DE102014221984A1

DE102014221984A1 - Emulgierte elektrorheologische tinten für indirekten druck

Info

Publication number: DE102014221984A1
Application number: DE201410221984
Authority: DE
Inventors: Naveen Chopra; Jennifer L. Belelie; Barkev Keoshkerian; Michelle N. Chrétien
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-04-30
Also published as: KR20150051140A; US20150114246A1; CA2867686C; JP6328031B2; JP2015086397A; US9605166B2; CA2867686A1

Abstract

Eine emulgierte, wässrige Tinte, die ein elektrorheologisches Fluid einschließlich einer flüssigen Phase und einer festen Phase, und ein Zusatzlösungsmittel umfasst, die für die Verwendung in einem indirekten Druckverfahren geeignet ist.

Description

Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen betreffen allgemein eine emulgierte elektrorheologische Tinte für ein indirektes Druckverfahren.
Ein indirekter Druckprozess ist ein zweischrittiger Druckprozess, wobei die Tinte unter Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfes zuerst bildweise auf aufnehmendes Zwischenelement (Walze, Gurt etc.) aufgetragen wird. Die Tinte benetzt das aufnehmende Zwischenelement und verteilt sich dort, um ein transientes Bild zu bilden. Das transiente Bild macht dann eine Änderung der Eigenschaften durch (z.B. teilweises oder vollständiges Trocknen, thermisches oder Lichthärten, Gelieren etc.), und das resultierende transiente Bild wird dann auf das Substrat übertragen.
Tinten, die für einen solchen indirekten Druckprozess geeignet sind, können entwickelt und optimiert werden, damit sie mit verschiedenen Untersystemen kompatibel sind, wie Verspritzen, Übertragung etc., die qualitativ hochwertigen Druck bei hoher Geschwindigkeit ermöglichen. Typischerweis werden Tinten mit guter Benetzungsfähigkeit nicht effizient auf ein Endsubstrat übertragen, oder umgekehrt benetzen Tinten, die effizient auf das Substrat übertragen werden, das aufnehmende Zwischenelement nicht. Heutzutage existiert keine kommerziell verfügbare Tinte, die sowohl die Benetzungs- wie auch die Übertragungsfunktion erlaubt.
Es besteht als ein Bedarf, eine Tinte zu entwickeln, die für indirekte Druckprozesse geeignet ist, und insbesondere besteht ein Bedarf, eine Tinte zu entwickeln, die gute Benetzungsfähigkeit für das aufnehmende Zwischenelement aufweist und sich effizient auf das Endsubstrat übertragen lässt.
Gemäß der hier dargestellten Ausführungsformen werden neuartige Tintenzusammensetzungen mit Phasenänderung bereitgestellt, die eine emulgierte elektrorheologische Tinte zur Verwendung in einem indirekten Druckprozess umfassen, die ein elektrorheologisches Fluid umfassen, das eine flüssige Phase und eine feste Phase umfasst; und ein Zusatzlösungsmittel; wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 50 mN/m aufweist und die Tinte eine Viskosität von ca. 2 Centipoise bis ca. 20 Centipoise bei 30 °C aufweist.
Insbesondere stellen die vorliegenden Ausführungsformen eine emulgierte elektrorheologische Tinte zur Verwendung in einem indirekten Druckprozess bereit, umfassend ein elektrorheologisches Fluid, das ein isolierendes Öl und ein nicht-oxidisches Material umfasst, wobei das elektrorheologische Fluid in einer Menge von ca. 3 Gewichtsprozent bis ca. 20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Tinte vorliegt; ein Lösungsmittel; und ein Farbmittel; wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 50 mN/m aufweist und die Tinte eine Viskosität von ca. 2 Centipoise bis ca. 20 Centipoise bei 30 °C aufweist.
In bestimmten Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Drucken mit einer emulgierten elektrorheologischen Tinte bereitgestellt, umfassend (a) Bereitstellen einer elektrorheologischen Tinte, die ein elektrorheologisches Fluid umfasst, das eine Flüssigphase und eine Dispersionsphase umfasst; und ein Zusatzlösungsmittel; wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 50 mN/m aufweist und die Tinte eine Viskosität von ca. 2 Centipoise bis ca. 20 Centipoise bei 30 °C aufweist; (b) Auftragen der Tinte auf ein Zwischensubstrat; (c) Erhitzen der Tinte; (d) Anlegen eines elektrischen Feldes an die Tinte, wobei ein Tintenfilm mit erhöhter Viskosität mit ausgerichteten Partikeln gebildet wird; und (e) Übertragen des Tintenfilms von dem Zwischensubstrat auf das endgültige Substrat.
1 ist eine schematische Darstellung eines bildgebenden Elements gemäß den vorliegenden Ausführungsformen zum Anwenden eines zweischrittigen Übertragungsvorgangs in einem indirekten Drucksystem.
2 ist ein Schema, das die Komponenten des ER-Fluids gemäß bestimmter Ausführungsformen der Offenbarung darstellt.
Wie hier verwendet, betrifft der Begriff "Viskosität" eine komplexe Viskosität, welches der typische Messwert ist, der von einem mechanischen Rheometer bereitgestellt wird, das eine Probe einer stetigen Scherbelastung oder einer sinusförmigen Deformierung mit kleiner Amplitude aussetzen kann. Bei diesem Gerätetyp wird die Scherbelastung durch den Operator auf den Motor angewendet, und die Probendeformation (Drehmoment) wird von dem Transducer gemessen. Beispiele für solche Geräte sind das Rheometrics Fluid Rheometer RFS3 oder das mechanische Spektrometer ARES, beide hergestellt von Rheometrics, einer Abteilung von TA Instruments.
Die vorliegenden Ausführungsformen offenbaren emulgierte elektrorheologische Tinten und deren Verwendungen für indirekte Druckprozesse oder indirekte Tintenstrahl-Druckanwendungen. Die vorliegenden Ausführungsformen offenbaren auch Verfahren zum Drucken mit emulgierten elektrorheologischen Tinten.
Die emulgierte elektrorheologische Tinte der vorliegenden Ausführungsformen können die erforderliche Oberflächenspannung (im Bereich von 15–50mN/m), Viskosität (im Bereich von 3–20 cP) und Partikelgröße (<600nm) zur Verwendung in einem (z.B. piezoelektrischen) Tintenstrahldruckkopf aufweisen.
In den Ausführungsformen besitzt die emulgierte elektrorheologische Tinte eine Oberflächenspannung von ca. 15 mN/m bis ca. 50mN/m, z.B. von ca. 20mN/m bis ca. 40mN/m oder von ca. 20mN/m bis ca. 30mN/m. Die Oberflächenspannung kann mit einem Tensiometer-Gerät gemessen werden, wie dem von Krüss.
In den Ausführungsformen besitzt die emulgierte elektrorheologische Tinte eine Viskosität von ca. 2 cP bis ca. 20 cP, z.B. von ca. 3cP bis ca. 15 cP oder von ca. 4 cP bis ca. 12 cP, bei der Temperatur des Verspritzens. In bestimmten Ausführungsformen werden die Tintenzusammensetzungen bei einer Temperatur von weniger als ca. 100 °C verspritzt, wie von ca. 25 °C bis ca. 100 °C oder von ca. 30°C bis ca. 95°C, wie von ca. 30 °C bis ca. 90 °C.
In den Ausführungsformen besitzt die emulgierte elektrorheologische Tinte eine mittlere Emulsionstropfengröße von weniger als ca. 600 nm, z.B. von ca. 25 nm bis ca. 500 nm oder von ca. 50 nm bis ca. 300nm. Die Tropfengröße kann mittels dynamischer Lichtstreuung gemessen werden.
1 offenbart eine schematische Darstellung eines bildgebenden Systems gemäß den vorliegenden Ausführungsformen zur Anwendung eines zweischrittigen Übertragungsdruckprozesses, wobei eine Tinte der vorliegenden Offenbarung auf eine Zwischenübertragungsoberfläche zur anschließenden Übertragung auf ein aufnehmendes Substrat gedruckt wird. Bei dem indirekten Druckprozess wird die Tinte der vorliegenden Ausführungsformen über einen Tintenstrahl 1 auf ein aufnehmendes Zwischenelement 5 verspritzt und darauf verteilt. Das aufnehmende Zwischenelement 5 kann in Form einer Walze, wie in 1 gezeigt, aber auch als Netz, Platte, Gurt, Band oder eine beliebige andere geeignete Anordnung bereitgestellt werden.
In Bezug auf 1 kann das aufnehmende Zwischenelement 5 mittels eines Heizgeräts 3 erhitzt werden, um den Wassergehalt (teilweise oder vollständig) in dem Tintentransportmittel von Tinte 2a zu entfernen, so dass das nicht-wässrige elektrorheologische Fluid zurückbleibt. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes 4, das an den Tintenrückstand 2b nach Entfernen oder teilweisem Entfernen von Wasser in dem Tintentransportmittel der Tinte 2a aber vor dem Übertragungsschritt angelegt wird, richten sich Tintenpartikel, die in der Tinte suspendiert sind, aus, um fibrilläre kettenähnliche Strukturen zu bilden, so dass die Tinte "versteift" und ihre Viskosität und Kohäsionskraft zunehmen. Die resultierende "versteifte" Tinte 8 kann dann bei kontrollierter Temperatur und kontrolliertem Druck von dem aufnehmenden Zwischenelement 5 auf das aufnehmende Endsubstrat 10 übertragen werden.
Es ist wichtig, anzumerken, dass eine Tinte, die für einen indirekten Druckprozess geeignet ist, das aufnehmende Zwischenelement 5 benetzen können muss, um die Bildung des transienten Bildes 2 zu ermöglichen, und eine Stimulus-induzierte Eigenschaftsänderung durchmachen muss, um Bild 8 zu bilden, um das Ablösen von dem aufnehmenden Zwischenelement 5 in dem Übertragungsschritt zu ermöglichen. Elektrorheologisches Fluid (ER-Fluid)
Das emulgierte elektrorheologische Fluid der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein elektrorheologisches Fluid. Ein elektrorheologisches Fluid ist ein flüssiges Medium, das eine erhebliche Änderung der rheologischen Eigenschaft erfährt, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. Elektrorheologische Fluide wurden erstmals von Winslow 1947 unter Verwendung von Suspensionen von Stärke oder Mehl in Öl gezeigt. Im Allgemeinen umfassen elektrorheologische Fluide Partikel, die in einem dielektrischen Fluid suspendiert sind. Das ER-Fluid der vorliegenden Offenbarung kann in der Tinte in einer Menge von ca. 3 Gewichtsprozent bis ca. 20 Gewichtsprozent, von ca. 5 Gewichtsprozent bis ca. 17 Gewichtsprozent oder von ca. 10 Gewichtsprozent bis ca. 15 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Tinte vorliegen. Das ER-Fluid der vorliegenden Offenbarung enthält eine flüssige Phase, eine feste Phase und optional ein Additiv.
Die flüssige Phase kann isolierende Öle enthalten, wie Silikonöl (z.B. Polydimethylsiloxan), Pflanzenöle (z.B. Sojaöl, Maisöl), Mineralöl, Paraffin oder Mischungen davon.
Die feste Phase kann anorganische Partikel, organische Partikel oder Mischungen davon enthalten.
Beispiele der anorganischen Partikel umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Metalloxide (z.B. Eisen-II-oxid, Eisen-III-oxid, Titandioxid, Nickeloxid, Kobaltoxid, Wolframoxide, Zirkoniumoxid, Hafniumdioxid, Zinkoxid, Kupferoxide, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid), Nicht-Oxide, wie Aluminiumsilikat, keramische Materialien (z.B. Bariumtitanyloxalat, Bornitrid, Titaninitrid, Siliziumnitrid, Tantalnitrid) oder Mischungen davon. Keramische Materialien sind harte, spröde, hitze- und korrosionsbeständige Substrate, die durch Formen und anschließendes Erhitzen eines nicht-metallischen Minerals, wie Ton, bei hoher Temperatur hergestellt werden. Ein besonderes Beispiel für ein geeignetes Feste-Phase-Material für ER-Fluide sind Harnstoff-beschichtete Bariumtitanyloxalat-Partikel, beschrieben in Wen, W; Huang, X; Yang, S; Lu, K; Sheng, P (November 2003). "The giant electrorheological effect in suspensions of nanoparticles". Nature Materials 2 (11): 727–730.
Beispiele für die organischen Partikel umfassen zellulosehaltige Materialien, Stärke, Polymere (z.B. oxidierte Polyacrylonitrile, Polystyren, Poly(styren-co(meth)acrylat) (siehe, Hao, T. Adv. Coll. Interfac. Sci. (2002), 97, 1–35) und Mischungen davon.
Die Beschickung der festen Phase in der flüssigen Phase kann von ca. 0,1 bis ca. 60 Gewichtsprozent, von ca. 1 bis ca. 50 Gewichtsprozent oder von ca. 5 bis ca. 45 Gewichtsprozent betragen.
Das ER-Fluid kann wasserfrei sein, oder es kann eine geringe Menge Wasser als Additiv enthalten. Typischerweise wird eine geringe Menge Wasser als essentiell für eine optimale elektrorheologische Reaktion angesehen, vermutlich durch Erhöhen des Dielektrikums des dispergierten Partikels.
Das ER-Fluid kann weitere Additive enthalten, z.B. Tenside oder Dispergiermittel oder Mischungen davon. Geeignete Tenside umfassen anionische, kationische und nicht-ionische Tenside. Anionische Tenside können Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfat, Dialkylbenzolalkylsulfat und -sulfonat umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das anionische Tensid Natriumdodecylbenzolsulphonat (z.B. primär verzweigtes Natriumdodecylbenzolsulphonat).
Beispiele für kationische Tenside umfassen Dialkylbenzolalkylammoniumchlorid, Lauryltrimethylammoniumchlorid, Alkylbenzylmethylammoniumchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridinbromid, C₁₂-, C₁₅-, C₁₇-Trimethylammoniumbromide, Halogensalze quartärer Polyoxyethylalkylamine, Dodecylbenzyltriethylammoniumchlorid, MIRAPOL und ALKAQUAT, verfügbar von Alkaril Chemical Company, SANISOL (Benzalkoniumchlorid), verfügbar von Kao Chemicals, und Ähnliche. Ein Beispiel eines bevorzugten kationischen Tensids ist SANISOL B-50, verfügbar von Kao Corp., welches im Wesentlichen aus Benzyldimethylalkoniumchlorid besteht.
Beispiele für nicht-ionische Tenside umfassen Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol, verfügbar von Rhone-Poulenc Inc. als IGEPAL CA-210, IGEPAL CA-520, IGEPAL CA-720, IGEPAL CO-890, IGEPAL CO-720, IGEPAL CO-290, IGEPAL CA-210, ANTAROX 890 und ANTAROX 897. Ein Beispiel für ein bevorzugtes nicht-ionisches Tensid ist ANTAROX 897, verfügbar von Rhone-Poulenc Inc., welches im Wesentlichen aus Alkylphenolethoxylat besteht.
Die Menge an Additiv, das in dem ER-Fluid vorhanden ist, kann ca. 0,01 Gew.-% bis ca. 0,5 Gew.-%, ca. 0,02 Gew.-% bis ca. 0,25 Gew.-% oder ca. 0,05 Gew.-% bis ca. 0,1 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht des ER-Fluids betragen. ER-Fluide sind von Firmen, wie Smart Technology Limited oder RheOil^® ER-Fluid (von Fluidcon GmbH, Deutschland), verfügbar.
Die Viskosität des ER-Fluids kann ca. 1 cP bis ca. 1000cP, ca. 2 bis ca. 200 oder ca. 5 bis ca. 50 bei 22 °C betragen. Die Dielektrizitätskonstante des in einem ER-Fluid verwendeten Fluids kann bei Messung bei 1kHz und ca. 22 °C weniger als 4 betragen.
Zusatzlösungsmittel
Die Tintenzusammensetzungen hierin können Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einer wasserlöslichen oder wassermischbaren organischen Komponente enthalten, bezeichnet als Zusatzlösungsmittel oder Befeuchtungsmittel, wie Alkohole oder Alkoholderivate, einschließlich aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Diale, Glycolether, Polyglycolether, langkettige Alkohole, primäre aliphatische Alkohole, sekundäre aliphatische Alkohole, 1,2-Alkohole, 1,3-Alkohole, 1,5-Alkohole, Ethylenglycolalkylethers, Propylenglycolalkylether, methoxyliertes Glycerin, ethoxyliertes Glycerin, höhere Homologe von Polyethylenglycolalkylethern und Ähnliche, bestimmte Beispiele umfassend Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycole, Glycerin, Dipropylenglycole, Polyethylenglycole, Polypropylenglycol, Trimethylolpropan, 1,5-Pentandiol, 2-Methyl-1,3,-propandiol, 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol, 3-Methoxybutanol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 2,4-Heptandiol und Ähnliche; ebenfalls geeignet sind Amide, Ether, Harnstoff, substituierte Harnstoffe, wie Thioharnstoff, Ethylenharnstoff, Alkylharnstoff, Alkylthioharnstoff, Dialkylharnstoff und Dialkylthioharnstoff, Carboxylsäuren und ihre Salze, wie 2-Methylpentansäure, 2-Ethyl-3-Propylacrylsäure, 2-Ethylhexansäure, 3-Ethoxypropionsäure und Ähnliche, Ester, Organosulfide, Organosulfoxide, Sulfone (wie Sulfolan), Carbitol, Butylcarbitol, Cellusolve, Ether, Tripropylenglycolmonomethylether, Etherderivative, Hydroxyether, Aminoalkohole, Ketone, N-Methylpyrrolidinon, 2-Pyrrolidinon, Cyclohexylpyrrolidon, Amide, Sulfoxide, Lactone, Polyelektrolyte, Methylsulfonylethanol, Imidazol, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Betain, Zucker, wie 1-Desoxy-D-galactitol, Mannitol, Inositol und Ähnliche, substituierte und unsubstituierte Formamide, substituierte und unsubstituierte Acetamide und andere wasserlösliche oder wassermischbare Materialien, sowie Mischungen davon. In den Ausführungsformen ist das Zusatzlösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Ethylenglycol, N-Methylpyrrolidon, methoxyliertem Glycerin, ethoxyliertem Glycerin, Sulfolan, Methylethylketon, Isopropanol, 2-Pyrrolidinon, Polyethylenglycol und Mischungen davon besteht. Wenn Mischungen von Wasser und wasserlöslichen oder wassermischbaren organischen Flüssigkeiten als das flüssige Transportmittel gewählt werden, kann der Bereich für das Verhältnis von Wasser zu organischer Flüssigkeit ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Verhältnis sein, in den Ausführungsformen von ca. 100:0 bis ca. 30:70, von ca. 97:3 bis ca. 40:60 oder von ca. 95:5 bis ca. 60:40 betragen. Die nicht-wässrige Komponente des flüssigen Transportmittels dient allgemein als ein Zusatzlösungsmittel, das einen Siedepunkt besitzt, der höher als der von Wasser ist (100°C). Die organische Komponente des Tintentransportmittels kann auch dazu dienen, die Tintenoberflächenspannung zu modifizieren, die Tintenviskosität zu modifizieren, das Farbmittel zu lösen oder zu dispergieren und/oder die Trocknungseigenschaften der Tinte zu beeinflussen.
Farbmittel
Die Tintenzusammensetzung hierin kann auch ein Farbmittel enthalten. In den Ausführungsformen hierin kann ein beliebiges geeignetes oder gewünschtes Farbmittel verwendet werden, einschließlich Pigmente, Farbstoffe, Farbstoffdispersionen, Pigmentdispersionen und Mischungen und Kombinationen davon.
Das Farbmittel kann in Form einer Farbmitteldispersion bereitgestellt werden. In den Ausführungsformen besitzt die Farbmitteldispersion eine mittlere Partikelgröße von ca. 20 bis ca. 500 Nanometer (nm) oder von ca. 20 bis ca. 400 nm oder von ca. 30 bis ca. 300nm. In den Ausführungsformen wird das Farbmittel aus der Gruppe ausgewählt, die aus Farbstoffen, Pigmenten und Kombinationen davon besteht, und optional ist das Farbmittel eine Dispersion, die ein Farbmittel, optional ein Tensid und optional ein Dispergiermittel umfasst.
Wie angemerkt, kann in den Ausführungsformen hierin jedes geeignete oder gewünschte Farbmittel ausgewählt werden. Das Farbmittel kann ein Farbstoff, ein Pigment oder eine Mischung davon sein. Beispiele für geeignete Farbstoffe umfassen anionische Farbstoffe, kationische Farbstoffe, nicht-ionische Farbstoffe, zwitterionische Farbstoffe und Ähnliches. Bestimmte Beispiele geeigneter Farbstoffe umfassen Lebensmittelfarbstoffe, wie Food Black Nr. 1, Food Black Nr. 2, Food Red Nr. 40, Food Blue Nr. 1, Food Yellow Nr. 7 und Ähnliche, FD & C-Farbstoffe, Acid Black-Farbstoffe (Nr. 1, 7, 9, 24, 26, 48, 52, 58, 60, 61, 63, 92, 107, 109, 118, 119, 131, 140, 155, 156, 172, 194 und Ähnliche), Acid Red-Farbstoffe (Nr. 1, 8, 32, 35, 37, 52, 57, 92, 115, 119, 154, 249, 254, 256 und Ähnliche), Acid Blue-Farbstoffe (Nr. 1, 7, 9, 25, 40, 45, 62, 78, 80, 92, 102, 104, 113, 117, 127, 158, 175, 183, 193, 209 und Ähnliche), Acid Yellow-Farbstoffe (Nr. 3, 7, 17, 19, 23, 25, 29, 38, 42, 49, 59, 61, 72, 73, 114, 128, 151 und Ähnliche), Direct Black-Farbstoffe (Nr. 4, 14, 17, 22, 27, 38, 51, 112, 117, 154, 168 und Ähnliche), Direct Blue-Farbstoffe (Nr. 1, 6, 8, 14, 15, 25, 71, 76, 78, 80, 86, 90, 106, 108, 123, 163, 165, 199, 226 und Ähnliche), Direct Red-Farbstoffe (Nr. 1, 2, 16, 23, 24, 28, 39, 62, 72, 236 und Ähnliche), Direct Yellow-Farbstoffe (Nr. 4, 11, 12, 27, 28, 33, 34, 39, 50, 58, 86, 100, 106, 107, 118, 127, 132, 142, 157 und Ähnliche), Reaktive Farbstoffe, wie Reactive Red-Farbstoffe (Nr. 4, 31, 56, 180 und Ähnliche), Reactive Black-Farbstoffe (Nr. 31 und Ähnliche), Reactive Yellow-Farbstoffe (Nr. 37 und Ähnliche); Anthrachinon-Farbstoffe, Monoazo-Farbstoffe, Disazo-Farbstoffe, Phthalocyaninderivative, einschließlich verschiedener Phthalocyaninsulfonatsalze, Aza(18)annulene, Formazan-Kupferkomplexe, Triphenodioxazine und Ähnliche; und Ähnliche sowie Mischungen davon.
Beispiele für geeignete Pigmente umfassen Schwarz-Pigmente, Weiß-Pigmente, Cyan-Pigmente, Magenta-Pigmente, Gelb-Pigmente und Ähnliche. Weiterhin können Pigmente organische oder anorganische Partikel sein. Geeignete anorganische Pigmente umfassen Carbon Black. Es können jedoch auch andere anorganische Pigmente geeignet sein, wie Titandioxid, Kobaltblau (CoO-Al203), Chromgelb (PbCr04) und Eisenoxid. Geeignete organische Pigmente umfassen z.B. Azopigmente, einschließlich Diazopigmente und Monoazopigment, polyzyklische Pigmente (z.B. Phthalocyaninpigmente, wie Phthalocyaninblau-Pigmente und Phthalocyaningrün-Pigmente), Perylenpigmente, Perinonpigmente, Anthrachinonpigmente, Chinacridonpigmente, Dioxazinpigmente, Thioindigopigmente, Isoindolinonpigmente, Pyranthronpigmente und Chinophthalonpigmente), unlösliche Farbstoffchelate (z.B.. Chelate vom basischen und vom sauren Typ), Nitropigmente, Nitrosopigmente, Anthanthronpigmente, wie PR168, und Ähnliche. Typische Beispiele für Phthalocyaninblau und -grün umfassen Kupferphthalocyaninblau, Kupferphthalocyaningrün und Derivate davon (Pigment Blue 15, Pigment Green 7 und Pigment Green 36). Typische Beispiele für Chinacridone umfassen Pigment Orange 48, Pigment Orange 49, Pigment Red 122, Pigment Red 192, Pigment Red 202, Pigment Red 206, Pigment Red 207, Pigment Red 209, Pigment Violet 19 und Pigment Violet 42. Typische Beispiele für Anthrachinone umfassen Pigment Red 43, Pigment Red 194, Pigment Red 177, Pigment Red 216 und Pigment Red 226. Typische Beispiele für Perylene umfassen Pigment Red 123, Pigment Red 149, Pigment Red 179, Pigment Red 190, Pigment Red 189 und Pigment Red 224. Typische Beispiele für Thioindigoide umfassen Pigment Red 86, Pigment Red 87, Pigment Red 88, Pigment Red 181, Pigment Red 198, Pigment Violet 36 und Pigment Violet 38. Typische Beispiele für heterozyklische Gelb-Pigmente umfassen Pigment Yellow 1, Pigment Yellow 3, Pigment Yellow 12, Pigment Yellow 13, Pigment Yellow 14, Pigment Yellow 17, Pigment Yellow 65, Pigment Yellow 73, Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 90, Pigment Yellow 110, Pigment Yellow 117, Pigment Yellow 120, Pigment Yellow 128, Pigment Yellow 138, Pigment Yellow 150, Pigment Yellow 151, Pigment Yellow 155 und Pigment Yellow 213. Solche Pigmente sind kommerziell entweder als Pulver oder als Presskuchen von einer Anzahl von Quellen verfügbar, einschließlich BASF Corporation, Engelhard Corporation und Sun Chemical Corporation. Beispiele für Schwarzpigmente, die verwendet werden können, umfassen Carbon-Pigmente. Das Carbon-Pigment kann nahezu ein beliebiges kommerziell verfügbares Carbon-Pigment sein, das akzeptable optische Dichte und Druckeigenschaften aufweist. Carbon-Pigmente, die für die Verwendung in dem vorliegenden System und dem vorliegenden Verfahren geeignet sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Carbon Black, Graphit, Glaskohlenstoff, Kohle und Kombinationen davon. Solche Carbon-Pigmente können mittels einer Vielzahl bekannter Verfahren, wie ein Kanalverfahren, ein Kontaktverfahren, ein Ofenverfahren, ein Acetylenverfahren oder ein thermisches Verfahren, hergestellt werden und sind kommerzielle von Anbietern verfügbar, wie Cabot Corporation, Columbian Chemicals Company, Evonik und E.I. DuPont de Nemours and Company. Geeignete Carbon Black-Pigmente umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Cabot-Pigmente, wie MONARCH 1400-, MONARCH 1300-, MONARCH 1100-, MONARCH 1000-, MONARCH 900-, MONARCH 880-, MONARCH 800-, MONARCH 700-, CAB-O-JET 200-, CAB-O-JET 300-, REGAL-, BLACK PEARLS-, ELFTEX-, MOGUL- und VULCAN-Pigmente; Columbian-Pigmente, wie RAVEN 5000 und RAVEN 3500; Evonik-Pigmente, wie Color Black FW 200, FW 2, FW 2V, FW 1, FW18, FW S160, FW S170, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A, Special Black 4, PRINTEX U, PRINTEX 140U, PRINTEX V und PRINTEX 140V. Die oben aufgeführte Liste von Pigmenten enthält unmodifizierte Pigmentpartikel, an kleine Moleküle gebundene Pigmentpartikel und Polymer-dispergierte Pigmentpartikel. Es können auch andere Pigmente sowie Mischungen davon ausgewählt werden. Die Pigmentpartikelgröße ist wünschenswert so klein wie möglich, um eine stabile kolloidale Suspension der Partikel in dem flüssigen Transportmittel zu ermöglichen und um ein Verstopfen von Tintenkanälen zu verhindern, wenn die Tinte in einem Thermo-Tintenstrahldrucker oder einem piezoelektrischen Tintenstrahldrucker verwendet wird.
Das Farbmittel kann in einer Tintenzusammensetzung in einer beliebigen gewünschten oder wirksamen Menge vorliegen, in den Ausführungsformen kann das Farbmittel in einer Menge von ca. 0,05 bis ca. 15 Gewichtsprozent oder von ca. 0,1 bis ca. 10 Gewichtsprozent oder von ca. 1 bis ca. 5 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung vorliegen.
Präparation und Verwendung der Tintenzusammensetzung
Die Tinten der Ausführungsformen können mittels einer beliebigen geeigneten Technik oder mittels eines beliebigen geeigneten Verfahrens, wie mittels einfachen Mischens der Zutaten, präpariert werden. Ein Verfahren umfasst das Mischen aller Tintenzutaten und das Filtrieren der Mischung, um eine Tinte zu erhalten. Tinten können durch Mischen der Zutaten, ggf. Erhitzen und Filtrieren, gefolgt von Zugeben beliebiger gewünschter Additive zu dem Gemisch und Mischen bei Raumtemperatur bei gemäßigtem Schütteln präpariert werden, bis eine homogene Mischung erhalten wird, in einer Ausführungsform ca. 5 bis ca. 10 Minuten. Alternativ können die optionalen Tintenadditive mit den anderen Tintenzutaten während des Tinten-Präparationsprozesses gemischt werden, der gemäß eines beliebigen gewünschten Verfahrens ausgeführt wird, wie mittels Mischen aller Zutaten, ggf. Erhitzen und Filtrieren. Weitere Beispiele für Tintenpräparationsverfahren werden in den nachstehenden Beispielen ausgeführt.
Die hier beschriebenen Tintenzusammensetzungen können bei Temperaturen von unter ca. 100°C verspritzt werden, wie von ca. 25 °C bis ca. 100 °C oder von ca. 30 °C bis ca. 90°C. Die Tintenzusammensetzungen sind somit ideal für die Verwendung in piezoelektrischen Tintenstrahlgeräten geeignet.
Die Tintenzusammensetzungen können für indirekte (Offset) Tintenstrahldruckanwendungen eingesetzt werden, wobei beim Ausstoßen von Tintentropfen in einem bildweisen Muster auf ein aufnehmendes Substrat das aufnehmende Substrat ein Zwischenübertragungselement ist und die Tinte in dem bildweisen Muster anschließend von dem Zwischenübertragungselement auf ein aufnehmendes Endsubstrat übertragen wird.
Wenn ein indirektes Druckverfahren verwendet wird, kann das Zwischenübertragungselement eine beliebige gewünschte oder geeignete Konfiguration aufweisen, wie eine Walze oder Rolle, ein Gurt oder Netz, eine Decke, eine flache Oberfläche oder Schreibwalze oder Ähnliches. Die Temperatur des Zwischenübertragungselements kann mittels eines beliebigen gewünschten oder geeigneten Verfahrens geregelt werden, wie mittels Anordnen von Heizelementen in dem oder in der Nähe des Zwischenübertragungselements, unter Verwendung von Luftströmung, um das Übertragungselement zu trocknen oder Ähnlichem.
Beispiel 1
Präparation eines ER-Fluids
10,38 g Harnstoff-beschichtete Bariumtitanyloxalat-Nanopartikel (ca. 5 nm Durchmesser) werden zu 197,32 g Dow Corning 5cSt Silikonfluid gegeben, um 207,7 g ER-Fluid-Suspension mit 5Gew.-% Beschickung mit Nanopartikeln bereitzustellen.
Beispiel 2
Präparation von Tintenformulierung A (Emulgieren von ER-Fluid-Tinte in eine Mischung aus destilliertem Wasser und Befeuchtungsmitteln)
Ein elektrorheologisches (ER) Fluid der vorliegenden Offenbarung (20,8 Gew.-%, 207,7 g) und anionisches Tensid Neogen RK^TM, das im Wesentlichen verzweigtes Natriumdodecylbenzolsulphonat (2,0 Gew.-%, 20 g) enthält, werden zu deionisiertem Wasser (43,2 Gew.-%, 432 g), Sulfalon (28,3 Gew.-%, 283 g) und 2-Pyrrolidinon (5,7 Gew.-%, 57 g) in einen Reaktor gegeben, unter Druck und Rühren bei ca. 400 rpm auf 90°C erhitzt. Die wässrige Mischung mit dem ER-Fluid wird dann für ca. 30 Minuten bei ca. 1 Liter pro Minute durch einen Gaulin 15MR Kolbenhomogenisator gepumpt, wobei das primäre Homogenisierungsventil vollständig geöffnet und das sekundäre Homogenisierungsventil teilweise geschlossen ist, so dass der Homogenisierungsdruck ca. 1.000psi beträgt. Dann wird das primäre Homogenisierungsventil teilweise geschlossen, so dass der Homogenisierungsdruck auf ca. 8.000 psi ansteigt. Das Reaktorgemisch wird bei ca. 90 °C gehalten und für ca. 60 Minuten bei ca. 1 l/min durch den Homogenisator zirkuliert. Danach wird der Homogenisator gestoppt, und die Mischung wird mit ca. 15 °C/min auf Raumtemperatur abgekühlt und in einen Produktbehälter entleert. Das ER-Fluid ist jetzt in einer wässrigen Tinte zu einer Tropfengröße von ca. 200 nm dispergiert.
Basierend auf experimentellen Daten, die in der US-Patentanmeldung Seriennr. 13/XXXX unter dem Titel ”INK JET INK FOR INDIRECT PRINTING APPLICATIONS” (Tintenstrahltinte für indirekte Druckanwendungen) Aktenzeichen 20121666-US-NP und in der US-Patentanmeldung Seriennr. 13/XXXX unter dem Titel ”INKJET INK CONTAINING POLYSTYRENE COPOLYMER LATEX SUITABLE FOR INDIRECT PRINTING” (Tintenstrahltinte mit Polystyren-Latex-Copolymer, geeignet für indirekten Druck) Aktenzeichen 20121665-0420476 offenbart sind, und auf bekannten Monomereigenschaften, wird für die künftige Tintenformulierung A vorhergesagt, dass sie eine für das Verspritzen geeignete Viskosität (5–20 cP) und Oberflächenspannung (20–22mN/m) aufweist.
Formulierung A wird über Tintenstrahl 1 (siehe 1) auf ein aufnehmendes Zwischenelement 5 (z.B. eine Walze) aufgetragen, die eine Oberflächenenergie besitzt, die kleiner als die Oberflächenspannung der flüssigen Tinte ist. Das verspritzte Bild wird dann erhitzt, um Wasser zu entfernen und durch das ER-Fluid eine Filmbildung zu induzieren. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes richten sich die in der Tinte suspendierten Partikel aus, um ausgerichtete, fibrilläre, kettenähnliche Strukturen zu bilden, so dass die Tinte "versteift" und sich ihre Kohäsionskraft erhöht. Die "versteifte" Tinte wird dann auf das Endsubstrat übertragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Wen, W; Huang, X; Yang, S; Lu, K; Sheng, P (November 2003). "The giant electrorheological effect in suspensions of nanoparticles". Nature Materials 2 (11): 727–730 [0022]
Hao, T. Adv. Coll. Interfac. Sci. (2002), 97, 1–35 [0023]

Claims

Emulgierte elektrorheologische Tinte zur Verwendung in einem indirekten Druckverfahren, die Folgendes umfasst: ein elektrorheologisches Fluid, das eine flüssige Phase und eine feste Phase umfasst; und ein Zusatzlösungsmittel; wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 50 mN/m aufweist und die Tinte eine Viskosität von ca. 2 Centipoise bis ca. 20 Centipoise bei 30 °C aufweist.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das elektrorheologische Fluid in einer Menge von ca. 3 Gewichtsprozent bis ca. 20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht der Tinte vorliegt.
Tinte nach Anspruch 1, wobei die flüssige Phase ein isolierendes Öl umfasst.
Tinte nach Anspruch 2, wobei das isolierende Öl aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silikonöl, Pflanzenöl, Mineralöl, Paraffin und Mischungen davon besteht.
Tinte nach Anspruch 1, wobei die feste Phase ein anorganisches Partikel, ein organisches Partikel oder Mischungen davon umfasst.
Tinte nach Anspruch 5, wobei das anorganische Partikel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Metalloxid, einem nicht-oxidischen Material und Mischungen davon besteht.
Tinte nach Anspruch 1, wobei die Beschickung der festen Phase in der flüssigen Phase ca. 0,1 bis ca. 60 Gewichtsprozent beträgt.
Tinte nach Anspruch 1, die weiter ein Tensid umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem anionischen Tensid, einem kationischen Tensid oder einem nicht-ionischen Tensid besteht.
Tinte nach Anspruch 1, wobei die Tinte eine mittlere Emulsionstropfengröße von ca. 25 nm bis ca. 500nm aufweist.
Verfahren, mit einer emulgierten elektrorheologischen Tinte zu drucken, das Folgendes umfasst: a) Bereitstellen einer emulgierten elektrorheologischen Tinte, die Folgendes umfasst: ein elektrorheologisches Fluid, das eine flüssige Phase und eine dispergierte Phase umfasst; und ein Zusatzlösungsmittel; wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 50 mN/m und die Tinte eine Viskosität von ca. 2 Centipoise bis ca. 20 Centipoise bei 30 °C aufweist; b) Auftragen der Tinte auf ein Zwischensubstrat; c) Erhitzen der Tinte; d) Anlegen eines elektrischen Feldes an die Tinte, wodurch sich ein Tintenfilm mit erhöhter Viskosität mit ausgerichteten Partikeln bildet; und e) Übertragen der Tintenfilms von dem Zwischensubstrat auf ein Endsubstrat.