连续式喷墨印刷的方法技术

本发明专利技术提出一种从喷嘴中喷射出的液体射流的方法，液体包括一种或多种成分，一种或多种成分和活性成分的液流是分离的，以便在喷嘴壁的边界层厚度δ内流动的液体主要包括没有活性成分的液体，连续相，以及大体上在边界层的外侧流动的活性成，其中，δ是通过公式（Ｉ）定义的：其中，μ是以Ｐａ.ｓ为单位的连续相粘度，Ｕ是以ｍ／ｓ为单位的射流速度，ρ是以ｋｇ／ｍ３为单位的连续相密度，而ｘ是以ｍ为单位的沿所述流动方向的所述喷嘴的长度。？

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及连续式喷墨印刷领域，特别是涉及含有分散的成分的油墨或其它可喷射的组合物。
技术介绍
随着消费打印机市场的增长，喷墨印刷(或打印)业已成为广泛使用的技术，这种 技术用来以成像的方式将少量的液体供给到表面上。业已设想并且制造出了按需滴墨(或 喷墨)装置和连续滴墨装置。同时，喷墨印刷的主要发展一直是用于伴有基于溶剂的系统 的某些应用的水基系统，下面的技术正在被更广泛的应用。 存在着这样的总体上的趋势，就是喷墨油墨(或墨液)的制备朝向基于色素的油 墨。这就产生了需要解决的若干问题。另外，对于工业印刷技术来说，即，将印刷(或打印) 作为制造的方式或手段，液体配方可能包含固体或分散的成分，这些成分本身喷墨工艺过 程难以处理的。 最近业已开发出了基于MEMs形成的成组喷嘴的新的连续式喷射装置(参见专 利文件US 6554410)。在这个装置中，从高压喷嘴产生液体油墨射流。 一个或多个加热 器与每一个喷嘴相关联，以便为所述射流提供热扰动。这种扰动足以通过众所周知的 Rayleigh-Plateau不稳定性启动将所述射流破碎成规则的液滴。通过改变施加在所述加热 器上的电脉冲的定时，可以产生或大或小规模的液滴，且随后通过气体横向流动被分离成 印刷或非-印刷液滴。 喷射墨滴发生装置是微射流装置，就是说，它们采用非常小规模的液体通道。这种 设计的含义是以下Reynolds数量 Re 二 —— 其中，P是液体密度(kg/m3) ， U是特征速度(m/s) ， L是特征长度(m)，而y是液 体粘度(Pa. s)，所述粘度足够小，以至于其惯性效应小，并且所述流体流动的性质主要是层 状的。对于典型的连续式喷墨系统来说，所述速度可能为20m/s，而长度可能为5ym，密度 大约为1000kg/m 且粘度为lmPas。因此，所述Reynolds数量大约为100。在直管中向湍 流的过渡是在Re超过2000时发生的。 微射流装置，其中，所述液体流是层状的，它必然地避免了混合。事实上，用于混合 的唯一的现有机制是扩散流(动)。例如，考虑使用T接头，在所述接头中，将两种流体喷 射成彼此伴随流动。在所述通道混流之前，所述流体要在该通道中向下流多远？简单的估 计需要扩散横贯整个通道的颗粒或分子，假设时间为tD w7D，其中，w是所述通道的宽度， 而D是扩散常数。在这个时间期间内，所述材料会沿所述通道向下移动距离z U。W7D，因 此，完全混合所需要的通道宽度的数量将在这样的数量级上 — ~^~~三 公式右侧的无因次数被称为Peclet数(Pe)，它表示对流与扩散的相对重要性。 在这个示例中，完全混合所需要的通道宽度的数量随着Pe线性波动。采用在下表中使用 Stokes-Einstein公式估算的扩散率，我们可以看出，即使是随着所述流体流动的染料分子 以lm/s的速度通过10 ii m的通道，也需要Pe 250000的通道宽度，以便完全混合。另夕卜， 以lm/s的速度随所述流体流动的染料分子需要z 25mm的管长度来扩散1 y m。 室温下在水中的特征扩散率<table>table see original document page 5</column></row><table> 当液体流过表面时，所述液体在固体表面的速度为零。在长管道中，最大液体速度 出现在所述管道的中央，且通过所述管道的速度曲线为抛物线。它被称作Poiseiulle流 体。不过，一旦进入所述管道，具有有限的距离，所述入口区的流场适于与管道的几何形状 吻合。在流体力学的术语中，存在有边界层，所述边界层形成并且增长，直到达到所述管道 的尺寸，在该点上，获得了完全形成的流体。所述边界层厚度可以按以下公式计算()=- 其中，S是边界层厚度(m)， 是液体粘度(Pa.s)， x是从管道的起点开始的距 离(m)， P是液体密度(kg/m"，而U是液体速度(m/s)。喷墨液滴发生器上的喷嘴是很短 的管，即它太短，以至于不能获得完全形成的流体。因此，只有靠近喷嘴的液体的边界层厚 度被剪切。 存在有多种与液滴的形成相关的已知方法和装置。 专利文件EP 1364718披露了一种通过协流的不可混溶的液体生成囊裹的液滴的 方法。在这个方法中，所述液体是通过同轴布置的喷嘴输送的，这种喷嘴的布置是难以作为 阵列生产的。另外，这个方法依赖于强静电场，以便确保破碎所述同轴布置的液体。 专利文件JP 1996207318同样使用同轴管和静电来破碎液滴。这种情况下的中央 管可以输送胶体颗粒或多种颗粒以便提供颜色水平。电泳装置通过电场的配置能够阻挡所 述颗粒的流动。 专利文件US 6713389披露了将多个分离的部件放置在表面上，用以形成电子装置。 专利文件US 5113198披露了使用载体气流流股将蒸汽染料导向到表面。这个方 法采用协流(或共同流动)的气流股而不是液体。 专利文件US 6377387披露了用于生产颗粒的囊裹的分散体的各种方法。 专利文件W02006/038979披露了一种根据需要滴出的压电电子装置，其中，液体被同时引导至所述装置结构的外部。 本专利技术要解决的问题 存在有与墨滴形成相关的若干问题，其中，所述油墨(或墨液)包含分散的材料。 含有分散材料或颗粒的油墨会产生较大的噪音，即，导致较大的滴落速度变化。这 会导致降低的小的液滴合并长度。小的液滴合并长度是MEMs连续式喷墨(CIJ)系统的重 要特性。这是与所述喷嘴的距离，在那里，相邻的液滴由于其速度的随机性而接触并且接合 (或合并)。所述油墨中的颗粒或分散的材料导致这个长度显著地降低。 油墨配方中的颗粒同样对喷墨喷嘴有害，会导致磨损。 与喷嘴壁，并因此与嵌埋的加热器紧密靠近的任何温度敏感型的分散材料，都是 潜在问题，这是因为它附着在所述壁上或因为其特性受到负面影响，例如通过胶体去稳定 化和聚合。 高粘度液体，例如UV可固化的墨液，是难以喷射的，这是因为与需要的小的喷嘴 尺寸相关联的压力降。所述压力降提供了与喷嘴中的边界层相关联的剪切应力。 本专利技术的目的是要克服上述问题。 本专利技术试图使与喷嘴产生负面相互作用的油墨中的成分与喷嘴壁的附近在空间 上隔离。 根据本专利技术，提供有一种用于从喷嘴中喷射出的液体射流的方法，所述液体包括 一种或多种成分，其中，所述一种或多种成分和活性成分的液流是分离的，以便在喷嘴壁的 边界层厚度s内流动的液体主要包括没有所述活性成分的液体，连续相，以及大体上在所 述边界层的外侧流动的活性成分，其中，S是通过公式(I)定义的 其中，i！是以Pa. s为单位的连续相粘度，U是以m/s为单位的射流速度，P是以 kg/m3为单位的连续相密度，而x是以m为单位的沿所述流动方向的所述喷嘴的长度。 本专利技术的优点 通过确保分散的组分或颗粒不与所述壁接触，消除了磨损的可能性。 由于分离所述流体流的流体系统可能比所述喷嘴大，改善了颗粒或成分堵塞所述喷嘴的问题。由于保持颗粒远离喷嘴壁，不会有堵塞硬的表面。 另外，通过确保所述分散的材料远离所述壁或这些壁，并因此远离热边界层，能显著降低对所述分散的材料的热降解效应。另外，材料与所述壁粘连的可能性较小。 由于是分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提供用于从喷嘴中喷射出的液体射流的方法，所述液体包括一种或多种成分，其中所述一种或多种成分和活性成分的液流是分离的，使得在喷嘴壁的边界层厚度δ内流动的液体主要包括没有所述活性成分的液体，连续相以及大体上在所述边界层的外侧流动的所述活性成分，其中，δ是通过公式（Ⅰ）定义的：　　＊＊＊　　其中，μ是以Ｐａ．ｓ为单位的连续相粘度，Ｕ是以ｍ／ｓ为单位的射流速度，ρ是以ｋｇ／ｍ↑［３］为单位的连续相密度，而ｘ是以ｍ为单位的沿所述流动方向的所述喷嘴的长度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A克拉克，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]