CH696350A5

CH696350A5 - Kovalent an Kieselgel gebundene Antiozonantien für die Verwendung in Druckmedien.

Info

Publication number: CH696350A5
Application number: CH01560/03A
Authority: CH
Inventors: John R Moffatt
Original assignee: Hewlett Packard Development Co
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2007-05-15
Also published as: US20040052949A1; US6767640B2; DE60302734D1; DE60302734T2; EP1398167B1; JP4173788B2; JP2004131494A; EP1398167A1

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Tintenstrahldrucken und insbesondere auf den Schutz von auf Druckmedien gedruckten Tintenstrahlbildern gegen die Oxidation durch Ozon.

Technologischer Hintergrund

[0002] Die Oxidation von auf Druckmedien gedruckten Tintenstrahlbildern durch Ozonierung wird zunehmend als Problem wahrgenommen, da gegenwärtig dringendere Punkte, wie Wasserechtheit und Verwischechtheit, weitgehend gelöst worden sind. Das Problem der Ozonierung ist besonders signifikant in städtischen Gebieten, wo grosse Ozonkonzentrationen vom Ozon aus der Luftverschmutzung auftreten, z.B. in Los Angeles oder in Denver (während den Sommermonaten).

Dass Farbstoffe und Pigmente mit Ozon reagieren und sich dabei zersetzen, ist eine wohlbegründete Tatsache.

[0003] Die Verhütung der Oxidation durch Ozonierung war jedoch bis zum jetzigen Zeitpunkt kein Forschungsgegenstand. Es gibt demzufolge nach bestem Wissen der Erfinder keine früheren Lösungen dieses Problems.

[0004] Es besteht demzufolge ein Bedürfnis zur Verhütung der Oxidation durch Ozonierung von auf Druckmedien gedruckten Tintenstrahlbildern.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Gemäss den hier offenbarten Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Schutz von auf Druckmedien gedruckten Farbstoffen gegen Ozonolyse zur Verfügung gestellt.

Das Verfahren umfasst:
(a) Vorlegen eines ersten Reaktionsproduktes der Reaktion eines Phenylendiamins oder eines Derivates davon mit einem Siliziumoxid oder einem Silikat; und
(b) Umsetzen des ersten Reaktionsprodukts in Gegenwart eines wasserfreien Lösungsmittels mit Siliziumoxidgruppen unter Bildung eines zweiten Reaktionsprodukts.

[0006] Gemäss andern hier offenbarten Ausführungsformen wird weiter ein Reaktionsprodukt zur Verfügung gestellt, das aus der Reaktion von (1), dem ersten Reaktionsprodukt, resultiert, welches die Umsetzung eines Phenylendiamins oder eines Derivats davon mit Siliziumoxid oder Silikat und (2) mit Siliziumoxidgruppen auf dem Substrat umfasst.

[0007] Gemäss weiteren Ausführungsformen, welche zusätzlich hier offenbart werden, wird ein Verfahren zum Drucken einer Tinte auf ein Druckmedium vorgeschlagen,

worin die Tinte mindestens einen Farbstoff beinhaltet, welcher auf Ozonolyse empfindlich ist. Das Verfahren umfasst:
(a) Vorlegen eines ersten Reaktionsproduktes der Reaktion eines Phenylendiamins oder eines Derivates davon mit einem Siliziumoxid oder einem Silikat;
(b) Umsetzen des ersten Reaktionsprodukts in Gegenwart eines wasserfreien Lösungsmittels mit Siliziumoxidgruppen auf einem Substrat unter Bildung eines zweiten Reaktionsprodukts;

und
(c) Drucken der Tinte auf das Druckmedium.

[0008] Das Anti-Ozonans, welches gemäss der vorliegenden Lehre verwendet wird, ist kovalent an die Siliziumoxid-Partikel im Medium gebunden und kann nicht entweichen oder verdampfen.

[0009] Die Verwendung von Phenylendiaminen oder Derivaten davon löst das Problem des Ausbleichens von Farbstoffen auf porösen Medien wegen Ozonverschmutzung.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

[0010] Auf dem Gebiet der Kunststoff- und Gummitechnologie ist gut bekannt, dass Phenylendiamine (PDAs) und ähnliche Amine ausgezeichnete Ozonolyse-Inhibitoren sind. Sie reagieren mit Ozon und andern Oxidantien mit einer viel höheren Geschwindigkeit als die ungesättigten Bindungen im Polymer und vermögen die Polymere gegen diese Oxidantien zu schützen.

Sie haben folgende Struktur:
<EMI ID=1.0>
worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander Alkyl-, Aryl-, Alkylen- oder Arylengruppen sind, verzweigtkettig oder geradkettig oder Kombinationen davon, 30 Kohlenstoffatome oder weniger enthalten unter der Bedingung, dass wenn zwei der R-Gruppen Arylgruppen sind, insgesamt nicht mehr als zwei Arylgruppen vorhanden sein können. Von den Arylgruppen sind die sekundären Alkyle (2-Alkyle oder iso-Alkyle) die wirksamsten für die Verhütung der Ozonzersetzung.

[0011] Die Reaktionsgeschwindigkeiten von verschiedenen Verbindungen, einschliesslich der drei Derivate von Phenylendiamin (PDA) mit Ozon sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst:
<tb>Verbindung<sep>Reaktionsgeschwindigkeit,
10<5>k M<-1> s<-1>

<tb>N,N ¾-diisopentyl-p-PDA<sep>80

<tb>N, N ¾-Di-n-octyl-p-PDA<sep>70

<tb>N-Phenyl-N ¾-isopropyl-p-PDA<sep>70

<tb>N-Butyl-N.N ¾-dibutylthioharnstoff<sep>20

<tb>cis-Polyisopren<sep>4,4

<tb>cis-Polybutadien<sep>0,6

[0012] Es scheint, dass die PDA-Derivate mit Ozon beträchtlich schneller reagieren als andere Verbindungen.

[0013] Auf Druckmedien für das Tintenstrahldrucken gebundene PDA-Derivate verleihen den darauf gedruckten Tinten praktisch eine wesentliche Immunität gegen die Ozonierung; d.h. Druckmedien, welche darauf gedruckte Farbstoffe enthalten, wird eine Nicht-Ozonempfindlichkeit verliehen.

Folglich würden PDA-Derivate, wenn sie einem Alkylgerüst einverleibt werden, welches an Kieselgel, Silikat oder andere solche derivierte Partikel gebunden ist, einen solchen Schutz gegen Farbempfindlichkeit verleihen.

[0014] Die hier offenbarten Ausführungsformen sind auf den Gebrauch für die Synthese, die Verteilung und das Drucken dieser in den Druckmedien anwesenden PDA-Siliciumoxide oder PDA-Silikatderivate gerichtet.

[0015] Es wird eine Zweistufenreaktion umfasst. In der ersten Stufe wird das Kieselgel (oder ein Silikat) hergestellt, mit einem kovalent daran gebundenen Antiozonans-Molekül, unter Bildung eines PDA-Siliciumoxidderivats (oder PDA-Silikatderivats im Fall von Silikaten, die mit daran gebundene Antiozonans-Molekülen hergestellt wurden). Die Herstellung von solchem PDA-Sliciumoxid-(oder von PDA-Silikat-) Derivaten ist aus dem Stand der Technik bekannt.

Spezifisch ist die Reaktion einfach durchzuführen. Die Kupplung findet bei Zimmertemperatur statt, während wenigen Stunden in einem Lösungsmittel auf Alkoholbasis, üblicherweise Methanol. Manchmal werden stöchiometrische Reagentienmengen verwendet und manchmal nicht - es hängt von der Anwendung ab. Die Trennung kann leicht durchgeführt werden, da Kieselgel im Lösungsmittel nicht löslich ist. Die Reinigung kann leicht durch Waschen der Kieselgelpartikel mit überschüssigem sauberen Methanol durchgeführt werden.

(Diese Methoden sind gut eingeführt in der Chromatographie, wie beispielsweise bei der Silanisierung einer Säule, um ihre Eigenschaften zu modifizieren).

[0016] Wenn Ozon solchen PDA-Siliziumoxid-/PDA-Silikatderivaten in Gegenwart von Farbstoffmolekülen begegnet, reagiert das Ozon eher mit dem Derivat als mit dem Farbstoffmolekül, wobei das Farbstoffmolekül von der Ozonolyse bewahrt wird. Die gleiche Reaktion findet mit Pigmenten statt, jedoch in einem kleineren Ausmass. Es scheint, dass wegen der grossen Menge an Pigmentmolekülen in einem Pigmentkristall, eine grosse Menge von Pigment-Chromophor-Molekülen verloren geht, bevor eine signifikante Abnahme der optischen Dichte vorliegt.

Dessen ungeachtet können die in den vorliegenden Ausführungsformen offenbarten Vorteile sowohl auf Farbstoffe wie auch Pigmente angewandt werden, die generell unter den Begriff "Färbemittel" fallen.

[0017] Beispiele von PDA-Silikatderivaten, die in der Praxis der hier offenbarten Ausführungsformen verwendet werden können, umfassen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, folgende Verbindungen:

<EMI ID=2.0>
worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander eine Alkyl-, Alken-, Aren- oder eine aromatische Gruppe sein können, und worin n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist. Im Wsentlichen gelten die gleichen Anforderungen für die R-Gruppen, wie oben angeführt.

[0018] In der zweiten Stufe wird das PDA-Siliziumoxid (oder das PDA-Silikat) auf der Oberfläche des Druckmediums über eine Siliziumoxid-Kupplung verbunden, was gemäss dem Stand der Technik gut bekannt ist.

Es wird einfach eine der hier auf der Liste angeführten PDA-Verbindungen ausgewählt und mit dem Siliziumoxid (auf dem Druckmedium) in der Abwesenheit von Wasser umgesetzt, z.B. unter Verwendung von absolutem Methanol als Reaktionslösungsmittel, wobei das gewünschte Siliziumoxidderivat erhalten wird.

[0019] Die zweite Reaktion kann wie folgt erläutert werden:

<EMI ID=3.0>
worin R der Phenylendiaminrest ist (oder das PDA-Derivat).

[0020] Das im Zusammenhang mit der vorliegenden Lehre verwendete Druckmedium ist im Wesentlichen reines Papier, welches mit einer oder mehreren Schichten aus Siliziumoxid versehen ist, um ein Hochglanz-Druckmedium zu erhalten.

Solche Druckmedien werden für den Farbtintenstrahldruck verwendet, um Äquivalente von fotografischen Abzügen zu erhalten.

[0021] Es ist möglich, das Siliziumoxid zuerst umzusetzen und dann das Papier mit dem Reaktionsprodukt zu beschichten und dann die Kupplung mit dem Druckmedium vorzunehmen. Dies stellt sicher, dass das Siliziumoxid dort ist, wo eine Bindungsstelle ist, statt nur auf den andern Komponenten des Druckmediums. Es ist wünschenswert, die Menge auf der Oberfläche des Druckmediums zu optimieren, um einen maximalen Effekt zu erzielen.

[0022] Siliziumoxidbeschichtungen auf Druckmedien sind an anderer Stelle offenbart; siehe z.B. U.S.-Patente 5 275 867; 5 463 178; 5 576 088; 5 605 750; 5 989 378 und 6 187 430; auf Ihren Inhalt wird hier ausdrücklich Bezug genommen.

Typischerweise wird gewöhnliches Papier (Substrat) oder eine tiefere Schicht mit einer proprietären Mischung aus Siliziumoxid, Bindemittel, wie Polyvinylalkohol und anderen Komponenten, beschichtet.

Industrielle Anwendbarkeit

[0023] Die vorgeschlagenen Verfahren und Verbindungen können für den Schutz von auf Druckmedien gedruckten Farben gegen Ozonolyse verwendet werden.

Claims

1. Reaktionsprodukt, erhältlich aus der Reaktion (a) eines ersten Reaktionsprodukts, das durch die Reaktion eines Phenylendiamins oder eines Derivats davon mit Siliziumoxid oder einem Silikat erhalten wurde; mit (b) Siliziumoxidgruppen, die an ein Substrat gebunden sind.

2. Reaktionsprodukt gemäss Anspruch 1, worin das genannte Phenylendiamin und seine Derivate der nachstehenden Formel entsprechen: <EMI ID=4.0> worin R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkyl-, Aryl-, Alken-, und Arengruppen, verzweigt- oder geradkettig oder Kombinationen davon, enthaltend 30 Kohlenstoffatome oder weniger unter der Bedingung, dass, wenn zwei der R-Gruppen Arylgruppen sind, nicht mehr als zwei Arylgruppen vorhanden sein können.

3. Reaktionsprodukt gemäss Anspruch 1, worin das genannte erste Reaktionsprodukt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: <EMI ID=5.0> worin R1, R2, R3, und R4 unabhängig voneinander Alkyl-, Aren-, oder aromatische Gruppen sind.

4. Verfahren zum Schützen von auf Druckmedien aufgedruckten Farben, gegen Ozonolyse umfassend: (a) Vorlegen des genannten ersten Reaktionsprodukts gemäss Anspruch 1, und (b) Umsetzen des genannten ersten Reaktionsproduktes in Gegenwart eines wasserfreien Lösungsmittels mit Siliziumoxidgruppen auf dem genannten Druckmedium unter Bildung eines zweiten Reaktionsprodukts.

5. Verfahren gemäss Anspruch 4, wobei auf dem genannten Druckmedium Tinte gedruckt ist und die Tinte mindestens eine Farbe enthält.

6. Verfahren gemäss Anspruch 4 oder 5, worin die genannte Farbe ein Farbstoff oder ein Pigment ist.

7. Verfahren gemäss Anspruch 4 oder 5, worin das genannte Druckmedium Papier enthält, welches mindestens eine Beschichtung enthaltendes Siliziumoxid aufweist.