DE102015213643A1

DE102015213643A1 - Dispersion aus gekapseltem farbstoff, der sichtbares licht absorbiert, und polyurethan

Info

Publication number: DE102015213643A1
Application number: DE102015213643.4A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey H. Banning; Kelley A. Moore; Jian Yao; Jesus Gonzalez; Jule W. Thomas jun.; Michael B. Meinhardt
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: US9493666B2; BR102015017166A2; CN105331195A; JP2016035049A; CA2899062C; US20160032123A1; DE102015213643B4; MX2015009326A; KR20160016614A; CN105331195B; CA2899062A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff und den Prozess zur Herstellung derselben bereit. Die vorliegende Offenbarung stellt weiterhin eine Tintenstrahltinte bereit, die einen Tintenträger und eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff davon sowie den Prozess zu deren Herstellung bereit.

Description

EINFÜHRUNG
Polyurethan-Dispersionen sind als Träger in wässrigen Tintenstrahl-Tinten, z.B. US-Patent Nr. 5,700,851 , und wässrigen Schreibtinten, z.B. US-Patent Nr. 5,637,638 , eingesetzt worden. Die in diesen Patenten beschriebenen Dispersionen setzen reaktive Polymerfarbmittel ein, die durch kovalente Bindung in das Polyurethan-Rückgrat des Moleküls eingebaut sind, und wirken als die Farbquelle der endgültigen Tinte.
Sichtbares Licht absorbierende Farbstoffe werden für Tinten- und Beschichtungsanwendungen intensiv gesucht.
Das Kapseln oder Einbauen von sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffen in den Latex in einer Emulsionspolymerisation ist kein einfaches Unternehmen. Dies liegt daran, dass der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff während einer Emulsionspolymerisation folgende Anforderungen erfüllen muss: (1) Löslichkeit in den in der Emulsionspolymerisation verwendeten Monomeren, (2) Einfang in einer Monomerzelle, während die Polymerisation in der Micelle abläuft und (3) Stabilität gegenüber freien Radikalen der Polymerisationsumgebung. Viele organische, sichtbares Licht absorbierende Farbstoffe sind in solchen Umgebungen nicht stabil und ihre Farben werden anschließend zerstört. Selbst wenn der gekapselte, sichtbares Licht absorbierende Farbstoff den gesamten Polymerisationsprozess überlebt, ist er typischerweise nicht gegenüber freien Radikalen der Umgebung am Ende des Prozesses stabil, wenn alle überschüssigen Monomere unter oxidativen oder reduktiven Bedingungen zerstört werden. Die Kapselung eines sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs in eine Polyurethan-Dispersion umgeht alle diese Probleme.
Es ist wichtig, dass die Tintenzusammensetzungen, die Dispersionen von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff umfassen, stabil bleiben, nicht nur bei Lagerung sondern auch über wiederholte Tintenstrahlzyklen. Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Kapseln von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff in den Latex und an dem Bereitstellen einer hochstabilen Dispersion von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff und Polyurethan, die für Tintenstrahl-Anwendungen verwendet werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine Wasser-in-Öl-Dispersion einer Mischung aus Wasser und einem neutralisierten Präpolymer, enthaltend einen sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine Öl-in-wässriger Dispersion einer Mischung aus Wasser und einem neutralisierten Präpolymer mit einem sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Hochgeschwindigkeitszentrifugation gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine Vergrößerungsansicht eines einzelnen Dispersionspartikels von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff in Wasser gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt eine Vergrößerungsansicht eines einzelnen Dispersionspartikels von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Zugabe eines Kettenverlängerers gemäß bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Offenbarung stellt eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff bereit, umfassend eine Polyurethan-Dispersion, die das Reaktionsprodukt aus (a) einem Urethan-Präpolymer, wobei das Urethan-Präpolymer das katalysierte Reaktionsprodukt aus (i) einem Polyol, (ii) einem Polyisocyanat und (iii) einem internen Tensid ist, (b) einem neutralisierenden Agens und (c) einem Kettenverlängerer und einem sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs ist, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist.
In weiteren Ausführungsformen stellt die Offenbarung eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff bereit, umfassend: eine Polyurethan-Dispersion, die das Reaktionsprodukt ist aus (a) einem Urethan-Präpolymer, das das katalysierte Reaktionsprodukt aus (i) einem Polyol, (ii) einem Polyisocyanat und (iii) einem internen Tensid ist, wobei das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis des internen Tensids zu Polyol ca. 0,5 bis ca. 2,0 und das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen zu OH-Gruppen insgesamt in dem Präpolymer ca. 1,2 bis ca. 2,0 beträgt; (b) einem neutralisierenden Agens; und (c) einem Kettenverlängerer; und einer wässrigen Dispersion von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend einen sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff, der nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist, wobei weiterhin die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff eine mittlere Partikelgröße von ca. 20 nm bis ca. 900 nm, eine Viskosität von ca. 2 bis ca. 150 cps bei Raumtemperatur und eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 65 dyn bei Raumtemperatur besitzt.
In Ausführungsformen stellt die Offenbarung eine Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung bereit, umfassend eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend: eine Polyurethan-Dispersion, die das Reaktionsprodukt ist aus: (a) einem Urethan-Präpolymer, das das katalysierte Reaktionsprodukt ist aus (i) einem Polyol, (ii) einem Polyisocyanat und (iii) einem internen Tensid; (b) einem neutralisierenden Agens; und (c) einem Kettenverlängerer; und einem sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Der Begriff "Dispersion", wie hier verwendet, bedeutet ein Zweiphasensystem, wobei eine Phase aus fein verteilten Partikeln (oft in kolloidalem Größenbereich) besteht, die über eine Bulk-Substanz verteilt sind, wobei die Partikel die dispergierte oder interne Phase und die Bulk-Substanz die kontinuierliche oder externe Phase ist. Das Bulk-System ist oft ein wässriges System.
Der Begriff "PUD", wie hier verwendet, bedeutet die hier beschriebenen Polyurethan-Dispersionen.
Der Begriff "DMPA", wie hier verwendet, bedeutet Dimethylolpropionsäure.
Die Offenbarung stellt eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff bereit, umfassend eine Polyurethan-Dispersion und eine wässrige Dispersion von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend einen sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff, der unreaktiv mit dem Reagens oder Vorläufer des Präpolymers (d.h. dem Polyol, dem Polyisocyanat und/oder dem internen Tensid) ist. Die Polyurethan-Dispersion der Offenbarung ist ein Reaktionsprodukt aus (a) einem Urethan-Präpolymer, (b) einem neutralisierenden Agens und (c) einem Kettenverlängerer, wobei das Urethan-Präpolymer aus (i) einem Polyol, (ii) einem Polyisocyanat und (iii) einem internen Tensid hergestellt wird.
Bei Herstellung der Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff der vorliegenden Erfindung kann ein sichtbares Licht absorbierender Farbstoff in die Polyurethan-Dispersion durch Zugabe/Lösen des sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs zu/in dem Präpolymer gerade vor Zugabe des Wassers während der Bildung der Polyurethan-Dispersion, somit vor Zugabe des Kettenverlängerers eingebaut oder gekapselt werden.
Die Herstellung der Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff erfordert, dass zuerst ein viskoses Präpolymer gebildet und dann der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nach Bildung des Präpolymers zugegeben wird. Die sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffe der Offenbarung sind nicht mischbar mit Wasser. Wenn solche Farbstoffe zu den Polyurethan-Dispersionen nach deren Herstellung gegeben werden, würden die Farbstoffe einfach auf dem Wasserteil des Latex "floatieren". In der vorliegenden Offenbarung werden die Farbstoffe zu dem Präpolymer oder den Komponenten, die umgesetzt werden, um das Polymer (d.h. Polyisocyanat, Polyol und internes Tensid) herzustellen, zugeben, da die Farbstoffe in diesen organischen Stoffen löslich sind.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff mit einem Prozess hergestellt werden, umfassend das Herstellen eines Urethan-Präpolymers, Lösen eines sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs in diesem Präpolymer; Umsetzen des Urethan-Präpolymers mit einem neutralisierenden Agens; Zugabe von Wasser zu dem neutralisierten Präpolymer, um eine wässrige Dispersion des neutralisierten Präpolymers zu bilden; und Umsetzen der wässrigen Dispersion des neutralisierten Präpolymers mit einem Kettenverlängerer, wodurch eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff hergestellt wird, wobei der Schritt des Herstellens eines Urethan-Präpolymers die Zugabe eines sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs zu dem Reaktionsgemisch umfasst. Der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff kann z.B. zu der Mischung von Polyol, Polyisocyanat und internem Tensid in Gegenwart eines Katalysators gegeben werden.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff durch einen Prozess hergestellt werden, umfassend das Herstellen eines Urethan-Präpolymers; Zugabe/Lösen eines sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs zu/in dem Urethan-Präpolymer; Umsetzen des Urethan-Präpolymers mit einem neutralisierenden Agens, um ein neutralisiertes Präpolymer zu bilden; Zugabe von Wasser zu dem neutralisierten Präpolymer, um eine wässrige Dispersion des neutralisierten Präpolymers zu bilden; und Umsetzen der wässrigen Dispersion des neutralisierten Präpolymers mit einem Kettenverlängerer, wodurch eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff hergestellt wird.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff durch einen Prozess hergestellt werden, umfassend das Herstellen eines Polyurethan-Präpolymers; Umsetzen des Urethan-Präpolymers mit einem neutralisierenden Agens, um ein neutralisiertes Präpolymer zu bilden; Zugabe eines gekapselten, sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs zu dem neutralisierten Präpolymer; Zugabe von Wasser zu dem neutralisierten Präpolymer, um eine wässrige Dispersion des neutralisierten Präpolymers zu bilden; und Umsetzen der wässrigen Dispersion des neutralisierten Präpolymers mit einem Kettenverlängerer, wodurch eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff hergestellt wird.
Das Urethan-Präpolymer kann durch Umsetzen eines Polyols, eines Polyisocyanats und eines internen Tensids in Gegenwart eines Katalysators hergestellt werden. Das interne Tensid kann in einem organischen Lösungsmittel, wie NMP, DMF oder anderen polaren, aprotischen Lösungsmitteln, vor Zugabe zu dem Polyol und dem Polyisocyanat gelöst werden.
Allgemein kann das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von internem Tensid zu Polyol ca. 0,5 bis 2,0, 0,75 bis 1,75 oder ca. 1 bis ca. 1,5 betragen, das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen zu OH-Gruppen insgesamt in dem Präpolymer kann ca. 1,0 bis 3,0, ca. 1,25 bis 2,5 oder ca. 1,5 bis ca. 2,0 betragen. Es ist erwünscht, ein hohes Verhältnis von internem Tensid zu Polyol und ein niedriges Verhältnis von NCO-Gruppen zu OH-Gruppen zu haben. Typischerweise wird die Urethan-Präpolymer-Reaktion bei ca. 70 °C bis ca. 100 °C für ca. 1 bis ca. 5 Stunden ausgeführt, bis der theoretische Isocyanat-Gehalt, die z.B. mittels des Di-n-butylamin-Titrationsverfahrens bestimmt werden kann, erreicht ist, um ein Urethan-Präpolymer (Isocyanat-terminiert), enthaltend ein internes Tensid darin, zu bilden.
Das Urethan-Präpolymer (Isocyanat-terminiertes Präpolymer mit einem internen Tensid darin) kann mit einem neutralisierenden Agens, wie Trialkylamin, z.B. Triethylamin, neutralisiert werden. Die Menge des verwendeten neutralisierenden Agens kann von der Menge des in dem Urethan-Präpolymer vorhandenen internen Tensid abhängig sein und weist ca. 5% bis ca. 100%, ca. 10% bis ca. 90% oder ca. 20% bis ca. 70% der Menge internen Tensids auf. Dieser Neutralisierungsschritt ermöglicht durch Neutralisieren der funktionellen Gruppen des Urethan-Präpolymers, dass das Urethan-Präpolymer dispersibel bleibt. In einer Ausführungsform können die Carboxylsäure-Stellen an den internen Tensiden neutralisiert werden, wodurch ein Salz gebildet wird, wie -CO2^–HN⁺R₃, wobei R eine niedrigere Alkylgruppe ist.
Das neutralisierte Präpolymer besitzt typischerweise ein Massemittel der Molekularmasse (MW) von ca. 1.000 bis ca. 20.000, von ca. 3.000 bis ca. 15.000 oder von ca. 5.000 bis ca. 10.000. Wasser 1, z.B. deionisiertes (DI) Wasser, kann zu dem neutralisierten Präpolymer 3 gegeben werden, welches sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff 2 enthält, der während der Bildung des Präpolymers oder nach Bildung des Präpolymers aber vor Zugabe des neutralisierenden Agens zugegeben werden kann. Die Menge Wasser in der wässrigen Dispersion beruht auf dem gewünschten Prozentsatz der Feststoffe in der endgültigen Polyurethan-Dispersion, welches eine Menge von ca. 1,0 bis ca. 99%, von ca. 20 bis ca. 80 oder von ca. 35 bis ca. 60% basierend auf dem Gesamtgewicht der wässrigen Dispersion sein kann. Die wässrige Dispersion startet üblich als "Wasser-in-Öl"-Dispersion in dem Moment, in dem Wasser unter Dispersionsbedingungen zugegeben wird. 1 zeigt eine "Wasser-in-Öl"-Dispersion, wenn Wasser zuerst zu dem neutralisierten Präpolymer gegeben wird. Während des Dispersionsprozesses kann die Mischung (d.h. Wasser und das neutralisierte Präpolymer 3) bei hoher Geschwindigkeit (z.B. 5.000 bis 10.000 UPM) zentrifugiert und die "Wasser-in-Öl"-Dispersion kann zu einer "Öl-in-Wasser"-Dispersion gewandelt werden. Die Dispersion kann durch Rotation einer Klinge, wie einer Dispersionsklinge 4, bewirkt werden. Die Wirkung des Einsatzes einer Dispersionsklinge mit hoher Geschwindigkeit überträgt Energie in das System eher zum Dispergieren als zum Mischen. An diesem Punkt kann die Partikelgröße der endgültigen Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff bestimmt werden. 2 zeigt eine "Öl-in-Wasser"-Dispersion, wobei das neutralisierte Präpolymer 3 in dem Wasser suspendiert ist. In einem Tröpfchen des neutralisierten Präpolymers 3 sind die Enden (d.h. freie -NCO-Grupen) des neutralisierten Präpolymers auf der Innenseite des Tröpfchens. In einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt 3 eine Vergrößerungsansicht eines einzelnen Dispersionspartikels in Wasser, wo DPMA als internes Tensid eingesetzt ist.
Ein Kettenverlängerer, wie ein geeignetes Diamin, Triamin, Diol oder Triol, kann dann zugegeben werden, um das Massenmittel der Molekularmasse der Polyurethan-Dispersion unter Verwenden einer Menge erhöht werden, die stöchiometrisch äquivalent zu ca. 60 bis ca. 100% der Menge des Präpolymers oder ca. 85 bis ca. 95% der Menge des Präpolymers ist. Das Massenmittel der Molekularmasse des eingesetzten Polyols und des bestimmten verwendeten Kettenverlängerers kann die Adhäsion der Tinte auf dem aufnehmenden Endsubstrat beeinflussen. Der Kettenverlängerer kann in die Partikel der Dispersion diffundieren oder einwandern und mit den freien, endständigen Isocyanat-Gruppen des neutralisierten Präpolymers reagieren und somit das Massenmittel des Polyurethan-Polymers erweitern und in dem Prozess Harnstoffe bilden. In einer Ausführungsform der Offenbarung zeigt 4 eine Vergrößerungsansicht eines einzelnen Dispersionspartikels nach Zugabe eines Kettenverlängerers, z.B. Ethylendiamin in Wasser, wobei DMPA als das interne Tensid eingesetzt ist.
Beispiele für Kettenverlängerer, die für die Verwendung in der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, umfassen Diamine, wie Ethylendiamin, 1,2-Propandiamin, 1,6-Hexamethylendiamin, Piperazin, 2,5-Dimethylpiperazin, Isophorondiamin, 4,4'-Dicyclohexylmethandiamin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-dicyclohexylmethandiamin und 1,4-Cyclohexandiamin; Diamine mit einer primären Aminogruppe und einer sekundären Aminogruppe, wie N-Hydroxymethylaminoethylamin, N-Hydroxyethylaminoethylamin, N-Hydroxypropylaminopropylamin, N-Ethylaminoethylamin und N-Methylaminopropylamin; Polyamine, wie Diethylentriamin, Dipropylentriamin und Triethylentetramin. In einer Ausführungsform umfasst der Kettenverlängerer Ethylendiamin.
Es können beliebige geeignete Mengen von Präpolymer, neutralisierendem Agens, Wasser und Kettenverlängerer zu dem Urethan-Präpolymer gegeben werden, solange eine stabile Polyurethan-Dispersion gebildet wird.
Als Rühr-/Dispersionsvorrichtung zum Dispergieren von Pigmenten können z.B. verschiedene bekannte Dispergierer verwendet werden, wie Hochgeschwindigkeits-Schlagscheibe, Ultraschall-Homogenisator, Hochdruck-Homogenisator, Farbmischer, Kugelmühle, Walzenmühle, Sandmühle, Sandmahlwerk, Dyno-Mühle, Dispergierapparat, SC-Mühle, Nanomizer oder Ähnliches.
Die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff und Polyurethan wird dann mit einem wässrigen Medium, mindestens einem Befeuchtungsmittel und optional mindestens einem Weichmacher kombiniert.
Die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff der vorliegenden Offenbarung kann eine mittlere Dispersionspartikelgröße (d.h. Partikeldurchmesser) von ca. 20 nm bis ca. 900 nm, von ca. 30 nm bis ca. 600 nm oder von ca. 50 nm bis ca. 100 nm aufweisen. Dieser Größenbereich erlaubt, dass die Partikel und die resultierende Tinte, in der sie dispergiert sind, Probleme mit Absetzen, Stabilität/Dispersion überwinden. Der mittlere Partikeldurchmesser kann mittels verschiedener Verfahren gemessen werden, z.B. kann er unter Verwendung eines Partikelanalysators UPA 150, hergestellt von Nikkiso Co., Ltd., gemessen werden.
Die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff der vorliegenden Offenbarung kann eine Viskosität von ca. 2 bis ca. 150 cps, von ca. 10 bis ca. 100 cps oder von ca. 20 bis ca. 80 cps bei Raumtemperatur aufweisen. Die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff der vorliegenden Offenbarung kann eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 65 dyn, von ca. 25 bis ca. 60 dyn oder von ca. 35 bis ca. 55 dyn bei Raumtemperatur aufweisen.
Der Gehalt des sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs der Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff der vorliegenden Offenbarung kann in einem Bereich von ca. 0,1 bis ca. 30%, von ca. 1,0 bis ca. 15% oder von ca. 2,0 bis ca. 5,0% bezogen auf das Gewicht der Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff aufweisen.
Die sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffe der vorliegenden Offenbarung sind unreaktiv gegenüber jeglichem Reagens oder Vorläufer oder beidem des Urethan-Präpolymers (d.h. dem Polyol, dem Polyisocyanat und dem internen Tensid). Insbesondere enthalten die Pigmente keine nicht-phenolischen Hydroxylgruppen oder aliphatische primäre oder sekundäre Amine, wohl aber können sie eine phenolische Hydroxylgruppe und/oder ein tertiäres Amin enthalten, bei dem einer der drei Substituenten ein aromatischer Ring ist.
Die in der vorliegenden Offenbarung verwendeten sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffe können eine maximale Absorptionswellenlänge im Bereich von ca. 400 bis ca. 700 nm aufweisen. Beispiele für sichtbares Licht absorbierende Farbstoffe umfassen Color Index (C.I.) sichtbares Licht absorbierende Lösungsmittelfarbstoffe, sichtbares Licht absorbierende Dispersionsfarbstoffe, sichtbares Licht absorbierende modifizierte saure und Direktfarbstoffe, sichtbares Licht absorbierende basische Farbstoffe, sichtbares Licht absorbierende Schwefelfarbstoffe, sichtbares Licht absorbierende Küpenfarbstoffe und Ähnliche. Beispiele für geeignete sichtbares Licht absorbierende Farbstoffe umfassen Neozapon Red 492 (BASF); Orasol Red G (Pylam Products); Direct Brilliant Pink B (Oriental Giant Dyes); Direct Red 3BL (Classic Dyestuffs); Supranol Brilliant Red 3BW (Bayer AG); Lemon Yellow 6G (United Chemie); Light Fast Yellow 3G (Shaanxi); Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); Bemachrome Yellow GD Sub (Classic Dyestuffs); Cartasol Brilliant Yellow 4GF (Clariant); Cibanone Yellow 2G (Classic Dyestuffs); Orasol Black RLI (BASF); Orasol Black CN (Pylam Products); Savinyl Black RLSN(Clariant); Pyrazol Black BG (Clariant); Morfast Black 101 (Rohm & Haas); Diaazol Black RN (ICI); Thermoplast Blue 670 (BASF); Orasol Blue GN (Pylam Products); Savinyl Blue GLS (Clariant); Luxol Fast Blue MBSN (Pylam Products); Sevron Blue 5GMF (Classic Dyestuffs); Basacid Blue 750 (BASF); Keyplast Blue (Keystone Aniline Corporation); Neozapon Black X51 (BASF); Classic Solvent Black 7 (Classic Dyestuffs); Sudan Blue 670 (C.I. 61554) (BASF); Sudan Yellow 146 (C.I. 12700) (BASF); Sudan Red 462 (C.I. 26050) (BASF); C.I. Disperse Yellow 238; Neptune Red Base NB543 (BASF, C.I. Solvent Red 49); Neopen Blue FF-4012 (BASF); Fatsol Black BR (C.I. Solvent Black 35) (Chemische Fabriek Triade BV); Morton Morplas Magenta 36 (CI Solvent Red 172); Metallphthalocyanin-Farbmittel, wie offenbart in US-Patent Nr. 6,221,137 , und Ähnliche. Polymere Farbstoffe können ebenfalls verwendet werden, wie die offenbart z.B. in US-Patent Nr. 5,621,022 und US-Patent Nr. 5,231,135 , und die z.B. kommerziell verfügbar sind von Milliken & Company als Milliken Ink Yellow 869, Milliken Ink Blue 92, Milliken Ink Red 357, Milliken Ink Yellow 1800, Milliken Ink Black 8915-67, uncut Reactint Orange X-38, uncut Reactint Blue X-17, Solvent Yellow 162, Acid Red 52, Solvent Blue 44 und uncut Reactint Violet X-80.
Typische Farbstoffe, klassifiziert in dem Color Index unter dem Titel "Disperse Dyes" gehören allgemein zu Gruppen, umfassend Azo-, Antrachinon-, Phtalocyanin-, Indophenol-, Inoanailin-, Perinon-, Chinophthalon-, Acridin-, Xanthon-, Diazin und Oxazinfarbstoffe.
Bestimmte Beispiele für sichtbares Licht absorbierende Farbstoffe umfassen Solvent Blue 25, Solvent Yellow 43, Disperse Blue 359, Disperse Yellow 54, Disperse Red 60.
Der Begriff "Polyol", die hier verwendet, soll Materialien umfassen, die zwei oder mehr Hydroxylgruppen enthalten, z.B. Diole, Triole, Tetraole etc. Das Massenmittel des Polyols kann ca. 60 bis ca. x10,000x, ca. x500x bis ca. 5000 oder ca. x1000x bis ca. x2000x betragen. Nicht beschränkende Beispiele für Polyole umfassen Diole, Triole, Polyetherpolyole, Polyacrylatpolyole, Polyesterpolyole, Polycarbonatpolyole und Kombinationen davon. Geeignete Polyetherpolyole umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Polytetramethylenetherglycol (PTMEG), Polyethylenpropylenglycol, Polyoxypropylenglycol und Mischungen davon. Die Kohlenwasserstoffkette kann gesättigte und ungesättigte Bindungen und substituierte oder unsubstituierte aromatische und zyklische Gruppen aufweisen. Geeignete Polyacrylatpolyole umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Glycerin-1,3-diglycerolatdiacrylat. Geeignete Polyesterpolyole umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Polyethylenadipatglycol, Polybutylenadipatglycol, Polyethylenpropylenadipatglycol, o-Phthalat-1,6-hexandiol, Poly(hexamethylenadipat)glycol und Mischungen davon. Geeignete Polycarbonatpolyole umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Poly(poly-THF-carbonat)diol.
Der Begriff "Polyisocyanat", wie hier verwendet, soll Materialien umfassen, die zwei oder mehr Isocyanat-Gruppen enthalten. Das Massenmittel der Molekularmasse kann ca. 140 bis ca. 1.000, ca. 168 bis ca. 262 oder ca. 222 bis ca. 680 betragen. Geeignete Polyisocyanate umfassen Diisocyanate, Triisocyanate, Copolymere eines Diisocyanats, Copolymere eines Triisocyanats, Polyisocyanate (mit mehr als drei funktionellen Isocyanat-Gruppen) und Ähnliche sowie Mischungen davon. Beispiele für Diisocyanate umfassen Isophorondiisocyanat (IPDI), Toluoldiisocyanat (TDI), Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI), hydrogeniertes Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (H12MDI); Tetramethylxylendiisocyanat (TMXDI); Hexamethylen-1,6-diisocyanat (HDI), Hexamethylen-1,6-diisocyanat, Napthylen-1,5-diisocyanat, 3,3'-Dimethoxy-4,4'-biphenyldiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-bimethyl-4,4'-biphenyldiisocyanat, Phenylendiisocyanat, 4,4'-Biphenyldiisocyanat, Trimethylhexamethylendiisocyanat, Tetramethylenxylendiisocyanat; 4,4'-Methylen-bis(2,6-diethylphenylisocyanat), 1,12-Diisocyanatododecan, 1,5-Diisocyanato-2-methylpentan, 1,4-Diisocyanatobutan, Dimere Diisocyanat und Cyclohexylendiisocyanat und deren Isomere, Uretidiondimere von HDI und Ähnliche sowie Mischungen davon. Beispiele für Triisocyanate oder ihre Äquivalente umfassen das Trimethylolpropantrimer von TDI und Ähnliche, Isocyanurattrimere von TDI, HDI, IPDI und Ähnliche und Biurettrimere von TDI, HDI, IPDI und Ähnliche sowie Mischungen davon. Beispiele höherer Isocyanatfunktionen umfassen Copolymere von TDI/HDI und Ähnlichen und MDI-Oligomer sowie Mischungen davon.
Geeignete interne Tenside umfassen sowohl anionische als auch kationische interne Tenside. Diese umfassen Sulfonatdiamine und -diole und Dihydroxycarboxylsäuren. In einer Ausführungsform ist das interne Tensid α,α-Dimethylolpropionsäure (DMPA).
In der Präpolymer-bildenden Reaktion kann ein beliebiger herkömmlicher Urethan-bildender Katalysator verwendet werden. Geeignete Urethan-Reaktionskatalysatoren umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Dibutyltindilaurat, Bismuth-tris-neodecanoat, Cobaltbenzoat, Lithiumacetat, Zinnoctoat, Triethylamin und Ähnliche.
Die gekapselten, sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff-Dispersionen der vorliegenden Offenbarung können als Tintenstrahltinten verwendet werden. Die Tintenstrahltinten der vorliegenden Erfindung können durch Verdünnen der Dispersionen von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff der vorliegenden Erfindung mit Wasser oder einem wässrigen Lösungsmittel und ggf. Zugabe weiterer optionaler Additive dazu hergestellt werden, wie z.B. Befeuchtungsmittel, Weichmacher, Leitfähigkeitsagenzien, Entschäumer, Antioxidanzien, Korrosionsinhibitoren, Bakterizide, pH-Regulatoren.
Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen können ein Befeuchtungsmittel umfassen. Beispiele für Befeuchtungsmittel umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Alkohole, z.B. Glycole, wie 2,2'-Thiodiethanol, Glycerin, 1,3-Propandiol, 1,5-Pentandiol, Polyethylenglycol, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Propylenglycol und Tetraethylenglycol; Pyrrolidone, wie 2-Pyrrolidon; N-Methyl-2-pyrrolidon; N-Methyl-2-oxazolidinon; und Monoalkohole, wie n-Propanol und Isopropanol. Das Befeuchtungsmittel kann in einer Menge von ca. 2% bis ca. 20% oder von ca. 4% bis ca. 10% bezogen auf die Masse der Tintenzusammensetzung vorliegen.
Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen können einen Weichmacher umfassen. Beispiele für Weichmacher umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, aliphatische Polyole, Phthalatester (wie 1,6-Hexandiol und Dioctylphthalat) und weitere Urethankompatible Weichmacher.
Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen können auch weitere Komponenten umfassen, um erwünschte Eigenschaften für Tintenstrahl-Druckanwendungen zu übertragen. Diese optionalen Komponenten umfassen Leitfähigkeitsmittel, Entschäumer, Antioxidanzien und Korrosionsinhibitoren, welche Tintenherstellung und Druckerleistung verbessern; Bakterizide, welche bakteriellen Angriff verhindert, der Tinten-Fertigungsausrüstung und Drucker beschädigt; und pH-Regulatoren, welche gewährleisten, dass die Komponenten der Tintenzusammensetzung über den Betriebsbereich der Wassergehalte sowie über die Lager- und Gebrauchszeit löslich bleibt.
Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung besitzen einen hohen Grad an Transparenz und Helligkeit. Die Tinten der vorliegenden Offenbarung können eine Oberflächenspannung im Bereich von ca. 20 Dyn/cm bis ca. 70 Dyn/cm oder im Bereich von 30 Dyn/cm bis ca. 50 Dyn/cm aufweisen; eine Viskosität im Bereich von ca. 1,0 bis ca. 10,0 oder von ca. 1,0 bis ca. 5,0 Centipoise bei Raumtemperatur.
Die Dispersionspartikel von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff bleiben in einem flüssigen Trägermedium in der Tinte mit einem pH-Wert von ca. 4 bis ca. 10 oder von ca. 5 bis ca. 9 oder von ca. 6 bis ca. 8 stabilisiert oder dispergiert.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung weiter. Alle Anteile und Prozentsätze sind massebezogen und alle Temperaturen in Grad Celsius, sofern dies nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
Beispiel 1
Herstellung von neutralisiertem, gefärbtem Präpolymer
Zuvor gelöste DMPA/NMP-Lösung:
In eine 50 ml-Flasche mit einem teflonbeschichteten Magnetrührer wurden 9,75 g 2,2-Bis(hydroxymethyl)propionsäure (DMPA, MW = 134, verfügbar von Aldrich Chemical von Milwaukee, Wis.) und 15,6 g N-Methylpyrrolidon (NMP) gegeben. Die Mischung wurde unter Rühren auf 70 °C erhitzt, bis das DMPA vollständig gelöst war.
Präpolymer-Bildung
In einen 1 l-Kessel mit Trubore-Rührer und Teflon-Rührpaddel, Temperaturregler, 100 ml-Zugabetrichter für konstanten Druck und N₂-Einlass wurde mit 72,76 g zuvor geschmolzenem Terathane^® 2000 (mittlere Mn = 2000 Poly(tetrahydrofuran), verfügbar von Simga-Aldrich) beladen. Der Kessel wurde mit einer Halterung gesichert, und das untere Drittel des Kessels wurde in ein 70 °C-Ölbad getaucht, und der Inhalt wurde für 15 Minuten gerührt. Die zuvor gelöste DMPA/NMP-Lösung wurde zu dem Kessel gegeben. Nach Rühren des Inhalts für ca. 15 Minuten wurden 42,4 g Isopherondiisocyanat (IPDI, MW = 222, verfügbar von Huls America, Inc. von Piscataway, N.J.) tropfenweise durch einen Zugabetrichter über ca. 30 Minuten zu dem Kessel gegeben. Es war leicht exothermes Verhalten zu beobachten. Die Reaktionsmischung wurde für ca. weitere 3 Stunden und 45 Minuten unter Rühren bei 70 °C gehalten.
Beispiel 2
Neutralisation und Einbau des sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs in die Polyurethan-Dispersion
Zu der resultierenden Mischung wurde Folgendes gegeben: a) 0,5 g Solvent Blue 25 in 5 g NMP, b) 2 g Solvent Yellow 43 [ein Cyanfarbstoff], c) 2 g Disperse Blue 359 [ein Cyan-gefärbter Kupferphthalocyanin-Farbstoff], d) 1 g Disperse Yellow 54 oder e) 2 g Disperse Red 60 [ein rot-magentafarbener Farbstoff] und für mehrere Minuten gerührt, gefolgt von der Zugabe von ca. 7,35 g Triethylamin (MW = 101) unter kontinuierlichem Rühren und Heizen bei 70 °C. Nach Rühren und Heizen für ca. 15 Minuten war das neutralisierte Präpolymer bereit für die Dispersion. Der Kessel mit dem neutralisierten Präpolymer wurde zu dem Dispersionsapparat überführt, wobei die Dispersionsklinge ca. 0,25 Inch unter der Oberfläche des neutralisierten Präpolymers positioniert wurde.
Zu den oben erhaltenen neutralisierten, sichtbares Licht absorbierenden, gefärbten Präpolymeren wurden jeweils 245 ml kaltes (~5 °C) deionisiertes Wasser gegeben. Die resultierenden Mischungen wurden bei höchster Geschwindigkeit (ca. 7.500 UPM) mit einem IKA^® Crushing Disperser für ca. 15 Sekunden dispergiert. Zum Abschaben des an der Kesselwand abgelagerten undispergierten Präpolymers wurde ein langer Holz-Zungendrücker eingesetzt. Das undispergierte Präpolymer wurde auf den Boden der Klinge des IKA^® Crushing Disperser gegeben und erneut für ca. 10 Sekunden bei höchster UPM-Einstellung dispergiert. Es wurden wässrige, sichtbares Licht absorbierende farbstoffhaltige Dispersionen des neutralisierten Präpolymers erhalten.
Beispiel 3
Kettenverlängerung
Zu der wässrigen Dispersion von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff des in Beispiel 2 erhaltenen Präpolymers wurden jeweils tropfenweise über ca. 5 Minuten eine Ethylendiamin-Lösung (4,9 g Ethylendiamin/10 g destilliertes Wasser) gegeben. Nach Rühren für ca. 1 Stunde wurde die resultierende Mischung in ein 32 oz-Glasgefäß überführt, verschlossen und für mindestens 72 Stunden gelagert. Nach Ablauf der 72 Stunden wurden fünf verschiedene Dispersionen von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff erhalten.
Beispiel 4
Analyse und Messungen

Ca. 20 g jeder der in Beispiel 3 erhaltenen Dispersionen von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff und PU wurden in eine 100 mm × 10 cm-Petrischale (Ober- oder Unterteil) gegeben und für 48 Stunden trocknen/koaleszieren lassen. Die Proben wurden aus den Petrischalen abgelöst, und es wurde ein gefärbter Urethanfilm bzw. eine gefärbte Urethanscheibe erhalten. Die Farbe der Urethanscheibe ist in Tabelle 1 beschrieben.

Sichtbares Licht absorbierender Farbstoff	Erscheinen der Polyurethanfilme aus Beispiel 4
a) Solvent Blue 25	Cyan gefärbt
b) Solvent Yellow 42	Gelb gefärbt
c) Disperse Blue 359	Cyan gefärbt. Mit der Zeit setzte sich etwas Feststoff ab, anscheinend nicht-gekapselter, sichtbares Licht absorbierender Farbstoff.
d) Disperse Yellow 54	Gelb gefärbt. Mit der Zeit setzte sich etwas Feststoff ab, anscheinend nicht-gekapselter, sichtbares Licht absorbierender Farbstoff.
e) Disperse Red 60	Rot gefärbt. Mit der Zeit setzte sich etwas Feststoff ab, anscheinend nicht-gekapselter, sichtbares Licht absorbierender Farbstoff.

Tabelle 1

Viskosität (cps) und Oberflächenspannung der gekapselten Pigmentdispersion mit dem in Beispiel 3 erhaltenen a) Solvent Blue 25 wurde bei verschiedenen Konzentrationen gemessen und die Daten sind in Tabelle 2 gezeigt.

	Verhältnis PUD/Wasser
	100	75/25	50/50	25/75
CYAN-PUD
Viskosität bei Raumtemperatur (cps)	28,83	6,25	2,92	1,78
Oberflächenspannung (Dyn/cm) bei Raumtemperatur	44,05

Tabelle 2

Beispiel 5
Herstellung wässriger Tintenstrahltinten
Drei gesonderte 2 oz-Gläser wurden jeweils mit 10 g einer aus Beispiel 4 erhaltenen unterschiedlichen Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, sowie mit 2 g 0,1 M K₂HPO₄/KH₂PO₄-Puffer, pH 8 und 8 g DI-Wasser beladen. Der Inhalt wurde für ca. 2 Minuten gerührt.
Die resultierenden Tinten wurden in drei gesonderte, leere Tintenpatronen gefüllt und auf einem EPSON WF-3540-Drucker ausgedruckt. Es wurde Xerox 4200-Papier verwendet.
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 Patentliteratur

US 5700851 [0001]
US 5637638 [0001]
US 6221137 [0034]
US 5621022 [0034]
US 5231135 [0034]

Claims

Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend: eine Polyurethan-Dispersion, die das Reaktionsprodukt aus Folgendem ist: (a) einem Urethan-Präpolymer, wobei das Urethan-Präpolymer das katalysierte Reaktionsprodukt aus Folgendem ist: (i) einem Polyol; (ii) einem Polyisocyanat; und (iii) einem internen Tensid; (b) einem neutralisierenden Agens; und (c) einem Kettenverlängerer; und einem sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1 mit einer mittleren Dispersionspartikelgröße von ca. 20 nm bis ca. 900 nm.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1 mit einer Viskosität von ca. 2 bis ca. 150 cps bei Raumtemperatur.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1, wobei das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von internem Tensid zu Polyol ca. 0,5 bis ca. 2,0 und das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen zu OH-Gruppen insgesamt in dem Präpolymer ca. 1,2 bis ca. 2,0 beträgt.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff in einer Menge von ca. 0,1 bis ca. 30% bezogen auf das Gewicht der Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff vorliegt.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff ein mittlere Partikelgröße des sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs von ca. 20 nm bis ca. 900 nm besitzt.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1, wobei das Polyol aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen, Polycarbonatpolyolen, Silikon-basierten Polyolen und Kombinationen davon besteht.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff nach Anspruch 1, wobei die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff durch den Prozess erhalten wird, der Folgendes umfasst: Herstellen eines Urethan-Präpolymers; Umsetzen des Urethan-Präpolymers mit einem neutralisierenden Agens; Zugabe einer wässrigen Dispersion zu dem neutralisierten Präpolymer, um eine wässrige Dispersion des neutralisierten Präpolymers zu bilden; und Umsetzen der wässrigen Dispersion des neutralisierten Präpolymers mit einem Kettenverlängerer, wodurch eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff hergestellt wird; wobei die Prozess weiterhin einen Schritt der Zugabe eines sichtbares Licht absorbierenden Farbstoffs umfasst, welcher vor dem Umsetzen der wässrigen Dispersion des neutralisierten Präpolymers mit einem Kettenverlängerer erfolgt, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist.
Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend: eine Polyurethan-Dispersion, die das Reaktionsprodukt aus Folgendem ist: (a) einem Urethan-Präpolymer, wobei das Urethan-Präpolymer das katalysierte Reaktionsprodukt aus Folgendem ist: (i) einem Polyol; (ii) einem Polyisocyanat; und (iii) einem internen Tensid; wobei das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von internem Tensid zu Polyol ca. 0,5 bis ca. 2,0 und das stöchiometrisch molare Äquivalenzverhältnis von NCO-Gruppen zu OH-Gruppen insgesamt in dem Präpolymer ca. 1,2 bis ca. 2,0 beträgt. (b) einem neutralisierenden Agens; und (c) einem Kettenverlängerer; und einer wässrigen Dispersion von sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend einen sichtbares Licht absorbierende Farbstoff, der nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist, weiterhin wobei die Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff eine mittlere Partikelgröße von ca. 20 nm bis ca. 900 nm, eine Viskosität von ca. 2 bis ca. 150 cps bei Raumtemperatur und eine Oberflächenspannung von ca. 15 bis ca. 65 dyn bei Raumtemperatur aufweist.
Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, umfassend eine Dispersion von gekapseltem, sichtbares Licht absorbierendem Farbstoff, umfassend: eine Polyurethan-Dispersion, die das Reaktionsprodukt aus Folgendem ist: (a) einem Urethan-Präpolymer, das das katalysierte Reaktionsprodukt aus Folgendem ist: (i) einem Polyol; (ii) einem Polyisocyanat; und (iii) einem internen Tensid; (b) einem neutralisierenden Agens; und (c) einem Kettenverlängerer; und einem sichtbares Licht absorbierenden Farbstoff, wobei der sichtbares Licht absorbierende Farbstoff nicht mit dem Polyisocyanat reaktiv ist.