专利名称：确定表面吸墨性能的方法
技术领域：
本发明总的来说涉及用于根据移出接触墨水的基底样品所需的力来确定基底的吸墨性能的经改进的方法。更具体地说，本发明提供一种用于只需通过接触角的测量而不必通过在表面上打印以预测基底表面的多色喷墨适印性能的方法。
在评估合成物是否适宜用作打印涂敷表面时的一个问题是，必须涂敷大的纸张样品(或其他基底)，并在样品上实际打印，然后评估打印样品的打印清晰度与密度的质量。尽管以上是选择合适的涂敷合成物的直接与可靠的方法，但多少有点费时，尤其是涉及样品的准备以及打印之后对图象的分析。
美国专利No.4,446,174(’174专利)描述了用一股墨水喷射在一个图象接受薄片上形成记录图象的方法。喷墨射流被喷射到包含一个表面层的薄片上，表面层含有一种颜料。表面层吸收存在于墨水中的色彩成分。该发明声称当表面层包含的颜料与粘合剂具有等于0.59的Rf值(染料在颜料涂层中的移动距离与墨水中的溶剂在颜料涂层中的移动距离之比)时，即是找到了合适的涂敷颜料与墨水的组合。此方法的工作原理是纸上色谱法原理。
然而，’174专利中描述的该方法的一个不利之处在于，为获得Rf值，涂层必须涂到一块玻璃板上。这意味着在测试中没有考虑进去纸张的变数。因此，有可能使用’174专利的方法预测一个涂层具有可接受的Rf值，但应用到纸张上或介质上时结果却不同。
相反，本发明在以下提供另一种用于确定使用多色墨水的合适的颜料涂层和/或基底合成物的方法，它实际测试基底加涂层或单独基底的吸墨性能。
本发明涉及的用于确定表面吸墨性能的方法包括步骤(a)提供一个表面样品；
(b)将样品浸入与移出墨水；以及(c)测量样品浸入与移出墨水期间的力。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种用于确定吸纳多色墨水的合适的表面涂敷成分的方法，包括步骤(a)提供一个涂敷了该成分的表面样品；(b)将样品的各部分浸入与移出多于一种颜色的墨水；(c)测量样品各部分在浸入与移出每一种墨水期间的力；(d)比较对每一种墨水所测量的力；(e)如果对每一种墨水所测量的力的相异程度大于一个预设的偏差，则调整该涂敷成分。
在另一个实施方案中，本发明涉及一种对应一个表面确定合适的墨水成分的方法，包括步骤(a)提供一个涂敷了成分的表面样品；(b)将样品的各部分浸入与移出多于一种颜色的墨水；(c)测量样品各部分在浸入与移出每一种墨水期间的力；(d)比较对每一种墨水所测量的力；以及(e)如果所测量的每一种墨水与表面之间的力的力的相异程度大于一个预设的偏差，则调整一种或多种墨水成分。
本发明的另一个实施方案涉及一种用于确定吸纳多色墨水的合适的基底成分的方法，包括步骤(a)提供一个基底样品；(b)将样品的各部分浸入与移出多于一种颜色的墨水；(c)测量样品各部分在浸入与移出每一种墨水期间的力；(d)比较对每一种墨水所测量的力；以及(e)如果对每一种墨水所测量的力的相异程度大于一个预设的偏差，则调整该基底成分。
本发明的方法的优点包括提供一种筛选适用于打印的涂敷合成物的快捷可靠的方法。或者，该方法可用于对应一个表面调整染料或墨水的成分，或者用作对应一种染料或墨水确定合适的基底成分的方法。
图1为实施本发明的有用装置的示意图。
本发明的方法涉及改进了的用于快速可靠地筛选合适的打印表面及打印墨水的工具，从而产生优越的高密度和高清晰度的打印图象性能。本发明将从以下定义和相关讨论中变得更加一目了然。
以下定义对于理解本发明是有帮助的。
基底－指能够在其上打印的介质，例如纸张、纸板、织物、帆布、诸如乙酸、乙烯基的聚合物、以及聚酯薄膜。
表面－指已涂敷或未涂敷的基底表面。
接触角－指液体对表面的相切角。取决于液体对表面的吸附力，液体可扩散于表面(低接触角)或被表面推斥(高接触角)。接触角可通过动态接触角计算，动态接触角是在测量期间将表面浸入与移出液体时测得的。接触角的太大偏差意味着密度的亏损或过分的颜色扩散。此外，要求控制接触角的值在60°～110°之间，较好地在70°～100°之间，最好在70°～90°之间。接触角小于70°将趋向于有较差的图象密度。接触角大于100°将趋向于较大的颜色扩散。目的是针对所有墨水具有接近的接触角以取得色彩密度与清晰度的完美平衡。如果四种墨水中的任何一种或其任何组合对涂层的响应超过这些范围，则性能将受到影响。或者是由于响应超过100°的墨水而产生颜色扩散，或者是由于响应小于70°的墨水而产生较差的颜色密度。
预设偏差－指测量或计算出的墨水与表面之间的力的可接受偏差，它给出要求的在颜色密度与颜色清晰度方面的打印质量。因此，在某些应用中，要求的偏差可能相当小以便取得高密度与高清晰度的平衡。当接触角偏离测得的接触角平均值的偏差不大于±10度时即取得通常可接受的打印质量，较好地不大于±5度，最好不大于±3度。
在完备的实施方案中，本发明基于通过各种墨水对表面的吸附力，鉴别出具有同样响应的涂敷成分或墨水。例如，找到一种涂敷成分，它对喷墨打印所使用的四种颜色的不同的表面张力(墨水对表面的力或吸附力的量度)具有同样响应，即可产生优越的图象密度与清晰度。几种墨水当中对涂层表面响应的表面张力的过分偏差将意味着或者图象密度亏损或者颜色过分扩散(清晰度欠缺)。因此，要求不同墨水的表面张力接近相同的值以便取得对涂敷成分相近的吸附力。
在一个优选实施例中，(一种或几种)墨水对表面的吸附力用该(一种或几种)墨水与该表面间的接触角表示。如上所述，接触角可以通过动态接触角的测量确定。商业上可获得的动态接触角测量装置可以使用例如Cahn DCA315，可从Cahn Instrument,Madison,WI购买。该装置包括保留1996年版权的仪器软件“WinDCA”，它通过将表面样品从接触点开始浸入液体4mm的距离25秒钟后移出，据此计算出接触角。这些参数可以改变。
图1示出了Cahn DCA315装置的简化示意图并将工作要点简略描述于后。一个1n×1n的方形样品(1)固定在臂(2)上，臂(2)又连接到力测量装置(3)。装有测试墨水(5)的烧杯(4)被手动升起直到测试墨水(5)接近样品(1)。通常，此间距小于0.5cm。装置中的仪器程序开始运行，升起测试墨水(5)以便接触并浸渍样品(1)。一旦样品(1)与测试墨水(5)的表面形成接触，与接触相关联的力即产生变化。通过一段特定距离的力的改变指示出测试墨水(5)对样品(1)的吸附力或推斥力。随后程序测量将样品(1)从测试墨水(5)移出期间的力。然后将所有的测量用于计算测试墨水(5)的动态接触角。
尽管申请人已经通过由Cahn DCA315确定样品/墨水吸附力来示例说明了本发明，但也可以使用其他装置来测量样品/墨水的吸附力水平。这类装置包括角度计、反射技术以及其他通过表面张力技术测量吸附力的常规方法。
实例上述使用Cahn DCA315的程序在此予以示例说明。代表喷墨打印应用中使用的墨水的四种测试墨水，由可从Clariant公司购买的纸张染料制备。使用的纸张染料为Brilliant Blue GNS Liquid(青色)、RedA-4G New Liquid(品红色)、Cartasol Yellow 3GF Liquid(黄色)、以及Ink Black RAS Liquid Purified 075(黑色)。这些颜料的每一种被做成测试墨水，用足量的脱离子水通过稀释100微升颜料获得总共40毫升体积的测试墨水。这些墨水的每一种测得的表面张力如下墨水表面张力(dynes/cm)青色56.8品红色 61.6黄色60.8黑色63.7确定这些制备的彩色墨水对三种表面的吸附力。被测试的表面为一张未涂敷的证券纸(基本纸)、一张商业上可获得的喷墨用高级涂敷纸(高级纸)、以及一张试验用涂敷纸(试验纸)。
按上述使用Cahn DCA315装置的步骤，对制备的墨水与测试纸张确定如下接触角并列于表1中。
表1接触角(度)纸张 青色(dev.)1品红色黄色(dev.)1黑色(dev.)1平均(dev.)1基本纸111.2(+17.35) 88.3(-5.55) 89.1(-4.75) 86.8(-7.05) 93.85高级纸 79.1(+2.28) 80.2(+3.38) 79.1(+2.28) 68.9(-7.92) 76.82试验纸 81.3(+0.05) 80.3(-0.95) 81.5(+0.25) 81.9(+0.65) 81.251dev.=接触角与平均值的偏差=各种墨水的接触角-平均值参阅表1，可以看出，对于未涂敷的基本纸，青色的接触角的偏差对比于品红色、黄色及黑色的接触角的偏差有相当显著的区别。参见高级纸，可以看出黑色的接触角的偏差对比于青色、品红色及黄色的接触角的偏差有相当显著的区别。参见试验纸的接触角结果，可以看出只有小的偏差。
在通过接触角预测并关联诸如颜色密度与颜色清晰度的打印特性方面，本发明的有效性通过评估使用HP 560 C Deskjet打印的打印样品显示如下。
颜色密度与清晰度级别的描述基于DOS的HP Deskjet打印机Dietzgen的测试图样产生出的区域用于颜色密度与清晰度的分析。
颜色密度使用带极化滤波器的COSAR 200光密度计测量。对每一种颜色从打印机产生的约1n×1n大小的色块中读取五个读数。颜色密度读数在色块的四个角与中心读取，取平均值并记录。
对于颜色清晰度，对所有基本与组合颜色使用实心色块。按“好”、“不足”、“中等”确定级别。每一级的区别涉及既沿水平方向又沿竖直方向的色块边缘锐度，非打印线锐度(色块中)。测试图样还有附加的区域用于确定黑色清晰度。有用于色调比较的色块。1/1、1/2的黑色块、以及全色调同样指示清晰度。色调区别越好，清晰度越好。
最后，用于高清晰度的图样区域是从一个共同的起点既沿水平方向也沿竖直方向产生的八条线。它们在1.70英寸距离范围内彼此分开大约1度。因此，每条线的可分辨处越接近焦点，清晰度越好。将这些区域的每一个的清晰度级别进行比较并给出一个总的清晰度级别。
颜色密度与颜色清晰度的结果概括列于表2中。
表2颜色密度与颜色清晰度结果纸张 青色品红色 黄色黑色颜色密度基本纸1.320.970.771.75高级纸1.651.100.852.50试验纸1.511.070.831.88颜色清晰度基本纸不足不足 好 不足高级纸 好 好 好 中等试验纸 好 好 好 不足参阅表1与表2的结果，可以看出本发明的方法能够预测颜色密度与清晰度。
例如，表1中的接触角结果对应青色将纸按以下从最低到最高接触角的顺序排列高级纸(79.1)、试验纸(81.3)与基本纸(111.2)。表2中这些纸的颜色密度结果从最低到最高颜色密度具有相应的顺序基本纸(1.32)、试验纸(1.51)与高级纸(1.65)。由此可以看出接触角越大，颜色密度越低。因此，通过了解接触角的相对关系，可以确定颜色密度的相对关系。所有其他墨水也呈现出相应的接触角与颜色密度之间的对应关系。
同样，通过对比表1的接触角偏差与表2的颜色清晰度观察结果可以关联颜色清晰度的对应关系。例如，青色按照所测得的接触角偏差从最低到最高具有如下顺序试验纸(+0.05)、高级纸(+2.28)与基本纸(+17.35)。相应地，颜色清晰度结果试验纸与高级纸为“好”，而基本纸为“不足”。因而可以看出，当接触角偏差大时颜色清晰度受到不利影响。所有其他颜色的结果也相应地证明了这种趋势。
因此，对接触角与接触角偏差所作的观测可以用于预测与关联颜色密度与颜色清晰度的结果。
本发明的原理、优选实施例、以及工作方式已在前面说明书中描述。然而，此处要保护的本发明不应解释为限制于已经公开的具体形式，因为它们应看作是示例性的而非限制性的。本领域技术人员可以在不偏离本发明精神的情况下进行变化与改动。
权利要求
1．一种用于确定表面吸墨能力的方法，包括步骤(a)提供一个表面样品；(b)将样品浸入与移出墨水；以及(c)测量样品浸入与移出墨水期间的力。
2．根据权利要求1的方法，其中，所述力用表面张力表示。
3．根据权利要求1的方法，其中，所述力表示为墨水相对于表面的接触角。
4．根据权利要求3的方法，其中，所述接触角在60至110度之间。
5．根据权利要求4的方法，其中，所述接触角在70至100度之间。
6．一种用于确定吸纳多色墨水的合适的表面涂敷成分的方法，包括步骤(a)提供一个涂敷了该成分的表面样品；(b)将样品的各部分浸入与移出多于一种颜色的墨水；(c)测量样品各部分在浸入与移出每一种墨水期间的力；(d)比较对每一种墨水所测得的力；(e)如果对每一种墨水所测得的力的相异程度大于一个预设的偏差，则调整该涂敷成分。
7．根据权利要求6的方法，其中，所述力通过接触角进行测量。
8．根据权利要求7的方法，其中，测得的接触角的值在60至110度之间。
9．根据权利要求8的方法，其中，每一个接触角偏离测得的所有接触角的平均值的预设偏差不大于±10度。
10．根据权利要求9的方法，其中，该预设偏差为±5度。
11．根据权利要求10的方法，其中，该预设偏差为±3度。
12．一种对应一个表面确定合适的墨水成分的方法，包括步骤(a)提供一个涂敷了合成物的表面样品；(b)将样品的各部分浸入与移出多于一种颜色的墨水；(c)测量样品各部分浸入与移出每一种墨水期间的力；(d)比较对每一种墨水所测得的力；以及(e)如果所测得的每一种墨水与表面之间的力的力的相异程度大于一个预设的偏差，则调整一种或多种墨水的成分。
13．根据权利要求12的方法，其中，所述力通过接触角进行测量。
14．根据权利要求13的方法，其中，测得的接触角的值在60至110度之间。
15．根据权利要求14的方法，其中，每一个接触角偏离测得的所有接触角的平均值的预设偏差不大于±10度。
16．根据权利要求15的方法，其中，该预设偏差为±5度。
17．根据权利要求16的方法，其中，该预设偏差为±3度。
18．一种用于确定吸纳多色墨水的合适的基底成分的方法，包括步骤(a)提供一个基底样品；(b)将样品的各部分浸入与移出多于一种颜色的墨水；(c)测量样品各部分浸入与移出每一种墨水期间的力；(d)比较对每一种墨水所测得的力；以及(e)如果对每一种墨水所测得的力的相异程度大于一个预设的偏差，则调整该基底成分。
19．根据权利要求18的方法，其中，所述力通过接触角进行测量。
20．根据权利要求19的方法，其中，测得的接触角的值在60至110度之间。
21．根据权利要求20的方法，其中，每一个接触角偏离测得的所有接触角的平均值的预设偏差不大于±10度。
22．根据权利要求21的方法，其中，该预设偏差为±5度。
23．根据权利要求22的方法，其中，该预设偏差为±3度。
全文摘要
本发明公开一种用于确定表面吸墨性能的方法。该方法可用来可预测地与可靠地筛选打印应用中合适的基底涂敷合成物(和/或基底)成分或者合适的墨水成分。该方法根据将表面样品浸入与移出墨水所需的力确定表面对墨水的响应。该力更适宜通过墨水相对于表面的接触角表示。通过调整基底涂敷合成物(和/或基底)成分或者墨水成分使得几种墨水对已涂敷或未涂敷的基底表现出相近的特性,可以获得关于诸如图象密度与清晰度特性的可预测的图象打印性能。
文档编号G01N13/02GK1300363SQ99805742
公开日2001年6月20日 申请日期1999年4月13日 优先权日1998年5月1日
发明者迈克尔·G·伦敦 申请人:恩格尔哈德公司