CH637683A5 - Nassfeste tinte fuer das tintenstrahldruckverfahren. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren mit einem Gehalt an Wasser, mindestens einem wasserlöslichen Farbstoff, einem Netzmittel und einem Polyamin.
Die Tinten, die derzeit in Tintenstrahldruckern verwendet werden, müssen hinsichtlich ihrer Nassfestigkeit ve'rbessert werden, d.h. der Druck auf einer Unterlage sollte gegenüber der Einwirkung von Feuchtigkeit, beispielsweise von einer feuchten Hand beständig sein und sollte auch dann noch lesbar sein, wenn das Dokument zufällig mit Wasser in Berührung gekommen ist, beispielsweise bei einer Überschwemmung oder durch Verschütten von Wasser. Die vorliegende Erfindung gibt eine Lösung dieses Problems an.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Polyäthylenimin als Zusatz zu Tinten für das Tintenstrahldruckverfahren zu verwenden, um deren Nassfestigkeit zu verbessern. Es wurde jedoch gefunden, dass Polyäthylenimin nicht geeignet ist zur Verwendung in stark alkalisch reagierenden Tinten für das Tintenstrahldruckverfahren, denn im pH-Bereich unter 8 sind die meisten Polyamine im wesentlichen protoniert, d.h., es liegt bei einem pH-Wert von 7 eine Protonierung von etwa 50% vor. In einem pH-Bereich unter 8 bewirkt die Wechselwirkung mit den negativ geladenen Sulfonsäuregruppen, die an Direkt- oder Säurefarbstoffe gebunden sind, eine Farb-stoff-Polyamin-Aggregation. Eine solche Aggregation macht sich in einer Ausfällung der Tinte bemerkbar, was für das Tintenstrahldrucken unerwünscht ist. Ausserdem werden diejenigen Direkt- und Säurefarbstoffe, welche auch eine Azo-(-N=N-)-Gruppierung enthalten, in wässriger Lösung durch primäre Amine zersetzt. Diese Reaktion läuft bei Zimmertemperatur nach längerer Lagerung ab oder noch schneller nach beschleunigter Alterung, beispielsweise bei 60°C. Es wird angenommen, dass der Mechanismus dieser Reaktion auf einer reduktiven Spaltung der Farbstoff-Azo-Bindungen beruht. Zusätzlich zu dem Verlust des Farbstoffs an Färbekraft durch eine Zersetzung dieser Art werden von dem Farbstoff Aminfragmente in Freiheit gesetzt, und es kann auch eine Ausfällung des Farbstoffs stattfinden. Alle diese Folgeerscheinungen sind für das Tintenstrahldruckverfahren unerwünscht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren anzugeben, die eine verbesserte Nassfestigkeit aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Tinte der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Polyamin mit 6 oder weniger Stickstoffatomen pro Molekül, das keine primären Aminogruppen als funktionelle Gruppen aufweist, eingesetzt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt. Nach diesen besteht die erfindungsgemässe Tinte aus einer wässrigen Lösung mit einem pH-Wert unter 8 und enthält wenigstens einen wasserlöslichen Farbstoff in einer Menge von Vi bis 10 Gew.% und ein Polyamin mit 6 oder weniger Stickstoffatomen pro Molekül in einer Menge von Vi bis 5 Gew.%. Das eingesetzte Amin soll keine primären Aminogruppen als funktionelle Gruppen enthalten. Das bevorzugte Polyamin ist permethyliertes Tetraäthylenpentamin.
Die Additive der vorliegenden Erfindung, d.h. die Polyamine, unterscheiden sich von den bisher verwendeten Poly-äthyleniminen dadurch, dass die bisher bekannten Verbindungen wenigstens 7 Stickstoffatome pro Molekül enthielten, während die Additive der vorliegenden Erfindung nur 6 oder weniger Stickstoffatome pro Molekül enthalten. Dadurch, dass die funktionellen Amingruppen keine primären sind, wird die zuvor angegebene Zersetzungsreaktion des Azofarb-stoffs vermieden. Die zuletzt angeführte Forderung wird im allgemeinen durch Peralkylierungsreaktionen erfüllt, obgleich auch andere Verfahren angewendet werden können. Die Tinte kann auch andere Bestandteile enthalten, beispielsweise an sich bekannte organische Verbindungen, welche als Befeuchtungsmittel, Farbstoff-Lösungsvermittler, Netzmittel, Komplexbildner und Biozide fungieren und die die zuvor angegebene Zusammensetzung hinsichtlich ihres Verhaltens beim Tintenstrahldrucken verbessern.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass durch den Zusatz von verschiedenen niedermolekularen Polyaminen, d.h. von Polyaminen, welche 6 oder weniger Stickstoffatome pro Molekül enthalten, zu verschiedenen Tintenzusammensetzungen mit einem Gehalt an wasserlöslichen Farbstoffen eine wesentliche Verbesserung der Nassfestigkeit erhalten wird, wenn diese Tinten zum Bedrucken von Papier verwendet werden. Spezifische Rezepturen dieser Tinten sind nachfolgend angegeben:
Bestandteile Rezepturen (Gewichtsteile)
1 2 3
C.I. Säureschwarz 2 (C.I. 50420)
7,0
7,0
7,0
C.I. Direktorange 72
1,5
1,5
1,5
Diäthylenglykolmonobutyläther
0,0
7,0
7,0
Permethyliertes
Tetraäthylenpentamin
0,0
0,0
2,0
Destilliertes Wasser
91,5
84,5
82,5
pH-Wert eingestellt auf einen Wert von 7,0 mit Salzsäure.
Die Angaben «C.I. Direkt-» und «C.I. Säurefarbstoff» beziehen sich auf ein Standardwerk, welches mit Colour Index bezeichnet wird und von der Society of Dyers and Colourists und der American Association of Textile Chemists •
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and Colourists herausgegeben wird und in dem Direkt- und Säurefarbstoffe definiert und durch Beispiele erläutert sind. Die C.I. Direkt- und C.I. Säurefarbstoffe sind die bevorzugten Typen wasserlöslicher Farbstoffe zur Verwendung in der erfindungsgemässen Tinte. Im allgemeinen sollte die Konzentration des Farbstoffes zwischen etwa Vi und 10 Gew.% liegen.
Spezifische Beispiele von Polyaminen, die erfindungsge-mäss verwendet werden können, schliessen Tetraäthylenpentamin, Triäthylentetramin, Diäthylentriamin, Spermidin, Spermin, N,N'-Bis-(-3-aminopropyl)-piperazin und Methen-amin ein, bei denen jeweils die primären Aminogruppen peralkyliert, vorzugsweise permethyliert sind. Der Einfluss dieser peralkylierten Polyamine auf die Nassfestigkeit der Tinte kann durch Messen der optischen Dichte in Reflexion an einer bedruckten Probe vor und nach einem 18 Stunden dauernden Einweichen in destilliertem Wasser bestimmt werden. Das Nassfestigkeitsverhältnis bei einer bestimmten ausgewählten Wellenlänge, die im allgemeinen dem Absorptionsmaximum des entsprechenden Farbstoffs entspricht,
wird definiert als das Verhältnis der optischen Dichte nach dem Einweichen dividiert durch die optische Dichte vor dem Einweichen. Die Stabilität der Tintenzusammensetzung kann festgestellt werden durch Auszählen der Teilchen mit einer Teilchengrösse grösser 3 |a.m in einem Coulterzähler in Tintenproben, welche, luftdicht verschlossen, einer Alterung von 14 Tagen bei 61 °C unterworfen worden waren. Die Vergleichswerte für die Rezepturen 1 bis 3 sind nachfolgend angegeben:
Rezepturen
Nassfestigkeitsverhältnis bei 600 nm
Teilchen grösser als
3 um
1
0,24
1100
2
0,36
750
3
0,79
300
Diese Vergleichsversuche zeigen die günstige Wirkung der ■ Polyaminzusätze im Hinblick auf die Nassfestigkeit und die Notwendigkeit der Peralkylierung, in diesem Fall der Per-
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methylierung, um eine stabile Tinte zu erhalten, wenn Azo-farbstoffe wie C.I. Direktorange 72 gleichzeitig verwendet werden. Auch ersichtlich ist die vorteilhafte Verbesserung, insbesondere der Nassfestigkeit, die durch Zugabe eines Netzmittels, in diesem Fall von Diäthylenglykolmonobutyl-äther (Butylcarbitol) zu der Tintenzusammensetzung erhalten wird. Um die vorteilhafte Wirkung zu erhalten, sollte das Polyamin in einer Konzentration von wenigstens Vi Gew.% zugesetzt werden. Andererseits neigt der Farbstoff dazu auszufallen, wenn dieses Additiv in einer Konzentration grösser als 5 Gew.% zugegeben wird. Im allgemeinen wird eine Konzentration des Additivs von etwa 2 Gew.% bevorzugt. Das erfindungsgemäss bevorzugte permethylierte Tetraäthylenpentamin kann auf dem Wege einer entsprechend modifizierten Leuckartreaktion, die nachfolgend beschrieben wird, synthetisiert werden.
Tetraäthylenpentamin (95 g, 0,5 Mol) wird tropfenweise unter Rühren und Kühlen zu einer 88%igen Ameisensäurelösung (400 ml, 9,6 Mol), welche in einem Rundkolben enthalten ist, gegeben. Dann wird eine 37%ige wässrige Formaldehydlösung (325 ml, 4,25 Mol) zugegeben und die Mischung 6 Stunden lang unter Rückfluss gekocht. Anschliessend werden die Lösungsmittel im Vakuum entfernt unter Erhalt eines klaren, gelbbraunen, viskosen Öls. Dieses wird mit einer 50%igen Natriumhydroxidlösung (200 ml, 3,85 Mol) unter mechanischem Rühren und Kühlen neutralisiert. Die resultierende wässrige Aufschlämmung wird mit Äthyläther (400 ml) extrahiert, und das Ätherextrakt über Natriumhydroxidplätzchen getrocknet, filtriert und der Äther abdestilliert unter Erhalt des gewünschten Produktes (85 g, 59%). Das Produkt kann weiter gereinigt werden durch Vakuumdestillation (Siedepunktsbereich 85 bis 128°C bei 10 Jim Hg) unter Erhalt des gereinigten Amins (74 g, 51%).
Die Verwendung von Direkt- und Säurefarbstoffen an sich ist bekannt. Dieselben können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine Tinte jeder gewünschten Farbe zu erhalten. Besonders geeignete Farbstoffe sind C.I. Säureschwarz 2 (C.I. 50420) und C.I. Direktorange 72. Wie ebenfalls bekannt ist, wird durch die Verwendung eines Netzmittels die Nassfestigkeit der meisten Tinten verbessert. Besonders geeignet als solche sind Diäthylengly-kolmonobutyläther (Butylcarbitol) und Äthylenglykolmono-butyläther (Butylcellosolve).
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Claims (8)
1. Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren mit einem Gehalt an Wasser, mindestens einem wasserlöslichen Farbstoff, einem Netzmittel und mit einem Polyamin, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke der Verbesserung der Nassfestigkeit der Tinte als Zusatz ein Polyamin mit bis zu 6 Stickstoffatomen pro Molekül, das keine primären Amino-gruppen als funktionelle Gruppen aufweist, eingesetzt ist.
2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamin in einer Menge von Vi bis 5 Gew.% eingesetzt ist.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen pH-Wert unter 8 aufweist.
4. Tinte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyamin ein peralkyliertes Polyamin eingesetzt ist.
5. Tinte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyamin permethyliertes Tetraäthylenpentamin eingesetzt ist.
6. Tinte nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das permethylierte Tetraäthylenpentamin in einer Menge von 2 Gew.% eingesetzt ist und die Tinte einen pH-Wert von 7 aufweist.
7. Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als wasserlösliche Farbstoffe C.I. Säureschwarz 2 oder C.I. Direktorange 72 eingesetzt sind.
8. Tinte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Farbstoff in einer Menge von Vi bis 10 Gew.% eingesetzt ist.
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