[发明专利]用于喷墨打印的颜料型油墨

说明书

技术领域

本发明一般涉及喷墨打印的油墨成分领域，并且涉及相关的接触油墨成分的打印设备和材料，其中打印头接触油墨而不受损害。

背景技术

喷墨打印是一种无压方法，用于响应数字信号，以逐像素方式通过油墨滴的沉积而向图像记录元件产生打印图像。可利用各种方法控制油墨滴在图像记录元件上的沉积，从而产出期望的打印图像。在一种方法中，视需要，将已知的按需滴定(DOD)喷墨、单滴喷射(projected)到图像记录元件上，从而形成期望的打印图像。控制按需滴定打印中的油墨滴喷出的通常方法包括热气泡形成(热发泡喷墨(TIJ))以及压电换能器。在另一种已知的连续喷墨(CIJ)方法中，以成图像(image-wise)方式产生墨滴连续流，并且将其喷射到图像记录元件的表面上，而无成像墨滴偏转，被捕获并再循环至墨池。喷墨打印机已在市场上建立广泛的应用范围，从桌上文件和照相质量成像到短版印刷和工业标识。

大多数类型的喷墨打印机都使用由硅基材料制成的打印头，硅基材料包括硅、二氧化硅和氮化硅，因为这些材料在半导体制作设备中普遍，并且易于被加工，从而形成高复杂性集成电路和电动机械装置。打印头的零件包括打印喷嘴和通道，后者向打印头供墨，并且打印喷嘴常常包含这些硅基材料区域，其直接接触打印油墨。本领域广为人知，种类繁多的油墨成分能够引起硅基材料溶解或导致应力，其导致机械故障以及更大的分解率(US 6,730,149 B2)。喷墨打印装置的可靠性能够被油墨和打印头中硅基材料的这些相互作用显著降低。

这些问题难以解决。在一些喷墨打印系统中，将打印头的包含硅的部分，特别是油墨仓、喷嘴和油墨通道与墨盒一起替换，使得硅基材料的寿命限于个别墨盒的寿命。该方法显著增加墨盒的成本，并且限制打印系统设计。

另一种防止油墨溶解硅基材料的方法是，在所有接触油墨的表面涂上或沉积抗腐蚀材料。这些涂层可以是有机的，如聚合体，或者为无机的，例如钛或铪的氧化物。该方法也有增加打印头成本的缺点，并且常受涂层不良均匀性或针孔的困扰，这限制了对不受油墨影响的保护。

对不溶解或不损伤打印头中的硅基材料的油墨成分有强烈需求。

能够将喷墨打印机中使用的包含着色剂的油墨成分归类为颜料型或染料型，在前者中，着色剂是油墨成分中悬浮的颜料颗粒，在后者中，着色剂是完全溶剂化的染料种类，其由一个或更多染料分子组成。非常期望颜料，因为其比染料对褪色的抵抗力更好。然而，颜料型油墨具有许多缺点。将颜料缩小至充分小的颗粒，并且为该颗粒提供足够的胶状稳定性耗时长。颜料型油墨通常要求长时间的磨制操作，从而产生大多数现代油墨应用所需的亚微米型范围内的颗粒。如果颜料颗粒太大，光散射就能够对打印图像的光密度和光泽产生有害影响。

颜料油墨的第二个缺点在于其打印后的耐久性，尤其是在已向打印图像施加研磨力的条件下。此外，在喷墨接收物上打印的图像易受短时间间隔的缺陷影响，即易受从打印后到油墨干燥期间几分钟的时间间隔的缺陷影响。最后，干燥图像的耐久性也受环境因素的影响，例如温度和湿度，其在某些环境中能够降低图像耐久性。

为了达到该程度，颜料油墨已被通过各种聚合体、分散剂和其他附加物配方，以尝试提供这样的耐久图像，其能够经受打印后的物理滥用和环境条件。

已公开了许多降低油墨溶解或损害硅基打印头材料的倾向的方法。这些方法通常包括：控制碱金属离子浓度，添加抑制有机分子，例如特殊的染料，或者添加阳离子络合盐(US 6,730,149 B2)。另一种方法使用特殊的金属氧化物颗粒的分散体，例如氧化铝或氧化铈，其中，颗粒具有正电荷，pH范围为4-6(US 2008/0129811 A1)，特征在于该pH范围内的其正Zeta电势。相信这些带正电荷的颗粒依附于打印头带负电荷硅基表面，并且因此消除这些表面被油墨溶解。这些方法限于特定的油墨成分，并且不适于颜料型油墨，其中颜料表面和聚合体上的负电荷对颜料分散和合成油墨的稳定性非常重要。另一种提高关于硅腐蚀的油墨性能的一般方法是，通过使用适当的缓冲剂溶液而调整油墨的pH值。例如，Inoue等人在US 7,370,952 B2中提出，能够使用缓冲剂，从而调整按需滴定喷墨打印机中使用的油墨的pH值，从而降低腐蚀的影响。这主要是因为，已知硅的腐蚀由更高pH值(碱性更大)的溶液加速，例如湿蚀刻工艺中使用的那些溶液。同时，为了保持溶液的整体性，例如为了防止油墨成分沉淀，通常要求对喷墨油墨有用的成分有一些碱度。