DE112008001718T5 - Sulfonierte oder phosphonierte Latexpolymere zum Tintenstrahldrucken - Google Patents

Sulfonierte oder phosphonierte Latexpolymere zum Tintenstrahldrucken Download PDF

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Abstract

Latexpartikel, mit Folgendem:
einer Mehrzahl von polymerisierten Monomeren; und
einem Dispersionsmittel, das in die Latexpartikel integriert wird und das die Struktur:
X-CH2(R)-SO3M, X-CH2(R)-PO4M oder Kombinationen derselben
aufweist,
wobei X unabhängig SH, Cl oder Br ist; R unabhängig C1- bis C5-Alkyl oder -Aryl ist; M unabhängig Li, Na oder K ist; und wobei das Dispersionsmittel von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Latexpartikel ausmacht.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es gibt mehrere Gründe dafür, dass Tintenstrahldrucken zu einer beliebten Art und Weise wurde, Bilder auf diversen Medienoberflächen, vor allem Papier, festzuhalten. Manche dieser Gründe umfassen geringes Druckergeräusch, Fähigkeit zum Aufzeichnen mit hoher Geschwindigkeit und Fähigkeit zum Aufzeichnen mit mehreren Farben. Außerdem können diese Vorteile zu einem relativ geringen Preis für Verbraucher erhalten werden. Obwohl es in der Tintenstrahldrucktechnologie bisher bedeutende Verbesserungen gab, ist in manchen Bereichen immer noch Raum für Verbesserung.
  • Bezüglich der Tintenstrahltintenchemie ist die Mehrzahl handelsüblicher Tintenstrahltinten wasserbasiert. Somit sind ihre Bestandteile allgemein wasserlöslich, wie dies bei vielen Farbstoffen der Fall ist, oder in Wasser dispergierbar, wie dies bei Pigmenten der Fall ist. Ferner weisen Tintenstrahltinten üblicherweise eine geringe Viskosität auf, um Sprühvorgänge und Wiederauffüllvorgänge der Abfeuerungskammer, die Tintenstrahlstiften gemein sind, mit hoher Frequenz zu ermöglichen.
  • Zusätzlich zu einer allgemeinen Bildverblassung, die bei vielen Tintenstrahltintensystemen auftritt, sind Tintenstrahldrucke auch für ihre schlechte Haltbarkeit bekannt, wenn sie mit Wasser oder hoher Feuchtigkeit in Berührung kommen. Dies ist eine Folge der Verwendung von wasserlöslichen und in Wasser dispergierbaren Farbmitteln in der wasserbasierten Tinte. Auf dem Gebiet der Wasserbeständigkeit von Tintenstrahltinten erfolgten bedeutende Verbesserungen durch Integration bestimmter tintenstrahlkompatibler Latizes. Der Latex kann kleine, im Mikrometer- und Submikrobeterbereich liegende hydrophobe polymere Partikel einer hohen relativen Molekülmasse umfassen, die in einem wässrigen Fluid dispergiert sind, wobei dieses Fluid letztlich zumindest ein Teil eines flüssigen Trägermittels einer Tintenstrahltinte wird. Wenn sie als Teil einer Tintenstrahltinte gedruckt werden, können Latexpartikel der Tinte einen hydrophoben Druckfilm auf einer Medienoberfläche bilden, wobei sie das Farbmittel in dem Film einschließen und schützen. Jedoch können derartige Latexzusammensetzungen Probleme bezüglich der Stiftzuverlässigkeit sowie bezüglich eines mit der Zeit erfolgenden Absetzens des Latex hervorrufen.
  • Herkömmliche Latexteilchen sind normalerweise dahin gehend entworfen, auszuflocken, so dass Latexniederschlag ohne weiteres ohne Agglomeration wieder in die Dispersion zurück geschüttelt oder -gerührt werden kann. Ein derartiges Ausflockverhalten ist bei Latexfarben hinreichend bekannt. Ungünstigerweise beschäftigen sich diese herkömmlichen Lehren nicht mit den einzigartigen Anforderungen von Tintenstrahldruckanwendungen. Beispielsweise kann es gewünscht sein, dass ein Latex zur Verwendung bei einer Tintenstrahldruckanwendung eine hohe Dispersionsstabilität aufweist und somit dazu tendiert, eine Ausflockung, während er sich in der Tintenstrahlarchitektur befindet, zu vermeiden. Die Mikrokanal-Tintenzuleitungen bei Tintenstrahlstiften setzen sich leicht mit Fällungsmittel zu, vor allem dann, wenn ein Stift über längere Zeiträume hinweg gelagert oder anderweitig nicht genutzt wird. Ein derartiger Niederschlag wird durch Schütteln des Stiftes nicht ohne weiteres erneut dispergiert, da eine Strömungsbegrenzung ein ausreichendes Vermischen in Mikrokanälen der Stiftarchitektur verhindert. Außerdem können Mikrokanäle, die zum Sprühen verwendet werden, einen Teil der Tinte über längere Zeiträume hinweg als Vorbereitung für ein Abfeuern beherbergen, und abgesetzter Latex kann eine weitere Verengung der Mikrokanäle bewirken. Dies kann zu einem Ausfall eines Tintenstrahlstiftes auf Grund eines Zusetzens der Mikrokanäle führen. Die in der Größenordnung von Mikrometern liegenden Absetzwege, die man in den Fluidkanälen von Thermotintenstrahlstiften antrifft, verstärken das Problem. Außerdem sind Latexteilchen in der Abfeuerungskammer eines Stiftes explosiven thermischen Scherbedingungen ausgesetzt. Deshalb kann eine größere Abstoßung zwischen Teilchen stark erwünscht sein.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS (DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE)
  • Bevor die vorliegende Erfindung offenbart und beschrieben wird, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin offenbarten bestimmten Prozessschritte und Materialien beschränkt ist, da derartige Prozessschritte und Materialien etwas variieren können. Ferner versteht es sich, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele dient. Die Begriffe sollen keine Einschränkung darstellen, da der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung lediglich durch die angehängten Patentansprüche und Äquivalenten derselben beschränkt sein soll. Außerdem ist zu beachten, dass, obwohl sich die Erörterung auf Dispersionsmittel, Latexpartikel, eine Latexsuspension, eine Tintenstrahltinte oder ein Verfahren zum Herstellen der Latexpartikel konzentrieren mag, eine Erörterung in einem Bereich für die anderen Bereiche gilt.
  • Es ist zu beachten, dass die Singularformen „ein”, „eine”, „einer” sowie „der”, „die” und „das” gemäß der Verwendung in der vorliegenden Spezifikation und den angehängten Patentansprüchen Plural-Bezugnahmen umfassen, es sei denn, der Kontext gibt deutlich etwas anderes vor.
  • Gemäß der Verwendung hierin beziehen sich die Begriffe „Trägermittel” und „flüssiges Trägermittel” auf das flüssige Fluid, in dem Farbmittel oder sonstiges Material getragen wird, um eine Tinten- oder Fluidsuspension zu bilden. Flüssige Trägermittel sind in der Technik hinreichend bekannt, und gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine große Vielzahl flüssiger Trägermittel verwendet werden. Derartige Tintenträgermittel können eine Mischung aus einer Vielzahl verschiedener Wirkstoffe umfassen, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Lösungsmittel, Hilfslösungsmittel, Puffer, Biozide, Mittel zur Veränderung der Viskosität, Maskierungsmittel, Stabilisierungsmittel und Wasser. Das flüssige Trägermittel kann bei manchen Ausführungsbeispielen auch andere Zusatzstoffe wie z. B. andere Polymere, UV-härtbare Materialien und/oder Weichmacher tragen. Es ist zu beachten, dass, wenn ein Farbmittel, z. B. Farbstoff und/oder Pigment, in dem flüssigen Trägermittel vorliegt, die Lösung oder Dispersion (mit oder ohne den Latex als Tinte angesehen wird). Bei beiden dieser Ausführungsbeispiele kann eine Latexdispersion als Deckschicht für die Tinte verwendet werden, ob nun ein Latex in der Tinte vorhanden ist oder nicht.
  • Der Begriff „Farbmittel” kann Farbstoffe, Pigmente und/oder sonstige Teilchen umfassen, die in einem flüssigen Trägermittel gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung suspendiert oder solvatisiert sein können. Farbstoffe sind üblicherweise wasserlöslich, und Pigmente sind üblicherweise nicht wasserlöslich. Pigmente, die verwendet werden können, umfassen selbstdispergierte Pigmente und polymerdispergierte Pigmente. Selbstdispergierte Pigmente umfassen diejenigen, die mit einer Ladung oder einer polymeren Gruppierung chemisch oberflächenmodifiziert wurden. Diese chemische Modifikation unterstützt das Pigment darin, in einem flüssigen Trägermittel dispergiert zu werden und/oder im Wesentlichen dispergiert zu bleiben. Das Pigment kann auch ein gemahlenes oder unmodifiziertes Pigment sein, das ein Dispersionsmittel (das ein Polymer oder ein Oligomer oder ein Tensid sein kann) in dem flüssigen Trägermittel verwendet, um zu unterstützen, dass das Pigment in demselben dispergiert bleibt.
  • Gemäß der Verwendung hierin beziehen sich „Latexpartikel” und „Latexteilchen” auf polymere Massen, die aus einzelnen Monomeren synthetisiert werden, welche in einem flüssigen Trägermittel dispergiert werden können und eine Latexdispersion oder einen Latex bilden. Dieser Begriff kann auch mit Latex eingekapselte Pigmente umfassen, wobei ein Pigment zumindest teilweise mit einem Latexpolymer eingekapselt ist.
  • Gemäß der Verwendung hierin bezieht sich „Mehrzahl” auf mehr als eine(n, s). Beispielsweise bezieht sich eine Mehrzahl von Monomeren auf zumindest zwei Monomere.
  • Gemäß der Verwendung hierin wird der Begriff „etwa” verwendet, um einem Endpunkt einer numerischen Bandbreite Flexibilität zu verleihen, indem vorgesehen ist, dass ein gegebener Wert „etwas über” oder „etwas unter” dem Endpunkt liegen kann. Der Grad der Flexibilität dieses Begriffs kann durch die jeweilige Variable vorgegeben sein, und es liegt normalerweise innerhalb der Kenntnis von Fachleuten, ihn auf der Basis von Erfahrung und der zugehörigen vorliegenden Beschreibung zu bestimmen.
  • Gemäß der Verwendung hierin kann eine Mehrzahl von Komponenten der Zweckmäßigkeit halber in einer gemeinsamen Liste präsentiert werden. Jedoch sollten diese Listen so ausgelegt werden, dass jeder Angehörige der Liste einzeln als getrennter und eindeutig bestimmter Angehöriger identifiziert wird. Somit sollte, wenn nichts Gegenteiliges angegeben ist, kein einzelner Angehöriger einer derartigen Liste allein auf der Basis seiner Präsentation in einer gemeinsamen Liste als De-facto-Äquivalent irgendeines anderen Angehörigen derselben Liste ausgelegt werden.
  • Konzentrationen, Mengen und andere numerische Daten können hierin in einem Format einer Bandbreitenangabe ausgedrückt oder dargestellt werden. Es versteht sich, dass ein derartiges Format einer Bandbreitenangabe lediglich der Zweckmäßigkeit und der Kürze halber verwendet wird und deshalb auf flexible Weise dahin gehend interpretiert werden sollte, dass eine gegebene Bandbreite nicht nur die ausdrücklich als die Grenzen der Bandbreite angeführten numerischen Werte, sondern auch alle einzelnen numerischen Werte oder Teilbandbreiten umfasst, die in dieser Bandbreite enthalten sind, so als ob jeder numerische Wert und jede Teilbandbreite ausdrücklich angeführt wird. Zur Veranschaulichung sollte eine numerische Bandbreite von „etwa 0,01 bis 2,0” so interpretiert werden, dass sie nicht nur die ausdrücklich angeführten Werte von etwa 0,01 bis etwa 2,0 umfasst, sondern auch Einzelwerte und Teilbandbreiten innerhalb der angegeben Bandbreite. Somit sind in dieser numerischen Bandbreite Einzelwerte wie z. B. 0,5, 0,7 und 1,5 sowie Teilbandbreiten wie z. B. von 0,5 bis 1,7, 0,7 bis 1,5 und von 1,0 bis 1,5 usw. enthalten. Dasselbe Prinzip gilt auch für Bandbreiten, die lediglich einen numerischen Wert anführen. Außerdem sollte eine derartige Interpretation ungeachtet des Umfangs der Bandbreite oder der beschriebenen Charakteristika gelten.
  • Angesichts dieser Definitionen hat man erkannt, dass es vorteilhaft wäre, Latexpartikel zu entwickeln, die eine verbesserte Stabilität sowohl bezüglich der Lagerung als auch unter Scherbedingungen, die bei der Tintenstrahlarchitektur auftreten, aufweisen, und die ferner weiterhin geeignete Filmbildungseigenschaften aufweisen können, wenn sie auf ein Substrat gedruckt werden. Dispersionsmittel, die in Latexpartikel integriert sind, können dazu verwendet werden, die Stabilität zu verbessern und Filmbildungseigenschaften des Latex beizubehalten. Die Latexteilchen der vorliegenden Erfindung können bei einer Vielzahl von Anwendungen beim Tintenstrahldrucken eingesetzt werden, einschließlich einer Integration in Deckschichten, Einkapselungen für Pigmente und dergleichen, jedoch nicht beschränkt auf diese.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können Latexpartikel eine Mehrzahl von polymerisierten Monomeren und ein Dispersionsmittel umfassen. Das Dispersionsmittel umfasst eine Verbindung mit der Struktur X-CH2(R)-SO3M, X-CH2(R)-PO4M oder Gemischen derselben, wobei X unabhängig SH, Cl oder Br ist; R unabhängig C1- bis C19-Alkyl oder -Aryl ist, M unabhängig Li, Na oder K ist. Das Dispersionsmittel kann von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Latexpartikel ausmachen.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Latexdispersion vorgesehen, bei der von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Latexpartikel der vorliegenden Erfindung in einem flüssigen Medium dispergiert sind. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel ist Tintenstrahltinte vorgesehen, die von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Latexpartikel der vorliegenden Erfindung umfassen kann. Die Latexpartikel der Tintenstrahltinte sind zusammen mit einem Farbmittel in einem flüssigen Trägermittel dispergiert.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Verfahren zum Bilden von Latexpartikeln ein Dispergieren einer Mehrzahl von Monomeren und von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% eines Dispersionsmittels in einer wässrigen Emulsion ein Polymerisieren der Monomere in der Gegenwart des Dispersionsmittels und ein Bilden der Latexpartikel derart, dass das Dispersionsmittel in die Latexpartikel integriert ist, umfassen. Das Dispersionsmittel kann die Struktur X-CH2(R)-SO3M, X-CH2(R)-PO4M oder Gemische derselben umfassen, wobei X unabhängig SH, Cl oder Br ist; R unabhängig C1- bis C19-Alkyl oder -Aryl ist; und M unabhängig Li, Na oder K ist.
  • Die verbesserte Stabilität der Latexpartikel der vorliegenden Erfindung ist zumindest teilweise auf die Integration starker ionischer Dispersionsmittel in die Latexpartikel zurückzuführen. Beispiele starker ionischer Dispersionsmittel umfassen Sulfonat enthaltende Dispersionsmittel, Phosphat enthaltende Dispersionsmittel oder Gemische derselben, sind je doch nicht hierauf beschränkt. Die Integration dieser Gruppen in die Latexpartikel liefert Latexpartikel, die auf Grund der starken Dissoziation der starken ionischen Gruppen in Wasser unabhängig vom pH-Wert sehr stabil sind. Dies ist besonders nützlich, da es die Verwendung von pH-empfindlichen Pigmenten oder Farbstoffen in Verbindung mit den Latexpartikeln ohne Kompatibilitätsprobleme ermöglicht. Die in die Polymere der vorliegenden Erfindung integrierten Dispersionsmittel weisen den Vorteil auf, die Dispergierbarkeit und Stabilität der Latexpartikel zu erhöhen, ohne die Viskosität der wässrigen Medien zu erhöhen.
  • Die Dispersionsmittel der vorliegenden Erfindung können die allgemeine Formel XCH2-R-SO3M, XCH2-R-PO4M oder Gemische derselben aufweisen. Bei derartigen Formeln kann X unabhängig aus SH, Cl oder Br ausgewählt sein; R kann unabhängig C1- bis C19- lineares oder verzweigtes Alkyl oder lineares oder verzweigtes Aryl sein; und M ist unabhängig Li, Na oder K. Bei einem Ausführungsbeispiel können die R-Gruppen unabhängig voneinander C1- bis C6- lineares oder verzweigtes Alkyl oder lineares oder verzweigtes Aryl sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die R-Gruppe unabhängig C1- bis C2- lineares oder verzweigtes Alkyl oder lineares oder verzweigtes Aryl sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die R-Gruppe ein einen Phenylring enthaltendes sein. Spezifische nicht-einschränkende Beispiele von Dispersionsmitteln, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen HSCH2CH2SO3M, HSCH2CH2CH2SO3M, BrCH2CH2SO3M, BrCH2CH2CH2SO3M, ClCH2CH2SO3M, ClCH2CH2CH2SO3M, HSCH2(CH2)2SO3M, HSCH2(CH2)3SO3M, HSCH2(CH2)4SO3M, HSCH2(CH2)5SO3M, HSCH2(CH2)19SO3M BrCH2(CH2)2SO3M, BrCH2(CH2)3SO3M, BrCH2(CH2)4SO3M, BrCH2(CH2)5SO3M, ClCH2(CH2)2SO3M, ClCH2(CH2)3SO3M, ClCH2(CH2)15SO3M, ClCH2(CH2)5SO3M, ClCH2(CH2)12SO3M HSCH2CH2PO3M, HSCH2CH2CH2PO3M, BrCH2CH2PO3M, BrCH2CH2CH2PO3M und Gemische derselben, sind aber nicht auf diese beschränkt. Bei einigen bestimmten Ausführungsbeispielen können HSCH2CH2SO3Na, HSCH2CH2CH2SO3Na, BrCH2CH2SO3Na und Gemische derselben verwendet werden. Vor der Polymerisation können die Dispersionsmittel zu zwischen 0,2 Gewichtsprozent und 30 Gewichtsprozent in wässrigen Monomerlösungen im Vergleich zu dem Monomer in der Lösung enthalten sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Dispersionsmittel im Vergleich zu dem Monomer zu zwischen 1 Gewichtsprozent und 20 Gewichtsprozent in der Monomerlösung vorliegen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Dispersionsmittel im Vergleich zu dem Monomer zu zwischen 5 Gewichtsprozent und 10 Gewichtsprozent vorliegen.
  • Nach der Polymerisation kann das Dispersionsmittel derart in die Latexpartikel integriert werden, dass zumindest etwa 40 Gewichtsprozent des bereitgestellten Dispersionsmittels in die Latexteilchen integriert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel werden zumindest etwa 50% der Latexpartikel in die Latexpartikel integriert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Dispersionsmittel etwa 0,1 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent der Latexpartikel ausmachen. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel kann das Dispersionsmittel zwischen 1 Gewichtsprozent und 15 Gewichtsprozent der Latexpartikel ausmachen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Dispersionsmittel von 2 Gew.-% bis 7 Gew.-% der Latexpartikel ausmachen.
  • Es ist beachtenswert, dass die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Dispersionsmittel nicht-polymerisierbar sind und nicht in den Latex polymerisiert werden, sondern vielmehr durch Anlagerung in den Latex integriert werden, wobei sie Seitengruppen bilden. Auf Grund der Nicht-Polymerisierbarkeit der Dispersionsmittel erhöhen überschüssige oder restliche nicht zur Reaktion gebrachte Dispersionsmittel, die in der wässrigen Phase vorliegen, nicht die Viskosität, und wenn sie mittels Tintenstrahlen aufgebracht werden, beeinträchtigen sie nicht die Druckfähigkeit. In manchen Fällen können die nicht zur Reaktion gebrachten Dispersionsmittel auf Grund des Vorliegens von hydrophoben und hydrophilen Anteilen als Tenside fungieren. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn sie mit Pigmentdispersionen verwendet werden, die große Mengen an Tensid erfordern können.
  • Die zum Bilden von Latexpartikeln verwendeten Monomere können ein beliebiges derzeit in der Technik bekanntes Monomer sein und können eine entweder hydrophobe oder eine hydrophile Beschaffenheit aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Monomer im Wesentlichen ein Acrylat, ein Methacrylat oder ein sonstiges Vinyl enthaltende Monomere wie z. B. Styren umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Nichteinschränkende Beispiele von Monomeren umfassen Methylacrylat, Ethylmethacrylat, Ethylacrylat, Butylmethacrylat, Butylacrylat, Hexylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Isobutylmethacrylat, Isobutylacrylat, Octylmethacrylat, Laurylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, Styren und Gemische derselben. Außerdem kann die Integration von bis zu 10% an säurehaltigen Gruppen, z. B. Methacrylsäure, in die Latexpartikel den Latexpartikeln eine anionische Stabilisierung verleihen.
  • Je nach der erwarteten Anwendung kann es nützlich sein, Latexpartikel einer bestimmten Größe zu haben. Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es auf beliebige der hierin offenbarten Dispersionsmittel anwendbar ist, können die Latexpartikel eine Teilchengröße von etwa 100 nm bis etwa 300 nm aufweisen. Eine derartige Größe kann beim Verwenden der Latexpartikel bei einer Thermotintenstrahltinte nützlich sein.
  • Die Latexpartikel der vorliegenden Erfindung können bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Bezüglich eines Aspekts können die Latexpartikel in einem flüssigen Medium dispergiert werden, wodurch sie einen Latex oder eine Latexdispersion bilden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Latex 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% der in einem flüssigen Medium dispergierten Latexpartikel ausmachen. Ferner kann der Latex eine Tintenstrahltinte sein. Eine Tintenstrahltinte kann 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% der in einem flüssigen Trägermittel dispergierten Latexpartikel und Farbmittel umfassen. Bezüglich eines Aspekts der vorliegenden Erfindung können die Latexpartikel und das Farbmittel, wenn sie in einer Tintenstrahltinte verwendet werden, in einem Verhältnis von 1:2 bis 2:1 nach Gewicht vorliegen.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, kann Farbmittel gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Farbstoffe, Pigmente und/oder andere Teilchen umfassen, die in einem flüssigen Trägermittel suspendiert oder solvatisiert sein können. Farbstoffe sind üblicherweise wasserlöslich, und Pigmente sind üblicherweise nicht wasserlöslich. Pigmente, die verwendet werden können, umfassen selbstdispergierte Pigmente und polymer- oder tensiddispergierte Pigmente. Das Farbmittel kann Farbstoff umfassen oder im Wesentlichen aus Farbstoff bestehen. Außerdem kann das Farbmittel Pigment umfassen oder im Wesentlichen aus Pigment bestehen.
  • Es kann eine Polymerisation der Monomere eingeleitet werden, wodurch die Latexpartikel, die Dispersionsmittel umfassen, gebildet werden. Die allgemeine Polymerisation der Monomere zu Latexpartikel kann anhand einer Emulsionspolymerisation erfolgen. Als solches können Polymerisationsparameter, z. B. Auswahl von Monomeren, Polymerisationszeit, Emulsionstemperatur und -bedingungen usw., auf der Basis gewünschter Latexpartikel und/oder voraussichtlicher Verwendungszwecke ausgewählt werden. Es ist zu beachten, dass das Dispersionsmittel vor einer Einleitung einer Monomerpolymerisation mit den Monomeren dispergiert werden kann, oder dass das Dispersionsmittel mit den Monomeren dispergiert werden kann, nachdem die Polymerisation begonnen hat, wodurch Latexpartikel erzeugt werden, bei denen das Dispersionsmittel eher an der Oberfläche der Latexpartikel konzentriert ist.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann bzw. können ein oder eine Mehrzahl von Feststoffteilchen während der Polymerisation der Monomere mit beliebigen der offenbarten Dispersionsmittel in der Emulsion enthalten sein. Die Feststoffteilchen können während der Polymerisation zumindest teilweise eingekapselt sein. Bezüglich eines Aspekts können die Feststoffteilchen während der Polymerisation durch die Latexpartikel im Wesentlichen eingekapselt sein. Als Feststoffteilchen können Pigmente verwendet werden. Durch ein Einkapseln von Pigmentteilchen während der Polymerisation, die die Dispersionsmittel der vorliegenden Anmeldung umfasst, können die Pigmentteilchen eine bessere Stabilität und Dispersion vorweisen als ohne Einkapselung, besonders wenn sie zur Verwendung bei einer Thermotintenstrahltinte konfiguriert sind.
  • Bezüglich der flüssigen Trägermittel und sonstiger Zusatzstoffe, die in den Formulierungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung enthalten sein können, versteht es sich, dass die aufgezählten Komponenten exemplarisch sind und den Schutzumfang von Trägermittelkomponenten, die verwendet werden können, nicht einschränken. Beispielsweise kann es bei manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung günstig sein, wenn das flüssige Trägermittel wasserlösliche organische Lösungsmittel oder sonstige Hilfslösungsmittel und andere Zusatzstoffe als Bestandteil des flüssigen Mediums umfasst. Der Rest der Formulierung eines jeglichen Ausführungsbeispiels kann gereinigtes Wasser oder eine sonstige in der Technik bekannte Trägermittelkomponente sein.
  • Klassen von Hilfslösungsmitteln, die separat oder in Kombination verwendet werden können, umfassen aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Diole, Glykolether, Polyglykolether, Caprolactame, Formamide, Acetamide und langkettige Alkohole. Beispiele derartiger Verbindungen umfassen primäre aliphatische Alkohole, sekundäre aliphatische Alkohole, 1,2-Alkohole, 1,3-Alkohole, 1,5-Alkohole, Ethylenglykolalkylether, Propylenglykolalkylether, höhere Homologe von Polyethylenglykolalkylethern, N-Alkylcaprolactame, nicht-substituierte Caprolactame, sowohl substituierte als auch nicht-substituierte Formamide, sowohl substituierte als auch nicht-substituierte Acetamide und dergleichen. Spezifische Beispiele von Lösungsmitteln, die verwendet werden können, umfassen Trimethylolpropan, 2-Pyrrolidinon und 1,5-Pentandiol.
  • Außerdem kann das flüssige Trägermittel Feuchthaltemittel umfassen. Feuchthaltemittel können vorhanden sein, um die Langlebigkeit von Lösungs- und Löslichkeitscharakteristika zu erhöhen, was durch Zurückhalten von Feuchtigkeit in dem flüssigen Trägermittel aufrechterhalten werden kann. Beispiele von Feuchthaltemitteln umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, stickstoffhaltige Verbindungen wie z. B. Urea, Thiourea, Ethylenurea, Alkylurea, Alkylthiourea, Dialkylurea, Dialkylthiourea; Zucker wie z. B. 1-Deoxy-Dgalactitol, Mannitol und Inositol und Gemische derselben.
  • Das flüssige Trägermittel kann auch Mittel zur Veränderung von Lösungscharakteristika wie z. B. Mittel zur Veränderung der Viskosität, Mittel zur Einstellung des pH-Werts, Konservierungsstoffe, verschiedene Arten von Tensid, Antioxidantien und Verdunstungsbeschleuniger umfassen. Beispiele von Tensiden, die gemäß der vorliegenden Erfindung in begrenzten Mengen enthalten sein können, umfassen Primär-, Sekundär- und Tertiär-Aminsalzverbindungen wie z. B. Chlorwasserstoffsäuresalze, Essigsäuresalze von Laurylamin, Kokosnussamin, Stearylamin, Kolophoniumamin; Verbindungen vom Typ quaternärer Ammoniumsalze wie z. B. Lauryltrimethylammoniumchlorid, Cetyltrimethylammoniumchlorid, Benzyltributylammoniumchlorid, Benzalkoniumchlorid usw.; Verbindungen vom pyridiniumsalzartigen Typ wie z. B. Cetylpyridiniumchlorid, Cetylpyridiniumbromid usw.; nichtionisches Tensid wie z. B. Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylester, Acetylenalkohole, Acetylenglykole; und andere Tenside wie z. B. 2-Heptadecenylhydroxyethylimidazolin, Dihydroxyethylstearylamin, Stearyldimethylbetain und Lauryldihydroxyethylbetain; und Gemische derselben. Fluortenside können ebenfalls verwendet werden, z. B. diejenigen, die in der Technik bereits bekannt sind.
  • Mittel zur Einstellung des pH-Werts, die verwendet werden können, umfassen Basismittel wie z. B. Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid, Natriumcarbonat, Ammoniumcarbonat Ammoniak-Natriumacetat, Ammoniumacetat, Morpholin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Ethylmonoethanolamin, n-Butyldiethanolamin, Di-n-Butylethanolamin, Monoisopropanolamin, Diisopropanolamin und Triisopropanolamin und dergleichen sowie Gemische derselben. Außerdem können Mittel zur Einstellung des pH-Werts auch säurehaltige Mittel umfassen, die aus der Liste von säurehaltigen Zusammenfallmitteln (crashing agents) ausgewählt werden können.
  • Im Einklang mit der Formulierung der vorliegenden Erfindung können verschiedene andere Zusatzstoffe verwendet werden, um die Eigenschaften der Tintenzusammensetzung für spezifische Anwendungen zu optimieren. Beispiele dieser Zusatzstoffe sind diejenigen, die hinzugefügt werden, um das Wachstum schädlicher Mikroorganismen zu hemmen. Diese Zusatzstoffe können Biozide, Fungizide und andere mikrobielle Wirkstoffe sein, die bei Flüssigträgermittelformulierungen routinemäßig verwendet werden. Beispiele geeigneter mikrobieller Mittel umfassen Nuosept (Nudex, Inc.), Ucarcide (Union carbide Corp.), Vancide (R. T. Vanderbilt Co.), Proxel (ICI America) und Gemische derselben, sind aber nicht auf diese beschränkt.
  • Maskierungsmittel, z. B. EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) und dergleichen können enthalten sein, um die nachteiligen Effekte von Schwermetallverunreinigungen zu eliminieren.
  • Außerdem können Feststoffe (die in dem flüssigen Trägermittel entweder gelöst oder darin dispergiert sind) ebenfalls in den Formulierungen der vorliegenden Erfindung vorliegen und können Bindemittel, andere Latexpartikel, UV-härtbare Materialien, Weichmacher, Pigmente (außer dem Farbmittel) usw. umfassen.
  • Latexpartikel, die unter Verwendung der Dispersionsmittel, wie sie derzeit offenbart werden, hergestellt werden, weisen eine verbesserte Stabilität, Druckfähigkeit und ein verbessertes Druckverhalten auf, besonders wenn sie bei der Thermotintenstrahl-Bilderzeugung verwendet werden. Derartige Dispersionsmittel können bei regulären Emulsionspolymerisationsvorgängen verwendet werden und erfordern somit eine geringe Modifikation bezüglich des Prozessentwurfs. Außerdem erhöhen die Dispersionsmittel nicht die Viskosität der wässrigen Phase und können auf vorteilhafte Weise als Tenside fungieren, besonders wenn sie bei pigmenthaltigen Tintenstrahltinten verwendet werden. Es ist beachtenswert, dass die Stabilität der Latexpartikel der vorliegenden Erfindung durch die Hinzufügung radikalisch polymerisierbarer Säuren wie z. B. Acrylsäure oder Methacrylsäure weiter verbessert werden kann. Außerdem können die Latexpartikel der vorliegenden Erfindung optional bis zu einem Ausmaß von etwa 1% vernetzt sein. Allgemein können jegliche in der Technik bekannte Vernetzungsmittel verwendet werden, solange sie die Integration der Dispersionsmittel in die Latexpartikel nicht negativ beeinflussen oder verhindern.
  • BEISPIELE
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die derzeit bekannt sind. Somit sollten diese Beispiele nicht als Einschränkungen der vorliegenden Erfindung angesehen werden, sondern sind lediglich angeführt, um die Herstellung der bekanntesten Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung auf der Basis aktueller experimenteller Daten zu lehren. Als solches sind hierin eine repräsentative Anzahl von Zusammensetzungen und ihr Herstellungsverfahren offenbart.
  • Beispiel 1 – Herstellung eines ein Dispersionsmittel enthaltenden Latex
  • Die Monomere Methylmethacrylat (40 g) und Hexylmethacrylat (40 g) werden in Wasser (34 ml), das 30% Rhodafac RS 710 (8,32 g) und HSCH2CH2SO3Na (4 g) enthält, emulgiert. Eine Initiatorlösung wird hergestellt, indem Kaliumpersulfat (0,348 g) in Wasser (40 ml) gelöst wird. Die Initiatorlösung wird mit einer solchen Rate zu der Monomerlösung hinzugegeben, dass sie einen Zeitraum von etwa 23 Minuten andauern kann. Drei Minuten nach der Zugabe der Initiatorlösung wurde die Zugabe der Emulsion über einen Zeitraum von etwa 20 Minuten begonnen. Das Reaktionsgemisch wurde über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 90°C gehalten und anschließend abgekühlt. Der pH-Wert der gebildeten, Latexpartikel enthaltenden Lösung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt und gefiltert, um den Latex, der das Dispersionsmittel enthält, zu gewinnen.
  • Beispiel 2 – Herstellung eines ein Dispersionsmittel enthaltenden Latex
  • Die Monomere Methylmethacrylat (40 g) und Hexylmethacrylat (40 g) werden in Wasser (34 ml), das 30% Rhodafac RS 710 (8,32 g) und BrCH2CH2SO3Na (4 g) enthält, emulgiert. Eine Initiatorlösung wird hergestellt, indem Kaliumpersulfat (0,348 g) in Wasser (40 ml) gelöst wird. Die Initiatorlösung wird mit einer solchen Rate zu der Monomerlösung hinzugegeben, dass sie einen Zeitraum von etwa 23 Minuten andauern kann. Drei Minuten nach der Zugabe der Initiatorlösung wurde die Zugabe der Emulsion über einen Zeitraum von etwa 20 Minuten begonnen. Das Reaktionsgemisch wurde über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 90°C gehalten und anschließend abgekühlt. Der pH-Wert der gebildeten, Latexpartikel enthaltenden Lösung wurde anschließend auf 8,5 eingestellt und gefiltert, um den Latex, der das Dispersionsmittel enthält, zu gewinnen.
  • Beispiel 3 – Herstellung eines ein Dispersionsmittel enthaltenden Latex
  • Beispiel 1 oder Beispiel 2 wird wiederholt, mit der Ausnahme, dass das Dispersionsmittel hinzugefügt wird, nachdem die Monomerpolarisation bereits begonnen hat. Dadurch werden Latexpartikel mit einem Dispersionsmittel erzeugt, das an der Oberfläche der Latexpartikel, jedoch nicht in deren innerem Kern, integriert ist.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird Fachleuten einleuchten, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen, Streichungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart der Erfindung abzuweichen. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der folgenden Patentansprüche beschränkt sei.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Latexpartikel, in die eine Mehrzahl von polymerisierten Monomeren und ein Dispersionsmittel integriert sind. Das Dispersionsmittel kann die Struktur X-CH2(R)-SO3M, X-CH2(R)-PO4M oder Kombinationen derselben aufweisen, wobei X, SH, Cl oder Br ist; R unabhängig von C1- bis C5-Alkyl ist; und M unabhängig Li, Na oder K ist. Das Dispersionsmittel kann von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Latexpartikel ausmachen.

Claims (10)

  1. Latexpartikel, mit Folgendem: einer Mehrzahl von polymerisierten Monomeren; und einem Dispersionsmittel, das in die Latexpartikel integriert wird und das die Struktur: X-CH2(R)-SO3M, X-CH2(R)-PO4M oder Kombinationen derselben aufweist, wobei X unabhängig SH, Cl oder Br ist; R unabhängig C1- bis C5-Alkyl oder -Aryl ist; M unabhängig Li, Na oder K ist; und wobei das Dispersionsmittel von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% der Latexpartikel ausmacht.
  2. Latexpartikel gemäß Anspruch 1, bei denen das Dispersionsmittel ein Sulfonat enthaltendes Dispersionsmittel ist.
  3. Latexpartikel gemäß Anspruch 1, bei denen das Dispersionsmittel ein Phosphat enthaltendes Dispersionsmittel ist.
  4. Latexpartikel gemäß Anspruch 1, bei denen das Dispersionsmittel die Struktur HSCH2CH2SO3M, HSCH2CH2CH2SO3M, BrCH2CH2SO3M, BrCH2CH2CH2SO3M, ClCH2CH2SO3M, ClCH2CH2CH2SO3M, HSCH2(CH2)2SO3M, HSCH2(CH2)3SO3M, HSCH2(CH2)4SO3M, HSCH2(CH2)5SO3M, BrCH2(CH2)2SO3M, BrCH2(CH2)3SO3M, BrCH2(CH2)4SO3M, BrCH2(CH2)5SO3M, ClCH2(CH2)2SO3M, ClCH2(CH2)3SO3M, ClCH2(CH2)4SO3M, ClCH2(CH2)5SO3M, HSCH2CH2PO3M, HSCH2CH2CH2PO3M, BrCH2CH2PO3M, BrCH2CH2CH2PO3M und Gemische derselben umfasst.
  5. Latexpartikel gemäß Anspruch 1, wobei die Latexpartikel eine Teilchengröße von etwa 100 nm bis etwa 300 nm aufweisen.
  6. Eine Latexdispersion, die 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Latexpartikel gemäß Anspruch 1 umfasst, die in einem flüssigen Medium dispergiert sind.
  7. Eine Tintenstrahltinte, die 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% der Latexpartikel gemäß Anspruch 1, die in einem flüssigen Trägermittel dispergiert sind, sowie Farbmittel umfasst.
  8. Ein Verfahren zum Bilden von Latexpartikeln, umfassend: a) Dispergieren einer Mehrzahl von Monomeren und von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% eines Dispersionsmittels in einer wässrigen Emulsion, wobei das Dispersionsmittel die Struktur: X-CH2(R)-SO3M, X-CH2(R)-PO4M oder Gemische derselben aufweist, wobei X unabhängig SH, Cl oder Br ist; R unabhängig C1- bis C5-Alkyl oder -Aryl ist; und M unabhängig Li, Na oder K ist; b) Polymerisieren der Monomere in der Gegenwart des Dispersionsmittels; und c) Bilden der Latexpartikel derart, dass das Dispersionsmittel in die Latexpartikel integriert ist.
  9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Dispersionsmittel zu von etwa 1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% vorgesehen ist.
  10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Dispersionsmittel zu von etwa 5 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% vorgesehen ist.
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