非牛顿喷墨墨水的制作方法

非牛顿喷墨墨水的制作方法
【专利摘要】本公开内容提供了非牛顿喷墨墨水和相关的方法。在一个实例中，非牛顿喷墨墨水可包??含以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.1重量%?10重量%的量的金属氧化物颗粒的分散体；以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.0重量5%?10重量%的量的盐；和有机溶剂。此外，所述金属氧化物在所述盐的存在下可形成结构化网络并且所述喷墨墨水可具有在5s?1的剪切速率下的25cps?10,000cps的动态粘度和在10,000s?1的剪切速率下的1cps?50cps的动态粘度。
【专利说明】非牛顿喷墨墨水
[0001] 发明背景 喷墨印刷系统的使用近年来已得到急剧增长。运种增长可W归因于印刷分辨率和总体 印刷品质的实质性改进加上成本的明显下降。现在的喷墨印刷机W比仅仅是几年前可用的 同类产品低得多的成本为许多商业、商务和家庭应用提供可接受的印刷品质。尽管它们最 近取得了成功，但是深入研究和开发工作继续朝向改进喷墨印刷品质、同时进一步为消费 者降低成本。
[0002] 当点的精准图案从被称为"印刷头"的液滴产生装置喷射到印刷介质上时，形成喷 墨图像。在喷墨记录中通常使用的墨水通常由主要为水性流体中的水溶性有机溶剂(湿润 剂等）、表面活性剂和着色剂组成。当记录是在"普通纸张"上进行时，沉积的着色剂保留了 一些流动性，运可W表现在差的出血(bleed)、边缘锐度、发毛(fea化e;ring)和/或低劣的光 学密度/色度（由于纸张上的渗透）。运些特征对文字和图像品质产生负面影响。一些系统包 括使用经涂覆的纸张或在用喷墨墨水印刷之前立即涂覆纸。运样的涂料通常含有各种组分 如定影剂(fixer) W减少着色剂流动性。然而，运样的系统可能是昂贵的、可能降低印刷品 质和/或可能由于介质通常与墨水相匹配而受到限制。
[0003] 附图的简要说明 本公开内容的附加特征和优点将通过下面的详细说明结合附图来变得明确，所述详细 说明和附图通过实例的方式一起示图说明该技术的特征;并且，其中： 图1是根据本公开内容的一个实例的非牛顿喷墨墨水和对比墨水的光学密度对墨水通 量的曲线图。
[0004] 图2是含有添加的盐的非牛顿喷墨墨水对仅包含最低水平的背景盐(background salt)的墨水的光学密度的曲线图。
[0005] 图3是描绘含有添加的盐的非牛顿喷墨墨水对仅包含最低水平的背景盐的墨水的 恢复时间的曲线图。
[0006] 图4是根据本公开内容的一个实例的方法的流程图；和 图5是根据本公开内容的一个实例的方法的流程图。
[0007] 现在将参考所示的示例性实施方案，并且特定的语言将在本文中使用W描述该实 施方案。然而，应当理解不旨在因此限制本公开内容的范围。
[000引详细说明 根据本发明的技术，可W制备非牛顿喷墨墨水，其中所述墨水的粘度可W通过允许经 由喷墨技术印刷墨水同时在印刷时实现优异的粘度的物理力来操纵。值得注意的是，印刷 后的结构化网络的改善可允许本发明的非牛顿喷墨墨水提供比通过传统的牛顿喷墨墨水 获得的更好的光学密度。
[0009]因此，本文描述的实例设及可用于标准喷墨印刷系统的非牛顿喷墨墨水。本发明 的非牛顿喷墨墨水可W被喷墨印刷，因为使用喷墨印刷头内的剪切力或热力可W降低所述 非牛顿喷墨墨水的粘度。一旦离开所述印刷头，本发明的非牛顿喷墨墨水的粘度经由所述 非牛顿喷墨墨水中的结构化网络的自组合而迅速增加，例如在30秒内。通常，所述非牛顿喷 墨墨水中的所述结构化网络可通过金属氧化物之间的相互作用进行组合并通过盐来促进。
[0010] 应当注意，当讨论本发明的组合物和方法时，运些讨论中的每一个可W被认为适 用于运些实施方案中的每一个，无论它们是否在该实施方式的上下文中被明确讨论。因 此，例如，在讨论非牛顿喷墨墨水中使用的金属氧化物时，运样的金属氧化物也可用在制造 非牛顿喷墨墨水的方法和/或印刷非牛顿喷墨墨水的方法中，反之亦然。
[0011] 还应当注意，当提到"墨水"或当"喷墨墨水"时，运并不推断出着色剂是必然存在 的。如本文所定义，墨水可W不含着色剂或可选地包含着色剂。
[0012] 通常，当用于印刷应用时，记录介质和/或喷墨墨水可具有各种添加剂和涂层W提 供可接受的品质。然而，使用本发明的非牛顿喷墨墨水可W消除对一些层的需要，可W消除 昂贵的添加剂，和/或可W消除在介质纸张/墨水中使用的材料的量。
[0013] 根据上述考虑，非牛顿喷墨墨水可包含W基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计 0.1重量%-1〇重量％的量的金属氧化物、W基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.05重量%- 1〇重量％的量的盐和有机溶剂。另外，在溶解的盐的存在下，所述金属氧化物可W形成结构 化网络，其中所述喷墨墨水具有在5s^(或1/s)的剪切速率下的25cps-10,000cps的动态粘 度和在10,000s^的剪切速率下的lcps-50cps的动态粘度。在甚至更高的剪切速率范围（〉 50,000-100,0003^)下，所述墨水的动态粘度可^进一步下降，例如从巧1]10。93。因此，高 剪切速率或其它机械力或热力可W实现可靠的来自喷墨印刷头的喷射。运样的粘度可使用 来自化ookfield Instruments的Anton F*aa;r流变仪或CAP2000流变仪来测量，并且可W通 过在室溫(25°C)下的剪切来测量。值得注意的是，加热剪切的添加可W改变(例如降低)本 发明的墨水的粘度曲线。应当注意，在一个具体实例中，所述喷墨墨水可W是水性喷墨墨 水，其包含30重量%-95重量%的水含量。
[0014] 如本文所用，"结构化网络"是指在非牛顿喷墨墨水中通过所述金属氧化物在盐的 存在下经由静电相互作用和/或物理相互作用来形成的=维结构，其中所述=维结构取决 于机械力和/或热力。运样的机械力和/或热力，例如剪切能或热能，削弱了所述结构化网 络，使得粘度基于施加的力的量而变化，如本文所讨论。在一个实例中，所述结构化网络可 W不含聚合物，因为所述=维结构不含聚合物。然而，运样的实例并不排除聚合物存在于所 述非牛顿喷墨墨水中，或者甚至被捕获(trap)或包含在所述结构化网络内。例如，本发明的 非牛顿喷墨墨水可W进一步包含作为所述=维结构的一部分的聚合表面活性剂，其不会自 组合但可W存在于运样的结构中。
[0015] 关于本发明描述，当它设及"非牛顿"时，非牛顿流体是一种具有取决于施加的力 (例如剪切力或热力（添加的热））的粘度的流体。例如，剪切变稀流体的粘度随剪切速率的 增加而降低。在其中墨水在流体容器和喷墨装置的印刷头之间移动的流体喷射的条件下， 本申请的墨水可显示出运些相同的剪切变稀的效果。在另一实例中，热变稀流体的粘度随 加热速率的增加而降低。当墨水在印刷过程中被加热时(例如，在流体容器或喷墨装置的印 刷头处），本申请的墨水同样可W显示出运些相同的热变稀的效果。
[0016] 在对于许多观察者而言并不直观的另一方面中，在当墨水不移动通过该系统时或 当墨水未被加热时，运样的非牛顿液体中的着色剂如分散的颜料(其甚至可W是大且致密 的颜料)显示出很少或没有沉降在流体容器或印刷头中。当很少或没有动压施加到墨水W 使其移动通过该系统时或当没有热量施加于墨水时，所述墨水具有粘稠一致性。但是，当将 正常量的动压（~至少10,000帕斯卡)施加到墨水W使其移动通过喷墨系统时或当将墨水 加热到50°C或更高时，所述墨水粘度可W发生显著变化，例如从25至2邱S。因此，当运样的 墨水从喷墨流体分配装置中W高频率喷射时，在印刷头内部测量的所述墨水的动态粘度不 会干设喷墨系统的喷射过程。通常，在当墨水不移动或未被加热时，颜料或其它颗粒物沉降 被完全阻止或放缓多个数量级。
[0017]本发明的非牛顿喷墨墨水还可W独立于使用的介质提供优异的墨水效率。例如， 图1提供了本公开内容的非牛顿墨水和对比墨水(可商购的喷墨墨水)作为光学密度对墨水 通量测量的墨水效率的曲线图。如图1所示，相比于目前的商业墨水，本发明的墨水当横穿 纸张设定时具有改进的光学密度。在一个实例中，非牛顿喷墨墨水的光学密度可W比从相 同喷墨印刷机在相同的记录介质上W相同的印刷覆盖率印刷的对比喷墨墨水增加至少5%。 在其它方面中，所述光学密度可W增加1〇%、15%、20%、30%或甚至50%。运样的记录介质可^ 包括涂覆和未涂覆的记录介质两者。如本文所用，"对比喷墨墨水"是指牛顿喷墨墨水，例如 其可商购在HP ? 970黑色墨盒中。
[001引通常，所述结构化网络包含金属氧化物。如本文所用，"金属氧化物"是指包含至少 一个金属(例如，A1)或半金属(例如，Si)原子和至少一个氧原子的分子，所述分子为能够在 溶解于有机溶剂和/或水中的盐的存在下形成=维结构的颗粒形式，由此形成结构化网络。 本文所用的"半金属"包括例如棚、娃、错、神、錬和蹄。在一个实例中，所述金属氧化物可W 包括但不限于氧化侣、二氧化娃、氧化锋、氧化铁、二氧化铁、氧化铜、氧化错或其混合物。如 本文中所讨论的，所述金属氧化物(再次地，其被定义为包括金属氧化物和半金属氧化物两 者)通常可W基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.1重量%-10重量%的量存在所述非牛顿 喷墨墨水中。在一个实例中，所述金属氧化物可W基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计1重 量%-5重量％、并且在一个方面中0.5重量%-2重量%的量存在。此外，所述金属氧化物的颗粒 尺寸可W根据所述非牛顿喷墨墨水的所需性质而变化。例如，颗粒尺寸越大，所述非牛顿喷 墨墨水的粘度趋向越小。在一个实例中，所述颗粒尺寸可W是5nm-50nm。在另一个方面，所 述颗粒尺寸可W是1 0nm-25nm。
[0019] 通常，所述结构化网络在溶解在液相中的盐的存在下形成。在一个实例中，所述盐 可W是无机盐。在另一个方面中，所述盐可W是单价盐。运样的单价盐包括钢、裡、钟阳离子 和硝酸根、氯离子、乙酸根阴离子或其混合物。在另一个方面中，所述盐可W是多价的，即含 有多价阳离子或多价阴离子或多价阳离子和多价阴离子，例如硝酸巧、硝酸儀、硫酸儀和/ 或其混合物。在一个实例中，所述盐可W是包含有机阴离子的有机盐。在另一个方面中，所 述盐可W是包含有机阴离子或有机阳离子和阴离子的组合的有机盐。
[0020] 如本文中所讨论的，所述盐通常可W基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.05重 量%-10重量%的量存在于所述非牛顿喷墨墨水中。在一个实例中，所述盐可W基于所述非牛 顿喷墨墨水的总重量计0.5重量%-4重量％、并且在一个方面中1重量%-2重量%的量存在。
[0021] 将盐，特别是溶解的盐包含在胶凝剂墨水中可有助于墨水的结构。在金属氧化物 胶凝剂的情况下，盐可W起到屏蔽颗粒之间的静电排斥并允许范德华相互作用增加，从而 形成更强的吸引电势并通过将弹性含量提供给主要为流体的系统来产生结构化网络的作 用。如所提到的，运些结构化的系统显示出非牛顿流动行为，从而为喷墨墨水的实施提供有 用的特性，因为它们具有用于喷射的剪切变稀或热力变稀的能力。一旦被喷射，该特征允许 被喷射的液滴当它们撞击介质表面时变得更加弹性状、团块状、或凝胶状。运些特征还可w 提供改进的介质属性，例如表面上的着色剂截留化01 dout)。
[0022] 关于本公开内容的墨水(有或没有着色剂），盐的作用可影响可喷射性和喷射后的 响应两者。当比较两种胶凝剂喷墨墨水(有或没有盐，但其它方面相同）时，有盐的墨水在一 定范围的剪切速率下将通常具有较低的粘度。在一个实例中，可W添加盐，从而使得其在该 系统中的存在仅足W产生墨水的印刷特性中的明显差异，但不足W使墨水的粘度变得太 低。该量可W通过常规实验来确定。例如，有盐的胶凝剂墨水可被设计成使所述墨水能快速 再填充并且产生更高品质的印刷。在一个方面中，更高品质的印刷可W通过改进的光学密 度来确定（当着色剂存在于墨水中时）。通常，有盐的墨水可具有较高的光学密度，同时保持 良好的可喷射性能和其它性能，例如墨水结构、流变行为、剪切稀化W及墨滴的喷射。运种 效果显示在实施例中且示于图2中，如将在下文更详细地描述。此外，盐还可有助于在用于 印刷的剪切变稀或热变稀之后具有减少的重组时间的本公开内容的胶凝剂墨水。在盐的存 在下更高的预剪切速率往往会导致同样地更快的响应。在运些情况下，墨水的快速重组可 能意味着在更少的时间内在介质表面上具有较少液体渗透的更多固体状的行为，并因此产 生更好的着色剂截留和更大的墨水效率。运种效果也显示在实施例中且示于图3中，如将在 下文更详细地描述。
[0023] 所述非牛顿喷墨墨水的性能(例如，粘度、光学密度、墨水效率等)可W受到许多变 量的影响，包括金属氧化物的类型、盐的类型、溶剂的类型、运些组分的量、pH、离子强度等。 关于粘度，如本文中所讨论的，非牛顿流体的粘度不是离散的而是基于施加到流体的物理 能而变化。如本文所用，"粘度"是指动态粘度，除非另有说明。对于本发明的墨水而言，所述 粘度通常可两种状态测量:接近静止状态时；即，采用施加于墨水的最小剪切(剪切速 率低至5s^i)，和接近处理状态时；即，采用施加于墨水的显著剪切a〇,OOOs^i的剪切速率）。 在一个实例中，本发明的墨水可W具有在25°C的溫度和5S-1的剪切速率下的25cps-2000cps 的动态粘度和在l〇,〇〇〇s^的剪切速率下的lcps-20cps的动态粘度。在另一实例中，本发明 的墨水可W具有在5s^的剪切速率下的25cps-l，000cps的动态粘度和在10,000s^的剪切 速率下的lcps-15cps的动态粘度。此外，在一个实例中，所述金属氧化物和所述盐可W按重 量计0 .5:1-5:1的金属氧化物与盐的比存在于非牛顿喷墨墨水中。在一个方面中，所述比 可 W 是2:1-3:1。
[0024] 通常，本发明的结构化网络在含有机溶剂的液相中形成。如本文中所用，"有机溶 剂"是指任何有机溶剂或其混合物。因此，术语有机溶剂包括溶剂的体系。本发明的有机溶 剂存在于非牛顿喷墨墨水中（除了任何水之外）。可W使用的典型的有机溶剂包括甲醇、乙 醇、丙醇、异丙醇、具有至少约四个碳原子的乙二醇酸、C4-8醇、1-甲氧基-2-丙醇、2-甲氧 基乙醇、2-乙氧基乙醇、1-甲氧基-2-乙酷氧基丙烷、乳酸乙醋、乙二醇酸(任选地具有至少 约10个碳原子）、二元醇（任选地具有至少约2个碳原子）、=丙二醇单甲酸、=丙二醇正下 酸、丙二醇苯基酸、2-化咯烧酬（2P)、l-(2-^乙基)-2-化咯烧酬(2皿2P)、甘油聚氧乙基酸 (LEG-1)、1，3-双（2-径乙基）-5，5-二甲基乙内酷脈(DantoC01 ? D肥）、2-甲基-1，3-丙二醇 (MPdiol)、乙基径基丙二醇巧HPD)、甘油、1,5-戊二醇、1,2-戊二醇、硫二甘醇、环下讽、1,3- 二甲基-2-咪挫嘟酬、己内酷胺、乙二醇、二乙二醇、S乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、 S丙二醇、1,3-丙二醇（trimethylene glycol)、下二醇、己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、甘 油、1，2,6-己S醇、乙二醇单甲酸、乙二醇单乙酸、二乙二醇单甲酸、二乙二醇单乙酸、二乙 二醇二甲酸及其混合物。
[0025] 另外，有机溶剂可W被分为网络参与性溶剂和网络非参与性溶剂。如本文所用， "网络参与性溶剂"是指增加所述非牛顿喷墨墨水的粘度的有机溶剂，通常在任何功能性剪 切速率下测量。如本文所用，"网络非参与性溶剂"是指降低所述非牛顿喷墨墨水的粘度的 有机溶剂，在任何功能性剪切速率下测量。因此，本发明的非牛顿喷墨墨水可W基于使用的 有机溶剂的类型被改变。例如，当所述非牛顿喷墨墨水包含网络参与性溶剂时，可W加强所 述结构化网络，例如，可W增加所述非牛顿喷墨墨水的粘度。然而，当使用网络非参与性溶 剂时，可W削弱所述结构化网络，例如，可W降低所述非牛顿喷墨墨水的粘度。在一个实例 中，网络参与性溶剂可包括乙基径基丙二醇化HPD)、甘油、1,5-戊二醇、乙二醇、S乙二醇及 其混合物。在另一实例中，网络非参与性溶剂可包括2-化咯烧酬、1,2-戊二醇、MPdioUl ,2- 己二醇及其混合物。因此，所述结构化网络性能和所得非牛顿喷墨墨水性能可通过混合和 匹配具体的有机溶剂来改变。在一个实例中，所述有机溶剂包括网络参与性溶剂和网络非 参与性溶剂的混合物。另外，本发明的墨水可W含有显著量的有机溶剂，包括网络参与性溶 剂和/或网络非参与性溶剂。在一个实例中，所述有机溶剂可W基于所述非牛顿喷墨墨水的 总重量计5重量%-50重量%的量存在。在一个方面，所述有机溶剂可W 20重量%-40重量%的量 存在。
[0026] 如本文中所讨论的，本发明的墨水可W包含着色剂。运样的着色剂可W是颜料和/ 或染料。在一个实例中，所述着色剂为颜料，并且在一个方面中，所述着色剂为分散的颜料。 颜料可W是通常用于墨水喷墨领域中的任何分散的着色剂，包括但不限于通过小分子或聚 合物等分散的自分散颜料或通过添加单独的分散剂(例如聚合分散剂)分散的被分散剂分 散的颜料。在其它实例中，所述着色剂可W是染料，包括通常在喷墨领域中使用的许多水溶 性染料中的一种或多种。实例包括直接染料、还原染料、硫化染料、有机染料、活性染料、分 散染料、酸性染料、偶氮染料或碱性染料。在又一实例中，所述着色剂可W是颜料和染料的 混合物。
[0027] 本发明的墨水可W与多个成像系统联合使用，其非限制性实例包括热或压电喷 墨、升华染色(dye-sub)、热转印、静电、液体电子照相印制化EP)等。另外，本发明的墨水可 W包含水，并且可W进一步包含非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和/或阴离子表面活 性剂，范围为0.01重量%-1〇重量％。本发明的调配物可包含其它组分，例如杀生物剂、粘度调 节剂、piH调节材料、馨合剂、防腐剂等。
[0028] 金属氧化物颗粒(例如化3〇4)可W采用分散剂进行分散。合适的分散剂的实例包括 但不限于具有低分子量和高分子量的水溶性阴离子物质，例如憐酸盐和多憐酸盐、麟酸盐 和多麟酸盐、次麟酸盐和多次麟酸盐、簇酸盐(例如巧樣酸或油酸）、多簇酸盐(例如丙締酸 醋和甲基丙締酸醋）。其它实例包括具有连接至到水溶性(亲水)部分(例如水溶性聚酸低聚 物链、憐酸基团或簇酸基团）的烷氧基基团的可水解烷氧基硅烷。在一些实例中，用于分散 金属氧化物颗粒的分散剂可W是聚酸烷氧基硅烷或聚酸憐酸醋分散剂。
[0029] 用于分散金属氧化物颗粒的聚酸烷氧基硅烷分散剂的实例可W由W下通式（I)表 示：
HI： 其中： a)Ri、R2和R3是径基或可水解的直链或支链烷氧基。对于可水解的烷氧基而言，运些基 团可具有1-3个碳原子;在一个方面中，运样的基团可W是-0C也和-0C也C也。在一些实例中， R1、R2和R3是具有1-5个碳原子的直链烷氧基。在一些其它实例中，Ri、R哺R3基团是-0C也或- 0C 出5。
[0030] b)PE是具有结构式-[(C也)n-CH(R)-0]m的聚酸低聚物链段，其通过Si-c键被连接 至Si,其中n是0-3的整数，其中m是大于或等于2的整数并且其中R是H或链烷基。R还可W是 具有1-3个碳原子的链烷基，如C也或C2也。在一些实例中，m为3-30的整数，并且在一些其它 实例中，m是5-15的整数。聚酸链段(PE)可W包括聚乙二醇(PEG)链段(-C也C也-0-)、或聚丙 二醇(PPG)链段(-C也CH(C也)-0-)或两种类型的混合物的重复单元。在一些实例中，所述聚 酸链段(PE)包含阳G单元(-C也C也-0-);和 c)R4是氨或直链或支链烷基。在一些实例中，R4是具有1-5个碳原子的烷基。
[0031] 用于分散金属氧化物颗粒的分散剂的其它实例可包括具有W下通式（II)的聚酸 烷氧基硅烷分散剂：
瓣 其中R'、R' '和R' ' '是直链或支链烷基。在一些实例中，R'、R' '和R' ' '具有1-3个碳原子 的链长的直链烷基。在一些实例中，R'、R' '和R' ' '是-C也或-C出5。护和阳为如上文对式（I) 中所描述的；即PE是具有结构式:-[(C也)n-CH-R-0]m的聚酸低聚物链段，其中n是0-3的整 数，其中，m是大于或等于2的整数，并且其中R是H或链烷基；和R4是氨，或直链或支链烷基。 在一些实例中，R4是C也或C2也。
[0032] 在一些实例中，采用聚酸烷氧基硅烷分散在所述墨水组合物中存在金属氧化物颗 粒。合适的聚酸烷氧基硅烷的实例包括(C也0)3Si-(C也C也0)n，H;(C也C也0)3Si-(C也C也0)n， H; (C也0)3Si-(C也C也0)n，C也；（C也C也0)3Si-(C也C也0)n，C也；（C也0)3Si-(C也C也0)n，C也C也； (C也C也0)3Si-(C也C也0)n，C也C也；（C也0)3Si-(C也CH(C也）0)n，H; (C也C也0)3Si-(C也CH(C也） 0)。，山（邸3〇)351-(邸2邸（邸3)0)。，邸3;(邸3邸2〇)351-(邸2邸(邸3)0)。，邸3;其中11'等于2或更 大的整数。在一些实例中，n'为2-30的整数，并且在一些其它实例中，n'是5-15的整数。
[0033] 聚酸烷氧基硅烷分散剂的商业实例包括但不限于由Momentive Performance Materials制造的Silquest ? A-1230和由Evon;Lk/Degussa 制造的Dynasylan ? 4144。
[0034] 在金属氧化物分散体中使用的分散剂的量可W是金属氧化物颗粒含量的约1重 量%至约300重量％。在一些实例中，所述分散剂含量范围是金属氧化物颗粒含量的约2重量％ 至约150重量％。在一些其它实例中，所述分散剂含量范围是金属氧化物颗粒含量的约5重 量%至约100重量％。金属氧化物颗粒的分散体可W经由在合适的分散剂的存在下在水中研 磨或分散金属氧化物粉末来制备。
[0035] 所述金属氧化物分散体可W通过在上述分散剂的存在下研磨具有大的颗粒尺寸 (在微米范围内）的商业上可获得的无机氧化物颜料直至获得所需的颗粒尺寸来制备。待研 磨的起始的分散体可W为具有高达40重量％的固体含量的金属氧化物颜料的水性分散体。 可使用的研磨设备是珠磨机，其为一种能够使用具有直径小于l.〇mm(并且通常小于0.3mm) 作为研磨介质的非常细的珠粒的湿法研磨机，例如，来自Kotobuki Industries Co. Ltd的 Ultra-Apex珠磨机。研磨持续时间、转子速度和/或溫度可W被调节W获得所需的分散体颗 粒尺寸。
[0036] 除了本文描述的非牛顿喷墨墨水之外，本公开内容还提供了与其相关的方法。上 述讨论设及到与该方法和其它方法相关的非牛顿喷墨墨水，如前面提到的。现在转向图4， 一种制造非牛顿喷墨墨水的方法可包括110将金属氧化物分散在水性溶液中W形成金属 氧化物分散体，120将盐混入所述金属氧化物分散体中，并130将有机溶剂添加到所述金属 氧化物分散体。通常，所述金属氧化物、所述盐和所述有机溶剂W足W形成结构化网络的量 存在并提供在5s^的剪切速率下的25cps-10,000cps的动态粘度和在10,000s^的剪切速率 下的lcps-50邱S的动态粘度。关于分散体，可W将运样的金属氧化物用分散剂处理、在溶剂 中研磨或其组合。在一个实例中，所述金属氧化物可W采用烷氧基硅烷进行处理并研磨，W 提供特定的颗粒尺寸。
[0037] 本发明的方法可W进一步包括将着色剂混入所述非牛顿喷墨墨水中。在一个实例 中，所述着色剂可W是颜料。如本文中所讨论的，运样的颜料可W是自分散的或可进一步包 括分散剂，例如聚合物分散剂。在一个实例中，可W使用具有10-50nm的颗粒尺寸的可商购 的胶态金属氧化物分散体，例如二氧化娃或氧化侣。运样的材料的实例可获自公司如 Nissan Chemical American Corporation和US Research Nanomaterials, Inc.等。
[0038] 现在转向图5,一种印刷非牛顿喷墨墨水的方法可包括210在喷墨印刷装置的印 刷头内W至少l〇,〇〇〇s^i的剪切速率剪切(例如，热学和/或物理的）非牛顿喷墨墨水W提供 lcps-50cps的动态粘度，W及220喷射非牛顿喷墨墨水的液滴。通常，如本文中所讨论的，所 述非牛顿喷墨墨水可包含金属氧化物、盐和有机溶剂，其中所述金属氧化物在所述盐和 所述有机溶剂的存在下形成结构化网络。
[0039] 关于本发明的方法步骤，可W多种顺序进行运样的步骤，并且不旨在限于要求任 何具体的顺序。例如，所述有机溶剂的添加可W在添加所述盐之前，反之亦然。此外，应该注 意运样的步骤或单独的步骤的任何和所有组合可W顺序或同时进行。例如，添加所述盐和 添加所述有机溶剂可W顺序进行或者可W同时进行。
[0040] 此外，应当理解，本公开内容并不限于本文所公开的具体的方法步骤和材料，因为 运样的方法步骤和材料可W有所变化。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述具体实例 的目的。该术语并不旨在是限制性的，因为本公开内容的范围旨在仅由所附权利要求书及 其等同物来限定。
[0041] 应注意，如在本说明书和所附的权利要求中所用，单数形式"一个（a)"、" 一种 (an)"和"所述"包括复数对象，除非上下文另有明确说明。
[0042] 如本文所用，为了方便起见，可W将多个项目、结构元素、组成元素和/或材料在共 同列表中呈现。然而，运些列表应该被解释为该列表的每个成员作为单独且独特的成员被 分别标识。因此，在没有相反指示下，不应仅仅基于它们在共同的组中呈现而将运样大的列 表的单独成员理解为相同列表的任何其它成员的实际等同物。 实施例
[0043] 下面的实施例举例说明了本发明的墨水和目前已知的方法的一些实施方案。然 而，应当理解，W下仅是本公开内容的原理的示例性或者说明性应用。在不脱离本发明组合 物和方法的精神和范围下许多修改和替代实施例可W由本领域技术人员设计出。因此，虽 然上面已具体描述了本发明的墨水和方法，但是下面实施例与目前认为是可接受的实施方 案有关的进一步的细节。
[0044] 实施例1 -非牛顿喷墨墨水 采用表1中所列的组分和量制备非牛顿喷墨墨水。 r00451 亲1
* 4.5pH分散的氧化侣 **分散的炭黑：获自化bot Corporation的&bot 300K系列。 林*在25°C下，在来自化ookfield Instruments的CAP2000流变仪上测量的粘度。
[0046] 实施例2 -粘度对剪切速率 在25°C下在来自化ookfield Instruments的CAP2000流变仪上对于不同的剪切速率测 量实施例1的非牛顿喷墨墨水的粘度，如表2中所报告。
[0047] 表 2
[004引实施例3 -光学密度对纸张和印刷密度 使用实施例1的非牛顿喷墨墨水和对比牛顿喷墨墨水（可商购自化wlett-化ckard Company的HP DJ970黑色墨水(墨水2))W不同的印刷密度印刷不同的记录介质，其中光 学密度值分别报告在表3A和表3B中。使用GretagMacbeth ? Spectrolino密度仪测量光学 密度。在1200x1200 dpi和不同墨水通量(ng/300dpi)下W不同的百分比(％)进行印刷。 [0049] 表3A -非牛顿喷墨墨氷（墨氷1)
HPMP - HP? 多用途纸张-ColorLok? (International Paper Company) HPRC - HP? 再生纸张 ColorLok? (International Paper Company) STAPLES - S化pies复印纸张(为Staples制造） GPCP - GEORGIA PACIFIC复印纸张（Geo巧ia Pacific) 所有均为20磅的纸张。
[0化日]表3B -对比墨氷（墨氷2)
HPMP - HP? 多用途纸张-ColorLok? (International Paper Company) HPRC - HP? 再生纸张 ColorLok? (International Paper Company) STAPLES - S化pies复印纸张(为Staples制造） GPCP - GEORGIA PACIFIC复印纸张（Geo巧ia Pacific) 所有均为20磅的纸张。
[0051 ] 如从表3A和表3B中可W看到，非牛顿喷墨墨水的墨水效率局于对比墨水。墨水效 率可W作为由单位质量的墨水提供的OD来测量。该数据在图1中W图形表示。如上所示，通 常发现本发明的非牛顿喷墨墨水的每墨水通量的OD是优越的。运样的光学密度性能独立于 纸张类型；即，在经处理的纸张(ColorLok ? )和未经处理的纸张(S化pies复印纸张)上均可 看到0D改进。
[0化2] 实施例4 -盐对喷墨墨水的影响 制备四种制剂，其中两种具有添加的盐，并且两种仅具有固有地通过添加剂引入的背 景浓度的盐（即小于0.1重量％，或在某些情况下甚至小于0.05重量％)。因而，墨水3和墨水5 包含添加的盐，并且墨水4和墨水6不包含任何肯定添加的盐(仅背景盐）。墨水5和墨水6不 包含着色剂，但可W添加着色剂。运些墨水列于如下的表4中： 亲4
本自Momentive Corporation获得的4.5pH分散的氧化铅（SCA的SiIquest A1230的25% 颜料） **自Momentive Corporation获得的分散的氧化侣（SCA SILQ肥ST A1230的50%颜料） 林*分散的炭黑：获自化hot Corporation的&bot 400K系列。
[0053 ] 应当注意，背景盐可W由许多添加剂中的任何一种进来，但在本实施例中，两个主 要来源是金属氧化物分散体和来自抑调节。较少量可能来自着色剂分散体。运些来源，在大 多数情况下，通常可确认为低的，如通过测量电导率来确定的。作为一个具体的实例，在没 有肯定添加的盐的情况下，墨水电导率趋于小于约1000帖/cm、小于约75化S/cm或甚至小于 约50化S/cm。在添加的盐的情况下，电导率可大于1000帖/畑1，例如对于1.0重量％的添加的 化N03而言约5.76mS/cm，或对于1.0重量％的添加的化N03而言10.9mS/cm。^此作为参考，典 型地，所述背景盐为小于约0.1重量%或小于约1000重量ppm,包括阳离子和阴离子物质两 者。实际的标称值还可W更小，例如，小于约0.05重量%或500重量ppm。通过将盐含量增加到 高于约0.05重量%或高于0.1重量％，可W开始观察到墨水性能的改进。例如，采用更大的盐 浓度，例如，0.5重量％、1重量％、1.5重量％、2.5重量％、5重量％的盐、7.5重量％、10重量％的盐 等，可W获得改进的喷射和/或印刷介质性能。
[0054]实施例5 -粘度对剪切速率(有盐的墨水与有低背景盐的墨水) 对于粘度对剪切速率测试了墨水3和墨水4,并且数据提供在如下的表5中： 表5
L0055J 如从该数据可化，有盐的喷墨墨水（墨水3)在添加的盐的存在h在小问的剪切速 率下具有较低的粘度，运在该特定实施例中刚够在墨水的印刷特性中产生大的差异。所述 墨水可W再填充并产生更高品质印刷的速率对于具有添加的盐的墨水是更大的。另一方 面，仅具有非常小的浓度的背景盐的墨水(墨水4)具有不太理想的印刷特性，关于用于热喷 墨印刷的粘度。
[0056]实施例6 -光学密度(有盐的墨水与有低背景盐的墨水) 还对于在不同的墨水通量下的黑色光学密度测试了墨水3和墨水4,并且数据示于图2 和如下的表6中： 表6
[0057]如在表6和图2中可W看出，墨水4(仅具有背景盐水平）显示出比墨水3(具有添加 的盐)更低的光学密度对墨水通量。更具体地，墨水4在约50ng/ 300dpi的下落对应于当墨 水通量增加时越来越高的印刷频率。墨水4的再填充速率慢于墨水3,从而反映了显著更多 的剥离、喷嘴缺失和差的整体印刷特性。当没有添加的盐（即仅小于0.05重量%的背景盐)存 在时，运种现象可W在很多制剂和颜料分散体上观察到。因此，在某些情况下，使添加的盐 的浓度大于至少约0.05重量％，更典型地大于0.1重量％可^直接影响墨水的结构、流变行 为、剪切稀化W及墨滴的喷射。
[005引实施例7 -高剪切后的非牛顿流体的恢复(有盐的墨水与有低背景盐的墨水) 其中添加的盐的存在(大于0.05重量%或大于0.1重量%)具有影响的另一个领域设及被 印刷的介质属性。对于流体恢复测试了墨水5和墨水6,并且数据在图3中示意性示出。当喷 墨墨滴在非常高的剪切条件(超过250,000s^i，在25°C)下喷射并离开印刷头时，墨水网络将 回复到其预剪切条件或凝胶状态。盐在系统中的存在的增加可W实现比没有增加的盐含量 的墨水更快的响应或恢复。应注意在该图中的粘度轴是对数的。图3中的粘度曲线使用 Anton-化ar粘度计生成，并且在预剪切后的响应是在25 °C在lOOs-i下进行30秒。应当注意墨 水5在约10秒内达到了~10,000cps的粘度，而墨水6用了约400秒达到类似的粘度。此外，墨 水則尋花费比通常墨水5更长的时间达到更高的粘度。流体的快速重组意味着在更少的时间 内在介质表面上具有更少液体渗透的更加固体状的行为，并因此产生更好的着色剂截留和 更大的墨水效率。
[0059]尽管已经参照某些实施方案描述了本公开内容，但是本领域的技术人员将理解， 在不脱离本公开内容的精神的情况下可W作出各种修改、变化、省略和替换。因此，旨在本 公开内容仅由所附权利要求的范围来限定。
【主权项】
1. 非牛顿喷墨墨水，其包含： 金属氧化物，以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.1重量%-1〇重量%的量； 盐，以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.05重量%-10重量%的量;和 有机溶剂； 其中，所述金属氧化物在所述盐的存在下形成结构化网络，并且其中所述喷墨墨水具 有在25°C下测量的在δ?Γ1的剪切速率下的25cpS-10,000cpS的动态粘度和在ΙΟ,ΟΟΟ?Γ 1的剪 切速率下的lcps-50cpS的动态粘度。2. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述金属氧化物选自氧化铝、二氧化硅、氧化锌、 氧化铁、二氧化钛、氧化铟、氧化错及其混合物;并且所述盐包括选自钠、锂、钾、镁和钙的阳 离子;和选自硝酸根、氯离子、硫酸根和乙酸根的阴离子。3. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述结构化网络不含聚合物。4. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述有机溶剂是选自乙基羟基丙二醇、甘油、1， 5_戊二醇、乙二醇、三乙二醇及其混合物的网络参与性溶剂;或者所述有机溶剂是选自2-吡 咯烷酮、1，2-戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、1，2-己二醇及其混合物的网络非参与性溶剂。5. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述有机溶剂包括仅网络参与性溶剂或网络参 与性溶剂和网络非参与性溶剂的混合物。6. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述金属氧化物以基于所述非牛顿喷墨墨水的 总重量计1重量%_5重量%的量存在，并且所述盐以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计0.5 重量%_4重量%的量存在。7. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述非牛顿喷墨墨水是水性喷墨墨水，并且所述 有机溶剂以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计5重量%_50重量%的量存在。8. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中所述金属氧化物和所述盐以按重量计0 .5:1- 5:1的金属氧化物与盐的比存在并且所述金属氧化物具有5-50nm的平均颗粒尺寸。9. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其进一步包含着色剂。10. 权利要求1的非牛顿喷墨墨水，其中在25°C下测量的所述动态粘度在δ?Γ1的剪切速 率下为25cps_2，000cps并且在10，000s- 1的剪切速率下为lcps_15cps。11. 制造非牛顿喷墨墨水的方法，所述方法包括： 将金属氧化物分散在水性液体载体中； 使盐溶解在所述水性液体载体中；和 将有机溶剂加入到所述水性液体载体， 其中所述金属氧化物、所述盐和所述有机溶剂以足以形成结构化网络的量存在，并提 供在25°C下测量的在5JT1的剪切速率下的25cpS-10,000cpS的动态粘度和在ΙΟ,ΟΟΟ?Γ 1的剪 切速率下的lcps-50cpS的动态粘度。12. 权利要求11的方法，其中所述金属氧化物以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计 〇. 1重量%-1〇重量％的量存在;所述盐以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计〇. 05重量%-1〇 重量％的量存在;并且所述有机溶剂以基于所述非牛顿喷墨墨水的总重量计20重量%-40重 量%的量存在。13. 权利要求11的方法，其进一步包括将着色剂混入所述非牛顿喷墨墨水中。14. 权利要求11的方法，其中所述结构化网络不含聚合物。15.印刷非牛顿喷墨墨水的方法，所述方法包括： 在喷墨印刷装置的印刷头内以10,000s<或更大的剪切速率剪切非牛顿喷墨墨水，以提 供lcps-50cps的动态粘度，其中所述非牛顿喷墨墨水包含水、金属氧化物、盐和有机溶剂， 并且其中所述金属氧化物和所述盐形成结构化网络;和 喷射所述非牛顿喷墨墨水的液滴。
【文档编号】B41J2/01GK106062101SQ201480076896
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年3月6日
【发明人】R.阿达米克, V.卡斯珀奇克
【申请人】惠普发展公司，有限责任合伙企业