專利名稱：確定表面吸墨性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及用于根據(jù)移出接觸墨水的基底樣品所需的力來確定基底的吸墨性能的經(jīng)改進(jìn)的方法。更具體地說，本發(fā)明提供一種用于只需通過接觸角的測量而不必通過在表面上打印以預(yù)測基底表面的多色噴墨適印性能的方法。
在評估合成物是否適宜用作打印涂敷表面時的一個問題是，必須涂敷大的紙張樣品(或其他基底)，并在樣品上實際打印，然后評估打印樣品的打印清晰度與密度的質(zhì)量。盡管以上是選擇合適的涂敷合成物的直接與可靠的方法，但多少有點費時，尤其是涉及樣品的準(zhǔn)備以及打印之后對圖象的分析。
美國專利No.4,446,174(’174專利)描述了用一股墨水噴射在一個圖象接受薄片上形成記錄圖象的方法。噴墨射流被噴射到包含一個表面層的薄片上，表面層含有一種顏料。表面層吸收存在于墨水中的色彩成分。該發(fā)明聲稱當(dāng)表面層包含的顏料與粘合劑具有等于0.59的Rf值(染料在顏料涂層中的移動距離與墨水中的溶劑在顏料涂層中的移動距離之比)時，即是找到了合適的涂敷顏料與墨水的組合。此方法的工作原理是紙上色譜法原理。
然而，’174專利中描述的該方法的一個不利之處在于，為獲得Rf值，涂層必須涂到一塊玻璃板上。這意味著在測試中沒有考慮進(jìn)去紙張的變數(shù)。因此，有可能使用’174專利的方法預(yù)測一個涂層具有可接受的Rf值，但應(yīng)用到紙張上或介質(zhì)上時結(jié)果卻不同。
相反，本發(fā)明在以下提供另一種用于確定使用多色墨水的合適的顏料涂層和/或基底合成物的方法，它實際測試基底加涂層或單獨基底的吸墨性能。
本發(fā)明涉及的用于確定表面吸墨性能的方法包括步驟(a)提供一個表面樣品；
(b)將樣品浸入與移出墨水；以及(c)測量樣品浸入與移出墨水期間的力。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種用于確定吸納多色墨水的合適的表面涂敷成分的方法，包括步驟(a)提供一個涂敷了該成分的表面樣品；(b)將樣品的各部分浸入與移出多于一種顏色的墨水；(c)測量樣品各部分在浸入與移出每一種墨水期間的力；(d)比較對每一種墨水所測量的力；(e)如果對每一種墨水所測量的力的相異程度大于一個預(yù)設(shè)的偏差，則調(diào)整該涂敷成分。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種對應(yīng)一個表面確定合適的墨水成分的方法，包括步驟(a)提供一個涂敷了成分的表面樣品；(b)將樣品的各部分浸入與移出多于一種顏色的墨水；(c)測量樣品各部分在浸入與移出每一種墨水期間的力；(d)比較對每一種墨水所測量的力；以及(e)如果所測量的每一種墨水與表面之間的力的力的相異程度大于一個預(yù)設(shè)的偏差，則調(diào)整一種或多種墨水成分。
本發(fā)明的另一個實施方案涉及一種用于確定吸納多色墨水的合適的基底成分的方法，包括步驟(a)提供一個基底樣品；(b)將樣品的各部分浸入與移出多于一種顏色的墨水；(c)測量樣品各部分在浸入與移出每一種墨水期間的力；(d)比較對每一種墨水所測量的力；以及(e)如果對每一種墨水所測量的力的相異程度大于一個預(yù)設(shè)的偏差，則調(diào)整該基底成分。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點包括提供一種篩選適用于打印的涂敷合成物的快捷可靠的方法?；蛘?，該方法可用于對應(yīng)一個表面調(diào)整染料或墨水的成分，或者用作對應(yīng)一種染料或墨水確定合適的基底成分的方法。


圖1為實施本發(fā)明的有用裝置的示意圖。
本發(fā)明的方法涉及改進(jìn)了的用于快速可靠地篩選合適的打印表面及打印墨水的工具，從而產(chǎn)生優(yōu)越的高密度和高清晰度的打印圖象性能。本發(fā)明將從以下定義和相關(guān)討論中變得更加一目了然。
以下定義對于理解本發(fā)明是有幫助的。
基底－指能夠在其上打印的介質(zhì)，例如紙張、紙板、織物、帆布、諸如乙酸、乙烯基的聚合物、以及聚酯薄膜。
表面－指已涂敷或未涂敷的基底表面。
接觸角－指液體對表面的相切角。取決于液體對表面的吸附力，液體可擴散于表面(低接觸角)或被表面推斥(高接觸角)。接觸角可通過動態(tài)接觸角計算，動態(tài)接觸角是在測量期間將表面浸入與移出液體時測得的。接觸角的太大偏差意味著密度的虧損或過分的顏色擴散。此外，要求控制接觸角的值在60°～110°之間，較好地在70°～100°之間，最好在70°～90°之間。接觸角小于70°將趨向于有較差的圖象密度。接觸角大于100°將趨向于較大的顏色擴散。目的是針對所有墨水具有接近的接觸角以取得色彩密度與清晰度的完美平衡。如果四種墨水中的任何一種或其任何組合對涂層的響應(yīng)超過這些范圍，則性能將受到影響?；蛘呤怯捎陧憫?yīng)超過100°的墨水而產(chǎn)生顏色擴散，或者是由于響應(yīng)小于70°的墨水而產(chǎn)生較差的顏色密度。
預(yù)設(shè)偏差－指測量或計算出的墨水與表面之間的力的可接受偏差，它給出要求的在顏色密度與顏色清晰度方面的打印質(zhì)量。因此，在某些應(yīng)用中，要求的偏差可能相當(dāng)小以便取得高密度與高清晰度的平衡。當(dāng)接觸角偏離測得的接觸角平均值的偏差不大于±10度時即取得通?？山邮艿拇蛴≠|(zhì)量，較好地不大于±5度，最好不大于±3度。
在完備的實施方案中，本發(fā)明基于通過各種墨水對表面的吸附力，鑒別出具有同樣響應(yīng)的涂敷成分或墨水。例如，找到一種涂敷成分，它對噴墨打印所使用的四種顏色的不同的表面張力(墨水對表面的力或吸附力的量度)具有同樣響應(yīng)，即可產(chǎn)生優(yōu)越的圖象密度與清晰度。幾種墨水當(dāng)中對涂層表面響應(yīng)的表面張力的過分偏差將意味著或者圖象密度虧損或者顏色過分?jǐn)U散(清晰度欠缺)。因此，要求不同墨水的表面張力接近相同的值以便取得對涂敷成分相近的吸附力。
在一個優(yōu)選實施例中，(一種或幾種)墨水對表面的吸附力用該(一種或幾種)墨水與該表面間的接觸角表示。如上所述，接觸角可以通過動態(tài)接觸角的測量確定。商業(yè)上可獲得的動態(tài)接觸角測量裝置可以使用例如Cahn DCA315，可從Cahn Instrument,Madison,WI購買。該裝置包括保留1996年版權(quán)的儀器軟件“WinDCA”，它通過將表面樣品從接觸點開始浸入液體4mm的距離25秒鐘后移出，據(jù)此計算出接觸角。這些參數(shù)可以改變。
圖1示出了Cahn DCA315裝置的簡化示意圖并將工作要點簡略描述于后。一個1n×1n的方形樣品(1)固定在臂(2)上，臂(2)又連接到力測量裝置(3)。裝有測試墨水(5)的燒杯(4)被手動升起直到測試墨水(5)接近樣品(1)。通常，此間距小于0.5cm。裝置中的儀器程序開始運行，升起測試墨水(5)以便接觸并浸漬樣品(1)。一旦樣品(1)與測試墨水(5)的表面形成接觸，與接觸相關(guān)聯(lián)的力即產(chǎn)生變化。通過一段特定距離的力的改變指示出測試墨水(5)對樣品(1)的吸附力或推斥力。隨后程序測量將樣品(1)從測試墨水(5)移出期間的力。然后將所有的測量用于計算測試墨水(5)的動態(tài)接觸角。
盡管申請人已經(jīng)通過由Cahn DCA315確定樣品/墨水吸附力來示例說明了本發(fā)明，但也可以使用其他裝置來測量樣品/墨水的吸附力水平。這類裝置包括角度計、反射技術(shù)以及其他通過表面張力技術(shù)測量吸附力的常規(guī)方法。
實例上述使用Cahn DCA315的程序在此予以示例說明。代表噴墨打印應(yīng)用中使用的墨水的四種測試墨水，由可從Clariant公司購買的紙張染料制備。使用的紙張染料為Brilliant Blue GNS Liquid(青色)、RedA-4G New Liquid(品紅色)、Cartasol Yellow 3GF Liquid(黃色)、以及Ink Black RAS Liquid Purified 075(黑色)。這些顏料的每一種被做成測試墨水，用足量的脫離子水通過稀釋100微升顏料獲得總共40毫升體積的測試墨水。這些墨水的每一種測得的表面張力如下墨水表面張力(dynes/cm)青色56.8品紅色 61.6黃色60.8黑色63.7確定這些制備的彩色墨水對三種表面的吸附力。被測試的表面為一張未涂敷的證券紙(基本紙)、一張商業(yè)上可獲得的噴墨用高級涂敷紙(高級紙)、以及一張試驗用涂敷紙(試驗紙)。
按上述使用Cahn DCA315裝置的步驟，對制備的墨水與測試紙張確定如下接觸角并列于表1中。
表1接觸角(度)紙張 青色(dev.)1品紅色黃色(dev.)1黑色(dev.)1平均(dev.)1基本紙111.2(+17.35) 88.3(-5.55) 89.1(-4.75) 86.8(-7.05) 93.85高級紙 79.1(+2.28) 80.2(+3.38) 79.1(+2.28) 68.9(-7.92) 76.82試驗紙 81.3(+0.05) 80.3(-0.95) 81.5(+0.25) 81.9(+0.65) 81.251dev.=接觸角與平均值的偏差=各種墨水的接觸角-平均值參閱表1，可以看出，對于未涂敷的基本紙，青色的接觸角的偏差對比于品紅色、黃色及黑色的接觸角的偏差有相當(dāng)顯著的區(qū)別。參見高級紙，可以看出黑色的接觸角的偏差對比于青色、品紅色及黃色的接觸角的偏差有相當(dāng)顯著的區(qū)別。參見試驗紙的接觸角結(jié)果，可以看出只有小的偏差。
在通過接觸角預(yù)測并關(guān)聯(lián)諸如顏色密度與顏色清晰度的打印特性方面，本發(fā)明的有效性通過評估使用HP 560 C Deskjet打印的打印樣品顯示如下。
顏色密度與清晰度級別的描述基于DOS的HP Deskjet打印機Dietzgen的測試圖樣產(chǎn)生出的區(qū)域用于顏色密度與清晰度的分析。
顏色密度使用帶極化濾波器的COSAR 200光密度計測量。對每一種顏色從打印機產(chǎn)生的約1n×1n大小的色塊中讀取五個讀數(shù)。顏色密度讀數(shù)在色塊的四個角與中心讀取，取平均值并記錄。
對于顏色清晰度，對所有基本與組合顏色使用實心色塊。按“好”、“不足”、“中等”確定級別。每一級的區(qū)別涉及既沿水平方向又沿豎直方向的色塊邊緣銳度，非打印線銳度(色塊中)。測試圖樣還有附加的區(qū)域用于確定黑色清晰度。有用于色調(diào)比較的色塊。1/1、1/2的黑色塊、以及全色調(diào)同樣指示清晰度。色調(diào)區(qū)別越好，清晰度越好。
最后，用于高清晰度的圖樣區(qū)域是從一個共同的起點既沿水平方向也沿豎直方向產(chǎn)生的八條線。它們在1.70英寸距離范圍內(nèi)彼此分開大約1度。因此，每條線的可分辨處越接近焦點，清晰度越好。將這些區(qū)域的每一個的清晰度級別進(jìn)行比較并給出一個總的清晰度級別。
顏色密度與顏色清晰度的結(jié)果概括列于表2中。
表2顏色密度與顏色清晰度結(jié)果紙張 青色品紅色 黃色黑色顏色密度基本紙1.320.970.771.75高級紙1.651.100.852.50試驗紙1.511.070.831.88顏色清晰度基本紙不足不足 好 不足高級紙 好 好 好 中等試驗紙 好 好 好 不足參閱表1與表2的結(jié)果，可以看出本發(fā)明的方法能夠預(yù)測顏色密度與清晰度。
例如，表1中的接觸角結(jié)果對應(yīng)青色將紙按以下從最低到最高接觸角的順序排列高級紙(79.1)、試驗紙(81.3)與基本紙(111.2)。表2中這些紙的顏色密度結(jié)果從最低到最高顏色密度具有相應(yīng)的順序基本紙(1.32)、試驗紙(1.51)與高級紙(1.65)。由此可以看出接觸角越大，顏色密度越低。因此，通過了解接觸角的相對關(guān)系，可以確定顏色密度的相對關(guān)系。所有其他墨水也呈現(xiàn)出相應(yīng)的接觸角與顏色密度之間的對應(yīng)關(guān)系。
同樣，通過對比表1的接觸角偏差與表2的顏色清晰度觀察結(jié)果可以關(guān)聯(lián)顏色清晰度的對應(yīng)關(guān)系。例如，青色按照所測得的接觸角偏差從最低到最高具有如下順序試驗紙(+0.05)、高級紙(+2.28)與基本紙(+17.35)。相應(yīng)地，顏色清晰度結(jié)果試驗紙與高級紙為“好”，而基本紙為“不足”。因而可以看出，當(dāng)接觸角偏差大時顏色清晰度受到不利影響。所有其他顏色的結(jié)果也相應(yīng)地證明了這種趨勢。
因此，對接觸角與接觸角偏差所作的觀測可以用于預(yù)測與關(guān)聯(lián)顏色密度與顏色清晰度的結(jié)果。
本發(fā)明的原理、優(yōu)選實施例、以及工作方式已在前面說明書中描述。然而，此處要保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)解釋為限制于已經(jīng)公開的具體形式，因為它們應(yīng)看作是示例性的而非限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明精神的情況下進(jìn)行變化與改動。
權(quán)利要求
1．一種用于確定表面吸墨能力的方法，包括步驟(a)提供一個表面樣品；(b)將樣品浸入與移出墨水；以及(c)測量樣品浸入與移出墨水期間的力。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述力用表面張力表示。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述力表示為墨水相對于表面的接觸角。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，所述接觸角在60至110度之間。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述接觸角在70至100度之間。
6．一種用于確定吸納多色墨水的合適的表面涂敷成分的方法，包括步驟(a)提供一個涂敷了該成分的表面樣品；(b)將樣品的各部分浸入與移出多于一種顏色的墨水；(c)測量樣品各部分在浸入與移出每一種墨水期間的力；(d)比較對每一種墨水所測得的力；(e)如果對每一種墨水所測得的力的相異程度大于一個預(yù)設(shè)的偏差，則調(diào)整該涂敷成分。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述力通過接觸角進(jìn)行測量。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，測得的接觸角的值在60至110度之間。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，每一個接觸角偏離測得的所有接觸角的平均值的預(yù)設(shè)偏差不大于±10度。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，該預(yù)設(shè)偏差為±5度。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，該預(yù)設(shè)偏差為±3度。
12．一種對應(yīng)一個表面確定合適的墨水成分的方法，包括步驟(a)提供一個涂敷了合成物的表面樣品；(b)將樣品的各部分浸入與移出多于一種顏色的墨水；(c)測量樣品各部分浸入與移出每一種墨水期間的力；(d)比較對每一種墨水所測得的力；以及(e)如果所測得的每一種墨水與表面之間的力的力的相異程度大于一個預(yù)設(shè)的偏差，則調(diào)整一種或多種墨水的成分。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述力通過接觸角進(jìn)行測量。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，測得的接觸角的值在60至110度之間。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，每一個接觸角偏離測得的所有接觸角的平均值的預(yù)設(shè)偏差不大于±10度。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，該預(yù)設(shè)偏差為±5度。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，該預(yù)設(shè)偏差為±3度。
18．一種用于確定吸納多色墨水的合適的基底成分的方法，包括步驟(a)提供一個基底樣品；(b)將樣品的各部分浸入與移出多于一種顏色的墨水；(c)測量樣品各部分浸入與移出每一種墨水期間的力；(d)比較對每一種墨水所測得的力；以及(e)如果對每一種墨水所測得的力的相異程度大于一個預(yù)設(shè)的偏差，則調(diào)整該基底成分。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，所述力通過接觸角進(jìn)行測量。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中，測得的接觸角的值在60至110度之間。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，每一個接觸角偏離測得的所有接觸角的平均值的預(yù)設(shè)偏差不大于±10度。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，該預(yù)設(shè)偏差為±5度。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中，該預(yù)設(shè)偏差為±3度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于確定表面吸墨性能的方法。該方法可用來可預(yù)測地與可靠地篩選打印應(yīng)用中合適的基底涂敷合成物(和/或基底)成分或者合適的墨水成分。該方法根據(jù)將表面樣品浸入與移出墨水所需的力確定表面對墨水的響應(yīng)。該力更適宜通過墨水相對于表面的接觸角表示。通過調(diào)整基底涂敷合成物(和/或基底)成分或者墨水成分使得幾種墨水對已涂敷或未涂敷的基底表現(xiàn)出相近的特性,可以獲得關(guān)于諸如圖象密度與清晰度特性的可預(yù)測的圖象打印性能。
文檔編號G01N13/02GK1300363SQ99805742
公開日2001年6月20日 申請日期1999年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月1日
發(fā)明者邁克爾·G·倫敦 申請人:恩格爾哈德公司