CN101675128A - 喷墨墨、喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备 - Google Patents

喷墨墨、喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供喷墨墨，所述喷墨墨显示如此优良的喷射性，以致当使用能够改进记录制品的耐擦拭性的含有聚合物的墨时，防止记录介质上的墨滴冲击点偏离。所述喷墨墨包含聚合物和表面活性剂，其中该聚合物的酸值为100mg KOH/g以上至220mg KOH/g以下，该聚合物的重均分子量为3,000以上至10,000以下，该表面活性剂具有由下式(1)表示的结构，其中n为3以上至27以下的数值，m为16以上至31以下的数值。

Description

喷墨墨、喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备
技术领域
本发明涉及喷墨墨(以下也可仅称为“墨”)，以及使用该墨的喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备。特别地，本发明涉及优选地从记录头喷射并含有聚合物的墨，所述记录头的具有用于喷射墨的喷射口的表面已进行防水性处理。
背景技术
含有聚合物的墨，以及含有具有用通过聚合物分散的颜料的聚合物分散颜料的墨，广泛用作用于改进记录制品的耐擦拭性的墨。然而，当含有聚合物的墨从记录头喷射时，具有用于喷射墨的喷射口的该记录头表面已进行防水性处理，该墨易于引起出现墨滴弯曲这样的问题。作为解决该问题的手段，已提出调整关于记录头喷嘴板的接触角(参见日本专利申请特开H09-194781和2000-290556)。另外，还提出含有特定表面活性剂的墨(参见日本专利申请特开2005-008849)。
发明内容
本发明还已进行关于含聚合物墨的研究，意在改进记录制品的耐擦拭性。然而，已经发现，当将具有低酸值的聚合物或具有高重均分子量的聚合物用作墨中的聚合物时，即使当使用迄今提出的任何方法时，在一些情况下也不能实现稳定的喷射稳定性。另外，其同样适合于喷射聚合物在墨中的含量高的墨情况。换句话说，当根据喷墨记录方法喷射如上所述的该含聚合物墨时，出现像墨滴弯曲这样的问题，因此在一些情况下发生墨滴冲击点偏离。
因而，本发明的目的是提供墨，当使用能够改进记录制品的耐擦拭性的含有聚合物的墨时，该墨显示优良的喷射性，并防止记录介质上的墨滴冲击点偏离。本发明的另一个目的是提供使用上述墨的喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备。
上述目的可通过下述的本发明来实现。更具体地，本发明提供包含聚合物和表面活性剂的喷墨墨，其中该聚合物的酸值为100mg KOH/g以上至220mg KOH/g以下，该聚合物的重均分子量为3,000以上至10,000以下，该表面活性剂具有由下式(1)表示的结构。
Figure A20088001433100041
在式(1)中，n为3以上至27以下的数值，m为16以上至31以下的数值。
本发明还提供具有通过由喷墨系统喷射墨在记录介质上进行记录的步骤的喷墨记录方法，其中该墨是根据本发明的墨。
本发明进一步提供包括用于贮存墨的墨贮存部的墨盒，其中该墨是根据本发明的墨。
本发明还进一步提供包括用于贮存墨的墨贮存部和用于喷射墨的记录头的记录单元，其中该墨是根据本发明的墨。
本发明还进一步提供包括用于贮存墨的墨贮存部和用于喷射墨的记录头的喷墨记录设备，其中该墨是根据本发明的墨。
根据本发明，能提供含有聚合物的墨，所述墨具有优良的耐擦拭性和如此优良的喷射性，以致不会引起以下现象：当喷射墨时发生墨滴弯曲，因此引起墨滴冲击点偏离。根据本发明的另一个实施方案，能提供使用该墨的喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备。
参考附图，从以下代表性实施方案的描述，本发明的进一步特征将变得显而易见。
附图说明
图1为说明在将乙炔二醇型表面活性剂添加至水之后即刻的状态的模型图。
图2为说明从将乙炔二醇型表面活性剂添加至水的时间经过几秒钟之后的状态的模型图。
图3为说明在将乙炔二醇型表面活性剂添加至聚合物水溶液之后即刻的状态的模型图。
图4为说明从将乙炔二醇型表面活性剂添加至聚合物水溶液的时间经过几秒钟之后的状态的模型图。
图5为说明在将具有由式(1)表示的结构的表面活性剂添加至聚合物水溶液之后即刻的状态的模型图。
图6为说明从将具有由式(1)表示的结构的表面活性剂添加至聚合物水溶液的时间经过几秒钟之后的状态的模型图。
图7为说明记录头的纵向截面图。
图8为记录头的横向截面图。
图9为说明如由图7所示的由很多记录头阵列组成的多记录头的外观的透视图。
图10为说明示例性喷墨记录设备的透视图。
图11为说明墨盒的纵向截面图。
图12为说明示例性记录单元的透视图。
图13说明示例性记录头结构。
具体实施方式
以下将用实施本发明的最佳方案更详细地描述本发明。
本发明人已考虑以下现象的原因：由从喷射口喷射的墨滴弯曲的发生引起记录介质上的墨滴冲击点偏离。结果，本发明人推测，上述现象的主要原因在于以下方面。即，本发明人已得出以下结论：包含于墨中的聚合物粘附于喷射口面(facesurface)(具有用于喷射墨的喷射口的表面)，喷射口面的防水性降低(下文中，在一些情况下可称为“润湿性降低”)。因此，本发明人已模拟出从墨粘附于喷射口面时至喷射口面防水性降低时的期间内引起的现象，以证实上述推测。结果显示在喷射口面上发生以下现象。
首先，粘附于喷射口面的大多数墨是喷射时在喷射口面附近产生的细雾形式的墨，以及从记录介质回弹出的墨。此墨含有聚合物，根据墨恰好粘附于喷射口面时的界面状态的变化，一部分该聚合物取向至气-液界面或固-液界面。此时，取向至固-液界面的聚合物的疏水性单元与组成进行防水性处理的喷射口面的疏水性单元之间的亲合性高，从而通过由刮板或擦拭器对于喷射口面的通常清洁操作可能难以除去此聚合物。每次喷射墨时均重复上述现象，从而喷射口面防水性逐渐降低。结果，具有高亲水性的主墨滴被吸引至防水性已降低的部分喷射口面，因此引起发生墨滴弯曲的现象。
考虑到已证实的结果，本发明人已进行主要关于以下的研究：如何通过改进墨的性能，既不是通过改变喷射口面的性能，也不是通过改进清洁操作，防止墨中聚合物粘附于喷射口面。结果，本发明人认为，在聚合物取向至固-液界面之前，最好使其他化合物而不是该聚合物选择性地取向至墨与喷射口面之间的固-液界面。本发明人认为，此类装置能够抑制聚合物粘附于喷射口面，而与喷射口面性能(疏水性单元的结构)无关，以实现本发明的目的。因此，本发明人已提供含有具有高于聚合物取向至气-液界面或固-液界面的取向速率的取向速率的化合物的几种墨，以进行关于喷射口面的润湿性与取向速率之间的关系的研究。结果，显示，即使具有高于聚合物取向至气-液界面或固-液界面的取向速率的取向速率的化合物也包括有效化合物和无效化合物。
因此，本发明人已进行进一步的研究。结果，发现，本发明的目的可通过提供含有具有由下式(1)表示的结构的表面活性剂的墨来实现。
Figure A20088001433100071
在式(1)中，n为3以上至27以下的数值，m为16以上至31以下的数值。
另外，在具有由式(1)表示的结构的表面活性剂中，[-CH2-CH2-O-]和[-CH2-CH(CH3)-O-]分别表示环氧乙烷(ethylene oxide)单元和环氧丙烷(propylene oxide)单元。在由式(1)表示的表面活性剂中，在其结构中存在的环氧乙烷单元和环氧丙烷单元的状态可以是任何状态如无规和嵌段状态。然而，作为本发明人的研究结果，发现优选嵌段状态。进一步发现，如由下式(2)表示的以环氧乙烷单元、环氧丙烷单元和环氧乙烷单元的次序以嵌段状态排列各单元的形式是特别优选的。
Figure A20088001433100072
在式(2)中，n1+n2为3以上至27以下的数值，m为16以上至31以下的数值。
在此，单元无规存在的状态是指环氧乙烷单元和环氧丙烷单元的排列是无规则的。另一方面，单元以嵌段状态存在的状态是指某一单元由一些单体的单元组成，并且由一些单体组成的单元的排列是规则的。
除非使用具有上述特定结构的化合物，否则即使选择具有高于聚合物取向至气-液界面或固-液界面的取向速率的取向速率的化合物，本发明的目的也不能实现的原因尚不清楚。然而，本发明人推测其原因如下。
具有高取向速率的化合物的代表性实例包括通常用作用于喷墨墨的表面活性剂的乙炔二醇型表面活性剂。然而，根据本发明人的研究，即使乙炔二醇型表面活性剂在墨中的含量增至任何程度，也不能够实现本发明的目的。本发明人推测为此的原因如下。首先，关于仅含有乙炔二醇型表面活性剂的水溶液，乙炔二醇型表面活性剂由于其高取向速率而确实迅速取向至气-液界面(参见图1和2)。然而，在含有乙炔二醇型表面活性剂的水溶液中，乙炔二醇型表面活性剂的疏水性单元被吸附于聚合物的疏水性单元。因此，乙炔二醇型表面活性剂变得难以取向至气-液界面，或者发生以下现象：乙炔二醇型表面活性剂与聚合物一起取向同时吸附于聚合物上(参见图3和4)。如上所述，在乙炔二醇型表面活性剂的情况下，部分聚合物取向至气-液界面或固-液界面，因此认为不能抑制喷射口面润湿性的降低。
另一方面，在具有由式(1)表示的结构的表面活性剂的情况下，以分子结构形式存在的作为亲水性单元的环氧乙烷单元以及作为疏水性单元的环氧丙烷单元的状态如下。具体地，在具有由式(1)表示的结构的表面活性剂中，亲水性单元和疏水性单元并不是明显分离地存在，不像乙炔二醇型表面活性剂那样。因此，其中吸附于聚合物上的比例与乙炔二醇型表面活性剂相比变得极低，在所述乙炔二醇型表面活性剂中亲水性单元和疏水性单元即使在含聚合物的水溶液中也规则地存在。因此，在具有由式(1)表示的结构的表面活性剂的情况下，具有由式(1)表示的结构的表面活性剂选择性地存在于气-液界面处(参见图5和6)，因此认为能抑制喷射口面润湿性的降低。
图1至图6中所示现象可通过测量各水溶液的动态表面张力来确认。
根据本发明人更进一步的研究，发现，即使在具有由式(1)表示的结构的表面活性剂中，依赖于环氧乙烷单元和环氧丙烷单元的数目，在一些情况下也不能达到本发明的效果。首先，提及环氧乙烷单元的摩尔数为小于3(n＜3)的情况或者环氧丙烷单元的摩尔数为大于31(m＞31)的情况。在此情况下，表面活性剂的疏水性变高，表面活性剂变得易于吸附于墨中的聚合物和颜料，像仅添加乙炔二醇型表面活性剂的水溶液一样。结果，部分聚合物取向至气-液界面和固-液界面，从而认为喷射口面润湿性的降低得不到抑制，本发明所需的喷射性的水平不能得到满足。另一方面，在环氧乙烷单元的摩尔数为大于27(n＞27)或者环氧丙烷单元的摩尔数为小于16(m＜16)的情况下，本发明的效果还是无法实现。首先认为，在该结构的情况下，该表面活性剂的亲水性变高。因此，在此情况下，表面活性剂稳定地存在于含聚合物的水溶液中，从而表面活性剂对气-液界面和固-液界面的取向速率和取向量降低。结果，取向至气-液界面和固-液界面的聚合物的量增加，从而认为喷射口面润湿性的降低得不到抑制，本发明所需的喷射性的水平不能得到满足。
从上述原因，推测，当含聚合物的墨进一步包含由下式(1)表示的结构的表面活性剂时，喷射口面润湿性的降低可得到显著抑制，在式(1)中，m和n值落入本发明所限定的各范围内。
Figure A20088001433100101
在式(1)中，n为3以上至27以下的数值，m为16以上至31以下的数值。
在本发明中，例如，可将商购可得的化合物用作具有由式(1)表示的结构的表面活性剂。具有由式(1)表示的结构的表面活性剂通常作为环氧乙烷单元数目和环氧丙烷单元数目不同的各种化合物的混合物存在。由本发明人的研究结果，已确认：只要环氧乙烷单元数目和环氧丙烷单元数目的平均值落入由本发明所限定的各范围之内，即可实现本发明的效果。然而，根据本发明人进一步的研究，即使在含有具有由式(1)表示的结构的表面活性剂的墨中，根据包含的聚合物的种类和数量，在一些情况下也不能满足本发明所需的喷射性的水平。
因而，本发明人已进行了关于包含于墨中的聚合物性质的进一步研究。结果，发现，当使用具有酸值为100mg KOH/g以上至220mg KOH/g以下和重均分子量为3,000以上至10,000以下的聚合物时，喷射口面润湿性的降低可更加显著地得到抑制。通过使用具有上述性质的聚合物的效果尚不清楚。然而，本发明人推测其原因如下。
在各上述限定的范围之外的情况下，即，在重均分子量小于3,000的情况下，该聚合物易于取向至已取向至气-液界面的表面活性剂的间隙。在此情况下，水溶液中的取向速率也变高，因此聚合物易于取向至气-液界面和固-液界面，以致该聚合物对抑制喷射口面润湿性降低不是最佳的。此外，本发明的目的之一是改进记录制品的耐擦拭性。当聚合物的重均分子量为小于3,000时，在一些情况下该效果不能得到充分发挥，从而即使在此方面中也不优选该聚合物。
另一方面，在具有高于10,000的重均分子量的聚合物的情况下，认为该聚合物易于在空间上扩散于水溶液中。因此，当表面活性剂取向至气-液界面或固-液界面时，表面活性剂易于被聚合物捕获。结果，表面活性剂至气-液界面的取向量和取向速率变低。为了抑制喷射口面润湿性的降低，因此对于含有该聚合物的墨不是最佳的。
在具有小于100mg KOH/g的酸值的聚合物的情况下，该聚合物的亲水性变高，该聚合物易于取向至气-液界面，从而出于抑制润湿性降低的目的，该聚合物不是最佳的。另一方面，在具有大于220mg KOH/g的酸值的聚合物的情况下，将墨施涂至记录介质之后，该聚合物易于与墨中的液体组分一起渗透入记录介质中。因此，在一些情况下，不可能改进作为本发明的目的之一的记录制品的耐擦拭性，因此不优选该聚合物。
本发明的目的是改进所得记录制品的耐擦拭性，以及即使当墨借助于喷墨记录方法喷射时，也抑制发生墨弯曲以致墨滴冲击点偏离的现象。从关于聚合物的研究结果，本发明人已得出以下结论：墨具有用于实现这些目的的以下构成是重要的。换句话说，重要的是提供含有以下物质的墨：具有酸值为100mgKOH/g以上至220mg KOH/g以下和重均分子量为3,000以上至10,000以下的聚合物，以及具有由式(1)表示的结构的表面活性剂。
另外，作为通过本发明人进一步研究的结果，已发现，优选下述条件以提供更好的墨。首先，假设聚合物的含量(质量％)基于墨的总质量为A质量％，表面活性剂的含量(质量％)为B质量％。此时，已发现，仅含有B质量％的表面活性剂的水溶液的动态表面张力有利地低于仅含有A质量％的聚合物的水溶液的动态表面张力。在该构成的情况下，本发明的效果可更明显地实现。
在本发明中，为了更进一步地改进记录制品的耐擦拭性的目的，该聚合物的含量(质量％)有利地为2.5质量％以上，基于墨的总质量。此外，为了降低粘附于喷射口面的聚合物的量的目的，聚合物的含量(质量％)有利地为低于3.5质量％，基于墨的总质量。此外，具有由式(1)表示的结构的表面活性剂的含量(质量％)有利地为0.05质量％以上至0.5质量％以下，更有利地为0.10质量％以上至0.35质量％以下，基于墨的总质量。
由于下述原因，用于墨中的聚合物进一步有利地为嵌段共聚物。在嵌段共聚物中，亲水性单元和疏水性单元明显分离地存在于其结构中，从而该嵌段共聚物比无规共聚物易于在墨中形成缔合物，因此嵌段共聚物难以取向至气-液界面和固-液界面。另外，在本发明中，聚合物是嵌段共聚物的状态是指一种或多种单体(亲水性单体或疏水性单体)分别连续地排列。
此外，认为，为了更有效地抑制当长时间喷射墨时喷射口面润湿性降低的目的，墨粘附于喷射口面时，墨中的表面活性剂最好尽快取向至喷射口面。由此看来，本发明人已进行如下所述的该研究。
首先，通过使用用于本发明的具有由式(1)表示的结构的各种表面活性剂，制备在一定寿命下动态表面张力的性质不同的许多墨。使用这些墨以观察在长时间内喷射墨的情况下的喷射口面状态，并研究喷射口面润湿性与在10毫秒至5,000毫秒寿命下墨的动态表面张力之间的关系。结果，发现，当使用用于本发明的具有由式(1)表示的结构的各种表面活性剂时，喷射口面润湿性与在50毫秒寿命下墨的动态表面张力之间的关联性最大，而与喷射口面结构无关。还发现，随着寿命从50毫秒寿命向上和向下更远时，该关联性变得连续减弱。从该事实，本发明人发现，能够特别显著地抑制喷射口面润湿性降低的墨，可通过将50毫秒寿命下墨的动态表面张力限定在一定范围内来提供。
具体地，已发现，作为墨的性质，通过最大泡压法确定的50毫秒寿命下动态表面张力有利地为50mN/m以下。另外，此时，墨显示上述性质的主要因素归因于具有由式(1)表示的结构的表面活性剂是必要的。换句话说，实现本发明效果的机制如上所述，因此，即使由于任何其他表面活性剂或者渗透性溶剂如链烷二醇或二醇醚导致显示上述性质，通过控制墨的动态表面张力获得的效果也不能实现。为使根据本发明的墨显示动态表面张力性质，该性质可通过以下获得：使用具有由式(1)表示的结构的表面活性剂并控制其含量(质量％)在例如基于墨的总质量为0.10质量％以上至0.35质量％以下的范围内。另外，没有对50毫秒寿命下动态表面张力的下限施加特别限定。然而，下限值有利地为30mN/m以上，以确保图像浓度和抑制墨透印。
现将描述用于测量本发明中墨的动态表面张力的最大泡压法。最大泡压法是如下的方法：测量释放形成于浸入待测液体中的探针(毛细管)顶部的气泡所需的最大压力，然后从该最大压力得到表面张力。寿命是指以下时间：即在最大泡压法中，在探针顶部形成气泡时，自从顶部释放气泡之后形成新气泡表面的时间点至获得最大泡压的时间点(气泡的曲率半径变为等于探针顶部半径的时间点)。
具有由式(1)表示的结构的表面活性剂通过加成环氧乙烷单元和环氧丙烷单元获得。表面活性剂有利地以下述方式制备。首先将反应体系中的水的含量控制为0.3质量％以下。用作催化剂的碱性催化剂如氢氧化钠或氧化镁-铝固体催化剂的添加量始终保持在0.25质量％以下，基于在各烯化氧的加成步骤中的中间产物和最终产物。在所得产物中作为副产物包含的下述组分的总含量控制在以下范围之内。换句话说，为环氧乙烷单元和环氧丙烷单元的聚合产物的聚乙二醇、聚丙二醇和聚亚烷基二醇的含量控制在约0.3质量％以上至约3质量％以下的范围内。
<水性介质>
在根据本发明的墨中，可将含有水或水和水溶性有机溶剂的水性介质用作墨的另一组分。水溶性有机溶剂在墨中的含量(质量％)有利地为3.0质量％以上至50.0质量％以下，基于墨的总质量。作为水溶性有机溶剂，可具体地使用下述溶剂：具有1至4个碳原子的链烷醇如乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇和叔丁醇；羧酸酰胺如N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺；酮或酮醇如丙酮、甲乙酮和2-甲基-2-羟基-4-戊酮；环醚如四氢呋喃和二噁烷；二元醇如甘油、乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、1，2-或1，3-丙二醇、1，2-或1，4-丁二醇和乙二硫醇；多元醇如1，5-戊二醇、1，2-或1，6-己二醇、1，2，6-己三醇和具有平均分子量为200、400、600、1,000或2,000的聚乙二醇；杂环化合物如2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮和N-甲基吗啉；含硫化合物如二甲基亚砜；以及糖类如葡萄糖和半乳糖。这些水溶性有机溶剂可单独使用或者以其任意组合使用。
另外，如下所述的水溶性有机溶剂如链烷二醇和二醇醚通常用作用于墨中的水溶性有机溶剂。链烷二醇的具体实例包括1，3-丁二醇、1，5-戊二醇和1，2-或1，6-己二醇。二醇醚的具体实例包括二甘醇单甲基(或乙基)醚和三甘醇单乙基(或丁基)醚。然而，与包含于墨中的表面活性剂相比，在一些情况下，渗透性水溶性有机溶剂如链烷二醇和二醇醚在初始动态表面张力方面可能低。当使用比表面活性剂的动态表面张力低的水溶性有机溶剂时，在一些情况下表面活性剂之气-液界面的取向速率可能变低。因此，以下是有利的：尽可能地不将渗透性水溶性有机溶剂如链烷二醇或二醇醚用作水溶性有机溶剂，或者如果使用该溶剂，组成如此设置以致能获得添加该溶剂的效果，并且本不损害发明的效果。
将去离子水有利地用作水。水在墨中的含量(质量％)优选为50.0质量％以上至95.0质量％以下，基于墨的总质量。
<着色材料>
可用于根据本发明的墨的着色材料有利地为水不溶性着色材料(下文中可仅称为“颜料”)如炭黑和有机颜料。可使用任何颜料，而与其分散体系无关。例如可使用利用分散剂的聚合物分散型的颜料(聚合物分散颜料)或者通过提高水不溶性着色材料本身的分散性而不使用任何分散剂来分散的颜料。例如，可使用微胶囊型颜料、将亲水性基团引入颗粒表面中的自分散型颜料(自分散颜料)，或者将含有有机基团的聚合物化学键合至其颗粒表面的颜料(聚合物键合型自分散颜料)。不必说，分散体系中彼此不同的这些颜料也可组合使用。水不溶性着色材料在墨中的含量(质量％)有利地为0.1质量％以上至15.0质量％以下，更有利地为1.0质量％至10.0质量％，基于墨的总质量。
[炭黑]
用于黑色墨的颜料有利地为炭黑。可用的炭黑的实例包括炉黑、灯黑、乙炔黑和槽黑。作为炭黑，可具体使用以下炭黑：Raven：1170、1190 ULTRA-II、1200、1255、1250、1500、2000、3500、5000、5250、5750和7000(所有均为Columbian Carbon Co.的产品)；Black Pearls L，Regal：300R、400R和660R、Mogul L，Monarch：700、800、880、900、1000、1100、1300和1400，以及Valcan XC-72R(所有均为CABOT CO.的产品)；ColorBlack：FW1、FW2、FW2V、FW18、FW200、S150、S160和S170，Printex：35、U、V、140U和140V，以及Special Black：4、4A、5和6(所有均为Degussa AG的产品)；以及No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF-88、MA7、MA8、MA100和MA600(所有均为MITSUBISHI CHEMICALCORPORATION的产品)。除了上述颜料之外，也可使用为本发明新制备的炭黑、磁性细料颗粒如磁铁矿和铁氧体以及钛黑。
[有机颜料]
用于彩色墨的颜料有利地为有机颜料。作为有机颜料，可使用以下颜料：
水不溶性偶氮颜料如甲苯胺红、甲苯胺褐红、汉撒黄、联苯胺黄和吡唑啉酮红；水溶性偶氮颜料如立索红、日光枣红(HelioBordeaux)、颜料猩红和永久红2B；瓮染料衍生物如茜素、阴丹酮和硫靛褐红；酞菁颜料如酞菁蓝和酞菁绿；喹吖啶酮颜料如喹吖啶红和喹吖啶酮品红；苝颜料如苝红和苝猩红；异吲哚啉酮颜料如异吲哚啉酮黄和异吲哚啉酮橙；咪唑啉酮颜料如苯并咪唑酮黄、苯并咪唑酮橙和苯并咪唑酮红；皮蒽酮染料颜料如皮蒽酮红和皮蒽酮橙；靛蓝颜料；缩合偶氮颜料；硫靛颜料；黄浣士林黄；酰胺黄；喹啉酮黄；镍络偶氮黄；铜偶氮甲碱黄；紫环酮橙(Perinone Orange)；蒽酮橙；联蒽酮红；以及二噁嗪紫。
当有机颜料通过颜色指数(C.I.)数表示时，可以具体使用以下颜料。
C.I.颜料黄：12、13、14、17、20、24、74、83、86、93、97、109、110、117、120、125、128、137、138、147、148、150、151、153、154、166、168、180和185；C.I.颜料橙：16、36、43、51、55、59、61和71；C.I.颜料红：9、48、49、52、53、57、97、122、123、149、168、175、176、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、238、240、254、255和272；C.I.颜料紫：19、23、29、30、37、40和50；C.I.颜料蓝：15、15:3、15:4、15:6、22、60和64；C.I.颜料绿：7和36；以及C.I.颜料棕23、25和26。
[分散剂]
当将聚合物分散剂用作用于分散墨中de上述水不溶性着色材料的分散剂时，可使用具有如上所述性质的聚合物。换句话说，在本发明中含有具有酸值为100mg KOH/g以上至220mgKOH/g以下和重均分子量为3,000以上至10,000以下的聚合物是必要的。更优选通过由具有该性质的聚合物将颜料分散至组成墨的水性介质中而获得的墨。作为分散剂，可具体使用通过共聚以下单体获得的任何一种共聚物：
苯乙烯、苯乙烯衍生物、乙烯基萘、乙烯基萘衍生物、α，β-烯键式不饱和羧酸的脂族醇酯，丙烯酸、丙烯酸衍生物、马来酸、马来酸衍生物、衣康酸、衣康酸衍生物、富马酸和富马酸衍生物，乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺和丙烯酰胺衍生物。共聚物的实例包括由选自这些单体中的至少两种单体(条件是其至少一种为亲水性单体)形成的嵌段共聚物、无规共聚物和接枝共聚物，及其盐。由这些单体形成的聚合物可溶于含有其中溶解的碱的水溶液，并且是碱溶性聚合物。在本发明中，该聚合物特别有利地含有作为亲水性单体的丙烯酸或其衍生物，这是因为可提供具有适度亲水性的聚合物，并且可易于调节该聚合物的酸值。
在组成聚合物的单体中，亲水性单体与疏水性单体的质量比(亲水性单体/疏水性单体)有利地为60/40至30/70，即0.4至1.5。另外，在本发明中，对应于上述单体中的疏水性单体的单体包括苯乙烯、苯乙烯衍生物、乙烯基萘和乙烯基萘衍生物，除了这些单体以外的其他单体对应于亲水性单体。
另外，可向根据本发明的墨中，进一步添加除了用于分散颜料的聚合物以外的其他聚合物，以改进记录制品的耐擦拭性。此时添加至墨中的聚合物与用作分散剂的聚合物可相同或不同。然而，从墨的稳定性的观点，将与用作分散剂的聚合物相同的聚合物特别有利地添加至墨中。
(其他添加剂)
为了维持墨的保湿性的目的，根据本发明的墨可包含固体保湿性化合物如脲、脲衍生物、三羟甲基丙烷或三羟甲基乙烷。保湿性化合物在墨中的含量(质量％)有利地为0.1质量％以上至20.0质量％以下，更有利地为3.0质量％以上至10.0质量％以下，基于墨的总质量计。
除了上述组分之外，根据需要，根据本发明的墨可包含各种添加剂如pH调节剂、防锈剂、防腐剂、防霉剂、抗氧化剂和抗还原剂。也可提供含有另一表面活性剂而不是具有由式(1)表示的结构的表面活性剂的墨。
<喷墨记录方法、墨盒、记录单元和喷墨记录设备>
下文中将描述代表性的喷墨记录设备。首先，记录头的代表性结构示于图7和图8中，所述记录头为充分利用热能的喷墨记录设备的主要部件。图7为沿墨流路截取的记录头13的截面图，图8为沿图7中直线8-8截取的截面图。记录头13通过将具有墨从其中通过的流路(喷嘴)14的玻璃、陶瓷、硅或塑料板与加热元件基板15结合而获得。
加热元件基板15由保护层16、电极17-1和17-2、抗发热层18、蓄热层19和基板20构成。保护层16用二氧化硅、氮化硅或碳化硅形成。电极17-1和17-2用铝、金或铝铜合金形成。抗发热层18用高熔点材料如HfB2、TaN或TaAl形成。蓄热层19用热氧化的硅或氧化铝形成。基板20用具有良好散热性能的材料如硅、铝或氮化铝形成。
当将脉冲电信号施加于记录头13的电极17-1和17-2时，加热元件基板15迅速在由‘n’所示的区域产生热，以在与该区域接触的墨21中产生气泡。墨的弯月面23通过气泡的压力突出，墨21以墨滴24的形式通过记录头的喷嘴14喷射，从而飞出喷射口22朝向记录介质25。
图9说明了如图7所示的许多记录头的阵列组成的多记录头(multi-head)外观。与图7所述类似，多记录头通过将具有许多喷嘴26的玻璃板27与加热头28结合而形成。
图10说明了其中引入该记录头的喷墨记录设备的实例。在图10中，为擦拭构件的刮板61的一端通过刮板保持构件保持和固定，以形成悬臂。刮板61设置在与其中记录头65操作的记录区域相邻的位置处，在所述实施方案中，刮板61以伸进记录头65移动通过的路径的形式保持。用于记录头65的喷射口面的盖62设置在与刮板61相邻的原始位置处，如此构造使其沿垂直于记录头65移动方向的方向移动，并与喷射口的面接触以将其盖住。
将墨吸收构件63与刮板61相邻地设置，类似于刮板61，所述墨吸收构件63以伸进记录头65移动通过路径的形式保持。喷射恢复部64由刮板61、盖62和墨吸收构件63构成。水、灰尘和/或其类似物通过刮板61和墨吸收构件63从喷墨口面除去。记录头65具有喷射能量产生单元(ejection-energy-generating unit)，并用于将墨喷射在与设置有喷射口的喷射口面相对设置的记录介质上，以进行记录。滑架66在其上安装记录头65，以移动记录头65。滑架66可滑动地与引导轴67联锁，并且在其部分处连接(未示出)至由电动机68驱动的带69。因而，滑架66可沿引导轴67移动，从而，记录头65可自记录区域向其相邻的区域移动。
设置从其插入记录介质的供给部51和由电动机(未示出)驱动的进给辊52。由此结构，将记录介质进给至与记录头65喷射口面相对的位置，并随记录的进程从设置有排出辊53的排出部排出。在上述结构中，当通过记录头65完成记录之后，记录头65返回其原始位置时，喷射恢复部64中的盖62从记录头65的移动路径退回，刮板61保持伸进移动路径。结果，擦拭记录头65的喷射口。
另外，当盖62与记录头65的喷射口面接触以将其盖住时，移动盖62使其伸进记录头65的移动路径中。当记录头65从其原始位置移动至开始记录的位置时，盖62和刮板61处于与如上所述用于擦拭的位置相同的位置处。结果，在此移动时也擦拭记录头65的喷射口面。为了记录的目的，不仅当完成记录或恢复记录头65以喷射时，而且当记录头65在记录区域移动以记录时，进行记录头65至其原始位置所谓上述移动，在此期间记录头以给定间隔移动至与各记录区域相邻的原始位置，其中根据此移动擦拭喷射口面。
图11说明了代表性墨盒，其中贮存通过供墨构件例如管要供给墨至记录头的墨。在墨盒中，用于贮存要供给的墨的墨贮存部40由例如用于墨的袋形成。其一端设置有由橡胶制成的止动件42。可将针(未示出)插进该止动件42中，从而可将用于墨的袋40内的墨供给至记录头。设置墨吸收构件44以接收废墨。
喷墨记录设备并不限定于如上所述其中分别设置记录头和墨盒的设备。因此，也可有利地使用如图12所示的其中记录头和墨盒一体化形成的设备。在图12中，用于贮存墨的墨贮存部，例如墨吸收构件容纳于记录单元70中。记录单元70如此构造以使得在该墨吸收构件中的墨以墨滴的形式通过具有多个喷射口的记录头部71喷射。墨贮存部也可由用于墨的袋构成，在所述袋内部设置弹簧，而不使用墨吸收构件。设置空气通道72，以将盒的内部与大气连通。使用该记录单元70代替图10所示的记录头65，所述记录单元70并可拆卸地安装于滑架66上。
充分利用机械能的喷墨系统和喷墨记录设备的有利实例包括下述结构的按需型喷墨记录头。具体地，喷墨记录设备具有具有多个喷嘴的喷嘴形成基板，以及由压电材料和导电性材料构成并与喷嘴相对设置的压力产生装置(pressure-generatingdevices)。该设备装配有在压力产生装置周围填充的墨，并通过施加电压使压力产生装置位移而从喷嘴喷射墨。图13说明了记录头的代表性结构，所述记录头为上述喷墨记录设备的主要部件。
记录头由以下构成：墨流路80、孔板81、振动板82、压电元件83以及用于支持和固定其上的孔板81、振动板82等的基板84。墨作为具有期望体积的墨滴从与墨室(未示出)连通的墨流路80通过孔板81喷射。此时，墨通过用于施加压力的振动板82和结合至振动板82并通过电信号位移压电元件83的作用来喷射。墨流路80用感光性树脂形成。在孔板81中，喷射口85通过压力加工使金属如不锈钢或镍进行电铸或冲压而形成。振动板82用金属如不锈钢、镍或钛的膜和高模量树脂膜形成。
压电元件83用介电材料如钛酸钡或PZT形成。通过施加脉冲电压至压电元件83，具有如上所述结构的记录头产生应变应力。结合至压电元件83的振动板通过应力能量变形，因而，将墨流路80中的墨垂直加压，以从孔板81的喷射口85喷射墨滴(未示出)，从而进行记录。该记录头可通过将其引入与示于图10中的设备类似的喷墨记录设备来使用。喷墨记录设备的详细操作可以与上述相同的方式进行。
[实施例]
下文中将通过以下实施例和比较例更具体地描述本发明。然而，本发明绝不限于以下实施例，只要不超出本发明的主旨即可。另外，除非特别注明，否则以下实施例中所用的术语“份”和“％”是指质量份或质量％。
[颜料分散液1至13的制备]
将10份炭黑、6份甘油、10份苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物和74份水借助于砂磨机(由KANEDA SCIENTIFIC CO.，LTD制造)以1,500rpm分散5小时，从而获得分散体。另外，使用具有比表面积为220m2/g并且DBP吸油量为130mL/100g的炭黑。用作分散剂的苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物是具有共聚(质量)比为61∶26∶13、重均分子量为3,000和酸值为100mgKOH/g的无规三元共聚物。对于苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物，使用通过预先添加水和与三元共聚物的酸值等当量的氢氧化钾并在80℃下搅拌它们而获得的水溶液。将具有直径为0.6mm的氧化锆珠用于砂磨机，罐中的填充比测定为70％。将以上获得的分散液在5,000rpm下进一步离心10分钟，以除去聚集组分。此后，调节分散液，以得到颜料浓度为10％和聚合物浓度为3％，从而获得颜料分散液1。
除了苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物分别变为表1中所示的那些，以及调节以得到颜料浓度为10％和聚合物浓度为3％之外，以相同方式制备颜料分散液2至13。在制备各颜料分散液中使用的苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物的共聚(质量)比(苯乙烯∶丙烯酸甲酯∶丙烯酸)、重均分子量、酸值以及类型如表1中所示。
表1：苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物
Figure A20088001433100231
[墨的制备]
将表2和表3中所示的组分混合并充分搅拌之后，在压力下将所得各混合物通过具有孔尺寸为1.2μm的聚丙烯过滤器(PALL的产品)来过滤，从而制备根据实施例1至14和比较例1至17的墨。另外，表2和表3中所示的苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物与用于各墨中各颜料分散液中的苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物相同。
以实施例1的墨为例描述墨中的聚合物类型及其含量。由于颜料分散液1用于实施例1的墨中，所以添加至墨中的苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物的共聚比为61∶26∶13，重均分子量为3,000，酸值为100mg KOH/g，三元共聚物的类型为无规的。此时，墨含有40.00％的颜料分散液1，所述颜料分散液1具有聚合物浓度为3％和1.30％的苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物。因此，如从以下等式可确定的，苯乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物在墨中的含量为2.50％。40.00％×3/100(颜料分散液中的聚合物)+1.30％(添加至墨的聚合物)＝2.50％
表2-1：墨的组成
(单位：％)
Figure A20088001433100241
(*1)商品名：Adeka Pluronic L31；ADEKA CORPORATION产品；
(*7)平均分子量：600；
(*8)Kawaken Fine Chemicals Co.，Ltd的产品
表2-2：墨的组成
(单位：％)
Figure A20088001433100251
(*1)商品名：Adeka Pluronic L31；ADEKA CORPORATION的产品；
(*2)商品名：Adeka Pluronic L34；ADEKA CORPORATION的产品；
(*3)商品名：Adeka Pluronic L61；ADEKA CORPORATION的产品；
(*4)商品名：Adeka Pluronic L64；ADEKA CORPORATION的产品；
(*7)平均分子量：600；
(*8)Kawaken Fine Chemicals Co.，Ltd的产品
表2-3：墨的组成
(单位：％)
(*1)商品名：Adeka Pluronic L31；ADEKA CORPORATION的产品；
(*7)平均分子量：600；
(*8)Kawaken Fine Chemicals Co.，Ltd的产品
表3-1：墨的组成
(单位：％)
Figure A20088001433100271
(*1)商品名：Adeka Pluronic L31；ADEKA CORPORATION的产品；
(*7)平均分子量：600；
(*8)Kawaken Fine Chemicals Co.，Ltd的产品
表3-2：墨的组成
(单位：％)
Figure A20088001433100281
(*1)商品名：Adeka Pluronic L31；ADEKA CORPORATION的产品；
(*5)商品名：Adeka Pluronic L35；ADEKA CORPORATION的产品；
(*6)商品名：Adeka Pluronic L71；ADEKA CORPORATION的产品；
(*7)平均分子量：600；
(*8)Kawaken Fine Chemicais Co.，Ltd的产品
表3-3：墨的组成
(单位：％)
Figure A20088001433100291
(*7)平均分子量：600；
(*8)Kawaken Fine Chemicals Co.，Ltd的产品
[评价]
<动态表面张力的测量>
关于以上获得的实施例1至14和比较例1至17的各墨，在寿命50毫秒下墨的动态表面张力借助于根据最大泡压法进行测量的设备(BP-D4；由Kyowa Interface Science Co.，Ltd.制造)来测量。动态表面张力的测量在25℃下进行。结果示于表4中。
<喷射口面的状态和喷射稳定性>
将以上获得的实施例1至14和比较例1至17的各墨装入改造的喷墨记录设备(PIXUS 850i；由Canon Inc.制造)中。此后，18厘米×24厘米的实心图像通过默认模式连续记录在10张PPCPaper Office Planner(Canon Inc.产品)上，然后记录PIXUS 850i的喷嘴检查图案。另外，当连续进行记录时，记录头的表面(喷射口面)通过喷墨记录设备的擦拭器刮板(wiper blade)每三张纸进行清洁。此后，目视观察喷射口周围，并评价喷射口面状态。关于喷射口面状态的评价标准如下。评价结果示于表4中。
AA：在喷射口周围处观察不到墨；
A：在喷射口周围处几乎观察不到墨；
B：在喷射口周围处存在一些墨，但实际使用时不引起问题；
C：在喷射口周围处存在带形液膜。
目视观察以上获得的喷嘴检查图案，并评价墨的喷射稳定性。关于耐擦拭性的评价标准如下。评价结果示于表4中。
A：在喷嘴检查图案上观察不到杂乱(disorder)；
B：在喷嘴检查图案上观察到一些杂乱，但未发生不喷射；
C：在喷嘴检查图案上可清晰地观察到不喷射和杂乱。
<耐擦拭性>
将以上获得的实施例1至14和比较例1至17的各墨装入改造的喷墨记录设备(PIXUS 850i；由Canon Inc.制造)中。此后，将MS哥特式14点字符和2-cm平方实心图像分别记录在PPC PaperOffice Planner(Canon Inc.的产品)上。此后，用手指摩擦各记录区域，目视观察字符和实心图像的状态，并评价图像的耐擦拭性。关于耐擦拭性的评价标准如下。评价结果示于表4中。
A：在记录字符区域和实心图像上均未观察到斑点；
B：在记录字符区域上未观察到斑点，但在实心图像上观察到斑点；
C：在记录字符区域和实心图像上面均观察到斑点。
表4-1：墨的物理性质和评价结果
Figure A20088001433100311
表4-2：墨的物理性质和评价结果
Figure A20088001433100321
在关于喷射口面状态的评价结果中，实施例和比较例中的一些结果彼此为同等级B。然而，如从关于喷射稳定性的评价结果也可知的，与比较例相比，实施例中喷射口面的润湿性更优良。
虽然已参考代表性实施方案描述本发明，但应理解，本发明并不限于所公开的代表性实施方案。以下权利要求的范围符合最宽泛的解释，以包含所有此类修改以及等同结构和功能。
本申请要求于2007年5月25日提交的申请号为2007-138869、于2008年5月19日提交的申请号为2008-130347的日本专利申请的权益，在此将其全部内容引入，作为参考。

Claims (8)

1.一种喷墨墨，其包括聚合物和表面活性剂，
其中，所述聚合物的酸值为100mg KOH/g以上至220mgKOH/g以下，所述聚合物的重均分子量为3,000以上至10,000以下，和
其中，所述表面活性剂具有由下式(1)表示的结构：
Figure A2008800143310002C1
其中，n为3以上至27以下的数值，m为16以上至31以下的数值。
2.根据权利要求1所述的喷墨墨，其中所述聚合物为嵌段共聚物。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨墨，其中所述喷墨墨在50毫秒寿命下的动态表面张力为50mN/m以下。
4.根据权利要求1至3任一项所述的喷墨墨，其中具有由式(1)表示的结构的所述表面活性剂在所述墨中的含量(质量％)为0.10质量％以上至0.35质量％以下，基于所述墨的总质量。
5.一种喷墨记录方法，所述方法包括以下步骤：通过由喷墨系统喷射墨在记录介质上进行记录，其中所述墨为根据权利要求1至4任一项所述的喷墨墨。
6.一种墨盒，所述墨盒包括用于贮存墨的墨贮存部，其中所述墨为根据权利要求1至4任一项所述的喷墨墨。
7.一种记录单元，所述记录单元包括用于贮存墨的墨贮存部和用于喷射墨的记录头，其中所述墨为根据权利要求1至4任一项所述的喷墨墨。
8.一种喷墨记录设备，所述喷墨记录设备包括用于贮存墨的墨贮存部和用于喷射墨的记录头，其中所述墨为根据权利要求1至4任一项所述的喷墨墨。
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