DE19850152A1

DE19850152A1 - Stabile Zusammensetzungen von nanopartikulären unmodifizierten Pigmenten und unlöslichen Farbmitteln in wäßrigen Mikroemulsionen, Stabilitätsprinzipien und Verfahren zu deren Bildung

Info

Publication number: DE19850152A1
Application number: DE19850152A
Authority: DE
Inventors: Makarand P Gore
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 1999-05-06
Also published as: GB2330840A; GB2330840B; US6024786A; GB9822706D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Tinten für thermische Tintenstrahldrucker und genauer gesagt Tintenstrahltinten auf Pigmentbasis.

Tinten auf Pigmentbasis bieten potentiell eine Vielzahl von wünschenswerten Eigenschaften, wie Wasserechtheit, Lichtbeständigkeit etc. Die Herstellung von Tinten auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker war jedoch kein im großen Maße erfolgreicher Ansatz infolge der Nei gung von Pigmenten, zu agglomerieren, was zu "Präzipitation" oder "Abscheiden" der Farb mittel und zu sehr kurzen Dispersionszeiten führt. Eine Vielzahl von arbeitsintensiven und/oder teuren Ansätzen wie Oberflächenmodifizierung spezifischer Farbmittel, Verwendung von Dispersionsmitteln und Einkapseln von Farbmitteln in Polymerbeschichtungen waren das äußerste an Verfahren, um diese Probleme zu mindern. Diese Verfahren konnten zum Verlust von Eigenschaften wie Wasserechtheit, erhöhten Kosten und die chemische Komplexität der Systeme, verringerter Materialkompatibilität und beschränkte Auswahl an Farbmitteln führen. Diese Verfahren haben keine gemeinsame Stabilitätsbasis. Deshalb müssen darauf beruhende Tinten einzeln für ein jedes Farbmittel und Dispersionsmittel und/oder Zusätze entwickelt werden, von denen ein jedes neue Probleme zur Komplexität der Tinte beisteuert. Das führt zu einem enormen Aufwand bei den Herstellern von Tinten für Tintenstrahldrucker, um Tin tensysteme zu entwickeln.

US-Patent 5,169,438, am 8. Dezember 1992 für H. Matrick erteilt, offenbart die Herstellung und Verwendung von wasserunlöslichen Farbmitteln, die Pigmente in Tinten für Tinten strahldrucker umfassen. Diese Pigmente werden in dem Tintenvehikel durch Verwendung eines Dispersionsmittels löslich gemacht, welches das Pigment vor dem Aufdrucken auf ein Druckmedium in Lösung hält. Der Patentinhaber offenbart, daß die Partikelgröße des Pig mentes im Bereich von 0,005 bis 15 µm (5 bis 15.000 nm) sein muß.

In dieser Literaturstelle ist jedoch keine Offenbarung dahingehend vorgesehen, wie die not wendige Partikelgröße des Pigments erreicht wird. Es ist jedoch allgemeines Fachwissen, daß derartige kleine Partikelgrößen durch Mahlen in Kugelmühlen oder durch Mikrofluidisierung erhalten werden. Kugelmahlen umfaßt Mahlen der Pigmentpartikel in einer Kugelmühle mit, typischerweise, Metall- oder Keramikkugeln, gefolgt von Größenfiltration unter Verwendung einer Zentrifuge oder geeigneten Sieben. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß es während des Mahlens von den Kugeln Verunreinigungen einführt, die die Eigenschaf ten der Tinte nachteilig beeinflussen. Analoge Mahlverfahren leiden unter denselben Män geln.

Es besteht ein Bedarf an einem Farbmittel auf Pigmentbasis, das in Lösung stabil und frei von Verunreinigungen ist, während ein relativ einfaches Verfahren zu dessen Herstellung verwen det wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis, die die Nachteile der Tinten im Stand der Technik überwindet, und ein Ver fahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die stabile Tintenzusammensetzung und das Verfahren zu deren Herstellung nach den beigefügten Ansprüchen 1 und 7.

Der Offenbarungsgehalt der beigefügten Ansprüche wird hierin durch Bezugnahme aufge nommen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Erfinder entdeckt, daß, wenn die Partikelgröße des Pigments unter 500 nm verringert wird, die Tintenzusammensetzung eine außergewöhnliche Stabilität erreicht. Unter "außergewöhnlicher Stabilität" wird verstanden, daß sich nach einer Zeitspanne von drei Wochen keine Sedimente bilden und daß keine Sedimente nach Erwär men der Tintenzusammensetzungen auf 70°C für 10 min, gefolgt von Kühlen auf 0°C für 10 min gebildet werden. Es ist kein Dispersionsmittel erforderlich und die Partikel mit einer sol chen definierten Größe können in Mikroemulsionen unter Verwendung eines geeigneten Öls und eines Amphiphilen eingebaut werden.

Die Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis der vorliegenden Erfindung umfaßt

a) wenigstens ein Pigment, das eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 500 nm aufweist;
b) wenigstens eine wasserunlösliche Verbindung;
c) wenigstens ein Amphiphiles; und
d) Wasser.

Das Pigment wird durch das folgende Verfahren stabilisiert:

a) Vorsehen von Partikeln von wenigstens einem Pigment; und
b) in beliebiger Reihenfolge
- (i) Bilden einer Mikroemulsion von wenigstens einem Pigment in einem Vehikel, das wenigstens eine nicht mit Wasser mischbare organische Verbindung, we nigstens ein Amphiphiles und Wasser umfaßt; und
- (ii) Verringern der Partikelgröße auf eine durchschnittliche Partikelgröße unterhalb etwa 500 nm.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der grundlegenden Beobachtung, daß während der Dis persion von Kohlenstoffschwarz in Mikroemulsionen die Zusammensetzungen eine außerge wöhnliche Stabilität erreichten, wenn die Partikelgröße unterhalb 500 nm sank. Das System besteht aus einer wäßrigen Mikroemulsion von einem Öl und den feinen Pigmentpartikeln mit einer Durchschnittsgröße von weniger als 500 nm ± 50 nm, und bevorzugterweise etwa 300 nm oder weniger oder am bevorzugtesten weniger als 100 nm ± 20 nm.

Fünfzehn Zusammensetzungen sind unter Verwendung von Permutationen von drei verschie denen Vehikeln und fünf Pigmenten hergestellt worden. Die Vehikel basieren auf (a) Ethy lenglycolphenylether (EPH), (b) verschiedene INVERT-Zusammensetzungen und (c) einer Mischung aus Xylolen. Die EPH-Mikroemulsionen werden beispielhaft angegeben durch die Formulierung

10 Gew.-% EPH;
9 Gew.-% Natriumxylolsulfonat (SXS); und
81 Gew.-% Wasser.

Die Formulierungen auf INVERT-Basis sind kommerziell erhältliche Mikroemulsionszu sammensetzungen, die erhältlich sind von Dow Chemical Company. Die Mikroemulsionen auf Xylolbasis sind beispielhaft angegeben durch die Formulierung

6,3 Gew.-% Triton X100 (ein oberflächenaktives Mittel);
4,2 Gew.-% sulfatiertes Rizinusöl;
3,65 Gew.-% Xylol;
4,0 Gew.-% Pigment; und
8,0 Gew.-% 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol (AEPD).

Die Pigmente waren unmodifiziertes Kohlenstoffschwarz, Hostafine schwarz TS, Hostafine schwarz T, Hostafine magenta und Imperon Brilliant Rosa. Das unmodifizierte Kohlenstoff schwarz war Kohlenstoffschwarz FW18, erhältlich von Degussa (Akron, OH). Die Hostafine- Pigmente werden von HOECHST hergestellt und sind erhältlich von Clariant (Coventry, RI). Das Imperon-Pigment ist erhältlich von Dystar (Charlotte, NC).

Dreizehn der Mikroemulsionen werden spontan gebildet, was eine Erfolgsrate von etwa 86% bei zufälligen Versuchen vorsieht, um Mikroemulsionen aus Feinpartikeln herzustellen. Ohne dies irgendeiner speziellen Theorie zuzuschreiben, nimmt man an, daß das System seine Sta bilität in Folge einzigartiger Größenkompatibilität und mit Adhäsion in Beziehung stehendem "Vollsaugen" oder Eintauchen der Pigmentpartikel innerhalb der Ölphase des "Öltröpfchens" in der Mikroemulsion erreicht.

Dies ist ein vielseitiges, breite Möglichkeiten eröffnendes, selbstgenügendes, kostengünstiges und doch vergleichsweise einfaches Mittel zum Dispergieren von Pigmenten "aus dem Regal" und Farbmitteln ohne irgendwelche speziellen Behandlungen, Modifikationen oder Verwen dung von speziellen Dispersionsmitteln. Es gibt mehrere umweltfreundliche, nicht-toxische, nicht-korrosive Mikroemulsionssysteme, die verfügbar sind für die Ausdehnung auf die Tin tentechnologie (z. B. jene, die für die Formulierungen pharmazeutischer Wirkstoffe in der pharmazeutischen Industrie verwendet werden). Dies kann die Auflösung von Materialkom patibilitätsproblemen erlauben.

Die Mikroemulsionen werden gebildet durch Mischen von einem nicht mit Wasser mischba ren organischen Lösungsmittel, Wasser und den Pigmentpartikeln. Die Pigmentpartikel kön nen entweder in der Mikroemulsion oder vor dem Mischen mit dem Lösungsmittel in ihrer Größe verkleinert werden, um die Mikroemulsion zu bilden. Bevorzugterweise werden die Lösungsmittel und das (bevorzugterweise hydrotrope) Amphiphile zuerst gemischt, gefolgt von Hinzusetzen von Wasser. Die Größeneinstellung der Partikel erfolgt herkömmlicherwei se, nachdem die Mischung hergestellt worden ist. Die Imperon- und Hostafine-Pigmente wer den als Konzentrate verkauft. Kugelmahlen, um die Partikelgröße zu verringern, kann für 24 Stunden durchgeführt werden mit Zirkondioxidkugeln, die von Aldrich Chemical Company (Milwaukee, WI) erhältlich sind. Alternativ kann eine Mikrofluidisiervorrichtung verwendet werden, wie sie erhältlich ist von Microfluidics Corporation (Newton, MA). Die Partikel wer den dann durch einen 5 µm Filter filtriert, von dem man festgestellt hat, daß er zu einer durch schnittlichen Partikelgröße von weniger als 500 nm führt.

Die Konzentration der Pigmente ist im allgemeinen im Bereich von etwa 0,1 bis 15 Gew.-% der Tintenzusammensetzung. Bevorzugterweise stellt das Pigment etwa 0,1 bis 8 Gew.-% der Tintenzusammensetzung dar.

Beispiele für nicht mit Wasser mischbaren organischen Verbindungen, die in geeigneter Wei se bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, wasserunlösliche Mono- oder Polyglykolether; wasserunlösliche Mono- oder Polyglykolphenylether; wasserunlösliche N-substituierte 2-Pyrrolidone; Mono- oder Polyglykolester; und wasserunlösliche Kohlenwasserstoffe. Im allgemeinen kann irgendeine wasserunlösliche organische Verbindung oder Kombination davon bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden, solange sie in der Lage ist, die ausgewählten Pigmente in der Mikroemulsion stabil aufzunehmen und solange es durch ein Amphiphiles solubilisiert wer den kann. Spezifische Beispiele für nicht mit Wasser mischbare organische Verbindungen, die bevorzugterweise bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt (1) Ethylen-, Propylen-, Polyethylen- und Polypropylenglykol phenylether, und (2) Ethylen-, Propylen-, Polyethylen- und Polypropylenglykolester, wie Acrylate. Zusätzliche schließen spezifische Beispiele von bevorzugterweise verwendeten Kohlenwasserstoffen ein Toluol, Xylole, Naphthalen und Phenanthren. Ethylenglykolpheny lether und Propylenglycolphenylether werden am bevorzugtesten bei der Ausführung der Er findung verwendet. Die Konzentration der nicht mit Wasser mischbaren organischen Kompo nente kann von etwa 1 bis 70 Gew.-% der Tintenzusammensetzung für Tintestrahldrucker reichen.

Das bei der Ausführung der Erfindung verwendete Amphiphile kann irgendein Amphiphiles sein, welches eine Mikroemulsion mit der wasserunlöslichen organischen Verbindung und Wasser ergibt. Geeignete Amphiphile solubilisieren die wasserunlösliche organische Verbin dung in Wasser, indem die Verbindung in sehr kleine Tröpfchen aufgebrochen wird und diese Tröpfchen in einer Mikroemulsion beibehalten werden. Zum Beispiel können Aminoxide, wie N,N-Dimethyl-N-dodecylaminoxid (NDAO) in geeigneter Weise bei der Ausführung der Er findung verwendet werden. Andere Beispiele von Aminoxiden, die geeignet als Amphiphile verwendet werden können, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, N,N-Dimethyl-N- tetradecylaminoxid (NTAO); N,N-Dimethyl-N-hexadecylaminoxid (NHAO); N,N-Dimethyl- N-octadecylaminoxid (NOAO); und N,N-Dimethyl-N-(Z-9-octa-decenyl)-N-aminoxid (OOAO). Weitere Beispiele von Amphiphilen schließen Alkylsulfonate und Alkylbenzolsul fonate ein.

Die geeignete Menge an Amphiphilen in der Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruc ker ist die Menge, die die wasserunlösliche organische Verbindung solubilisiert. Es wird fest gehalten, daß eine Mischung von Amphiphilen bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden kann. Die Bestimmung von einem gegebenen Amphiphilen und seiner Konzentration wird mit Blick auf die Lehren dieser Erfindung nicht als ein unbilliges Experimentieren erfor derlich machend betrachtet.

Bevorzugterweise wird eine Klasse von Amphiphilen, die als "hydrotrope Amphiphile" be zeichnet wird, bei der Ausführung der Erfindung verwendet. Hydrotrope Amphiphile, wie andere oberflächenaktive Mittel allgemein, dienen dazu, die unlösliche organische Kompo nente in der Tintenzusammensetzung zu solubilisieren. Hydrotrope Amphiphile führen jedoch nicht zu dem steilen Abfall der Oberflächenspannung, die mit der Verwendung anderer ober flächenaktiven Mittel verbunden ist, so daß die Verringerung der Oberflächenspannung für Tinten unter Verwendung von hydrotropen Amphiphilen bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung im Vergleich dazu im Zaum gehalten wird. Im Gegensatz dazu ist bekannt, daß der steile Abfall der Oberflächenspannung, der durch den Einbau anderer oberflächenaktiver Mittel in Tinten für Tintenstrahldrucker verursacht wird, Pfützen auf den Düsenplatten des Druckkopfes verursacht und dadurch die Tropfenausstoßeigenschaften negativ beeinflußt. Darüberhinaus erhöhen dieses oberflächenaktiven Mittel die Eindringrate der Tinte in das Papier in einem solchen Maß, daß die Kantenschärfe beeinflußt werden kann. Somit dienen hydrotrope Amphiphile dazu, die wasserunlösliche organische Verbindung zu solubilisieren ohne den damit einhergehenden Umfang an Pfützenbildung an der Düsenplatte oder den Verlust an Kantenschärfe, der im allgemeinen die andere oberflächenaktive Mittel enthalten den Tinten quält. In Situationen, wo jedoch die Kantenschärfe nicht kritisch ist, wie beim Be drucken von Textilien, können andere als hydrotrope Amphiphile als oberflächenaktive Mittel verwendet werden. Hydrotrope Amphiphile sind bevorzugt, wo Kantenschärfe kritisch ist, wie beim Drucken auf Papier.

Die hydrotropen Amphiphilen können anionisch, kationisch, oder nicht-ionischer Natur sein. Beispiele für anionische hydrotrope Amphiphile, die in geeigneter Weise bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, Natriumbenzoat, Natriumsalicylat, Natriumbenzolsulfonat, Natriumbenzoldisulfonat, Natri umtoluolsulfonat, Natriumxylolsulfonat, Natriumcumensulfat, Natriumcymensulfat und Na triumcinnamat. Beispiele für kationische hydrotrope Amphiphile, die geeignet bei der Aus führung der Erfindung verwendet werden können, schließen ein, sind aber nicht darauf be schränkt, para-Aminobenzoesäure-Hydrochlorid, Procainhydrochlorid und Coffein. Beispiele für nicht-ionische hydrotrope Amphiphile, die bei der Ausführung der Erfindung in geeigneter Weise verwendet werden können, schließen ein, sind aber darauf nicht beschränkt, Resorcinol und Pyrogallol.

Optional kann ein weiteres oberflächenaktives Mittel zu der vorliegenden Tintenzusammen setzung für Tintenstrahldrucker hinzugefügt werden. Beispiele für geeigneter Weise verwen dete weitere oberflächenaktive Mittel schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, Lacta me, wie 2-Pyrrolidone; Glykolester wie Propylenglykollaurat; Mono- und Diglykolether, ein schließlich Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolether, Diethylenglykolmonoethyl-, -butyl-, -hexylether, Propylenglykolether, Dipropylenglykolether und Triethylenglykolether; Alkohole mit mittlerer Kettenlänge wie Butylalkohol, Pentylalkohol und monologe und ho mologe Alkohole, und acetylenische Polyethylenoxide. Bevorzugerweise umfaßt das weitere oberflächenaktive Mittel, wenn ein weiteres oberflächenaktives Mittel verwendet wird, einen Alkohol mit mittlerer Kettenlänge mit von 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie iso- Propanol und Pentanol. Das weitere oberflächenaktive Mittel kann bis zu 10 Gew.-% der Tintenzusammen setzung darstellen und dient entweder als eine getrennte Komponente oder als teilweiser Er satz für das Amphiphile.

In Übereinstimmung mit den Erfordernissen dieser Erfindung können verschiedene Formen von Zusätzen in der Tinte verwendet werden, um die Eigenschaften der Tintenzusammenset zung für spezifische Anwendungen zu optimieren. Z. B. ist den Fachleuten gut bekannt, daß ein oder mehrere Biozide, Fungizide und/oder Schleimverhütungsmittel (mikrobielle Agenzi en) in der Tintenzusammensetzung verwendet werden können, wie allgemein in der Technik praktiziert. Beispiele von in geeigneter Weise verwendeten mikrobiellen Agenzien schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, NUOSEPT (Nudex, Inc.), UCARCIDE (Union Carbi de), VANCIDE (RT Vanderbilt Co.), und PROXEL (ICI America). Zusätzlich können Mas kierungsmittel wie EDTA verwendet werden, um nachteilige Wirkungen von Schwermetall verunreinigungen zu beseitigen, und Pufferlösungen können verwendet werden, um den pH der Tinte zu kontrollieren. Andere bekannte Zusätze, wie Viskositätsmodifikationsmittel und andere Acryl- oder Nicht-Acryl-Polymere können hinzugesetzt werden, um die verschiedenen Eigenschaften der Tintenzusammensetzungen wie erwünscht zu verbessern.

Die Menge an Amphiphilen, das in geeigneter Weise in einer besonderen Tintenzusammen setzung auf Pigmentbasis verwendet wird, kann auf zwei Wegen bestimmt werden, nämlich durch ein verkürztes Verfahren oder ein systematischeres Verfahren. Bei dem verkürzten Ver fahren muß man zuerst das/die organische(n) Verbindung(en) und das Wasser in einem Ver hältnis mischen, das die erwünschte Endkonzentration der Tinte widerspiegelt. Die resultie rende zweiphasige Flüssigkeit wird danach mit dem/den ausgewählten Amphiphil(en) titriert, bis eine klare Lösung erhalten wird, was die Solubilisierung der organischen Verbindung dar stellt, so daß eine einphasige Lösung erhalten wird. Ein Überschuß von etwa 1% des Amphi philen kann optional hinzugegeben werden, um eine stabile Lösung zu gewährleisten. Somit werden die geeigneten Verhältniskonzentrationen des/der organischen Verbindung(en), des Wassers und des/der Amphiphilen durch das oben beschriebene Titrationsverfahren bestimmt.

Eine systematischeres Verfahren umfaßt die Konstruktion eines Phasendiagramms, wie dis kutiert in US Patent 5,531,816, welches auf den gleichen Rechtsnachfolger wie die vorliegen de Erfindung umgeschrieben ist.

Beispiele Beispiel 1

Ein Xylolvehikel wurde hergestellt durch Kombinieren von 63 g Triton X-100 (ein oberflä chenaktives Mittel), 42 g sulfatiertes Rizinusöl und 36,5 g Xylol und dadurch insgesamt 141,5 g vorgesehen, die dann auf 1.000 g mit Wasser verdünnt wurde.

Eine mikroflüssige kapsulierte Suspension wurde hergestellt durch Kombinieren von 4,40 g Kohlenstoffschwarz und 100 g Xylolvehikel. Die Kombination wurde in ein Keramikgefäß überführt, das mit 100 g Zirkondioxidkugelmedium beschickt war und das Behältnis wurde gerollt, bis die Zusammensetzung durch einen 5 µm Filter filtriert werden konnte (gewöhnli cherweise für 24 Stunden). Alternativ erreicht Fluidisierung unter Verwendung eines Mi krofluidisiervorrichtung für eine Stunde bei einem Betriebsdruck 15,000 psi das gleiche Er gebnis. Dies zeigt an, daß die Durchschnittspartikelgröße von weniger als 500 nm erreicht wurde. AEPD (2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol) wurde hinzugesetzt, um die Leistung der Tinten zu optimieren. Die Tinten wurden durch 5 µm Filter filtriert und in Schreiber zur Ver wendung in einen DeskJet® 600 Drucker eingefüllt. Es wurde ein gutes (akzeptables) Druc ken erreicht.

Die in diesen Experimenten verwendeten Nylonfilter (erhältlich von Micron Separations, Inc. (Westborough, MA)) haben eine sehr enge Partikeltoleranz und Partikelgrößen von mehr als einigen wenigen ppm verblocken die Filter vollständig. Es ist von den Erfindern beobachtet worden, daß die durchschnittliche Partikelgröße in Mischungen, die durch 5 µm Filter filtriert werden können, nach Mahlen weniger als 500 nm, typischerweise etwa 300 nm ist.

Man hat festgestellt, daß, wenn die Partikelgröße abfiel, die Suspensionen von Pigmenten, die in Mikroemulsionen suspendiert waren, stabil wurden. Speziell entwickelten die Zusammen setzungen, die nicht durch derartige Filter filtriert werden konnten, über die Versuchszeit von drei Wochen sichtbare Sediment, wohingegen die Zusammensetzungen, die filtriert werden konnten, kein derartiges Sediment bildeten.

Beispiel 2

Die mikroflüssigen kapsulierten Festpartikel in Mikroemulsionen schienen eine spezielle mit ihnen verbundene Stabilität aufzuweisen basierend auf Größenkompatibilität auf der Basis von 10% EPH/9% SXS/H₂O-Mikroemulsion (EPH ist Ethylenglykolphenylether; SXS ist Natriumxylolsulfonat).

Ein Xylolvehikel wurde hergestellt durch Kombinieren von 63,0 g Triton X-100, 42,0 g sul fatiertes Rizinusöl und 38,5 g Xylol. Die Kombination wurde dann verdünnt mit Wasser auf 1.000g.

In einem Versuch wurde dann Kohlenstoffschwarz (3 g) mit 97 g Xylolvehikel kombiniert und in einer Kugelmühle (100 g Zirkondioxidkugeln) bei 200 upm für 24 Std. gemahlen. Wie in Beispiel 1 kann eine Mikrofluidisiervorrichtung für dieselbe Wirkung verwendet werden.

In einem weiteren Versuch wurden 6 g Kohlenstoffschwarz (Degussa) mit 57 g Xylolvehikel kombiniert und in einer Kugelmühle (60g Zirkoniumkugeln) bei 5.000 Upm für 1 Std. ge mahlen.

Die resultierende Mischung wurde dann durch ein 5 µm Filter filtriert unter Verwendung der in Beispiel 1 diskutierten Nylonfilter. Die Tinte schien homogen zu sein. Die Mischung wur de dann auf 70°C erhitzt und in Eis gekühlt. Es wurde keine Veränderung beobachtet und kein Sediment gebildet. Es wurde gefolgert, daß eine bestimmte Partikelgröße und eine Mikroe mulsionsbeziehung existiert, wobei Partikel einer bestimmten Größe durch die Ölphase be schichtet und somit "stabilisiert" werden. Wie im Beispiel 1 zeigten Tinten mit unfiltrierten Pigmenten, und somit durchschnittlichen Partikelgrößen größer als 500 nm, sichtbare Sedi mentbildung in diesem Test, ebenso wie nach drei Wochen bei Raumtemperatur.

Beispiele 3 bis 14

Die folgenden zwölf Tinten wurden hergestellt unter Verwendung dreier Vehikel (INVERT 1000, Xylol und einer Lösung aus 9% EPH und 9% SXS in Wasser, und vier Pigmenten, zwei schwarze (Hostafine Schwarz T und Hostafine Schwarz TS) und zwei magenta-farbene (Hostafine Rubin F6B und Imperon Brilliant Rosa K). Die Tabelle unten stellt die Beziehung zwischen den Kombinationen und speziellen Beispielen her.

8 g des Pigments wurden mit ausreichendem Vehikel gemischt, um 100 g Mischung zu bil den. Die Tinten wurden auf Walzen gegeben und mit Zirkondioxidkugelmedium für 24 Std. gemahlen, gefolgt von Filtration durch den in den Beispielen 1 und 2 diskutierten 5 µm Filter.

Die Tinten wurden visuell untersucht, indem durch Filme gesehen wurde, die nach einem kur zen Schütteln auf Kappen und Wänden eines Behältnisses gebildet waren, mit den folgenden Ergebnissen:

BEISPIEL
BEOBACHTUNG
3	homogen
4	partikulär, erschien aber fast homogen
5	partikulär - benötigt Benetzungsmittel
6	homogen
7	homogen
8	partikulär - benötigt Benetzungsmittel
9	homogen
10	homogen
11	homogen
12	homogen
13	homogen
14	homogen

Anmerkungen

1. Instabile Zusammensetzungen (Beispiele 4 und 8) zeigten suspendierte Partikel mit unbewaffneten Auge bei Raum (Labor)-Beleuchtung; es bedurfte keiner Vergröße rung.
2. Nur zwei der zwölf Tinten bedurften eines Benetzungsmittels und beide basierten auf EPH.

Es wurde gefolgert, daß Pigmente mit weniger als 500 µm in Mikroemulsionen im allgemei nen ein außergewöhnlich stabiles System bilden hinsichtlich des Ausbleibens von Sediment bildung wenn entweder gemessen wird bei Raumtemperatur nach drei Wochen oder wenn das System 70°C für 10 min., gefolgt von Exposition für 10 min. bei 0°C ausgesetzt war. Ein der artiges Fehlen von Sedimentbildung wird nicht bei Pigmenten beobachtet, die eine Durch schnittspartikelgröße von mehr als 500 µm aufweisen. Die bei der Ausführung der vorliegen den Erfindung verwendeten Pigmente sind nicht chemisch modifiziert und benötigen kein Dispersionsmittel.

Die stabilen Zusammensetzungen von nano-partikulären unmodifizierten Pigmenten in wäß rigen Mikroemulsionen werden Anwendung finden beim Tintenstrahldrucken.

Somit wurden stabile Zusammensetzungen von nano-partikularen unmodifizierten Pigmenten in wäßrigen Mikroemulsionen und ein Verfahren zur Herstellung derselben offenbart. Es wird für die Fachleute leicht ersichtlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikatio nen vorgenommen werden können und daß alle derartigen Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Ansprüche fallen.

Die in der obigen Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung von Bedeutung sein.

Claims

1. Stabile Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker zum Tinten strahldrucken umfassend:

a) wenigstens ein Pigment mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 500 nm;
b) wenigstens eine wasserunlösliche organische Verbindung;
c) wenigstens ein Amphiphiles; und
d) Wasser.

2. Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wo bei das wenigstens eine Pigment eine Partikelgröße von etwa 300 nm oder weniger auf weist.

3. Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wo bei das wenigstens eine Pigment eine Konzentration aufweist, die von etwa 0,1 bis 15 Gew.-% reicht.

4. Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wo bei die wasserunlösliche organische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, die was serunlösliche Monoglykolether; wasserunlösliche Polyglykolether; wasserunlösliche Mo noglykolphenylether; wasserunlösliche Polyglykolphenylether; wasserunlösliche N- substituierte 2-Pyrrolidone; Monoglykolester; Polyglykolester und wasserunlösliche Kohlenwasserstoffe umfaßt.

5. Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wo bei das Amphiphile ausgewählt ist aus der Gruppe, die Aminoxide, Alkylsulfonate und Alkylbenzensulfonate umfaßt.

6. Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wo bei das Amphiphile ein hydrotropes Amphiphiles ist, das ausgewählt ist der Gruppe, die Natriumbenzoat, Natriumsalicylat, Natriumbenzensulfonat, Natriumbenzendisulfonat, Natriumtoluolsulfonat, Natriumxylolsulfonat, Natriumcumensulfonat, Natriumcymensul fonat, Natriumcinnamat, para-Aminobenzoesäure-Hydrochlorid, Procain-Hydrochlorid, Coffein, Resorcinol und Pyrogallol umfaßt.

7. Ein Verfahren zum Bilden der stabilen Tintenzusammensetzung auf Pigmentbasis für Tintenstrahldrucker nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfaßt

a) Vorsehen von Partikeln von dem wenigsten einen Pigment; und
b) in beliebiger Reihenfolge
- (i) Bilden einer Mikroemulsion von dem wenigstens einen Pigment in einem Ve hikel, das die wenigstens eine nicht mit Wasser mischbare organische Verbin dung, das wenigstens eine Amphiphile und das Wasser umfaßt; und
- (ii) Verringern der Größe der Partikel auf eine durchschnittliche Partikelgröße un terhalb etwa 500 nm.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Partikel des Pigmentes hinsichtlich ihrer Größe entweder durch Mahlen mit einer Kugelmühle oder Mikrofluidisierung verkleinert wer den.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Partikel des Pigmentes weiter durch einen Filter mit 5 µm Poren filtriert werden, nachdem sie hinsichtlich ihrer Größe verkleinert worden waren.