DE112014001322T5

DE112014001322T5 - Wässrige Dispersionen, die nanokristalline Cellulose umfassen, undZusammensetzungen für den kommerziellen Tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE112014001322T5
Application number: DE112014001322.6T
Authority: DE
Inventors: Elizabeth G. Burns; Tianqi Liu; Jodi A. Bates; Lu Zhang
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2016-01-14
Also published as: FR3003265A1; WO2014164313A1; JP2016517458A; GB201514325D0; CN105073913A; US20140267515A1; BR112015022734A2; GB2526023A

Abstract

Hier werden wässrige Tintenzusammensetzungen beschrieben, wie beispielsweise Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck, die mindestens einen färbenden Bestandteil; und eine nanokristalline Cellulose umfassen, die in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Es werden ebenfalls wässrige Dispersionen für Tintenzusammensetzungen, sowie Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck beschrieben.

Description

Gebiet der Erfindung
Hier werden wässrige Dispersionen offenbart, die färbende Bestandteile und nanokristalline Cellulose umfassen, und deren Verwendung in Tintenzusammensetzungen, wie z. B. Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck. Es werden ebenfalls Zusammensetzungen und Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck offenbart.
Hintergrund
Aufgrund von neuen und zunehmenden Anforderungen an die Tintenstrahldrucktechnologie besteht ein kontinuierlicher Bedarf an der Entwicklung von Tintenzusammensetzungen, um die Anforderungen bei verschiedensten Anwendungen zu erfüllen. Die zunehmende Popularität hinsichtlich des Druckens mit einer hohen Geschwindigkeit auf verschiedensten Substraten erfordert weiterhin eine oder mehrere Eigenschaften, umfassend eine verbesserte Druckleistungsfähigkeit, kürzere Trocknungszeiten, eine verbesserte Tintenstabilität, usw. Es besteht deshalb ein Bedarf an Tintenzusammensetzungen (wie z. B. Tintenträgern, Pigmenten), welche so hergestellt werden können, dass dieser Bedarf befriedigt werden kann.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform stellt eine wässrige Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck bereit, umfassend:
mindestens einen färbenden Bestandteil; und
eine nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Eine andere Ausführungsform stellt eine wässrige Dispersion bereit, umfassend:
mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Eine andere Ausführungsform stellt ein wässriges Dispersionssystem bereit, umfassend:
eine erste wässrige Dispersion, umfassend:
mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und
eine zweite wässrige Dispersion, umfassend:
mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Eine andere Ausführungsform stellt ein Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck bereit, umfassend:
das Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die ein Pigment umfasst; und
das Versprühen der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck aus einem stationären Druckkopf auf eine kontinuierliche Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min., um eine bedruckte Papierbahn mit einem ausgedruckten Bild zu erhalten,
wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen frei ist von einem färbenden Bestandteil mit einem Calciumbindungsindexwert, der größer als ein Calciumbindungsindexwert von 1,2,3-Benzoltricarbonsäure ist.
Eine andere Ausführungsform stellt ein Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck bereit, umfassend:
das Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die mindestens einen färbenden Bestandteil und eine nanokristalline Cellulose umfasst; und
das Versprühen der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck aus einem stationären Druckkopf auf eine kontinuierliche Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min., um eine bedruckte Papierbahn mit einem ausgedruckten Bild zu erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist ein Ausdruck, in dem die Viskosität (cP) als Funktion der NCC-Konzentration (Gew.%) aufgetragen ist;
Die 2 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche die Ergebnisse der Tintentropfentests für Cyan-Referenz- und Cyan-NCC-Zusammensetzungen für verschiedene Papiersubstrate zeigen, wie in Beispiel 2 beschrieben;
Die 3 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche die Ergebnisse der Tintentropfentests für Magenta-Referenz- und Magenta-NCC-Zusammensetzungen für verschiedene Papiersubstrate zeigen, wie in Beispiel 2 beschrieben;
Die 4 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche die Ergebnisse der Tintentropfentests für Schwarz-Referenz- und Schwarz-NCC-Zusammensetzungen für verschiedene Papiersubstrate zeigen, wie in Beispiel 2 beschrieben;
Die 5 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche die Ergebnisse der Tintentropfentests für Gelb-Referenz- und Gelb-NCC-Zusammensetzungen für verschiedene Papiersubstrate zeigen, wie in Beispiel 2 beschrieben;
Die 6 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche das Trocknen von Tintentropfen bei unterschiedlichen Zeitintervallen für Schwarz-Referenz- und Schwarz-NCC-Zusammensetzungen zeigen, wie in Beispiel 3 beschrieben;
Die 7 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche das Trocknen von Tintentropfen bei unterschiedlichen Zeitintervallen für Magenta-Referenz- und Magenta-NCC-Zusammensetzungen zeigen, wie in Beispiel 3 beschrieben;
Die 8 zeigt eine Serie von mikroskopischen Aufnahmen, welche das Trocknen von Tintentropfen bei unterschiedlichen Zeitintervallen für Gelb-Referenz- und Gelb-NCC-Zusammensetzungen zeigen, wie in Beispiel 3 beschrieben;
Die 9 ist ein Balkendiagramm der optischen Dichte auf unterschiedlichen Papiersubstraten für die Referenz- und NCC-Zusammensetzungen der Schwarz-, Cyan-, Magenta- und Gelb-Pigmente, wie in Beispiel 4 beschrieben;
Die 10 ist ein Balkendiagramm der Druckungleichmäßigkeit für die Referenz- und NCC-Zusammensetzungen der Schwarz-, Cyan-, Magenta- und Gelb-Pigmente, wie in Beispiel 4 beschrieben;
Die 11(a) bis (d) sind Balkendiagramme der horizontalen Randunschärfe (a) oberer Rand und (b) unterer Rand, und der vertikalen Randunschärfe (c) linker Rand und (d) rechter Rand, wie in Beispiel 4 beschrieben;
Die 12(a) und (b) sind Balkendiagramme, die das Ineinanderverlaufen von farbigen Tinten (jeweils horizontale und vertikale Linie) der Cyan-, Magenta- und Gelb-Pigmente zeigen, wie in Beispiel 4 beschrieben;
Die 13 zeigt Fotos und mikroskopische Aufnahmen (50×) von Druckmustern, die mit den Gelb-Referenz- und Gelb-NCC-Tintenzusammensetzungen erhalten wurden, wie in Beispiel 4 beschrieben;
Die 14 ist ein Balkendiagramm der Druckungleichmäßigkeit für die Referenz- und NCC-Zusammensetzungen auf unterschiedlichen Papiersubstraten für die Schwarz2-, Cyan2-, Magenta2- und Gelb2-Pigmente, wie in Beispiel 5 beschrieben;
Die 15A und 15B sind Balkendiagramme der horizontalen Randunschärfe (A) oberer Rand und (B) unterer Rand für die Referenz- und NCC-Zusammensetzungen auf unterschiedlichen Papiersubstraten für die Schwarz2-, Cyan2-, Magenta2- und Gelb2-Pigmente, wie in Beispiel 5 beschrieben;
Die 16A und 16B sind Balkendiagramme, die (A) das Ineinanderverlaufen von farbigen Tinten (horizontale Linie) und (B) das Ineinanderverlaufen von farbigen Tinten (vertikale Linie) für die Referenz- und NCC-Zusammensetzungen auf unterschiedlichen Papiersubstraten für die Cyan2-, Magenta2- und Gelb2-Pigmente zeigen, wie in Beispiel 5 beschrieben; und
Die 17A und 17B sind Diagramme, in denen die Teilchengrößenwachstumsgeschwindigkeit (nm/s) als Funktion der Ca²⁺ Konzentration (mM) aufgetragen ist, wie in Beispiel 6 beschrieben.
Genaue Beschreibung
Hier werden wässrige Dispersionen und Tintenzusammensetzungen (beispielsweise Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck) offenbart, die nanokristalline Cellulose (NCC) umfassen. Eine Ausführungsform stellt eine wässrige Dispersion oder Tintenzusammensetzung bereit, die mindestens einen färbenden Bestandteil und eine nanokristalline Cellulose umfasst.
”Cellulose” bezieht sich auf eine lineare Kette mit einer Monomereinheit von zwei Glucosemolekülen, die über eine β 1–4 Glycosidbindung miteinander verbunden sind. Der Polymerisationsgrad, n, für Cellulosen kann im Bereich von 10000 bis 15000 liegen. ”Nanokristalline Cellulose” wie hier verwendet bezieht sich auf Teilchen, die Cellulose mit mindestens einer Dimension im Nanometerbereich umfassen, d. h. weniger als 1 μm, bestimmt mittels TEM. In einer Ausführungsform hat die nanokristalline Cellulose eine Länge im Bereich von 50 nm bis 1000 nm und einen Durchmesser im Bereich von 1 nm bis 100 nm (Durchmesser umfasst sowohl Breite als auch Höhe, die gewöhnlich im Mittel gleich sind). In einer anderen Ausführungsform hat die nanokristalline Cellulose einen Durchmesser im Bereich von 5 nm bis 80 nm und eine Länge im Bereich von 80 nm bis 500 nm, wie z. B. einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 50 nm und eine Länge im Bereich von 100 nm bis 300 nm. In einer Ausführungsform hat die nanokristalline Cellulose ein Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) im Bereich von 2 bis 30, wie z. B. von 4 bis 15, oder von 6 bis 10. In einer anderen Ausführungsform hat die nanokristalline Cellulose einen Durchmesser im Bereich von 1 nm bis 100 nm, eine Länge im Bereich von 50 nm bis 1000 nm, und ein Aspektverhältnis im Bereich von 2 bis 30; wie z. B. einen Durchmesser im Bereich von 5 nm bis 80 nm, eine Länge im Bereich von 80 nm bis 500 nm, und ein Aspektverhältnis im Bereich von 4 bis 15; oder einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 50 nm, eine Länge im Bereich von 100 nm bis 300 nm, und ein Aspektverhältnis im Bereich von 6 bis 10.
In einer Ausführungsform ist die nanokristalline Cellulose abgeleitet von Cellulose, erhalten aus Bäumen, Pflanzen, Bakterien, Algen und Manteltieren (tunicate). Beispiele für Baum- und Pflanzenquellen umfassen Holz, Baumwolle, Hanf, Flachs, Weizenstroh, Maulbeerbaum, Borke und Chinagras.
In einer Ausführungsform ist die nanokristalline Cellulose in einer wässrigen Lösung selbst-dispergierbar. In einer Ausführungsform umfasst die nanokristalline Cellulose ein Monomer, umfassend Glucose mit mindestens einer anionischen Gruppe, d. h. Glucose, die mit mindestens einer anionischen Gruppe derivatisiert ist. ”Anionische Gruppe” wie hier verwendet bezieht sich auf Gruppen, die ursprünglich nicht in Glucose enthalten sind, und umfasst Salzformen sowie Gruppen, die in einer wässrigen Lösung in eine anionische Gruppe umgewandelt werden können, d. h. anionisierbare Gruppen. Beispiele für anionisierbare Gruppen umfassen Säuren und/oder Ester. Anionische Gruppen können durch Hydrolyse von Cellulose mit verschiedensten diprotischen, triprotischen oder polyprotischen Säuren, beispielsweise Maleinsäure, Schwefelsäure, ortho-Phosphorsäure usw., und gegebenenfalls nachfolgende Umsetzungen, um die Säure- oder Esterform zu bilden, erhalten werden. Die Cellulose, die hydrolysiert wird, kann Holzfasern und Pflanzenfasern, mikrokristalline Cellulose (10–50 μm im Durchmesser), mikrofibrillierte Cellulose (0,5–10 μm in der Länge) und nanofibrillierte Cellulose (0,5–2 μm im Durchmesser) sein. In einer Ausführungsform ist die anionische Gruppe ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfaten, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren und Salzen und Estern und Gemischen davon. Zusätzlich zu der anionischen Gruppe können weitere Umsetzungen durchgeführt werden, um die nanokristalline Cellulose zu derivatisieren, beispielsweise um die nanokristalline Cellulose kompatibler für eine besondere Anwendung zu machen. Beispiele für zusätzliche Derivatisierungen umfassen Reaktionen, um kationische Gruppen zu bilden, wie z. B. durch Umsetzung mit Aminen oder Diaminen.
Nanokristalline Cellulose umfasst kristalline und amorphe Bereiche. In einer Ausführungsform hat die nanokristalline Cellulose mindestens 50% Kristallinität (% kristalline Bereiche), wie z. B. mindestens 60% Kristallinität, oder eine Kristallinität im Bereich von 50% bis 90%.
Nanokristalline Cellulose kann die Viskosität einer wässrigen Dispersion erhöhen. In einer Ausführungsform ist die nanokristalline Cellulose in der Zusammensetzung in einer Menge enthalten, die ausreichend ist, so dass die gewünschte Viskosität erhalten wird. In einer Ausführungsform ist die Zusammensetzung eine Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck mit einer Viskosität im Bereich von 1 cP bis 20 cP, wie z. B. von 1 cP bis 15 cP, von 1 cP bis 10 cP, von 1 cP bis 6 cP, von 3 cP bis 10 cP, oder von 3 cP bis 6 cP.
In einer Ausführungsform ist die nanokristalline Cellulose in der Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, wie z. B. in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 4%, bezogen auf das Gewicht, von 0,5% bis 3%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 4%, bezogen auf das Gewicht, oder von 1% bis 3%, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Es wurde ebenfalls entdeckt, dass die nanokristalline Cellulose als solche in einer wässrigen Lösung dispergierbar ist. Eine Ausführungsform stellt eine wässrige Dispersion (beispielsweise eine Tinte oder eine Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck) bereit, umfassend nanokristalline Cellulose mit einem Zeta-Potential im Bereich von –20 bis –50 mV bei einem pH im Bereich von 2 bis 11, wie z. B. einem Zeta-Potential im Bereich von –30 bis –50 mV bei einem pH im Bereich von 2 bis 11.
In wässrigen Dispersionen und in Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck wurden oft organische Lösungsmittel verwendet, um die gewünschte Viskosität zu erhalten, wie beispielsweise die Werte, die hier offenbart werden. In einer Ausführungsform wurde entdeckt, dass die Verwendung von nanokristalliner Cellulose die Menge an organischen Lösungsmitteln, die in der Dispersion oder Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck enthalten sind, verringern kann. In einer Ausführungsform verringert die Gegenwart von nanokristalliner Cellulose in einer Menge im Bereich von 0,05% bis 5% (oder in andere Mengen, die hier offenbart werden) die Menge an organischem Lösungsmittel zu 75% oder weniger der Menge, die ohne die Gegenwart von NCC erforderlich wäre, beispielsweise 50% oder weniger, oder 25% oder weniger. In einer Ausführungsform ist die Zusammensetzung eine Tintenzusammensetzung (wie z. B. eine Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck) und das organische Lösungsmittel ist in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, enthalten, wie z. B. in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 20%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, von 2% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, von 2% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, von 2% bis 20%, bezogen auf das Gewicht, oder in einer Menge im Bereich von 2% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. In einer Ausführungsform ist die Zusammensetzung eine wässrige Dispersion und das organische Lösungsmittel ist in einer Menge im Bereich von 1% bis 75%, bezogen auf das Gewicht, 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 20%, bezogen auf das Gewicht, von 1% bis 10%, von 5% bis 75%, bezogen auf das Gewicht, von 5% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, von 5% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, von 5% bis 20%, bezogen auf das Gewicht, oder in einer Menge im Bereich von 5% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Die organischen Lösungsmittel werden nachfolgend genauer beschrieben.
Eine Ausführungsform stellt eine wässrige Dispersion bereit, die im Wesentlichen besteht aus (oder die besteht aus):
mindestens einem Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
nanokristalliner Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
mindestens einem organischen Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
Wasser.
Eine Ausführungsform stellt eine wässrige Dispersion bereit, die im Wesentlichen besteht aus (oder die besteht aus):
mindestens einem Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
mindestens einem organischen Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, enthalten ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
mindestens einem Biozid und/oder Fungizid in einer Menge im Bereich von 0.05% bis 2%, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
Wasser.
Die Biozide und Fungizide werden nachfolgend genauer beschrieben.
Eine andere Ausführungsform stellt ein wässriges Dispersionssystem bereit. Den Herstellern werden gewöhnlich wässrige Dispersionen als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von spezifischen Zusammensetzungen, wie z. B. Tintenzusammensetzungen, zur Verfügung gestellt. Weiterhin enthalten wässrige Dispersionen die Bestandteile gewöhnlich in höheren Konzentrationen und werden verdünnt, um die gewünschte Konzentration in der gebrauchsfertigen Zusammensetzung zu erhalten. Wenn jedoch eine wässrige Dispersion mit einer hohen Konzentration an nanokristalliner Cellulose hergestellt wird, ist es möglich, dass eine gelartige Zusammensetzung erhalten wird. Ein wässriges 2-Komponenten Dispersionssystem kann deshalb eine erste Dispersion mit einer NCC in einer Konzentration, die größer als die der gebrauchsfertigen Zusammensetzung ist, und eine zweite Dispersion, die keine NCC enthält und die die erste Dispersion auf den gewünschten Wert verdünnt, umfassen. In einer Ausführungsform hat die zweite Dispersion die gleichen Bestandteile wie die erste Dispersion (beispielsweise oberflächenaktive Mittel, Feuchthaltemittel, Biozide usw.), mit der Ausnahme von NCC. In einer Ausführungsform umfasst das wässrige Dispersionssystem:
eine erste wässrige Dispersion, umfassend:
mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung;
nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und
eine zweite wässrige Dispersion, umfassend:
mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und
mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Mit dem zunehmenden Bedarf an vielseitigen gewerbsmäßigen kommerziellen Druckverfahren hat sich gezeigt, dass Tintenstrahltechnologien aufgrund ihrer Flexibilität und geringen Kosten Vorteile gegenüber Technologien wie z. B. dem Offset-Druck haben. Das kommerzielle Drucken (oder Hochgeschwindigkeitsdrucken) umfasst den Transaktionsdruck, den Buchdruck (Bücher für den Buchhandel, Lehrbücher, usw.), das Direktmailing und das Drucken von Magazinen. Das kommerzielle Drucken unterscheidet sich vom Desktop/Büro-Drucken hinsichtlich Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Druckqualität.
Es wurde entdeckt, dass Pigmente, die Calcium nicht binden, weniger durch eine Papierstaubbildung beeinflusst werden als Pigmente, die Calcium binden. Papierstaub, der während des Druckprozesses erzeugt wird, kann sich um die Druckkopfdüse herum ansammeln und mit der Tinte, die aus der Düse versprüht wird, in Kontakt kommen. Diese Effekte können insbesondere beim kommerziellen Drucken auftreten, wo die Druckgeschwindigkeiten und/oder Druckmengen gewöhnlich größer sind, verglichen mit dem Desktop-Drucken. Da Papierstaub oft Calcium enthält, interagieren Pigmente, die Calcium binden, mit dem Staub und bilden ein teilchenförmiges Material, welches die Düse verstopfen oder weiterhin verstopfen kann. Deshalb stellt eine Ausführungsform ein Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck bereit, umfassend:
das Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die ein Pigment umfasst, ausgewählt aus oxidiertem Ruß und Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist; und
das Versprühen der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck aus einem stationären Druckkopf auf eine kontinuierliche Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min., um eine bedruckte Papierbahn mit einem ausgedruckten Bild zu erhalten,
wobei das Pigment im Wesentlichen frei ist von einem färbenden Bestandteil, der Calcium binden kann, d. h. einem färbenden Bestandteil mit einem Calciumbindungsindexwert, der größer als ein Calciumbindungsindexwert von 1,2,3-Benzoltricarbonsäure ist.
In einer Ausführungsform kann das teilchenförmige Material, das bei der Interaktion der Pigmente, die Calcium binden, mit Calcium, das im Papierstaub vorliegt, gebildet wurde, mit einem Test gemessen werden, der die folgenden Schritte umfasst:

• das Drucken über einen ausreichenden Zeitraum hinweg, um eine Menge an Papierstaub (z. B. 1 g) zu sammeln, die zu entionisiertem Wasser gegeben wird,
• das Abfiltrieren von unlöslichem Material und das Sammeln der überstehenden Flüssigkeit,
• das Analysieren der überstehenden Flüssigkeit mittels ICP-AES, um den Calciumgehalt zu bestimmen,
• wenn Calcium vorhanden ist, das Zugeben der überstehenden Flüssigkeit zu einem Pigment, das Calcium bindet, um das Pigment zu verdünnen, und das Beobachten, ob ein Teilchenwachstum stattgefunden hat,
• das Bestimmen der Konzentration Ca2+, die erforderlich ist, um ein Teilchengrößenwachstum des Pigments, das Calcium bindet, zu verursachen.

Es wurde beobachtet, dass wenn ein Hochgeschwindigkeitsdrucken mit Pigmenten, die Calcium binden, durchgeführt wird, eine Calciumkonzentration von sogar nur 1 ppm eine Koagulation und eventuell Staubbildung verursachen kann, zusätzlich zu dem Staub, der durch die physikalischen Effekte des Druckens gebildet wurde. Solch eine Koagulation kann an einer Spitze der Druckkopfdüse stattfinden und zu einem Ausflocken der Tinten führen.
In einer Ausführungsform ist das Pigment ausgewählt aus oxidierten Rußen und Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, umfassend mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe und Gemische davon.
In einer Ausführungsform ist das Pigment ausgewählt aus Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, umfassend mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, Estern, Amiden und Salzen davon, wie z. B. Hydroxylate, Mono-, Di-, Tri- und Tetra-Alkylammoniumsalze. In einer Ausführungsform ist Alkyl der Ammoniumsalze ausgewählt aus C₁-C₆ Alkyl.
In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine organische Gruppe, die an das Pigment gebunden ist, die Formel -[R(A)]-, worin:
R an das Pigment gebunden ist und ausgewählt ist aus Arylen, Heteroarylen, Alkylen, Alkarylen und Aralkylen, und
A ist ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, Estern, Amiden und Salzen davon.
In einer Ausführungsform ist -[R(A)]- eine endständige Gruppe, d. h. nur an das Pigment (beispielsweise Ruß) gebunden. In einer anderen Ausführungsform ist -[R(A)]- an das Pigment und mindestens eine andere Gruppe über das ”R” Fragment gebunden, umfassend z. B. Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkaryl, Aralkyl, Halogenid, usw. In einer Ausführungsform umfasst -[R(A)]- mehr als eine ”(A)” Spezies, so dass die mehreren ”(A)” Spezies nicht in der Lage sind, Calcium zu binden. Die organische Gruppe wird nachstehend genauer beschrieben.
Beim Hochgeschwindigkeitstintenstrahldrucken kann entweder ein Blatt oder eine Bahn zugeführt werden. Das Tintenstrahldrucken auf einer Bahn in einer Druckmaschine ist eine kommerzielle Drucktechnologie, die entwickelt wurde, um eine kontinuierliche Papierbahn bei Geschwindigkeiten von Hunderten Fuß pro Minute zu bedrucken. (Im Gegensatz dazu beträgt die Geschwindigkeit beim Desktop-Drucken gewöhnlich weniger als 50 Seiten pro Minute nur für Schwarz.) In einer Ausführungsform wird das Hochgeschwindigkeitsdrucken bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min. für den 4-Farben-Druck durchgeführt.
In einer Ausführungsform beträgt die Tropfenversprühfrequenz beim Hochgeschwindigkeitsdrucken mindestens 15 kHz. (Die Tropfenversprühfrequenzen beim Desktop-Drucken liegen gewöhnlich bei weniger als 15 kHz, bedingt durch die niedrigen Druckgeschwindigkeiten.)
Die Papierbahn ist eine kontinuierliche Rolle aus Papier (im Gegensatz zu kleinen Blättern aus Papier für das Desktop-Drucken), das entlang eines Papierpfades befördert wird, der stationäre Tintenstrahldruckköpfe (Desktop-Drucker haben einen beweglichen Druckkopf, der in Richtung der Breite des Papiers bewegt wird) zum Versprühen einer Serie von Tintentröpfchen auf die Papierbahn umfasst. Nachdem die Tintentröpfchen auf dem Papier aufgebracht wurden, wird die Bahn in einer Ausführungsform dann durch einen Trockenofen geleitet, der ein Bestandteil eines Druckers sein kann, in dem der stationäre Druckkopf angeordnet ist (Desktop-Drucker haben keine Trocknungsvorrichtungen). In einer anderen Ausführungsform wird die Papierbahn durch Walzen geleitet und wieder aufgerollt, oder sie wird durch Schneidevorrichtungen geleitet und zu Blättern zerschnitten. Dieser Schritt kann nach dem Trocknen oder ohne einen Trocknungsprozess durchgeführt werden.
Die Auflösungen können variieren und sind gewöhnlich an die Druckgeschwindigkeit gebunden. Die Geschwindigkeit und die Auflösung sind eine Funktion des Druckkopfes, der in der Druckmaschine verwendet wird. In einer Ausführungsform ermöglichen die hier offenbarten Hochgeschwindigkeitsdruckverfahren geringe Auflösungen von lediglich 300 dpi oder hohe Auflösungen mit 1600 dpi, typischerweise bei niedrigeren Druckgeschwindigkeiten, aber bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min. (beim Desktop-Drucken werden ähnliche Auflösungen erreicht, aber bei deutlich niedrigeren Geschwindigkeiten.)
Substrate für das Hochgeschwindigkeitsdrucken können variieren von porösem Normalpapier bis hin zu kalandrierten Tonpapieren, die speziell für (ölige) Drucktinten für den analogen Offset-Druck entwickelt wurden. Die Papiere können auch weiterhin behandelt (für den Tintenstrahldruck behandelt (inkjet-treated)) sein, beispielsweise mit Salzen oder Polymeren, damit sie wässrige Tinten für den Tintenstrahldruck besser aufnehmen. Die Normalpapiere beim Desktop-Drucken können ähnliche Eigenschaften haben wie die porösen Papiere beim Hochgeschwindigkeitsdrucken, einschließlich der Arten der Überzüge, die für den Tintenstrahldruck behandelt wurden. Die nicht-porösen Papiere, die beim kommerziellen Hochgeschwindigkeitsdrucken verwendet werden, unterscheiden sich jedoch deutlich von den Arten von nicht-porösen Papieren, die beim Desktop-Drucken verwendet werden. Die Anforderungen an eine Tinte für das kommerzielle Hochgeschwindigkeitsdrucken umfassen eine hohe OD auf porösem Papier bei niedrigen Auflösungen, da die Tintentröpfchen beim Eindringen verlaufen. Ein zu tiefes Eindringen kann ebenfalls ein unerwünschtes Durchschlagen bei porösen Substraten verursachen. Bei kalandrierten Papieren mit einer geringen Porosität stellen insbesondere Druckungleichmäßigkeit (mottle), Trockenzeithaltbarkeit (dry time durability) und Ausbluten eine Herausforderung für Tinten für den Tintenstrahldruck dar. Die Verwendung von Polymeren ist erforderlich, um die Haltbarkeitsanforderungen auf den nicht-porösen Substraten zu erfüllen, und Überzüge, die für den Tintenstrahldruck behandelt wurden, können ebenfalls verwendet werden, um die Bildqualität und Trocknungszeit zu verbessern.
Beim kommerziellen Drucken können die Trocknungszeiten zu einem Problem werden, weil die Tinte trocken sein muss, bevor das bedruckte Papier in Kontakt mit anderen Walzen kommt. Wenn das Blatt zu feucht ist, kann das Trocknen zu Problemen wie beispielsweise zu einem Kräuseln des Papiers führen. Es wurde entdeckt, dass eine Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die nanokristalline Cellulose umfasst, den Trocknungsprozess beschleunigen kann. Folglich stellt eine andere Ausführungsform ein Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck bereit, umfassend:
das Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die mindestens einen färbenden Bestandteil und eine nanokristalline Cellulose umfasst; und
das Versprühen der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck aus einem stationären Druckkopf auf eine kontinuierliche Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min., um eine bedruckte Papierbahn mit einem ausgedruckten Bild zu erhalten.
In einer Ausführungsform ist der färbende Bestandteil ausgewählt aus Pigmenten, die ausgewählt werden können aus oxidiertem Ruß und Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe, wie z. B. die Gruppen, die hier offenbart werden, gebunden ist.
In einer Ausführungsform kann die nanokristalline Cellulose in einer Menge im Bereich von 0.5% bis 5% enthalten sein, oder in anderen Mengen, die hier offenbart werden.
In einer Ausführungsform kann die Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck die Bestandteile in den Mengen umfassen, die hier offenbart werden, wie z. B. mindestens ein organisches Lösungsmittel.
In einer Ausführungsform verringert die auf die Papierbahn gedruckte Zusammensetzung die Trocknungszeit, die vor dem Zerschneiden, Verarbeiten usw. erforderlich ist. In einer Ausführungsform verringert die Zusammensetzung die Trocknungszeit auf 50% der Zeit oder weniger, die für die äquivalente Zusammensetzung ohne nanokristalline Cellulose erforderlich ist, beispielsweise 25% der Zeit oder weniger, oder 10% der Zeit oder weniger.
Färbende Bestandteile
In einer Ausführungsform umfasst die wässrige Dispersion (wie z. B. eine Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck) einen färbenden Bestandteil, ausgewählt aus Farbstoffen und Pigmenten. In einer Ausführungsform ist der färbende Bestandteil ein Farbstoff, ausgewählt aus herkömmlichen Farbstoffen, umfassend Lebensmittelfarbstoffe, FD&C Farbstoffe, Säurefarbstoffe, Direktfarbstoffe, Reaktionsfarbstoffe, Derivate von Phthalocyaninsulfonsäuren, wie Kupfer-Phthalocyaninderivate, Natriumsalze, Ammoniumsalze, Kaliumsalze, Lithiumsalze und dgl. Kombinationen von Farbstoffen können ebenfalls verwendet werden, um unterschiedlichste Farbtöne zu erhalten. Beispiele für Säurefarbstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Acid Red 18, Acid Red 27, Acid Red 52, Acid Red 249, Acid Red 289, Acid Blue 9, Acid Yellow 23, Acid Yellow 17, Acid Yellow 23 und Acid Black 52. Beispiele für Basenfarbstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Basic Red 1, Basic Blue 3 und Basic Yellow 13. Beispiele für Direktfarbstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Direct Red 227, Direct Blue 86, Direct Blue 199, Direct Yellow 86, Direct Yellow 132, Direct Yellow 4, Direct Yellow 50, Direct Yellow 132, Direct Yellow 104, Direct Black 170, Direct Black 22, Direct Blue 199, Direct Black 19 und Direct Black 168. Beispiele für Reaktionsfarbstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Reactive Red 180, Reactive Red 31, Reactive Red 29, Reactive Red 23, Reactive Red 120, Reactive Blue 49, Reactive Blue 25, Reactive Yellow 37, Reactive Black 31, Reactive Black 8, Reactive Green 19 und Reactive Orange 84. Andere Arten von Farbstoffen, umfassend z. B. Yellow 104 und Magenta 377, können ebenfalls verwendet werden,
Die Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck der vorliegenden Erfindung können, zusätzlich zu dem färbenden Bestandteil (Farbstoffe oder Pigmente), weitere Farbstoffe enthalten, um das Farbgleichgewicht zu modifizieren oder um die optische Dichte einzustellen. Solche Farbstoffe umfassen Lebensmittelfarbstoffe, FD&C Farbstoffe, Säurefarbstoffe, Direktfarbstoffe, Reaktionsfarbstoffe, Derivate von Phthalocyaninsulfonsäuren, wie Kupfer-Phthalocyaninderivate, Natriumsalze, Ammoniumsalze, Kaliumsalze und Lithiumsalze.
In einer Ausführungsform ist der färbende Bestandteil ausgewählt aus Pigmenten, die feste Materialien sind, die gewöhnlich in teilchenförmiger Form vorliegen oder in einer Form, die leicht in eine teilchenförmige Form überführt werden kann, wie beispielsweise ein gepresster Kuchen. Das Pigment kann eine beliebige Art von Pigment sein, die gewöhnlich von einem Fachmann verwendet wird, beispielsweise schwarze Pigmente und Pigmente mit einer anderen Farbe, umfassend blaue, schwarze, braune, cyanfarbene, grüne, weiße, violette, magentafarbene, rote, orangefarbene oder gelbe Pigmente. Gemische aus unterschiedlichen Pigmenten können ebenfalls verwendet werden. Repräsentative Beispiele für schwarze Pigmente umfassen verschiedenste Ruße (Pigment Black 7), wie z. B. Kanalruße, Ofenruße, Gasruße und Lampenruße, und umfassen beispielsweise Ruße, die verkauft werden als Regal^®, Black Pearls^®, Elftex^®, Monarch^®, Mogul^® und Vulcan^® Ruße, erhältlich von Cabot Corporation (wie z. B. Black Pearls^® 2000, Black Pearls^® 1400, Black Pearls^® 1300, Black Pearls^® 1100, Black Pearls^® 1000, Black Pearls^® 900, Black Pearls^® 880, Black Pearls^® 800, Black Pearls^® 700, Black Pearls^® 570, Black Pearls^® L, Elftex^® 8, Monarch® 1400, Monarch^® 1300, Monarch^® 1100, Monarch^® 1000, Monarch^® 900, Monarch^® 880, Monarch^® 800, Monarch^® 700, Regal^® 660, Mogul^® L, Regal^® 330, Regal^® 400, Vulcan^® P). Es können Ruße von anderen Anbietern verwendet werden. Geeignete Klassen von gefärbten Pigmenten umfassen z. B. Anthrachinon-Pigmente, Phthalocyanin-Blaupigmente, Phthalocyanin-Grünpigmente, Diazo-Pigmente, Monoazo-Pigmente, Pyranthron-Pigmente, Perylen-Pigmente, heterocyclische Gelbpigmente, Chinacridon-Pigmente, Chinolonochinolon-Pigmente und (Thio)indigo-Pigmente. Solche Pigmente sind von verschiedensten Anbietern entweder als Pulver oder als gepresster Kuchen handelsüblich erhältlich, beispielsweise von BASF Corporation, Engelhard Corporation, Sun Chemical Corporation, Clariant und Dianippon Ink and Chemicals (DIC). Beispiele für andere geeignete gefärbte Pigmente werden im Colour Index, 3. Ausgabe (The Society of Dyers and Colourists, 1982) beschrieben. In einer Ausführungsform ist das Pigment ein Cyanpigment, wie z. B. Pigment Blue 15 oder Pigment Blue 60, ein Magentapigment, wie z. B. Pigment Red 122, Pigment Red 177, Pigment Red 185, Pigment Red 202 oder Pigment Violet 19, ein Gelbpigment, wie z. B. Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 128, Pigment Yellow 139, Pigment Yellow 155, Pigment Yellow 180, Pigment Yellow 185, Pigment Yellow 218, Pigment Yellow 220 oder Pigment Yellow 221, ein Orangepigment, wie z. B. Pigment Orange 168, ein Grünpigment, wie z. B. Pigment Green 7 oder Pigment Green 36, oder ein Schwarzpigment, wie z. B. Ruß.
In einer Ausführungsform umfasst der färbende Bestandteil ein Pigment und einen Farbstoff, um das Farbgleichgewicht zu modifizieren oder um die optische Dichte einzustellen.
In einer Ausführungsform ist das Pigment ein selbst-dispergiertes Pigment, beispielsweise ausgewählt aus oxidiertem Ruß und Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist. Solche selbst-dispergierten Pigmente können durch Modifizieren der hier offenbarten Pigmente hergestellt werden.
In einer Ausführungsform ist das selbst-dispergierte Pigment ein oxidierter Ruß. In einer Ausführungsform sind ”oxidierte Ruße” Rußpigmente, die gewöhnlich einen pH < 7,0 haben und oberflächlich gebundene ionische oder ionisierbare Gruppen aufweisen, wie z. B. eine oder mehrere, ausgewählt aus Alkoholen (Phenolen, Naphtholen), Lactonen, Carbonylverbindungen, Carboxylverbindungen (z. B. Carbonsäuren), Anhydriden, Ethern und Chinonen. Der Grad der Oxidation von Ruß kann die Oberflächenkonzentration dieser Gruppen bestimmen. In einer Ausführungsform wird der oxidierte Ruß erhalten durch Oxidieren eines nicht modifizierten Rußes, wie beispielsweise eines Pigments, ausgewählt aus Kanalrußen, Ofenrußen, Gasrußen und Lampenrußen. Typische nicht modifizierte Ruße umfassen solche, die handelsüblich erhältlich sind von Cabot Corporation als Regal^®, Black Pearls^®, Elftex^®, Monarch^®, Mogul^® und Vulcan^®, wie z. B. Black Pearls^® 1100, Black Pearls^® 900, Black Pearls^® 880, Black Pearls^® 800, Black Pearls^® 700, Black Pearls^® 570, Elftex^® 8, Monarch^® 900, Monarch^® 880, Monarch^® 800, Monarch^® 700, Regal^® 660 und Regal^® 330. Beispiele für Oxidationsmittel für Ruße umfassen Sauerstoffgas, Ozon, Peroxide, wie z. B. Wasserstoffperoxid, Persulfate, wie z. B. Natrium- und Kaliumpersulfat, Hypohalite, wie z. B. Natriumhypochlorit, Salpetersäure und Oxidationsmittel, die Übergangsmetalle enthalten, wie z. B. Permanganatsalze, Osmiumtetroxid, Chromoxide, Cerammoniumnitrate und Gemische davon (beispielsweise Gemische von gasförmigen Oxidationsmitteln, wie z. B. Sauerstoff und Ozon).
In einer anderen Ausführungsform wird der oxidierte Ruß aus kommerziellen Quellen bezogen, wie z. B. Black Pearls^® 1400, Black Pearls^® 1300, Black Pearls^® 1000, Black Pearls^® L, Monarch^® 1000, Mogul^® L und Regal^® 400, die von Cabot Corporation handelsüblich erhältlich sind.
In einer Ausführungsform ist mindestens eine organische Gruppe an das Pigment gebunden, wobei sich eine ”gebundene” organische Gruppe von einer adsorbierten Gruppe dadurch unterscheidet, dass die gebundene Gruppe bei einer Soxhlet-Extraktion über mehrere Stunden (beispielsweise mindestens 4, 6, 8, 12 oder 24 Stunden) nicht vom Pigment entfernt wird. In einer anderen Ausführungsform ist die organische Gruppe an das Pigment gebunden, wenn die organische Gruppe beim wiederholten Waschen mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, welches das organische Ausgangsmaterial für die Behandlung lösen kann, aber das behandelte Pigment nicht dispergieren kann, nicht entfernt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform bezieht sich ”gebunden” auf eine Bindung, beispielsweise eine kovalente Bindung, wo ein Pigment z. B. an ein Nucleophil oder an eine organische Gruppe gebunden oder kovalent gebunden ist.
In einer Ausführungsform ist das Pigment ein Ruß, an den mindestens eine organische Gruppe gebunden ist. In einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine organische Gruppe eine Gruppe, ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, und Estern, Amiden und Salzen davon. In einer anderen Ausführungsform umfasst die mindestens eine organische Gruppe die Formel -[R(A)]-, worin:
R an den Ruß gebunden ist und ausgewählt ist aus Arylen, Heteroarylen und Alkylen, und
A ist ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, und Estern, Amiden und Salzen davon.
Arylen, Heteroarylen und Alkylen können unsubstituiert oder substituiert sein. Beispiele für Arylene umfassen Phenylen, Naphthylen und Biphenylen, und Beispiele für Heteroarylene umfassen Phenylen, Naphthylen und Biphenylen, in denen ein Ringkohlenstoff durch ein oder mehrere Sauerstoff- oder Stickstoffatome ersetzt ist. In einer Ausführungsform ist Arylen ein C₅-C₂₀ Arylen. Heteroarylene können ein Arylen wie hier beschrieben sein, in dem ein oder mehrere Ringkohlenstoffatome durch ein Heteroatom, wie z. B. N, O und S, ersetzt sind. Das Heteroatom ist ein Ringatom und kann zusätzlich an andere Gruppen gebunden sein. Die Alkylene können verzweigt oder unverzweigt sein. Alkylen kann ein C₁-C₁₂ Alkylen sein, wie z. B. Methylen, Ethylen, Propylen oder Butylen.
In einer Ausführungsform umfasst die gebundene organische Gruppe mindestens eine ionische Gruppe, eine ionisierbare Gruppe oder Gemische aus einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe. Eine ionische Gruppe kann entweder anionisch oder kationisch sein und kann mit einem Gegenion mit der entgegengesetzten Ladung, umfassend anorganische oder organische Gegenionen, wie z. B. Na⁺, K⁺, Li⁺, NH₄ ⁺, NR'₄ ⁺, Acetat, NO₃ ^–, SO₄ ^–2, R'SO₃ ^–, R'OSO₃ ^–, OH^– oder Cl^–, wobei R' Wasserstoff oder eine organische Gruppe ist, wie beispielsweise eine substituierte oder unsubstituierte Aryl- oder Alkylgruppe, assoziiert sein. Eine ionisierbare Gruppe ist eine, die in dem verwendeten Medium eine ionische Gruppe bilden kann. Anionische Gruppen sind negativ geladene ionische Gruppen, die aus Gruppen mit ionisierbaren Substituenten, die Anionen bilden können (anionisierbare Gruppen), wie z. B. sauren Substituenten, erzeugt werden können. Kationische Gruppen sind positiv geladene organische ionische Gruppen, die aus ionisierbaren Substituenten, die Kationen bilden können (kationisierbare Gruppen), wie z. B. protonierte Amine, erzeugt werden können. Spezifische Beispiele für anionische Gruppen umfassen -COO^–, -SO₃ ^–, -OSO₃ ^–, -HPO₃ ^–; -OPO₃ ^–2 oder -PO₃ ^–2, und spezifische Beispiele für eine anionisierbare Gruppe können -COOH, -SO₃H, -PO₃H₂, -R'SH oder -R'OH umfassen, wobei R' Wasserstoff oder eine organische Gruppe ist, wie beispielsweise eine substituierte oder unsubstituierte Aryl- oder Alkylgruppe. Spezifische Beispiele für kationische oder kationisierbare Gruppen umfassen Alkyl- oder Arylamine, die in sauren Medien protoniert werden können, um Ammoniumgruppen -NR'₂H⁺ zu bilden, wobei R' eine organische Gruppe ist, wie beispielsweise eine substituierte oder unsubstituierte Aryl- oder Alkylgruppe. Organische ionische Gruppen umfassen solche, die im U.S. Patent Nr. 5,698,016 beschrieben werden, dessen Offenbarung durch Bezug darauf Bestandteil dieser Anmeldung ist.
In einer Ausführungsform umfasst die gebundene organische Gruppe ein Polymer. In einer Ausführungsform umfasst das Polymer mindestens eine nicht-ionische Gruppe. Beispiele umfassen Alkylenoxidgruppen mit etwa 1 bis etwa 12 Kohlenstoffen und Polyole, wie beispielsweise eine -CH₂-CH₂-O- Gruppe, eine -CH(CH₃)-CH₂-O- Gruppe, eine -CH₂-CH(CH₃)-O- Gruppe, eine -CH₂CH₂CH₂-O- Gruppe oder Kombinationen davon. Diese nicht-ionischen Gruppen können weiterhin mindestens eine ionische oder ionisierbare Gruppe, wie hier offenbart, umfassen.
In einer Ausführungsform hat das Polymer eine niedrige Säurezahl. In einer Ausführungsform kann das Polymer ein Polymer mit einer sauren Gruppe mit einer Säurezahl von etwa 200 oder weniger, wie z. B. etwa 150 oder weniger, etwa 110 oder weniger oder etwa 100 oder weniger sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Säurezahl des Polymers etwa 30 oder mehr. Das Polymer kann deshalb ein Polymer mit einer sauren Gruppe mit einer Säurezahl von etwa 30 bis etwa 200, wie z. B. von etwa 30 bis etwa 110, von etwa 110 bis etwa 150, oder von etwa 150 bis etwa 200 sein
In einer Ausführungsform ist der Ruß über eine Diazonium-Behandlung mit mindestens einer organischen Gruppe modifiziert, wie beispielsweise in den folgenden Patenten genau beschrieben wird: U.S. Patente Nr. 5,554,739 ; 5,630,868 ; 5,672,198 ; 5,707,432 ; 5,851,280 ; 5,885,335 ; 5,895,522 ; 5,900,029 ; 5,922,118 ; 6,042,643 ;- 6,534,569 ; 6,398,858 und 6,494,943 (hohe Scherkräfte) 6,372,820 ; 6,368,239 ; 6,350,519 ; 6,337,358 ; 6,103,380 ; 7,173,078 ; 7,056,962 ; 6,942,724 ; 6,929,889 ; 6,911,073 ; 6,478,863 ; 6,472,471 ; und WO 2011/143533 , deren Offenbarungen durch Bezug darauf Bestandteil dieser Anmeldung sind. In einer Ausführungsform wird die Bindung über eine Diazonium-Reaktion erzeugt, wobei die mindestens eine organische Gruppe einen Diazoniumsalz-Substituenten hat. In einer anderen Ausführungsform kann die direkte Bindung unter Verwendung des Diazoniums und mit Verfahren, bei denen stabile freie Radikale auftreten, gebildet werden, wie beispielsweise in den U.S. Patenten Nr. 6,068,688 ; 6,337,358 ; 6,368,239 ; 6,551,393 ; 6,852,158 beschrieben wird, deren Offenbarungen durch Bezug darauf Bestandteil dieser Anmeldung sind, bei denen mindestens ein Radikal mit mindestens einem Teilchen umgesetzt wird, wobei ein Radikal erzeugt wird bei der Interaktion mindestens einer Übergangsmetallverbindung mit mindestens einer organischen Halogenidverbindung in Gegenwart von einem oder mehreren Teilchen, die ein Radikal einfangen können, und dgl. In einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine Ruß unter Anwendung der Verfahren modifiziert (wie z. B. an funktionelle Gruppen gebunden) werden, die in den U.S. Patenten Nr. 5,837,045 , 6,660,075 und WO 2009/048564 (Reaktion mit organischen Verbindungen mit einer C--C Doppelbindung oder Dreifachbindung, aktiviert durch mindestens einen Substituenten) oder U.S. Pub. Nr. 2004/0171725 , 6,664,312 , 6,831,194 (Reaktion mit einem Anhydridbestandteil), 6,936,097 , U.S. Pub. Nr. 2001/0036994 , 2003/0101901 (Reaktion mit organischen Gruppen mit einer -N=N-N-Gruppe), im Kanadischen Patent Nr. 2,351,162 , im Europäischen Patent Nr. 1 394 221 , und in den PCT Veröffentlichungen Nr. WO 01/51566 (Reaktion zwischen mindestens einem Elektrophil und mindestens einem Nucleophil), WO 04/63289 , WO 2010/141071 (Reaktion mit H2N-A-Y, wobei A ein Heteroatom ist) und WO 99/23174 beschrieben werden, deren Offenbarungen durch Bezug darauf Bestandteil dieser Anmeldung sind.
In einer Ausführungsform kann die Dispersion so hergestellt werden, dass eine Menge an färbendem Bestandteil zur Verfügung steht, so dass die letztendliche Menge in der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck effektiv ist, so dass die gewünschte Bildqualität (z. B. optische Dichte) erhalten wird, ohne dass die Leistungsfähigkeit der Tinte für den Tintenstrahldruck nachteilig beeinflusst wird. In einer Ausführungsform ist der färbende Bestandteil (wie z. B. ein Pigment) in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, wie z. B. in einer Menge im Bereich von 2% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, von 3% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, von 2% bis 7%, bezogen auf das Gewicht, oder von 3% bis 7%, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Dispersionen und Tintenzusammensetzungen
Die wässrigen Dispersionen, die hier offenbart werden, können verwendet werden, um Tintenzusammensetzungen herzustellen. In einer Ausführungsform umfasst die Dispersion mindestens ein organisches Lösungsmittel in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, oder in anderen Mengen, die hier offenbart werden. In einer Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel in Wasser löslich oder mischbar. In einer anderen Ausführungsform ist das organische Lösungsmittel unter wässrigen Hydrolysebedingungen beständig (wie z. B. gegenüber einer Reaktion mit Wasser unter Wärmealterungsbedingungen, umfassend beispielsweise die Hydrolyse von Estern und Lactonen). In einer Ausführungsform hat das organische Lösungsmittel eine Dielektrizitätskonstante, die kleiner als die von Wasser ist, wie beispielsweise eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von etwa 10 bis etwa 78 bei 20°C. Beispiele für geeignete organische Lösungsmittel umfassen Glycole mit einem niedrigen Molekulargewicht (wie z. B. Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetraethylenglycol, Dipropylenglycol, Ethylenglycolmonomethylether, Ethylenglycolmonoethylether, Triethylenglycolmonomethyl- oder monoethylether, Diethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonoethylether, Diethylenglycolmonobutylether und Tetraethylenglycolmonobutylether); Alkohole (wie z. B. Ethanol, Propanol, iso-Propylalkohol, n-Butylalkohol, sek-Butylalkohol, und tert-Butylalkohol, 2-Propin-1-ol (Propargylalkohol), 2-Buten-1-ol, 3-Buten-2-ol, 3-Butin-2-ol und Cyclopropanol); Diole mit etwa 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen (wie z. B. 1,3-Pentandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,5-Hexandiol, 2,6-Hexandiol, Neopentylglycol (2,2-Dimethyl-1,3-propandiol), 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,6-Hexantriol und Poly(ethylen-co-propylen)glycol, sowie ihre Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden, umfassend Ethylenoxide, umfassend Ethylenoxid und Propylenoxid); Triole mit etwa 3 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen (wie z. B. Glycerin (Glycerol), Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,3,5-Pentantriol, 1,2,6-Hexantriol und dgl., sowie ihre Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden, umfassend Ethylenoxid, Propylenoxid und Gemische davon); Polyole (wie z. B. Pentaerythrit); Amide (wie z. B. Dimethylformaldehyd und Dimethylacetamid); Ketone oder Ketoalkohole (wie z. B. Aceton und Diacetonalkohol); Ether (wie z. B. Tetrahydrofuran und Dioxan); Lactame (wie z. B. 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon und ε-Caprolactam); Harnstoffe oder Harnstoffderivate (wie z. B. Di-(2-hydroxyethyl)-5,5,-dimethylhydantoin (Dantacol) und 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon); innere Salze (wie z. B. Betain); und Hydroxyamidderivate (wie z. B. Acetylethanolamin, Acetylpropanolamin, Propylcarboxyethanolamin und Propylcarboxypropanolamin sowie ihre Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden). Zusätzliche Beispiele umfassen Saccharide (wie z. B. Maltit, Sorbit, Gluconolacton und Maltose); Sulfoxidderivate (symmetrisch und asymmetrisch) mit etwa 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen (wie z. B. Dimethylsulfoxid, Methylethylsulfoxid und Alkylphenylsulfoxide); und Sulfonderivate (symmetrisch und asymmetrisch) mit etwa 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen (wie z. B. Dimethylsulfon, Methylethylsulfon, Sulfolan (Tetramethylensulfon, ein cyclisches Sulfon), Dialkylsulfone, Alkylphenylsulfone, Dimethylsulfon, Methylethylsulfon, Diethylsulfon, Ethylpropylsulfon, Methylphenylsulfon, Methylsulfolan und Dimethylsulfolan). Das organische Lösungsmittel kann Gemische von organischen Lösungsmitteln umfassen.
Die Menge an Lösungsmittel kann in Abhängigkeit von verschiedensten Faktoren variiert werden, umfassend die Eigenschaften des Lösungsmittels (Löslichkeit und/oder Dielektrizitätskonstante), die Art des färbenden Bestandteils, und die gewünschte Leistungsfähigkeit der resultierenden Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck. Das Lösungsmittel kann in Mengen im Bereich von 1% bis 40%, bezogen auf das Gewicht, verwendet werden, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, umfassend Mengen im Bereich von 1% bis 30%, oder Mengen im Bereich von 1% bis 20%. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Menge an Lösungsmittel etwa 2% oder mehr, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Dispersion oder Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, umfassend etwa 5% oder mehr, und etwa 10% oder mehr, bezogen auf das Gewicht.
In einer Ausführungsform umfasst die Tintenzusammensetzung (wie z. B. eine Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck) mindestens ein oberflächenaktives Mittel, beispielsweise, wenn das Pigment nicht selbst-dispergierbar ist. Das mindestens eine oberflächenaktive Mittel kann die kolloidale Stabilität der Zusammensetzung verbessern oder die Interaktion der Tinte mit dem Drucksubstrat, wie z. B. Druckpapier, oder mit dem Tintendruckkopf verändern. Es können verschiedenste anionische, kationische und nicht-ionische Dispergiermittel zusammen mit der Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und diese können in reiner Form oder in Form einer wässrigen Lösung verwendet werden. In einer Ausführungsform liegt das oberflächenaktive Mittel in einer Menge im Bereich von 0,05% bis 5%, wie z. B. in einer Menge im Bereich von 0,1% bis 5%, oder von 0,5% bis 2% vor, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck.
Repräsentative Beispiele für anionische Dispergiermittel oder oberflächenaktive Mittel umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Salze höherer Fettsäuren, höhere Alkyldicarboxylate, Schwefelsäureestersalze von höheren Alkoholen, höhere Alkylsulfonate, Alkylbenzolsulfonate, Alkylnaphthalinsulfonate, Naphthalinsulfonate (Na, K, Li, Ca, usw.), Formalinpolykondensate, Kondensate zwischen höheren Fettsäuren und Aminosäuren, Dialkylsulfobernsteinsäureestersalze, Alkylsulfosuccinate, Naphthenate, Alkylethercarboxylate, acylierte Peptide, α-Olefinsulfonate, N-Acrylmethyltaurin, Alkylethersulfonate, Ethoxysulfate von sekundären höheren Alkoholen, Polyoxyethylenalkylphenylethersulfate, Monoglycylsulfate, Alkyletherphosphate und Alkylphosphate, Alkylphosphonate und -biphosphonate, einschließlich hydroxylierter oder aminierter Derivate. Es können beispielsweise Polymere und Copolymere von Styrolsulfonatsalzen, Salze von unsubstituierten und substituierten Naphthalinsulfonaten (wie z. B. Alkyl- oder Alkoxy-substituierten Naphthalinderivaten), Aldehydderivate (wie z. B. unsubstituierte Alkylaldehydderivate, umfassend Formaldehyd, Acetaldehyd, Propylaldehyd und dgl.), Salze von Maleinsäure und Gemische davon als die anionischen Dispergierhilfsmittel verwendet werden. Salze umfassen z. B. Na⁺, Li⁺, K⁺, Cs⁺, Rb⁺, und substituierte und unsubstituierte Ammoniumkationen. Repräsentative Beispiele für kationische oberflächenaktive Mittel umfassen aliphatische Amine, quaternäre Ammoniumsalze, Sulfoniumsalze, Phosphoniumsalze und dgl.
Repräsentative Beispiele für nicht-ionische Dispergiermittel oder oberflächenaktive Mittel, die in den Tinten für den Tintenstrahldruck der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Fluorderivate, Siliconderivate, Acrylsäurecopolymere, Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenylether, Ether aus Polyoxyethylen und einem sekundären Alkohol, Polyoxyethylenstyrolether, ethoxylierte acetylenische Diole, Polyoxyethylenlanolinderivate, Ethylenoxidderivate von Alkylphenolformalinkondensaten, Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymere, Fettsäureester von Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Alkylether-Polyoxyethylen-Verbindungen, Ethylenglycolfettsäureester von Polyethylenoxid-Kondensaten, Fettsäuremonoglyceride, Fettsäureester von Polyglycerol, Fettsäureester von Propylenglycol, Rohrzuckerfettsäureester, Fettsäurealkanolamide, Polyoxyethylenfettsäureamide und Polyoxyethylenalkylaminoxide. Es können z. B. ethoxylierte Monoalkyl- oder Dialkylphenole verwendet werden. Diese nicht-ionischen oberflächenaktiven Mittel oder Dispergiermittel können allein oder in Kombination mit den zuvor beschriebenen anionischen und kationischen Dispergiermitteln verwendet werden.
Die Dispergiermittel können auch ein polymeres Dispergiermittel sein, wie z. B. ein natürliches Polymer- oder ein synthetisches Polymerdispergiermittel. Spezifische Beispiele für natürliche Polymerdispergiermittel umfassen Proteine, wie z. B. Leim, Gelatine, Casein und Albumin; natürliche Kautschuke, wie z. B. Gummiarabikum und Tragantgummi; Glucoside, wie z. B. Saponin; Alginsäure und Alginsäurederivate, wie z. B. Propylenglycolalginat, Triethanolaminalginat und Ammoniumalginat; und Cellulosederivate, wie z. B. Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Ethylhydroxycellulose. Spezifische Beispiele für polymere Dispergiermittel, umfassend synthetische polymere Dispergiermittel, umfassen Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Acryl- oder Methacryl- (oft geschrieben als ”(Meth)acryl”) Harze, wie z. B. Poly(meth)acrylsäure, Acrylsäure-(Meth)acrylnitril-Copolymere, Kalium-(Meth)acrylat-(Meth)acrylnitril-Copolymere, Vinylacetat-(Meth)acrylatester-Copolymere und (Meth)acrylsäure-(Meth)acrylatester-Copolymere; Styrol-Acryl- oder Styrol-Methacryl-Harze, wie z. B. Styrol-(Meth)acrylsäure-Copolymere, Styrol-(Meth)acrylsäure-(Meth)acrylatester-Copolymere, Styrol-α-Methylstyrol-(Meth)acrylsäure-Copolymere, Styrol-α-Methylstyrol-(Meth)acrylsäure-(Meth)acrylatester-Copolymere; Styrol-Maleinsäure-Copolymere; Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Vinylnaphthalin-Acryl- oder Methacrylsäure-Copolymere; Vinylnaphthalin-Maleinsäure-Copolymere; und Vinylacetat-Copolymere, wie z. B. Vinylacetat-Ethylen-Copolymere, Vinylacetat-Fettsäurevinylethylen-Copolymere, Vinylacetat-Maleatester-Copolymere, Vinylacetat-Crotonsäure-Copolymere und Vinylacetat-Acrylsäure-Copolymere; und Salze davon.
In einer Ausführungsform kann die Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, zusätzlich zu dem oberflächenaktiven Mittel, weiterhin ein oder mehrere geeignete Additive umfassen, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten, während die Stabilität der Zusammensetzungen erhalten bleibt. Andere Additive sind dem Fachmann bekannt und umfassen Feuchthaltemittel, Biozide und Fungizide, Bindemittel, wie beispielsweise polymere Bindemittel, Mittel zum Einstellen des pH, Trocknungsbeschleuniger, Penetrierhilfsmittel und dgl. Die Menge der jeweiligen Additive hängt von verschiedensten Faktoren ab, aber die Additive sind gewöhnlich in einer Menge im Bereich zwischen 0,01% und 40% enthalten, bezogen auf das Gewicht der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck. In einer Ausführungsform ist das mindestens eine Additiv in in einer Menge im Bereich von 0,05% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, enthalten, beispielsweise in einer Menge von 0,1% bis 5%, oder in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 2%, bezogen auf das Gewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck.
Feuchthaltemittel und wasserlösliche organische Verbindungen, die nicht identisch sind mit dem mindestens einen organischen Lösungsmittel, können ebenfalls zu der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck der vorliegenden Erfindung gegeben werden, um z. B. ein Verstopfen der Düsen zu verhindern und um ein verbessertes Eindringen in das Papier (Penetrierhilfsmittel) oder eine schnellere Trocknung (Trocknungsbeschleuniger) zu erreichen, oder um ein Kräuseln des Substrats zu verhindern. In einer Ausführungsform ist das Feuchthaltemittel und/oder die wasserlösliche Verbindung in einer Menge im Bereich von 0,1% bis 10% enthalten, wie z. B. in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, oder in einer Menge im Bereich von 0,1% bis 5%, oder von 1% bis 5%.
Spezifische Beispiele für die Feuchthaltemittel und die anderen wasserlöslichen Verbindungen, die verwendet werden können, umfassen Glycole mit einem niedrigen Molekulargewicht, wie z. B. Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetraethylenglycol und Dipropylenglycol; Diole mit etwa 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen, wie z. B. 1,3-Pentandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,5-Hexandiol, 2,6-Hexandiol, Neopentylglycol (2,2-Dimethyl-1,3-propandiol), 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2,6-Hexantriol, und Poly(ethylen-co-propylen)glycol, und dgl., sowie deren Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden, umfassend Ethylenoxide, umfassend Ethylenoxid und Propylenoxid; Triolderivate mit etwa 3 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Glycerin, Trimethylolpropan, 1,3,5-Pentantriol, 1,2,6-Hexantriol und dgl., sowie deren Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden, umfassend Ethylenoxid, Propylenoxid und Gemische davon; Neopentylglycol, (2,2-Dimethyl-1,3-propandiol) und dgl., sowie deren Reaktionsprodukte mit Alkylenoxiden, umfassend Ethylenoxid und Propylenoxid, in jedem gewünschten molaren Verhältnis, so dass Materialien mit einem Molekulargewicht in einem weiten Bereich erhalten werden; Thiodiglycol; Pentaerythrit und niedere Alkohole, wie z. B. Ethanol, Propanol, iso-Propylalkohol, n-Butylalkohol, sek-Butylalkohol, und tert-Butylalkohol, 2-Propin-1-ol (Propargylalkohol), 2-Buten-1-ol, 3-Buten-2-ol, 3-Butin-2-ol und Cyclopropanol; Amide, wie z. B. Dimethylformaldehyd und Dimethylacetamid; Ketone oder Ketoalkohole, wie z. B. Aceton und Diacetonalkohol; Ether, wie z. B. Tetrahydrofuran und Dioxan; Cellosolven, wie z. B. Ethylenglycolmonomethylether und Ethylenglycolmonoethylether, Triethylenglycolmonomethyl (oder monoethyl)ether; Carbitole, wie z. B. Diethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonoethylether und Diethylenglycolmonobutylether; Lactame, wie z. B. 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon und ε-Caprolactam; Harnstoffe und Harnstoffderivate; innere Salze, wie z. B. Betain und dgl.; Thio(Schwefel)derivate von den zuvor beschriebenen Materialien, wie beispielsweise 1-Butanthiol; t-Butanthiol, 1-Methyl-1-propanthiol, 2-Methyl-1-propanthiol; 2-Methyl-2-propanthiol; Thiocyclopropanol, Thioethylenglycol, Thiodiethylenglycol, Trithio- oder Dithiodiethylenglycol, und dgl.; Hydroxyamidderivate, umfassend Acetylethanolamin, Acetylpropanolamin, Propylcarboxyethanolamin, Propylcarboxypropanolamin, und dgl.; Reaktionsprodukte der zuvor beschriebenen Materialien mit Alkylenoxiden; und Gemische davon. Zusätzliche Beispiele umfassen Saccharide wie z. B. Maltit, Sorbit, Gluconolacton und Maltose; mehrwertige Alkohole wie z. B. Trimethylolpropan und Trimethylolethen; N-Methyl-2-pyrrolidon; 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon; Sulfoxidderivate mit etwa 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen, umfassend Dialkylsulfide (symmetrische und asymmetrische Sulfoxide) wie z. B. Dimethylsulfoxid, Methylethylsulfoxid, Alkylphenylsulfoxide und dgl.; und Sulfonderivate (symmetrische und asymmetrische Sulfone) mit etwa 2 bis etwa 40 Kohlenstoffatomen, wie z. B. Dimethylsulfon, Methylethylsulfon, Sulfolan (Tetramethylensulfon, ein cyclisches Sulfon), Dialkylsulfone, Alkylphenylsulfone, Dimethylsulfon, Methylethylsulfon, Diethylsulfon, Ethylpropylsulfon, Methylphenylsulfon, Methylsulfolan, Dimethylsulfolan und dgl. Solche Materialien können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Biozide und/oder Fungizide können ebenfalls zu den hier offenbarten wässrigen Dispersionen oder Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck gegeben werden. Biozide sind wichtig bei der Verhütung von Bakterienwachstum, weil Bakterien oft größer als die Tintendüsen sind und ein Verstopfen der Düsen oder andere Probleme verursachen können. Beispiele für verwendbare Biozide umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Benzoat- oder Sorbatsalze, und Isothiazolinone. In einer Ausführungsform sind die Biozide und/oder Fungizide in einer Menge im Bereich von 0,05% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, 0,05% bis 2%, bezogen auf das Gewicht, 0,1% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, oder 0,1% bis 2%, bezogen auf das Gewicht, enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Beispiele
Materialien: Die Pigmente, die in den Zusammensetzungen für den Tintenstrahldruck verwendet wurden, sind handelsüblich erhältlich von Cabot Corporation: CAB-O-JET^® 450C (Cyan), CAB-O-JET^® 465M (Magenta), CAB-O-JET^® 470Y (Gelb), CAB-O-JET^® 400K (Schwarz), CAB-O-JET^® 200 (Schwarz2), CAB-O-JET^® 250 (Cyan2), CAB-O-JET^® 265 (Magenta2) und CAB-O-JET^® 270 (Gelb2). Nanokristalline Cellulose wurde von Alberts Innovates Technology Futures erhalten. Glycerol und Surfynol^® 465 wurden jeweils von Alfa Aesar and Air Products bezogen.
Die Druckleistungsfähigkeit wurde mit einem Epson C88 Drucker, der auf den besten Modus eingestellt worden war, auf verschiedenen Papiersubstraten bewertet, wenn nicht anders angegeben.
Beispiel 1
Dieses Beispiel beschreibt den Effekt von NCC auf die Viskosität einer Tinte für den Tintenstrahldruck. Jede Probe bei der Viskositätsmessung enthielt ein schwarzes Pigment (4,5 Gew.%), Glycerol (5 Gew.%) und Surfynol^® 465 (1 Gew.%) in Wasser, wobei die NCC-Konzentrationen variiert wurden, wie in der Tabelle 1 angegeben. Die Viskosität aller Proben (mit Ausnahme der wärmegealterten Proben) wurde mit einem Brookfield DV-II + Pro Viskosimeter bei 32°C, 50 U/min mit einer 00 Spindel gemessen. Die Proben wurden 5 Minuten lang bei 50 U/min laufen gelassen, so dass sich ein Temperaturgleichgewicht einstellen konnte und stabile Viskositätswerte abgelesen werden konnten. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1. Viskosität als Funktion der NCC-Konzentration

[NCC] (Gew.%) Viskosität (cP)

1,000 2,1

1,500 2,8

2,000 3,7

2,500 4,9

2,750 5,6

2,875 5,9

3,000 6,5
Diese Ergebnisse deuten an, dass eine gewünschte Tintenviskosität selbst bei einer deutlich verringerten Menge an Glycerol erhalten werden kann. Für das Magenta-Pigment wurde eine Viskosität von 6 cP mit 2,875 Gew.% NCC mit nur 5 Gew.% Glycerol erreicht, verglichen mit 40% Glycerol in typischen handelsüblich erhältlichen Tintenzusammensetzungen. Ähnliche Experimente wurden durchgeführt, um die NCC-Konzentration zu bestimmen, die für Tinten erforderlich war, die aus den cyanfarbenen, gelben und schwarzen Dispersionen hergestellt wurden, und die Ergebnisse sind in der 1 gezeigt. Die Mengen an nanokristalliner Cellulose, die in den neuen Tintenzusammensetzungen für die cyanfarbenen, gelben und schwarzen Pigmente erforderlich waren, waren jeweils 2,6, 2,5 und 2,5 Gew.%. Entsprechend wurden neue Tintenzusammensetzungen (”Probe”) entsprechend der folgenden Tabelle 2 hergestellt und mit einer Zusammensetzung gemäß dem Stand der Technik (”Referenz”) verglichen. Tabelle 2. Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck

Referenz Probe

Pigment 4,5 Gew.% Pigment 4,5 Gew.%

Glycerol 40 Gew.% Glycerol 5 Gew.%

Surfynol^® 465 1 Gew.% Surfynol^® 465 1 Gew.%

Wasser Rest NCC 2,5–2,875 Gew.%

Wasser Rest

* Magenta-NCC: 2,875; Cyan-NCC: 2,6; Gelb-NCC: 2,5; Schwarz-NCC: 2,5
Beispiel 2
Dieses Beispiel beschreibt Experimente, die das Verlaufen eines Tintentropfens und die Interaktion mit Papiersubstraten zeigen, wobei die Leistungsfähigkeit der Referenztinten mit der der NCC-enthaltenden Tinten verglichen wird. Die verwendeten Papiere waren ein nicht für den Tintenstrahldruck behandeltes poröses Papier, ein für den Tintenstrahldruck behandeltes poröses Papier 1, ein für den Tintenstrahldruck behandeltes poröses Papier 2, und ein beschichtetes Offset-Papier.
Tintentropfen (0,5 μl) wurden mit einer Spritze auf jedem Papiersubstrat aufgebracht. Das Verlaufen wurde unter einem optischen Mikroskop (Olympus, model #BX51) beobachtet. Die 2–5 zeigen Aufnahmen, die mit dem optischen Mikroskop gemacht wurden, zum Zeitpunkt des Kontakts zwischen dem Tintentropfen und dem Papiersubstrat (”Start”) und nach dem Trocknen (”Ende”). Man sieht, dass die NCC-enthaltenden Tintenzusammensetzungen weniger verlaufen als die Referenztintenzusammensetzungen, und dieser Effekt zeigt sich insbesondere auf dem porösen Substrat (nicht für den Tintenstrahldruck behandeltes poröses Papier), wo der Referenztintentropfen verlief und beim Kontakt vom porösen Papier aufgesaugt wurde. Auf den für den Tintenstrahldruck behandelten porösen Papieren 1 und 2 verliefen die Pigmente der NCC-enthaltenden Tintenzusammensetzungen im Wesentlichen nicht, während der Tintenträger verlief. Auf dem beschichteten Offset-Papier zeigte der NCC-beschichtete Tintentropfen ein minimales Verlaufen. Diese Unterschiede zwischen den NCC-Tinten und den Referenztinten ergeben sich aus ihren unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften.
Für kommerzielle Druckanwendungen hat Papierflexibilität eine hohe Priorität erlangt und es wird eine gute Druckleistungsfähigkeit für verschiedenste Papiere erwartet. Das kontrollierte Verlaufen des Tintentropfens und die Interaktion Tinte-Papier bei den NCC-enthaltenden Tinten zeigen deren Verwendbarkeit für das kommerzielle Drucken.
Beispiel 3
Dieses Beispiel beschreibt den Effekt von NCC auf die Trocknungszeiten von Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck im Vergleich mit den Referenzzusammensetzungen. Die Trocknungszeit wird als ”scheinbare” Trocknungszeit beschrieben, die als die Zeit definiert ist, die erforderlich ist, um das Trocknen eines 0,5 μl Tintentropfens, der mit einer Spritze auf einem Papiersubstrat aufgebracht wurde, unter einem Mikroskop bei 50-facher Vergrößerung (Olympus, model #BX51) zu beobachten, bis kein flüssiger Film mehr zu sehen ist. Die Aufnahmen, die mit dem optischen Mikroskop gemacht wurden, sind in den 6–8 gezeigt, bei unterschiedlichen Zeitintervallen für jeweils die schwarze, magentafarbene und gelbe Zusammensetzung, wobei drei Chargen für jede Zusammensetzung gezeigt sind. Man kann sehen, dass die scheinbare Trocknungszeit von 0,5 μl der schwarzen Referenztinte bis zu 1 Stunde betragen kann, während die Trocknungszeit der schwarzen NCC-Tinten mit 3–4 Minuten deutlich verringert ist. Eine ähnliche Verbesserung wurde mit anderen Pigmenttypen ebenfalls beobachtet. Die verbesserte Trocknungszeit wurde ebenfalls auf Ausdrucken bestätigt, wo eine Differenz von 5–10 Sekunden zwischen den Referenz- und NCC-Tinten beobachtet wurde, was signifikant für kommerzielle Hochgeschwindigkeitsdruckanwendungen ist.
Beispiel 4
In diesem Beispiel wurde die Druckleistungsfähigkeit von NCC-enthaltenden Tinten im Vergleich mit den Referenztinten auf drei Arten von Papieren bewertet: beschichtetes Offset-Papier, nicht für den Tintenstrahldruck behandeltes poröses Papier, und Fotopapier.
Die 9 ist ein Balkendiagramm der O. D. für jede Zusammensetzung. Die O. D. auf nicht für den Tintenstrahldruck behandeltem porösen Papier ist gewöhnlich deutlich geringer als die auf Foto- und beschichteten Offset-Papieren, weil die zwei zuletzt genannten beide beschichtete Papiere sind. Verglichen mit den Referenztinten zeigen die NCC-Tinten: (1) eine verbesserte O. D. auf nicht für den Tintenstrahldruck behandeltem porösen Papier für alle vier Pigmente, (2) eine verbesserte O. D. auf beschichtetem Offset-Papier für die cyanfarbene, magentafarbene und gelbe Tinte, und (3) eine verbesserte OD auf Fotopapier für die cyanfarbene, magentafarbene und schwarze Tinte.
Die 10 ist ein Balkendiagramm von Druckungleichmäßigkeitsdaten für die Referenztinten und NCC-enthaltenden Tinten auf beschichtetem Offset-Papier, welches oft beim kommerziellen Drucken verwendet wird, weil es ein nicht-poröses, beschichtetes Material ist. Auf dieser Art von Papier ist gewöhnlich eine schlechte Druckgleichmäßigkeit beobachtet worden, wenn herkömmliche Tintenzusammensetzungen verwendet werden. Die NCC-enthaltenden Tinten zeigen eine signifikante Verringerung der Druckungleichmäßigkeitszahl, was auf eine deutlich verbesserte Bildqualität hindeutet.
Die 11(a)–(d) sind Balkendiagramme der Randunschärfe, die mit den NCC-enthaltenden Tinten und den Referenztinten auf beschichtetem Offset-Papier erhalten wurde, wie quantifiziert durch: (a) horizontale Randunschärfe (oberer Rand); (b) horizontale Randunschärfe (unterer Rand); (c) vertikale Randunschärfe (linker Rand); und (d) vertikale Randunschärfe (rechter Rand). Wie bei der Druckungleichmäßigkeit bedeuten kleinere Werte eine bessere Bildqualität. Man kann sehen, dass die schwarze NCC-Tinte eine bessere Randschärfe als die schwarze Referenztinte zeigte. Bei den Cyan-Proben war die horizontale Randunschärfe (oberer Rand) bei der NCC-Tinte und der Referenztinte vergleichbar. Der Wert der vertikalen Randunschärfe (rechter Rand) bei der Cyan/NCC-Tinte war verglichen mit der Referenztinte verringert. Bei den Magenta-Tinten waren die horizontale Randunschärfe (oberer Rand) und die vertikale Randunschärfe (linker Rand) für die NCC-Tinte und die Referenztinte vergleichbar. Die Magenta-NCC-Tinte zeigte eine verbesserte horizontale Randschärfe (unterer Rand) und vertikale Randschärfe (rechter Rand), verglichen mit der Referenztinte. Bei den gelben NCC-Tinten und den Referenztinten waren die horizontale Randunschärfe (unterer Rand), die vertikale Randunschärfe (linker Rand) und die vertikale Randunschärfe (rechter Rand), und die horizontale Randunschärfe (oberer Rand) in etwa gleich. Im Allgemeinen zeigten die NCC-enthaltenden Tinten eine verbesserte Randschärfe, verglichen mit den Referenztinten.
Die 12(a) und (b) sind Balkendiagramme, die jeweils das Ineinanderverlaufen von farbigen Tinten (horizontale Linie) (Horizontal Line InterColor Bleed) und das Ineinanderverlaufen von farbigen Tinten (vertikale Linie) (Vertical Line InterColor Bleed) zeigen, erhalten mit den NCC-Tinten und den Referenztinten auf beschichtetem Offset-Papier, wobei ein kleinerer Wert eine bessere Bildqualität bedeutet. Die NCC-enthaltenden Tinten zeigten eine deutliche Verbesserung gegenüber den Referenztinten (die Magenta-Referenztinte ergab keinen validierbaren Wert). Der Wert nahm z. B. von ~250 (Referenztinte) auf weniger als 50 (NCC-Tinte) für Cyan ab. Die 13 zeigt Fotos und mikroskopische Aufnahmen (50×) von Druckmustern, die mit der gelben Referenztinte und der gelben NCC-Tinte erhalten wurden. Es wurden deutliche Unterschiede zwischen der gelben Referenztinte und der gelben NCC-Tinte beim Verlaufen der Tinten beobachtet: bei der gelben Referenztinte erschien die Grenze zwischen dem gelben und schwarzen Bereich sehr unscharf und die schwarze Tinte war in den gelben Bereich verlaufen. Bei den NCC-Tinten wurde eine scharfe Grenze zwischen den schwarzen und gelben Bereichen beobachtet, selbst unter einem Mikroskop.
Beispiel 5
Dieses Beispiel liefert einen Vergleich der Druckleistungsfähigkeit für eine andere Serie von Tinten: CAB-O-JET^® 200 (Schwarz2), CAB-O-JET^® 250 (Cyan2), CAB-O-JET^® 265 (Magenta2) und CAB-O-JET^® 270 (Gelb2), alle handelsüblich erhältlich von Cabot Corporation. Die Referenztinten enthielten 4,5 Gew.% Pigment, 40 Gew.% Glycerin, und der Rest war Wasser, und die NCC-enthaltenden Tinten enthielten 4,5 Gew.% Pigment, 5 Gew.% Glycerin, 2,5 Gew.% NCC, und der Rest war Wasser. Das Drucken wurde auf einem für den Tintenstrahldruck behandelten porösen Papier 1 und auf beschichtetem Offset-Papier durchgeführt.
Die 14 ist ein Balkendiagramm von Druckungleichmäßigkeitsdaten für die Referenz- und NCC-Tinten. Man kann sehen, dass die NCC-Tinten eine verbesserte Druckgleichmäßig sowohl bei dem für den Tintenstrahldruck behandelten porösen Papier 1 als auch bei dem beschichteten Offset-Papier zeigten, mit Ausnahme von Magenta2 auf dem beschichteten Offset-Papier.
Die 15A und 15B sind Balkendiagramme der horizontalen Randunschärfe, jeweils oberer und unterer Rand. Im Allgemeinen wurde eine Verbesserung der horizontalen Randschärfe für beide Arten von Papiersubstraten bei den NCC-Tinten beobachtet, mit Ausnahme der Schwarz2-NCC-Tinte auf dem für den Tintenstrahldruck behandelten porösen Papier 1.
Die 16A und 16B sind Balkendiagramme, die das Ineinanderverlaufen von farbigen Tinten (jeweils horizontale und vertikale Linie) für die Tinten Cyan2, Magenta2 und Gelb2 zeigen. Man sieht eine deutliche Verbesserung bei allen Tinten auf dem beschichtetem Offset-Papier und eine Verbesserung bei dem für den Tintenstrahldruck behandelten porösen Papier 1.
Beispiel 6
Dieses Beispiel beschreibt ein Papierstaubextraktions-Experiment, mit dem die Menge an Staub gemessen wird, der bei einem kommerziellen Druckprozess erzeugt wird. Das Drucken wurde mit einem Kyocera-Druckkopf durchgeführt, der bei einer Auflösung von 600×600 betrieben wurde. Das verwendete Papier war ein für den Tintenstrahldruck behandeltes unbeschichtetes Papier.

Nach dem Drucken wurde 1 g einer Papierstaubprobe gesammelt und 1 Stunde bei Raumtemperatur in 50 g entionisiertes Wasser gegeben. Unlösliches Material wurde abfiltriert, und die erhaltene klare Flüssigkeit wurde gesammelt und mittels ICP-AES analysiert. Die Tabelle 3 zeigt die Metallgehalte, die in dem Papierstaub/Wasser-Extrakt gefunden wurden. Tabelle 3. Metallgehalte in dem Papierstaub/Wasser-Extrakt

gemessenes Element (oberhalb dem Detektionslimit > 0,1)	Menge	Einheit
Al	0,22	μg/Gramm
B	0,17	μg/Gramm
Ba	0,31	μg/Gramm
Ca	76	μg/Gramm
K	0,34	μg/Gramm
Mg	5,43	μg/Gramm
Na	8,07	μg/Gramm
Si	0,51	μg/Gramm

Es wurde gefunden, dass der Extrakt des Papierstaubes 76 ppm Ca, 5 ppm Mg und andere mehrwertige Metalle enthielt.
Der Wasserextrakt wurde dann zu einem Pigment, das Calcium bindet (CAB-O-JET^® 400), gegeben, um das Pigment auf 1 ppm zu verdünnen. Die Größe der Teilchen stieg sofort auf 300 nm an. In der 21A ist die Ca²⁺ Konzentration gegen die Teilchengrößenwachstumsgeschwindigkeit (nm/s) aufgetragen, wobei gezeigt wird, dass 0,07 mM oder 0,3 ppm Ca ausreichend sind, um ein Teilchengrößenwachstum des Pigments, das Calcium bindet, zu verursachen, was bedeutet, dass 1 g Papierstaub in 12,7 l Wasser (oder Tinte) Probleme hinsichtlich der Teilchenstabilität verursachen würde. Folglich könnten ~0,00004 g Staub in 0,5 g Tinte an einer Spitze der Druckkopfdüse ein Ausflocken der Tinten verursachen, selbst bei einer Konzentration des Pigments, das Calcium bindet, von nur 1 ppm.
Im Gegensatz dazu erforderte ein ähnliches Experiment, das mit einem Pigment, das Calcium nicht bindet CAB-O-JET^® 200, durchgeführt wurde, eine deutlich größere Konzentration an Pigment, um eine Koagulation zu erreichen, wie ebenfalls in der 17A gezeigt ist. Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn ein Magenta-Pigment, das Calcium bindet CAB-O-JET^® 465, mit einem Magenta-Pigment, das Calcium nicht bindet CAB-O-JET^® 265, verglichen wurde, wie in der 17B gezeigt ist.
Die Verwendung der Ausdrücke ”ein” und ”eine” und ”der”, ”die” oder ”das” ist so auszulegen, dass sowohl Singular als auch Plural gemeint sein können, wenn hier nicht anders angegeben ist oder sich das Gegenteil klar aus dem Kontext ergibt. Die Ausdrücke ”umfassend”, ”mit”, ”einschließend” und ”enthaltend” sind als nicht-beschränkende Ausdrücke auszulegen (d. h., sie bedeuten ”einschließend, aber nicht beschränkt auf”), wenn nicht anders angegeben. Die Angabe von Bereichen von Werten ist als Kurzform auszulegen, mit der jeder einzelne Wert innerhalb des Bereiches offenbart wird, wenn nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert ist in diese Beschreibung aufgenommen, als wenn er explizit offenbart wäre. Alle hier beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, wenn hier nicht anders angegeben ist oder sich das Gegenteil klar aus dem Kontext ergibt. Die Verwendung von Beispielen oder die hier verwendete beispielhafte Ausdrucksweise (beispielsweise ”wie z. B.”) ist nur dazu gedacht, die Erfindung besser zu beschreiben, und ist nicht so auszulegen, als wenn die Erfindung darauf beschränkt wäre, wenn nicht anders in den Patentansprüchen angegeben ist. Der Wortlaut der Beschreibung sollte nicht so ausgelegt werden, dass nicht beanspruchte Elemente für die Ausführung der Erfindung wesentlich sind.

Claims

Wässrige Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, umfassend: mindestens einen färbenden Bestandteil; und eine nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die nanokristalline Cellulose ein Monomer, umfassend Glucose mit mindestens einer anionischen Gruppe, umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine anionische Gruppe ausgewählt ist aus Carbonsäuren, Hydrogensulfaten, Hydrogenphosphaten, und Salzen und Estern und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine anionische Gruppe ausgewählt ist aus Hydrogensulfaten und Salzen und Estern davon.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der mindestens eine färbende Bestandteil ausgewählt ist aus Farbstoffen und Pigmenten.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der mindestens eine färbende Bestandteil ein Pigment ist, ausgewählt aus Rußen und organischen Pigmenten.
Zusammensetzung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Pigment ein selbst-dispergiertes Pigment ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das selbst-dispergierte Pigment aus oxidierten Rußen und Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, ausgewählt ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine organische Gruppe die Formel -[R(A)]- umfasst, worin: R an das Pigment gebunden ist und ausgewählt ist aus Arylen, Heteroarylen und Alkylen, und A ist ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, und Estern, Amiden, und Salzen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Pigment Ruß ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Zusammensetzung weiterhin ein Dispergiermittel umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Zusammensetzung weiterhin ein polymeres Dispergiermittel umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die nanokristalline Cellulose ein Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) im Bereich von 2 bis 30 hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die nanokristalline Cellulose ein Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) im Bereich von 4 bis 15 hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die nanokristalline Cellulose ein Aspektverhältnis (Länge/Durchmesser) im Bereich von 6 bis 10 hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die nanokristalline Cellulose einen Durchmesser im Bereich von 1 nm bis 100 nm und eine Länge im Bereich von 50 nm bis 1000 nm hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die nanokristalline Cellulose einen Durchmesser im Bereich von 5 nm bis 80 nm und eine Länge im Bereich von 80 nm bis 500 nm hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die nanokristalline Cellulose einen Durchmesser im Bereich von 10 nm bis 50 nm und eine Länge im Bereich von 100 nm bis 300 nm hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–18, wobei die nanokristalline Cellulose in der Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 4%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–18, wobei die nanokristalline Cellulose in der Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 3%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–18, wobei die nanokristalline Cellulose in der Zusammensetzung in einer Menge im Bereich von 1% bis 3%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–21, weiterhin umfassend mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 2% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–21, weiterhin umfassend mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 2% bis 20%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–23, wobei die Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck eine Viskosität im Bereich von 1 cP bis 20 cP hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–23, wobei die Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck eine Viskosität im Bereich von 1 cP bis 6 cP hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–25, wobei der mindestens eine färbende Bestandteil in einer Menge im Bereich von 1% bis 20%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–25, wobei der mindestens eine färbende Bestandteil in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–25, wobei der mindestens eine färbende Bestandteil in einer Menge im Bereich von 2% bis 7%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–28, weiterhin umfassend mindestens ein Dispergiermittel, das in einer Menge im Bereich von 0,5% bis 5%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–29, wobei die nanokristalline Cellulose eine Kristallinität von mindestens 50% hat.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1–29, wobei die nanokristalline Cellulose eine Kristallinität im Bereich von 50% bis 90% hat.
Wässrige Dispersion, umfassend: mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Wässrige Dispersion nach Anspruch 32, wobei das mindestens eine organische Lösungsmittel Glycerol umfasst.
Wässrige Dispersion nach Anspruch 32 oder 33, wobei die nanokristalline Cellulose in einer Menge im Bereich von 1% bis 8%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Wässrige Dispersion nach Anspruch 32 oder 33, wobei die nanokristalline Cellulose in einer Menge im Bereich von 1% bis 6%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Wässrige Dispersion nach einem der Ansprüche 32–35, wobei das Pigment ausgewählt ist aus Rußen und organischen Pigmenten.
Wässrige Dispersion nach einem der Ansprüche 32–35, wobei das Pigment ausgewählt ist aus oxidierten Rußen.
Wässrige Dispersion nach einem der Ansprüche 32–35, wobei mindestens eine organische Gruppe an das Pigment gebunden ist, und wobei die mindestens eine organische Gruppe die Formel -[R(A)]- umfasst, worin: R an das Pigment gebunden ist und ausgewählt ist aus Arylen, Heteroarylen und Alkylen, und A ist ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, und Estern, Amiden, und Salzen davon.
Wässrige Dispersion nach einem der Ansprüche 32–38, wobei die Dispersion eine Viskosität im Bereich von 1 cP bis 20 cP hat.
Wässrige Dispersion nach einem der Ansprüche 32–38, wobei die Dispersion eine Viskosität im Bereich von 2 cP bis 10 cP hat.
Wässriges Dispersionssystem, umfassend: eine erste wässrige Dispersion, umfassend: mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; nanokristalline Cellulose, die in einer Menge im Bereich von 1% bis 10%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und eine zweite wässrige Dispersion, umfassend: mindestens ein Pigment, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; und mindestens ein organisches Lösungsmittel, das in einer Menge im Bereich von 1% bis 50%, bezogen auf das Gewicht, vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck, umfassend: das Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die ein Pigment umfasst; und das Versprühen der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck aus einem stationären Druckkopf auf eine kontinuierliche Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min., um eine bedruckte Papierbahn mit einem ausgedruckten Bild zu erhalten, wobei die Zusammensetzung im Wesentlichen frei ist von einem färbenden Bestandteil mit einem Calciumbindungsindexwert, der größer als ein Calciumbindungsindexwert von 1,2,3-Benzoltricarbonsäure ist, und wobei das Pigment ausgewählt ist aus oxidierten Rußen und Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe mit mindestens einer ionischen Gruppe, mindestens einer ionisierbaren Gruppe und Gemischen davon gebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei das Pigment ausgewählt ist aus Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, umfassend mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, Estern, Amiden und Salzen davon.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei das Pigment ausgewählt ist aus Pigmenten, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, umfassend mindestens eine Gruppe, ausgewählt aus der Formel -[R(A)]-, worin: R an das Pigment gebunden ist und ausgewählt ist aus Arylen, Heteroarylen, Alkylen, Alkarylen und Aralkylen, und A ist ausgewählt aus Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Hydroxylverbindungen, Aminen, Estern, Amiden und Salzen davon.
Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Pigmente, an die mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, aus Rußen ausgewählt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42–45, wobei das Versprühen bei einer Tropfenversprühfrequenz von mindestens 15 kHz durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42–46, weiterhin umfassend einen Schritt, bei dem die bedruckte Papierbahn getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 47, wobei das Trocknen in einem Trockenofen durchgeführt wird, der ein Bestandteil eines Druckers ist, in dem der stationäre Druckkopf angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 47 oder 48, wobei das Verfahren, nach dem Trocknen, weiterhin die folgenden Schritte umfasst: (i) das Zerschneiden der getrockneten Papierbahn mit einer Schneidevorrichtungen zu Blättern, oder (ii) das Wiederaufrollen der Papierbahn mit Walzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42–49, wobei das ausgedruckte Bild eine Auflösung im Bereich von 300 dpi bis 1200 dpi hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42–50, wobei die Papierbahn ausgewählt ist aus porösen Papieren und kalandrierten Tonpapieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 42–51, wobei die Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck weiterhin nanokristalline Cellulose umfasst.
Verfahren für den kommerziellen Tintenstrahldruck, umfassend: das Bereitstellen einer Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck, die mindestens einen färbenden Bestandteil und eine nanokristalline Cellulose umfasst; und das Versprühen der Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck aus einem stationären Druckkopf auf eine kontinuierliche Papierbahn bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 ft/min., um eine bedruckte Papierbahn mit einem ausgedruckten Bild zu erhalten.