DE19848843B4

DE19848843B4 - Tintenstrahltinte auf der Basis von Makromolekülchromophoren, Verfahren zur Herstellung der Tinte und Verfahren zum Tintenstrahldrucken

Info

Publication number: DE19848843B4
Application number: DE19848843A
Authority: DE
Inventors: John Robert Oreg. Moffatt; Joseph W. Oreg. Tsang
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: GB9820524D0; KR19990036611A; GB2330587B; GB2330587A; DE19848843A1; US5891934A; CN1215071A; JPH11172174A; KR100553786B1; JP4623771B2; CN1125858C

Abstract

Thermaltintenstrahltinte für Thermaltintenstrahldrucken umfassend: (a) ein Vehikel, welches (1) 0,1 bis etwa 30 Gew.-% von wenigstens einem organischen Lösungsmittel, wobei das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Methylpyrrolidon (NMP), 1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)pentantriol, Tetramethylensulfon, 3-Methoxy-3-methylbutanol und Glyzerin, (2) 0,1 bis etwa 30 Gew.-% von wenigstens einem wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittel und (3) 0,1 bis etwa 10 Gew.-% von wenigstens einem zwitterionischen oberflächenaktiven Mittel umfaßt; (b) etwa 0,1 bis 20 Gew.-% von wenigstens einem chemisch modifizierten, wasserlöslichen Makromolekülchromophoren, der ein Pigment mit daran kovalent gebundenen funktionellen Gruppen umfaßt; und (c) das Restwasser.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Tintenstrahltinten und insbesondere Tintenstrahltinten, die oberflächenbehandelte Pigmente als das Farbmittel verwenden.
Thermaltintenstrahldrucker bieten eine kostengünstige, qualitativ hochwertige und vergleichsweise geräuschfreie Option gegenüber anderen Typen von Druckern, die gewöhnlicherweise zusammen mit Computer verwendet werden. Derartige Drucker verwenden ein Widerstandselement in einer Kammer, die mit einem Ausgang für Tinte versehen ist, die von einem Verteilerkanal eintritt. Der Verteilerkanal ist mit einem Vorratsgefäß zum Aufbewahren der Tinte verbunden. Eine Vielzahl derartiger Widerstandselemente bildet ein Muster in einem Druckkopf. Dieses Muster wird als ein Grundelement bezeichnet. Ein jedes der Widerstandselemente ist mit einer Düse in einer Düsenplatte verbunden, durch die Tinte auf das Druckmedium ausgestoßen wird. Der gesamte Aufbau aus Druckkopf und Reservoir umfaßt einen Tintenstrahlschreiber.
Während des Betriebs ist jedes Widerstandselement durch eine Leiterbahn mit einem Mikroprozessor verbunden, wo stromführende Signale ein oder mehrere ausgewählte Elemente zum Erhitzen bringen. Das Erhitzen verursacht eine Tintenblase in der Kammer, die durch die Düse auf das Druckmedium ausgestoßen wird. Das Abschießen einer Vielzahl derartiger Widerstandselemente, in einer speziellen Reihenfolge, in einem gegebenen Grundelement, bildet alphanumerische Schriftzeichen, leistet flächiges Ausfüllen und sieht andere Druckfähigkeiten auf dem Medium vor.
Tintenstrahltinten, die beim Thermaltintenstrahldrucken verwendet werden, umfassen typischerweise ein Farbmittel und ein Vehikel, wobei das Vehikel oft Wasser und andere Flüssigkeiten mit vergleichsweise geringer Oberflächenspannung umfaßt.
Die engen Toleranzen der Düsen (typischerweise mit einem Durchmesser von 55 μm) machen es erforderlich, daß die Tinte die Düsen nicht verstopft. Weiterhin kann das wiederholte Abfeuern der Widerstandselemente, die während der Lebensdauer der Tintenpatrone ein etwa 10-millionenfaches Abfeuern überstehen müssen, zum Verschmutzen des Widerstandselements führen. Kogation ist der für diese Art des Verschmutzens verwendete Begriff. Die Tintenzusammensetzung muß in der Lage sein, mit dem Druckmedium, insbesondere Papier, in Wechselwirkung zu treten, um in es ohne übermäßiges Ausbreiten einzudringen. Schließlich sollte die Tintenzusammensetzung auf Papier wischfest und wasserecht sein.
Viele Tinten besitzen eine oder mehrere der vorerwähnten Eigenschaften. Jedoch besitzen wenige Tintenzusammensetzungen alle diese Eigenschaften, da eine Verbesserung bezüglich einer Eigenschaft oft zum Verlust oder Verschlechterung einer anderen führt. Somit stellen die kommerziell verwendeten Tinten einen Kompromiß des Versuchs dar, eine Tinte zu erzeugen, die wenigstens eine angemessene Leistung hinsichtlich einer jeden der vorerwähnten Eigenschaften zeigt.
Entsprechend werden weiterhin Forschungen betrieben, um Tintenformulierungen zu entwickeln, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, wie verringerte Kogation und verringerte Krustenbildung (d. h. verbessertes Abkappen (englisch: ”decap”)). Weitere erstrebte Eigenschaften, die verbessert werden sollen, schließen große Kantenschärfe, hohe optische Dichte, schnelle Trocknungszeiten, gute Wasserechtheit und gute Wischfestigkeit ein, alles, ohne daß dies zu Lasten anderer erforderlicher Eigenschaften geht.
Im Rahmen der jüngsten Fortschritte bei Tintenstrahltinten wurden Pigmente anstelle der früheren mit Wasser mischbaren Farbstoffe eingebaut. Pigmente sind jedoch, per definitionem, nicht mit Wasser mischbar und erfordern die Anwesenheit eines Dispersionsmittels. Weitere Untersuchungen betreffend die Verwendung von Pigmenten haben gezeigt, daß eine Oberflächenbehandlung der Pigmente, um entweder anionische oder kationische funktionelle Gruppen auf der Oberfläche zu bilden, einen Makromolekülchromophoren (MMC) vorsieht, der wasserlöslich ist und somit das Erfordernis eines Dispersionsmittels beseitigt. Der Umfang der chemischen Behandlung kann jedoch eine der Haupteigenschaften eines Pigmentes, nämlich seine Wasserechtheit, in unvorteilhafter Weise beeinflussen.
Im nachveröffentlichten US-Patent 5,749,952 wird eine neue Klasse von Farbmitteln für Tintenstrahltinten definiert. Diese Materialien sind von Farbmittelherstellern kommerziell erhältlich, wie z. B. Cabot Corporation und Orient Chemical. In der US 5,749,952 wird offenbart, dass die makromolekularen Chromophore Pigmente umfassen, welche chemisch modifiziert wurden, um den andererseits wasserunlöslichen Pigmenten Wasserlöslichkeit zu verleihen, und zwar durch Einführung von Carboxylat- und/oder Sulfonat-Funktionalitäten an der Oberfläche der Pigmente (um anionische Chromophore zu generieren) oder durch Einführung von Ammonium- oder Phosphonium-Funktionalitäten an der Oberfläche der Pigmente (um kationische Chromophore zu generieren).
In einem anderen nachveröffentlichten US-Patent 5,830,265 werden chemische Verfahren offenbart, die beim Austausch der Gegenionen, die mit den funktionalen Gruppen auf den MMCs assoziiert sind, involviert ist, um somit den Tinten verbesserte Eigenschaften durch die Verwendung dieser MMCs zu verleihen. Jedes der üblichen Ionenaustauschverfahren kann für den Austausch eines Gegenions gegen ein anderes verwendet werden.
DE69706020 T2 offenbart eine Thermaltintenstrahltinte zum Thermaltintenstrahldrucken mit einem Trägermittel mit (1) circa 0,1 bis 50 Gew.-% zumindest eines im wesentlichen nicht wasserlöslichen organischen Öls, (2) 0 bis circa 50 Gew.-% zumindest eines organischen Co-Lösungsmittels, (3) 0 bis circa 40 Gew.-% zumindest eines Amphiphils, und (4) 0 bis circa 3 Gew.-% zumindest eines Kolloids mit hohem Molekulargewicht, des weiteren mit circa 0,5 bis 20 Gew.-% zumindest eines chemisch modifizierten, wasserlöslichen Farbmittels, das durch chemische Modifizierung eines Pigments erhalten wird, und dem Rest Wasser, wobei die Tinte als eine Mikroemulsion der Komponenten vorliegt.
DE69722892 T2 offenbart Tinten zum thermischen Tintenstrahldrucken, die behandelte Pigmente und Trägermittel aufweisen. Dabei enthält eine typische Formulierung für eine Tinte gemäß dieser Druckschrift etwa 0,5 bis 20 Gew.-% Pigment, 0 bis etwa 50 Gew.-% von einem oder mehreren Co-Lösungsmitteln, 0 bis etwa 40 Gew.-% von einem oder mehreren wasserlöslichen oberflächenaktiven Mitteln, 0 bis etwa 3 Gew.-% von einem oder mehreren hochmolekularen Gewichtskolloiden und dem Rest Wasser.
US 5,531,816 A offenbart Pigment-basierte Tintenzusammensetzungen zum Thermal-Tintenstrahldrucken, die mindestens ein deagglomeriertes Pigment bis zu 30 Gew.-%, mindestens eine wasserunlösliche organische Verbindung (etwa 1 bis 70 Gew.-%), mindestens ein Amphiphil (ohne genaue Mengenangabe), fakultativ ein Co-Surfaktant (bis zu 10 Gew.-%) und Wasser enthalten.
US 5,106,416 offenbart Tintenformulierungen mit einem Vehikel, ungefähr 0,1 bis 10 Gew.-% von mindestens einem wasserlöslichen, darin gelösten, kationischen Farbstoff, wobei das Vehikel mindestens eine zwitterionische oberflächenaktive Substanz oder ein nicht-ionisches Amphiphil umfasst, und weiterhin mit ungefähr 0,5 bis 20 Gew.-% mindestens eines organischen Lösungsmittels und Restwasser.
Entsprechend werden weiter Untersuchungen betreffend die Verwendung von Pigmenten vorangetrieben, die behandelt worden sind, um mit Wasser mischbar zu sein, jedoch ihre erwünschte Wasserechtheit beibehalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, Tintenformulierungen für das Thermaltintenstrahldrucken vorzusehen, die die vorstehenden Eigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Thermaltintenstrahltinte nach dem Hauptanspruch. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Pigmente, die wenigstens teilweise behandelt worden sind, um an die Oberflächen gebundene funktionelle Gruppen zu bilden, mit langkettigen Aminoxiden in einer Tintenstrahltinte kombiniert, um Wasserechtheit vorzusehen. Die Tintenstrahltinte zum Tintenstrahldrucken umfasst:

(a) ein Vehikel, welches
(1) 0,1 bis etwa 30 Gew.-% von wenigstens einem organischen Lösungsmittel, wobei das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Methylpyrrolidon (NMP), 1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)pentantriol, Tetramethylensulfon, 3-Methoxy-3-methylbutanol und Glyzerin,
(2) 0,1 bis etwa 30 Gew.-% von wenigstens einem wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittel und
(3) 0,1 bis etwa 10 Gew.-% von wenigstens einem zwitterionischen oberflächenaktiven Mittel umfaßt;
(b) etwa 0,1 bis 20 Gew.-% von wenigstens einem chemisch modifizierten, wasserlöslichen Makromolekülchromophoren, der ein Pigment mit daran kovalent gebundenen funktionellen Gruppen umfaßt; und
(c) das Restwasser.

Die Tinten der vorliegenden Erfindung zeigen erhöhte Wasserechtheit mit der Anwesenheit von Aminoxid, jedoch werden andere Eigenschaften, wie Abkappen, Kogation und Kantenschärfe, durch die Anwesenheit von zwitterionischen oberflächenaktiven Verbindungen nicht negativ beeinflußt. In der Tat werden das Abkappen und die Kantenschärfe durch die Anwesenheit von zwitterionischem oberflächenaktiven Mittel verbessert.
Im folgenden wird Bezug genommen auf spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die die beste Art und Weise der Ausführung veranschaulichen, wie sie von den Erfindern als solche betrachtet wird. Alternative Ausführungsformen werden auch kurz als anwendbar beschrieben.
Alle Konzentrationsangaben hierin sind als Gewichtsprozente ausgedrückt, sofern nicht anders angegeben. Die Reinheit aller Komponenten entspricht jener, die in der gewerblichen Praxis für Tintenstrahltinten verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verbessern zwitterionische, oder amphiphile, oberflächenaktive Mittel, wie langkettige Aminoxide, die Wasserechtheit, wenn sie mit anionischen oder kationischen Makromolekülchromophoren (MMCs) gemischt werden. Anionische MMCs können teilweise oder vollständig sulfoniert oder teilweise oder vollständig carboxyliert sein. Kationische MMCs umfassen quartäre Ammoniumionen als funktionelle Gruppen. Derartige MMCs sind beispielsweise von Cabot Corporation erhältlich. Diese Wasserechtheit besteht im wesentlichen sofort, wie auf den folgenden Papieren beobachtet: Gilbert Bond, Champion Datacopy, Hammermill Fore DP, Weyerhauser First Choice und Papyrus Multicopy. Das Hinzufügen von zwitterionischen oberflächenaktiven Verbindungen hat keinen negativen Einfluß auf andere Eigenschaften von Thermaltintenstrahldruckern, einschließlich Abkappen (Verläßlichkeit), Kogation, Kantengenauigkeit (Druckqualität), und verbessert vielmehr das Abkappen und die Kantengenauigkeit. Die zwitterionischen oberflächenaktiven Mittel werden bei einer Konzentration innerhalb des Bereichs von etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, und bevorzugterweise bei einer Konzentration innerhalb des Bereiches von etwa 0,2 bis 3 Gew.-% und am bevorzugtesten bei etwa 0,5 Gew.-% verwendet.
Die Wasserechtheit scheint für eine breite Vielzahl von Lösungsmitteln zu bestehen, einschließlich, N-Methylpyrrolidon (NMP), 1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)pentantriol, Tetramethylensulfon, 3-Methoxy-3-methylbutanol und Glyzerin. Somit erscheint ein jegliches der gewöhnlicherweise in Thermaltintenstrahltinten verwendeten Lösungsmittel in der Kombination mit zwitterionischen oberflächenaktiven Mitteln und MMCs nützlich zu sein. Bestimmte oberflächenaktive Mittel vom Typ BRIJ, wie oberflächenaktive Mittel vom Typ BRIJ mit Ethylenoxideinheiten von 10 oder weniger, verleihen auch die gleiche Wasserechtheit.
Die folgenden amphiphilen Aminoxide, die eine Klasse von zwitterionischen oberflächenaktiven Mitteln darstellen, zeigen Wasserechtheit mit den anionischen und kationischen MMCs: C_nH_2n+2N(CH₃)₂O (10 < n < 25)
worin n in den vorstehenden Formeln innerhalb des Bereichs von 10 bis 25 ist und j gegeben ist durch 0 < j < 5.
Die folgenden Beispiele von Aminoxiden werden bevorzugt:
C₁₈H₃₆N(CH₃)₂O
N,N-Dimethyl-N-(Z-9-octadecenyl)-N-aminoxid (OOAO)

C₁₂H₂₆N(CH₃)₂O
N,N-Dimethyl-N-dodecylaminoxid (NDAO)
Zusätzlich Beispiele von Aminoxiden, die für die Ausführung der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen ein: Isostearamidopropylaminoxid; Isostearamidopropylmorpholinoxid; Lauraminoxid; Myristaminoxid; Cetaminoxid; Oleamidopropylaminoxid; Oleyldimethylaminoxid; Stearaminoxid.
Beispiele von zwitterionischen oberflächenaktiven Mitteln, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung nützlich sind, schließen die Betaine ein, die die allgemeine Formel aufweisen:
wo R₁, R₂ und R₃ jeweils im Bereich von 10 bis 23 Kohlenstoffatome sind. R₁, R₂ und R₃ können gleich oder verschieden sein.
Bei der Formulierung der Tintenstrahltinte der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere Co-Lösungsmittel im Vehikel verwendet werden. Die Co-Lösungsmittel sind im wesentlichen mit Wasser mischbar. Klassen von Co-Lösungsmitteln, die bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Diole, Glykolether, Poly(glykol)-ether, Caprolactame, Formamide, Acetamide und langkettige Alkohole. Beispiele von bei der Ausführung verwendeten Verbindungen schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, primäre aliphatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, primäre aromatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aliphatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aromatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,2-Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,3-Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,ω-Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, Ethylenglykolalkylether, Propylenglykolalkylether, Poly(ethylenglykol)alkylether, höhere Homologe von Poly(ethylenglykol)alkylethern, Poly(propylenglykol)alkylether, höhere Homologe von Poly(propylenglykol)alkylether, N-Alkylcaprolactame, unsubstituierte Caprolactame, substituierte Formamide, unsubstituierte Formamide, substituierte Acetamide und unsubstituierte Acetamide. Spezifische Beispiele von Co-Lösungsmitteln, die bevorzugterweise bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, N-Methylpyrrolidon, 1,5-Pentandiol, 2-Pyrrolidon, Diethylenglykol, 1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)-pentantriol, Tetramethylensulfon, 3-Methoxy-3-methylbutanol, Glyzerin und 1,2-Alkyldiole. Die Konzentration des Co-Lösungsmittels kann von 0 bis etwa 30 Gew.-% reichen, wobei etwa 3 bis 15 Gew.-% bevorzugt ist.
Die wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittel schließen anionische, kationische und nicht-ionische oberflächenaktive Mittel ein. Beispiele von oberflächenaktiven Mitteln, die in vorteilhafter Weise bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen ein: TERGITOLe, die Polyethylen- oder Polypropylenoxidether sind; TRITONe, die oberflächenaktive Mittel vom Typ Alkylphenylpolyethylenoxid sind, die von Rohm & Haas Co. erhältlich sind; BRIJe, die Polyethylen- oder Polypropylenoxidether sind; PLURONICs, die auch Polyethylen- oder Polypropylenoxidether sind; und SURFYNOLe, die acetylenische Ethylenoxide sind; Polyethylenoxid(POE)-Ester; POE Diester; POE-Amine; protonierte POE-Amine; POE-Amide; die Polypropylenanalogen der vorerwähnten POE-Verbindungen; Dimethiconcopolyole, quartäre Ammoniumverbindungen und Aerosole (Sulfosuccinate).
Die oberflächenaktiven quartären Ammoniummittel, die kationisch sind, werden durch die folgende Formel dargestellt:
wo R₁, R₂, R₃ und R₄ organische Radikale mit 20 Kohlenstoffatomen oder weniger sind. Für ein kationisches oberflächenaktives Mittel mit einem einzelnen Schwanz muß das organische Radikal länger als 10 Kohlenstoffatome sein. Für oberflächenaktive Mittel, mit zwei Schwänzen ist R₁ = R₂ und müssen länger als 8 Kohlenstoffatome sein.
Oberflächenaktive Mittel vom Typ Sulfosuccinat werden durch die folgende Formel dargestellt:
wo R₁ und R₂ jeweils mehr als zwei Kohlenstoffatome aufweisen müssen.
Spezifische Beispiele für wasserlösliche oberflächenaktive Mittel, die bevorzugterweise bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, Polyethylenoxid-10-tetramethyldecindiol, iso-Hexadecylethylenoxid 20 und TERGITOL 15-S-7. Die Konzentration der oberflächenaktiven Mittel kann von 0,1 bis etwa 30 Gew.-% reichen, wobei etwa 0,1 bis 20 Gew.-% bevorzugt ist.
Die wasserlöslichen Makromolekülchromophoren (MMCs) sind kommerziell erhältlich von Farbmittelverkäufern, wie Cabot Corp. und Orient Chemical, und umfassen Pigmente, die wenigstens teilweise funktionalisiert worden sind, d. h. kovalent verbunden sind, mit Sulfonat- oder Carboxylatgruppen (anionische MMCs) oder mit Ammoniumgruppen (kationische MMCs). Viele Pigmente sind bei der Ausführung dieser Erfindung nützlich. Die folgenden Pigmente sind bei der Ausführung der Erfindung nützlich; diese Auflistung soll jedoch die Erfindung und ihren Schutzumfang nicht beschränken. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von BASF: Paliogen^® Orange, Heliogen^® Blau L 6901F, Heliogen^® Blau NBD 7010, Heliogen^® Blau K 7090, Heliogen^® Blau L 7101F, Paliogen^® Blau L 6470, Heliogen^® Grün K 8683 und Heliogen^® Grün L 9140. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Cabot: Monarch^® 1400, Monarch^® 1300, Monarch^® 1100, Monarch^® 1000, Monarch^® 900, Monarch^® 880 Monarch^® 800 und Monarch^® 700. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Ciby-Geigy: Chromophtal^® Gelb 3G, Chromophtal^® Gelb GR, Chromophtal^® Gelb 8G, Igrazin^® Gelb 5GT, Igralite^® Rubin 4 BL, Monastral^® Magenta, Monastral^® Scharlachrot, Monastral^® Violett R, Monastral^® Rot B und Monastral^® Violett -Kastanienbraun B. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Columbian: Rauen 7000, Rauen 5750, Rauen 5250, Rauen 5000 und Rauen 3500. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Degussa: Farbe Schwarz FW 200, Farbe Schwarz FW 2, Farbe Schwarz FW 2V, Farbe Schwarz FW 1, Farbe Schwarz FW 18, Farbe Schwarz S 160, Farbe Schwarz S 170, Spezialschwarz 6, Spezialschwarz 5, Spezialschwarz 4A, Spezialschwarz 4, Printex U, Printex V, Printex 140U und Printex 140V. Das folgende Pigmente ist erhältlich von DuPont: Tipure^® R-101. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Heubach: Dalamar^® Gelb YT-858-D und Heucophthal^® Blau G XBT-583D. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Hoechst: Permanentgelb GR, Permanentgelb G, Permanentgelb DHG, Permanentgelb NCG-71, Permanentgelb GG, Hansa Gelb RA, Hansa Brillantgelb 5GX-02, Hansa Gelb-X, Novoperm^® Gelb HR, Novoperm^® Gelb FGL, Hansa Brillantgelb 10GX, Permanentgelb G3R-01, Hostaperm^® Gelb H4G, Hostaperm^® Gelb H3G, Hostaperm^® Orange GR, Hostaperm^® Scharlachrot GO und Permanentrubin F6B. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Mobay: Quindo^® Magenta, Indofast^® Brillantscharlachrot, Quindo^® Rot R6700, Quindo^® Rot R6713 und Indofast^® Violett. Die folgenden Pigmente sind erhältlich von Sun Chem: L74-1357 Gelb, L75-1331 Gelb und L75-2577 Gelb.
Für anionische Chromophoren schließen die Gegenionen alle Alkalimetallionen und Erdalkalimetallionen sowie sowohl substituierte als auch unsubstituierte Ammoniumionen ein. Für kationische Chromophoren schließen geeignete Gegenionen insgesamt Halogenid-, Sulfat-, Nitrat-, Phosphat-, Sulfonat-, Carboxylat-, Carbonat-, Bicarbonat-, Borat-, Tetraborat-, Teterafluorborat-, Methansulfonat-, Methylbenzensulfonat-, Phosphit-, Phosphonat-, Hexafluorphosphonat-, Phosphen-, Phenolat-, Perchlorat-, Wolframat-, Molybdat- und Silikationen ein.
Die Konzentration des MMC liegt innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 20 Gew.-% und, bevorzugterweise, innerhalb des Bereiches von etwa 0,5 bis 10 Gew.-%.
Ein bevorzugtes Pigment ist ein funktionalisiertes graphitähnliches (kohlenstoffschwarzes) Partikel mit einem mittleren Durchmesser, der von etwa 0,005 bis 12 μm reicht. Farbmittel dieses Typs entstehen aus chemischen Reaktionen, bei denen lösungsmittelzugängliche funktionelle Gruppen derivatisiert werden, um kovalent gebundene solubilisierende Gruppen vorzusehen, die das Farbmittel in Wasser löslich machen. Der daraus hervorgehende Makromolekülchromophor (MMC) ist wasserlöslich, wobei seine Löslichkeit ähnlich derjenigen von gut bekannten und kommerziell verwendeten wasserlöslichen sauren und basischen Farbstoffen ist.
Eine typische Formulierung für eine bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung nützliche Tinte umfaßt wenigstens ein Aminoxid (0,2 bis 3 Gew.-%), wenigstens ein wasserlösliches oberflächenaktives Mittel (etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-%), wenigstens ein Lösungsmittel und/oder wenigstens ein Co-Lösungsmittel (etwa 3 bis 15 Gew.-%), einen Makromolekülchromophoren (etwa 0,5 bis 10 Gew.-%) und Wasser.
Um die optische Dichte zu verbessern, kann optional zwischen 0 und etwa 3 Gew.-% von wenigstens einem hochmolekularen Kolloid, das aus natürlichen oder synthetischen Quellen gewonnen ist, zu der Tintenformulierung hinzugegeben werden. Das Zugeben von einem hochmolekularen Kolloid verbessert die Druckqualität. Beispiele für hochmolekulare Kolloide, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber darauf nicht beschränkt, Alginate, Mannuronsäure, Carrageenan, Guaran, Xanthangummi, Dextran, Chitin, Chitosan, Carboxymethyllcellulose, Nitromethylcellulose und alle Derivate davon. Diese Kolloide sind offenbart in US Patent 5,133,803 , ”High Molecular Weight Colloids which Control Bleed.” Die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung bevorzugten hochmolekularen Kolloide schließen ein, sind aber darauf nicht beschränkt, Natrium-alginat geringer Viskosität. Die bevorzugte Konzentration des hochmolekularen Kolloides in den Tinten der vorliegenden Erfindung beträgt etwa 0,25 Gew.-%.
Bei der Herstellung der Tinte werden die oben erwähnten Bestandteile zusammengegeben und mechanisch gerührt oder unter Beschallung mit geringer Energie gemischt.
In Übereinstimmung mit den Erfordernissen für diese Erfindung können verschiedene Zusätze in der Tinte verwendet werden, um die Eigenschaften der Tintenzusammensetzung für spezifische Anwendungen zu optimieren. Zum Beispiel ist den Fachleuten gut bekannt, daß Biozide in der Tintenzusammensetzung verwendet werden können, um Wachstum von Mikroorganismen zu inhibieren, Maskierungsmittel, wie EDTA, können enthalten sein, um schädliche Wirkungen von Schwermetallverunreinigungen auszuschalten und Pufferlösungen können verwendet werden, um den pH der Tinte zu kontrollieren. Andere bekannte Zusätze, wie viskositätsmodifizierende Mittel und andere Acryl- oder Nicht-Acryl-Polymere, können hinzugesetzt werden, um verschiedene Eigenschaften der Tintenzusammensetzung zu verbessern, wie erwünscht.
Beispiele
Drei nicht erfindungsgemäße Beispiele von wasserechten Tinten werden unten angeführt.
Ein Test auf Wasserechtheit wurde verwendet, der die Menge an Farbmittel mißt, die beim Testen von einer bedruckten Fläche auf eine unbedruckte Fläche überführt wird. Im wesentlichen besteht der Test aus dem Auftropfen von 250 μl deionisiertem Wasser auf ein Papier, auf das eine Reihe von horizontalen Balken gedruckt worden ist. Das Papier wird in einem Winkel von 45° gehalten. Das Auftropfen von Wasser auf das gedruckte Muster wird mehrfach wiederholt. Zu bestimmten Zeitpunkten (5 Minuten oder 10 Minuten nach dem Drucken) wird die optische Dichte zwischen den Balken gemessen und mit der von massiven ausgefüllten Blöcken verglichen. Die Menge an überführtem Farbmittel als ein Ergebnis des Auftropfens, wird in milli-optischen Dichteeinheiten (mOD) ausgedrückt. Wasserechte Farbmittel zeigen wenig oder keinen Übergang zwischen den Balken, typischerweise weniger als 10 mOD Einheiten. Typische schwarze Tinten, ob sie nun von wasserlöslichen Farbstoffen oder Pigmentdispersionen stammen, zeigen optische Dichten zwischen 1,4 und 1,6 OD. Eine (Farbmittel-)Überführung im Bereich von etwa 300 bis 800 mOD wird nicht als wasserecht betrachtet.
Eine Serie von Tinten wurde formuliert, die Aminoxid enthielten bzw. nicht enhielten. Die Wasserechtheit wurde 5 Minuten nach Bedrucken gemessen und es wurde nach 24 Stunden keine weitere Veränderung beobachtet. Dies zeigte an, daß Wasserechtheit schnell erreicht wird (5 Minuten) und kein verlängertes Trocknen benötigt wird, um vollständige Wasserechtheit zu erreichen (24 Stunden).
Die Tinten wurden auf unbeschichteten Papieren, sowohl Kopierpapieren als auch Banknotenpapier, getestet. Die verwendeten Papierbezeichnungen waren wie folgt:

GBND: Gilbert Bond
CDCY: Champion Datacopy
HFDP: Hammermill Fore DP
WFCH: Weyerhauser First Choice
PMCY: Papyrus Multicopy.

Nicht erfindungsgemäßes Beispiel 1
Eine Tinte wurde, wie unten gezeigt, formuliert, die 0,5 Gew.-% NDAO umfaßte. Eine Tinte wurde auch mit im wesentlichen derselben Zusammensetzung formuliert, dabei wurde jedoch das NDAO weggelassen. Formulierung:

5% Glycerin

4% Tetramethylensulfon

4% Feststoffe von Cabojet 200 (ein vollständig sulfoniertes MMC)

0,5% N,N-Dimethyl-N-dodecylaminoxid (NDAO)

Rest Wasser.
Eine Tinte mit der vorstehenden Zusammensetzung wurde auf Papier aufgedruckt und auf Wasserechtheit getestet. Eine Tinte derselben Zusammensetzung, bei der jedoch das NDAO weggelassen war, wurde auch auf Papier aufgedruckt und auf Wasserechtheit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle I unten zusammengefaßt. Tabelle I. Wasserechtheitsergebnisse auf verschiedenen Papieren, ausgedrückt in mOD.

GBND CDCY HFDP WFCH PMCY

Tinte mit NDAO 0 0 0 0 0

Tinte ohne NDAO 596 610 620 600 750
Es ist ersichtlich, daß die hergestellte Tinte eine wesentlich verbesserte Wasserechtheit aufweist.
Ohne das Aminoxid wurde eine geringe Betriebssicherheit, wie Abkappen, beobachtet. Mit dem Aminoxid traten keine nachteiligen Änderungen betreffend Kogation auf und es wurde eine verbessertes Abkappen beobachtet, zusammen mit ausgezeichneter Kantenschärfe.
Nicht erfindungsgemäßes Beispiel 2
Eine Tinte wurde wie unten gezeigt formuliert, die 0,5 Gew.-% OOAO enthielt. Eine Tinte wurde auch mit im wesentlichen derselben Zusammensetzung formuliert, wobei jedoch das OOAO weggelassen wurde. Formulierung:

6% 1,5-Pentandiol

0,5% N,N-Dimethyl-N-(Z-9-octadecenyl)-N-aminoxid (OOAO)

4% Feststoffe von Cabojet 200 (ein vollständig sulfoniertes MMC)

Rest Wasser.
Eine Tinte der vorerwähnten Zusammensetzung wurde auf Papier aufgedruckt und auf Wasserechtheit getestet. Eine Tinte derselben Zusammensetzung, bei der jedoch das OOAO fortgelassen wurde, wurde auch auf Papier aufgedruckt und auf Wasserechtheit getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II unten dargestellt. Tabelle II. Wasserechtheitsergebnisse auf verschiedenen Papieren.

GBND CDCY HFDP WFCH PMCY

Tinte mit OOAO 0 0 0 0 0

Tinte ohne OOAO 590 610 620 600 750
Wie in Beispie1 1 ist ersichtlich, daß die hergestellte Tinte eine wesentlich verbesserte Wasserechtheit aufweist.
Wie auch in Beispie1 1 wird, ohne das Aminoxid, eine geringe Betriebssicherheit, wie Abkappen, beobachtet. Mit dem Aminoxid trat keine negative Veränderungerung der Kogation auf und es wurde ein verbessertes Abkappen, zusammen mit ausgezeichneter Kantenschärfe, beobachtet.
Nicht erfindungsgemäßes Beispiel 3
Cabojet 300, ein vollständig carboxyliertes MMC, ist sogar noch wasserechter als Cabojet 200. Die Beispiele 1 und 2 wurden mit dem etwas weniger wasserechten Cabojet 200 durchgeführt, um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung beim Erhöhen der Wasserechtheit aufzuzeigen.
Die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sollen bei Thermaltintenstrahltinten Anwendung finden, insbesondere dort, wo verbesserte Tinteneigenschaften, wie hohe Kantenschärfe, hohe optische Dichte, schnelle Trocknungszeiten, Wasserechtheit und Wischfestigkeit erwünscht sind.
Die in der vorstehenden Beschreibung, und in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Thermaltintenstrahltinte für Thermaltintenstrahldrucken umfassend: (a) ein Vehikel, welches (1) 0,1 bis etwa 30 Gew.-% von wenigstens einem organischen Lösungsmittel, wobei das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Methylpyrrolidon (NMP), 1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)pentantriol, Tetramethylensulfon, 3-Methoxy-3-methylbutanol und Glyzerin, (2) 0,1 bis etwa 30 Gew.-% von wenigstens einem wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittel und (3) 0,1 bis etwa 10 Gew.-% von wenigstens einem zwitterionischen oberflächenaktiven Mittel umfaßt; (b) etwa 0,1 bis 20 Gew.-% von wenigstens einem chemisch modifizierten, wasserlöslichen Makromolekülchromophoren, der ein Pigment mit daran kovalent gebundenen funktionellen Gruppen umfaßt; und (c) das Restwasser.
Tintenstrahltinte nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Lösungsmittel innerhalb eines Bereiches von etwa 3 bis 15 Gew.-% vorhanden ist.
Tintenstrahltinte nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine wasserlösliche oberflächenaktive Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die anionische, kationische oder nicht-ionische oberflächenaktive Mittel umfaßt, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die Alkylphenylpolyethylenoxide, acetylenische Ethylenoxide, Polyethylen- oder Polypropylenoxidether, Polyethylen- oder Polypropylenoxidester, Polyethylen- oder Polypropylenoxiddiester, Polyethylen- oder Polypropylenoxidamine, protonierte Polyethylen- oder Polypropylenoxidamine, Polyethylen- oder Polypropylenoxidamide, Dimethiconcopolyole, quartäre Ammoniumverbindungen und Sulfosuccinate umfaßt.
Tintenstrahltinte nach Anspruch 1, wobei das zwitterionische oberflächenaktive Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die umfaßt:

wo n innerhalb des Bereichs von 10 bis 25 ist und j angegeben wird durch 0 < j < 5, und
wo R₁, R₂ und R₃ jeweils zwischen 10 und 23 Kohlenstoffatomen aufweisen und gleich oder verschieden sein können.
Tintenstrahltinte nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine zwitterionische oberflächenaktive Mittel vorhanden ist innerhalb eines Bereiches von etwa 0,2 bis 3 Gew.-%.
Tintenstrahltinte nach Anspruch 1, wobei das Pigment ausgewählt ist aus der Gruppe, die schwarz-, cyan-, gelb- und magenta-farbene Pigmente umfaßt, und wobei der Makromolekülchromophor entweder (a) anionisch ist und Pigmentpartikel umfaßt, die wenigstens teilweise mit entweder Sulfonat- oder Carboxylatgruppen funktionalisiert sind, oder (b) kationisch ist und Pigmentpartikel umfaßt, die wenigstens teilweise mit quartären Ammoniumionen funktionalisiert sind.
Verfahren zum Tintenstrahldrucken, welches Drucken mit der Tintenstrahltinte nach Anspruch 1 auf ein Medium umfaßt.
Verfahren zur Herstellung einer Tintenstrahltinte, welches umfaßt: (a) Vorsehen von wenigstens einem der Makromolekülchromophoren nach Anspruch 1; und (b) Kombinieren von etwa 0,1 bis 20 Gew.-% von dem wenigstens einen Makromolekülchromophoren mit (1) dem Vehikel von Anspruch 1 (a) und (2) dem Restwasser, um die Tinte zu bilden.