COMPOSITION D'ENCRE UTILISABLE NOTAMMENT DANS UNE
IMPRIMANTE A JET D'ENCRE.
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liques dans les procédé;; industriels et biologiques, par exemple, est
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acétique, séquestration..
On trouvera d'autres références dans la publication: "Fundamentals
<EMI ID=3.1>
pages 273 à 277 concernant les réactifs de chelation.
On trouvera encore d'autres références dans: "Chelate Specifications",
<EMI ID=4.1>
liste des différents produits de cette nature, dont certains sont connus sous la marque HAMP-ENE.
Dans l'art antérieur, on n'utilisait pas les agents de chélati on de la façon établie dans la présente invention.
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incorporés dans des formules d'encre selon un certain pourcentage qui
dépend de la quantité d'ions minéraux contenus dans le colorant de l'encre.
Un objet important de la présente invention consiste à trouver des compositions d'encre comportant des agents de chélation dans le but de rendre soluble les constituants métalliques, empêchant par ce moyen le mauvais fonctionnement des dispositifs dans lesquels l'encre est utilisée.
Un autre objet de l'invention est de proposer une composition d'encre pour dispositif performance élevée et présentant une durée de vie en
stock plus longue.
Un autre objet de la présente invention consiste à réaliser une composition d'encre dans laquelle les caractéristiques de viscosité de l'encre sont maintenues dans un certain domaine, en incorporant des types particuliers d'agents de chélation.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, qui représente un mode de réalisation préféré de celle-ci.
On a observé sur les imprimantes à jet d'encre une accumulation de sel de calcium insoluble à l'extrémité de la buse de projection d'encre lorsque l'écoulement d'encre était arrêté. La quantité accumulée dépend de la température, de l'humidité relative et de la durée d�rrêt du dispositif. Cette formation de corps insolubles entraîne une réduction de la vitesse d'écoulement à travers la buse et en une déviation du jet d'écoulement tels, que celui-ci n'atteigne pas la gouttière de récupération.
Le calcium provient probablement de l'encre puisque celle-ci comporte <EMI ID=6.1>
qui renferme environ 400 ppm, le colorant étant un mélange complexe de matières colorantes et de sels d'addition (chlorure de sodium, carbonate de sodium et sulfate de sodium). Le calcium apparaît comme une impureté dans les sels d'addition du colorant.
On a observe la présence de différentes substances métalliques dans le colorant. Leur présence peut être chiffrée par un certain nombres
de parts par million. Ils peuvent aussi être chiffrés en termes de moles.
Le tableau suivant donne le nombre de moles des constituants métalliques classiques:
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Pour éliminer-le dépôt de calcium (d'autres ions Métalliques peuvent aussi être déposés, par exemple du magnésium, du cuivre et de l'étain)
on ajoute dans l'encre un matériau connu comme étant un agent de chélation. Les agents de chélation réagissent avec les ions métalliques et donnent des ions complexes solubles et très stables qui se séparent beaucoup plus difficilement de la solution que les ions métalliques. Le gluconate de sodium et l'acide éthylènediaminététraacétique (EDTA) sont des agents
de chélation classiques très efficaces pour résoudre ce problème. On pourra prendre des sels tels que: le sel disodique, le sel trisodique ou le
sel tétrasodique. On a observé que toutes les formes de ces sels ajoutées
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corps identique, et en outre permet à l'encre d'avoir une durée de vie
en stock plus longue. Parmi les constituants EDTA celui présentant quatre groupes d'acides est d'un intérêt particulier. C'est le seul pour lequel les quatre groupes d'acide ont constitué un sel tétrasodique. Les colorants utilisés dans les formules d'encre peuvent renfermer certaines impuretés, telles que du chrysodin R, des amines aromatiques, ou d'autres amines
azo aromatiques qui peuvent agir comme des agents de chélation, mais qui diffèrent de l'action de chélation précédente désirée. Le niveau pH de 1'encre est important aussi et il est souhaitable de maintenir le niveau
pH à 10,0 ou autour de cette valeur, pour obtenir de meilleures caractéristiques de l'encre, en ce qui concerne la viscosité et la durée de vie <EMI ID=9.1>
sodique est celui qui affecte le moins le niveau de pH, et par conséquent, triomphe le mieux des impuretés. Cet acide, non seulement empêche la formation du dépôt de calcium, ou d'autres éléments métalliques, mais
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caractéristiques de viscosité. Les caractéristiques de viscosité sont
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système de recirculation de l'encre ou le système servo-moteur puisse être conçu sur des données moins critiques en particulier concernant les pressions nécessaires de la pompe.
On a en outre aussi remarqué que la molécule d'acide EDTA est utilisée par un ion métallique tel que du calcium, etc.. Dans l'exemple donné,
34% d'acide EDTA incorporé dans l'encre sera utilisé comme séquestrant, dans lequel une molécule d'acide EDTA se combine en un atome de calcium
<EMI ID=12.1>
dans l'eau.
A titre d'exemple, si l'encre comporte différents éléments métalliques répertoriés sur les tableaux ci-dessus, la présence de 0,2% d'un composant EDTA suffira à éliminer les problèmes que l'on rencontrerait autrement tels qu'un dépôt de calcium ou autres. En d'autres termes, 0,00165 moles de métal peuvent être séquestrées par la présence de 0,0048 moles d'acide EDTA (ou une quantité en excès).
Ainsi, la quantité d'acide EDTA ou d'autres agents de chélation, dépend de la quantité de substances métalliques présentes dans l'encre et on a établi des relations entre ces quantités permettant de contrôler les dépôts non désirés.
Exemple de formules d'encre
EXEMPLE 1
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
CONDITIONS DE TEST
(environnement de l'imprimante à jet d'encre)
Circulation de l'encre
Formation de gouttes
Gouttes non chargées
10% d'humidité relative (HR) a 38[deg.]C
Fonctionnement pendant 49 heures - sans arrêt -
Examiner la buse
Arrêt pendant 116 heures
Examiner la buse
<EMI ID=15.1>
La formule précédente utilisée pendant 49 heures n'entraîne aucun dépôt. Un arrêt de 116 heures et un second arrêt de 44 heures, entraînent tous les deux un dépôt de calcium.
EXEMPLE II
<EMI ID=16.1>
CONDITIONS DE TEST
Circulation de l'encre
Formation de gouttes
Gouttes non chargées
10% HR à 38[deg.]C
Un arrêt de 104 heures montre qu'il n'y a pas eu de dépôt. Cependant, on observe un encrassement de la buse.
<EMI ID=17.1>
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
Acide éthylène diamine tétraacétique (EDTA)
CONDITIONS DE TEST
Circulation d'encre
Formation de gouttes
Gouttes non charges
<EMI ID=20.1>
Il n'y a pas eu de formation de dépôt après 131 heures, et on observe pas d'encrassement de la buse.
EXEMPLE IV
<EMI ID=21.1>
CONDITIONS DE TEST
Circulation de 1 \encre
Formation de gouttes
Gouttes non chargées
<EMI ID=22.1>
Après 131 heures aucun dépôt n'est observé, ni d'encrassement du
système.
<EMI ID=23.1>
1'acide EDTA est très important dans le contrôle de la viscosité tel que représenté sur le tableau suivant:
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
La viscosité est mesurée par le procédé de Cannon-Fenske.
Procédés d'établissement des formules
En se référant à l'exemple II donné ci-dessus, tous les matériaux dont on a donné la liste sont mélangés au préalable avant d'ajouter le
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
0,22 microns.
L'encre de l'exemple III est réalisée de la même façon que celle de l'exemple II. On peut utiliser d'autres agents de chélation, tels
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d'une gamme de valeur étendue. Le niveau inférieur du pH peut être calculé
<EMI ID=29.1>
avec le colorant. Le niveau supérieur est déterminé par la quantité
<EMI ID=30.1>
autres propriétés.
Durée de vi e en stock
Les caractéristiques de durée de vie de l'encre dans laquelle est incorporée l'acide EDTA sont illustrées par le tableau suivant.
CARACTERISTIQUES DE DUREE DES ECHANTILLONS D'ENCRE
<EMI ID=31.1>
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dont la taille des mailles est de 5 microns. C'est-à-dire, tout corps
se trouvant dans l'encre ayant une dimension supérieure à 5 microns bouchera le filtre. On tient compte des autres paramètres qui sont les suivants,
la pression exercée contre le filtre est de 2,27kg et le filtre a un diamètre externe de 25mm. En considérant certaines des formules dont on a établi
la liste, qui sont comparables à celles décrites précédemment comme dans les exemples 1-IV, on notera que les formules 1 et 3 ne renferment pas d'acide EDTA tandis que les formules 2 et 4 ont 0,2% d'acide EDTA. Les valeurs numériques les plus élevées sont obtenues pour les formules 2
et 4 sur les colonnes représentant la vitesse à la première minute et
la dizième minute qui indiquent une vitesse d'écoulement de ces encres supérieure à celle des formules 1 et 3. On notera que la formule 2 par exemple permet à l'encre de s'écouler encore à la vitesse de 40g par
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est de seulement 12g par minute, indiquant ainsi une obstruction du filtre en l'absence d'acide EDTA.
Comme on peut'aussi l'observer, on obtient une durée de vie en stock beaucoup plus grande lorsqu'on utilise l'acide EDTA et en particulier
les sels tétrasodiques. Ceci est mis en évidence par la quantité totale de grammes s'écoulant pendant l'intervalle de temps de 10 minutes, tel que ceci apparaît dans la dernière colonne du tableau.
Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré
de celle-ci. il est évident que 1 'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention.
1.- Composition d'encre caractérisée en ce qu'elle comprend un colorant soluble dans l'eau à une concentration en poids comprise entre 1% et 10%, une huile polymérisée soluble dans l'eau non volatile à une concentration
<EMI ID=34.1>
de la composition, l'eau complétant ladite composition.
COMPOSITION OF INK THAT CAN BE USED IN PARTICULAR
INKJET PRINTER.
<EMI ID = 1.1>
liques in the process ;; industrial and biological, for example, is
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acetic, sequestration.
Further references can be found in the publication: "Fundamentals
<EMI ID = 3.1>
pages 273 to 277 concerning chelation reagents.
Other references can be found in: "Chelate Specifications",
<EMI ID = 4.1>
list of different products of this nature, some of which are known under the brand name HAMP-ENE.
In the prior art, the chelating agents were not used in the manner established in the present invention.
<EMI ID = 5.1>
incorporated into ink formulas at a certain percentage which
depends on the amount of mineral ions contained in the dye of the ink.
An important object of the present invention is to find ink compositions comprising chelating agents for the purpose of making the metal constituents soluble, thereby preventing the malfunction of the devices in which the ink is used.
Another object of the invention is to provide an ink composition for a device which is high in performance and exhibiting a lifetime in
longer stock.
Another object of the present invention is to provide an ink composition in which the viscosity characteristics of the ink are maintained within a certain range, by incorporating particular types of chelating agents.
Other objects, characteristics and advantages of the present invention will become more apparent from the following description, which represents a preferred embodiment thereof.
In inkjet printers, an insoluble calcium salt buildup has been observed at the end of the ink blast nozzle when ink flow is stopped. The amount accumulated depends on temperature, relative humidity and how long the device is down. This formation of insoluble bodies results in a reduction in the flow rate through the nozzle and in a deflection of the flow jet such that the latter does not reach the recovery gutter.
The calcium probably comes from the ink since it contains <EMI ID = 6.1>
which contains approximately 400 ppm, the dye being a complex mixture of coloring matters and addition salts (sodium chloride, sodium carbonate and sodium sulfate). Calcium appears as an impurity in the addition salts of the dye.
The presence of different metallic substances was observed in the dye. Their presence can be encrypted by a certain number
parts per million. They can also be quantified in terms of moles.
The following table gives the number of moles of conventional metal constituents:
<EMI ID = 7.1>
To eliminate calcium deposit (other metal ions can also be deposited, for example magnesium, copper and tin)
a material known as a chelating agent is added to the ink. Chelating agents react with metal ions to give soluble and very stable complex ions which separate much more difficult from solution than metal ions. Sodium gluconate and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) are agents
conventional chelation agents very effective in solving this problem. You can take salts such as: disodium salt, trisodium salt or
tetrasodium salt. It has been observed that all forms of these added salts
<EMI ID = 8.1>
identical body, and furthermore allows the ink to have a lifespan
in stock longer. Of the EDTA constituents the one exhibiting four groups of acids is of particular interest. It is the only one for which the four acid groups have formed a tetrasodium salt. Colorants used in ink formulas may contain certain impurities, such as chrysodin R, aromatic amines, or other amines
Azo aromatics which may act as chelating agents, but which differ from the previous desired chelating action. The pH level of the ink is also important and it is desirable to maintain the pH level.
pH at or around 10.0, to obtain better ink characteristics, with regard to viscosity and life <EMI ID = 9.1>
sodium is the one that affects the pH level the least and therefore triumphs the best over impurities. This acid not only prevents the formation of the deposit of calcium, or other metallic elements, but
<EMI ID = 10.1>
viscosity characteristics. The viscosity characteristics are
<EMI ID = 11.1>
Ink recirculation system or servo motor system could be designed on less critical data especially regarding required pump pressures.
It has also also been noted that the EDTA acid molecule is used by a metal ion such as calcium, etc. In the example given,
34% EDTA acid incorporated in the ink will be used as a sequestrant, in which one molecule of EDTA acid combines into a calcium atom
<EMI ID = 12.1>
in water.
By way of example, if the ink comprises different metallic elements listed in the tables above, the presence of 0.2% of an EDTA component will suffice to eliminate the problems that would otherwise be encountered such as a deposit. calcium or others. In other words, 0.00165 moles of metal can be sequestered by the presence of 0.0048 moles of EDTA acid (or an excess amount).
Thus, the amount of EDTA acid or other chelating agents depends on the amount of metallic substances present in the ink and relationships have been established between these amounts to control unwanted deposits.
Example of ink formulas
EXAMPLE 1
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
TEST CONDITIONS
(inkjet printer environment)
Ink circulation
Drop formation
Unloaded drops
10% relative humidity (RH) at 38 [deg.] C
Operation for 49 hours - non-stop -
Examine the nozzle
Shutdown for 116 hours
Examine the nozzle
<EMI ID = 15.1>
The previous formula used for 49 hours does not result in any deposit. A 116 hour shutdown and a second 44 hour shutdown both result in calcium deposition.
EXAMPLE II
<EMI ID = 16.1>
TEST CONDITIONS
Ink circulation
Drop formation
Unloaded drops
10% RH at 38 [deg.] C
A 104 hour stop shows that there was no deposit. However, there is a clogging of the nozzle.
<EMI ID = 17.1>
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
Ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA)
TEST CONDITIONS
Ink circulation
Drop formation
Drops not filled
<EMI ID = 20.1>
There was no deposit formation after 131 hours, and no clogging of the nozzle was observed.
EXAMPLE IV
<EMI ID = 21.1>
TEST CONDITIONS
1 \ ink circulation
Drop formation
Unloaded drops
<EMI ID = 22.1>
After 131 hours no deposit is observed, nor any clogging of the
system.
<EMI ID = 23.1>
EDTA acid is very important in viscosity control as shown in the following table:
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
Viscosity is measured by the Cannon-Fenske method.
Formulation process
Referring to Example II given above, all the materials listed are mixed beforehand before adding the
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
0.22 microns.
The ink of Example III is made in the same way as that of Example II. Other chelating agents can be used, such
<EMI ID = 28.1>
of a wide range of values. Lower pH level can be calculated
<EMI ID = 29.1>
with the dye. The upper level is determined by the quantity
<EMI ID = 30.1>
other properties.
Shelf life in stock
The life characteristics of the ink in which the EDTA acid is incorporated are illustrated by the following table.
CHARACTERISTICS OF DURATION OF INK SAMPLES
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
whose mesh size is 5 microns. That is to say, any body
in ink larger than 5 microns will clog the filter. The other parameters are taken into account which are as follows,
the pressure exerted against the filter is 2.27kg and the filter has an external diameter of 25mm. Considering some of the formulas we have established
the list, which are comparable to those described above as in Examples 1-IV, it will be noted that formulas 1 and 3 do not contain EDTA acid while formulas 2 and 4 have 0.2% EDTA acid. The highest numerical values are obtained for formulas 2
and 4 on the columns representing the speed in the first minute and
the tenth minute which indicate a flow speed of these inks greater than that of formulas 1 and 3. It will be noted that formula 2 for example allows the ink to flow again at the speed of 40 g per
<EMI ID = 33.1>
is only 12g per minute, indicating filter clogging in the absence of EDTA acid.
As can also be observed, a much longer shelf life is obtained when using EDTA acid and in particular
tetrasodium salts. This is evidenced by the total amount of grams flowing during the 10 minute time interval, as shown in the last column of the table.
Although the essential characteristics of the invention applied to a preferred embodiment have been described in the foregoing
of it. it is obvious that one skilled in the art can make any changes in form or detail that he deems useful, without however departing from the scope of said invention.
1.- Ink composition characterized in that it comprises a dye soluble in water at a concentration by weight of between 1% and 10%, a polymerized oil soluble in non-volatile water at a concentration
<EMI ID = 34.1>
of the composition, the water completing said composition.