特征以外，结垢也可能受到加热器元件的表面特征的影响。例如，加热器表面上的微观表面污染物可以作为结垢沉积的种子。2020年6月1日提交的美国申请号16/889,734(其内容通过引用并入本文)描述了一种晶圆处理工艺，该工艺最小化了微观无机污染物对mems结构的污染。尽管晶圆处理工艺的改善可以有助于减轻所谓的‘重影’伪影，但是仍然需要通过改善油墨配制品来最小化此类伪影。热喷墨打印头中的最小化结垢的现有技术方法通常集中于磷酸盐和相关盐的使用，据信其有助于排斥加热器表面上的结垢物种。例如，us8,770,736、us 6,592,657和us6,533,851(转让给惠普公司(hewlett-packard company))描述了磷酸酯表面活性剂、膦酸和膦酸酯盐用于减少结垢的用途。类似地，us 6,902，264(转让给佳能株式会社(canonkabushiki kaisha))描述了多磷酸用于减少结垢的用途。然而，磷酸盐型添加剂在使聚合物分散体不稳定方面是不利的。分散体的不稳定化典型地导致颜料的絮凝和长期储存问题。us 5,169,437(转让给惠普公司)描述了乙氧基化的甘油保湿剂用于在热喷墨打印头中减少结垢的用途。尽管某些现有技术的添加剂对于减少一些热喷墨打印头中的永久结垢可以是有效的，但是还未发现此类添加剂在减少导致如上所述的所谓的“重影”伪影的结垢的类型方面特别有效。因此，期望提供一种油墨，其最小化在打印头的初始“预烧”期期间由半永久的和/或短暂的结垢引起的打印伪影。进一步希望的是此类油墨含有不会干扰油墨特性的整体平衡的成分。

背景技术：

技术实现思路

1、在第一方面，提供了一种喷墨油墨，其包含：

2、油墨载体；

3、聚合物；

4、表面活性剂包，其包含具有在5至10的范围内的hlb值的乙氧基化的炔属非离子表面活性剂；以及

5、具有式(i)的aba型双烷氧基化的硅酮化合物：

6、

7、其中：

8、a是1、2、3、4或5；

9、r1和r2各自独立地是具有式(ii)的部分：

10、

11、p是1、2、3、4或5；

12、q是0至200；

13、r是0至200；

14、q+r大于1；并且

15、油墨的表面张力在26至31mn/m的范围内。

16、根据第一方面的油墨有利地改善了热喷墨打印头中的‘重影’性能，推测是通过在打印头的初始预烧期期间改善加热器上的半永久的和/或短暂的结垢，如下面更详细地解释的。

17、优选地，p是3；q≠0；r≠0。例如，q可以是1至100并且r可以是1至100。例如，aba型双烷氧基化的硅酮化合物可以具有式(iv)：

18、

19、可商购的根据式(iv)的aba型双烷氧基化的硅酮化合物的具体的实例是dowcorning additive 8526。

20、优选地，具有式(i)的化合物具有在4000至10,000g/mol、或优选6000至8000g/mol的范围内的分子量。

21、优选地，aba型双烷氧基化的硅酮化合物以范围从0.1至1wt.％的量存在。有利地，具有式(i)的aba型双烷氧基化的硅酮化合物具有相对低的表面活性，并且可以以足够的量添加以辅助减少结垢(以及改善打印油墨的耐久性)，对油墨的表面张力产生最小的影响。

22、表面张力范围适用于在高频打印(例如15khz打印或更高)期间快速的喷嘴腔室再填充。因此，需要仔细地选择和控制存在于油墨中的表面活性剂及其量。优选地，油墨的表面张力在27至30mn/m的范围内。

23、优选地，油墨含有小于0.1wt.％的具有式(iii)的耙型单烷氧基化的硅酮化合物：

24、

25、其中：

26、b和c各自独立地是1、2、3、4或5；

27、r3各自独立地是如上所定义的具有式(ii)的部分。

28、具有式(iii)的耙型硅酮具有高表面活性度，并且因此不能以大于约0.1wt.％的量使用，同时满足26至31mn/m的必要的油墨表面张力范围。

29、在一些实施例中，油墨包含两性离子化合物，如氨基酸。优选地，两性离子化合物是甘氨酸。据信两性离子化合物有助于通过在加热器表面处的双层效应排斥带电荷的结垢聚合物物种(例如苯乙烯-丙烯酸)聚合物。优选地，两性离子化合物以在0.05至1wt.％、更优选地0.05至0.5wt.％的范围内的量存在。

30、在一些实施例中，表面活性剂包包含阴离子表面活性剂，据信该阴离子表面活性剂也有助于排斥结垢聚合物物种。合适的阴离子表面活性剂的优选的实例是如描述于us2020/0062982中的磺酸盐表面活性剂(例如二(c6-30烷基)磺基琥珀酸钠盐)，其内容通过引用并入本文。在下文中描述了其他类型的阴离子表面活性剂。优选地，阴离子表面活性剂以在0.05至1wt.％、更优选地0.05至0.5wt.％的范围内的量存在。

31、聚合物可以是离子聚合物(例如带阴离子电荷的聚合物)，如适用于分散颜料的苯乙烯-丙烯酸聚合物。

32、典型地，油墨含有通过聚合物分散的颜料。然而，在一些实施例中，油墨可以是，例如，含有聚合物但不含有任何着色剂的粘合剂流体，如颜料。

33、在油墨中包含乙氧基化的炔属非离子表面活性剂以与具有式(i)的烷氧基化的硅酮化合物组合，提供优异的重影性能。优选地，乙氧基化的炔属非离子表面活性剂以在0.2至1.5wt.％、更优选地0.4至1.2wt.％的范围内的量存在。优选地，乙氧基化的炔属非离子表面活性剂和具有式(i)的烷氧基化的硅酮化合物的总量为至少0.8wt.％、至少1wt.％，或优选地在0.8至1.5wt.％的范围内。

34、优选地，乙氧基化的炔属非离子表面活性剂具有在7至9的范围内的hlb值。

35、出人意料地，非乙氧基化的非离子表面活性剂(如描述于us 2020/0062982中的硫醚表面活性剂)即使与具有式(i)的烷氧基化的硅酮化合物组合使用，也具有相对较差的重影性能。

36、优选地，表面活性剂包进一步包含聚(氧乙烯)烷基醚表面活性剂。聚(氧乙烯)烷基醚有助于使油墨中的乙氧基化的炔属表面活性剂稳定化，并且最小化可能因使用相对高的hlb表面活性剂而导致的潜在的相分离。优选地，聚(氧乙烯)烷基醚表面活性剂以在0.05至0.5wt.％的范围内的量存在。

37、在优选的实施例中，油墨包含：根据式(i)的aba型双烷氧基化的硅酮、具有在5至10的范围内的hlb值的乙氧基化的炔属非离子表面活性剂、聚(氧乙烯)烷基醚表面活性剂和以下项中的至少一种：两性离子化合物和阴离子表面活性剂。在一个优选的实施例中，油墨含有两性离子化合物和阴离子表面活性剂两者。

38、优选地，油墨载体包含水和一种或多种共溶剂。

39、优选地，油墨包含一种或多种选自由以下组成的组的共溶剂：二醇醚、三乙二醇和甘油

40、典型地，油墨具有大于7、大于8或大于9的ph。

41、在第二方面，提供了一种最小化喷墨喷嘴装置中电阻加热器元件的结垢的方法，该方法包括：

42、向喷墨喷嘴装置供给如上所述的喷墨油墨；以及

43、致动加热器元件,

44、其中，表面活性剂包和具有式(i)的化合物一起最小化聚合物在金属氧化物表面上的结垢。

45、典型地，加热器元件具有与油墨接触的金属氧化物表面。

46、在第三方面，提供了一种打印机，其包括：

47、打印头，该打印头具有多个喷墨喷嘴装置；以及

48、与打印头处于流体连通的油墨储存器，该油墨储存器含有如上所述的油墨。

49、典型地，每个喷墨喷嘴装置包含具有金属氧化物表面的电阻加热器元件。

50、本文使用的术语“烷基”是指直链和支链形式的烷基，典型地具有从1至30个碳原子。除非另有说明，否则烷基还可以插入有1、2或3个双键和/或三键。然而，术语“烷基”通常是指没有双键或三键插入的烷基。术语“烷基”通常是指非环状烷基，但是它也可以包括环烷基。

51、本文提及双烷氧基化的硅酮化合物的情况下，这通常是指双c2-3烷氧基化的硅酮化合物。

52、如本文使用的，术语“油墨”被认为意指可以从喷墨打印头打印的任何打印流体。油墨可以含有或可以不含有着色剂。相应地，术语“油墨”可以包括常规的染料基或颜料基油墨、红外油墨、固定剂(例如预涂层和整理剂)、3d打印流体(例如可以含有聚合物的粘合剂流体)、功能流体(例如太阳能油墨、传感器油墨等)、生物流体等等。在提及流体或打印流体的情况下，这并不旨在限制本文“油墨”的含义。