DE102014216730A1

DE102014216730A1 - Verfahren und system für durch mikromagnetische partikel unterstütztes add-on-modul auf tintenstrahldrucker zum verhindern eines absetzens von druckfarbe

Info

Publication number: DE102014216730A1
Application number: DE102014216730.2A
Authority: DE
Inventors: Yu Liu; Yiliang Wu
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-02-26
Also published as: US9512328B2; US20150053112A1; JP2015040305A

Abstract

Ein Tintenstrahldrucksystem umfasst ein Druckfarbenreservoir, einen Druckfarbenkanal, eine Tintenstrahldüse und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen, die benachbart zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals angeordnet sind. Das zumindest eine des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals enthält darüber hinaus mikromagnetische Partikel, die darin angeordnet sind. Die magnetischen Partikel können eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 µm aufweisen. Das Druckfarbenreservoir und der Druckfarbenkanal enthalten darüber hinaus eine Druckfarbenzusammensetzung, die Pigmentfarbstoff umfasst. Die Mehrzahl von magnetischen Elementen stellt ein Magnetfeld bereit, das es an die mikromagnetischen Partikel anzulegen gilt, was zu einer chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel in der Druckfarbenmischung führt.

Description

Die hier offenbarten Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein In-situ-Verfahren zum Verhindern eines Absetzens von pigmentierter Druckfarbe in Umgebungen mit langer Laufzeit sowie in Umgebungen zu verhindern, in denen der Tintenstrahldrucker in einem Standby-Modus läuft. Mikromagnetische Partikel werden in ein Druckfarbenreservoir und/oder einen Druckfarbenkanal eingebracht und ein einstellbares Magnetfeld wird erzeugt, das zur Erzeugung einer chaotischen Bewegung der mikromagnetischen Partikel in der gesamten Druckfarbenmischung und zu einem besser dispergierten Druckfarbenprodukt führt.
Es ist bekannt, dass einheitliche und homogene pigmentierte Druckfarbe damit verbunden ist, dass sie aufgrund eines "Absetzens" von Druckfarbe im Laufe der Zeit zu einer stark geschichteten Mischung wird. Das "Absetzen" von Druckfarbe führt zu inakzeptablen Defekten in Bezug auf die Bilddichte. Das "Absetzen" von Druckfarbe führt zu inakzeptablen Defekten in Bezug auf Druckerhardware wie z. B. einem Verstopfen von Strahlausstoßdüsen. Demgemäß ist eine stabile Pigmentdispersion in Druckfarbe für einen Tintenstrahldruck stets erfordert.
Dispergiermittel wird verwendet, um eine chemische Lösung für das Pigmentdispersionsproblem in Druckfarbe bereitzustellen. Die Verwendung von Pigmentdispergiermitteln ist aufgrund ihrer negativen Auswirkung auf die Druckfarbenfließfähigkeit und Tropfenbildung während des Strahlausstoßprozesses nicht vorteilhaft, auch wenn sie in der Community verwendet wird, um eine Pigmentdispersion zu bewirken. Es ist ein passives Verfahren, um das "Absetzen" von Druckfarbe zu handhaben. Es ist immer noch schwierig, Dispergiermittel als wirksame Lösung für eine längere Lebensdauer zu erhalten. Derzeit wird eine Menge an physikalischen Lösungen weitgehend verwendet.
Es gibt physikalische oder mechanische Lösungen, die weitgehend verwendet werden. Diese mechanischen Lösungen beinhalten Rührstäbe, erhöhte Fluidaustritte und Pumpanordnungen.
Keine dieser Lösungen ist jedoch mit einem ökonomischen Vorteil, einer akzeptablen Erleichterung in Bezug auf eine Systemintegrierung (Design, Herstellung und Verwendung) und einer Leistungsmaximierung verbunden. Leistungsmaximierung bedeutet, dass weniger Materialabfall und eine höhere Effizienz vorliegen.
Demgemäß besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines Systems, das verhindert, dass sich Druckfarbe absetzt, und das die Druckfarbe während einer langen Laufzeit in einer einheitlichen Dispersion hält. Mehr im Spezifischen besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines effektiven und kontinuierlichen Mischverfahrens, das kostengünstig und hocheffektiv ist, eine kompakte Größe aufweist und eine hohe Flexibilität bietet. Darüber hinaus besteht weiterhin ein Bedarf an der Entwicklung einer Dispersionstechnologie, die Verarbeitungszeit und -kosten nicht auf Kosten von Benchmark-Materialeigenschaften (z. B. kleine Größe und enge Partikelgrößenverteilung) verringert.
Bei Ausführungsformen der Erfindung liegt ein Verfahren zum Herstellen einer pigmenthaltigen Druckfarbenzusammensetzung vor, das das Hinzufügen eines Pigments oder einer Vordispersion eines Pigments, eines Tensids und eines Lösungsmittels in ein Druckfarbenreservoir zur Bildung einer Druckfarbenmischung, das Hinzufügen von magnetischen Partikeln und das Anlegen eines Magnetfelds an das Druckfarbenreservoir zur Erzeugung einer chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel in der gesamten Druckfarbenmischung umfasst, um die pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung zu bilden. Das Verfahren kann darüber hinaus das Hinzufügen einer Dispersion eines Bindemittelharzes zum Druckfarbenreservoir beinhalten, um die Druckfarbenmischung zu bilden. Die magnetischen Partikel können eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 Mikrometer (µm) aufweisen. Die pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung ist eine Druckfarbenzusammensetzung auf Wasserbasis. Das Pigment hat eine Dichte von zumindest 2,0 Gramm (g)/cm³. Das Pigment in der Druckfarbenzusammensetzung hat eine Partikelgröße von weniger als 500 nm.
Bei Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Tintenstrahldrucksystem ein Druckfarbenreservoir, einen Druckfarbenkanal, eine Tintenstrahldüse und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen, die benachbart zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals angeordnet sind. Das zumindest eine des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals enthält darüber hinaus mikromagnetische Partikel, die darin angeordnet sind. Die magnetischen Partikel können eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 Mikrometer (µm) aufweisen. Das Druckfarbenreservoir und der Druckfarbenkanal enthalten darüber hinaus eine Druckfarbenzusammensetzung, die Pigmentfarbstoff umfasst. Die Mehrzahl von magnetischen Elementen stellt ein Magnetfeld bereit, das es an die mikromagnetischen Partikel anzulegen gilt, was zu einer chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel in der Druckfarbenmischung führt.
Bei Ausführungsformen der Erfindung liegt ein Verfahren zum Verhindern eines Absetzens einer Druckfarbenzusammensetzung in zumindest einem eines Druckfarbenreservoirs und eines Druckfarbenkanals eines Drucksystems vor, das das Bereitstellen einer Mehrzahl von magnetischen Elementen, das Positionieren der Mehrzahl von magnetischen Elementen benachbart zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals innerhalb des Drucksystems, das Hinzufügen von magnetischen Partikeln zu zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals; und das Erzeugen einer chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel in der Druckfarbenzusammensetzung in zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals unter Verwendung der Mehrzahl von magnetischen Elementen umfasst. Die Druckfarbenzusammensetzung ist eine Druckfarbenzusammensetzung auf Wasserbasis, die Pigmentfarbstoff umfasst. Die Druckfarbenzusammensetzung ist eine Druckfarbenzusammensetzung auf Metallnanopartikelbasis. Das Pigment hat eine Dichte von zumindest 2,0 g/cm³. Die magnetischen Partikel weisen eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 µm auf. Das Pigment hat eine Partikelgröße geringer als 500 nm. Die kinetische Energie der chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel ist größer als die potenzielle Energie der Pigmentpartikel.
1(a) zeigt ein Druckfarbenreservoirsystem, das durch eine chaotische Bewegung von magnetischen Partikeln vermischt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1(b) zeigt magnetische Partikel und Pigmentpartikel vor und nach Anlegen des einstellbaren Magnetfelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2(a) zeigt ein Druckfarbenreservoir, einen Druckfarbenkanal und eine Tintenstrahldüse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3(a) zeigt ein Tintenstrahlsystem, das mikromagnetische Partikel, Elektromagneten nahe einem Druckfarbenreservoir und eine Steuereinheit beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet;
3(b) zeigt ein Tintenstrahlsystem, das mikromagnetische Partikel, Elektromagneten nahe einem Druckfarbenkanal und eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4(a) zeigt eine Partikelverteilung vor Einbringen eines Mischverfahrens der vorliegenden Erfindung; und
4(b) zeigt eine Partikelverteilung nach Einbringen des Mischverfahrens der vorliegenden Erfindung.
Es wird ein Verfahren offenbart, um magnetische Partikel im Mikro- oder Nanogrößenbereich in eine Druckfarbenlagerkammer einzubringen und ein einstellbares Magnetfeld zu verwenden, um diese magnetischen Partikel durch chaotische Bewegungen durch die gesamte Druckfarbenmischung zu treiben, was zu einer Druckfarbe mit guten Dispersionen führt. Das System enthält ein Druckfarbenreservoir, einen Druckfarbenkanal und eine Tintenstrahldüse. Die magnetischen Partikel werden in die Druckfarbe im Druckfarbenreservoir eingebracht, und eine magnetische Vorrichtung wird entweder dem Druckfarbenreservoir oder dem Druckfarbenkanal benachbart platziert, um das Magnetfeld einzustellen und eine chaotische Bewegung der Druckfarbenpartikel in der Druckfarbenmischung zu bewirken. Die Druckfarbenpartikel werden infolge dieser chaotischen Bewegung besser dispergiert. Dieses System ist mit vielen Vorteilen verbunden. Das System besitzt eine allgemeine Mischfähigkeit mit einer mikroskaligen Verbesserung der Mischeffizienz. Das System ist kostengünstig und ist mit einer flexiblen und kompakten Systemimplementierung verbunden. Das System und das Verfahren sind umweltfreundlich, da die In-situ-Vermischung die Druckfarbenabfälle verringern kann. Das System und das Verfahrens verlängern darüber hinaus die Lebensdauer des Druckkopfs und können die Bildqualität potenziell verbessern.
Dieses vorgeschlagene Verfahren und dieses vorgeschlagene System verhindern, dass sich Druckfarbe in Umgebungen mit langer Laufzeit und während Standby-Perioden absetzt. Magnetische Partikel im Mikro- oder Nanogrößenbereich werden in eine Druckfarbenlagerkammer oder den Druckfarbenkanal eingebracht. Ein einstellbares elektronisches Feld wird durch Elektromagneten angelegt, um diese magnetischen Partikel mit einer chaotischen Bewegung durch die gesamte Mischung zu treiben, was zu einer guten Vermischung der Druckfarbe führt. Wenn mit der Druckfarbe vermischt, ist jeder Mikromagnet eine unabhängige Entität und stellt ein mikroskaliges Scherfeld bereit oder erzeugt dieses. Insgesamt verbessert die Partikel-Partikel- und die Partikel-Lösung-Wechselwirkung auf Mikroebene die chaotische Bewegung im Mikrobereich in entweder der Druckfarbenlagerkammer oder dem Druckfarbenkanal oder beidem. Wenn einem zyklischen Magnetfeld ausgesetzt, tragen diese magnetischen Partikel ausreichend Eigendynamik, um eine Wechselwirkung mit gelösten Stoffen in der Druckfarbe (z. B. Pigmentpartikeln) zu bewirken, um stark lokalisierte, aber dennoch chaotische Scherkräfte zu erzeugen. Das lokalisierte Mischen verhindert die Bildung von Aggregaten oder Absetzungen und folglich bleibt die Druckfarbendispersion über die Zeit hinweg homogen. Das Einbringen der mikromagnetischen Partikel führt zu einer Aufspaltung von Aggregaten innerhalb der Druckfarbe. Bei Ausführungsformen der Erfindung können die mikromagnetischen Partikel für eine Reinigung und Verwendung in künftigen Anwendungen gesammelt und extrahiert werden.
Die Erfindung kann in einer Vorrichtung verwendet werden, die als Add-on-Komponente für derzeitige Tintenstrahldrucker genutzt werden kann. Das Verfahren kann für spezielle Druckfarben wie Druckfarben, bei denen anorganische Metalloxidpartikel genutzt werden, oder Metallnanopartikeldruckfarben verwendet werden. Zur Veranschaulichung besteht bei Druckfarben, bei denen TiO₂ als Pigment verwendet wird, die Wahrscheinlichkeit, dass sie sich mit der Zeit absetzen, da TiO₂ eine hohe Dichte von ungefähr 4 g/cm³ aufweist. Das In-situ-Vermischen der vorliegenden Erfindung verhindert das Absetzen solcher schweren Pigmente.
1(a) zeigt ein Druckfarbenreservoirsystem, das durch eine chaotische Bewegung von magnetischen Partikeln vermischt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1(a) zeigt ein Druckfarbenreservoir 110, eine Druckfarbenzusammensetzung 111, mikromagnetische Partikel 120 und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, z. B. bei der in 1(a) gezeigten Ausführungsform, kann die Mehrzahl von magnetischen Elementen Paare von Elektromagneten 140, 141, 142 sein. Die Druckfarbenzusammensetzung 111 wird in ein Druckfarbenreservoir 110 platziert oder geladen. Mikromagnetische Partikel 120 können zu dieser Druckfarbenzusammensetzung 111 im Druckfarbenreservoir hinzugefügt werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Paare von Elektromagneten 140, 141, 142 benachbart dem Druckfarbenreservoir 110 platziert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Paare von Elektromagneten 140, 141, 142 an das Druckfarbenreservoir angehaftet. Ein Strom wird an die Elektromagneten 140, 141, 142 angelegt. Ein Magnetfeld (als einstellbares Magnetfeld bezeichnet) wird durch das Anlegen des Stroms an die Elektromagnetpaare 140, 141, 142 erzeugt. Dies führt zu einer chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel, was zu einer Mikrovermischung der Druckfarbenzusammensetzung 111 im Druckfarbenreservoir 110 führt. 1(b) zeigt magnetische Partikel und Pigmentpartikel vor und nach Anlegen des einstellbaren Magnetfelds gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie auf der linken Seite von 1(b) gezeigt, sind die Pigmentpartikel vor Anlegen des Magnetfelds gemeinsam gruppiert, wie auch die mikromagnetischen Partikel. Nachdem das einstellbare Magnetfeld angelegt wurde, sind die Pigmentpartikel einheitlicher dispergiert, wie auf der rechten Seite von 1(b) gezeigt. Die chaotische Bewegung der mikromagnetischen Partikel hat diese Pigmentdispersion bewirkt. Die kinetische Energie der chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel ist größer als die potenzielle Energie der Pigmentpartikel.
Die magnetischen Partikel können aus paramagnetischen, ferromagnetischen, ferromagnetischen oder antiferromagnetischen Materialien bestehen. Die magnetischen Partikel können darüber hinaus aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Fe, Fe₂O₃, Ni, CrO₂, Cs und dergleichen oder Mischungen davon. Bei Ausführungsformen haben die magnetischen Partikel eine nicht-magnetische Beschichtung. Bei Ausführungsformen können die magnetischen Partikel auch mit einer Schale verkapselt sein, z. B. einer polymeren Schale, die bei Ausführungsformen Polystyrol, Polyvinylchlorid, TEFLON^®, PMMA und dergleichen und Mischungen davon umfasst.
Die magnetischen Partikel können einen Durchmesser oder eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 µm aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können die magnetischen Partikel einen Durchmesser oder eine Partikelgröße von ungefähr 1 bis ungefähr 25 µm oder ungefähr 1 bis ungefähr 10 µm aufweisen. Der Volumenprozentsatz von magnetischen Partikeln kann auf der Grundlage unterschiedlicher Anwendungen oder Prozesse ausgewählt werden. Bei Ausführungsformen kann der für ein Mahlen verwendete Volumenprozentsatz von magnetischen Partikeln auch je nach unterschiedlicher Anwendung oder unterschiedlichem Prozess variieren, für die bzw. den die Pigmentpartikel verwendet werden. Beispielsweise können ungefähr 5 % bis ungefähr 80 % magnetische Partikel zum Gefäß hinzugefügt werden. Das Magnetfeld kann eine Stärke von ungefähr 500 Gauß bis ungefähr 50.000 Gauß aufweisen.
Die Druckfarbenzusammensetzung kann eine pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung sein. Die pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung kann eine Druckfarbenzusammensetzung auf Wasserbasis sein. Das Pigment oder der Pigmentfarbstoff in der pigmenthaltigen Druckfarbenzusammensetzung kann eine Dichte von zumindest 2,0 g/cm³ aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann das Pigment oder der Pigmentfarbstoff in der pigmenthaltigen Druckfarbenzusammensetzung eine Dichte von zumindest 2,5 oder zumindest 3,0 g/cm³ aufweisen. Darüber hinaus kann das Pigment in der Druckfarbenzusammensetzung eine Partikelgröße von weniger als 600 nm aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann das Pigment der Druckfarbenzusammensetzung eine Partikelgröße von weniger als 500 nm oder weniger als 300 nm aufweisen. Die pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung kann Pigmentfarbstoff enthalten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Druckfarbenzusammensetzung auf Pigmentbasis eine Dispersion eines Bindemittelharzes enthalten, die zum Druckfarbenreservoir hinzugefügt wird, um die pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung zu bilden. In Bezug auf Druckfarben auf Wasserbasis wird das Bindemittelharz als Latex dispergiert. Beispielhafte Bindemittelharze umfassen Harze auf Styrolbasis, Acrylate, Polyesterharz, Polyurethan, Polycarbonat, Polyamid, Polyimid und dergleichen.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Druckfarbe eine Metallnanopartikeldruckfarbe, z. B. eine Silbernanopartikeldruckfarbe, eine Goldnanopartikeldruckfarbe oder eine Kupfernanopartikeldruckfarbe. Diese Metallnanopartikeldruckfarben haben für gewöhnlich eine hohe Dichte, insbesondere bei hoher Metallbeladung. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Metallnanopartikeldruckfarben einen Metallgehalt von 30 Gew.-% aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung können die Metallnanopartikeldruckfarben einen Metallgehalt von mehr als 40 Gew.-% oder mehr als 50 Gew.-% aufweisen. In Bezug auf die Dichte der Metallnanopartikeldruckfarben können die Druckfarben eine Dichte von mehr als 1,5 g/cm³ oder mehr als 1,8 g/cm³ oder mehr als 2,0 g/cm³ aufweisen. Der Metallnanopartikel kann als ein Pigmenttyp behandelt werden.
2 zeigt ein Druckfarbenreservoir, einen Druckfarbenkanal und eine Tintenstrahldüse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung enthält ein Tintenstrahldrucksystem ein Druckfarbenreservoir 250, eine Druckfarbenzusammensetzung 255, eine Mehrzahl von mikromagnetischen Partikeln 257, einen Druckfarbenkanal 260 und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen 261, 262, 263 und eine Tintenstrahldüse 270. Die Mehrzahl von magnetischen Elementen 261, 262, 263 kann elektromagnetische Paare sein. Das Tintenstrahldrucksystem enthält eine Mehrzahl der Reservoirs, Kanäle, Elektromagnete und Düsen, es ist jedoch nur eine/r/s gezeigt, um die Erfindung deutlicher zu veranschaulichen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Druckfarbenzusammensetzung 255 ist einem Druckfarbenreservoir 255 platziert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können mikromagnetische Partikel 257 zur Druckfarbenzusammensetzung im Druckfarbenreservoir 255 hinzugefügt werden. Die Druckfarbenzusammensetzung 255 kann über einen Druckfarbenkanal 260 zur Druckfarbendüse 270 übertragen oder strahlausgestoßen werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können mikromagnetische Partikel 257 zur Druckfarbenzusammensetzung im Druckfarbenkanal 260 hinzugefügt werden. Diese zusätzlichen mikromagnetischen Partikel können die einzige Zugabe von mikromagnetischen Partikeln sein oder können zusätzlich zu mikromagnetischen Partikeln vorhanden sein, die in die Druckfarbenzusammensetzung im Druckfarbenreservoir eingebracht sind. Eine Mehrzahl von magnetischen Elementen 261, 262, 263 kann benachbart dem Druckfarbenkanal 260 platziert werden. Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 2 gezeigt ist, kann die Mehrzahl von magnetischen Elementen 261, 262, 263 Paare von Elektromagneten sein. Einer von jedem der Paare von Elektromagneten 261, 262, 263 ist auf gegenüberliegenden Seiten auf dem Druckfarbenkanal 260 von der anderen Seite der Paare 261, 262, 263 platziert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Paare von Elektromagneten 261, 262, 263 am Druckfarbenkanal 260 angehaftet sein. Strom wird an die Paare von Elektromagneten 261, 262, 263 angelegt, um ein einstellbares elektromagnetisches Feld um den Druckfarbenkanal 260 herum zu erzeugen. Das einstellbare elektromagnetische Feld bewirkt eine chaotische Bewegung der mikromagnetischen Partikel 257, die in der Druckfarbenzusammensetzung 255 platziert worden waren. Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 2 gezeigt ist, erfolgt die chaotische Bewegung im Druckfarbenkanal. Die chaotische Bewegung der mikromagnetischen Partikel führt zu einer besseren Pigmentdispersion im Druckfarbenkanal 260 und danach in der Tintenstrahldüse 270.
Die 3(a) zeigt ein Tintenstrahlsystem, das mikromagnetische Partikel, eine Mehrzahl von magnetischen Elementen nahe einem Druckfarbenreservoir und eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält. Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 3(a) gezeigt ist, kann die Mehrzahl von magnetischen Elementen Paare von Elektromagneten sein, auch wenn andere Konfigurationen verwendet werden können. Bei der in 3(a) gezeigten Ausführungsform enthält das Tintenstrahlsystem eine Steuereinheit 305, eine Druckfarbenzusammensetzung, eine Druckfarbenreservoir 310, einen Druckfarbenkanal 365, eine Tintenstrahldüse 370 und eine Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 340, 341, 342. Die mikromagnetischen Partikel (nicht gezeigt) werden in der Druckfarbenzusammensetzung platziert, die sich im Druckfarbenreservoir 310 befindet. Die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 340, 341, 342 kann benachbart dem Druckfarbenreservoir 310 platziert werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 340, 341, 342 am Druckfarbenreservoir 310 angehaftet sein. Die Steuereinheit 305 empfängt Anweisungen und erzeugt ein Signal, das Strom an die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 340, 341, 342 überträgt oder zuführt. Die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 340, 341, 342 erzeugt ein einstellbares oder zyklisches Magnetfeld und in der Folge tragen die magnetischen Partikel ausreichend Eigendynamik, um mit den Pigmentpartikeln in Wechselwirkung zu treten, so dass ein lokalisiertes Mischen unter Verwendung von chaotischen Scherkräften bewirkt wird. Das lokalisierte Mischen verhindert die Bildung von Aggregaten und Absetzungen in der Druckfarbe. Demgemäß ist das Ergebnis eine gut dispergierte Druckfarbenzusammensetzung, die danach durch den Druckfarbenkanal 365 zur Tintenstrahldüse 370 gesendet wird.
3(b) zeigt ein Tintenstrahlsystem, das mikromagnetische Partikel, Elektromagneten nahe einem Druckfarbenkanal und eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet. Das Tintenstrahlsystem enthält eine Steuereinheit 305, eine Druckfarbenzusammensetzung, ein Druckfarbenreservoir 350, einen Druckfarbenkanal 365, eine Tintenstrahldüse 370 und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen. Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 3(b) gezeigt ist, ist die Mehrzahl von magnetischen Elementen Paare von Elektromagneten 361, 362, 363 auch wenn weitere Typen von magnetischen Elementen verwendet werden können. Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in 3(b) gezeigt ist, ist die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 361, 362, 363 benachbart dem Druckfarbenkanal 365 platziert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist einer von jedem der Paare von Elektromagneten auf einer Seite des Druckfarbenkanals 365 und der andere von jedem der Paare auf der gegenüberliegenden Seite des Druckfarbenkanals 365 platziert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können die Paare von Elektromagneten 361, 362, 363 am Druckfarbenkanal 365 angehaftet sein. Die mikromagnetischen Partikel (nicht gezeigt) können in der Druckfarbenzusammensetzung platziert werden, wenn sich die Druckfarbenzusammensetzung im Druckfarbenkanal 365 befindet. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die mikromagnetischen Partikel (nicht gezeigt) in der Druckfarbenzusammensetzung platziert werden, die sich im Druckfarbenreservoir 350 befinden kann. Die Steuereinheit 305 empfängt Anweisungen und erzeugt ein Signal, das Strom an die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 361, 362, 363 überträgt. Die Mehrzahl von Paaren von Elektromagneten 361, 362, 363 erzeugt ein einstellbares oder zyklisches Magnetfeld und in der Folge tragen die magnetischen Partikel ausreichend Eigendynamik, um mit den Pigmentpartikeln in Wechselwirkung zu treten, so dass ein lokalisiertes Mischen unter Verwendung von chaotischen Scherkräften bewirkt wird. Das lokalisierte Mischen erfolgt im Druckfarbenkanal 365. Das lokalisierte Mischen verhindert die Bildung von Aggregaten und Absetzungen in der Druckfarbenzusammensetzung. Demgemäß ist das Ergebnis eine gut dispergierte Druckfarbenzusammensetzung, die danach zur Tintenstrahldüse 370 gesendet wird.
Beispiel
Dieses Beispiel wurde unter Verwendung des magnetisch betätigten Mahlens der vorliegenden Ausführungsformen hergestellt. In ein 15-ml-Fläschchen wurden 0,5 g Carbonfarbenpigmentpulver REGAL 330^®, 5 g entionisiertes Wasser (EW) und 0,24 g (18,75 Gew.-%) wässrige Pulverlösung von Tayca hinzugefügt. Danach wurden 0,52 g mikromagnetische Partikel (Carbonyl Iron Powder von Royalink Industries Corp., durchschnittliche Partikelgröße ungefähr 4 bis 5 µm) eingebracht. Bei diesem Beispiel wurde ein Permanentmagnet manuell auf- und abbewegt, um ein zyklisches Magnetfeld bereitzustellen. Die zyklische Frequenz beträgt ungefähr 1 Hz, und insgesamt wurden ungefähr 50 Zyklen verwendet. Schließlich wurden mikromagnetische Partikel von einem Magneten angezogen und gesammelt, bevor die Probe zur Analyse gesendet wurde. 4(a) zeigt eine Partikelverteilung vor Einbringen eines Mischverfahrens der vorliegenden Erfindung. 4(b) zeigt eine Partikelverteilung nach Einbringen des Mischverfahrens der vorliegenden Erfindung. Die Pigmentpartikelgröße wurde wie in den 4(a) und (b) gezeigt gemessen.
Wie aus den 4(a) und (b) ersichtlich, waren sowohl die Größenverringerung als auch die Gleichmäßigkeit bei den vorliegenden Ausführungsform erheblich gesteigert. Mehr im Spezifischen zeigen die Figuren, dass die Pigmentpartikel ohne 1 Minute des magnetischen Betätigungsprozesses eine bimodale Verteilung zeigen, wobei ungefähr 24 % der Pigmentpartikel eine durchschnittliche Partikelgröße von ungefähr 417 nm aufweisen, während die Pigmentpartikel mit magnetischem Mischen/Mahlen mit einer Partikelgröße von 143,7 nm < 150 nm monoverteilt sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer pigmenthaltigen Druckfarbenzusammensetzung, das umfasst: a) Hinzufügen eines Pigments oder einer Vordispersion eines Pigments, eines Tensids und eines Lösungsmittels in ein Druckfarbenreservoir zur Bildung einer Druckfarbenmischung; b) Hinzufügen magnetischer Partikel zum Druckfarbenreservoir; und c) Anlegen eines variierenden Magnetfelds an das Druckfarbenreservoir, um eine chaotische Bewegung der magnetischen Partikel in der gesamten Mischung zu erzeugen, um die pigmenthaltige Druckfarbenzusammensetzung zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, das darüber hinaus das Hinzufügen einer Dispersion eines Bindemittelharzes zum Druckfarbenreservoir zur Bildung der Druckfarbenmischung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die magnetischen Partikel eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 µm aufweisen. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pigment eine Dichte von zumindest 2,0 g/cm³ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld durch Positionieren einer Mehrzahl von magnetischen Elementen benachbart dem Reservoir angelegt wird um die chaotische Bewegung zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1, das darüber hinaus das Bewegen der Druckfarbenmischung durch einen Druckfarbenkanal und das Anlegen eines Magnetfelds an den Druckfarbenkanal durch Positionieren von Paaren von magnetischen Elementen benachbart dem Druckfarbenkanal beinhaltet.
Tintenstrahldrucksystem, das umfasst: ein Druckfarbenreservoir; einen Druckfarbenkanal; eine Tintenstrahldüse; und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen, die benachbart zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals angeordnet sind.
System nach Anspruch 7, wobei das zumindest eine des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals darüber hinaus mikromagnetische Partikel aufweist, die darin angeordnet sind.
System nach Anspruch 8, wobei die magnetischen Partikel eine Partikelgröße von ungefähr 500 nm bis ungefähr 50 µm aufweisen.
Verfahren zum Verhindern eines Absetzens einer Druckfarbenzusammensetzung in zumindest einem eines Druckfarbenreservoirs und eines Druckfarbenkanals eines Drucksystems, das umfasst: Bereitstellen einer Mehrzahl von magnetischen Elementen; Anordnen der Mehrzahl von magnetischen Elementen benachbart zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals innerhalb des Drucksystems; Hinzufügen von magnetischen Partikel zu zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals; und Erzeugen einer chaotischen Bewegung der magnetischen Partikel in der Druckfarbenzusammensetzung in zumindest einem des Druckfarbenreservoirs und des Druckfarbenkanals unter Verwendung der Mehrzahl von magnetischen Elementen.