CN110637065A

CN110637065A - 喷墨印刷系统

Info

Publication number: CN110637065A
Application number: CN201780090681.7A
Authority: CN
Inventors: N·哈维; J·吴; T·W·巴特勒; V·雅库贝克
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2019-12-31
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: US11066566B2; WO2018226242A1; US20210062025A1; EP3589706A4; CN110637065B; EP3589706B1; EP3589706A1

Abstract

本公开涉及包括墨水组合物和微流体喷射组装件的喷墨印刷系统。所述墨水组合物可以包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯。所述微流体喷射组装件可以包括用于在外部喷射墨水组合物的液滴发生器，和用于在内部将墨水组合物的微流体再循环流引入液滴发生器中的流体泵。

Description

喷墨印刷系统

背景技术

喷墨印刷已经成为在各种介质上记录图像的普及方式。一些原因包括低印刷机噪音、可变内容记录、高速记录的能力以及多色记录。这些优点可以以相对低的价格提供给消费者。随着喷墨印刷的普及性增加，使用类型也得以增加，提供了对新的喷墨墨水组合物的需求。

附图概述

图1提供了根据本公开的制备喷墨印刷系统的示例性方法的流程图；

图2提供了根据本公开的示例性印刷方法的流程图；

图3描绘了根据本公开的喷墨印刷系统的示例性微流体喷射组装件和墨水组合物；

图4描绘了根据本公开的喷墨印刷系统的替代示例性微流体喷射组装件和墨水组合物；以及

图5描绘了由根据本公开的喷墨印刷系统的墨水组合物制备的示例性耐久性数据的条形图。

发明详述

随着喷墨印刷机的印刷速度的提高和喷墨墨水的进步，印刷正在进入将具有更高性能的益处(例如更高的工作量、高输出品质、在普通纸上产生清晰的印刷品、改善的耐久性等等)的领域。作为一个实例，在普通纸或其它类似的纸上产生清晰的印刷品在喷墨印刷中可能具有挑战性，因为典型的喷墨墨水组合物往往会蹭墨。根据本公开，可以通过使用聚氨酯，并在一些实例中还通过以相对高的浓度(例如5重量％至30重量％)使用某些耐久性增强溶剂来改善印刷图像的耐久性。这些耐久性增强溶剂可以与或不与其它类型的有机溶剂一起使用以增强耐久性。但是，使用这些组分，例如聚氨酯和/或耐久性增强溶剂，可能导致适印性问题，包括结垢、印版积墨、不佳的开盖性能等等，从而导致喷射问题和管或喷嘴堵塞。因此，机械微流体再循环可能有助于减少喷嘴被这些更耐久的墨水中的一部分堵塞，这些墨水在一些情况下可能以其它方式难以可靠地印刷。

据此，喷墨印刷系统可以包括墨水组合物和微流体喷射组装件。所述墨水组合物可以包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯。所述微流体喷射组装件可以包括用于在外部喷射墨水组合物的液滴发生器，和用于在内部将墨水组合物的微流体再循环流引入液滴发生器中的流体泵。关于微流体再循环，虽然一部分墨水组合物可以从液滴发生器处的印刷喷嘴中喷出，但另一部分可以从中通过以供进一步的墨水流动，包括返回到流体泵以进一步再循环。

在另一实例中，制备喷墨印刷系统的方法可以包括将墨水组合物装载到墨水储存器中。所述墨水组合物可以包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯。所述墨水储存器可以与微流体喷射组装件流体耦联。所述微流体喷射组装件可以包括用于在外部喷射墨水组合物的液滴发生器、和用于在内部将墨水组合物的微流体再循环流引入液滴发生器中的流体泵。关于微流体再循环，虽然一部分墨水组合物可以从液滴发生器处的印刷喷嘴中喷出，但另一部分可以从中通过以供进一步的墨水流动，包括返回到流体泵以进一步再循环。

在另一实例中，印刷方法可以包括将墨水组合物引入微流体再循环流路。所述墨水组合物可以包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯。附加步骤可以包括使用沿微流体再循环流路定位的流体泵引发墨水组合物在微流体再循环流路内的流动。所述方法还可以包括将墨水组合物印刷到印刷介质上，其中印刷通过由液滴发生器在外部喷射墨水组合物来进行，液滴发生器处在沿微流体再循环流路与流体泵不同的位置处。

在关于喷墨印刷系统、制备喷墨印刷系统的方法和印刷方法的进一步细节中，存在可以根据本公开实施的其它共同细节。例如，如所述那样，用于喷墨印刷系统和方法的墨水组合物可以包含有机溶剂体系。例如以10重量％至40重量％存在的有机溶剂体系可以包含5重量％至30重量％的耐久性增强溶剂。术语“耐久性增强溶剂”可以定义为有助于印刷的墨水组合物的耐久性的有机溶剂，并包括具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。耐久性增强溶剂的具体实例包括三丙二醇、三丙二醇甲醚、三丙二醇单丁醚、三丙二醇单乙醚、三乙二醇、三乙二醇甲醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇丁醚、乙二醇、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、3-甲基-1，3-丁二醇、2-乙基-2-羟甲基-1，3，-丙二醇、2-甲基-2，4-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2-乙基-1，3-己二醇、1-甲氧基-2-丙醇、四乙二醇或其组合。在一些实例中，有机溶剂体系可以仅包含具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。换句话说，除了具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的有机溶剂之外，不存在其它类型的有机溶剂。在另外其它实例中，有机溶剂体系可以以相对低的浓度存在，如所述墨水组合物的10重量％至20重量％。采用这种低浓度的有机溶剂体系，特别是当所用溶剂的一部分或全部也是耐久性增强溶剂时，提供了可以非常耐受湿蹭墨测试(例如荧光笔蹭墨)的墨水组合物。

关于喷墨印刷系统和方法的微流体喷射组装件，该结构可以包括向微流体再循环流路提供墨水组合物和接收来自微流体再循环流路的墨水组合物的流体供给通道。在一些实例中，微流体再循环流路可以具有总体上单向的流动方向。因此，流体泵可以不对称地定位在微流体再循环流路的中点的上游。在一些实例中，微流体喷射组装件可以包括在第二位置处用于在外部喷射墨水组合物的第二液滴发生器。因此，流体泵可以用于在内部将墨水组合物的微流体再循环流引入液滴发生器中，或当存在多个液滴发生器时，引入液滴发生器和第二液滴发生器中。

现在转到关于可用于所述系统和方法的喷墨墨水组合物中的成分的更具体的细节，如所述那样，喷墨墨水组合物可以包含炭黑颜料。在一个实例中，炭黑颜料可以是自分散炭黑颜料。在另一实例中，炭黑颜料可以进行表面处理，例如通过光、紫外辐射或臭氧。表面处理可以产生具有离子化表面的炭黑颜料，在本文中也称为“离子化炭黑颜料”。在一个实例中，表面处理可以通过将炭黑颜料同时暴露于光和臭氧来进行，导致在炭黑颜料的表面产生小分子。

炭黑颜料可以以各种浓度存在于喷墨墨水组合物中。在一个实例中，炭黑颜料可以以2重量％至8重量％存在于所述墨水中。在另一实例中，炭黑颜料可以以3重量％至6重量％存在。在又另一实例中，炭黑颜料可以以4重量％至5重量％存在。

所述系统和方法的墨水组合物还可以包含聚氨酯。聚氨酯倾向于改善耐久性超过和高于许多其它类型的粘合剂所提供的耐久性，但是在一些情况下也可能会导致适印性问题，例如结垢、不佳的开盖性能、堵塞等等，特别是在较高的浓度下，例如0.5重量％至6重量％、或1.5重量％至6重量％。

术语“聚氨酯”或“聚氨酯粘合剂”可以互换使用，并包括更传统的聚氨酯以及聚脲。例如，聚氨酯可以包括双键、聚氨酯-graph多元醇等等。聚氨酯可以是graph多元醇，如(可获自BASF)。在另一实例中，聚氨酯可以包含丙烯酸官能团。

在一些其它实例中，聚氨酯可以包含与聚合物主链在一端键合的含丙烯酸酯或含甲基丙烯酸酯的一元醇，和与聚合物主链在另一端键合的离子稳定基团。所述聚合物还可以或替代地包含与聚合物主链的两端键合的含丙烯酸酯或含甲基丙烯酸酯的一元醇。在另外其它实例中，聚氨酯可以包含与聚合物主链的两端键合的离子稳定基团。在一个实例中，聚氨酯可以包含大部分的聚合物链，其中含丙烯酸酯或含甲基丙烯酸酯的一元醇与聚合物主链的一端键合且离子稳定基团与聚合物主链的另一端键合。此外，可以使用这些端基的任何组合，只要其可与本公开的墨水一起使用。

在其它实例中，当聚合物主链和封端单元中可包含或不包含特定类型的单体时，聚氨酯可以是更加pH-稳定的。在一个实例中，聚合物主链可以不含离子稳定基团。特别地，聚合物主链可以不含含有酸性官能团的单体。在这一实例中，聚氨酯分散体可以包含在封端单元中而不在聚合物主链上的离子稳定基团。在一个具体实例中，聚合物主链可以不含羧酸根和磺酸根基团。

在另外其它实例中，聚氨酯可以是多种聚氨酯中的任一种，所述多种聚氨酯包括异氰酸酯，和导致产生直链或支链聚合物的扩链剂，以及脂环族或环芳族组分。

所述组合物中的聚氨酯的重均分子量可以改变。在一个实例中，聚氨酯可以具有3,000Mw至70,000Mw的平均分子量。在又一实例中，聚氨酯的重均分子量可以为15,000Mw至50,000Mw。在另一实例中，聚氨酯可以具有5,000Mw至25,000Mw的重均分子量。在一些情况下，聚氨酯可以具有-50℃至80℃的最低成膜温度。在其它实例中，聚氨酯可以具有-30℃至60℃或-25℃至50℃的最低成膜温度。

如所述那样，所述墨水组合物可以包含0.5重量％至6重量％的聚氨酯。在其它实例中，所述组合物可以包含1.5重量％至6重量％的聚氨酯、3重量％至6重量％的聚氨酯、0.5重量％至4重量％的聚氨酯、1.5重量％至4重量％的聚氨酯、1重量％至3重量％的聚氨酯、或1重量％至2重量％的聚氨酯。在另一实例中，所述墨水组合物可以不含除聚氨酯粘合剂之外的聚合物粘合剂和胶乳聚合物。

所述墨水组合物中聚氨酯与炭黑颜料之比也可以改变。在一个实例中，聚氨酯与炭黑颜料之比可以为1∶10至1∶2。在另一实例中，聚氨酯与炭黑颜料之比可以为1∶8至1∶2。在又一实例中，聚氨酯与炭黑颜料之比可以为1∶6至1∶2。在另一实例中，聚氨酯与炭黑颜料之比可以为1∶5至1∶2。

现在转到液体连接料组分，在本公开的实例中，所述墨水组合物中的水含量可以为50重量％至80重量％。在另一实例中，水含量可以为60重量％至80重量％。在又一实例中，水含量可以为65重量％至75重量％。在一个实例中，水可以是去离子水、纯化水或其组合。

根据本公开的实例，液体连接料，例如所述墨水组合物中的液体组分，还可以包含单一有机溶剂或有机溶剂组合形式的有机溶剂体系。因此，术语“有机溶剂体系”包括可以存在于本文所述的墨水组合物中的所有有机溶剂。有机溶剂(或溶剂)选择也可以有助于本文中所述的系统或方法的墨水组合物的耐久性。术语“溶剂”和“有机溶剂”在本文中可互换使用，并且不包括水，因为水是单独描述的。据此，存在可以充当耐久性增强溶剂的某些溶剂(或溶剂的组合)。实例可以包括具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂，如三丙二醇、三丙二醇甲醚、三丙二醇单丁醚、三丙二醇单乙醚、三乙二醇、三乙二醇甲醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇丁醚、乙二醇、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、3-甲基-1，3-丁二醇、2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-2，4-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2-乙基-1，3-己二醇、1-甲氧基-2-丙醇、四乙二醇或其组合。

值得注意的是，也可以包含不属于“耐久性增强溶剂”类别的其它类型的“辅助”溶剂作为有机溶剂体系的一部分。这些通常出于其它原因而添加，仅举几例——例如改善适印性、结垢和开盖性能。但是，本文中所述的微流体喷射组装件可以减轻包含这些其它类型的辅助溶剂中的一些的原因。在一些情况下，可以降低这些辅助溶剂的浓度，在其它情况下，可以消除这些类型的辅助溶剂。因此，在一个实例中，可用于本公开的系统和方法的墨水组合物可以包含10重量％至40重量％的有机溶剂体系(或总有机溶剂含量)加水。在一个实例中，有机溶剂体系可以包含5重量％至30重量％的耐久性增强溶剂、10重量％至30重量％的耐久性增强溶剂、7重量％至28重量％的耐久性增强溶剂、7重量％至15重量％的耐久性增强溶剂、或14重量％至28重量％的耐久性增强溶剂，包括具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的耐久性增强溶剂。在一些具体实例中，有机溶剂体系可以由具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的单一溶剂来提供。在另一实例中，有机溶剂体系可以不含任何辅助溶剂，例如不具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的那些。在另一实例中，有机溶剂体系可以以10重量％至20重量％的浓度存在。在这一实例中，具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的耐久性增强溶剂可以以5重量％至20重量％存在。当存在其它类型的辅助溶剂时，溶剂的合适实例包括吡咯烷酮或其衍生物，例如1-羟乙基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮或其组合。也可以包含其它辅助溶剂作为根据本公开的实例的有机溶剂体系的一部分。

可能引起喷嘴健康问题的耐久性增强溶剂的示例性浓度在一定程度上有所不同，取决于选择使用的耐久性增强溶剂、其它辅助溶剂的存在等等。但是，在一个实例中，提供可接受的耐久性并且在一些情况下可能不利地影响喷嘴健康(无微流体再循环)的耐久性增强溶剂的浓度可以为5重量％至30重量％、10重量％至30重量％、7重量％至28重量％、7重量％至15重量％、14重量％至28重量％。在没有如本文中所述的微流体再循环辅助的情况下，高于大约12重量％的耐久性增强溶剂水平往往甚至更难以印刷。

与本公开的喷墨墨水组合物一致，可以包含各种其它添加剂以增强用于特定应用的墨水组合物的性质。这些添加剂的实例可以包括但不限于附加的聚合物粘合剂、胶乳聚合物、溶剂、表面活性剂、抗菌剂、UV组合物、螯合剂、缓冲剂、粘度调节剂和/或其它添加剂。

在一些实例中，所述喷墨墨水组合物可以进一步包含表面活性剂。在一个实例中，表面活性剂可以包括104、440(均可获自Air Products andChemicals Inc.，Pennsylvania)、Surfadone^TM LP-100(可获自Inc.，Kentucky)、3410、3400(均可获自USA Inc.Connecticut)或其组合。表面活性剂或表面活性剂的组合可以以0.001重量％至10重量％存在于所述喷墨墨水组合物中；在一些实例中，可以以0.001重量％至5重量％存在。在其它实例中，表面活性剂或表面活性剂的组合可以以所述喷墨墨水组合物的0.01重量％至3重量％存在。

在一个实例中，表面活性剂可以是非离子型表面活性剂。可用于本文中公开的墨水组合物中的非离子型表面活性剂的具体实例包括乙炔二醇、双酒石酸酯、1，2-己二醇、一元醇、N-烷基吡咯烷酮及其组合。乙炔二醇的一个实例是104(Products andChemicals Inc.，Pennsylvania)。合适的双酒石酸酯的实例包括酒石酸二异戊酯、酒石酸二丁酯、酒石酸二苄酯和酒石酸二异丙酯。合适的一元醇的一些实例包括月桂醇(即1-十二烷醇)、油醇(即十八碳-9-烯-1-醇)、硬脂醇(即1-十八烷醇)及其组合。N-烷基吡咯烷酮的实例是N-辛基吡咯烷酮和N-十二烷基吡咯烷酮。一些市售的N-烷基吡咯烷酮包括Surfadone^TM LP-100(辛基吡咯烷酮)和Surfadone^TM LP-300(十二烷基吡咯烷酮)(均可获自Inc.，Kentucky)。在一个实例中，所选择的非离子型表面活性剂可以不包括亚乙基氧基。

在一个实例中，可以向所述墨水组合物中加入附加组分以抑制有害微生物的生长，如杀生物剂、杀真菌剂和/或其它杀微生物剂。合适的杀微生物剂的实例可以包括但不限于(Thor Specialties Inc.，Connecticut)、Nuosept^TM(Troy Corporation，New Jersey.)、Ucarcide^TM(Union Carbide Corp.，Texas)、(VanderbiltMinerals，LLC，Connecticut)、(Lonza Group Ltd.，Maryland)及其组合。

在另一实例中，可以包含螯合剂如EDTA(乙二胺四乙酸)以消除重金属杂质的有害影响。在又一实例中，可以使用缓冲剂溶液来控制墨水的pH。

本文中呈现的系统和方法的喷墨墨水组合物可以提供在干燥后表现出可接受的耐久性(包括近激光样耐久性和激光样耐久性)的印刷图像。可以在喷墨印刷后一小时的时间间隔使用两道次荧光笔蹭墨试验来测试耐久性。如本文中所用的“两道次荧光笔蹭墨”是指用荧光笔(可获自Aktiengesellschaft，Germany)以500克的压力重量在图像上施加两道次来进行的蹭墨试验。在进行试验前，图像以预定时间间隔印刷，并且所述间隔可以为例如一小时。用于两道次荧光笔蹭墨试验的纸可以是普通纸，如多用途纸(可获自Hewlett-Packard，Co.，California)。该试验可用于确定距印刷图像或字符大约1毫米的蹭墨的毫光密度(mOD)测量值。较大的mOD值表示较多的蹭墨和墨水组合物的较低的印刷耐久性，而较小的mOD值表示较少的蹭墨，以及墨水组合物的较高的印刷耐久性。因此，如果不存在可测量的蹭墨，则mOD测量值将是测量时重点标记的印刷介质的颜色。为了比较，可以重点标记并测量激光印刷图像，提供0mOD的得分作为参比样品。因此，表现如激光印刷图像那样好的任何测量的蹭墨通过比较也将获得0mOD的得分。20mOD至40mOD的荧光笔蹭墨值可以被认为是良好的得分，而10mOD至小于20mOD的荧光笔蹭墨值可以被认为是非常好的得分。5mOD至小于10mOD的荧光笔蹭墨值可以被认为在耐久性方面接近激光样，并且0mOD至小于5mOD的荧光笔蹭墨值可以被认为在耐久性方面是激光样的，其中0mOD等于激光印刷。这些原始得分可以进一步用于比较目的以评估改进。在一个实例中，通过添加0.5重量％至6重量％的聚氨酯和5重量％至30重量％的耐久性增强溶剂(代替辅助溶剂含量)，在印刷后一小时使用两道次荧光笔蹭墨试验进行测试时，所给墨水组合物的耐久性可以改善10mOD单位或更多。在另一实例中，耐久性的改善可以为20mOD单位或更多。在又一实例中，耐久性的改善可以为40mOD单位或更多。

现在转到附图，图1示出了制备喷墨印刷系统100的方法，其可以包括将墨水组合物装载110到墨水储存器中。所述墨水组合物可以包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯。所述墨水储存器可以与微流体喷射组装件流体耦联。微流体喷射组装件可以包括用于在外部喷射墨水组合物的液滴发生器，和用于在内部将墨水组合物的微流体再循环流引入液滴发生器中的流体泵。在一个具体实例中，有机溶剂体系可以包含5重量％至30重量％的耐久性增强溶剂。

在另一实例中，图2示出了印刷方法200，其可以包括将墨水组合物引入210微流体再循环流路中。所述墨水组合物可以包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯。附加步骤可以包括使用沿微流体再循环流路定位的流体泵引发墨水组合物在微流体再循环流路内的流动220。在这一实例中，流体泵不与印刷喷嘴相关联。所述方法还可以包括将墨水组合物印刷230到印刷介质上，其中印刷通过由液滴发生器在外部喷射墨水组合物来进行，液滴发生器处在沿微流体再循环流路与流体泵不同的位置处。在一个具体实例中，有机溶剂体系可以包含5重量％至30重量％的具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的耐久性增强溶剂。

在这些方法中，以及在本文中所述的系统中，增加墨水组合物的微流体再循环可以导致改善的喷嘴健康。这一部分是由于在不具有微流体再循环辅助的情况下，许多本文中所述的高度耐久性墨水具有不佳的开盖性能。如所述那样，在以增加的浓度使用时可以以其它方式提供增强的印刷耐久性的许多溶剂在暴露于空气后(例如在2秒内)也可能导致堵塞、阻塞、着色剂从液滴发生器的液滴形成区域回缩等等。在一些实例中，这些相同的墨水组合物可以由包括微流体通道内的用于微流体再循环辅助的装置(除了由液滴发生器固有地提供的之外)的喷墨印刷系统可靠地印刷。因此，在极短的非喷射活动时间段内(例如在2秒内)可能以其它方式导致堵塞等等的墨水组合物可以以更长的非喷射活动时间段(例如2秒至30秒或更长)更可靠地印刷。更详细而言，使用微流体再循环可以解决在使用可能以其它方式增强印刷耐久性的聚氨酯粘合剂和某些溶剂时可能引入的喷嘴健康劣化和适印性问题。例如，可以将小型泵集成到打印头或微流体喷射组装件中。流体泵可以类似于电阻器或用于墨水喷射的其它结构，但是放置在微流体通道内没有相应的用于喷射墨水组合物的印刷喷嘴的位置处。因此，每个泵可以包括电阻器，其可以与和印刷喷嘴相关联的流体喷射电阻器分开发射，最终使墨水组合物循环并克服可能由耐久性墨水组合物引入的各种喷嘴健康问题。

现在参照图3，更详细地显示并描述了用于微流体再循环的示例性系统。更具体而言，显示了具有微流体再循环辅助架构的打印头或微流体喷射组装件305的一部分。存在许多不同的可以提供微流体再循环辅助的组件布置，但是图3中显示的结构提供了适于根据本公开使用的此类组装件的一个实例。在这一实例中，微流体喷射组装件可以引导、再循环和喷射由墨水储存器315供应的墨水组合物325。更详细而言，微流体喷射组装件可以包括具有在其中形成的槽或流体供给通道320的基底310，所述槽或流体供给通道320接收来自墨水储存器的墨水组合物。流体供给通道可以是与其它微流体再循环通道连接的细长槽，例如还可以与墨水储存器流体连通，所述墨水储存器可以向微流体喷射组装件的这一部分(和其它部分)输送墨水。通常，墨水组合物可以由液滴发生器370输送(或印刷)，所述液滴发生器370可以包括流体室355、流体喷射器360和印刷喷嘴365。微流体再循环或流动可以通过流体泵335来引发，并且在一些情况下，通过流体喷射器的发射来进一步辅助。

如图3中的黑色方向箭头所示，流体泵335使墨水从流体供给通道320泵送通过微流体再循环流路(统称为微通道330、340、350)。更详细而言，流体供给通道可以将墨水供应到包含流体泵的入口通道330中。流体泵可以大体上朝向再循环流路的起点定位，但不一定需要在入口通道中。在这一实例中，在入口通道中的流体泵位置由于其相对长度因而是方便的，但是也可以定位在其它地方。再循环流路随后继续通过连接通道340，随后行进通过包含液滴发生器370的出口通道350。没有通过液滴发生器喷射(例如使用流体喷射器360经印刷喷嘴365喷射)的墨水组合物随后例如可以返回到流体供给通道中以进行再循环。

如上所述，流体泵335在入口通道330(或一些其它通道)内的确切位置可以在一定程度上改变，但通常可以不对称地定位在再循环流路330、340、350内。因此，对于不对称定位，可以在再循环流路的中点(在这一实例中显示在点C处)之前放置流体泵以便如所示那样定向驱动墨水。术语“不对称定位”或“不对称地定位”是指流体泵相对于槽或流体供给通道320在入口(在这一实例中显示在点A处)与出口(在这一实例中显示在点B处)之间“偏离中心”放置。为了在所示方向上驱动流体，流体泵可以在点A的下游和中点或点C的上游不对称地放置。因此，即使流体泵在这一实例中显示在入口通道330中，流体泵可以在再循环流路的长度中点之前定位在连接通道340中。如果入口通道和出口通道350的长度与连接通道的长度相比较短，后一种构造可能更实用，但是无论如何，在整个微流体再循环流路的长度中适当定位流体泵可以导致被泵送通过微流体喷射组装件的墨水的基本单向的微流体流动。

更详细而言，流体泵335在入口通道330内的不对称位置可以形成在流体泵与流体供给通道320之间的微流体再循环流路的短侧，和从流体泵延伸通过连接通道340和出口通道350并回到流体供给通道的再循环流路的长侧。流体泵在再循环流路的较短侧的不对称位置为再循环流路内的流体双极性提供了基础，这导致在朝向再循环流路的较长侧的向前方向上的净流体流动，如由黑色方向箭头所示那样。

更详细而言，液滴发生器370可以定位在微流体再循环流路的较长侧(如由流体泵335与点B之间的长度所限定)。如所述那样，液滴发生器可以包括设置在流体喷射室355中的流体喷射器360和印刷喷嘴365。流体喷射器可以是能够运行以便通过相应的印刷喷嘴喷射墨滴的任何装置。实例包括热电阻器或压电致动器。在所示实施方案中，流体喷射器和流体泵中的一者或两者可以包括热电阻器，如可以由薄膜叠层形成的热电阻器。薄膜叠层例如可以施加到基底310的氧化物层上，并且其自身可以包括氧化物层、金属层、导电迹线、钝化层等等。可以配置这些层以便在微流体再循环流路内热生成墨水喷射气泡。尽管流体泵和流体喷射器可以是热电阻器，但是在其它实例中，这些结构中的一者或两者可以分别是适于泵送或喷射墨水的多种泵送或喷射元件的任一种。例如，在一些实例中，流体泵可以是压电致动器泵、静电泵、电动液压泵等等。在其它实例中，流体喷射器可以是压电喷射器。

在微流体喷射组装件305中可以包括电路(如集成电路)以便选择性启动流体泵335和流体喷射器360，或多个流体泵和多个喷射器(未显示)。电路可以包括驱动晶体管，如场效应晶体管(FET)，例如其与可能存在的各个流体喷射器分别相关联。虽然每个流体喷射器可具有专用驱动晶体管以实现单独启动，但是每个流体泵可以具有或不具有专用驱动晶体管，因为流体泵可以或可以不单独启动。相反，单个驱动晶体管可以同时为一组流体泵供电。更详细而言，液滴发生器370(流体室355、流体喷射器360和印刷喷嘴365)通常可以组织成组，有时称为基元。尽管在该特定实例中仅显示了一个液滴发生器。基元通常可以包括6至24个液滴发生器的组，例如12个液滴发生器，尽管该范围并非意在限制。

更详细而言，使用流体泵335的泵送可以在提供足够的微流体再循环以促进总体喷嘴健康的任何频率下进行。在一个实例中，在印刷前可以进行25至1,000次泵送。或者，可以使用100至700次泵送。对于更难以印刷和保持可接受的喷嘴健康的墨水组合物，500至1000次泵送，或500至700次泵送可能更适当，但是这些范围可取决于墨水组合物。印刷前泵送的次数可能采用特定墨水组合物通过试验来确定，采用开盖性能作为在印刷前需要多少次泵送的基准。更详细而言，在印刷时，取决于喷嘴在印刷事件之间可能保持休眠的时间，泵送墨水组合物可以不那么频繁地进行，或在某些印刷事件过程中可以根本不使用泵送。

更详细而言，如图3中所示，当存在多个液滴发生器时，每个液滴发生器可以接收来自其自身的流体泵的微流体再循环辅助，或如图4中的实例所示，多个液滴发生器可以接收来自单个流体泵的微流体再循环辅助。在图4中，微流体喷射组装件(其一部分显示在405处)可以引导、再循环和喷射由墨水储存器415供应的墨水组合物425。微流体喷射组装件可以包括具有在其中形成的流体供给通道420的基底410。同样，流体供给通道可以是与未显示的其它微通道或其它微流体再循环流路连接的细长槽。流体供给通道可以与流体供应器，如流体储存器流体连通以便将墨水输送至微流体喷射组装件的这一部分(和经常其它部分)。通常，类似于图3中所述那样，墨水组合物可以由液滴发生器输送(或印刷)。但是，在这一实例中，存在两个液滴发生器470a和470b，其接收来自共用的流体泵435的微流体再循环辅助。因此，在这一实例中，存在两个包括共用的入口通道430的微流体再循环流路。相对于流体供给通道，可以在入口A和出口B之间限定一个再循环流路。因此，在这一实例中，墨水在由黑色方向箭头所示方向上从入口A流动至通道430、流动至连接通道440、流动至出口通道450a并流出出口B(回到流体供给通道中)。为了参照显示中点C，以表明流体泵不对称地定位在该特定微流体再循环流路的前半部分中。相对于流体供给通道，可以在入口A和出口B’之间限定另一再循环流路。因此，在这一实例中，墨水在由黑色方向箭头所示方向上从入口A流动至入口通道430、流动至连接通道440、流动至出口通道450b并流出出口B’。为了参照显示中点C’，以表明流体泵也不对称地定位在该特定微流体再循环流路的前半部分中。这一实施例中的每个出口通道450a、450b分别包括其自身的液滴发生器470a、470b。但是，如所述那样，这一实施例中的两个液滴发生器的微流体再循环辅助由共用的流体泵来提供。

通常，含有聚氨酯和/或相对高浓度的具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的耐久性增强溶剂的墨水组合物可以提供良好的喷墨印刷耐久性，其接近激光印刷机的耐久性。但是，如所述那样，因为这些可能是在由喷墨笔，特别是热喷墨笔印刷方面具有挑战性的墨水组合物，所以可能以可接受的适印性和所得印刷品品质使用具有类似于图3或图4中所示的微流体喷射组装件的喷墨印刷系统。作为一个使用实例，对于这些在印刷方面可能具有挑战性的耐久性墨水组合物中的一些，泵(图3中的335和图4中的435)可以在印刷前提供泵送作用。在其它实例中，泵送可以在印刷过程中发生，或在印刷事件之间发生。如所述那样，泵送的次数可以是25至1,000次以便在一些实例中提供和/或保持喷嘴健康和可接受的印刷性能。

另一方面，由不具有图3或图4中所示的微流体喷射组装件(例如不具有流体泵)的喷墨印刷系统印刷这些高度耐久性墨水组合物中的一些可能导致不佳的喷嘴健康劣化和不佳的印刷性能，例如一般而言不可接受的结垢、不可接受的开盖性能以及堵塞。例如，喷嘴健康劣化的一种故障模式可能与开盖性能相关，开盖性能是指喷墨墨水在长期暴露于空气后容易地从打印头喷射墨水组合物的能力。开盖时间可以作为打印头在印刷喷嘴不再正常发射——这可能是由于堵塞、阻塞和/或着色剂从液滴发生器(例如流体喷射器/印刷喷嘴)的液滴形成区域回缩——之前保持未合盖的时间量来测量。因此，对于这些类型的墨水组合物，开盖时间可能经常是不到2秒，这被认为是这种类型的印刷系统的最低标准。但是，在一个具体实例中，在微流体再循环辅助下，发现在不进行再循环的情况下具有小于2秒的开盖性能的墨水通过在印刷每个液体之前将流体泵接合500至700次而具有可接受的开盖性能。例如，开盖时间可以显著延长，例如对于长达10分钟的印刷，10秒、20秒、30秒或更久的开盖性能(其中每10秒、20秒、30秒等等喷射一滴)。

要注意的是，除非内容明确地另行指出，否则如本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一”、“一个/种”和“该”包括复数指代物。

如本文中所用的术语“大约”用于通过使给定值可以“略高于”或“略低于”数值范围端点来向该端点提供灵活性。该术语的灵活性程度可以由特定变量来决定，并且基于经验和本文中的相关描述来确定其在本领域技术人员的知识范围内。

“基底”、“介质”、“印刷介质”或“介质基底”包括适于印刷的任何基材。在一个实例中，该介质可以是普通纸。在其它实例中，该介质可以是涂布纸。在另一实例中，该介质可以是适于印刷的任何基底，如具有ColorLok的纸介质(可获自Hewlett-Packard，Co.，California)。

如本文中所用，为了方便起见，多个项目、结构要素、组成要素和/或材料可以以共同名单的形式呈现。但是，这些名单应解释为如同名单中的每个成员均被独立地标识为单独且唯一的成员。因此，在没有相反指示的情况下，仅基于它们在共同的组中呈现，不应将此名单中的单个成员解释为与同一名单中的任何其它成员的事实等同物。

浓度、尺寸、量和其它数值数据可以以范围格式呈现在本文中。要理解的是，这样的范围格式仅为了方便和简洁而使用，并应灵活解释为不仅包括明确列举为范围界限的数值，而且还包括所述范围内涵盖的所有个别的数值或子范围，如同明确列举各数值和子范围一样。例如，1重量％至20重量％的重量比范围应解释为不仅包括明确列举的1重量％和20重量％的界限，而且还包括个别重量，如2重量％、11重量％、14重量％，以及子范围，如10重量％至20重量％、5重量％至15重量％等等。

实施例

下面的实施例说明了本公开的技术。但是，要理解的是，以下仅仅是对所提出的系统和方法的原理的应用的说明。在不脱离本公开的情况下，本领域技术人员可以设计出许多修改和替代方法。所附权利要求书意在覆盖此类修改和布置。因此，虽然上文已经具体描述了该技术，但是下文提供了与目前被认为是可接受的实施例有关的进一步的细节。

实施例1

测试了几种不同的溶剂以确定该溶剂是否与墨水组合物中的聚氨酯结合提供了一定程度的耐久性增强。如下，下表1提供了这些试验的结果：

表1

关于表1中呈现的数据的更详细描述，基本上通过用5重量％或更多的具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂替代一部分或全部的某些更典型溶剂(例如2-吡咯烷酮、1-羟乙基-2-吡咯烷酮和/或其它非羟基化溶剂)，在印刷介质上的墨水组合物干燥后，通常可以增强耐久性。因此，在表1中，通常被认为增强墨水耐久性的溶剂在耐久性改善栏中被标记为“是”。值得注意的是，2-吡咯烷酮(0个羟基)、1-羟乙基-2-吡咯烷酮(0个羟基)和3-甲基-1，3，5-戊三醇(3个羟基)未发现增强耐久性。同时，当将耐久性增强溶剂以相对高的浓度(例如5重量％至30重量％、7重量％至15重量％、或14重量％至28重量％)添加到墨水组合物中时，开始引入适印性问题，例如结垢问题、开盖问题、堵塞等等。换句话说，使用表1中列举的耐久性增强溶剂(和其它类似溶剂)，可以获得从非常好到激光样的耐久性，如通过两道次荧光笔蹭墨测试所测量的那样。但是，在许多情况下，印刷这些墨水可能是劳动密集型的，其中打印头仅为了印刷单个诊断图而经历大量的人工维护。因此，为了用这些类型的墨水获得更高水平的耐久性，发现使用微流体再循环流体泵可以解决这些适印性问题中的一些。例如，通过使用位于微流体通道内的流体泵在内部引发微流体再循环流动(与由液滴发生器提供的墨水运动分开且不同)，可以实现可接受的印刷性能。

实施例2

为了评估微流体再循环是否有助于改善适印性，利用与图3或图4中所示的微流体喷射组装件类似的微流体再循环架构来印刷根据本公开的实施例制备的墨水组合物，但是仅发动流体喷射器电阻器(不使用流体泵进行泵送)以模拟标准笔架构中的墨水行为。受试的墨水组合物包含1.7重量％的聚氨酯、11重量％的四乙二醇、8重量％的2-乙基-1，3-己二醇和5重量％的1-羟乙基-2-吡咯烷酮。在这一实例中，印刷了诊断图以评估印刷性能。还使用两种不同的诊断图在流体泵的辅助下印刷相同的墨水。通过在恒定的泵送频率下改变泵送次数来制备一个诊断图。使用恒定的泵送次数而在不同频率下泵送来制备另一诊断图。在不使用任何泵送的情况下制备的诊断图生成了具有不佳的开盖性能的印刷样本，其标志在于几条印刷线的下半部分完全不存在。另一方面，使用泵送(通过任一技术)通常提供在经过多个时间点的开盖方面的改善，从印刷线中消除了可察觉的缺陷。例如，在印刷前将流体泵接合500至700次后，30秒开盖(其中每30秒喷射一滴)能够维持长达10分钟的印刷。

实施例3

制备了四种墨水组合物，每种仅包含如表1中所列的单一高浓度的耐久性增强溶剂。换句话说，有机溶剂体系仅由一种溶剂组成，并且该溶剂是耐久性增强溶剂。由于不佳的开盖性能(例如小于2秒)、结垢问题和堵塞，这四种墨水不是特别适于或不可用于在这些浓度下由标准喷墨笔进行印刷。但是，使用具有如图3或图4中所示的微流体组装件的印刷辅助，可以以可接受的可靠性印刷以下墨水组合物。这些墨水通常具有可接受的开盖性能，例如，长达15秒或更久；良好的结垢，且几乎没有堵塞(如何存在的话)。所制备的墨水配制物如下在表2中显示为墨水A-D：

表2

实施例4

制备了六种墨水组合物，其包含大约24重量％至25重量％的有机溶剂体系，以及5重量％至20重量％的表1的耐久性增强溶剂。在较低浓度的耐久性增强溶剂(例如5重量％)下，在不使用具有微流体再循环辅助的微流体喷射组装件的情况下，可以以些许有限的成功印刷该墨水组合物。但是，通过使用根据本公开的实例的微流体再循环，还可以增强印刷可靠性和喷嘴健康，例如，在发射前进行一些泵送的情况下，开盖性能可以达到20至30秒。另一方面，在没有微流体再循环印刷机辅助(例如在印刷前使用500至700次泵送)的情况下，包含15重量％至20重量％的耐久性增强溶剂的墨水不能容易地由喷墨打印头可靠地印刷。如下在表3中提供了评估的墨水：

表3

实施例5

制备仅含有大约15重量％的有机溶剂体系以及不同浓度的聚氨酯(1.7重量％至5重量％)的墨水组合物以进一步挑战本公开的微流体喷射组装件。这些墨水组合物提供了非常耐久的印刷图像，但是在不具有如图3或图4中所描述的微流体再循环辅助机构(如流体泵)的情况下，则以其它方式难以由标准打印头可靠地印刷。基本上，通过降低有机溶剂体系的浓度(例如至大约15重量％)，可以进一步实现耐久性的改善。就适印性而言，本文中描述的微流体喷射组装件能够通过在印刷前实施500至700次泵送来可靠地印刷这些墨水组合物。如下，在表4中显示了墨水组合物：

表4

实施例6

印刷表1-4中的一部分墨水组合物(即墨水B、J、K、L和M)，干燥1小时，并使用本文中描述的两道次荧光笔蹭墨测试方案来测试其耐久性。使用标准字符(Times New Roman字体；12磅字号)以大约60ng/300^th英寸的墨水流量印刷相同的文本图像，随后印刷一个具有非常细的圆周线的较大圆圈(使用可获自Hewlett-Packard，Co.，California的Pro 8000喷墨印刷机印刷)。使用具有ColorLok的多用途纸介质(可获自Hewlett-Packard，Co.，California)进行印刷。

在干燥一小时后，对墨水B、J、K、L和M各自进行两道次荧光笔蹭墨试验。具体而言，在500克重压力下使标准黄色荧光笔(可获自Aktiengesellschaft，Germany)在图像上通过两次。使用便携式光密度计(已停产，先前可获自Inc.，Missouri)测量蹭墨，以确定蹭墨痕迹的毫-光密度(mOD)。高mOD值表示较大的蹭墨程度和不太耐久的墨水组合物，低mOD值表示较少的蹭墨和更耐久的喷墨墨水组合物。除了笔尖本身的垂直摩擦之外，还存在荧光笔润湿印刷介质的作用。对于许多喷墨墨水，当刮擦和润湿印刷区域时，颜料往往会随着荧光笔笔尖在介质上迁移。迁移颜料的量由此在印刷字符之间(以及印刷字符周围)的间断中导致可测量的尾迹或蹭墨。然后在距印刷图像或字符大约1mm处测量这种迁移颜料。在图5中以光密度单位(毫-OD，mOD)提供了两道次荧光笔蹭墨试验的数据。

由数据可以看出，墨水B和墨水L得到刚好低于20mOD的耐久性得分，这是非常好的耐久性。包含19重量％的两种耐久性增强溶剂的组合的墨水J的表现甚至优于墨水B和墨水L。包含最高浓度的聚氨酯的墨水K获得了还更好的8mOD的得分，这接近激光样耐久性。墨水M表现最好，具有2mOD的激光样得分。值得注意的是，墨水M仅含有1.7重量％的聚氨酯和仅10重量％的耐久性增强溶剂。但是，这种墨水组合物是用15重量％的非常低的有机溶剂体系含量来制备的。这些墨水中没有一种能够由标准的热喷墨笔轻易地以良好的可靠性来喷射，由此，如本文中描述的具有微流体再循环辅助泵的微流体喷射组装件提供了以良好的可靠性来印刷这些高度耐久性墨水的能力。

虽然已经参考某些实施例描述本技术，但本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本公开的精神的情况下进行各种修改、改变、省略和替换。因此，有意的是本公开仅受随附权利要求的范围限制。

Claims

1.喷墨印刷系统，包括：

墨水组合物，包含：

炭黑颜料，

50重量％至80重量％的水，

10重量％至40重量％的有机溶剂体系，和

0.5重量％至6重量％的聚氨酯；以及

微流体喷射组装件，包括：

用于在外部喷射所述墨水组合物的液滴发生器，和

用于在内部将所述墨水组合物的微流体再循环流引入所述液滴发生器中的流体泵。

2.权利要求1的喷墨印刷系统，其中所述有机溶剂体系包含5重量％至30重量％的具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。

3.权利要求2的喷墨印刷系统，其中所述溶剂选自三丙二醇、三丙二醇甲醚、三丙二醇单丁醚、三丙二醇单乙醚、三乙二醇、三乙二醇甲醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇单甲醚、二乙二醇、二乙二醇丁醚、乙二醇、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、3-甲基-1，3-丁二醇、2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-2，4-戊二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2-乙基-1，3-己二醇、1-甲氧基-2-丙醇、四乙二醇或其组合。

4.权利要求1的喷墨印刷系统，其中所述有机溶剂体系以10重量％至20重量％存在。

5.权利要求1的喷墨印刷系统，其中所述有机溶剂体系仅包含具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。

6.权利要求1的喷墨印刷系统，其中所述微流体喷射组装件包括向微流体再循环流路提供墨水组合物并接收来自微流体再循环流路的墨水组合物的流体供给通道。

7.权利要求6的喷墨印刷系统，其中所述微流体再循环流路具有总体上单向的流动方向，其中所述流体泵定位在所述微流体再循环流路内，并且其中所述流体泵不对称地定位在所述微流体再循环流路的中点的上游。

8.权利要求1的喷墨印刷系统，进一步包括在第二位置处用于在外部喷射所述墨水组合物的第二液滴发生器，所述流体泵用于在内部将所述墨水组合物的微流体再循环流引入液滴发生器和第二液滴发生器二者中。

9.制备喷墨印刷系统的方法，包括将墨水组合物装载到墨水储存器中，

所述墨水组合物包含：

炭黑颜料，

50重量％至80重量％的水，

10重量％至40重量％的有机溶剂体系，和

0.5重量％至6重量％的聚氨酯；以及

所述墨水储存器与微流体喷射组装件流体耦联，所述微流体喷射组装件包括：

用于在外部喷射所述墨水组合物的液滴发生器，和

10.权利要求9的方法，其中所述有机溶剂体系包含5重量％至30重量％的具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。

11.权利要求9的方法，其中所述有机溶剂体系仅包含具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。

12.权利要求9的方法，其中所述有机溶剂体系以10重量％至20重量％存在。

13.权利要求9的方法，其中所述微流体喷射组装件包括用于接收来自墨水供应器的墨水组合物的流体供给通道，其中所述流体供给通道向微流体再循环流路提供墨水组合物并接收来自微流体再循环流路的墨水组合物，其中微流体再循环流路具有总体上单向的流动方向，其中所述流体泵定位在所述微流体再循环流路内，并且其中所述流体泵不对称地定位在所述微流体再循环流路的中点的上游。

14.印刷方法，包括：

将墨水组合物引入微流体再循环流路中，所述墨水组合物包含炭黑颜料、50重量％至80重量％的水、10重量％至40重量％的有机溶剂体系、和0.5重量％至6重量％的聚氨酯；

使用沿微流体再循环流路定位的流体泵引发墨水组合物在微流体再循环流路内的流动，其中所述流体泵不与印刷喷嘴相关联；和

将所述墨水组合物印刷到印刷介质上，其中印刷通过由液滴发生器在外部喷射所述墨水组合物来进行，所述液滴发生器处在沿所述微流体再循环流路与所述流体泵不同的位置处。

15.权利要求14的方法，其中所述有机溶剂体系包含5重量％至30重量％的具有1或2个游离羟基和0至3个二醇单元的溶剂。