DE102008030175A1

DE102008030175A1 - Inkjet-Tinte

Info

Publication number: DE102008030175A1
Application number: DE200810030175
Authority: DE
Inventors: Nicole Howald
Original assignee: Pelikan Hardcopy Production AG
Current assignee: Pelikan Hardcopy Production AG
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-12-31
Also published as: WO2009156035A1; EP2291466A1

Abstract

Beschrieben wird eine Inkjet-Tinte, die etwa 5 bis 9 Gew.-% Farbstoff oder etwa 2 bis 5 Gew.-% Pigment als Farbmittel, etwa 23 bis 27 Gew.-% Feuchthaltemittel in Form von Glycerin und eines oder mehrerer Glykole, wobei Glycerin nicht mehr als 11 Gew.-% und nicht weniger als 3 Gew.-% ausmacht, etwa 0,1 bis 0,5 Gew.-% Tenside, etwa 0,25 bis 2 Gew.-% Netzmittel und Rest Wasser und gegebenenfalls weitere Additive enthält. Diese Inkjet-Tinte ist schnelltrocknend und zeigt beim Ausdruck keinen Versatz und weitgehend: keine Bildung von Satelliten. Sie zeigt eine hinlänglich lange Standzeit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Inkjet-Tinte, die sich dadurch auszeichnet, dass sie beim Inkjet-Druck schnell trocknet.
Industriedrucker, die Papiere schnell verarbeiten, benötigen eine schnell trocknende Inkjet-Tinte. Diese sollte auf bedrucktem Papier möglichst sofort eintrocknen und hierzu maximal wenige Sekunden benötigen. Darüber hinaus sollte die Inkjet-Tinte zudem gut lesbar sein, ohne Versatz homogen drucken und dabei möglichst nicht die Erscheinung der Bildung von ”Satelliten” zeigen. Satelliten sind die kleineren Tröpfchen, die zusammen mit dem Haupttropfen beim Inkjet-Druckvorgang ausgestoßen werden. Sie sind störend, da sie als kleine Punkte neben der eigendlich gedruckten Linie erscheinen. Es ist daher Ziel, diese in ihrer Zahl weitgehend zu reduzieren bzw. gänzlich auszuschließen. Es kann Versatz geben, wenn die Inkjet-Tinte, z. B. durch zu hohe Viskosität, zu träge auf den Ausstoßimpuls des Druckers reagiert. Dadurch landet der Tropfen nicht auf der dafür vorgesehenen Stelle auf dem zu bedruckenden Papier, sondern daneben. Hierdurch entsteht eine Zickzacklinie an Stelle der gewünschten geraden Linie. Schließlich darf eine derartige Inkjet-Tinte auch nach längerem Stehen bzw. Aufbewahren nicht eintrocknen. Beispiele für die angesprochenen Industriedrucker sind Beleg-, Adress- oder Etikettendrucker.
Zur Lösung der oben angesprochenen Probleme sind im Stand der Technik bereits Wege aufgezeigt. Handelsübliche Inkjet-Tinten lösen dieses Problem vermutlich durch eine sehr niedrige Oberflächenspannung von beispielsweise kleiner 25 mN/m und eine vergleichsweise hohe Viskosität von etwa 2,8 mPas. Standardinkjet-Tinten mit Pigmenten für handelsübliche Bürodrucker trocknen dagegen oft nicht hinlänglich schnell. Je nach Papier dauert das Trocknen bis zu 15 Sekunden, oder sie sind träge und werden mit Versatz gedruckt.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Inkjet-Tinte vorzuschlagen, die die oben bezeichneten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, demzufolge nach dem Drucken schnelltrocknend ist, wobei beim Drucken kein Versatz und möglichst keine Satelliten in Erscheinung treten. Auch soll eine hinlänglich lange Standzeit ohne Eintrocknen möglich werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Inkjet-Tinte gelöst, die enthält: als Farbmittel etwa 5 bis 9 Gew.-% Farbstoff oder 2 bis 5 Gew.-% Pigment, etwa 23 bis 27 Gew.% Feuchthaltemittel in Form von Glycerin und eines oder mehrerer Glykole, wobei Glycerin nicht mehr als 11 Gew.-% und nicht weniger als 3 Gew.-% ausmacht, etwa 0,1 bis 0.5 Gew.-% Tenside, etwa 0,25 bis 2 Gew.-% Netzmittel und Rest Wasser und gegebenenfalls weitere Additive.
Die Erfinder sind aufgrund folgender Erwägungen zu dieser vorteilhaften Inkjet-Tinte gelangt: Man könnte davon ausgehen, dass es prinzipiell kein Problem bereitet, eine schnelltrocknende Inkjet-Tinte herzustellen. Hierbei könnte man in Erwägung ziehen, die Oberflächenspannung möglichst tief einzustellen und zusätzlich Netzmittel einzubeziehen. Hierbei werden jedoch nicht alle Probleme behoben. Liegen zuviel Netzmittel oder Tenside in der Inkjet-Tinte vor, dann hat man beim Drucken bereits weniger Belege, einen ”Tintensee” an den Düsen und als Folge davon Düsenaussetzer. Diesbezüglich sei auf das Beispiel 2 der später dargestellten Tabelle verwiesen. Auch bei den Netzmitteln ist eine besondere Auswahl von Bedeutung. Bei der Zugabe von Isopropanol verstopft der Druckkopf bereits nach kurzer Standzeit, obwohl die Rezeptur eigentlich genug Feuchthaltemittel enthält (siehe hierzu Beispiel 1 der Tabelle). Auch die Menge des Feuchthaltemittels ist von großer Bedeutung. Liegt sie zu niedrig, gibt es schnell einen Tintensee unterhalb des Druckkopfes. Die Düsen am Druckkopf bleiben dabei frei (sh. hierzu Beispiele 3 und 4 der besagten Tabelle). Ist die Menge des Feuchthaltemittels zu hoch, dann ist der Barcode oder die Schrift nicht lesbar, da mit Versatz gedruckt wird. So entsteht an Stelle einer geraden Linie eine Zickzack-Linie. Dies wird durch die nachfolgenden Beispiele 5 und 6 der angegebenen Tabelle erkennbar. Die Beispiele 4, 9 und 5 zeigen die Reihe mit ähnlicher Rezeptur: zu wenig Feuchthaltemittel, d. h. schnelle Bildung eines Tintensees, richtige Menge an Feuchthaltemittel und zuviel Feuchthaltemittel mit Versatzdruck. Die Tinte haben eine Oberflächenspannung von etwa 32 bis 38 mN/m. Gleichermaßen ist die Rah menbedingung für die Viskosität von 2 bis 3 mPas, insbesondere etwa 2,4 bis 2,6 mPas, gemessen mit einem Brookfield-Rheometer, von Vorteil. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse der Erfinder, haben diese die Inkjet-Tinte gemäß Anspruch 1 entwickelt. Die Ansprüche 1 bis 8 stellen bevorzugte Ausgestaltungen der Inkjet-Tinte gemäß Anspruch 1 dar. Hierzu im Einzelnen:
Die Inkjet-Tinte gemäß der Erfindung enthält einen Farbstoff oder ein Pigment. Vorzugsweise handelt es sich um einen schwarzen Farbstoff oder ein schwarzes Pigment, wobei diese organische oder anorganische Schwarzpigmente sein können. Das schwarze Pigment liegt insbesondere in Form eines selbstdispergierenden Rußes vor, während der schwarze Farbstoff insbesondere Reactive Black darstellt. Bei den schwarzen selbstdispergierenden Pigmenten handelt es sich insbesondere um solche, die auf der Oberfläche durch eine spezielle Oberflächenbehandlung eine oder mehrere funktionelle Gruppen in Form einer Carbonyl-, Carboxy-, Hydroxyl- und/oder Sulphonylgruppe oder eines Salzes davon gebunden aufweisen. Derartige Schwarzpigmente werden beispielsweise in der EP 0 797 636 B1 angesprochen. Ein besonders bevorzugtes Beispiel eines derartigen selbstdispergierenden schwarzen Pigments wird von der Fa. Cabot, USA, unter der Handelsbezeichnung CabOJet 300N vertrieben. Ferner kann es sich um übliche Schwarzpigmente handeln, wie Pigment Black 7.
Wichtig sind für das jeweilige Farbmittel quantitative Rahmenbedingungen, die erfindungsgemäß einzuhalten sind. Dabei muss die Inkjet-Tinte im Falle eines Farbstoffs etwa 5 bis 9 Gew.-% Farbstoff und etwa 2 bis 5 Gew.-% Pigment enthalten. Bevorzugt wird es dabei, dass die Menge an Farbstoff etwa 6 bis 9 Gew.-%, und die an Pigment etwa 2 bis 4 Gew.-% beträgt.
Die Teilchengröße der erfindungsgemäß eingesetzten schwarzen Pigmente entspricht der handelsüblichen Teilchengröße. Sie liegt vorzugsweise bei etwa 0,1 μm, insbesondere unter etwa 0,2 μm. Der Bereich von etwa 0,01 bis 0,2 μm, insbesondere von 0,03 bis 0,15 μm gilt als besonders bevorzugt.
Bedeutsam für die praktische Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ist auch das Einbeziehen eines Feuchthaltemittels in dem relativ engen Mengenbereich von 23 bis 27 Gew.-%, wobei die Erfindung hier der zusätzlichen Beschränkung unterliegt, dass es sich um Glycerin und zusätzlich um ein Glykol oder mehrere Glykole handelt, wobei die Höchstmenge des Glycerins nicht mehr als 11 Gew.-% betragen darf, damit die Tinte nicht zu langsam trocknet. Die Mindestmenge sollte nicht unter 3 Gew.-% ausmachen, damit die Tinte an den Düsen nicht eintrocknet. Unter den Glykolen haben sich Diethylengylkol und/oder Ethylenglykol als besonders vorteilhaft erwiesen.
Für den mit der Erfindung angestrebten technischen Erfolg ist es auch wichtig, dass Tenside in einer Menge von 0,1 bis 0.5 Gew.-%, insbesondere von 0,1 bis 0,3 Gew.-% einbezogen werden. Hiermit soll die Oberflächenspannung optimal eingestellt werden. Besonders geeignet sind hierzu die im Handel unter der Bezeichnung ”Surfynol” bezeichneten Erzeugnisse. Besonders vorteilhaft ist dabei das im Handel erhältliche Surfynol 440 (polyethoxyliertes 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decyne-4,7-diol), Surfynol 104 (2,4,7,9-Tetramethyl-5-Decyne-4,7-diol) sowie das Surfynol 465, vertrieben von der Firma Air Products, das sogenannte Silwet-Copolymer L7607. Tenside, die den Handelsprodukten Surfynol und Silwet entsprechen bzw. nahe kommen, ergeben sich aus der EP 1 586 612 A1 in formelmäßiger Darstellung (a. a. O., [0014] und [0015]). Weiterhin besonders geeignete Tenside lassen sich fachmännisch unter den bekannten Tensiden ermitteln.
Die erfindungsgemäße Inkjet-Tinte muss jedoch noch, wie bereits angesprochen, etwa 0,25 bis 2 Gew.-% Netzmittel enthalten, wobei der Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 Gew.-% zur einer besonders vorteilhaften Lösung der gestellten Aufgabe führt. Im Rahmen der Erfindung hat sich hier Butyldiglykol als besonders geeignet erwiesen. In Frage kommen jedoch auch die Handelsprodukte Dowanol PnP (Siedepunkt 149°C; Problem Glykol-n-propylether) und Dowanol PnB (Siedepunkt 171°C; Propylenglykol-n-butylether). Die erfindungsgemäß in Betracht kommenden Netzmittel wirken derartig, dass sie die Penetration der Inkjet-Tinte in beispielsweise Papier steuern können. Diese Funktion erfüllt insbesondere das angesprochene Butyldiglykol, aber auch die Dowanole.
Zur Abgrenzung von einerseits Tensiden und andererseits Netzmitteln bei der Ausübung der Erfindung ist noch auf Folgendes hinzuweisen: Die Tenside senken die Oberflächenspannung der Tinte, die Netzmittel helfen, dass die Tinte schneller ins Papier eindringt.
Die Erfindung lässt es durchaus zu, weitere Additive einzubeziehen, die weitere vorteilhafte Ergebnisse bieten, jedoch die Lösung der gestellten Aufgabe nicht beeinträchtigen. Hierbei kann es sich beispielsweise um pH-Stellmittel zur Einstellung eines wünschenswerten pH-Wertes von etwa 7 handeln, wobei eine Menge von etwa 0,01 bis 1 Gew.-%, insbesondere von 0.05 bis 0.5 Gew.-%, als besonders bevorzugt gilt. Zu den besonders bevorzugten pH-Stellmitteln zählt Triethanolamin. Gleichermaßen geeignet ist Ethanolamin. In Einzelfällen kann es vorteilhaft sein, einen Komplexbildner in einer Menge von etwa 0,05 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere von etwa 0,05 bis 0,20 einzubeziehen. Hierbei kommt insbesondere das Natriumsalz von EDTA (Tetranatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure) in Frage. Regelmäßig ist es wichtig, insbesondere bei längerer Lagerung der erfindungsgemäßen Inkjet-Tinte, ein Biozid (Konservierungsmittel) in einer Menge von etwa 0,01 bis 0,5 Gew.-%, insbesondere von etwa 0,015 bis 0,3 Gew.-% einzubeziehen, um die Lagerstabilität zu verbessern. Als vorteilhafte Biozide können bezeichnet werden: eine wässrige Lösung von 1,2-Benzisothiazolin-3-on in Dipropylenglykol (Proxyl GXL) sowie eine Mischung aus 2-Octyl-2H-isothiazol-3-on und Benzylhemiformal (Preventol D2+) sowie eine Mischung aus Benzylalkoholmono(poly)-hemiformal und Benzylhemiformal.
Es hat sich im Rahmen der Erfindung erwiesen, dass es von Vorteil ist, bestimmte Polymere einzubeziehen, die einen homogenen Ausstoß des Inkjet-Tropfens beim Druckvorgang fördern bzw. die Bildung von Satelliten weitestgehend einschränken bzw. ausschließen. Derartige Polymere werden in einer Menge bis zu 2 Gew.-% einbezogen, was dazu führt, dass die Menge an Feuchthaltemittel in der Inkjet-Tinte über die kritischen Rahmenbedingungen der Lehre des Anspruchs 1 hinausgehen kann, nämlich zwischen etwa 20 und 30 Gew.-% liegen kann. Diesem Zweck dienen z. B. das Handelsprodukt Disperbyk 190 und 184, bei denen es sich um eine Lösung hochmolekularer Block-Copolymere mit pigmentaktiven Gruppen handelt. Dem Erzeugnis Disperbyk-184 sind zuzuordnen: eine Aminzahl in mg KoH/g von 15, eine Dichte bei 20°C in g/ml von 1,09 und 52% nichtflüchtige Anteile, wobei das Lösungsmittel Dipropylenglykolmonomethylether/Propylenglykol 2/1 ist. Für das Disperbyk 190 gilt, dass es als Lösemittel Wasser enthält und gekennzeichnet ist durch eine Säurezahl in mg KoH/g von 10, eine Dichte bei 20°C in g/ml von 1,06 und einen Anteil an nichtflüchtigen Substanzen von 40,0%. Darüber hinaus ist noch das Handelsprodukt ZetaSperse 1600^® geeignet. Es handelt sich um ein polymeres Dispergiermittel. Die aktiven Bestandteile machen 50% aus, die inaktiven bilden mit Was ser/Propylenglykol weitgehend den Rest. Es handelt sich um eine klare Flüssigkeit, die schwach rötlich ist. Die Viskosität bei 25°C beträgt 200 cps und der Anteil an VOC bemisst sich nach der internationalen Methode Directive 2004/42/CE mit weniger als 14% und nach der EPA-Methode 24 mit weniger als 24%. Es dient im Rahmen der Erfindung nicht im Wesentlichen der Dispergierung von Pigmenten, sondern der Verbesserung des Tintenausstosses (siehe Beispiel 10). Gleichermaßen sind für die Zwecke der Erfindung Polyvinylpyrrolidone niedriger Typen geeignet, zum Beispiel die Typen K12 oder K15. Die Bruttoformel lässt sich wiedergeben mit (C₆H₉NO)_n mit der weiteren Angabe CAS:9003-39-8. Die bezeichneten niedrigen Typen K12 bzw. K15 sind Homopolymere in der Serie der Polyvinylpyrrolidone. Es handelt sich um weiße bzw. gelbliche Pulver, die in Form einer wässrigen Lösung vertrieben werden. Der Einbezug dieser speziellen Polymere führt nicht nur dazu, dass die Menge an Feuchthaltemittel zwischen 20 und 30% ausgeweitet werden kann. Vielmehr verbessert die Einbeziehung eines derartigen Polymers den Tropfenausstoss
Im Übrigen liegt die Viskosität der erfindungsgemäßen Inkjet-Tinten mit Polymer vorzugsweise zwischen etwa 2,1 und 2,8 mPas (sh. hierzu Beispiel 10 der angesprochenen Tabelle), wobei der Bereich von 2,2 bis 2,7 mPas besonders bevorzugt ist. Als vorteilhafter Rahmen für die Oberflächenspannung mN/m kann angegeben werden 33 bis 37 mN/m.
Im Ergebnis stellt die Erfindung eine vorteilhafte schnelltrocknende Inkjet-Tinte dar, die nahezu sofort trocknet bzw. hierzu maximal wenige Sekunden benötigt. Sie führt zu einem gut lesbaren Druckbild, druckt ohne Versatz und vermeidet weitgehend das Phänomen der Bildung von ”Satelliten”. Ihre Standzeit ist sehr befriedigend.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand verschiedener Beispiele, dargestellt in Form von Rezepturen, näher dargestellt werden.
Beispiele

Nachfolgend werden verschiedene Rezepturen beschrieben, die einerseits als negative Beispiele bzw. Vergleichsbeispiele gelten und andererseits in Form der positiven Beispiele besondere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zeigen. Dabei wird nicht nur die chemische Zusammensetzung im Einzelnen bezeichnet. Vielmehr werden auch physikalische Daten und Bewertungen beim Druckvorgang angesprochen. Tabelle Negative Beispiele

	1	2	3	4	5	6
Dest Wasser	47.7	50.3	55.7	51.7	46.7	45.7
Proxel GXL¹⁾	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Glycerin²⁾	10	10	8	10	10	10
Diethylenglykol²⁾				4	4
Ethylenglykol²⁾	12	10	10	8	14	18
Surfynol 440³⁾	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
Surfynol 465³⁾		0.4
Isopropanol⁴⁾	5	4
Buthyldiglykol⁴⁾			1	1	1	1
Pigment (15%ig)⁵⁾	25	25	25	25	25	25
Oberflächenspannung mN/m	34.2	31.2	34.9	35	35.1	35.4
Viskosität mPas	2.6	2.42	2.00	2.3	2.69	2.67
Weitere Bewertungen	trocknet ein	Tinte auf DP	zu wenig Feuchthaltemittel		zu viel Feuchthaltemittel

Tabelle (Fortsetzung) Positive Beispiele

	7	8	9	10
Dest Wasser	48.7	47.7	49.7	45.2
Proxel GXL¹⁾	0.1	0.1	0.1	0.1
Glycerin²⁾	10	10	10	10
Diethylenglykol²⁾			4
Ethylenglykol²⁾	15	16	10	18
Surfynol 440³⁾	0.2	0.2	0.2	0.2
Buthyldiglykol⁴⁾	1	1	1	1
Polymer/Dispergiermittel				0.5
Pigment (15%ig)⁵⁾	25	25	25	25
	100	100	100	100
Oberflächenspannung mN/m	35.2	35.4	34.9	34
Viskosität mPas	2.43	2.5	2.4	2.7
Tintensee unter dem Druckkopf	etwas	sehr wenig	etwas	sehr wenig

Anmerkungen:

¹⁾ Proxel GXL: Biozid
²⁾ Feuchthaltemittel
³⁾ Tenside
⁴⁾ Netzmittel
⁵⁾ Schwarzpigment (15%ige wässrige Dispersion)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0797636 B1 [0006]
- EP 1586612 A1 [0010]

Claims

Inkjet-Tinte enthaltend als Farbmittel etwa 5 bis 9 Gew.-% Farbstoff oder etwa 2 bis 5 Gew.-% Pigment, etwa 23 bis 27 Gew.-% Feuchthaltemittel in Form von Glycerin und eines oder mehrerer Glykole, wobei Glycerin nicht mehr als 11 Gew.-% und nicht weniger als 3 Gew.-% ausmacht, etwa 0,1 bis 0.5 Gew.-% Tenside, etwa 0,25 bis 2 Gew.-% Netzmittel und Rest Wasser und gegebenenfalls weitere Additive.
Inkjet-Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie etwa 6 bis 9 Gew.-% Farbstoff oder 2 bis 4 Gew.-% Pigment enthält.
Inkjet-Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment ein schwarzes Pigment, insbesondere in Form selbstdispergierenden Rußes, oder ein schwarzer Farbstoff ist, insbesondere in Form von Reactive Black, ist.
Inkjet-Tinte nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glykol als Ethylenglykol, Diethylenglykol und/oder Triethylenglykol vorliegt.
Inkjet-Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie etwa 0,1 bis 0,3 Gew.-% Tenside enthält.
Inkjet-Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie etwa 0,5 bis 1,5 Gew.-% Netzmittel enthält.
Inkjet-Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie bis zu 2 Gew.-% eines Polymers enthält, das einen homogenen Ausstoß des Inkjet-Tropfens fördert, wodurch die Menge an Feuchthaltemittel in der Inkjet-Tinte zwischen etwa 20 und 30 Gew.-% liegen kann.
Inkjet-Tinte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein hochmolekulares Block-Copolymer mit pigmentaffinen Gruppen, ein polymeres Dispergiermittel und/oder Polyvinylpyrrolidon in Form eines niedrigen Typs darstellt.