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CN101018832A - 具有改善的打印质量和可靠性的着色喷墨墨水 - Google Patents

具有改善的打印质量和可靠性的着色喷墨墨水 Download PDF

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CN101018832A CNA2005800309264A CN200580030926A CN101018832A CN 101018832 A CN101018832 A CN 101018832A CN A2005800309264 A CNA2005800309264 A CN A2005800309264A CN 200580030926 A CN200580030926 A CN 200580030926A CN 101018832 A CN101018832 A CN 101018832A
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Abstract

一种墨水(160)，其包括一种可喷载体、分散在该可喷载体中的多种颜料固体和分散在该可喷载体中的苯乙烯－马来酰亚胺共聚物。此外，一种快速打印喷墨图像的方法，该方法包括将喷墨墨水(160)以12kHz～25kHz的喷射频率喷墨到介质基底上，其中喷墨墨水(160)包括一种可喷载体、分散在该可喷载体中的多种颜料固体和分散在该可喷载体中的苯乙烯－马来酰亚胺共聚物。

Description

具有改善的打印质量和可靠性的着色喷墨墨水
技术领域
本发明的系统和方法总体上说涉及喷墨墨水组合物。更具体地说，本发明的系统和方法涉及颜料基的喷墨墨水，该喷墨墨水显示出改善的打印质量和可靠性，即使在长期贮存之后。
背景技术
由于包括低的打印机噪音、高速记录的能力以及多色记录在内的许多原因，喷墨打印己经成为一种在各种介质表面尤其是纸上记录图像的流行方式。另外，喷墨打印的这些优点可以以对于消费者相对低的价格获得。尽管在喷墨打印方法已经有了很大的改善，但是改善后面继之以消费者对于更高的速度、更高的分辨率、全色图像形成、增加的稳定性等的日益增长的要求。
开发新的喷墨墨水和打印引擎时，当结合打印表面或基底来评价该墨水时要考虑数种传统的特性。这样的特性包括图像在表面上的边缘锐度和光学密度、光泽、黑色至彩色洇渗控制、墨水在表面上的干燥时间、对基底的粘附、墨水微滴定位偏差的缺乏、墨水在干燥之后对水和其它溶剂的耐性、长期贮存稳定性、和无笔(pen)材料降解或喷嘴堵塞的长期可靠性。随着喷射更小的滴体积的打印引擎的出现，无笔材料降解或喷嘴堵塞的长期可靠性变得更加重要。虽然以上所列的特性提供了为改善喷墨打印而待优化的因素的说明，但是存在与满足所有以上特性相关的挑战。常常，为满足以上特性之一而包含一种墨水组分会妨碍满足另一种特性。因此，用于喷墨打印机的传统商业墨水代表在满足上面所列的所有特性中试图至少获得一种足够响应的折衷产物。
一种希望获得的、喷墨打印系统的特性与喷墨墨水的频率响应有关，喷墨墨水的频率响应往往与墨水吞吐量成比例。较小的墨滴大小已经提高了对较高频率打印的需求。就这一方面而言，获得提高的打印速度而同时保持可接受的打印质量是喷墨打印工业中的恒久挑战。
关于其它方面，黑色墨水打印质量的改进，尤其就光学密度和洇渗控制而言，已是喷墨技术提升中的考虑项目。另外，在打印可靠的系统中获得可接受的光学密度和洇渗控制也是需要考虑项目。例如，在一方面，家用打印市场中的很多喷墨打印客户常常会偶尔使用打印机，或在使用之后长时间中断不用。因此，一些客户在长时间停机时间之后需要可靠的打印，像由于度假或由于学生暑期休息而可能发生的情况。因而，用于这样的市场的墨水会受益于在瓶中、在打印盒中和当装在打印机中时具有长期贮存稳定性的配方。
因此，继续研究开发可以高频率精确打印、并具有良好打印质量和贮存稳定性的墨水配方。
发明内容
在本系统和方法的一个方面，在基底上打印图像的系统包括可喷墨水和装有该可喷墨水的打印头，其中该可喷墨水包括可喷载体，所述载体包括水；分散在该可喷载体中的多种非酸官能化的颜料固体，以及分散在该可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。
在另一个实施方案中，快速打印喷墨图像的方法包括以12kHz～25kHz的喷射频率(firing frequency)使喷墨墨水发生喷墨，该喷墨墨水包括可喷载体、分散在该可喷载体中的多种非酸官能化的颜料固体和分散在该可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。
在另一个实施方案中，喷墨墨水组合物包括可喷载体、分散在该可喷载体中的多种颜料固体和分散在该可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。
附图说明
附图说明了本发明的各种实施方案并且是本说明书的一部分。所说明的实施方案仅仅是本发明的例子并不限制本发明的范围。
图1是根据一个示例性实施方案、说明喷墨材料分散系统的简单框图。
贯穿于该图，相同的附图标记标明相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
在公开、描述本系统和方法的特定实施方案之前，应当理解本系统和方法并不限于在此公开的特定方法和材料，而是可以在某种程度上变化。也应当理解在此使用的术语只是用于描述特定实施方案，而并非旨在限定本系统和方法的范围，本系统和方法的范围将仅由所附的权利要求及其等同物来定义。
在本说明书中，以及在所附的权利要求中，将使用下列术语：
单数形式“一种”、“一个”和“所述”包括复数对象，除非上下文另外清楚地指示。因此，例如，“一种颜料”的涵义包括一种或多种这样的材料的涵义。
当涉及数值或范围时，术语“约”旨在包括近似值或范围，即不是精确的化学计量而是化学计量的范围，例如本发明系统中的共聚物的比例。
在本文中，“液体载体”被定义成包括可用于将包括颜料在内的色料输送到基底上的液体组合物。液体载体在本技术领域中是公知的，并且可以按照本发明的实施方案使用多种多样的液体载体组分。这样的液体载体可以包括各种不同试剂的混合物，所述试剂包括但不限于表面活性剂、助溶剂、缓冲剂、杀生物剂、粘度改进剂、螯合剂、稳定剂和水。尽管本身不是液体，但是液体载体也可以承载其它固体，如聚合物、UV可固化材料、增塑剂、盐等。
在本文中，“颜料”是指通常基本上不溶于其所用于的液体载体的色料颗粒。
“非酸官能化的颜料”或其衍生物是指已用非酸性分散剂官能化的颜料，例如通过将非酸性分散剂化学附着在颜料的表面上。可将分散剂附着到这样的颜料上以用正电荷或者正电荷和负电荷端接(terminate)该颜料的外壳，从而形成一种减少液体载体内的颜料颗粒的团聚的排斥性质。可以附着到这样的颜料的表面上的示例性非酸性材料包括但决不限于带有阳离子或混合离子官能团的芳族胺材料及其异构体和它们的组合。在非酸官能附着之后，可出现的颜料包括但决不限于负的反离子，如氯离子、溴离子、碘离子、氟离子、硝酸根离子、硫酸根离子、醋酸根离子、柠檬酸根离子、苯甲酸根离子等；和正的反离子，如铵离子、钠离子、钾离子和锂离子等。
“频率响应”是指组合使用的喷墨墨水和喷墨体系结构相对于喷墨墨水喷射速度如每单位时间喷射的点数的性能。通常，比对于特定的喷墨墨水和喷墨体系结构而期望使用的喷嘴喷射频率高的喷嘴喷射频率可导致较差的打印质量，例如通过产生方向错误的墨滴和其它不希望的特性。根据当前的标准，大约12kHz以上的喷射频率被认为是快速打印频率。
在本文中，浓度、量和其它数值数据或许以范围格式给出。应当理解使用这样的范围格式只是出于方便和简短，并且应当灵活地解释以不仅包括明确地被陈述为范围极限的数值而且包括包含在该范围的所有单个数据或子范围，就如同每个数值和子范围被明确地陈述一样。例如，约1重量％～约20重量％的重量范围应被解释成不仅包括明确陈述的浓度极限1重量％和约20重量％，而且也包括单个浓度如2重量％、3重量％、4重量％和子范围如5重量％～15重量％、10重量％～20重量％等。
在本文中，“洇渗(bleed)”指墨水流入邻近打印的墨水并与之混合的趋势。“羽化(Feathering)”指墨水不合需要地扩散到介质基底的未打印区域中的趋势。洇渗和羽化通常发生在打印的墨水在基底上完全干燥之前。洇渗的程度一般将会取决于各种因素，如墨水的干燥速度、色料的团聚和墨水化学性质，等等。
“边缘锐度”是指打印的图像沿图像的边缘的清晰度(crispness)。
在下面的描述中，出于解释的目的，陈述了许多具体细节，以便完全地理解用于制备和使用颜料基喷墨墨水的本发明的系统和方法，所述喷墨墨水显示出改善的打印质量和可靠性，即使在长期贮存之后。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下可以实施本方法。在说明书中“一个实施方案”或“一种实施方案”的意思是，关于该实施方案所描述的一种具体特征、结构或特点被包括在至少一个实施方案中。短语“在一个实施方案中”在说明书中的各处的出现并不一定都指同一个实施方案。
示例性结构
图1说明根据一个示例性实施方案的示例性系统(100)，其可以用于将颜料基喷墨墨水(160)施加到墨水接受介质(170)上。如图1中所示，该系统包括通过伺服机构(120)可控地连接在可移动盒(140)上的计算装置(110)，可移动盒(140)具有配置在其上的喷墨分布器(150)。材料储蓄器(130)也连接在可移动盒(140)上，并因此连接在喷墨打印头(150)上。多个辊(180)位于所配置的喷墨分布器(150)附近，以选择性地定位墨水接受介质(170)。尽管在将颜料基喷墨墨水(160)施加到墨水接受介质(170)上的语境下描述本示例性系统(100)，但是本系统和方法可以用于用本发明的颜料基喷墨墨水标识任何物品。下面将更详细地描述本示例性系统(100)的上述组件。
如图1中所示，可控地连接到伺服机构(120)上的计算装置(110)控制颜料基喷墨墨水(160)在墨水接受介质(170)上的选择性定位。使用由计算装置(110)所寄存的程序可以形成希望的图像或文本的表达(representation)。然后该表达被转换成为随后存放在处理器可读介质(未示出)中的伺服指令。当被计算装置(110)访问时，存放在处理器可读介质中的指令可用于控制伺服机构(120)以及可移动盒(140)和喷墨分布器(150)。图1中所示的计算装置(110)可以是但决不限于工作站、个人计算机、膝上电脑、个人数字助理(PDA)或其它任何含有处理器的装置。
图1中所示的本打印系统(100)的可移动盒(140)是可移动的材料分配器，其可以包括任何一种所配置的用于分配本颜料基喷墨墨水(160)的喷墨材料分配器(150)。可移动盒(140)可以由计算装置(110)控制并且可以通过例如构成伺服机构(120)的轴系统、带系统、链系统等可控地移动。当可移动盒(140)操作时，计算装置(110)可以通知用户操作条件并为用户提供用户界面。
当在墨水接受介质(170)上打印图像或文本时，计算装置(110)可以可控地定位可移动盒(140)并指示一个或多个喷墨分布器(150)在墨水接受介质上(170)的预定的位置上以数字寻址的墨滴来选择性地分配颜料基喷墨墨水，从而形成希望的图像或文本。本打印系统(100)所用的喷墨材料分配器(150)可以是配置用以实施本方法的任何类型的喷墨分配器，但决不限于热驱动的喷墨分配器、机械驱动的喷墨分配器、静电驱动的喷墨分配器、磁驱动的分配器、压电驱动的分配器、连续喷墨分配器等。
与喷墨材料分配器(150)液体地连接的材料储蓄器(130)存放着打印之前的本颜料基喷墨墨水(160)。该材料储蓄器可以是任何一种所配置的用来密闭地封闭打印之前的颜料基喷墨墨水(160)的容器并且可以由包括但决不限于金属、塑料、复合材料、陶瓷在内的任何一种材料构成。如图1所示，材料储蓄器(130)可以与喷墨材料分配器(150)分开，但是与其液体地相连。或者，材料储蓄器(130)可以直接与喷墨材料分配器(150)连通并形成其一部分。
图1也示出了本系统的组件，其有助于颜料基喷墨墨水(160)在墨水接受介质(170)上的接受。如图1中所示，在打印操作过程中多个定位辊(180)可以输送和/或在位置上确保墨水接受介质(170)。或者，像本领域中所公知的那样，在打印操作期间带、辊、衬底或其它输送装置中的任何一种都可以用于输送和/或在位置上确保墨水接受介质(170)。
贮存在材料储蓄器(130)中并由喷墨材料分配器(150)分配的有色喷墨墨水的频率响应可以与打印系统(100)生产能力成比例。在喷墨打印系统中，可以希望提供可显示出高的频率上限同时将功能频率带宽维持在较低范围内的墨水和体系结构系统。本系统和方法组合使用一些组分以增大对于给定喷墨体系结构和喷墨墨水组合的频率响应的范围，并提供长期稳定的喷墨墨水。此外，本系统和方法还可提供具有高打印质量如高光学密度、降低的洇渗、降低的误向喷射等的喷墨墨水。另外，也可以使用在此公开的组合来扩展操作频率带宽。例如，通过增大可用于喷射特定喷墨墨水的频率上限，可以增大墨水的频率响应的有效范围。因而，在一个示例性实施方案中，可以配置打印头以12kHz～25kHz的喷射频率来喷射喷墨墨水，或者在某些实施方案中甚至以15kHz～25kHz或18kHz～25kHz的喷射频率来喷射喷墨墨水。虽然提供了高的频率范围，但是这些墨水也可以以3kHz～12kHz的频率来喷射，这在很多目前市场上可获得的墨水当中是普遍的。因此，这些喷墨墨水的频率响应范围可以相当宽，例如，3kHz～25kHz。这些喷射频率可以以任何功能滴体积，尽管约1pL～20pL的滴体积在提供印刷速度与图像质量间的平衡方面可能是理想的。下面将详细地描述颜料基喷墨墨水(160)的形成和组合物。
示例性组合物
根据本系统和方法，用于在基底上打印图像的系统可以包括喷墨墨水(160)和装有该喷墨墨水的打印头或其它材料分配器(150)。喷墨墨水可包括液体载体、0.1重量％～6重量％的非酸官能化的颜料固体和0.001重量％～6重量％的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。在更详细的方面，液体载体可包括水和5重量％～35重量％的总有机溶剂含量，且苯乙烯-马来酰亚胺共聚物具有约400Mw～15000Mw的重均分子量。
在另一个示例性实施方案中，快速打印喷墨图像的方法包括将喷墨墨水(160)以12kHz～25kHz的喷射频率喷墨到墨水接受介质(170)上。喷墨墨水(160)可以包括液体载体、0.1重量％～6重量％的非酸官能化的颜料固体和0.001重量％～6重量％的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。在这个实施方案中，液体载体可以包括水和5重量％～35重量％的总有机溶剂含量，并且苯乙烯-马来酰亚胺共聚物可以具有约400Mw～15000Mw的重均分子量。
在另外一个示例性实施方案中，喷墨墨水(160)组合物可以包括液体载体、0.1重量％～6重量％的非酸官能化的颜料固体和0.001重量％～6重量％的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。在更详细的方面，液体载体可以包括水和5重量％～35重量％的总有机溶剂含量，并且苯乙烯-马来酰亚胺共聚物可以具有约400Mw～15,000Mw的重均分子量。
通常使用水性配方或液体载体来制备本系统和方法的喷墨墨水组合物，所述水性配方或液体载体可以包括水、助溶剂、表面活性剂、缓冲剂、杀生物剂、螯合剂、粘度改进剂、湿润剂、粘合剂和/或其它已知添加剂。也可以存在固体，如颜料固体和其它聚合物固体。在本系统和方法的一个示例性方面，液体载体可以包括约70重量％～约99重量％的喷墨墨水组合物。
如上所述，根据本发明的示例性系统和方法的实施方案，在这些喷墨墨水(160)中可以存在的成分包括非酸官能化的颜料固体、苯乙烯-马来酰亚胺共聚物、有机助溶剂(一种或多种)和水。任选地，也可以存在其它组分，包括但决不限于将在下面进一步讨论的盐、表面活性剂、杀生物剂、缓冲剂、粘度改进剂、螯合剂、稳定剂、聚合物、UV可固化材料、增塑剂等。
非酸官能化的颜料
非酸官能化的颜料可以是在喷墨技术领域中使用的任何一种色料。尽管可以使用任何一种色料，但是以示例性方式描述炭黑颜料以有利地阐明本系统和方法的一些原则。具体地，在这个示例性实施方案中，炭颜料可以用非酸性分散剂来官能化。通常以前体的形式来制备非酸性分散剂，然后将前体附着到颜料上以化学改性颜料的表面。例如，在一个示例性实施方案中，可以使用各种非酸性前体材料如带有阳离子或混合离子官能团的芳族胺材料及其异构体将分散剂附着到炭黑上。如本领域技术人员已知的那样，也可将其它非酸性前体附着到炭黑上。
所述炭颜料可以几乎是任何一种商业上可得到的、提供可接受的光学密度和打印特性的炭颜料。适合用于本系统和方法的炭颜料包括但决不限于炭黑、石墨、玻璃碳、木炭及它们的组合。在本系统和方法的一个方面，所述炭颜料是炭黑颜料。这样的炭黑颜料可以通过各种已知的方法如通道法(channel method)、接触法、炉法(furnacemethod)、乙炔法或热法来生产，并且可以从诸如Cabot Corporation、Columbian Chemicals Company、Degussa AG和E.I.DuPont deNemours and Company这样的厂商那里购得。适合的炭黑颜料包括但决不限于Cabot颜料，如MONARCH 1400、MONARCH 1300、MONARCH 1100、MONARCH 1000、MONARCH 900、MONARCH880、MONARCH 800、MONARCH 700；Columbian颜料，如RAVEN7000、RAVEN 5750、RAVEN 5250、RAVEN 5000和RAVEN 3500；Degussa颜料，如Color Black FW 200、RAVEN FW 2、RAVEN FW 2V、RAVEN FW 1、RAVEN FW 18、RAVEN S160、RAVEN FW S170、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4、PRINTEX U、PRINTEX 140U、PRINTEX V和PRINTEX 140V；以及可从Dupont得到的TIPURE R-101。
通常，本系统和方法的炭黑颜料的粒度可以为约5nm～约10μm，并且在一方面中可以为10～约500nm，尽管如果颜料可保持分散并且提供足够的颜色性能话可以使用在此范围之外的粒度。在本系统和方法的一个详细的方面中，所述官能化的炭颜料包括约0.1重量％～约6重量％的喷墨墨水组合物。
虽然在上面相当详细地描述了黑色颜料，但是本系统和方法以可以使用其它颜料色。
苯乙烯-马来酰亚胺共聚物
除了可以在本系统和方法的喷墨墨水中存在的颜料固体外，还可以存在苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。一般可按照如下的式1来表示苯乙烯-马来酰亚胺共聚物：
Figure A20058003092600121
式1
其中x可以为1至4，y可以为0至1的分数，且n可以为2至27。此外，R可以为任何一种官能团，其包括但决不限于烃和/或芳族胺、酰胺、酸、酯、醚等，以及它们的盐。关于x，式1中所示的结构并非旨在表示存在任何特定的位置次序，而仅仅表示当x为1时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约1∶1；当x为2时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约2∶1；当x为3时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约3∶1；当x为4时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约4∶1。通常，苯乙烯单元和马来酰亚胺单元的位置可以是稍微随机的。
如式1所示，苯乙烯-马来酰亚胺树脂是一族低分子量的苯乙烯与马来酰亚胺的共聚物。各种树脂可以具有各种各样的化学结构并可以表现出各种各样的性能，包括但决不限于低酸当量值、进而影响它们的阳离子衍生物的溶液性质的一系列胺官能性(或“胺指数”)、可接受的热稳定性和高玻璃化转变温度(Tg)。苯乙烯马来酰亚胺树脂的其它性质包括：在酸水溶液中的固体浓度高时，粘性低。
如果R＝伯、仲或叔胺，可以用酸使苯乙烯马来酰亚胺树脂质子化以形成酸盐。例如，下面的式2表示用硝酸转化而形成三烷基铵硝酸盐的苯乙烯二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺共聚物。(可用乙酸等形成三烷基铵羧酸盐。)另一个例子在下面的式3中说明，式3表示苯乙烯二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺共聚物衍生物，它们是通过烷基卤(如甲基氯或苄基氯)的加成而形成的四烷基铵卤化物盐的季盐。
根据一个示例性实施方案，苯乙烯-二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺的硝酸盐(其中R＝二甲基氨基丙基胺，一种叔胺)可以用于本系统和方法，如下面的式2所示：
Figure A20058003092600131
式2
如式2所示，树脂中的苯乙烯与二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺的摩尔比是约1∶1，并且有n个重复单元(无特定次序)。各种其它阴离子可以替代硝酸根离子以提供另外的理想的喷墨性能。可以替代的另外的阴离子包括但决不限于溴离子、碘离子、氟离子、硝酸根、醋酸根、苯甲酸根、柠檬酸根、硫酸根等。
根据另一个示例性实施方案，本系统和方法可以利用的苯乙烯-二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺共聚物的季盐示于下面的式3中。
Figure A20058003092600132
式3
如式3所示，树脂中的苯乙烯与二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺的摩尔比是约1∶1，并且有n个重复单元(无特定次序)。此外，式3表示呈酰亚胺形式的季盐衍生物形式的共聚物的组成。各种其它阴离子可以替代氯离子以提供另外的理想的喷墨性能。可以替代的另外的阴离子包括但决不限于溴离子、碘离子、氟离子等。
根据本系统和方法的实施方案，合乎式1、2和3的成分的使用可以提供理想的喷墨墨水性能。根据一个示例性实施方案，苯乙烯-马来酰亚胺或其衍生物和/或盐可以以0.001重量％～6重量％的量存在于喷墨墨水中，但是此范围并不是限定性的。此外，根据苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比，并根据在式1中描述的重复单元的数，可以使用的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物的重均分子量可以为400Mw～15,000Mw。
苯乙烯-马来酰亚胺共聚物的另一种有用形式是苯乙烯-马来酰亚胺共聚物的苯乙烯-马来酰胺酸形式。一般可按照如下的式4来表示此形式：
式4
其中x可以为1至4，y可以为0至1的分数，且n可以为2至27。此外，R可以为任何一种官能团，其包括但决不限于烃和/或芳族胺、酰胺、酸、酯、醚等，以及它们的盐。关于x，式4中所示的结构并非旨在表示存在任何特定的位置次序，而仅仅表示当x为1时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约1∶1；当x为2时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约2∶1；当x为3时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约3∶1；当x为4时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约4∶1。通常，苯乙烯单元和马来酰亚胺单元的位置可以是稍微随机的。
在式4所示的聚合物中的n个单元中的每个单元之中的亚单元可以不同。例如，当x为1时，每个单元含有一个苯乙烯亚单元和0～1个马来酰胺酸亚单元，这样对于聚合物中的全部n个单元，该平均摩尔比为1∶y，其中y可以包括从0至1的分数。关于x，式4中所示的结构并非旨在表示存在任何特定的位置次序，而仅仅表示当x为1时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约1∶y；当x为2时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约2∶y；当x为3时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约3∶y；当x为4时，树脂中的苯乙烯与马来酰亚胺的摩尔比为约4∶y其中y可以包括从0至1的分数。通常，苯乙烯单元和马来酰亚胺单元的位置可以是稍微随机的。
如式4所示，马来酰胺酸形式的苯乙烯酰亚胺聚合物包括一族苯乙烯与马来酰胺酸的低分子量共聚物。各种树脂可具有多种化学结构并且可显示出多种性能，所述性能包括但决不限于低到中的酸当量、聚合物表面活性剂性能、与多种多样的配方成分的优良相容性和增加的溶剂溶解度。
其盐形式，例如参见下面的式5，苯乙烯马来酰胺酸形式的聚合物的盐可以是但不限于：例如，铵盐、锂盐、钾盐等。在这样的实施方案中，马来酰胺酸单元可以均包括一种阳离子反离子(如式5中所例证)，并且在该马来酰胺酸单元上的R基团也可以包括反离子(例如，在上面R＝二甲基氨基丙基胺马来酰亚胺的情况下，如式2中所示；如式2中所示对于每个R基团可以存在一种阴离子反离子)。
Figure A20058003092600151
式5
尽管明确地描述了以上例子类型的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物，但是也可以使用适用于本系统和方法的实施方案的其它类型的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。另外，在这里和所附的权利要求中，当提及苯乙烯-马来酰亚胺共聚物时，都应理解：共聚物的酰亚胺形式、共聚物的酸形式和它们的盐形式以及聚合物的季盐形式及其任何衍生物也被包括在此定义之内。苯乙烯-马来酰亚胺共聚物是呈酸形式、酰亚胺形式还是呈季盐形式等可能，例如，取决于反应性有机物质(例如，有机卤化物)、酸、碱和盐的存在以及包含该共聚物的系统的pH。在喷墨墨水组合物中包含苯乙烯-马来酰亚胺的一些目的是，提供良好的黑色至彩色洇渗控制，提供改善的光学密度(OD)，并有助于稳定分散体中的颜料，从而改善喷墨打印头的可靠性。
液体载体组分
如前所述，可以使用液体载体来承载所述颜料固体和苯乙烯-马来酰亚胺以及可能存在于本示例性系统和方法的喷墨墨水组合物中的其它固体。更具体地，所述液体载体可以包括水和5重量％～35重量％的总有机溶剂含量，以及其它任选的液体组分。
至于总有机助溶剂含量，用于本系统和方法的助溶剂包括但决不限于脂族醇、芳族醇、二醇、二醇醚、聚(二醇)醚、内酰胺、甲酰胺、乙酰胺、长链醇、乙二醇、丙二醇、二甘醇类，三甘醇类，丙三醇、二丙二醇类，二醇丁基醚、聚乙二醇类、聚丙二醇类、酰胺、醚、羧酸、酯、有机硫化物、有机亚砜、砜、醇衍生物、卡必醇、丁基卡必醇、溶纤剂、醚衍生物、氨基醇、和/或酮。例如，助溶剂可以包括但决不限于30个或30个以下碳的伯脂族醇、30个或30个以下碳的伯芳族醇、30个或30个以下碳的仲脂族醇、30个或30个以下碳的仲芳族醇、30个或30个以下碳的1，2-二醇、30个或30个以下碳的1，3-二醇、30个或30个以下碳的1，5-二醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚(乙二醇)烷基醚、聚(乙二醇)烷基醚的高级同系物、内酰胺、取代的甲酰胺、未取代的甲酰胺、取代的乙酰胺和未取代的乙酰胺。
可以用于本系统和方法的实践的助溶剂的具体例子包括但决不限于1，5-戊二醇、2-吡咯烷酮、丙二醇正丁基醚、乙氧基化(26)甘油、乙氧基化(7)甘油、2-甲基-2，4-戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-羟基甲基-1，3-丙二醇、二甘醇、3-甲氧基丁醇和1，3-二甲基-2-咪唑烷酮。可以添加助溶剂以降低墨水中的水的蒸发速率从而减少堵塞或墨水的其它性质如粘度、pH、表面张力、光学密度和打印质量。
也可以包括其它添加剂，如铵盐和其它盐，例如在一个实施方案中为0.1重量％～4重量％。这样的盐的例子包括醋酸铵、硫酸铵、苯甲酸铵、醋酸钾、醋酸钠、二甲苯磺酸钠、酒石酸钾、酒石酸钠、酒石酸锂。如果使用的话，铵盐的存在可改善边缘锐度并减少打印图像的洇渗。铵盐可优选用于在一些现有打印介质上获得可接受的耐水度。
在本发明的组合物中也可以任选地使用各种缓冲剂。典型的缓冲剂包括像碱金属的氢氧化物和胺这样的pH控制溶液，如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾；柠檬酸、硝酸、盐酸、乙酸、硫酸；胺，如三乙醇胺、二乙醇胺和二甲基乙醇胺；及其它碱性或酸性组分。如果使用的话，缓冲剂通常为喷墨墨水组合物的约10重量％以下。
在本系统和方法的另一个示例性方面，可以使用各种杀生物剂以抑制不希望有的微生物的生长。适合的杀生物剂的几个例子包括但决不限于苯甲酸盐、山梨酸盐、诸如NUOSEPT(Nudex，Inc.，Huls America分部)、UCARCIDE(Union Carbide)、VANCIDE (RT Vanderbilt Co.)和PROXEL(ICI Americas)这样的商品和其它已知的杀生物剂。通常，这样的杀生物剂为喷墨墨水组合物的约5重量％以下并且常常约为喷墨墨水组合物的0.05重量％～约2重量％。
在本系统和方法的另一方面，可以包括用于将色料牢牢地固定在基底上的粘合剂。除了前面描述的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物外，可以添加这些粘合剂。适用于本系统和方法的粘合剂通常具有约100～约50,000g/mol的分子量。非限制性例子包括：聚酯、聚酯-黑素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇类及其醚、聚亚砜、聚酰胺、聚乙烯醚类、聚环氧乙烷、苯乙烯-丙烯酰亚胺共聚物及其盐、二甲基氨基二乙基丙烯酸酯类、二烷基氨基乙基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯与苯乙烯或乙烯基醚的共聚物、苯乙烯-马来酰亚胺共聚物及其盐、苯乙烯-马来酰胺酸-丙烯酸烷基酯共聚物及其盐、乙烯基萘与丙烯酰亚胺或丙烯酰胺的共聚物及其盐、乙烯基萘-马来酰亚胺共聚物及其盐、乙烯基萘-马来酰胺酸共聚物及其盐。如果粘合剂为微粒分散的形式，就不将其看成是液体载体的一部分，而将其看成是由液体载体所承载的。
在本系统和方法的一个示例性方面中，喷墨墨水组合物基本上不含表面活性剂。但是，可以使用这样的组分并且可以包括标准的水溶性表面活性剂，如烷基聚环氧乙烷、烷基苯基聚环氧乙烷、聚环氧乙烷(PEO)嵌段共聚物、乙炔类PEO、PEO酯、PEO胺、PEO酰胺和二甲基聚硅氧烷共聚醇。如果使用的话，表面活性剂的量可以为喷墨墨水组合物的0.001重量％～10重量％，并且在一个示例性实施方案中，其量可以为0.001重量％～0.1重量％。
实施例
下列实施例阐明目前最著名的系统和方法的实施方案。但是，应理解，下列实施例仅仅是对本系统和方法的原理的例证性和说明性的应用。在不背离本系统和方法的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以作出许多修改和可选择性的组合物、方法和系统。所附权利要求旨在涵盖这样的修改和配置。因此，虽然上面已经具体描述了本系统和方法，但是下列实施例提供关于目前认为是本系统和方法的最实用且优选的实施方案的进一步的细节。
实施例1
使用在表1中所示的范围内的组分制备本系统和方法的黑色喷墨墨水。将所述组分混合以形成pH约为4的黑色墨水。
表1
组分 试验(重量％)
乙氧基化(26)甘油 2～8
2-乙基-2-羟基甲基-1，3-丙二醇 2～8
2-吡咯烷酮 5～10
丙二醇正丁基醚(PNB) 0.5～5
苯乙烯-马来酰亚胺共聚物(式1或式2) 0.05～2
非酸官能化的黑色颜料(一种或多种)固体 2～6
 Proxel GXL 0.01～1
水 余量
可以使用氢氧化铝、硝酸或许多其它酸或碱将pH调至约为4.0，如由于在表1中所列的范围内的组成差异而需要时。根据表1中所示的示例性配方，总有机溶剂含量可以为10重量％～25重量％。另外，一种或多种总固体含量(重量％)为2重量％～6w％的非酸官能化的颜料可以存在于所示的例子中。例如，两种不同的非酸官能化的颜料可以按1∶3～3∶1的重量比来混配。
在相同的记录笔/打印机/介质系统中测试表1中所列的配方变化的频率响应和错误指向的喷射。所用的笔为HP C6656A，所用的纸为Hewlett-Packard Plain Paper，所用的打印机为HP Photosmart 7000系列。在制备了各种用于测试的墨水后，进行一页打印诊断，以鉴别打印属性。选择所使用的诊断，以突出喷嘴在整个喷射频率范围的性能(通过量)并确定印刷质量。具体地，在3.0kHz～19.8kHz的范围喷射所制备的每一种墨水。设计频率响应诊断，以按直线打印一系列喷射点。通过观察相邻点行的重叠来看出从希望的直线性的偏离。这种重叠导致通常称为条带或条纹的深和淡的线。按照表1范围制备的墨水的性能通常是可接受的。此外，使用按照表1制备的墨水可获得可接受的洇渗和改善的边缘锐度以及其它打印质量特性。
总之，用于制备和喷射具有改善的打印质量和可靠性的颜料基喷墨墨水的系统和方法包括混合一种液体载体、非酸官能化的颜料固体和一种苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。包括苯乙烯-马来酰亚胺共聚物与非酸官能化的颜料固体改善了用喷墨墨水形成的图像的边缘锐度和光学密度、光泽、黑色至彩色洇渗控制、墨水在基底上的干燥时间、对基底的粘附、墨水微滴定位偏差的不足、全部点的存在、墨水干后对水和其它溶剂的耐性、长期贮存稳定性以及无记录笔材料降解或喷嘴堵塞的长期可靠性。
给出以上说明只是为了阐明和描述本系统和方法的示例性实施方案。并不想穷举或将本系统和方法限定于所公开的任何一种特定形式。按照以上教导，可以作很多修改和变化。意图是由下列权利要求定义所述系统和方法的范围。

Claims (20)

1.一种墨水(160)，包括：
一种可喷载体；
分散在所述可喷载体中的多种颜料固体；和
分散在所述可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物及其任何衍生物或盐。
2.权利要求1的墨水(160)，其中所述可喷载体包括5重量％～35重量％的总有机溶剂含量。
3.权利要求1的墨水(160)，其中所述分散的颜料固体包括非酸官能化的颜料固体。
4.权利要求3的墨水(160)，其中所述非酸官能化的颜料固体包括0.1重量％～6重量％的所述墨水(160)。
5.权利要求3的墨水(160)，其中所述非酸官能化的颜料固体具有约5nm～约10μm的平均粒度。
6.权利要求3的墨水(160)，其中所述非酸官能化的分散颜料固体是通过非酸前体形成的；
所述非酸前体包括带有阳离子或混合离子官能团的芳族胺材料或芳族胺材料的异构体中的一种。
7.权利要求1的墨水(160)，其中所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物包括0.001重量％～6重量％的所述墨水(160)。
8.权利要求7的墨水(160)，其中所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物具有约400Mw～15,000Mw的重均分子量。
9.权利要求7的墨水(160)，其中配置所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物以增强所述墨水(160)的长期贮存稳定性。
10.权利要求9的墨水(160)，其中进一步配置所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物以减少笔材料降解和喷嘴堵塞。
11.权利要求7的墨水(160)，其中所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物包括盐、季盐或苯乙烯-马来酰胺酸中的一种。
12.权利要求1的墨水(160)，还包括一种配置以与所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物形成盐的阴离子。
13.权利要求12的墨水(160)，其中所述阴离子包括硝酸根离子、溴离子、碘离子、氟离子、醋酸根离子或硫酸根离子中的一种。
14.权利要求1的墨水(160)，还包括配置在所述可喷载体中的铵盐。
15.权利要求1的墨水(160)，还包括缓冲剂、杀生物剂、粘合剂或表面活性剂中的至少一种。
16.权利要求1的墨水(160)，其中所述墨水(160)以约12kHz～25kHz的喷射频率是可靠地可喷射的。
17.权利要求1的墨水(160)，其中所述墨水(160)以约1pL～20pL的滴体积是可靠地可喷射的。
18.一种墨水(160)，包括：
一种可喷载体，所述载体包括水和5重量％～35重量％的总有机溶剂含量；
分散在所述可喷载体中的多种非酸官能化的颜料固体，所述非酸官能化的颜料固体包含0.1重量％～6重量％的所述墨水(160)；和
分散在包含0.001重量％～6重量％所述墨水(160)的所述可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物，所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物具有约400Mw～15,000Mw的重均分子量；
其中配置所述苯乙烯-马来酰亚胺共聚物以提高所述墨水(160)的可用保存期。
19.一种打印图像的系统，包括：
一种可喷墨水(160)；和
装有所述可喷墨水(160)的打印头(150)；
其中所述可喷墨水(160)包括一种可喷载体，所述载体包括水；分散在所述可喷载体中的多种非酸官能化的颜料固体；和分散在所述可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。
20.一种快速打印喷墨图像的方法，包括：
使喷墨墨水(160)以12kHz～25kHz的喷射频率发生喷墨；
所述喷墨墨水(160)包括一种可喷载体，分散在所述可喷载体中的多种非酸官能化的颜料固体；和分散在所述可喷载体中的苯乙烯-马来酰亚胺共聚物。
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