DE102014216684A1

DE102014216684A1 - Phasenwechseldruckfarben, die wachslösliche nahinfrarotfarbstoffe enthalten

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Publication number: DE102014216684A1
Application number: DE102014216684.5A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey H. Banning; Jule W. Thomas jun.; Bo Wu; Stephan V. Drappel
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2015-02-26
Also published as: CN104419256B; KR20150024259A; US9738811B2; CA2860564C; JP2015044994A; CA2860564A1; US20150056420A1; KR102118221B1; CN104419256A

Abstract

Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen mit einer Phasenwechselträgerzusammensetzung, die ein Wachs und einen wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm enthält. Nahinfrarotdrucke, die mit solchen Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen hergestellt werden. Verfahren zum Erzeugen einer Schicht aus einer solchen Phasenwechseldruckfarbe auf der Oberfläche eines Substrats.

Description

Die hierin enthaltenen Ausgestaltungen betreffen im Allgemeinen Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen, die Wachse und wachslösliche Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoffe enthalten, NIR-Drucke, die mit solchen Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen hergestellt werden, und Verfahren zum Erzeugen einer Schicht aus einer solchen Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung auf der Oberfläche eines Substrats. Einige Ausgestaltungen betreffen Perimidin-Quadratsäure-basierte NIR-Farbstoffe für Schmelz-/Phasenwechsel-Druckfarbenformulierungen.
Infrarot-(IR)/Nahinfrarot-(NIR)-Sensoren und zugehörige IR/NIR-Absorptionsdruckfarben wurden zum Rückverfolgen und Authentifizieren einer Reihe verschiedener Objekte entwickelt. Genauer gesagt, können Etiketten, Strichcodes oder andere aus IR/NIR-Absorptionsdruckfarben gebildete identifizierbare Markierungen auf der Oberfläche von einer Reihe von Objekten gebildet werden. Nach dem Markieren können Objekte mit IR/NIR-Licht beleuchtet und von einem Infrarotsensor geprüft werden, um das Objekt zu authentifizieren oder zurückzuverfolgen.
Einige bekannte IR/NIR-Farbstoffe sind mit einer sichtbaren Farbe verknüpft, so dass die resultierenden farbstoffbasierten IR/NIR-Druckfarben und der bedruckte Gegenstand sichtbar gefärbt sind. Darüber hinaus können farbstoffbasierte IR/NIR-Druckfarben eine begrenzte Löslichkeit in einer Druckfarbenbasis und eine geringe Licht- und Umweltfestigkeit (z. B. Festigkeit gegenüber Luft, Wasser, Feuchtigkeit und Wärme) haben.
Pigmentierte IR/NIR-Absorptionsdruckfarben können beispielsweise Kohleschwarz als IR/NIR-Absorptionsmaterial enthalten, was eine dunkle und hoch sichtbare Druckfarbe ergibt. Folglich kann die Wirksamkeit von Rückverfolgung und Authentifizierung der IR/NIR-Absorptionsdruckfarbe beeinträchtigt werden.
Im Allgemeinen befinden sich Phasenwechseldruckfarben (zuweilen „Schmelzdruckfarben” genannt) bei Umgebungstemperatur in der festen Phase, liegen aber bei der erhöhten Betriebstemperatur eines Tintenstrahldruckers in einer flüssigen Phase vor. Bei der Strahlbetriebstemperatur werden Tröpfchen aus geschmolzener flüssiger Druckfarbe aus dem Drucker ausgestoßen, und wenn die Druckfarbentröpfchen mit der Oberfläche des Druckmediums in Kontakt kommen, verfestigen sie sich schnell und bilden ein vorbestimmtes Muster aus verfestigten Druckfarbentropfen. Phasenwechseldruckfarben für den Farbdruck beinhalten im Allgemeinen eine Phasenwechseldruckfarbenträgerzusammensetzung, die mit einem Färbemittel oder Farbstoff kombiniert ist, das/der mit der Phasenwechseldruckfarbe kompatibel ist.
Phasenwechseldruckfarben enthalten oft Wachse wie Polyethylenwachs. Phasenwechseldruckfarben sind für Tintenstrahldrucker erwünscht, da sie bei Raumtemperatur während des Transports, der Langzeitlagerung und dergleichen in festphasig bleiben. Außerdem werden die bei anderen Arten von Tintenstrahldruckfarben auftretenden Probleme in Verbindung mit Düsenverstopfung aufgrund einer Druckfarbenverdampfung größtenteils ausgeschlossen, so dass die Zuverlässigkeit des Druckvorgangs erhöht wird. Ferner können sich die Tröpfchen bei Phasenwechseltintenstrahldruckern, bei denen die Druckfarbentröpfchen direkt auf das Druckmedium aufgebracht werden, sofort nach dem Kontakt mit dem Substrat verfestigen.
Somit wird das Wandern von Druckfarbe entlang dem Druckmedium verhindert und die Punktqualität kann verbessert werden.
Phasenwechseldruckfarben, die NIR-Druckfarben enthalten, wären für die Datenkodierung und Markierung von Nutzen. Phasenwechseldruckfarbenformulierungen benötigen wärmebeständige und wachslösliche Farbstoffe (in diesem Fall NIR) zur Verwendung in Festdruckfarbendruckern, die mit Druckkopftemperaturen von 110°C–135°C und darüber arbeiten.
Bestimmte Ausgestaltungen betreffen Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen mit einer Phasenwechselträgerzusammensetzung und einem wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff. Die Phasenwechselträgerzusammensetzung enthält ein Wachs. Der wachslösliche NIR-Farbstoff hat ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm.
Der wachslösliche NIR-Farbstoff kann durch die Formel (I), (II), (III) oder (IV), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert sein. Die Formeln (I), (II), (III) und (IV) sind wie folgt:
R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ sind jeweils unabhängig ein eine cyclische Gruppe enthaltender Rest, der wenigstens eines der Folgenden enthält: (a) eine substituierte oder unsubstituierte heterocyclische Gruppe, die N, S und/oder O beinhaltet; (b) eine substituierte oder unsubstituierte Cycloalkylgruppe; (c) eine substituierte oder unsubstituierte Arylgruppe; und (d) eine substituierte oder unsubstituierte Aralkylgruppe.
R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ haben jeweils zwischen etwa 10 und etwa 150 Kohlenstoffatome. R⁵ und R⁶ sind jeweils unabhängig H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. X ist

n ist 1 bis 5.
Einige Ausgestaltungen betreffen Nahinfrarotdrucke mit einem Substrat und einer Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung auf einer Oberfläche des Substrats. Die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung hat eine Phasenwechselträgerzusammensetzung und einen wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängen von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm. Die Phasenwechselträgerzusammensetzung enthält ein Wachs. Der wachslösliche NIR-Farbstoff kann durch die Formel (I), (II), (III) oder (IV), ein Tautomer davon oder ein Salz davon wie hierin beschrieben repräsentiert sein.
Bestimmte Ausgestaltungen betreffen Verfahren zum Erzeugen einer Schicht aus einer Phasenwechseldruckfarbe auf der Oberfläche eines Substrats. Die Verfahren beinhalten das Verwenden einer Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung in der festen Phase in einer Druckvorrichtung. Die Wechselphasendruckfarbenzusammensetzung enthält ein Gemisch aus (a) einer Phasenwechselträgerzusammensetzung und (b) einem wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm. Die Phasenwechselträgerzusammensetzung enthält (i) ein Urethanharz, das das Reaktionsprodukt von wenigstens einem ersten Alkohol und einem ersten Isocyanat ist; und/oder (ii) ein Urethan-/Harnstoffharz, das das Reaktionsprodukt von wenigstens einem zweiten Alkohol, einem zweiten Isocyanat und wenigstens einem Monoamin ist; und (iii) wenigstens ein Monoamid; und (iv) wenigstens ein Polyethylenwachs. Die Verfahren beinhalten das Aufbringen der Phasenwechselzusammensetzung in einem gewünschten Muster auf eine Zwischentransferoberfläche und das Übertragen des gewünschten Musters der Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats. Der wachslösliche NIR-Farbstoff kann durch die Formel (I), (II), (III) oder (IV), ein Tautomer davon oder ein Salz davon wie hierin beschrieben repräsentiert sein.
1 zeigt die Absorbanz eines Quadratsäure-Nahinfrarot-Absorptionsfarbstoffs von Ausgestaltungen bei verschiedenen Wellenlängen.
2 zeigt die Absorbanz eines Quadratsäure-/Distearylperimidin-Nahinfrarot-Absorptionsfarbstoffs von Ausgestaltungen bei verschiedenen Wellenlängen.
3 zeigt die Absorbanz eines Quadratsäure/Hydroxymethylperimidin-Nahinfrarot-Absorptionsfarbstoffs von Ausgestaltungen bei verschiedenen Wellenlängen.
Bestimmte Ausgestaltungen betreffen Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen, die Folgendes beinhalten: (a) eine Phasenwechselträgerzusammensetzung, die ein Wachs enthält, und (b) einen wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm. In einigen Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff eine Absorptionsmaximumwellenlänge zwischen etwa 700 nm und etwa 900 nm; etwa 700 und etwa 850 nm; oder etwa 750 nm und etwa 900 nm haben.
In einigen Ausgestaltungen können die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen zwischen etwa 0,01 Gew.-% und etwa 20 Gew.-%; etwa 1,0 Gew.-% und etwa 10 Gew.-%; oder etwa 2,0 Gew.-% und etwa 5 Gew.-% des wachslöslichen NIR-Farbstoffs relativ zum Gesamtgewicht der Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung beinhalten. In einigen Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff im sichtbaren Spektrum „unsichtbar” sein (d. h. der wachslösliche NIR-Farbstoff absorbiert kein sichtbares Licht mit einer Wellenlänge zwischen etwa 400 nm und etwa 700 nm). In bestimmten Ausgestaltungen kann die UV-Absorption des wachslöslichen NIR-Farbstoffs in das sichtbare Spektrum (d. h. bei etwa 400 nm) reichen und die NIR-Absorption kann in das sichtbare Spektrum reichen. In einigen Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff eine Absorptionsmaximum-Wellenlänge zwischen etwa 700 nm und etwa 1400 nm; etwa 700 nm und etwa 900 nm; etwa 700 und etwa 850 nm; oder etwa 750 nm und etwa 900 nm haben.
In einigen Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (I), (II), (III) oder (IV), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert sein, wobei die Formeln (I), (II), (III) und (IV) wie folgt sind:
R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ sind jeweils unabhängig ein eine cyclische Gruppe enthaltender Rest, der wenigstens eine cyclische Gruppe beinhaltet, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) einer substituierten oder unsubstituierten heterocyclischen Gruppe, die N, S und/oder O beinhaltet; (b) einer substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylgruppe; (c) einer substituierten oder unsubstituierten Arylgruppe; und (d) einer substituierten oder unsubstituierten Aralkylgruppe; und R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ können jeweils zwischen etwa 10 und etwa 150 Kohlenstoffatome, zwischen etwa 20 und etwa 120 Kohlenstoffatome oder zwischen etwa 30 und etwa 100 Kohlenstoffatome beinhalten. Die eine cyclische Gruppe enthaltenden Reste können Reste sein, die eine monocyclische Gruppe enthalten, oder Reste, die eine polycyclische Gruppe enthalten. In einigen Ausgestaltungen können R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ jeweils eine substituierte oder unsubstituierte Perimidingruppe beinhalten. In einigen Ausgestaltungen können R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ wenigstens eine lineare Alkylgruppe mit 5 bis 50 Kohlenstoffatomen, 5 bis 30 Kohlenstoffatomen oder 5 bis 20 Kohlenstoffatomen zusätzlich zur cyclischen Gruppe des eine cyclische Gruppe enthaltenden Rests beinhalten. In bestimmten Ausgestaltungen kann die lineare Alkylgruppe ein Substituent einer cyclischen Gruppe des eine cyclische Gruppe enthaltenden Rests sein.
In einigen Ausgestaltungen kann X in der Formel (IV) Folgendes sein:
wobei n 1 bis 5 ist. In einigen Ausgestaltungen ist n 2.
Man wird ohne weiteres verstehen, dass die Farbstoffe der Formeln (I), (II), (III) und (IV) (und der nachfolgend erörterten Formeln (V), (VI), (VII), (VIII) und (IX)) durch eine Reihe verschiedener Resonanzstrukturen repräsentiert sein können, die die vielen verschiedenen Möglichkeiten reflektieren, in denen das delokalisierte π-Elektronensystem visualisiert und dargestellt werden kann. In der Formel (I) und anderswo in der vorliegenden Spezifikation repräsentiert der Anteil
beispielsweise das von Cyclobutadien abgeleitete aromatische Dikation. Diese spezielle Darstellung wird der Einfachheit halber gewählt und ermöglicht es, sowohl die Endgruppen als auch den zentralen Teil des Farbstoffmoleküls in völlig aromatisierter Form zu zeigen.
Es ist jedoch zu betonen, dass Formeln so zu interpretieren sind, dass sie alle möglichen Resonanzformen beinhalten. Folglich beinhaltet die Formel (I) z. B. die Resonanzform:
Hierin sind die verschiedenen Resonanzformen für die wachslöslichen NIR-Farbstoffe unabhängig von dem in den Formeln (I), (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) und (IX) dargestellten π-Elektronensystem eingeschlossen.
In einigen Ausgestaltungen können R¹ und R² jeweils unabhängig ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus
In einigen Ausgestaltungen können R³ und R⁴ jeweils unabhängig aus der Gruppe bestehend aus
In einigen Ausgestaltungen können R⁷ und R⁸ jeweils unabhängig aus der Gruppe bestehend aus
In bestimmten Ausgestaltungen können R¹ und R² unabhängig einen substituierten oder unsubstituierten Quadratsäureanteil zusätzlich zur cyclischen Gruppe beinhalten, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) einer substituierten oder unsubstituierten heterocyclischen Gruppe, die N, S und/oder O beinhaltet; (b) einer substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylgruppe; (c) einer substituierten oder unsubstituierten Arylgruppe; und (d) einer substituierten oder unsubstituierten Aralkylgruppe.
In einigen Ausgestaltungen können R⁹ und R¹⁰ jeweils unabhängig ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus
R⁵ und R⁶ können jeweils unabhängig aus H und Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ausgewählt sein. In einigen Ausgestaltungen können R⁵ und R⁶ unabhängig aus H und Methyl- oder Ethylgruppen ausgewählt sein.
Beispiele für wachslösliche NIR-Farbstoffe (Beispiele 7–74), die in einigen Ausgestaltungen verwendet werden können, sind in den folgenden Tabellen 1 und 2 enthalten.
In bestimmten Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff ein Squaryliumfarbstoff sein, der durch die Formel (I) repräsentiert ist, und R¹ und R² können unabhängig aus substituierten und unsubstituierten Perimidingruppen ausgewählt sein. In einigen Ausgestaltungen können die Perimidingruppen dimethylsubstituiert sein. Eine Verknüpfung des Quadratsäureanteils mit jeweils R¹ und R² kann entweder in der ortho- oder para-Position der Perimidingruppe vorliegen.
In einigen Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (V), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert sein, wobei die Formel (V) wie folgt ist:
R¹¹, R¹², R¹³ und R¹⁴ können jeweils unabhängig ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus
einer Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen,
einer Alkoxygruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen,
einer Cycloalkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen,
einer Arylgruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen,
einer Aralkylgruppe mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen,
R¹⁹ und R²⁰ können unabhängig aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen und einer Cycloalkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen ausgewählt sein. R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ und R¹⁸ können unabhängig aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, einer Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Cycloalkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen ausgewählt sein.
In bestimmten Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (VI), (VII), (VIII) oder (IX), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert sein, wobei die Formeln (VI), (VII), (VIII) und (IX) wie folgt sind:
und
Die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen von einigen Ausgestaltungen beinhalten eine Phasenwechselzusammensetzung, die ein Wachs beinhaltet. In einigen Ausgestaltungen kann das Wachs ein Polyethylenwachs mit einem Molekülgewicht zwischen etwa 200 Da und etwa 5000 Da, zwischen etwa 500 Da und etwa 2000 Da; oder zwischen etwa 600 Da und etwa 1000 Da sein.
In einigen Ausgestaltungen kann das Wachs Polywax^TM 655 Polyethylen der Formel CH₃(CH₂)₅₀CH₃ sein, das von Baker Petrolite, Tulsa, OK bezogen wird. In einigen Ausgestaltungen kann das Wachs ein Tetraamidwachs/-harz sein, das aus der Reaktion von einem Äquivalent einer C-36 Dimersäure, zwei Äquivalenten Ethylendiamin und zwei Äquivalenten UNICID^® 700 erhalten wird. In einigen Ausgestaltungen kann das Wachs ein Triamidwachs sein, das aus der Reaktion von einem Äquivalent eines Triamins (d. h. Jeffamine T-403) und drei Äquivalenten UNICID^® 550 erhalten wird.
In einigen Ausgestaltungen können die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen zwischen etwa 0,1 Gew.-% und etwa 80 Gew.-%; etwa 10 Gew.-% und etwa 60 Gew.-%; oder etwa 30 Gew.-% und etwa 50 Gew.-% des Wachses relativ zum Gesamtgewicht der Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung beinhalten.
Die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen beinhalten eine Phasenwechselträgerzusammensetzung. Phasenwechselträgerzusammensetzungen sind in der Technik bekannt, und bekannte Phasenwechselträgerzusammensetzungen können in bestimmten Ausgestaltungen verwendet werden. In einigen Ausgestaltungen kann die Phasenwechselträgerzusammensetzung wie oben beschrieben unsichtbar sein. In einigen Ausgestaltungen kann die Phasenwechselträgerzusammensetzung Folgendes beinhalten:

(a) ein Urethanharz, das das Reaktionsprodukt der Reaktion von wenigstens einem ersten Alkohol und einem ersten Isocyanat ist, wobei der Alkohol aus der Gruppe bestehend aus Hydroabietylalkohol, Octyphenolethoxylat und Octadecylalkohol ausgewählt ist; und/oder
(b) ein gemischtes Urethan-/Harnstoffharz, das das Reaktionsprodukt von wenigstens einem zweiten Alkohol, einem zweiten Isocyanat und wenigstens einem Monoamin ist; und
(c) wenigstens ein Monoamid; und (d) wenigstens ein Polyethylenwachs. In bestimmten Ausgestaltungen kann der zweite Alkohol aus der Gruppe bestehend aus Hydroabietylalkohol, Octylphenolethoxylat und Octadecylalkohol ausgewählt sein. In einigen Ausgestaltungen kann das zweite Isocyanat aus der Gruppe bestehend aus einem Monoisocyanat, einem Diisocyanat, einem Triisocyanat, einem Copolymer eines Diisocyanats und einem Copolymer eines Triisocyanats ausgewählt sein. Das zweite Isocyanat kann in bestimmten Ausgestaltungen Isophorondiisocyanat sein. Das Monoamin kann aus der Gruppe bestehend aus einem aliphatischen Monoamin, einem aromatischen Monoamin, einem aliphatischen/aromatischen Monoamin, einem fusionierten Ringsystem-Monoamin und einer hydroxyl-/aminohaltigen Verbindung ausgewählt sein. Das Monoamin kann in einigen Ausgestaltungen Octadecylamin sein. In bestimmten Ausgestaltungen kann das Monoamid Stearylstearamid sein (wie KEMAMIDE^® S-180 (N-Octadecylstearamid), bezogen von Crompton Corp., Greenwich, CT). Die Phasenwechselträgerzusammensetzung kann z. B. der im U.S. Patent Nr. 5,782,966 , beschriebenen entsprechen.

Zusammensetzungen, die zur Verwendung als Phasenwechseldruckfarbenträgerzusammensetzungen geeignet sind, sind bekannt. Zu geeigneten Trägermaterialien können Paraffine, mikrokristalline Wachse, Polyethylenwachse, Esterwachse, Fettsäuren und andere wachsartige Materialien, fettsäureamidhaltige Materialien, Sulfonamidmaterialien, harzige Materialien von verschiedenen natürlichen Quellen (z. B. Tallölharze und Harzester) und viele synthetische Harze, Oligomere, Polymere und Copolymere gehören.
Einige Ausgestaltungen betreffen Nahinfrarot-(NIR)-Drucke, die ein Substrat und eine auf einer Oberfläche des Substrats aufgebrachte Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung beinhalten. Die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung beinhaltet eine Phasenwechselträgerzusammensetzung, die ein Wachs und einen wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff wie oben beschrieben beinhaltet. Der wachslösliche NIR-Farbstoff kann ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm haben. In einigen Ausgestaltungen kann der wachslösliche NIR-Farbstoff eine Absorptionsmaximumwellenlänge zwischen etwa 700 nm und etwa 900 nm; etwa 700 und etwa 850 nm oder etwa 750 nm und etwa 900 nm haben.
In einigen Ausgestaltungen können NIR-Drucke mit einem Verfahren hergestellt werden, das Folgendes beinhaltet:

(1) Bereitstellen eines Gemischs aus (a) der Phasenwechselträgerzusammensetzung; und (b) dem wachslöslichen NIR-Farbstoff;
(2) Übertragen der Festphasen-Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung zu einem Phasenwechseldruckfarbenapplikator;
(3) Erhöhen der Betriebstemperatur des Applikators auf ein Niveau, auf dem eine Flüssigphasen-Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung gebildet wird;
(4) Bereitstellen des Substrats in der Nähe des Applikators;
(5) Aufbringen eines vorbestimmten Musters der Flüssigphasen-Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats; und
(6) Senken der Temperatur der aufgebrachten Druckfarbenzusammensetzung, um ein Festphasen-Phasenwechseldruckfarbenmuster auf dem Substrat zu bilden.

Die Beschaffenheit des Substrats ist nicht entscheidend und schließt z. B. Papier, Kunststoff, Glas, Metallplatten usw. ein. Der Applikator kann ein Tintenstrahldruckkopf sein. Der wachslösliche NIR-Farbstoff kann durch die Formel (I), (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) oder (IX), ein Tautomer davon oder ein Salz davon wie hierein beschrieben repräsentiert sein.
Bestimmte Ausgestaltungen betreffen Verfahren zum Erzeugen einer Schicht aus einer Phasenwechseldruckfarbe auf der Oberfläche eines Substrats, die Folgendes beinhalten:

(1) Verwenden einer Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung in der festen Phase in einer Druckvorrichtung, die ein Gemisch aus (a) einer Phasenwechselträgerzusammensetzung und (b) einem wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm beinhaltet; wobei die Phasenwechselträgerzusammensetzung Folgendes beinhaltet: (i) ein Urethanharz, das das Reaktionsprodukt von wenigstens einem ersten Alkohol und einem ersten Isocyanat ist; und/oder (ii) ein Urethan-/Harnstoffharz, das das Reaktionsprodukt von wenigstens einem zweiten Alkohol, einem zweiten Isocyanat und wenigstens einem Monoamin ist; und (iii) wenigstens ein Monoamid; und (iv) wenigstens ein Polyethylenwachs;
(2) optional, Aufbringen der Phasenwechselzusammensetzung in einem gewünschten Muster auf eine Zwischentransferfläche;
(3) Übertragen des gewünschten Musters der Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung auf die Oberfläche des Substrats. Die Beschaffenheit des Substrats ist nicht entscheidend und schließt beispielsweise Papier, Kunststoff, Glas, Metallplatten usw. ein. Der wachslösliche NIR-Farbstoff kann durch die Formel (I), (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) oder (IX), ein Tautomer davon oder ein Salz davon wie hierin beschrieben repräsentiert sein.

In einigen Ausgestaltungen können die Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen auf die Oberfläche eines Substrats mit einem Festdruckfarbenstrahl-(SIJ)-Drucker (wie z. B. die „Phaser”-Serie von Xerox) aufgebracht werden und arbeiten unter Verwendung eines erhitzten piezoelektrischen Druckkopfes.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzungen von einigen Ausgestaltungen können in Sicherheitsanwendungen (Druckfarbenidentifizierung, Strichcodes usw.) sowie IR-Nivellierungsanwendungen verwendet werden – wobei IR-Strahlung auf einen Druckfarbentropfen aufgebracht werden kann, damit dieser fließt/sich ausbreitet.
Verfahren zum Synthetisieren bestimmter NIR-Farbstoffe sind in der Technik bekannt und können in den Ausgestaltungen angewendet werden. Beispiele für Verfahren zum Synthetisieren wachslöslicher NIR-Farbstoffe einiger Ausgestaltungen werden nachfolgend offenbart. Einstufenverfahren
Zweistufenverfahren – Umwandlung von Hydroxyl in Urethan
Zweistufenverfahren – Umwandlung von Hydroxyl in Ester
Durch die Verwendung von Stearon (anstatt Aceton (als Quelle für die Dimethylsubstitution)) in Reaktionen zum Produzieren eines wachslöslichen NIR-Farbstoffs können NIR-Absorptionsfarbstoffe auf der Basis von Perimidin und Quadratsäure für die Verwendung in einigen Ausgestaltungen wachslöslich gemacht werden.
Anhand der folgenden Beispiele werden Ausgestaltungen hierin weiter definiert und beschrieben. Sofern nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozentzahlen nach Gewicht zu verstehen. Beispiel 1 – Herstellung eines Quadratsäure-Nahinfrarot-Absorptionsfarbstoffs
Ein 100-ml-Rundkolben, der mit einem Teflon^®-beschichteten Rührmagnet und einem Kondensator ausgestattet war, wurde mit 1 g Quadratsäure (M_w = 114 g/Mol) und 45 g Butanol befüllt. Der Rundkolben wurde in ein Ölbad (80°C) gegeben. Nachdem die Quadratsäure aufgelöst war, wurden etwa 4,0 g 2,2-Dimethyl-2,3-dihydroperimidin (M_w = 198) in den Rundkolben gegeben. Der Reaktionsfortschritt wurde mit einem UV-VIS-(ultraviolett-sichtbar)-Spektrophotometer überwacht. Die Peakfläche bei etwa 815 nm wuchs und ein Peak bei 354 nm nahm flächenmäßig mit fortschreitender Reaktion ab. Nach 3 Stunden erreichte das Absorbanzverhältnis zwischen 815 nm und 353 nm einen Höchstwert von 2,63 (1). Das Reaktionsgemisch wurde nach 4,5 Stunden in Eis gekühlt. Die Feststoffe wurden filtriert und mit Methanol gespült. Die Struktur des Reaktionsprodukts war
Beispiel 2 – Herstellung eines Quadratsäure/Distearylperimidin-NIR-Absorptionsfarbstoffs
In einen 100-ml-Rundkolben, der mit einem Teflon^®-beschichteten Rührmagnet und einem Kondensator ausgestattet war, wurden 2,0 g Quadratsäure (M_w = 114), 50 g Toluol und 50 g Butanol gegeben. Der Rundkolben wurde in ein Ölbad (80°C bis 90°C) gegeben.
Nachdem die Quadratsäure aufgelöst war, wurden 22,3 g Perimidinverbindung (M_w = 646) in den Rundkolben gegeben. Der Reaktionsfortschritt wurde durch UV-VIS-Spektroskopie überwacht. Die Peakfläche bei etwa 811 nm wuchs und ein Peak bei 355 nm nahm flächenmäßig mit fortschreitender Reaktion ab (2). Nach 3,5 Stunden erreichte das Absorbanzverhältnis zwischen 811 nm und 355 nm einen Höchstwert von 11,62. Das Reaktionsgemisch wurde nach einer Reaktionszeit von 5 Stunden in etwa 400 ml Methanol gequencht. Klebrige Feststoffe wurden präzipitiert, filtriert und mit zusätzlichem Methanol dreimal gespült. Die klebrigen Feststoffe wurden in THF (Tetrahydrofuran) aufgelöst und anschließend getrocknet. Die Ausbeute des Produkts lag bei etwa 78% E = 70211 mlA/g bei 811 nm in Toluol. Die Struktur des Reaktionsprodukts war
Beispiel 3 – Herstellung eines Quadratsäure/Hydroxymethylperimidin-NIR-Absorptionsfarbstoffs
In einen 100-ml-Rundkolben, der mit einem Teflon^®-beschichteten Rührmagnet und einem Kondensator ausgestattet war, wurden 1 g Quadratsäure (M_w = 114) und 45 g Butanol gegeben. Der Rundkolben wurde in ein Ölbad (80°C) gegeben. Nachdem die Quadratsäure aufgelöst war, wurden 4,0 g 1H-Perimidin-2,3-dihydro-2-methyl-2-ethanol (M_w = 228) in den Rundkolben gegeben. Der Reaktionsfortschritt wurde mit einem UV-VIS-Spektrophotometer überwacht. Die Peakfläche bei etwa 812 nm wuchs und ein Peak bei 354 nm nahm flächenmäßig mit fortschreitender Reaktion ab. Die Reaktion wurde gestoppt, wenn der 812-nm-Peak das Maximum erreichte (3).
Beispiel 4 – Herstellung einer farblosen Phasenwechselträgerzusammensetzung
Eine Druckfarbenbasis-/Phasenwechselträgerzusammensetzung wurde durch Schmelzen, Mischen und Filtrieren der folgenden Bestandteile hergestellt:

(a) Polyethylenwachs (Polywax^TM 655 Polyethylen der Formel CH₃(CH₂)₅₀CH₃, bezogen von Baker Petrolite, Tulsa, OK), 43,59 Gewichtsteile;
(b) Stearylstearamidwachs (KEMAMIDE^® S-180 (N-Octadecylstearamid), bezogen von Crompton Corporation, Greenwich, CT), 19,08 Gewichtsteile;
(c) Tetraamidharz, das aus der Reaktion von einem Äquivalent einer C-36 Dimersäure (bezogen von Uniqema, New Castle, DE) mit zwei Äquivalenten Ethylendiamin und 2 Äquivalenten UNICID^® 700 (langkettige, lineare primäre Carbonsäure; Schmelzpunkt 110°C, Penetration von 3 dmm bei 25°C; Viskosität von 12 cps bei 149°C; Säurezahl 63 mg KOH/g Probe) (bezogen von Baker Petrolite, Tulsa, OK, ein langkettiger Kohlenwasserstoff mit einer endständigen Carbonsäuregruppe) erhalten wurde, 18,94 Gewichtsteile;
(d) Urethanharz, das aus der Reaktion von zwei Äquivalenten ABITOL^® E Hydroabietylalkohol (bezogen von Hercules Inc., Wilmington, DE) und einem Äquivalent Isophorondiisocyanat erhalten wurde, 11,71 Gewichtsteile;
(e) Urethanharz, ein Addukt von drei Äquivalenten von Stearylisocyanat und einem glycerolbasierten Alkohol, 6,48 Gewichtsteile; und
(f) NAUGUARD^® 445 Antioxidationsmittel (4,4'-Di(alpha, alphadimethylbenzyl)diphenylamin) (erhältlich von Uniroyal Chemical Co., Middlebury, CT), 0,20 Gewichtsteile.

Anschließend wurden 600 Gramm der oben genannten Druckfarbenträgerkomponenten in den oben genannten Anteilen in einen 1-Liter-Becher gegeben und in einem Ofen bei 135°C bis zur Schmelze erhitzt. Anschließend wurde der Becher in einen auf 135°C eingestellten Heizmantel gegeben und der Inhalt des Bechers wurde 45 Minuten lang gerührt. Die resultierende Druckfarbe wurde dann durch eine Kombination aus Whatman^® #3- und 0,2 Mikron NAE(Nylon)-Filtern filtriert und in eine Mott-Filterbaugruppe gegeben.
Die Filtration wurde durch Zugabe von 1 Gewichtsprozent FILTER-AID (Hyflo Super-Cel Diatomeenerde), bezogen von Fluka Chemika, Schweiz, unterstützt und schritt bei einer Temperatur von 135°C voran, bis sie nach 6 Stunden beendet war. Die Druckfarbenbasis wurde in Formen gegossen, die dann etwa 31 Gramm der farblosen Druckfarbenbasis enthielten, und abkühlen gelassen.
Beispiel 5 – Herstellung einer NIR-Phasenwechseldruckfarbe
Etwa 30 Gramm einer farblosen Phasenwechselträgerzusammensetzung aus Beispiel 4 wurden in einen 100-ml-Becher mit einem Magnetrührstab gegeben und anschließend in ein Ölbad (135°C) bis zur Schmelze gegeben. Etwa 0,5 Gramm Quadratsäure-/Distearylperimidin-NIR-Absorptionsfarbstoff aus Beispiel 2 wurden dann zugegeben und etwa 3 Stunden lang gerührt. Die im Wesentlichen farblose Druckfarbe wurde dann in eine Aluminiumform gegossen.
Beispiel 6 – Drucken von Druckfarbenproben, die NIR-Absorptionsfarbstoff enthalten
Mit einem RK Print-Coat Instruments Ltd. K-Proofer wurden Druckproben der Druckfarben aus Beispiel 5 auf Xerox 4200-Papier erzeugt. Diese Prüfdrucke weisen drei verschiedene Stärken der Druckfarbenabdeckung auf dem Papier auf.
Die Beispiele 7–74 in den folgenden Tabellen 1 und 2 schließen wachslösliche NIR-Farbstoffe ein, die in bestimmten Ausgestaltungen verwendet werden können. Tabelle 1

Tabelle 2
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5782966 [0040]

Claims

Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung, die Folgendes beinhaltet: eine Phasenwechselträgerzusammensetzung, die ein Wachs beinhaltet; und einen wachslöslichen Nahinfrarot-(NIR)-Farbstoff mit einem Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm, wobei der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (I), (II), (III) oder (IV), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert ist, wobei die Formeln (I), (II), (III), und (IV) wie folgt sind:
wobei R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁹ jeweils unabhängig ein eine cyclische Gruppe enthaltender Rest sind, der wenigstens eine cyclische Gruppe beinhaltet, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) einer substituierten oder unsubstituierten heterocyclischen Gruppe, die N, S und/oder 0 beinhaltet; (b) einer substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylgruppe; (c) einer substituierten oder unsubstituierten Arylgruppe; und (d) einer substituierten oder unsubstituierten Aralkylgruppe; wobei R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁹ jeweils zwischen etwa 10 und etwa 150 Kohlenstoffatome beinhalten; wobei R⁵ und R⁶ jeweils unabhängig aus H und Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind; und wobei X Folgendes ist:
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der wachslösliche NIR-Farbstoff ein Squaryliumfarbstoff ist, der durch die Formel (I) repräsentiert ist, und R¹ und R² unabhängig aus substituierten und unsubstituierten Perimidingruppen ausgewählt sind.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 2, wobei R¹, R², R³, R⁴, R⁷, R⁸, R⁹ und R¹⁰ wenigstens eine lineare Alkylgruppe mit 5 bis 50 Kohlenstoffatomen beinhalten.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (V), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert ist, wobei die Formel (V) wie folgt ist:
wobei R¹¹, R¹², R¹³ und R¹⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Alkoxygruppe mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Cycloalkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Arylgruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen, einer Aralkylgruppe mit 7 bis 15 Kohlenstoffatomen,
wobei R¹⁹ und R²⁰ unabhängig aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 50 Kohlenstoffatomen und einer Cycloalkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind; und wobei R¹⁵, R¹⁶, R¹⁷ und R¹⁸ unabhängig aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, einer Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Cycloalkylgruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen und einer Arylgruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der wachslösliche NIR-Farbstoff ein Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich von etwa 700 nm bis etwa 900 nm hat.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (VI), (VII), (VIII) oder (IX), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert ist, wobei die Formeln (VI), (VII), (VIII) und (IX) wie folgt sind:
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der wachslösliche NIR-Farbstoff durch die Formel (VI), ein Tautomer davon oder ein Salz davon repräsentiert ist, wobei die Formel (VI) wie folgt ist:
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Wachs ein Polyethylenwachs mit einem Molekülgewicht zwischen etwa 200 Da und etwa 5000 Da ist.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, die etwa 0,1 Gew.-% und etwa 80 Gew.-% des Wachses relativ zum Gesamtgewicht der Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung beinhaltet.
Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 1, die zwischen etwa 0,01 Gew.-% und etwa 20 Gew.-% des wachslöslichen NIR-Farbstoffs relativ zum Gesamtgewicht der Phasenwechseldruckfarbenzusammensetzung beinhaltet.