CN105189669A - 改善打印头寿命的墨水 - Google Patents

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Abstract

一种喷墨墨水，其包括：墨水载剂；着色剂；及具有烷氧基化羟基的炔属化合物，其中该羟基为伯羟基或仲羟基，且该炔属化合物不具有亲脂性基团。曝露于此类墨水的具有电阻式加热器元件的打印头具有比参考墨水更长的寿命。

Description

改善打印头寿命的墨水
发明领域
本发明涉及一种喷墨墨水。其被开发主要以用于改善打印头的寿命，特别是本申请人的打印头。
发明背景
本申请人已开发相当多运用延伸跨过媒介宽度的固定式打印头的高速喷墨打印机。相比之下，实质上所有其它类型的喷墨打印机使用横越该媒介宽度的扫描式打印头。
相比于传统类型的喷墨打印头，高速页面宽度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、高墨水再填充速率及高热效率。为此，本申请人已开发一系列热气泡形成式打印头(thermalbubble-formingprinthead)，包括具有悬挂式电阻式加热器元件的那些(如例如在US6,755,509；US7,246,886；US7,401,910；及US7,658,977中所描述，这些专利的内容通过引用并入本文中)及具有埋入式(“结合式”)电阻式加热器元件的那些(如例如在US7,377,623；US7,431,431；US2006/250453；及US7,491,911中所描述，这些专利的内容通过引用并入本文中)。
具有悬挂式加热器元件的喷嘴装置提供从加热器元件至墨水的有效率的热传递以及自冷却特征的优点。然而，因悬挂式加热器元件的强健性通常低于其结合式的对等物，其经受相对短的打印头寿命的缺点。
改善打印头寿命的一种途径是对加热器元件涂覆一层保护涂层。例如，US6,719,406(让予本申请人)描述具有保形保护涂层的悬挂式加热器元件，其改善该加热器元件的强健性及改善打印头寿命。然而，由于许多原因，不希望有保护涂层：其降低从电阻式加热器元件至周围墨水的热传递效率；其因此影响自冷却特征；及其引入另外的MEMS制造挑战。
因此，通常优选的是在打印头中使用未经涂覆(“裸”)的加热器元件，因而相应地缩减打印头寿命。在某种程度上，加热器材料的选择可减轻使用未经涂覆的加热器元件的效果。例如，US7,431,431描述使用自钝化钛铝氮化物加热器元件，相比于本领域中所使用的更常规的材料，其具有改善的寿命。然而，仍存在对改善打印头(并且特别是使用未经涂覆的加热器元件的那些)的寿命的需求。
已发现特定墨水对于加热器元件是特别具有侵蚀性。例如，已发现许多基于染料的墨水腐蚀加热器元件，造成打印头寿命缩短。在多色打印头(例如CMYK)中，打印头寿命在相当大程度上受到具有最短寿命的色彩通道的寿命限制。例如，若发现基于黑色染料的墨水对于加热器元件是特别具有腐蚀性，则当黑色通道故障时，即使所有其它色彩通道仍运作良好，打印头的寿命将由该黑色通道的寿命决定。
本文中，喷嘴装置的“故障”意指造成不可接受的打印质量的液滴喷射特征的任何改变。例如，故障可由液滴速度降低、差的液滴定向性或墨水不喷射而引起。此外，故障的标准因不同颜色而不同。例如，黄色通道的打印质量的降低可以比对应的黑色通道的打印质量的降低更能忍受，因为黑色墨水对人眼是更可见的(即黑色墨水在白纸上具有较高的亮度)。结合许多黑色染料的侵蚀性质，此意味着就打印头寿命而言，打印头中的黑色通道通常是限制性色彩通道。
将希望改善运用电阻式加热器元件的打印头的寿命。还将希望在不修改打印头的设计的情况下改善此类打印头的寿命。
US2004/0179077描述尤其使用表面活性剂以抑制喷墨打印头的喷嘴室中的玻璃结构的腐蚀。
US6,660,072描述使用各种炔属醇以抑制喷墨打印机的墨水递送路径中的钢部件腐蚀。仅发现具有末端乙炔及α-羟基的炔属醇能有效抑制腐蚀。
US5,709,737特别描述作为在打印之后经受微波干燥的喷墨墨水中的抗卷曲剂(anti-curlingagent)的对称炔属双烷氧基醇。例示包含以从约5至20重量％的量的过多抗卷曲剂的墨水。技术人员将理解乙氧基化抗卷曲剂应以至少约10重量％的量添加至墨水中以提供有效抗卷曲特征(参见例如US5,356,464，第9列，第3至9行)。大体上，本领域对于使用以增加墨水的总体毒性的量的添加剂有成见。由于抗卷曲剂必须以相对高的浓度被添加以便是有效的，低毒性抗卷曲剂在商业墨水制剂中是普遍存在。
发明概述
在第一方面中，提供了一种喷墨墨水，该喷墨墨水包含：
墨水载剂；
着色剂；及
具有烷氧基化羟基的炔属化合物，其中该羟基为伯羟基或仲羟基，且该炔属化合物不具有亲脂性基团。
根据第一方面的墨水展现比没有炔属化合物的相似墨水明显改善的打印头寿命。通常，藉由使用根据第一方面的墨水可获得至少25％、至少50％、至少100％、至少200％或至少300％的打印头寿命改善。此外，根据第一方面的墨水在该打印头的寿命期间对于打印质量展现最小不良影响。此外，根据第一方面的墨水对于打印头中的喷嘴室的再填充速率具有最小影响，因为炔属化合物具有最小或无表面活性(surfactancy)，并且因此对于该墨水的整体表面张力具有最小影响。基本上，合意的墨水特征的已确立的平衡不被喷墨墨水中包含炔属化合物显著改变，然而改善打印头中的喷嘴装置的耐久性。
如本文中所使用的术语“烷氧基化”通常是指乙氧基化或丙氧基化衍生物，然而其它烷氧基化形式当然在本发明范围内。通常，乙氧基化衍生物是优选的。
如本文中所使用的术语“亲脂性基团”通常是指具有4或更多个碳原子(例如，4至30个碳原子)的末端烷基。该末端烷基可为直链或支链。亲脂性基团的实例包括异丁基(如在440、465、480、485等中所发现)、壬基(如在NP-9中所发现)、四甲基丁基(如在X-100中所发现)等。此类亲脂性基团不存在于本发明中所使用的炔属化合物中。
优选地，该炔属化合物包含至少一个乙氧基化伯羟基。通常，一对乙氧基化羟基烷基位于中心炔属部分侧面。
优选地，该炔属化合物具有式(A)：
其中：
R1选自由以下组成的组：H、C1-3烷基；及-(CH2)pCH(R4)(R5)；
R2选自由以下组成的组：H及C1-3烷基；
R3选自由以下组成的组：-CH2-及-CH(CH3)-；
R4选自由以下组成的组：H及C1-3烷基；
R5选自由以下组成的组：-OH及-(OCH2R3)q-OH；
m为0、1、2或3；
n为1至50；
p为0、1、2或3；且
q为1至50。
优选地，R2及R4两者均为H。乙氧基化伯羟基通常被优选用于最大化在墨水载剂中的溶解度。
优选地，R3为CH2，以使该炔属化合物为乙氧基化衍生物。
优选地，R1为-(CH2)pCH(R4)(R5)。因此，该炔属化合物通常为单乙氧基化或双乙氧基化二醇。优选地，R5为-(OCH2CH2)q-OH以最大化该炔属化合物在墨水载剂中的溶剂化特征。
优选地，m及p两者均为0。
优选地，n为1至5且q为1至5。优选地，n及q两者均为1。
通常，烷氧基化(例如乙氧基化)程度可被改变以“调节”该炔属化合物的溶解度及其它特征(例如保湿性(humectancy))。例如，乙氧基化程度可根据特定打印头、墨水载剂或打印媒介而调节。本领域技术人员例如从系列的表面活性剂熟悉具有不同乙氧基化程度的化合物。
优选地，该炔属化合物具有式(B)：
其中：
R6选自由以下组成的组：-CH2OH及-CH2(OCH2CH2)-OH。
如下文讨论，乙氧基化丁炔二醇衍生物已证明在改善打印头寿命中特别有效。该炔属化合物可为单乙氧基化丁炔二醇衍生物、双乙氧基化丁炔二醇衍生物或其混合物。本发明中所使用的优选的炔属化合物为1,4-双(2-羟基乙氧基)-2-丁炔)。
优选地，该炔属化合物以从0.01至15重量％，优选地0.1至2.5重量％，或优选地0.5至1.5重量％的范围的量存在。通常，约1重量％的该炔属化合物足以明显地延长打印头的寿命。
着色剂可为以从0.01至25重量％的范围的量存在的染料或颜料。通常，该着色剂为可以对喷墨电阻式加热器元件是腐蚀性的染料。优选地，该着色剂以从0.01至10重量％，优选地0.01至3重量％，优选地0.1至2重量％，或优选地0.2至1重量％的范围的量存在。
优选地，墨水载剂包含的其余部分为水。换言之，根据第一方面的喷墨墨水通常为水基喷墨墨水。然而，本发明不限于水性墨水，且同样可应用于基于溶剂的墨水，诸如US8,101,012中所描述的那些，其内容通过引用并入本文中。
优选地，该墨水载剂包含5至50重量％的一种或更多种共溶剂，或优选地10至40重量％的一种或更多种共溶剂。共溶剂的范围无特别限制，且用于本发明的一些合适的共溶剂在下文更详细地描述。仅举例说明，墨水载剂可包含选自由以下组成的组的一种或更多种组分：5至20重量％的乙二醇；5至15重量％的2-吡咯烷酮；1至10重量％的甘油；1至5重量％的C1-6醇；及2至20重量％的选自由以下组成的组的氧化烯化合物：二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇及五乙二醇。
优选地，墨水载剂包含0.05至2重量％的至少一种表面活性剂。优选地，墨水载剂包含0.1至1重量％的表面活性剂。表面活性剂的范围无特别限制，且用于本发明的一些合适的表面活性剂在下文更详细地描述。例如，表面活性剂可为阴离子型、阳离子型、非离子型或两性离子表面活性剂。具有炔属部分的非离子型表面活性剂(例如系列的表面活性剂，可得自AirProductsandChemicals,Inc.)可以是优选的，因为这些表面活性剂在改善打印头耐久性上具有至少一些效果，尽管在用于维持可接受的室再填充速率所需的低表面活性剂量下无所期望的效果。
在一些实施方案中，墨水可包含抗氧化剂，诸如抗坏血酸。当存在时，抗氧化剂的量可在0.01至5重量％或0.1至3重量％的范围中。
在第二方面中，提供了一种改善喷墨打印头的寿命的方法，该方法包括以下步骤：
将上述墨水供应至该打印头的喷嘴室，每个喷嘴室具有与该墨水接触的相关联的致动器；及
致动该致动器中的一个或更多个以从该打印头喷射墨水。
根据第二方面的方法相比于不具有本文描述的炔属化合物中的任一种的墨水显著地改善打印头寿命。
优选地，每个致动器包含电阻式加热器元件，该电阻式加热器元件使墨水过热以形成气泡且经由喷嘴开口从相应喷嘴室喷射墨水。
优选地，该加热器元件未经涂覆，以便墨水与该电阻式加热器元件直接接触。
优选地，该加热器元件包含金属或导电陶瓷材料(诸如金属氮化物)。如本文中所使用的术语“金属”包括含有多种不同金属的金属合金。优选地，该加热器元件包含选自由以下组成的组的材料：钛合金(例如钛-铝合金)；氮化钛；及钛合金的氮化物(例如，钛铝氮化物)。
在第三方面中，提供了一种喷墨打印机，该喷墨打印机包括：
喷墨打印头，其具有多个喷嘴室，每个喷嘴室具有用于接触墨水的相关联的致动器；及
墨水贮槽，其与该喷嘴室流体连通，该墨水贮槽含有如上述的墨水。
从前文将容易明白打印头及墨水的优选方面。
在第四方面中，提供了本文描述的墨水用于改善喷墨打印头的寿命的用途。
附图简述
现在仅以举例方式，参考附图描述本发明的各个实施方案，在附图中：
图1为热喷墨打印头一部分的透视图；
图2为图1所示的喷嘴装配件中的一个的侧视图；
图3为图2所示的喷嘴装配件的透视图；并且
图4为热喷墨打印引擎的透视图。
发明详述
本发明人已通过研究墨水添加剂来寻求改善打印头寿命的问题的解决方案。如上文预示，因为墨水添加剂不需要对打印头的设计做任何修改，故其是对此问题的有吸引力的解决方案。然而，在广泛测试期间所筛选的绝大部分墨水添加剂示出对于打印头寿命无改善，且在许多情况下，对于打印头寿命具有负面效果。例如，将亚烷基二醇、烯属二醇、无机盐、pH调整剂、氨基化合物、酒石酸等添加到标准黑色墨水调合物中对于改善打印头寿命无效果，且在许多情况下缩短打印头寿命。
然而，在此测试过程期间，发现增加墨水载剂中的特定表面活性剂的量对于打印头寿命具有正面效果。尤其是，系列表面活性剂展现与打印头寿命的浓度相依性-向墨水添加的表面活性剂越多，打印头寿命越长。初始地，一般认为经由提高表面活性来降低墨水的表面张力是此改善的原因。然而，喷墨墨水必须被配置为在特定表面张力及粘度参数内。具有太多表面活性剂，打印头中的喷嘴室的墨水再填充速率变成不可接受地缓慢。典型的喷墨墨水具有小于约2重量％、及通常在0.1至1.5重量％的范围中的表面活性剂浓度，以提供可接受的室再填充速率。不幸的是，改善打印头耐久性所需的表面活性剂的量明显高于这些可接受的范围。因此，虽然添加相对大量的表面活性剂可改善打印头寿命，但打印质量因相对缓慢的室再填充速率而严重受损。
此外，该情形因在美国申请第13/615,127号("Printerforminimizingadversemixingofhighandlowluminanceinksatnozzlefaceofinkjetprinthead"，在2012年9月13日提交，其内容通过引用并入本文中)中解释的原因而加剧，尤其希望黑色墨水中具有相对低的量的表面活性剂(例如0.1至0.8重量％的表面活性剂)以避免在打印头的喷嘴面上的不利色彩混合。讽刺的是，黑色墨水倾向于在打印头寿命上是最有问题的。
然而，本发明人然后考虑表面活性剂的表面活性剂性质是否实际上是所观察到的打印头寿命的改进的原因。系列表面活性剂具有被一对支链烷基(各自具有乙氧基化叔醇基)侧接的中心炔属部分的共同特征。支链烷基提供表面活性剂分子的亲脂性组分且乙氧基化叔醇提供表面活性剂分子的亲水性组分，而中心炔属部分仅提供一些构象稳定性。
基于炔属部分而非表面活性剂性质对于改善打印头寿命具有效果的概念，本发明人研究一系列具有少许或无表面活性的替代炔属化合物。
因此，研究丁炔二醇作为用于改善打印头寿命的可能的非表面活性剂墨水添加剂。丁炔二醇为有吸引力的候选物，已知其已经用于基于染料的喷墨墨水(参见例如US4,259,675)，尽管其作为更常规的亚烷基二醇共溶剂的替代品。使用丁炔二醇的初始实验是振奋人心的且示出改善的打印头寿命的迹象。然而，结果是高度可变的。特别地，掺混1重量％丁炔二醇的墨水在整个测试的持续时间中示出高度可变的打印质量。甚至在喷嘴装置的寿命被改善的情况中，在装置的整个寿命期间打印质量不稳定地变化。通常，在数百万个液滴喷射时打印质量将变得不可接受地差，且然后明显地恢复，之后再次劣化。在其它情况下，掺混丁炔二醇的墨水相比于未掺混的墨水无论如何均不示出任何寿命改善且具有一致的差的打印质量。
这些实验中的加热器元件的鉴识检验示出使用掺混丁炔二醇的墨水发生不同程度的结垢(kogation)。此结垢在未掺混的墨水中没有观察到。在掺混丁炔二醇的墨水一致地表现差的情况中，结垢层已累积在加热器元件中。此外，在喷嘴装置经历良好打印质量与差的打印质量的短暂阶段的情况中，结垢物的出现及消失与这些阶段强烈相关。
不管差的打印质量的问题，在有时可实现打印头寿命的改善而不增加墨水中存在的表面活性剂的量的情况下，丁炔二醇测试是振奋人心的。令人沮丧的是，不能经由制剂改变解决使用丁炔二醇的可变打印质量的问题。结垢物的出现及消失似乎由丁炔二醇与加热器元件之间的不可控制的微观相互作用决定。
已知炔属化合物经由表面相互作用及聚合机制而对特定金属表面具有钝化效果(尽管与在喷墨打印头的喷嘴室内被迅速加热且冷却的表面相反的在周围温度下的表面)。乙炔的此种腐蚀抑制效果已在文献中广泛报道，通常与抑制输水钢管的腐蚀有关(参见例如"AcetylenicCorrosionInhibitors",Foster等人，Ind.andEng.Chem.,51,825-8(1959))。实际上，US6,660,072报道使用含有具有末端乙炔及α-羟基的化合物的喷墨墨水以抑制墨水递送系统中的钢部件的腐蚀。然而，与使用经惰性屏障层(例如钽)钝化的常规喷墨喷嘴装置不同的是，打印头使用未经涂覆的加热器元件来促进页面宽度打印所需的喷嘴装置的自冷却特征。从丁炔二醇实验来看，假设炔属化合物在加热器元件上聚合且形成结垢物。在一些情况中，结垢物由加热器元件“喷发”且溶解回到墨水载剂中；在其它情况中，结垢物更永久地黏附至加热器元件且累积到其严重影响打印质量的点。
本发明人进一步假设提高炔属化合物在墨水载剂中的溶解度将对控制结垢物在加热器元件上的累积有正面效果。不希望受到理论束缚，本发明人理解的是，在加热器元件上的溶解度更高的钝化层将较不可能形成结垢物的永久或厚层，此结垢物是打印质量后续劣化的原因。因此，使用1,4-双(2-羟基乙氧基)-2-丁炔(以ButoxyneTM497商品名可商购，由Ashland,Inc.供应)来掺混墨水。
明显地，掺混乙氧基化丁炔二醇的墨水示出一致的打印头寿命改善，且无与掺混丁炔二醇的墨水相关联的差的打印质量问题。例如，在掺混1重量％的1,4-双(2-羟基乙氧基)-2-丁炔时，黑色墨水(其通常在约4千万至5千万个液滴喷射时导致打印头故障)示出至少3倍打印头寿命的改善。此外，未观察到打印质量的短暂劣化问题。此与非乙氧基化炔属醇相反，该非乙氧基化炔属醇改善打印头寿命且具有不可接受地差的打印质量的短暂时期，或未能完全改善打印头寿命。
观察到乙氧基化丁炔二醇的某些批次可变性。已发现此批次可变性可以通过将少量抗坏血酸添加至墨水制剂来缓和。因此，在经配制的墨水已经被掺混有抗坏血酸后，明显非活性的批次的乙氧基化丁炔二醇在打印头寿命上提供优良的改善。不希望受到理论束缚，一般认为微量过氧化物(有时用于乙氧基化丁炔二醇的纯化)是从特定批次的乙氧基化丁炔二醇配制的明显非活性墨水的原因。进一步认为，抗坏血酸的添加中和微量过氧化物的效果且使这些墨水对于打印头寿命改善具有活性。
将理解的是，本文描述的炔属化合物(诸如乙氧基化丁炔二醇)可用于一系列喷墨墨水以改善打印头寿命。
下文更详细描述适于与本发明结合使用的着色剂、墨水载剂及打印头。
着色剂
用于本发明的墨水可以是基于染料或基于颜料的。
喷墨染料对本领域技术人员将是熟知的，且本发明不限于任何特别类型的染料。举例来说，适用于本发明的染料包括偶氮染料(例如FoodBlack2)、金属络合物染料、萘酚染料、蒽醌染料、靛蓝染料、碳鎓离子染料、醌-亚胺染料、呫吨染料、花青染料、喹啉染料、硝基染料、亚硝基染料、苯醌染料、萘醌染料、酞花青染料(包括萘花青染料)、及金属酞花青染料(包括金属萘花青染料，诸如描述于US7,148,345中的那些，其内容通过引用并入本文中)。
合适的染料的实例包括：CI直接黑4、9、11、17、19、22、32、80、151、154、168、171、194及195；CI直接蓝1、2、6、8、22、34、70、71、76、78、86、142、199、200、201、202、203、207、218、236及287；CI直接红1、2、4、8、9、11、13、15、20、28、31、33、37、39、51、59、62、63、73、75、80、81、83、87、90、94、95、99、101、110、189、225及227；CI直接黄1、2、4、8、11、12、26、27、28、33、34、41、44、48、86、87、88、132、135、142及144；CI食品黑1及2；CI酸性黑1、2、7、16、24、26、28、31、48、52、63、107、112、118、119、121、172、194及208；CI酸性蓝1、7、9、15、22、23、27、29、40、43、55、59、62、78、80、81、90、102、104、111、185及254；CI酸性黄1、3、4、7、11、12、13、14、19、23、25、34、38、41、42、44、53、55、61、71、76及79；CI活性蓝1、2、3、4、5、6、7、8、9、13、14、15、17、18、19、20、21、25、26、27、28、29、31、32、33、34、37、38、39、40、41、43、44及46；CI活性红1、2、3、4、5、6、7、8、11、12、13、15、16、17、19、20、21、22、23、24、28、29、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、49、50、58、59、63、64、及180；CI活性黄1、2、3、4、67、11、12、13、14、15、16、17、18、22、23、24、25、26、27、37及42；CI活性黑1、3、4、5、6、8、9、10、12、13、14及18；FastCyan2(FujifilmImagingColorants)；FastMagenta2(FujifilmImagingColorants)；FastYellow2(FujifilmImagingColorants)；及FastBlack2(FujifilmImagingColorants)。
适用于本发明的常规颜料可为无机颜料或有机颜料。常规颜料的实例为碳黑、镉红、钼红、铬黄、镉黄、噻唑黄、氧化铬、铬绿(Viridian)、噻唑钴绿(TitanCobaltGreen)、群青蓝、普鲁士蓝、钴蓝、二酮吡咯并吡咯、蒽醌、苯并咪唑酮、蒽嘧啶、偶氮颜料、酞花青颜料(包括萘花青颜料)、喹吖酮(uinacridone)颜料、异吲哚啉酮颜料、二噁嗪颜料、阴丹士林颜料、苝颜料、紫环酮(perinone)颜料、硫靛颜料、喹酞酮颜料及金属络合物颜料。
合适的颜料的实例包括：CyanCOJ450(Cabot)、D71C及D75C(DiamondDispersions)；MagentaCOJ465(Cabot)、D71M、D75M、D71PV19(DiamondDispersions)、HostajetMagentaE-PTVP2690及HostajetMagentaE5B-PTVP3565(Clariant)；YellowCOJ270及COJ470(Cabot)、或D71Y、D71Y155、D75Y(DiamondDispersions)及HostajetYellow4G-PTVP2669(Clariant)；BlackCW1、CW2、CW3(Orient)、或COJ200、COJ300、COJ400(Cabot)、或SDP1000、SDP2000(Sensient)、或D71K、D75K、D77K、D80K(DiamondDispersions)及HostajetBlackO-PT(Clariant)；RedD71R(DiamondDispersions)；BlueD71B(DiamondDispersions)。
颜料可为自分散颜料，诸如经表面改性的颜料。表面改性可经由阴离子基团、阳离子基团或直接改性颜料表面进行。典型的表面改性基团为羧酸根及磺酸根。然而，还可使用其它表面改性基团，诸如阴离子磷酸根或阳离子铵基。
合适的水性的经表面改性的颜料分散液的特定实例为BlackSDP2000(可得自SensientColorsInc.)及200、300、250C、260M及270Y(可得自CabotCorporation)。
喷墨墨水中的颜料粒子的平均粒度任选地在50至500nm的范围中。
颜料及染料可以单独地或作为其二种或更多种的组合用于喷墨墨水。
墨水载剂
喷墨墨水的墨水载剂对本领域技术人员将是熟知的，且本发明中所使用的墨水载剂无特别限制。本发明中所使用的墨水载剂通常为包含至少40重量％的水、至少50重量％的水或至少60重量％的水的常规水性墨水载剂。通常，存在于喷墨墨水中的水量在50重量％至90重量％的范围中，或任选地在60重量％至80重量％的范围中。
水性喷墨墨水组合物在文献中是熟知的，且除了水以外，可包含其它组分，诸如共溶剂(包括保湿剂、渗透剂、湿润剂等)、表面活性剂、杀生物剂、螯合剂、pH调整剂、粘度调节剂等。
共溶剂通常为水溶性有机溶剂。合适的水溶性有机溶剂包括：C1-4烷醇，诸如乙醇、甲醇、丁醇、丙醇及2-丙醇；二醇醚，诸如乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单正丙醚、乙二醇单异丙醚、二乙二醇单异丙醚、乙二醇单正丁醚、二乙二醇单正丁醚、三乙二醇单正丁醚、乙二醇单叔丁醚、二乙二醇单叔丁醚、1-甲基-1-甲氧基丁醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单叔丁醚、丙二醇单正丙醚、丙二醇单异丙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单正丙醚、二丙二醇单异丙醚、丙二醇单正丁醚、及二丙二醇单正丁醚；甲酰胺、乙酰胺、二甲亚砜、山梨醇、脱水山梨糖醇、甘油单乙酸酯、甘油二乙酸酯、甘油三乙酸酯及环丁砜；或其组合。
可用作共溶剂的其它有用的水溶性有机溶剂包括极性溶剂，诸如2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、ε-己内酰胺、二甲亚砜、环丁砜、吗啉、N-乙基吗啉、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮及其组合。
喷墨墨水可含有高沸点水溶性有机溶剂作为共溶剂，其可用作赋予墨水组合物水保持性及湿润性质的湿润剂或保湿剂。此种高沸点水溶性有机溶剂包括具有180℃或更高的沸点的有机溶剂。具有180℃或更高的沸点的水溶性有机溶剂的实例为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、1,5-戊二醇、1,3-丙二醇、2-丁烯-1,4-二醇、2-乙基-1,3-己二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、三丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙基二醇、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇、三乙二醇单甲醚、四乙二醇、三乙二醇、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单甲醚、三丙二醇、具有2000或更低的分子量的聚乙二醇、1,3-丙二醇、异丙二醇、异丁二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、赤藻糖醇、季戊四醇及其组合。
其它合适的湿润剂或保湿剂包括糖类(包括单糖、寡糖及多糖)及其衍生物(例如麦芽糖醇、山梨醇、木糖醇、玻尿酸盐、醛糖酸、糖羰酸等)。
喷墨墨水还可含有渗透剂作为共溶剂之一，以加速水性墨水渗透至记录媒介内。合适的渗透剂包括多元醇烷基醚(乙二醇醚)和/或1,2-烷二醇。合适的多元醇烷基醚的实例为乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、乙二醇单正丙醚、乙二醇单异丙醚、二乙二醇单异丙醚、乙二醇单正丁醚、二乙二醇单正丁醚、三乙二醇单正丁醚、乙二醇单叔丁醚、二乙二醇单叔丁醚、1-甲基-1-甲氧基丁醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单叔丁醚、丙二醇单正丙醚、丙二醇单异丙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单正丙醚、二丙二醇单异丙醚、丙二醇单正丁醚、及二丙二醇单正丁醚。合适的1,2-烷二醇的实例为1,2-戊二醇及1,2-己二醇。渗透剂还可选自直链烃二醇，诸如1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、及1,8-辛二醇。甘油也可用作渗透剂。
通常，存在于墨水中的共溶剂的量在约5重量％至50重量％的范围中，或任选地在10重量％至40重量％的范围中。
喷墨墨水还可含有一种或更多种表面活性剂(surfaceactiveagent)(“表面活性剂(surfactant)”)，诸如阴离子型表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子型表面活性剂或其混合物。有用的阴离子型表面活性剂包括：磺酸型，诸如烷磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸、酰基甲基牛磺酸、及二烷基磺基丁二酸；烷基硫酸酯盐、硫酸化油、硫酸化烯烃、聚氧乙烯烷基醚硫酸酯盐；羧酸型，例如脂肪酸盐及烷基肌氨酸盐；和磷酸酯型，诸如烷基磷酸酯盐、聚氧乙烯烷基醚磷酸酯盐、及甘油磷酸酯盐。阴离子型表面活性剂的特定实例为十二烷基苯磺酸钠、月桂酸钠、及聚氧乙烯烷基醚硫酸铵盐。
两性离子表面活性剂的实例包括N,N-二甲基-N-辛基氧化胺、N,N-二甲基-N-十二烷基氧化胺、N,N-二甲基-N-十四烷基氧化胺、N,N-二甲基-N-十六烷基氧化胺、N,N-二甲基-N-十八烷基氧化胺及N,N-二甲基-N-(Z-9-十八烯基)-N-氧化胺。
非离子型表面活性剂的实例包括：环氧乙烷加成型，诸如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯醚、聚氧乙烯烷基酯、及聚氧乙烯烷基酰胺；多元醇酯型，诸如甘油烷基酯、脱水山梨糖醇烷基酯、及糖烷基酯；聚醚型，诸如多元醇醇烷基醚；及烷醇酰胺型，诸如烷醇胺脂肪酸酰胺。非离子型表面活性剂的特定实例为醚，诸如聚氧乙烯壬基苯醚、聚氧乙烯辛基苯醚、聚氧乙烯十二烷基苯醚、聚氧乙烯烷基烯丙基醚、聚氧乙烯油烯基醚、聚氧乙烯月桂醚、及聚氧化烯烷基醚(例如聚氧乙烯烷基醚)；和酯，诸如聚氧乙烯油酸酯(polyoxyethyleneoleate)、聚氧乙烯油酸酯(polyoxyethyleneoleateester)、聚氧乙烯二硬脂酸酯、脱水山梨糖醇月桂酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单油酸酯、脱水山梨糖醇倍半油酸酯、聚氧乙烯单油酸酯、及聚氧乙烯硬脂酸酯。
还可使用乙炔二醇表面活性剂，诸如2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇；乙氧基化2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇；3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇或3,5-二甲基-1-己炔-3-醇。可用于本发明的非离子型表面活性剂的特定实例为465及440(可得自AirProductsandChemicals,Inc)。
表面活性剂通常以从0.05重量％至2重量％的量存在于水性喷墨墨水中。
水性喷墨墨水还可包含pH调整剂或缓冲剂，诸如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸锂、磷酸钠、磷酸钾、磷酸锂、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、草酸钠、草酸钾、草酸锂、硼酸钠、四硼酸钠、邻苯二甲酸氢钾、及酒石酸氢钾；氨；及胺，诸如甲胺、乙胺、二乙胺、三甲胺、三乙胺、三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐、三乙醇胺、二乙醇胺、二乙基乙醇胺、三异丙醇胺、丁基二乙醇胺、吗啉、丙醇胺、4-吗啉乙磺酸及4-吗啉丙磺酸(“MOPS”)。pH调整剂(当存在时)的量通常在0.01至2重量％或0.05至1重量％的范围中。
水性喷墨墨水还可包含杀生物剂，诸如苯甲酸、二氯酚、六氯酚、山梨酸、羟基苯甲酸酯、脱氢乙酸钠、1,2-苯并噻唑啉-3-酮(“GXL”，可得自ArchChemicals,Inc.)、3,4-异噻唑啉-3-酮或4,4-二甲基噁唑烷。杀生物剂(当存在时)的量通常在0.01至2重量％或0.05至1重量％的范围中。
水性喷墨墨水还可含有螯合剂，诸如乙二胺四乙酸(EDTA)。
喷墨打印头
根据本发明的墨水主要与热喷墨打印头结合使用，然而该墨水可用于其它类型的打印头，尤其是其中致动器接触墨水的打印头。为了完整性起见，以下是本申请人的热喷墨打印头中的一种的简要描述，如在美国专利第7,303,930号中所描述，其内容通过引用并入本文中。
参考图1，示出了包含多个喷嘴装配件的打印头的一部分。图2及3示出以侧截面及剖面透视图的该喷嘴装配件中的一种。
每个喷嘴装配件包含由MEMS制造技术在硅晶圆基板2上形成的喷嘴室24。喷嘴室24由顶部21及从该顶部21延伸至硅基板2的侧壁22界定。如图1所示，每个顶部由跨过打印头的喷射面的喷嘴板56的一部分界定。喷嘴板56及侧壁22由相同材料形成，该材料在MEMS制造期间由PECVD沉积在光阻材料牺牲支架上。通常，喷嘴板56及侧壁21由陶瓷材料(诸如二氧化硅或氮化硅)形成。这些硬质材料具有用于打印头强健性的优良性质，且其固有亲水性质有利于由毛细管作用将墨水供应至喷嘴室24。
回到喷嘴室24的细节，将看到喷嘴开口26被界定在每个喷嘴室24的顶部中。每个喷嘴开口26通常为椭圆形且具有关联的喷嘴缘25。喷嘴缘25在打印期间协助液滴定向性并且在至少某种程度上减少墨水从喷嘴开口26溢出。用于从喷嘴室24喷射墨水的致动器为定位在喷嘴开口26下方且悬挂跨过凹坑8的加热器元件29。将电流经由连接的电极9供应至加热器元件29以驱动基板2的下方CMOS层中的电路系统。当电流通过加热器元件29时，该加热器元件29迅速使周围墨水过热而形成气泡，这迫使墨水通过喷嘴开口26。通过悬挂加热器元件29，使其在喷嘴室24注满时完全浸入墨水中。这改善打印头效率，因为较少热耗散至下方基板2中且更多输出能被使用以产生气泡。通常，加热器元件包含金属或导电陶瓷材料。合适的材料的实例包括氮化钛、钛铝氮化物及钛铝合金。
如图1中最清楚地看出，喷嘴被布置成行且沿着该行纵向延伸的墨水供应通道27供应墨水至该行中的每个喷嘴。墨水供应通道27递送墨水至每个喷嘴的墨水进口通路15，该墨水进口通路15经由喷嘴室24中的墨水导管23从喷嘴开口26的侧面供应墨水。
用于制造此类打印头的MEMS制造方法被详细描述于美国专利第7,303,930号中，其内容通过引用并入本文中。
具有悬挂式加热器元件的打印头的操作被详细描述在本申请人的US7,278,717中，其内容通过引用并入本文中。
本申请人也已经描述具有埋入式加热器元件的热气泡形成式喷墨打印头。此类打印头被描述在例如US7,246,876及US2006/0250453中，其内容通过引用并入本文中。
本发明的喷墨墨水结合如上述的本申请人的热喷墨打印头最佳地运行。然而，其用途不限于本申请人的热打印头。本文描述的墨水可用于其它类型的热气泡形成式喷墨打印头、压电打印头、热弯曲致动打印头(如例如US7,926,915；US7,669,967；及US2011/0050806中所描述，这些专利中的每个的内容通过引用并入本文中)等。
为了完整性，并入本申请人的热喷墨打印头的喷墨打印机被描述在例如US7,201,468；US7,360,861；US7,380,910；及US7,357,496中，这些专利中的每个的内容通过引用并入本文中。
图4示出用于热喷墨打印机的打印引擎103，如在本申请人的US8,066,359中所描述，其内容通过引用并入本文中。打印引擎103包括包含页面宽度打印头的可移除的打印盒102，及使用者可更换的墨盒128组。每个色彩通道通常具有自己的墨水贮槽128及用于调节供应至打印头的墨水的液体静压的对应的压力调节室106。因此，打印引擎103具有五个墨水贮槽128及五个对应的压力调节室106。通常，这种五通道打印引擎103中所使用的墨水通道(“色彩信道”)为CMYK1K2。墨水通道顺序可被布置以最佳化在打印头的喷嘴板处的优选的墨水色彩混合效果，如US2013/0070024中所描述，其内容通过引用并入本文中。例如，可使用青色(C)定位在最上游且黄色(Y)定位在最下游的CK1MK2Y的墨水通道顺序。
每个墨盒128可包含如本文描述的墨水组合物。虽然在各个部件之间的流体连接件未示出在图4中，但将理解的是，这些连接件根据描述在例如US8,066,359(其内容通过引用并入本文中)中的流体系统采用合适的软管制成。
实验部分
根据下述方法进行加速打印头寿命测试。
具有未经涂覆的钛铝氮化物电阻式加热器元件的打印头集成电路(PHIC)被单独地安装以在经修改的打印设备中操作。致动脉冲宽度被控制以复制另外未经修改的打印机中的操作。在此构造中，测量作为致动次数的函数的加热器元件的电阻改变并与在寿命期间的打印质量相关联。记录在5千万次致动之后作为加热器寿命的衡量的加热器的电阻上升(以欧姆表示)。观察到电阻增加得越大，加热器寿命越短且打印质量越差。因此，最小的电阻增加是合意的且指示较长的打印头寿命。
墨水如表1所描述配制并在使用前被过滤(0.2微米)。
表1.用于加速的打印头寿命测试的墨水制剂
1.DEG为二乙二醇
2.MOPS为3-(N-吗啉基)丙磺酸
3.465为乙氧基化2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇
4.497(Ashlands)通常用作墨水2至5中的乙氧基化丁炔二醇的来源。还在添加和不添加抗坏血酸的情况下测试乙氧基化丁炔二醇的其它来源。当掺混抗坏血酸时，乙氧基化丁炔二醇的所有来源均示出与497相似的改善。
5.61为3,5-二甲基-1-己炔-3-醇
墨水1至8在上述经修改的打印设备中测试并且在5千万次喷射之后测量每种墨水的电阻上升。来自这些加速的打印头寿命测试的结果被示出在表2中。
表2.加速的打印头寿命测试结果
从表2可看出包含乙氧基化丁炔二醇的墨水(墨水2至5)在延长打印头寿命上具有令人惊讶的功效，如通过相比于参考墨水1相对小的电阻上升所指示。此外，此效果在具有非乙氧基化炔属部分的其它添加剂中并未观察到。实际上，墨水6至8表现得比参考墨水1更差。因此，得出结论是醇类炔属化合物的乙氧基化对于提供打印头寿命的一致性改善是必需的。值得注意的是，用1％乙氧基化丁炔二醇掺混墨水1产生约三倍的打印头寿命改善。
当然，将理解的是，本发明仅以举例方式描述且细节的修改可在由所附权利要求所界定的本发明范围内进行。

Claims (20)

1.一种喷墨墨水，包含：
墨水载剂；
着色剂；及
具有烷氧基化羟基的炔属化合物，其中所述羟基为伯羟基或仲羟基，且所述炔属化合物不具有亲脂性基团。
2.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述炔属化合物包含至少一个乙氧基化伯羟基。
3.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述炔属化合物具有式(A)：
R1-C≡C-(CH2)mCH(R2)-(OCH2R3)n-OH
(A)
其中：
R1选自由以下组成的组：H、C1-3烷基；及-(CH2)pCH(R4)(R5)；
R2选自由以下组成的组：H及C1-3烷基；
R3选自由以下组成的组：-CH2-及-CH(CH3)-；
R4选自由以下组成的组：H及C1-3烷基；
R5选自由以下组成的组：-OH及-(OCH2R3)q-OH；
m为0、1、2或3；
n为1至50；
p为0、1、2或3；且
q为1至50。
4.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中R2及R4两者均为H。
5.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中R1为-(CH2)pCH(R4)(R5)。
6.如权利要求3所述的喷墨打印头，其中R3为-CH2-。
7.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中m及p两者均为0。
8.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中n为1至5且q为1至5。
9.如权利要求3所述的喷墨墨水，其中n及q两者均为1。
10.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述炔属化合物具有式(B)：
R6-C≡C-(CH2)(OCH2CH2)OH
(B)
其中：
R6选自由以下组成的组：-CH2OH及-CH2(OCH2CH2)-OH。
11.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述炔属化合物以0.1至2.5重量％的范围的量存在。
12.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述着色剂为以0.01至2重量％的范围的量存在的染料。
13.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述墨水载剂包含的其余部分为水。
14.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述墨水载剂包含5至50重量％的一种或更多种共溶剂。
15.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述墨水载剂包含0.05至2重量％的至少一种表面活性剂。
16.如权利要求1所述的喷墨墨水，其中所述墨水载剂包含0.01至5重量％的至少一种抗氧化剂。
17.一种改善喷墨打印头的寿命的方法，所述方法包括以下步骤：
将根据权利要求1的墨水供应至所述打印头的喷嘴室，每个喷嘴室具有与所述墨水接触的相关联的致动器；及
致动所述致动器中的一个或更多个以从所述打印头喷射墨水。
18.如权利要求17所述的方法，其中每个致动器包含电阻式加热器元件。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述加热器元件未经涂覆。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述加热器元件包含选自由以下组成的组的材料：
钛合金；
氮化钛；及
钛合金的氮化物。
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