TWI481674B - 包含表面經改質之顏料的溶劑型噴墨墨水 - Google Patents

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Description

包含表面經改質之顏料的溶劑型噴墨墨水
本發明係有關用於熱噴墨印表機的噴墨墨水。其主要被發展成能熱噴墨列印在廣範圍的基材上，該等基材包括無孔性基材。
形成熱氣泡的噴墨列印頭藉由在內含於噴嘴室內的列印流體中產生特定熱量而起作用。當透過噴嘴推出該流體時此熱將造成氣泡形成，最終瓦解。該氣泡的瓦解接著造成更多流體進入該噴嘴室以供相同程序再度開始。
由於水於提高溫度下迅速形成氣泡的能力，裝配此等熱噴墨列印頭的印表機經常使用水性墨水配方。
然而，儘管可直接列印在經特殊處理的無孔性及半多孔性基材上，但是水性噴墨墨水基本上仍限於使用多孔性介質(如辦公用紙及紡織品)的應用。因此，大部分使用熱噴墨列印頭的印表機通常用於SOHO(個人居家辦公室)市場。
對照之下，壓電式列印頭供給廣大程度的墨水配方彈性，因為液滴噴出乃造過壓電作用力產生而非形成氣泡的機構。因此，許多不同墨水化學性質可用於壓電式列印頭，如UV固化性、溶劑型、熱熔融型及油性，以及水性。該等壓電式印表機的輸出品同樣為多樣的，其處理包括包裝、寬幅顯示器、CD及玻璃裝裝飾的眾多圖解市場部分。舉寬幅列印為例，市場上有許多溶劑型印表機全都使用壓電式列印頭。這些能印在廣大範圍的介質上，其包括低成本無孔性及半多孔性基材，如未經塗佈的乙烯基化合物及聚酯類。
包含顏料的溶劑型噴墨墨水，用於壓電式列印頭時，含有高濃度聚合物以協助形成適當粒徑的安定分散物。
例如，用於溶劑型噴墨墨水應用之市場上買得到的顏料(如來自Microlith系列(Ciba)者)由預分散於氯乙烯/醋酸乙烯酯共聚物混合物的顏料構成。為了調配典型的溶劑型噴墨墨水，使該等市場上買得到的顏料分散物"沉降"於溶劑及額外聚合物中。添加該額外聚合物改善膜性質且助於維持粒子安定性。然而，在熱列印頭中，因為聚合物傾向於該加熱器元件上結垢，降低墨水潛時及/或減小液滴速度，所以不想要高濃度的聚合物。
申請人已經開發出一系列彎曲作動的列印頭，其並非仰賴氣泡形成將墨水噴出且，像壓電式列印頭，可使用含水或不含水的墨水。例如，US 7,416,280；US 6,902,255；US 2008/0129793；及US 2008/0225082中說明部分申請人之彎曲作動的列印頭，在此以引用方式將其全文倂入本文。
例如，US 6,755,509；US 7,246,886；及US 7,401,910中說明的，申請人也開發出一系列形成熱氣泡的列印頭，在此以引用方式將其全文倂入本文。
現在申請人之形成熱氣泡的噴墨印表機提供高解析度及高速列印(例如於1600dpi下每分鐘60頁)水性墨水給SOHO市場。這些水性墨水適合列印在多孔性及半多孔性介質。然而，吾人所欲為提供形成熱氣泡的噴墨列印頭，其可將墨水列印在包括無孔性介質之更寬廣的基材上。這將使熱噴墨列印頭能完全與壓電式印表機競爭，提供高解析度及高速噴墨列印給廣大範圍的列印介質。
在第一方面中，提供一種用於熱噴墨列印頭的溶劑型(即，非水性的)墨水組成物，其包含表面經改質之顏料。選擇性地，該墨水組成物包含：
(a)10至80重量%之式(A)的化合物；
其中：R1 為C1-6 烷基；及R2 、R3 及R4 各者係獨立地選自H、C1-6 烷基、鹵素、OH及C1-6 烷氧基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；及
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
選擇性地，R1 為C1-6 烷基；及R2 、R3 及R4 各者為H。
選擇性地，該式(A)的化合物為N-甲基-2-吡咯烷酮或N-乙基-2-吡咯烷酮。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該C1-6 醇為乙醇。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該墨水組成物包含0.001至10重量%的表面活性劑。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該表面活性劑為非離子型表面活性劑。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該表面活性劑為非聚合性。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該表面活性劑不包含丙烯酸酯聚合物或共聚物。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該組成物不包含任何聚合物。
選擇性地，該墨水組成物基本上僅由該式(A)的化合物、該C1-6 醇及該表面經改質之顏料構成。
選擇性地，該墨水組成物僅由該式(A)的化合物、該C1-6 醇、該表面經改質的顏料及0.01至10重量%的表面活性劑組成。
在第二方面中，提供一種從熱噴墨列印頭噴出墨水之方法，該方法包含下列步驟：
(i)將墨水供應至該列印頭的至少一個噴嘴室；及
(ii)使該噴嘴室中的加熱器元件作動並把該墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成該墨水從與該噴嘴室有關的噴嘴開口被噴出，其中該墨水為溶劑型墨水組成物，該組成物包含：
(a)10至80重量%之式(A)的化合物；
其中：R1 為C1-6 烷基；及R2 、R3 及R4 各者係獨立地選自H、C1-6 烷基、鹵素、OH及C1-6 烷氧基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該墨水係噴在無孔性或半多孔性基材上。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該墨水黏著於該基材。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該基材為塑膠基材。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該基材為未經處理的乙烯基化合物或聚酯類。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該加熱器元件具有小於1奈克的質量。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該加熱器元件係懸於該墨水室中，使得該墨水組成物包住該加熱器元件。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該加熱器元件的作動能量為小於500nJ。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該列印頭為靜態頁寬列印頭。
選擇性地，在本發明的所有相關方面中，該列印頭包含至少50,000個噴嘴。
在第三方面中，提供一種用於熱噴墨列印頭的溶劑型墨水組成物，該墨水組成物包含：
(a)10至80重量%之式(B)的化合物；
其中：R5 為C1-6 烷基及R6 為C1-6 烷基；或R5 與R6 接在一起形成C3-12 伸環烷基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
選擇性地，式(B)的化合物為甲乙酮。
選擇性地，式(B)的化合物為環己酮。
在第四方面中，提供一種從熱噴墨列印頭噴出墨水之方法，該方法包含下列步驟：
(i)將墨水供應至該列印頭的至少一個噴嘴室；及
(ii)使該噴嘴室中的加熱器元件作動並把該墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成該墨水從與該噴嘴室有關的噴嘴開口被噴出，其中該墨水為溶劑型墨水組成物，該組成物包含：
(a)10至80重量%之式(B)的化合物；
其中：R5 為C1-6 烷基及R6 為C1-6 烷基；或R5 與R6 接在一起形成C3-12 伸環烷基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
在第五方面中，提供一種用於熱噴墨列印頭的溶劑型墨水組成物，該墨水組成物包含：
(a)10至80重量%之式(C)的化合物；
其中：R7 為插入0、1、2或3個氧原子的C2-12 烷基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
選擇性地，R7 為插入0、1或2個氧原子的C4-8 烷基。
選擇性地，式(C)的化合物係選自由下列各項所組成的群組：醋酸己酯；卡必醇醋酸酯；丁基二甘醇醋酸酯；及醋酸甲氧基丙酯。
在第六方面中，提供一種從熱噴墨列印頭噴出墨水之方法，該方法包含下列步驟：
(i)將墨水供應至該列印頭的至少一個噴嘴室；及
(ii)使該噴嘴室中的加熱器元件作動並把該墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成該墨水從與該噴嘴室有關的噴嘴開口被噴出，其中該墨水為溶劑型墨水組成物，該組成物包含：
(a)10至80重量%之式(C)的化合物；
其中：R7 為插入0、1、2或3個氧原子的C2-12 烷基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
在第七方面中，提供一種用於熱噴墨列印頭的溶劑型墨水組成物，該墨水組成物包含：
(a)10至80重量%之式(D)的化合物；
其中：R8 及R9 各者為獨立地選自插入0、1、2或3個氧原子的C1-12 烷基；或R8 與R9 接在一起形成C3-12 伸環烷基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
選擇性地，R8 及R9 之至少一者包括一或多個氧原子插入。
選擇性地，式(D)的化合物係選自由下列各項所組成的群組：二丙二醇單甲醚、二丙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇單丙醚、丙二醇丙醚、丁二醇二甲醚、甲基丁基醚、三丙二醇甲醚、四氫呋喃及四氫吡喃。
在第八方面中，提供一種從熱噴墨列印頭噴出墨水之方法，該方法包含下列步驟：
(i)將墨水供應至該列印頭的至少一個噴嘴室；及
(ii)使該噴嘴室中的加熱器元件作動並把該墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成該墨水從與該噴嘴室有關的噴嘴開口被噴出，其中該墨水為溶劑型墨水組成物，該組成物包含：
(a)10至80重量%之式(D)的化合物；
其中：R8 及R9 各者為獨立地選自插入0、1、2或3個氧原子的C1-12 烷基；或R8 與R9 接在一起形成C3-12 伸環烷基；
(b)10至80重量%的C1-6 醇；
(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
在另一個方面中，提供一種印表機，其包含：含有各自墨水的墨水槽；及與該墨水槽流體相通的熱噴墨列印頭，其中該墨水為上述溶劑型墨水組成物之任一者。
選擇性地，該熱噴墨列印頭包含多個噴嘴，該多個噴嘴各者包含：含有墨水的噴嘴室，該噴嘴室具有噴嘴開口以供該墨水噴出；及與該墨水接觸的加熱器元件，該加熱器元件係經建構以供將該墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，並藉以造成該墨水從該噴嘴開口噴出。
在另一個方面中，提供一種用於熱噴墨列印頭之墨水匣，該墨水匣含有上述任一種溶劑型墨水組成物。
選擇性地，該墨水匣包含與該墨水匣整合的熱噴墨列印頭。
在另一個方面中，提供一種基材，其具有配置在該基材上的上述任一種墨水組成物。
選擇性地，該基材為半多孔性或無孔性基材。
選擇性地，該基材為乙烯基基材。
本發明提供溶劑型墨水組成物，其可自在各自噴嘴室中迅速產生氣泡以噴出墨水的類型之熱噴墨列印頭噴射。先前技藝的壓倒性優先為自熱噴墨列印頭噴出含水墨水組成物。然而，如上所預示，含水墨水組成物限制可使用熱噴墨列印頭的應用之數目。本發明，其使用非水性的墨水組成物，藉由使此等列印頭能列印黏著於無孔性及半多孔性列印介質的墨水而擴充可用於熱噴墨列印頭之應用的數目。因而，利用本發明使得在寬幅及其他市場中使用熱噴墨列印頭為實際可行的事。
尤其是與其通常用於壓電式列印頭的溶劑型相對物相比時，根據本發明的墨水組成物之特徵為其相當單純。用於壓電式列印頭的典型溶劑型噴墨墨水組成物具有包含約5或更多種不同溶劑的溶劑系統。再者，這些溶劑型墨水組成物通常包含高濃度的聚合物(例如，丙烯酸系聚合物)以使該墨水中的著色劑安定化。本發明之一優點為該溶劑系統可僅包含兩種溶劑並可調配成低聚合物濃度或完全沒有聚合物。
聚合物最少化不僅降低成本，還能使非揮發性殘餘物累積在該等列印頭中的熱加熱器元件上的傾向(或習稱為"結垢")最小化。令人驚訝的是相當簡單的溶劑型墨水組成物可有效噴射並利用低聚合物濃度且，特別是，低濃度或不含丙烯酸系聚合物黏著於無孔性基材。
本發明的墨水組成物通常包含三種主要成分，其各者將被更詳細討論。第一種成分為溶劑，其促使該墨水黏著於無孔性表面(例如，乙烯基表面)。第二種成分促使該熱列印頭中的氣泡形成。第三種成分為表面經改質之顏料。
儘管墨水可僅利用這三種成分調配而成，但是還可存在第四種成分以供改善該墨水在無孔性介質上的膜外觀及/或助於該表面經改質之顏料的初始分散。
第一種及第二種成分合起來經常構成該墨水組成物的至少70重量%，至少80重量%或至少90重量%。
第一種成分("黏著促進溶劑")的量以該墨水組成物的總重量為基準在10至80重量%的範圍。選擇性地，該第一種成分的量為在30至60重量%的範圍，或選擇性地40至50重量%。
第二種成分("氣泡促進溶劑")的量以該墨水組成物的總重量為基準在10至80重量%的範圍。選擇性地，該第二種成分的量為在30至60重量%的範圍，或選擇性地40至50重量%。
該第一種及第二種成分的比例可為在3：1至1：3的範圍，選擇性地2：1至1：2或選擇性地1.5：1至1：1.5。在較佳的墨水組成物中，該第一種及第二種成分係以將近相等量(即，約1：1比例)存在。
第三種成分("表面經改質之顏料")的量以該墨水組成物的總重量為基準在0.01至25重量%的範圍。該第三種成分的精確量通常取決於特定顏料的特性(例如，光密度)及其他列印參數(例如，液滴大小、點密度等等)。選擇性地，該第三種成分的量為在0.1至10重量%的範圍，或選擇性地1至5重量%。
第四種成分("表面活性劑")的量，若存在於該墨水組成物中，為在0.01至10重量%的範圍。選擇性地，該第四種成分的量為在0.05至5重量%的範圍，或選擇性地0.1至1重量%。
該墨水組成物基本上可由第一種、第二種及第三種成分構成。換句話說，該第一種、第二種及第三種成分合起來可包含該墨水組成物的至少90重量%，或至少95重量%，或至少98重量%。
在一些具體實施例中，該墨水組成物可僅由該第一種、第二種及第三種成分構成。在其他具體實施例中，該墨水組成物可僅由該第一種、第二種、第三種及第四種成分構成。
經常地，該墨水組成物不含任何通常用於先前技藝所述的溶劑型墨水組成物中之丙烯酸系聚合物。也可以，該墨水組成物可不含任何聚合物。
黏著促進溶劑
申請人觀察到特定類型的溶劑與無孔性基材強力交互作用，同時也可自熱噴墨列印頭噴出。特別是，有些溶劑與乙烯基列印介質強力黏著並留下無法輕易被移除的膜痕跡。對照之下，水及乙醇不會在乙烯基表面上留下任何痕跡。
第一種類型的黏著促進溶劑具有式(A)：
其中：R1 為C1-6 烷基；及R2 、R3 及R4 各者係獨立地選自H、C1-6 烷基、鹵素、OH及C1-6 烷氧基。
式(A)的溶劑之典型實例為N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)或N-乙基-2-吡咯烷酮(NEP)。
第二種類型的黏著促進溶劑具有式(B)：
其中：R5 為C1-6 烷基及R6 為C1-6 烷基；或R5 與R6 接在一起形成C3-12 伸環烷基。
式(B)的溶劑之典型實例為甲乙酮(MEK)、甲丙酮、甲丁酮、環己酮、環戊酮、環庚酮、環辛酮及異佛爾酮。
第三種類型的黏著促進溶劑具有式(C)：
其中：R7 為插入0、1、2或3個氧原子的C2-12 烷基。
式(C)的溶劑之典型實例為醋酸己酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、卡必醇醋酸酯[醋酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯]、醋酸異辛酯、丁基卡必醇醋酸酯[醋酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯]、丁基二甘醇醋酸酯[醋酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯]及醋酸甲氧基丙酯。
第四種類型的黏著促進溶劑具有式(D)：
其中：R8 及R9 各者為獨立地選自插入0、1、2或3個氧原子的C1-12 烷基；或R8 與R9 接在一起形成C3-12 伸環烷基。
式(D)的溶劑之典型實例為二丙二醇單甲醚、二丙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇單丙醚、丙二醇丙醚、丁二醇二甲醚、甲基丁基醚、三丙二醇甲醚、四氫呋喃及四氫吡喃。
該措辭"烷基"用於此表示直鏈及分支形態的烷基。除非另行指明，否則該烷基可插入1、2或3個選自O、NH或S的雜原子。例如，O原子插入C-C鍵中提供醚。也可以，O原子插入C-H鍵中提供醇。因而，醚類及醇類均在此處所界定的"烷基"的範圍內。
除非另行指明，否則該烷基可插入1、2或3個雙鍵及/或參鍵。然而，該措辭"烷基"通常表示沒有雙鍵或參鍵插入的烷基。明確提及烯基、醚、烷氧基等等，並非意欲將此視為上述"烷基"的定義之限制。
引用，例如，C1-6 烷基，意指該烷基可含有介於1與6之間任何數目的碳原子。藉由實例的方式，C1-6 烷基可包含下列基團，如甲基、乙基、丙基(包括正丙基、異丙基等等)、丁基(包括正丁基、第三丁基等等)、戊基、己基、丁烯基、戊烯基、己烯基、異丙烯基、甲氧基丙基、乙氧基乙基、甲氧基甲基、乙氧基丁基等等。
該措辭"烷基"通常表示丙烯酸系烷基，但是其也可包括環烷基。
用於此處時，該措辭"環烷基"包括環烷基、聚環烷基及環烯基，以及這些與線性烷基的組合(例如，包括接附於環的烷基取代基之環烷基)。該環烷基可插入1、2或3個選自O、N或S的雜原子。此等環烷基可呈環烷基環被，例如，烷氧基取代的形態或其可呈雜環烷基的形態。雜環烷基的實例為吡咯啶基、嗎啉基、六氫吡啶基等等。然而，該措辭"環烷基"通常表示沒有雜原子插入的環烷基。環烷基的實例包括環戊基、環己基、環己烯基、環己基甲基及金剛烷基。
該措辭"鹵素"或"鹵基"用於此表示氟、氯、溴及碘任一者。然而，鹵素通常表示氯或氟取代基。
形成氣泡的溶劑
儘管上述黏著促進溶劑具有形成氣泡的特性(及乙烯基基材的良好黏著性)，但是藉由添加C1-6 醇將顯著改善這些溶劑在熱噴墨裝置中形成氣泡的能力。為了避免疑惑，該措辭"C1-6 醇"用於此時表示具有1至6個碳原子的醇化合物且僅一個羥基。該措辭"C1-6 醇"也包括烷氧基醇類，如甲氧基丙醇、乙氧基乙醇等等。該墨水組成物中可存在一或多種C1-6 醇。
適合的C1-6 醇之實例為甲醇、乙醇、丙醇(例如，異丙醇)、甲氧基丙醇、丁醇、戊醇及己醇。當作本發明的形成氣泡之溶劑的較佳C1-6 醇為乙醇。
表面經改質之顏料
頃開發出表面經改質之顏料以便降低含水噴墨墨水中對於大量安定化聚合物的需求。結垢為顏料為底的含水墨水中嚴重的問題並影響列印頭效能。儘管可"供給過多能量"給加熱器元件以補償聚合物結垢，但是這一般都不能令人滿意，尤其是當列印頭(例如，列印頭)朝較低液滴噴出能(例如，每個噴嘴50至200nJ)遷移時。因而，為了調配含水噴墨墨水而顯露出新一代的表面經改質之顏料。例如，含水的顏料分散物的CAB-O-系列包含以表面陰離子基團(如羧酸基及磺酸基)改質的墨色或彩色顏料。式(i)顯示經羧酸基改質的墨色顏料，而式(ii)顯示經磺酸基改質的彩色顏料。然而，其他表面改質基團也可使用，如陰離子磷酸基或陽離子銨基。
為了調配含水噴墨墨水頃已開發出表面經改質之顏料，如上述者。其係以含水顏料分散物的方式販售，其本質上並不適用於調配溶劑型墨水。
在本發明中，表面經改質之顏料的粒子係藉著於120℃的烘箱中使含水顏料分散物乾燥至不變的質量製備而成。適用於本發明之含水的表面經改質之顏料分散物的特定實例為CAB-O-200、300、250C、260M及270Y，由Cabot股份有限公司提供。
該等表面經改質之顏料可任意單獨或以二或更多種顏料的組合之形態使用。
表面經改質之顏料的平均粒徑係選擇性地在50至500nm的範圍中或選擇性地50至250nm。
表面活性劑
本發明的墨水組成物中可包括第四種成分以便當沉積在無孔性基材(例如，乙烯基或聚合物基材)上時助於表面經改質之顏料粒子的分散及/或改善該墨水的膜外觀。
選擇性地，該表面活性劑係以0.001至10重量%，0.01至5重量%，0.05至2重量%，或0.1至1重量%的量內含。該表面活性劑，若有的話，通常為非離子型表面活性劑。
適用於本發明的表面活性劑包括氟表面活性劑(例如，乙氧基化的氟表面活性劑)。適用於改善根據本發明的墨水組成物之膜外觀的氟表面活性劑之一些特定實例為FSO及FSO-100。
其他適用於改善根據本發明的墨水組成物之膜外觀的表面活性劑之特定實例包括Tego450、410、400、Tego270及482。
適用於輔助該溶劑介質中的表面經改質之顏料的表面活性劑之實例為32500。
儘管根據本發明的墨水組成物有益地在沒有聚合物添加物(尤其是丙烯酸酯聚合物)之下提供優良的列印品質及噴射性，但是可以低濃度使用特定聚合物以改善調配期間的初始分散性以便當列印時改善該墨水的膜外觀。例如，當列印在乙烯基基材上時乙烯基聚合物可改善該墨水的膜外觀。乙烯基聚合物添加物的實例為氯乙烯及醋酸乙烯酯(例如，UCARTM VYHH)的高分子量共聚物。此等聚合物添加物可以0.01至5重量%，0.05至2重量%，或0.1至1重量%的量包括在內。然而，根據本發明的墨水組成物同樣可完全不含任何聚合物添加物。
熱噴墨列印頭
根據本發明的溶劑型墨水組成物係經設計而能被熱噴墨列印頭所使用。現在要簡單說明申請人的熱噴墨列印頭之一，如美國專利案第7,303,930號所述，在此以引用方式將其全文倂入本文。
參照第1圖，有顯示包含多個噴嘴組合件的列印頭之一部分。第2及3圖以側視圖及斷面透視圖顯示這些噴嘴組合件之一。
各噴嘴組合件包含由MEMS裝配技術在矽晶圓基材2上所形成的噴嘴室24。該噴嘴室24係由室頂21及自該室頂21延伸至該矽基材2的側壁22予以界定。如第1圖所示，各室頂係由一部分噴嘴板56予以定義，該噴嘴板56跨越該列印頭的噴出面。該噴嘴板56及側壁22係由相同材料構成，該材料係於MEMS裝配的期間藉由PECVD沉積在光阻劑的犧牲支架上。經常地，該噴嘴板56及側壁21係由陶瓷材料構成，如二氧化矽或氮化矽。這些堅硬的材料具有列印頭堅固性所需的優良性質，且其固有疏水特性藉由毛細作用供應墨水至該噴嘴室24係有益的。
回到該噴嘴室24的細部，能見到噴嘴開口26係界定於各噴嘴室24的室頂中。各噴嘴開口26一般為橢圓形並具有相關的噴嘴邊緣25。該噴嘴邊緣25在列印的期間有助於液滴定向性以及降低，至少達某個程度，墨水從該噴嘴開口26溢出來。自該噴嘴室24噴出墨水的作動器為位於該噴嘴開口26下方並橫跨凹坑8懸著的加熱器元件29。電流經由連至該基材2的CMOS層底下之驅動電路供應至該加熱器元件29。當電流通過該加熱器元件29時，其迅速將周圍的墨水過度加熱而形成氣泡，該氣泡強迫墨水穿過該噴嘴開口26。藉由使該加熱器元件29懸著，當該噴嘴室24裝好時該加熱器元件29完全浸在墨水中。這改善列印頭效率，因為較少的熱分散至下方基材2內並使更多輸入能用以產生氣泡。
如第1圖中最清晰見到的，該等噴嘴係成排設置並使沿著該排縱向延伸的墨水供應通道27供應墨水至該排中的各噴嘴。該墨水供應通道27遞送墨水至墨水注入通道15，該墨水注入通道15，自該噴嘴開口26側經由該噴嘴室24中的墨水導管23供應墨水。
用於製造此等列印頭的MEMS裝配方法係說明於美國專利案第7,303,930號，在此以引用方式將其全文倂入本文。
具有懸吊的加熱器元件之列印頭的操作係詳細說明於申請人的US 7,278,717，在此以引用方式將其全文倂入本文。
申請人也說明具有嵌入式加熱器元件的形成氣泡之噴墨列印頭。此等列印頭係說明於，例如，US 7,246,876及US 2006/0250453，在此以引用方式將其全文倂入本文。
申請人的熱噴墨列印頭之特徵一般可為擁有一或多個下列特性：(i)懸吊的加熱器元件；(ii)具有少於1奈克，選擇性少於500兆分之一克的加熱器元件；(iii)少於500nJ，選擇性少於200nJ的作動能；及(iv)氮化鈦或氮化鈦鋁加熱器元件。
如上所述，本發明的溶劑型墨水組成物最適與申請人的熱噴墨列印頭合倂作用。然而，其用途並不限於申請人的熱列印頭。在此所述的溶劑型墨水組成物也可用於習用形成氣泡的噴墨列印頭，如Hewlett-Packard及Canon在市場上販售者。
在習用掃描式熱噴墨列印頭(或，真正地，申請人的頁寬列印頭)的案例中，本發明可能關於用於包含上述任何溶劑型墨水組成物的噴墨列表機之墨水匣。該墨水匣可選擇性包含與其整合在一起的熱噴墨列印頭。
為求完整，倂入申請人的熱噴墨列印頭之列表機係說明於，例如，US 7,201,468；US 7,360,861；US 7,380,910；及US 7,357,496，在此以引用方式將其全文倂入本文。
第4圖顯示如申請人的美國申請案第12/062,514號所述之熱噴墨印表機的列印引擎103，在此以引用方式將其全文倂入本文。該列印引擎103包括移動式列印匣102，該移動式列印匣102包含頁寬列印頭，及一組使用者可替換的墨水匣128。各色通道經常具有其本身的墨水槽128及相應的壓力調節室106以供調節供應至該列印頭的墨水之液壓。因而，該列印引擎103具有5個墨水槽128及5個相應的壓力調節室106。此5通道列印引擎103的典型顏色通道構形為CMYKK或CMYK(IR)。各墨水匣128可包含在此所述的溶劑型墨水組成物。因此，該列表機適用於列印在無孔性(例如，乙烯基)基材上。
儘管第4圖中並未顯示不同零件之間的流體連結，但是能分辨的是這些連結係依據，例如，美國申請案第12/062,514號所述的流體力學系統利用適合的吸水管構成。
進一步能分辨的是，儘管根據本發明的墨水組成物係設計以供用於熱噴墨列表頭，但是其也可用於其他類型的噴墨列印頭，像是，例如，US 7,416,280；US 6,902,255；US 2008/0129793；及US 2008/0225082中所述之申請人的彎曲作動的噴墨列印頭，在此以引用方式將其全文倂入本文。
實驗
形成氣泡的溶劑之評估
利用"開放池起泡器"測試設備，及在評估廣大範圍的溶劑之後，據顯示表A中所述的溶劑在熱噴墨裝置("開放池起泡器"測試設備基本上包含一或多個如第2圖所示的噴墨噴嘴而沒有該室頂結構21)中產生氣泡。
表A中也提供各溶劑的一些物理特性。
儘管所有表A所列舉的溶劑均在該測試裝置中產生氣泡，但是看到添加乙醇至各溶劑顯著改善了氣泡形成。
提供優良氣泡形成的較佳溶劑組合為以1：1比例的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)及乙醇。
溶劑對乙烯基化合物的黏著力
為表A所列舉的各溶劑測試對於乙烯基表面的黏著力。將4大滴的溶劑放在未經塗佈的乙烯基合物上並在周遭條件之下靜置60秒。以拭紙輕輕擦去該等溶劑並記下該乙烯基表面上的任何記號。
除了水及乙醇之外，所有表A所列舉的溶劑均在乙烯基化合物上留下膜痕跡。依膜痕跡留在該乙烯基表面上的強度將溶劑列於下文中。
MEK>NMP>環己酮>>醋酸己酯=卡必醇醋酸酯=丁基二甘醇醋酸酯=醋酸甲氧基丙酯>二丙二醇甲基醚
單溶劑型墨水組成物的膜性質
在另一個黏著測試中，將墨水組成物調配成由單一溶劑(由表A)及染料構成。各墨水組成物由97重量%溶劑及3重量% Bricosol red K10B(Solvent Red 8)構成。
該等墨水以6微米溼膜的形式施塗於該乙烯基表面。記下水擦拭、黏著力及外觀。大體上，除了卡必醇醋酸酯及醋酸己酯組成物(其顯出稍微有點不規則以外)，所有墨水組成物在測試之前在該乙烯基表面上均具有良好的膜外觀。
利用沾水的棉花球進行水擦拭。記下損及該膜所需的擦拭次數或，若沒見到損傷，於100次擦拭時停下來。所有墨水組成物均顯示優良的耐水擦拭性測試，在>100次水擦拭之後沒有顯著變化。(通常，將>50次擦拭的次數視為優良的)。
黏著測試係藉由使用刮鬍刀以便以柵格的方式(交叉)留下跨過6個水平線的6個垂直線。膠帶接著放在該柵格上面並迅速移除。記下對該膜的損傷(若有的話)並給予黏著力等級：0(不良)至5(優良)。所有墨水組成物均具有5的黏著力等級。
也記下各膜於室溫時的乾燥時間並在表B中顯示出結果。
藉由比較的方式，測得標準溶劑型壓電式靛藍墨水在相同測試條件之下具有>120s的乾燥時間。
在所有製備的墨水組成物中，耐水性及對乙烯基化合物的黏著力係優良的，且至少表現得像壓電式溶劑型標準物一樣好。
根據氣泡形成及膜性質，認為包含1：1比例的NMP及乙醇之墨水組成物為熱噴墨的優良組成物。然而，所有包含黏著促進溶劑及乙醇的墨水組成物係被認為適用於利用熱噴墨裝置噴出及，真正地，顯示自此裝置的良好噴出特性。
膜外觀改進劑的添加
利用NMP及乙醇的較佳溶劑系統製備數種墨水組成物，且其另外包括非離子型表面活性劑(FSO)。這些墨水組成物係於表C中說明。
將各墨水組成物放在適合的墨水槽中並利用上述類型的熱噴墨列印頭(其具有懸吊束加熱器元件)列印在乙烯基化合物上。所有列印記號均具有優良的膜外觀、耐水性及對該乙烯基表面的黏著力。
與沒有表面活性劑的墨水組成物相比，表面活性劑的添加改善乙烯基化合物上的墨水之膜外觀。
據顯示在改善乙烯基化合物上的列印記號之膜外觀方面具有有益的效應之其他表面活性劑為Tego450、410、400、Tego270及482。
同樣地，乙烯基聚合物加入該墨水組成物顯示出該列印記號的膜外觀有一些改善作用。例如，添加UCARTM VYHH(氯乙烯及醋酸乙烯酯的高分子量共聚物)至該等墨水組成物將改善列印記號在乙烯基基材上的外觀。然而，以聚合物添加物來看不一定在乙烯基列印介質上有可接受的膜外觀。
表面經改質之顏料配方
利用表面經改質之顏料分散物製備一組CMYK的墨水。使含水的顏料分散物於120℃的烘箱中乾燥至不變的質量過夜。利用Silverson混合器於高速下將乾燥的顏料粉末攪拌至NMP及32500分散劑之溶液中。(任何適合的混合器，如音波探針或珠粒研磨機，均可交替使用。)表D中顯示所得的顏料分散物。儘管在這些實施例中使用標準分散劑以助於初始分散，依據本發明的墨水組成物可被調配而沒有此等分散劑。
接著將顏料分散物放入溶劑中。在黃色的案例中，使用甲氧基丙醇；其他者，使用NMP/EtOH(表E)。
各墨水係透過0.8微米耐龍過濾體予以過濾並利用第1至3圖所示的熱噴墨噴嘴列印在乙烯基基材上。
各墨水自該等噴嘴噴出並完好黏著於乙烯基化合物而沒有任何乾燥步驟。也看到良好的耐水性。再者，該等墨水可在該裝置中保持不蓋過夜，接著單一次洗淨及擦拭，記下良好的噴嘴回收率。
結論是包含表面經改質之顏料的溶劑型墨水組成物為利用形成熱氣泡的噴墨列印頭列印在無孔性基材上的優良候選物。
當然，咸明白本發明僅藉由實施例的方式予以說明且細節的修飾可在隨附申請專利範圍所界定的本發明範圍以內進行。
2．．．矽晶圓基材
8．．．凹坑
15．．．墨水注入通道
21．．．室頂
22．．．側壁
23．．．墨水導管
24．．．噴嘴室
25．．．噴嘴邊緣
26．．．噴嘴開口
27．．．墨水供應通道
29．．．加熱器元件
56．．．噴嘴板
102．．．移動式列印匣
103．．．列印引擎
106．．．壓力調節室
128．．．使用者可替換的墨水匣
本發明的選擇性具體實施例現在將藉由實施例的方式僅參照隨附的圖形作說明，其中：
第1圖為熱噴墨列印頭的一部分之透視圖；
第2圖為第1圖所示的噴嘴組合之一者的側視圖；
第3圖為第2圖所示的噴嘴組合的透視圖；及
第4圖為熱噴墨列印引擎的透視圖。
2．．．矽晶圓基材
15．．．墨水注入通道
22．．．側壁
23．．．墨水導管
24．．．噴嘴室
25．．．噴嘴邊緣
26．．．噴嘴開口
27．．．墨水供應通道
29．．．加熱器元件
56．．．噴嘴板

Claims (19)

  1. 一種用於熱噴墨列印頭的溶劑型墨水組成物，其包含：(a)10至80重量%之式(A)的化合物； 其中：R1 為C1-6 烷基；及R2 、R3 及R4 各者係獨立地選自H、C1-6 烷基、鹵素、OH及C1-6 烷氧基；(b)10至80重量%的C1-6 醇；及(c)0.01至25重量%的表面經改質之顏料。
  2. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中：R1 為C1-6 烷基；及R2 、R3 及R4 各者為H。
  3. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該式(A)的化合物為N-甲基-2-吡咯烷酮或N-乙基-2-吡咯烷酮。
  4. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該C1-6 醇為乙醇。
  5. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該顏料具有以陰離子或陽離子基團改質之表面。
  6. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該表面 係以羧酸基或磺酸基改質。
  7. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其包含0至10重量%的表面活性劑或分散劑。
  8. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該表面活性劑或分散劑為非離子型。
  9. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該組成物不包含丙烯酸酯聚合物或共聚物。
  10. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其中該組成物不包含任何聚合物。
  11. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其基本上由該式(A)的化合物、該C1-6 醇及該表面經改質之顏料組成。
  12. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其僅由該式(A)的化合物、該C1-6 醇及該表面經改質的顏料組成。
  13. 如申請專利範圍第1項之墨水組成物，其僅由該式(A)的化合物、該C1-6 醇、該表面經改質的顏料及0.01至10重量%的表面活性劑組成。
  14. 一種用於熱噴墨列印頭之墨水匣，該墨水匣含有如申請專利範圍第1項之溶劑型墨水組成物。
  15. 一種列印頭匣，其包含與該列印頭匣整合的熱噴墨列印頭及含有如申請專利範圍第1項之墨水組成物的墨水槽。
  16. 一種基材，其具有配置在該基材上的如申請專利 範圍第1項之墨水組成物。
  17. 如申請專利範圍第16項之基材，其為半多孔性或無孔性基材。
  18. 如申請專利範圍第16項之基材，其為乙烯基基材。
  19. 一種從熱噴墨列印頭噴出墨水之方法，該方法包含下列步驟：(i)將墨水供應至該列印頭的至少一個噴嘴室；及(ii)使該噴嘴室中的加熱器元件作動以便把一部分墨水加熱至足以在該噴嘴室內形成氣泡的溫度，藉以造成墨滴從與該噴嘴室有關的噴嘴開口被噴出，其中該墨水為如申請專利範圍第1項之溶劑型墨水組成物。
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