DE102015206489B4

DE102015206489B4 - Verfahren zur herstellung einer wässrigen submikrometer-farbstoff-wachsdispersion; wässrige submikrometer-farbstoff-wachsdispersion und wässrige druckfarbenzusammensetzung

Info

Publication number: DE102015206489B4
Application number: DE102015206489.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Ping-Hay Lee; Marcel P. Breton; Aurelian Valeriu Magdalinis; Michael J. D'Amato; Biby Esther Abraham
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-04-19
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2035-04-11
Also published as: KR102176572B1; CN105038406A; KR20150120859A; CN105038406B; JP2015206033A; RU2664921C2; CA2887969A1; CA2887969C; US20150299484A1; RU2015111715A; DE102015206489A1; US9249329B2; RU2015111715A3

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, wobei das Verfahren umfasst:(a) Schmelzen eines Trockenfarbstoffs mit mindestens einem Wachs zum Bilden eines Farbstoffkonzentrats hergestellt wird, wobei das Farbstoffkonzentrat mindestens 25 Gewichtsprozent Farbstoff enthält;(b) Mahlen des Farbstoffkonzentrats aus Schritt (a) zum Bilden eines gemahlenen Farbstoffkonzentrats;(c) Verbinden des gemahlenen Farbstoffkonzentrats aus (b) mit Wasser und Dispergieren davon zum Bilden der Farbstoff-Wachsdispersion; wobei das Schmelzen und Mischen aus Schritt (a) und das Mahlen aus Schritt (b) mit einer Immersionsmedienmühle oder einer horizontalen Mühle durchgeführt werden; und wobei das Verbinden aus Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator durchgeführt wird, undwobei die erhaltene wässrige Submikrometer-Wachsdispersion mehrere Farbstoff-Wachsteilchen umfasst, die einen Farbstoffkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die Farbstoff-Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen.

Description

HINTERGRUND
Hierin offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, eine wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, die mit diesem Verfahren erhältlich ist, und eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung, die diese wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion für verbesserten Ablöse- und Glanzeigenschaften enthält und die für die Verwendung mit einem breiten Sortiment an Farb- und Druckmedien verwendet werden kann.
Die Tintenstrahl-Drucktechnologie umfasst oftmals das Aufsprühen von Druckfarben auf ein Transfixierband oder eine Transfixiertrommel, wonach die Druckfarbe unter Druck auf ein Druckmedium wie z. B. Papier übertragen wird. Dies wird oftmals als Transfer- oder Transfixier-Tintenstrahldrucken bezeichnet. Die Tintenstrahl-Drucktechnologie betrifft oftmals auch das direkte Aufsprühen von Druckfarben auf die Druckmedien, wie das direkte Drucken auf Papier.
Die Druckfarben, die für die Transfer- oder Direkttintenstrahl-Drucktechnologien formuliert werden, können wässrige Dispersionen aus Färbemitteln oder Pigmenten umfassen, die zum Aufweisen einer „durchschnittlichen“ Teilchen- oder Tröpfchengröße D50 von weniger als etwa 150 Nanometern dispergiert werden und die mithilfe eines Dispergiermittels plus anderen Bestandteilen, wie. z. B. ein Schmiermittel, Lösungsmittel und Bindemittel, stabilisiert werden. Die „durchschnittliche“ Teilchen- oder Tropfengröße wird typischerweise durch d₅₀ wiedergegeben oder als der volumenmittlere Teilchengrößenwert bei einem 50%-Perzentil der Teilchengrößenverteilung definiert, wobei 50 % der Teilchen in der Verteilung größer als der d₅₀-Teilchengrößenwert und die anderen 50 % der Teilchen in der Verteilung kleiner als der d₅₀-Wert sind. Die durchschnittliche Teilchengröße kann mit Verfahren gemessen werden, welche eine Lichtstreutechnologie zum Ableiten der Teilchengröße verwenden, wie z. B. der dynamischen Lichtstreuung. Der Teilchendurchmesser bezieht sich auf die Länge eines einzelnen Tropfens der diskontinuierlichen Schicht, wie von Bildern der Teilchen, die durch Transmissionselektronenmikroskopie oder dynamische Lichtstreuungsmessungen abgeleitet werden.
Pigmente sind typischerweise schwerer als Wasser und neigen zum Verklumpen und Absetzen, wenn sie nicht von einem Dispergiermittel stabilisiert werden.
Herausforderungen im Zusammenhang mit der Ausgestaltung von Druckfarben für die Transfixier-Drucktechnologie beinhalten das Erreichen einer gewünschten Druckfarbenadhäsion und -ablösung der Druckfarbe auf /vom Transfixierband oder auf die oder von der Transfixiertrommel. Zum Erreichen der gewünschten Adhäsions- und Ablöseleistungen kann eine nicht klebrige Druckplatte, z. B. ein „Tuch“ verwendet werden und eine Stärkeschicht, d. h. „Haut“ und Glycerol, die auf dem Transfixierband oder -trommel angeordnet wird, aufgebracht werden, bevor die Druckfarbe aufgesprüht wird.
US 5,345,254 A offenbart ein Tintenstrahldruckverfahren für ein Tintenstrahldrucksystem, das einen Informationssignalimpuls liefert, mit den Schritten: Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung, die eine Suspension von Wachspartikeln mit einer Schmelztemperatur von weniger als 150°C und einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,01 Mikrometer bis 2 Mikrometer in einer Wasserphase und ein Färbemittel umfasst, wobei die Wasserphase in einer Menge von 50 bis 99 Gew.-% vorhanden ist, und Ausstoßen der Tintenzusammensetzung auf ein Substrat in Reaktion auf den Informationssignalimpuls.
US 2005/0024458 A1 betrifft eine Tinte auf Wasserbasis, umfassend Wasser, eine Vielzahl von wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln und ein wasserunlösliches Färbematerial, wobei die wasserlöslichen organischen Lösungsmittel mindestens ein gutes Lösungsmittel zu dem wasserunlöslichen färbenden Material und mindestens ein schlechtes Lösungsmittel zu dem wasserunlöslichen färbenden Material umfassen, und eine Gesamtmenge A (Masse-%) des guten Lösungsmittels oder der guten Lösungsmittel in der Tinte und eine Gesamtmenge B (Masse-%) des schlechten Lösungsmittels oder der schlechten Lösungsmittel in der Tinte in einem Verhältnis A:B von 10:5 bis 10:30, beide einschließlich, vorliegen, und das wasserlösliche Lösungsmittel mit dem größten nach der Bristow-Methode bestimmten Ka-Wert unter den wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln ein schlechtes Lösungsmittel ist.
US 2004/0239738 A1 offenbart einen Tintensatz für die Tintenstrahlaufzeichnung, der umfasst: mindestens eine dunkle Pigmenttinte, die ein Pigment und Wasser umfasst, wobei das Pigment eines ist, das in einem Harz mikroverkapselt ist; und mindestens eine helle Pigmenttinte, die ein Pigment, ein harzartiges Dispersionsmittel und Wasser umfasst, wobei die Konzentration des Pigments bis zu ½ der Pigmentkonzentration in der dunklen Pigmenttinte beträgt.
EP 2455431 A1 offenbart eine Magenta-Tinte für die Tintenstrahlaufzeichnung, umfassend: einen ersten Farbstoff; und einen zweiten Farbstoff mit einer vom ersten Farbstoff verschiedenen Struktur, wobei der erste Farbstoff und der zweite Farbstoff jeweils unabhängig voneinander ein Oxidationspotential von mehr als 1,0 V gegen SCE aufweisen, wobei der erste Farbstoff ein spezieller Azofarbstoff ist, der eine Azogruppe umfasst, wobei jedes Ende der Azogruppe einen Heteroring aufweist.
Herausforderungen im Zusammenhang mit der Ausgestaltung von Druckfarben für die Direkt-Papierdruck-Technologie beinhalten Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Drucken auf unterschiedlichen Druckmedien, wie z. B. beschichtetem Papier, unbeschichtetem Papier, Kunststoff, der wasserannehmend oder -abweisend sein kann.
Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, wobei das Verfahren umfasst:

(a) Schmelzen eines Trockenfarbstoffs mit mindestens einem Wachs zum Bilden eines Farbstoffkonzentrats hergestellt wird, wobei das Farbstoffkonzentrat mindestens 25 Gewichtsprozent Farbstoff enthält;
(b) Mahlen des Farbstoffkonzentrats aus Schritt (a) zum Bilden eines gemahlenen Farbstoffkonzentrats;
(c) Verbinden des gemahlenen Farbstoffkonzentrats aus (b) mit Wasser und Dispergieren davon zum Bilden der Farbstoff-Wachsdispersion; wobei das Schmelzen und Mischen aus Schritt (a) und das Mahlen aus Schritt (b) mit einer

wobei die erhaltene wässrige Submikrometer-Wachsdispersion mehrere Farbstoff-Wachsteilchen umfasst, die einen Farbstoffkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die Farbstoff-Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen.

Auch beschrieben wird eine wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, erhältlich mit dem oben genannten Verfahren, sowie eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung, umfassend Wasser, ein Co-Lösungsmittel, und die oben genannte wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion.
Figurenliste

1 ein transmissionselektromikroskopisches Bild einer pigmentierten Wachsdispersion gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ein transmissionselektromikroskopisches Bild einer pigmentierten Wachsdispersion gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 eine rheologische Aufzeichnung, welche die Scherviskosität (y-Achse) gegenüber der Scherrate (x-Achse) für eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 eine rheologische Aufzeichnung, welche die Scherviskosität (y-Achse) gegenüber der Scherrate (x-Achse) für eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 eine rheologische Aufzeichnung, welche die Scherviskosität (y-Achse) gegenüber der Scherrate (x-Achse) für eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 ein Bild aus gedruckten Punkten, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Photo-Papiersubstrat gedruckt wurden;
7 ein Bild aus gedruckten Punkten, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papiersubstrat gedruckt wurden;
8 ein Bild aus gedruckten Punkten, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® 4200-Papiersubstrat gedruckt wurden;
9 ein Bild aus gedruckten Linien, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Photo-Papiersubstrat gedruckt wurden;
10 ein Bild aus gedruckten Linien, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papiersubstrat gedruckt wurden;
11 ein Bild aus gedruckten Linien, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® 4200-Papiersubstrat gedruckt wurden;
12 ein Bild aus gedruckten Punkten, welche die Zirkularität zeigen, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Photo-Papiersubstrat gedruckt wurden;
13 ein Bild aus gedruckten Punkten, welche die Zirkularität zeigen, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papiersubstrat gedruckt wurden;
14 ein Bild aus gedruckten Punkten, welche die Zirkularität zeigen, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® 4200-Papiersubstrat gedruckt wurden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, eine wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, erhältlich mit diesem Verfahren, sowie eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung, diese wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion enthaltend, beschrieben.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzungen hierin umfassen pigmentierte Wachsdispersionen. In Ausführungsformen umfassen die wässrigen Druckfarbenzusammensetzungen eine Dispersion aus wachsverkapseltem Pigment mit einem D50 von 140 Nanometer bis 220 Nanometer. Die Wachsdispersion kann mithilfe eines Hochdruck-Kolbenhomogenisators hergestellt werden. In Ausführungsformen können die pigmentierten Wachsdispersionen die aus der US 9,290,637 B2 beschriebenen umfassen. In Ausführungsformen ist die pigmentierte Wachsdispersion eine wässrige pigmentierte Submikrometer-Wachsdispersion mit mehreren pigmentierten Wachsteilchen, die einen Pigmentkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die pigmentierten Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometer bis weniger als 300 Nanometern aufweisen.
Die pigmentierte Wachsdispersion kann in einem Verfahren hergestellt werden, das Folgendes umfasst: (a) Schmelzen und Mischen eines Trockenpigments mit mindestens einem Wachs zum Bilden eines Pigmentkonzentrats, wobei das Pigmentkonzentrat mindestens 25 Gewichtsprozent Pigment enthält; (b) Mahlen des Pigmentkonzentrats aus Schritt (a) zum Bilden eines gemahlenen Pigmentkonzentrats; (c) Verbinden des gemahlenen Pigmentkonzentrats aus (b) mit Wasser und Dispergieren davon zum Bilden einer pigmentierten Wachsdispersion, die einen Pigmentkern umfasst, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die pigmentierten Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen; wobei der Schmelz- und Mischschritt (a) und der Mahlschritt (b) mithilfe einer Immersionsmedienmühle durchgeführt werden; und wobei der Verbindungsschritt (c) mithilfe eines Kolbenhomogenisators durchgeführt wird.
Das vorliegende Verfahren zum Herstellen einer pigmentierten Wachsdispersion umfasst: (a) Schmelzen und Mischen eines Trockenpigments mit mindestens einem Wachs zum Bilden eines Pigmentkonzentrats, wobei das Pigmentkonzentrat mindestens 25 Gewichtsprozent Pigment enthält; (b) Mahlen des Pigmentkonzentrats aus Schritt (a) zum Bilden eines gemahlenen Pigmentkonzentrats; und (c) Verbinden des gemahlenen Pigmentkonzentrats aus (b) mit Wasser und Dispergieren davon zum Bilden einer pigmentierten Wachsdispersion, die einen Pigmentkern umfasst, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die pigmentierten Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen; wobei der Schmelz- und Mischschritt (a) und der Mahlschritt (b) mithilfe einer Immersionsmedienmühle durchgeführt werden; und wobei der Verbindungsschritt (c) mithilfe eines Kolbenhomogenisators durchgeführt wird. Die pigmentierten Wachsteilchen weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von 80 bis 300 Nanometer auf, oder von 100 bis 250 Nanometer oder von 170 bis 230 Nanometer. In bestimmten Ausführungsformen zeigen die pigmentierten Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 bis weniger als 230 Nanometer oder von 150 bis weniger als 200 Nanometer. In Ausführungsformen weisen die pigmentierten Wachsteilchen eine Z-durchschnittliche Teilchengröße von 200 Nanometern auf. Die durchschnittliche Teilchengröße kann auf jede geeignete oder gewünschte Weise gemessen werden, wie mit einem Nanotrac™ 252 (Microtrac, Montgomeryville, PA, USA)- Teilchengrößen-Analysiergerät.
Das Pigmentdispersionsverfahren kann in jeder geeigneten oder gewünschten Vorrichtung ausgeführt werden. In Ausführungsformen können die pigmentierten Wachsdispersionsverfahren in einem ummantelten Gefäß stattfinden, das ein Mühle umgibt, in Ausführungsform umgibt ein ummanteltes Gefäß eine Korbmühle oder eine Immersionsmedienmühle. Im Allgemeinen umfasst die Mühle ein Gefäß mit einem Wärmemantel, eine Dispergierschaufel zum Mischen des Phasenwechselträgers und wahlweise Dispergiermittel, wobei später der Phasenwechselträger und wahlweise Dispergiermittel und Pigment zum Benetzen des Pigments gemischt werden, oder ein Immersionsmühlenkopf (Korbanordnung), der die Mahlmedien enthält, in Ausführungsformen Keramikmahlmedien, zum Dispergieren des Pigments verwendet.
In einer Ausführungsform finden das Schmelzen, Mischen, Benetzen und Dispergieren in dem gleichen Gefäß statt und die Mischschaufel wird durch die Immersionsmühle oder Korbmühle ersetzt. In einer anderen Ausführungsform findet das Schmelzen, Mischen und Benetzen in einem anderen Gefäß statt und die benetzte Mischung wird dann in die Immersionsmühle übertragen.
In Ausführungsformen werden der Schmelz- und Mischschritt (a) und der Mahlschritt (b) mithilfe einer Immersionsmedienmühle oder einer horizontalen Medienmühle durchgeführt.
In Ausführungsformen wird der Verbindungsschritt (c) mithilfe eines Kolbenhomogenisators durchgeführt.
In bestimmten Ausführungsformen werden der Schmelz- und Mischschritt (a) und der Mahlschritt (b) mithilfe einer Immersionsmedienmühle durchgeführt und der Verbindungsschritt (c) wird mithilfe eines Kolbenhomogenisators durchgeführt. Die Vorteile, die durch das vorliegende Verfahren erreicht werden, das eine Immersionsmedienmühle, in Ausführungsformen eine Hockmeyer-Immersionsmedienmühle zum Nasspigmentmahlen aufweist, schließen ein, dass die Immersionsmedienmühle nur einen Behälter für die Pigmentdispersions- (Benetzen) und Mahlbetriebe erfordert. Daher wird ein vereinfachtes Verfahren bereitgestellt. Zuvor wurde das Nasspigmentschleifen unter Verwendung einer horizontalen Mühle durchgeführt, die einen Zuführbehälter, eine Zuführpumpe und Anschlussleitungen zum Rezirkulieren von Materialien zwischen dem Zuführbehälter und der Mahlkammer erforderte. Weiterhin nutzt das vorliegende Verfahren, das einen Immersionsmedienmühle für die Schritte (a) und (b) verwendet, dass die Immersionsmedienmühle einen Überkopfantrieb zum Abstützen des Mahlkorbes und Drehen der Flügelräder verwendet. Dieses Verfahren kann bei Luftdruck betrieben werden und erfordert keine mechanische Abdichtung der Antriebswelle. Eine horizontale Medienmühle wird unter Druck von bis zu 0,69 mPa (100 psi) betrieben und erfordert eine mechanische Abdichtung der Antriebswelle. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, dass bei einer Immersionsmedienmühle das Mahlen in dem Immersionskorb stattfindet. Kleine Mahlkörbe erfordern kleine Mengen an Schleifmedien und weniger Strom, um eine höhere Flügelraddrehzahl zu erreichen.
Das Schmelzen und Mischen des Trockenpigments mit mindestens einem Wachs kann mithilfe einer Dispergierschaufel mit hoher Scherfestigkeit oder durch die Befestigung der Flügelräder in einem ummantelten Gefäß durchgeführt werden. Die FlügelradDrehzahl (U/min), Umfangsgeschwindigkeit (Meter pro Sekunde) und Temperatur können jede geeignete oder gewünschte Drehzahl oder Temperatur sein, in Ausführungsformen Temperaturen von über 100 °C, über 120 °C, 100 bis über 170 °C, 110 bis 170 °C, oder 110 bis 160 °C, und U/min von 500 bis 5500 U/min, oder 500 bis 5000 U/min, oder 3000 bis 5200 U/min und eine Umfangsgeschwindigkeit von 1,2192 bis 12,192 Meter pro Sekunde (4 bis 40 Fuß pro Sekunde) oder 7,0104 Meter pro Sekunde bis 12,192 Meter pro Sekunde (23 Fuß pro Sekunde bis 40 Fuß pro Sekunde).
Das Schmelzen und Mischen des Trockenpigments mit mindestens einem Wachs kann bei jeder geeigneten oder gewünschten Temperatur durchgeführt werden. In Ausführungsformen kann der Schmelz- und Mischschritt (a) bei einer Temperatur von 90 bis 170 °C oder von 100 bis 145 °C oder von 120 bis 140 °C durchgeführt werden.
Das Schmelzen und Mischen des Trockenpigments mit mindestens einem Wachs kann in jeder geeigneten oder gewünschten Zeitmenge durchgeführt werden. In Ausführungsformen kann der Schmelz- und Mischschritt (a) für einen Zeitraum von 0,1 bis 10 Stunden oder von 4 bis 10 Stunden oder von 5 bis 8 Stunden oder von 6 bis 7 Stunden durchgeführt werden. In einer spezifischen Ausführungsform kann der Schmelz- und Mischschritt (a) für einen Zeitraum von 1 bis 4 Stunden durchgeführt werden.
Das Mischen aus Schritt (a) kann mithilfe jedes geeigneten oder gewünschten Verfahrens durchgeführt werden. In Ausführungsformen kann der Mischschritt (a) mithilfe einer Dispergierschaufel durchgeführt werden, die bei 500 bis 5500 Umdrehungen pro Minute, bei 1500 bis 4000 Umdrehungen pro Minute oder bei 2000 bis 3000 Umdrehungen pro Minute eingestellt ist.
Der Mahlschritt (b) kann mithilfe jedes geeigneten oder gewünschten Verfahrens durchgeführt werden. In Ausführungsformen umfasst der Mahlschritt (b) einen Schleifschritt. Für den Mahlschritt (b) können eine Immersionsmühle oder Korbmühle eingesetzt werden. Die Korbmühle kann Filter mit geeigneten Öffnungen, wie z. B. 0,1 Millimeter-Öffnungen, auf der Seite und an der Unterseite enthalten, die mit Schleifmedien gefüllt werden können, wie keramische Schleifmedien, die in Ausführungsformen ein kugelförmigen Zirkonoxid-Schleifmedium mit 0,3 Millimeter Durchmesser sind. Die Korbmühle kann eine Schnecke verwenden, um die geschmolzenen gemischten Pigmente und Wachsteilchen in die Mühle zu ziehen. Die Zentrifugalkraft, die von dem Rotor und den Schleifmedien ausgeübt wird, drückt die Aufschlämmung durch den Seiten- und Unterseitenfilter. Das Mahlen kann während jeder geeigneten oder gewünschten Zeit stattfinden, in Ausführungsformen so lange, bis eine gewünschte Teilchengrößenverteilung erreicht wurde.
Es kann jede geeignete oder gewünschte Mühle für die Verfahren hierin ausgewählt werden. In Ausführungsformen kann die Mühle wie die in der US 7.559.493 B1 beschriebene sein. In Ausführungsformen kann das Verfahren hierin mithilfe einer Hockmeyer HCPN Dispermill® durchgeführt werden, die von der Hockmeyer Equipment Corporation erhältlich ist und bei der es sich um eine Mikromühle handelt. Dies ist eine Immersionsmühle, die eine vertikale Korbmühle aufweist, die Schleifmedien zum Reduzieren der Teilchengröße von Materialien wie z. B. Pigmenten benutzt.
Jedes geeignete oder gewünschte Medienmahlmaterial wie Kügelchen oder Schrot kann in den Immersionsmühlenkopf (Korbanordnung) gegeben werden. In Ausführungsformen werden 40 Milliliter Zirkonoxid mit 0,3 Millimeter Durchmesser in dem Mühlenkopf für den Mahlschritt angeordnet.
In Ausführungsformen kann der Mahlschritt (b) bei einer Temperatur von 90 bis 170 °C oder von 100 bis 145 °C oder von 120 bis 140 °C durchgeführt werden.
Der Mahlschritt (b) kann für jeden geeigneten oder gewünschten Zeitraum durchgeführt werden, in Ausführungsformen kann der Mahlschritt (b) für einen Zeitraum von 0,1 bis 8 Stunden oder von 1 bis 8 Stunden oder von 3 bis 6 Stunden oder von 2 bis 4 Stunden durchgeführt werden. In einer spezifischen Ausführungsform kann der Schmelz- und Mischschritt (a) für einen Zeitraum von 0,1 bis 4 Stunden durchgeführt werden.
Das gemahlene Pigmentkonzentrat aus Schritt (b) kann unverzüglich verwendet werden oder zur späteren Verwendung aufbewahrt werden. In Ausführungsformen kann das gemahlene Pigmentkonzentrat aus Schritt (b) auf Aluminiumablagen gegeben werden.
Der Verbindungsschritt (c) kann mithilfe jedes geeigneten oder gewünschten Verfahrens ausgeführt werden. In Ausführungsformen umfasst der Verbindungsschritt (c) (1) das Vorhomogenisieren gefolgt von (2) dem Homogenisieren. Zum Beispiel umfasst in Ausführungsformen der Verbindungsschritt (c) das (1) Vorhomogenisieren für einen Zeitraum von 0,1 bis 1,5 Stunden bei einer Temperatur von 90 bis 170 °C bei 100 bis 1000 U/min und 2,07 bis 6,89 mPa (300 bis 1000 psi); gefolgt von (2) dem Homogenisieren für einen Zeitraum von 0,5 bis 5 Stunden bei einer Temperatur von 90 bis 170 °C bei 100 bis 1000 U/min und 27,58 bis 55,16 mPa (4000 bis 8000 psi).
Das Verfahren kann ferner das (d) Kühlen der pigmentierten Wachsdispersion auf jede geeignete oder gewünschte Temperatur, (e) das Filtern der pigmentierten Wachsdispersion; und das (f) Ablassen der pigmentierten Wachsdispersion umfassen.
Der Kühlschritt (d) kann das Kühlen der pigmentierten Wachsdispersion auf jede geeignete oder gewünschte Temperatur umfassen; in Ausführungsformen das Kühlen auf eine Temperatur von 20 bis 50 °C.
Der Filterschritt (c) kann mithilfe jedes geeigneten oder gewünschten Verfahrens ausgeführt werden. In Ausführungsformen kann das Filtern der pigmentierten Wachsdispersion das Filtern durch einen Filter mit einer Filtergröße von 100 bis 300 Mikrometern umfassen. In Ausführungsformen kann die pigmentierte Wachsdispersion durch einen 150 Mikrometer-Nylonfilter bei einer Temperatur von 20 bis 50 °C gefiltert werden.
Die pigmentierten Wachsdispersionsteilchen stellen Wachspigmentdispersionen mit kleiner Größe bereit. Die Teilchengröße der pigmentierten Wachsteilchen kann mithilfe jeder Anzahl geeigneter dynamischer Lichtstreuungsvorrichtungen gemessen werden, wie z. B. mit einem Malvern ZetasizerⓇ. Zum Beispiel kann die Z-durchschnittliche Teilchengröße über die Zeit überwacht werden, um die Stabilität der Pigmentteilchen zu messen, während diese bei erhöhten Temperaturen gehalten werden, wie z. B. bei 120 °C. In Ausführungsformen weisen die pigmentierten Wachsteilchen eine Z-durchschnittliche Teilchengröße von 80 bis 300 Nanometern, oder von 100 bis 250 Nanometern oder von 120 bis 230 Nanometern oder von 170 bis 230 Nanometern auf.
Die pigmentierte Wachsdispersion kann in der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung in jeder geeigneten oder gewünschten Menge vorliegen. In Ausführungsformen ist die pigmentierte Wachsdispersion in der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung in einer Menge von 0 bis 70 oder von 10 bis 60 oder von 25 bis 45 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung vorhanden. Wenn eine färbemittelbasierte Wachsdispersion verwendet wird, kann die färbemittelbasierte Wachsdispersion in jeder geeigneten oder gewünschten Menge auch in der wässrigen Druckfarbe vorliegen. In Ausführungsformen ist die eingefärbte Wachsdispersion in der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung in einer Menge von 0 bis 70 oder von 10 bis 60 oder von 25 bis 45 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung vorhanden.
Die wässrigen Druckfarbenzusammensetzungen enthalten einen wässrigen Flüssigkeitsträgerstoff. Die Gesamtmenge an Flüssigträgerstoff kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt werden. In Ausführungsformen ist der Flüssigkeitsträgerstoff in der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung in einer Menge von 75 bis 97 oder von 80 bis 95 oder von 85 bis 95 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung vorhanden.
Die Druckfarbenzusammensetzungen hierin können nur Wasser enthalten, oder können ein Gemisch aus Wasser und einer wasserlöslichen oder wassermischbaren organischen Komponente umfassen, die als Co-Lösungsmittel, Befeuchtungsmittel oder dergleichen bezeichnet wird (im Folgenden Co-Lösungsmittel) wie Alkohole und Alkohol-Derivate, einschließlich aliphatischer Alkohole, aromatischer Alkohole, Diole, Glycolether, Polyglycolether, langkettiger Alkohole, primärer aliphatischer Alkohole, sekundärer aliphatischer Alkohole, 1,2-Alkohole, 1,3-Alkohole, 1,5-Alkohole, Ethylenglycol-Alkylether, Propylenglycol-Alkylether, methoxylierter Glycerine, ethoxylierter Glycerine, höherer Homologa von Polyethylenglycol-Alkylether und dergleichen, wobei spezifische Beispiele Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycol, Glycerin, Dipropylenglycol, Polyethylenglycole, Polypropylenglycole, 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 dergleichen einschließen; auch geeignet sind Amide, Ether, Harnstoffe, substituierte Harnstoffe wie Thioharnstoff, Ethylenharnstoff, Alkylharnstoff, Alkyl-Thioharnstoff, Dialkylharnstoff und Dialkylthioharnstoff, Carbonsäuren und ihre Salze wie 2-Methylpentansäure, 2-Ethyl-3-Propylacryl-Säure, 2 -Ethyl-Hexansäure, 3-Ethoxypropansäure und dergleichen, Ester, Organosulfide, Organosulfoxide, Sulfone (wie Sulfolan), Carbitol, Butylcarbitol, Cellosolve, Ether, Tripropylenglycolmonomethylether, Etherderivate, Hydroxyether, Aminoalkohole , Ketone, N-Methylpyrrolidinon, 2-Pyrrolidinon, Cyclohexylpyrrolidon, Amide, Sulfoxide, Lactone, Polyelektrolyte, Methylulfonylethanol, Imidazol, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Betain, Zucker wie beispielsweise 1-Desoxy-D-galactitol, Mannit, Inosit und dergleichen, substituierte und unsubstituierte Formamide, substituierte und unsubstituierte Acetamide und andere wasserlösliche oder wassermischbare Materialien sowie deren Mischungen. In Ausführungsformen wird das Zusatzlösungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenglycol, N-Methylpyrrolidon, methoxyliertem Glycerin, ethoxyliertem Glycerin, sowie Mischungen davon ausgewählt. Wenn Mischungen aus Wasser und wasserlöslichen oder wassermischbaren organischen Flüssigkeiten als flüssiger Trägerstoff ausgewählt werden, liegt das Verhältnis von Wasser und organischer Flüssigkeit beliebig in jedem geeigneten oder gewünschten Verhältnisbereich von 100:0 bis 30:70 oder von 97:3 bis 40:60 oder von 95:5 bis 60:40. Die Nicht-Wasser-Komponente des flüssigen Trägerstoffes dient im Allgemeinen als Befeuchtungsmittel oder Co-Lösungsmittel und weist einen höheren Siedepunkt als der von Wasser (100 °C) auf. Die organische Komponente des Druckfarbenträgerstoffes kann auch dazu dienen, die Oberflächenspannung der Druckfarbe zu verändern, die Druckfarbenviskosität zu verändern, den Farbstoff zu lösen oder zu dispergieren und/oder die Trocknungseigenschaften der Druckfarbe zu beeinflussen.
In bestimmten Ausführungsformen ist Co-Lösungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Sulfolan, Methylethylketon, Isopropanol, 2-Pyrrolidinon, Polyethylenglycol und Mischungen davon ausgewählt.
In anderen Ausführungsformen umfasst eine wässrige Druckfarbenzusammensetzung hierin Wasser; zwei oder mehrere glykolartige Co-Lösungsmittel und eine wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, die mehrere Farbstoff-Wachsteilchen umfasst, die einen Farbstoffkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die Farbstoff-Wachsteilchen einen Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Farbstoff ein Pigment. In einer spezifischen Ausführungsform ist mindestens eines der Glycollösungsmittel Glycerol. In einer spezifischen Ausführungsform sind die Co-Lösungsmittel Glycerol und 1,3-Propandiol sind; und das Glycerol und das 1,3-Propandiol liegen jeweils in einem Verhältnis von 6:1 bis 1:2 vor. In einer anderen spezifischen Ausführungsform sind die Co-Lösungsmittel Glycerol und 1,3-Propandiol und Glycerol und 1,3-Propandiol liegen jeweils in einem Verhältnis von 2:1 bis 5:1 vor und die Gesamtmenge des Co-Lösungsmittels beträgt weniger als 35 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe und mehr als 10 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
Die Gesamtmenge an Flüssigträgerstoff kann in jeder geeigneten oder gewünschten Menge bereitgestellt werden. In Ausführungsformen ist der Flüssigkeitsträgerstoff in der dehnbaren Druckfarbenzusammensetzung in einer Menge von 75 bis 97 oder von 80 bis 95 oder von 85 bis 95 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der dehnbaren Druckfarbenzusammensetzung vorhanden.
Die dispergierten Wachsdispersionen hierin können jeden geeigneten oder gewünschten Pigmentfarbstoff enthalten. Zum Beispiel kann der Farbstoff ein Pigment oder ein Färbemittel sein. In spezifischen Ausführungsformen ist der Farbstoff ein Pigment. In einer spezifischen Ausführungsform ist der Farbstoff ein Pigment, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Magenta-Pigment, einem Cyan-Pigment, einem Yellow-Pigment, einem Black-Pigment und Mischungen und Kombinationen daraus. Die pigmentierten Wachsdispersionen können von Synergiermitteln und Dispergiermitteln stabilisiert werden.
Beispiele geeigneter Pigmente schließen PALIOGEN® Violet 5100 (BASF); PALIOGEN® Violet 5890 (BASF); HELIOGEN® Green L8730 (BASF); LITHOLO Scarlet D3700 (BASF); SUNFAST® Blue 15:4 (Sun Chemical); Hostaperm® Blue B2G-D (Clariant); Hostaperm® Blue B4G (Clariant); SPECTRA® PAC C Blue 15:4 (Sun Chemical); Permanent Red P-F7RK; Hostaperm® Violet BL (Clariant); LITHOLO Scarlet 4440 (BASF); Bon Red C (Dominion Color Company); ORACET® Pink RF (BASF); PALIOGEN® Red 3871 K (BASF); SUNFAST® Blue 15:3 (Sun Chemical); PALIOGEN® Red 3340 (BASF); SUNFAST® Carbazole Violet 23 (Sun Chemical); LITHOLO Fast Scarlet L4300 (BASF); SUNBRITE® Yellow 17 (Sun Chemical); HELIOGEN® Blue L6900, L7020 (BASF); SUNBRITE® Yellow 74 (Sun Chemical); SPECTRA® PAC C Orange 16 (Sun Chemical); HELIOGEN® Blue K6902, K6910 (BASF); SUNFAST® Magenta 122 (Sun Chemical); HELIOGEN® Blue D6840, D7080 (BASF); Sudan Blue OS (BASF); NEOPEN® Blue FF4012 (BASF); PV Fast Blue B2GO1 (Clariant); IRGALITE® Blue GLO (BASF); PALIOGEN® Blue 6470 (BASF); Sudan Orange G (Aldrich); Sudan Orange 220 (BASF); PALIOGEN® Orange 3040 (BASF); PALIOGEN® Yellow 152, 1560 (BASF); LITHOL® Fast Yellow 0991 K (BASF); PALIOTOL® Yellow 1840 (BASF); NOVOPERM® Yellow FGL (Clariant); Ink Jet Yellow 4G VP2532 (Clariant); Toner Yellow HG (Clariant); Lumogen® Yellow D0790 (BASF); Suco-Yellow L1250 (BASF); Suco-Yellow D1355 (BASF); Suco Fast Yellow D1355, D1351 (BASF); HOSTAPERM® Pink E 02 (Clariant); Hansa Brilliant Yellow 5GX03 (Clariant); Permanent Yellow GRL 02 (Clariant); Permanent Rubine L6B 05 (Clariant); FANAL® Pink D4830 (BASF); CINQUASIA® Magenta (DU PONT); PALIOGEN® Black L0084 (BASF); Pigment Black K801 (BASF) und Kohleschwarz wie REGAL 330™ (Cabot), Nipex 150 (Evonik) Kohleschwarz 5250 und Kohleschwarz 5750 (Columbia Chemical) und dergleichen sowie Mischungen davon ein.
Die pigmentierten Wachsdispersionen hierin können jedes geeignete oder gewünschte Wachs enthalten. Das Wachs wird gemäß dem gewünschten Endprodukt ausgewählt.
In Ausführungsformen ist das Wachs ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyolefinen, Carnaubawachs, Reiswachs, Candelillawachs, Sumachwachs, Jojobaöl, Bienenwachs, Montanwachs, Ozokerit, Ceresin, Paraffinwachs, mikrokristallinem Wachs, Fischer-Tropsch-Wachs, Stearylalkoholstearat, Behenylbehenat, Butylstearat, Propyloleat, Glycerid-Monostearat, Glyceriddistearat, Pentaerythrit-tetra-Behenat, Diethylenglycolmonostearat, Dipropylenglycoldistearat, Diglyceryldistearat, Triglyceryldiisostearatstearat, Sorbitanmonostearat, Polyethylenwachs, Esterwachs, Amidwachs, Fettsäuren, Fettalkoholen , Fettsäureamiden und Kombinationen davon.
Daher wird eine wässrige Submikrometer-Pigment-Wachsdispersion, umfassend mehrere pigmentierte Wachsteilchen, die einen Farbstoffkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, bereitgestellt, wobei die pigmentierten Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometer bis weniger als 300 Nanometer aufweisen.
In Ausführungsformen enthält die wässrige Submikrometer-Pigment-Wachsdispersion mindestens 25 Gewichtsprozent Pigment basierend auf dem Gesamtgewicht von Pigment und Wachs in der pigmentierten Wachsdispersion.
Bei der wässrigen Submikrometer-Pigment-Wachsdispersion handelt es sich um eine Dispersion mit geringer Viskosität, die in der Nähe von Wasser liegt. In Ausführungsformen weist die wässrige Submikrometer-Pigment-Wachsdispersion eine Viskosität von 0.0012 bis 0.012 Pa s (1,2 bis 12 Centipoise) auf. In Ausführungsformen weist die wässrige Druckfarbe eine Viskosität von 0.0012 bis 0.012 Pa s (1,2 bis 12 Centipoise) in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 40 °C auf.
In Ausführungsformen weist die stabile wässrige Dispersion aus wachsverkapseltem Pigment einen D50 von 140 Nanometern bis 220 Nanometern in Ausführungsformen auf, die mit einem Hochdruckkolbenhomogenisator hergestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen können die Wachse Polymethylenwachs oder Polyethylenwachs mit unterschiedlichem Molekulargewicht sein und einen Schmelzpunkt von weniger als 60 °C bis 100 °C aufweisen. Der Feststoffgehalt in der Dispersion kann variieren. In Ausführungsformen besitzt die pigmentierte Wachsdispersion einen Feststoffgehalt von 15 Gewichtsprozent bis 35 Gewichtsprozent Pigment basierend auf dem Gesamtgewicht der Pigmentdispersion.
Die offenbarten Druckfarben können auch ein Tensid enthalten. Beispiele für geeignete Tenside sind ionische Tenside, anionische Tenside, kationische Tenside, nichtionische Tenside, zwitterionische Tenside und dergleichen sowie Mischungen davon. Beispiele für geeignete Tenside sind: Alkylpolyethylenoxide, Alkylphenylpolyethylenoxide, Polyethylenoxid-Blockcopolymere, Acetylenpolyethylenoxide, Polyethylenoxid(di)ester, Polyethyleneoxidamine, Protonated Polyethylenoxidamine, protonierte Polyethylenoxidamide, Dimethiconcopolyole, substituierte Aminxide und dergleichen, wobei spezifische Beispiele primäre, sekundäre und tertiäre Salzverbindungen wie Chlorwasserstoffsäuresalze, Essigsäuresalze aus Laurylamin, Kokosamin, Stearylamin, Kolofoniumamin; quarternäre ammoniaksalzartige Verbindungen wie Lauryltrimethylammoniakchlorid, Cetyltrimethylammoniakchlorid, Benzyltributylammoniakchlorid, Benzalkoniumchlorid, usw.; pyridiniumsalzartige Verbindungen wie Cetylpyridiniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, usw.; nichtionisches Tensid wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylester, Acetylenalkohole, Acetylenglycole; und andere Tenside wie 2- Heptadecenyl-Hydroxyethylimidazolin, Dihydroxyethylstearylamin, Stearyldimethylbetain, und Lauryldihydroxyethylbetain; Fluortenside; und dergleichen sowie Mischungen davon. Zusätzliche Beispiele für nichtionische Tenside sind: Polyacrylsäure, Methalose, Methylcellulose, Ethylcellulose, Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyoxyethylencetylether, Polyoxyethylenlaurylether, Polyoxyethylenoctylether, Polyoxyethylenoctylphenylether, Polyoxyethylenoleylether, Polyoxyethylensorbitanmonolaurat, Polyoxyethylenstearylether, Polyoxyethylennonylphenylether, Dialkylphenoxypoly(ethyleneoxy)ethanol, die bei Rhone-Poulenc als IGEPAL CA-210™ IGEPAL CA-520™, IGEPAL CA-720™, IGEPAL CO-890™, IGEPAL CO-720™, IGEPAL CO-290™, IGEPAL CA-21OTM, ANTAROX 890™ und ANTAROX 897™ erhältlich sind. Andere Beispiele geeigneter nichtionischer Tenside sind Blockcopolymer von Polyethylenoxid und Polypropylenoxid, einschließlich die im Handel unter der Bezeichnung SYNPERONIC™ PE/F wie SYNPERONIC™ PE/F 108 erhältlichen. Andere Beispiele geeigneter anionischer Tenside sind Sulfate und Sulfonate, Natriumdodecylsulfat (SDS), Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalensulfat, Dialkylbenzolalkylsulfate und Sulfonate, Säuren wie Abitinsäure, die von Sigma-Aldrich erhältlich ist, NEOGEN R™, NEOGEN SC™ erhältlich von Daiichi Kogyo Seiyaku, Kombinationen davon und dergleichen. Andere Beispiele für geeignete anionische Tenside sind DOWFAX™ 2A1, ein Alkyldiphenyloxiddisulfonat von der Dow Chemical Company und/oder TAYCA POWER BN2060 von der Tayca Corporation (Japan), die verzweigte Natriumdodecylbenzolsulfonate sind. Andere Beispiele geeigneter kationischer Tenside, die normalerweise positiv geladen sind, sind Alkylbenzyldimethylammoniakchlorid, Dialkylbenzolalkylammoniakchlorid, Lauryltrimethylammoniakchlorid, Alkylbenzylmethylammoniakchlorid, Alkylbenzyldimethylammoniakbromid, Benzalkoniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid, C12, C15, C17-trimethylammoniakbromide, Halogenide aus quaternisierten Polyoxyethylalkylaminen, Dodecylbenzyltriethylammoniakchlorid, MIRAPOL™ und ALKAQUAT™ von der Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (Benzalkoniumchlorid) von Kao Chemicals und dergleichen sowie Mischungen davon. Es können Mischungen aus zwei oder mehreren Tensiden verwendet werden.
Das optionale Tensid kann in jeder gewünschten oder wirksamen Menge vorliegen, in den Ausführungsformen liegt das Tensid in einer Menge von 0,01 bis 5 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbenzusammensetzung vor. Es sei darauf hingewiesen, dass die Tenside in einigen Fällen als Dispergiermittel genannt sind.
Die Druckfarbenzusammensetzung kann ferner Additive umfassen. Optionale Additive, die in die Druckfarbenzusammensetzungen aufgenommen werden können, schließen Biozide, Fungizide, pH-Steuermittel wie Säuren oder Laugen, Phosphatsalze, Carboxylatsalze, Sulfitsalze, Aminsalze, Pufferlösungen und dergleichen ein, Sequestriermittel wie EDTA (Ethylendiamin-Tetra-Essigsäure), Viskositätsmodifikatoren, Nivelliermittel und dergleichen sowie Mischungen davon ein.
Die wässrigen Druckfarbenzusammensetzungen hierin umfassen die pigmentierten Wachsteilchen oder die eingefärbten Wachsteilchen besitzen verbesserte Ablöseeigenschaften gegenüber vorherigen wässrigen Druckfarbenzusammensetzungen, die keine pigmentierten Wachsteilchen oder eingefärbten Wachsteilchen enthalten. Da die Pigmente und Färbemittel in Wachs verkapselt sind, neigen die Druckfarben, die mit wachsverkapselten Pigmenten hergestellt werden, eher zur vollständigen Übertragung auf Papier mit oder ohne „Haut“. Da die Pigmente in Wachs verkapselt sind, sind sie weniger verklumpungsanfällig. Außerdem sind wachsverkapselte Pigmente leichter als Pigment (nicht wachsverkapseltes Pigment oder einzelnes Pigment) und neigen daher weniger dazu, sich abzusetzen.
Drucke mit den vorliegenden wässrigen wachshaltigen Druckfarben weisen verbesserte Glanzeigenschaften auf, zeigen eine breitere Farbbreite und besitzen eine längere Haltbarkeit als Druckfarben, die nicht mit den wachsverkapselten Pigmenten oder wachsverkapselten Färbemitteln formuliert sind. Die vorliegenden wässrigen Druckfarbenzusammensetzungen, die pigmentierte Wachsteilchendispersionen enthalten, stellen Tintenstrahldruckfarben mit deutlich verbesserter „Ablöse“-Effizienz bereit, wenn sie mit Transfixier-Tintenstrahldruckern verwendet werden, und sind für ein breites Sortiment von Druckmedien geeignet.
In Ausführungsformen werden die wässrigen Druckfarbenzusammensetzungen hierin mit Dispersionen aus Wachs bereitgestellt, die Cyan, Magenta, Yellow, Black oder andere benutzerdefinierte farbige Pigmente oder Färbemittel enthalten.
In Ausführungsformen ist die Druckfarbenzusammensetzung eine Zusammensetzung mit niedriger Viskosität. Der Ausdruck „niedrige Viskosität“ wird gegenüber herkömmlichen hoch viskosen Druckfarben wie Filterdruckfarben verwendet, die dazu neigen, eine Viskosität von mindestens 1 Pa s (1000 Centipoise (cps)) aufzuweisen. In spezifischen Ausführungsformen weist die hierin offenbarte Druckfarbe eine Viskosität von nicht mehr als 0.1 Pa · s (100 cps) auf, nicht mehr als 0.05 Pa · s (50 cps) oder nicht mehr als 0.002 Pa · s (20 cps) oder von 0.0002 bis 0.03 Pa · s (2 bis 30 cps) bei einer Temperatur von 30 °C auf, obgleich die Viskosität außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Bei der Verwendung in Tintenstrahl-Druckanwendungen weisen die Druckfarbenzusammensetzungen allgemein eine Viskosität auf, die sich zur Verwendung in den genannten Tintenstrahl-Druckverfahren eignet. Zum Beispiel kann bei Wärme-Tintenstrahl-Druckanwendungen bei Raumtemperatur (d. h. 25 °C) die Druckfarbenviskosität mindestens 0.0001 Pa · s (1 Centipoise), nicht mehr als 0.001 Pa · s (10 Centipoise), nicht mehr als 0.0007 Pa · s (7 Centipoise) oder nicht mehr als 0.0005 Pa · s (5 Centipoise) betragen, obwohl die Viskosität außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Für den piezoelektrischen Tintenstrahldruck kann bei Sprühtemperatur die Druckfarbenviskosität mindestens 0.0002 Pa · s (2 Centipoise), mindestens 0.0003 Pa · s (3 Centipoise), nicht mehr als 0.002 Pa · s (20 Centipoise), nicht mehr als 0.0015 Pa s (15 Centipoise) oder nicht mehr als 0.001 Pa s (10 Centipoise) betragen, obwohl die Viskosität außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Die Sprühtemperatur kann so gering wie 20 bis 25 °C und kann so hoch wie 70 °C, so hoch wie 50 °C oder so hoch wie 40 °C sein, obwohl die Sprühtemperatur außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
In Ausführungsformen weisen die Druckfarbenzusammensetzungen hierin eine Viskosität von 0.0002 bis 0.002 Pa · s (2 bis 20 Centipoise) bei einer Sprühtemperatur von 30 °C bis 40 °C auf. In bestimmten Ausführungsformen weisen die Druckfarbenzusammensetzungen hierin eine Viskosität von 0.0002 bis 0.002 Pa · s (2 bis 20 Centipoise) bei einer Temperatur von 30 °C auf.
Die Druckfarbenzusammensetzungen hierin weisen ausgewählte Oberflächenspannungseigenschaften auf, die Benetzungs- und Ablöseeigenschaften bereitstellen, die sich für indirekte Druckanwendungen eignen. In Ausführungsformen wird die Druckfarbenzusammensetzung ausgewählt, um eine Oberflächenspannung, Viskosität und Teilchengröße bereitzustellen, die für die Verwendung in einem piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf geeignet sind.
In Ausführungsformen weist die Druckfarbenzusammensetzung hierin eine Oberflächenspannung von 1,5 x 10^-4 N/cm bis 5 x 10^-4 N/cm (15 bis 50 Dyne pro Zentimeter) auf, oder von 1,8 x 10^-4 N/cm bis 3,8 x 10^-4 N/cm (18 bis 38 Dyne pro Zentimeter) oder von 2 x 10^-4 N/cm bis 3,5 x 10^-4 N/cm (20 bis 35 Dyne pro Zentimeter), obwohl die Oberflächenspannung außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Die Druckfarbenzusammensetzungen können mithilfe jedes geeigneten Verfahrens hergestellt werden, wie z. B. durch einfaches Mischen der Bestandteile. Ein Verfahren besteht im Mischen der Druckfarbenbestandteile und Filtern der Mischung zum Erhalten einer Druckfarbe. Druckfarben können durch Mischen der Bestandteile, bei Bedarf Erwärmen und Filtern gefolgt von der Zugabe jedes gewünschten Zusatzstoffes zu der Mischung und Mischen bei Raumtemperatur mit moderatem Schütteln erhalten werden, bis eine homogene Mischung erreicht wird, in Ausführungsformen nach 5 bis 10 Minuten. Alternativ können die optionalen Druckfarbenzusatzstoffe mit anderen Druckfarbenbestandteilen während des Druckfarbenherstellungsverfahrens gemischt werden, das gemäß dem gewünschten Ablauf stattfindet, wie dem Mischen aller Bestandteile, nach Bedarf Erwärmen und Filtern.
In einer spezifischen Ausführungsform werden die Druckfarben wie folgt dargestellt: 1) Herstellen der pigmentierten Wachsdispersion durch (a) Schmelzen und Mischen eines Trockenpigments mit mindestens einem Wachs zum Bilden eines Pigmentkonzentrats, wobei das Pigmentkonzentrat mindestens 25 Gewichtsprozent Pigment enthält; (b) Mahlen des Pigmentkonzentrats aus Schritt (a) zum Bilden eines gemahlenen Pigmentkonzentrats; (c) Verbinden des gemahlenen Pigmentkonzentrats aus (b) mit Wasser und Dispergieren davon zum Bilden einer pigmentierten Wachsdispersion, die einen Pigmentkern umfasst, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die pigmentierten Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen; 2) Mischen der pigmentierten Wachsdispersion mit dem wässrigen Druckfarbenträgerstoff; 3) wahlweise Filtern der Mischung; 4) Zugeben von anderen Komponenten wie zusätzliches Wasser, Co-Lösungsmittel und wahlweise Additive; und 5) wahlweise Filtern der Zusammensetzung.
Auch hierin offenbart wird ein Verfahren, welches das Auftragen einer Druckfarbenzusammensetzung wie hierin offenbart auf ein Substrat in einem bildartigen Muster umfasst.
Die Druckfarbenzusammensetzungen können in einem Verfahren verwendet werden, das zum Aufnehmen der Druckfarbenzusammensetzung in einer Tintenstrahldruckvorrichtung ausgelegt ist und bewirkt, dass die Druckfarbentropfen in einem bildartigen Muster auf ein Substrat ausgestoßen werden. In einer spezifischen Ausführungsform verwendet die Druckvorrichtung ein Wärme-Tintenstrahldruckverfahren, wobei die Druckfarbe in der Düse wahlweise in einem bildartigen Muster erwärmt wird, wodurch die Tropfen der Druckfarbe in einem bildartigen Muster ausgestoßen werden. In einer anderen Ausführungsform setzt die Druckvorrichtung ein akustisches Tintenstrahlverfahren ein, wobei die Druckfarbentropfen in einem bildartigen Muster von akustischen Strahlen ausgestoßen werden. In einer noch anderen Ausführungsform setzt die Druckvorrichtung ein piezoelektrisches Tintenstrahlverfahren ein, wobei die Druckfarbentropfen in einem bildartigen Muster durch Schwingungen der piezoelektrischen Schwingungselemente ausgestoßen werden. Es kann jedes geeignete Substrat eingesetzt werden.
In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren hierin die Aufnahme einer Druckfarbe, die wie hierin offenbart hergestellt wurde, in eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung, wobei Druckfarbentropfen in einem bildartigen Muster auf ein Zwischentransferelement ausgestoßen werden, das Bild zum teilweise oder vollständigen Entfernen von Lösungsmitteln erwärmt wird, und die Druckfarbe in dem bildartigen Muster von dem Zwischentransferelement auf ein abschließendes Aufzeichnungssubstrat übertragen wird. In einer spezifischen Ausführungsform wird das Zwischentransferelement auf eine Temperatur über der des abschließenden Aufzeichnungsbogens und unter derjenigen der Druckfarbe in der Druckvorrichtung erwärmt. Ein Offset- oder indirektes Druckverfahren werden z. B. auch in der US 5.389.958 A offenbart. In einer spezifischen Ausführungsform setzt die Druckvorrichtung ein piezoelektrisches Druckverfahren ein, wobei die Druckfarbentropfen in einem bildartigen Muster durch Schwingungen der piezoelektrischen Schwingungselemente ausgestoßen werden.
In einer spezifischen Ausführungsform umfasst ein Verfahren eines wässrigen Tintenstrahldrucks mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung hierin das Aufnehmen einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung in eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung; wobei die wässrige Druckfarbenzusammensetzung Wasser, ein Co-Lösungsmittel; und eine wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, die wie hierin beschrieben hergestellt wird, die mehrere Farbstoff-Wachsteilchen umfasst, die einen Farbstoffkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die Farbstoff-Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung in den Bereich von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen; Ausstoßen der Tröpfchen Druckfarbe in einem bildartigen Muster auf ein Zwischentransferelement; wahlweise Erwärmen des Bildes zum teilweise oder vollständigem Entfernen von Lösungsmitteln; und Übertragen der Druckfarbe in dem bildartigen Muster von dem Zwischentransferelement auf ein abschließendes Aufzeichnungssubstrat; oder Ausstoßen der Druckfarbentröpfchen in einem bildartigen Muster direkt auf ein endgültiges Bildaufnahmesubstrat. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Farbstoff ein Pigment. In einer weiteren spezifischen Ausführungsform ist mindestens eines der Glycollösungsmittel Glycerol. In einer noch anderen spezifischen Ausführungsform sind die Co-Lösungsmittel Glycerol und 1,3-Propandiol; und das Glycerol und das 1,3-Propandiol liegen jeweils in einem Verhältnis von 6:1 bis 1:2 vor.
Jedes geeignete Substrat oder Aufzeichnungsbogen können als abschließendes Aufzeichnungsblatt eingesetzt werden, einschließlich normales Papier wie XEROX® 4024-Papier, XEROX® Image Series-Papier, Courtland 4024 DP-Papier, Notizblockpapier mit linien, Hartpostpapier, siliciumdioxidbeschichtetes Papier wie siliciumoxidbeschichtetes Papier der Sharp Company, JuJo-Papier, HAMMERMILL LASERPRINT®-Papier und dergleichen, Transparenzmaterialien, Stoffe, Textilprodukte, Kunststoff, Polymerfilme, anorganische Substrate wie Metalle und Holz und dergleichen.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele werden vorgestellt, um verschiedene andere Arten der vorliegenden Offenbarung weiter zu definieren. Diese Beispiele sollen rein beispielhafte Darstellungen sein und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken. Auch sind alle Teile und Prozentangaben, sofern nicht anderweitig angegeben, in Gew.-%.
1 ist ein transmissionselektronenmikroskopisches Bild einer pigmentierten Wachsdispersion, die mit Cytech® FNP-80-Wachs (48,75 Gewichtsprozent) hergestellt wurde. 2 ist ein transmissionselektronenmikroskopisches Bild einer pigmentierten Wachsdispersion, die mit Clariant® Cyan BG10-Pigment (25 Gewichtdsprozent) hergestellt wurde. Die Wachsdomäne beträgt 200 Nanometer mit kleiner Pigmentkörnung in jeder Domäne.
Beispiel 1

Wässrige Cyan-Druckfarbe, enthaltend 2 Gewichtsprozent Cyan-Pigment. Die Bestandteile aus Tabelle 1 wurden in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen gemischt, um eine wässrige Cyandruckfarbe mit einer cyanpigmentierten Wachsdispersion bereitzustellen. Tabelle 1

Chemikalie	Gewicht (%)	Menge (g)
Cyanpigmentierte Wachsdispersion mit 19,91 % „pigmentierten“ Wachsteilchen (Cyan BG10-Pigment: 25 Gew.-%, PEI-1: 20 Gew.%, Sunflo® SFD-B124: 6,25 Gew.-%, Cytech FNP-0080: 48,75%)	40,2	40,2
1,3-Propandiol	20,3	20,3
Glycerol	7,5	7,5
Entionisiertes Wasser	32,0	32,0
Gesamt	100,0	100,0

Bei PEI-1 handelt es sich um ein Polyethylenimin-Dispergiermittel, das wie in der US 7.973.186 B1 beschrieben in Ausführungsformen die folgende Formel aufweist:
Sunflo® SFD-B124 ist ein derivatisiertes sulfoniertes Kupferphthalocyanin, das von Sun Chemical erhältlich ist.
Rheologische Aufzeichnungen der wässrigen Druckfarbe aus Besipiel 1 sind in 3, 4 und 5 dargestellt. Die Druckfarbe aus Beispiel 1 wurde mit 2 Gewichtsprozent Clariant® Cyan BG10-Pigment und 3,9 Gewichtsprozent Cytech® FNP-80-Wachs hergestellt. Die Druckfarben können formuliert werden, um eine höhere oder geringere Viskosität für das effiziente Aufsprühen mit unterschiedlichen Druckköpfen aufzuweisen.
Beispiel 2

Wässrige Magenta-Druckfarbe, enthaltend 2 Gewichtsprozent Magenta-Pigment. Die Bestandteile aus Tabelle 2 wurden in den in Tabelle 2 aufgeführten Mengen gemischt, um eine wässrige Magentadruckfarbe mit einer magentapigmentierten Wachsdispersion bereitzustellen. Tabelle 2

Chemikalie	Gewicht (%)	Menge (g)
Magentapigmentierte Wachsdispersion mit 19,91 % „pigmentierten“ Wachsteilchen (Magenta PR57:1-Pigment: 30 Gew.-%, PEI-1: 18 Gew.-%, Cytech FNP-0080: 48%)	33,5	33,5
1,3-Propandiol	20,3	20,3
Glycerol	7,5	7,5
Entionisiertes Wasser	38,7	38,7
Gesamt	100,0	100,0

Die Testdrucke wurden mit der Druckfarbe aus Beispiel 1 unter Verwendung eines DimatixⓇ-Druckers hergestellt.
Die Druckfarbe wurde auf verschiedenen Substraten gedruckt, einschließlich Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papier, Epson® Premium Photo Papier und Xerox® 4200-Papiersubstrat unter Verwendung eines Dimatix®-Druckers mit den folgenden Prüfhauptparametern:

Prüfhauptparameter: Tropfmasse: 6,5 ng; Tropfgeschwindigkeit: 8 m/s; Frequenz: 5 KHz; Spannung: 19-24 V. Nach dem Drucken auf das Digital Color Elite-Glanzpapiersubstrat und das 4200 wurde das Papiersubstrat in dem Ofen bei 60 °C zwei Minuten lang getrocknet.

Der Durchmesser der gedruckten Punkte nach dem Drucken und Verteilen ist in Tabelle 3 aufgezeigt. Diese wurden mit dem PIAS II und mit einem optischen Mikroskop (kein Kontakt) direkt auf dem Druck gemessen. Bei PIAS-II handelt es sich um das persönliche Bild-Analysesystem, eine digitale Lupe und das hochauflösende optische Modul ~ 5µm/Pixel mit einem Sichtfeld von 3,2 mm x 2,4 mm wurden verwendet, um die Punktgröße und die Linienbreite zu messen. Tabelle 3

Papiersubstrat Punktgröße in Mikrometer

Epson® Premium Photo Papier 33

Xerox® Digital Color Elite Gloss® Papier 37,9

Xerox® 4200-Papier (nicht beschichtet) 42,6
6 ist ein Bild aus gedruckten Punkten, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Photo-Papiersubstrat gedruckt wurden.
7 ein Bild aus gedruckten Punkten, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papiersubstrat gedruckt wurden;
8 ein Bild aus gedruckten Punkten, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® 4200-Papiersubstrat gedruckt wurden;
Tabelle 4 zeigt die Linienbreite in Mikrometer in der Druckfarbe aus Beispiel 1, die in Linien auf die Papiersubstrate gedruckt wurde. Tabelle 4

Papiersubstrat Linienbreite in Mikrometern

Epson® Premium Photo Papier 32

Xerox® Digital Color Elite Gloss® Papier 33

Xerox® 4200-Papier (nicht beschichtet) 37
9 ist ein Bild aus gedruckten Linien, die mit der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung aus Beispiel 1 auf ein Photo-Papiersubstrat gedruckt wurden.
10 ist ein Bild aus gedruckten Linien, die mit der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung aus Beispiel 1 auf ein Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papiersubstrat gedruckt wurden.
11 ist ein Bild aus gedruckten Linien, welche die Zirkularität zeigen, die mit der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung aus Beispiel 1 auf ein Xerox® 4200-Papiersubstrat gedruckt wurden.
Tabelle 5 zeigt die optische Mikroskop-Punktzirkularität der Punkte, die mit der Druckfarbe aus Beispiel 1 auf die Papiersubstrate gedruckt wurden. Tabelle 5

Papiersubstrat Zirkularität

Epson® Premium Photo Papier 0,88

Xerox® Digital Color Elite Gloss® Papier 0,82

Xerox® 4200-Papier (nicht beschichtet) 0,59
12 ist ein Bild aus gedruckten Punkten mit Zirkularität, die mit der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung aus Beispiel 1 auf ein Photo-Papiersubstrat gedruckt wurden.
13 ist ein Bild aus gedruckten Punkten mit Zirkularität, die mit der wässrigen Druckfarbenzusammensetzung aus Beispiel 1 auf ein Xerox® Digital Color Elite Gloss®-Papiersubstrat gedruckt wurden.
14 ein Bild aus gedruckten Punkten, welche die Zirkularität zeigen, die mit einer wässrigen Druckfarbenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf ein Xerox® 4200-Papiersubstrat gedruckt wurden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, wobei das Verfahren umfasst: (a) Schmelzen eines Trockenfarbstoffs mit mindestens einem Wachs zum Bilden eines Farbstoffkonzentrats hergestellt wird, wobei das Farbstoffkonzentrat mindestens 25 Gewichtsprozent Farbstoff enthält; (b) Mahlen des Farbstoffkonzentrats aus Schritt (a) zum Bilden eines gemahlenen Farbstoffkonzentrats; (c) Verbinden des gemahlenen Farbstoffkonzentrats aus (b) mit Wasser und Dispergieren davon zum Bilden der Farbstoff-Wachsdispersion; wobei das Schmelzen und Mischen aus Schritt (a) und das Mahlen aus Schritt (b) mit einer Immersionsmedienmühle oder einer horizontalen Mühle durchgeführt werden; und wobei das Verbinden aus Schritt (c) mit einem Kolbenhomogenisator durchgeführt wird, und wobei die erhaltene wässrige Submikrometer-Wachsdispersion mehrere Farbstoff-Wachsteilchen umfasst, die einen Farbstoffkern umfassen, der von einer Wachshülle umgeben wird, wobei die Farbstoff-Wachsteilchen eine Teilchengrößenverteilung von 150 Nanometern bis weniger als 300 Nanometern aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff pigmentierte Wachsteilchen umfasst, die eine durchschnittliche Teilchengröße von 200 Nanometern aufweisen.
Wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion, erhältlich mit dem Verfahren nach Anspruch 1.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung, umfassend: Wasser; Co-Lösungsmittel; und die wässrige Submikrometer-Farbstoff-Wachsdispersion nach Anspruch 3.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die wässrige Druckfarbe eine Viskosität von 0,0012 bis 0,012 Pa · s (1,2 bis 12 Centipoise) in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 40 °C aufweist.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die Druckfarbe eine Oberflächenspannung von 1,5 x 10^-4 N/cm bis 5 x 10^-4 N/cm (15 bis 50 Dyne pro Zentimeter) aufweist.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die Druckfarbe eine Viskosität von 0,002 bis 0,02 Pa · s (2 bis 20 Centipoise) bei einer Aufsprühtemperatur von von 30 °C bis 40 °C aufweist.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 4, weiter umfassend zwei oder mehrere Glycol-Co-Lösungsmittel.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Co-Lösungsmittel Glycerol und 1,3-Propandiol sind; und wobei das Glycerol und 1,3-Propandiol jeweils in einem Verhältnis von 6:1 bis 1:2 vorliegen.
Wässrige Druckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Co-Lösungsmittel Glycerol und 1,3-Propandiol sind und wobei das Glycerol und 1,3-Propandiol jeweils in einem Verhältnis von 6:1 bis 1:2 vorliegen und wobei die Menge des Co-Lösungsmittels geringer als 35 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe und mehr als 10 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe ist.