DE2511902C2

DE2511902C2 - Aqueous ink for the inkjet process

Info

Publication number: DE2511902C2
Application number: DE19752511902
Authority: DE
Inventors: Ehrenfried Dipl.-Chem. 2940 Wilhelmshaven Loock
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: Olympia Werke AG
Filing date: 1975-03-19
Publication date: 1977-03-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Tinte nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an ink according to the preamble of claim 1.

Aus der DT-AS 21 64 614 ist beispielsweise ein Tintenspritzverfahren bekanntgeworden, bei dem in einem Spritzkopf kurzzeitige Drücke erzeugt werden, die zu einem Tintenaustritt aus kapillaren Düsen und zum Abriß dieser in Tropfenform führen. Damit nun Tinte für derartige Spritzverfahren geeignet ist, ist die Einhaltung bestimmter Parameter notwendig. So setzt ein sauberes Schriftbild unter anderem gleichgroß geformte Tintentropfen voraus. Diese sind einerseits abhängig von der Düsengeometrie und der Gestaltung der Abrißebene. Andererseits muß die Tinte eine möglichst hohe Oberflächenspannung aufweisen. Die Tintennachführung in dem Spritzkopf, beispielsweise aus einem Tintenreservoir, erfolgt oftmals ohne Druck in Kapillaren. Um jedoch eine hohe Spritzgeschwindigkeit zu erreichen, muß für die verwendete Tinte eine niedrige Viskosität gefordert werden. Die Auswahl von geeigneten Tinten wird auch eingeschränkt einerseits durch ihr Eintrocknungsverhalten. Bei ruhendem Spritzsystem darf nach längeren Spritzpausen kein Auskristallisieren von Tintenbestandteilen im Spritzkopfbereich erfolgen. Andererseits darf keine Oberflächenfilmbildung durch Wasserverdunstung in der Düsenöffnung auftreten. Eine geringfügige Erhöhung der Viskosität im Bereich der Düse führt jedoch nicht zum Ausfall des Spritzsystems; ein nach einer Betriebspause zunächst zu spritzendes Zeichen wird aber ungenau dargestellt. Die Nachführung von Lösungsmitteln, wie hier Wasser, in den Verdunstungsbereich der Düsenöffnung erfolgt über lange Kapillarsysteme. Hier sind für die Tinte im Düsenaustrittsbereich bei längeren Standzeiten ähnliche physikalische Eigenschaften zugrunde zu legen, wie sie ein Tintentropfen ohne Lösungsmittelzufuhr erfährt bei normalen Umweltbedingungen wie Temperatur- und Luftfeuchtigkeitseinnuß. Es ist somit auch eine Tinte gefordert, die bei weitergehender Verdunstung flüssig bleibt und die keine Feststoffe ausscheidet.From DT-AS 21 64 614, for example, an ink spray method has become known in which in Short-term pressures are generated by a spray head, leading to an ink discharge from capillary nozzles and lead to the demolition of these in the form of drops. So that ink is now suitable for such spraying processes, compliance with certain parameters is necessary. So sets a clean typeface among other things uniformly shaped ink drops ahead. These are on the one hand dependent on the nozzle geometry and the Design of the demolition level. On the other hand, the ink must have as high a surface tension as possible. The ink replenishment in the spray head, for example from an ink reservoir, often takes place without pressure in capillaries. However, in order to achieve a high injection speed, must be used for the Low viscosity ink is required. The selection of suitable inks will also limited on the one hand by their drying behavior. If the spray system is not running, it may be used for a longer period of time Spray breaks, there is no crystallization of ink components in the spray head area. on the other hand there must be no surface film formation due to water evaporation in the nozzle opening. However, a slight increase in viscosity in the area of the nozzle does not lead to failure of the Spray system; however, a character that is initially to be injected after a break in operation becomes imprecise shown. The tracking of solvents, such as water here, in the evaporation area of the The nozzle is opened using long capillary systems. Here are for the ink in the nozzle exit area based on physical properties similar to those of an ink drop without the addition of solvents experiences such effects as temperature and humidity under normal environmental conditions. An ink is therefore also required that remains liquid as evaporation continues and which does not separate any solids.

Zur Vermeidung des Eintrocknens werden bei einer im Handel erhältlichen Tinte auf Wasserbasis Feuchthaltemittel wie beispielsweise Glyzerin zugesetzt. Dieser Zusatz erhöht jedoch die Viskosität. Die Farbintensität der Tinte ist bestenfalls ausreichend. Ihr pH-Wert liegt bei 1,8 im Vergleich zu einem für das Spritzen nach obigem Verfahren günstigen pH-Wert von 4—5.To avoid drying out, a commercially available ink is water-based Humectants such as glycerine added. However, this addition increases the viscosity. the The color intensity of the ink is sufficient at best. Their pH value is 1.8 compared to a favorable one for spraying according to the above method pH 4-5.

Id der DT-OS 2132 324 ist eine Schreibtinte beschrieben worden, die unter geringem hydrostatischem Druck der Schreibfeder eines Schreibwerkes zugeführt wird. Die Schreibtinte weist neben dem Hauptbestandteil Wasser kleinere Anteile eines wasserlöslichen niederen Alkyläthers von Äthylen- oder Diäthylenglykol auf, wasserlösliche Farbstoffe undA writing ink is described in the DT-OS 2132 324 been fed under low hydrostatic pressure to the pen of a writing mechanism will. In addition to the main component water, writing ink has smaller proportions of a water-soluble one lower alkyl ethers of ethylene or diethylene glycol, water-soluble dyes and

ίο ein wasserlösliches Harz der Polyvinylpyrrolidon- und Polyäthylenoxydgruppe. Durch die alkylätherischen Substanzen wird im wesentlichen die Oberflächenspannung der Tinte stark herabgesetzt und die Bildung von Tropfen beim Ausstoß der Tinte aus Spritzköpfen der eingänglich genannten Art ist ausgeschlossen. In längeren Nicht-Spritzzeiten bildet sich in der Austrittsöffnung der Düse ein zäher FUm anstelle des flüssigen Meniskus, der durch die Impulse eines Kompressionssystems mit einem Keramik-ίο a water-soluble resin made of polyvinylpyrrolidone and polyethylene oxide group. The surface tension is essentially controlled by the alkyl ether substances of the ink and the formation of droplets when the ink is ejected Spray heads of the type mentioned at the beginning are excluded. Forms in longer periods of non-spraying There is a viscous FUm in the outlet opening of the nozzle instead of the liquid meniscus caused by the impulses a compression system with a ceramic

ao schwinger nicht durchschossen werden kann. Äther der hier genannten Art sind giftig. Die angeführten Aminenzusätze dienen dazu, den pH-Wert einzustellen und die sauren Zusatzstoffe zu neutralisieren. Mit der hier aufgezeigten Tinte können die im Ein-ao Schwinger cannot be shot through. Ethers of the kind mentioned here are poisonous. The listed Amine additives are used to adjust the pH value and to neutralize the acidic additives. The ink shown here can be used to

»5 gang beschriebenen Parameter nicht eingehalten werden.»The parameter described in the 5th gear was not observed will.

Des weiteren sind in der DT-OS 21 60 475 Tinten beschrieben worden zur Verwendung im Strahldruckverfahren. Als farblieferndes Material wird ein wasserlöslicher Farbstoff verwendet oder ein Gemisch solcher Farbstoffe. Diese Tinten beinhalten weiterhin ein Feuchthaltesystem, welches die Viskosität trotz Wasserve.lust aus der Tinte nicht nachteilig beeinflußt. Das Feuchthaltesystem basiert auf einem Gemisch niederen Alkoxytriglykols. Die Alkoxyglykole führen zu einer starken Herabsetzung der Oberflächenspannung. Wie auch bei der vorangenannten Tinte werden in starkem Maße Kohlensäure der Luft entzogen, wodurch der pH-Wert absinkt. Bei der Verwendung organischer Farbstoffe kommt es zu Niederschlagsbildungen.Furthermore, in DT-OS 21 60 475 inks has been described for use in jet printing. A water-soluble material is used as the color-providing material Dye used or a mixture of such dyes. These inks still contain a moisture retention system which does not adversely affect the viscosity despite the loss of water from the ink. The humidification system is based on a mixture of lower alkoxy triglycols. The alkoxy glycols lead to a strong reduction in surface tension. As with the previous one Inks, carbonic acid is removed from the air to a large extent, which causes the pH value to drop. at the use of organic dyes leads to the formation of precipitates.

In der US-PS 37 05 045 ist im wesentlichen die Verwendung und Eignung von Triarylmethanfarbstoffen für Tinten beschrieben worden. Zusätze zur Tinte wie Glykole dienen hier der Vermeidung von Auskristallisationen. Es wird davon ausgegangen, daß Mischungen basischer und saurer Farbstoffe schwerlösliche Niederschläge ergeben. Das gezeigte Verfahren ist an die angegebenen Farbstoffklassen gebunden und es müssen sehr genaue Mischungsverhältnisse eingehalten werden.In US-PS 37 05 045 is essentially the use and suitability of triarylmethane dyes for inks have been described. Additives to the ink such as glycols are used here to avoid Crystallizations. It is assumed that mixtures of basic and acidic dyes result in poorly soluble precipitates. The procedure shown is to the indicated dye classes bound and very precise mixing ratios must be adhered to.

Des weiteren ist in der US-PS 17 87 233 die Verwendung von Citronensäure als Zusatz zur Tinte beschrieben worden. Hierdurch soll im wesentlichen der Schmelzpunkt des Gemisches gesenkt werden.Furthermore, in US-PS 17 87 233 the use of citric acid as an additive to the ink has been described. This is essentially intended to lower the melting point of the mixture.

Der pH liegt bei Werten um 1, wodurch die Tinte für Spritzköpfe und insbesondere solche aus Metall nicht geeignet erscheint.The pH is around 1, which means that the ink for spray heads, and especially those made of metal, does not seems suitable.

Die Aufgabe, der Erfindung liegt in der Schaffung einer Tinte, die den geforderten Parametern gerecht wird.The object of the invention is to create an ink which meets the required parameters will.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einer wäßrigen Tinte auf der Grundlage eines wasserlöslichen Farbstoffes und eines Feuchthaitemittels dadurch, daß diese einen wasserlöslichen Triphenylmethanfarbstoff und ein Puffergemisch aus zumindest einer organischen Hydroxycarbonsäure und einem wasserlöslichen Amin enthält.This object is achieved with an aqueous ink based on a water-soluble dye and a humectant in that it is a water-soluble triphenylmethane dye and a buffer mixture of at least one organic hydroxycarboxylic acid and one water-soluble one Contains amine.

Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß ein nicht erfolgen. Ein minimaler, gleichmäßiger Hä-Ausscheiden von Partikeln aus der Tinte verhindert caenabtrag ist hierbei vernachlassigbar. Lia ourcn und die Oberflächenspannung hochgehalten wird. Korrosion der pH-Wert geändert wird und sich dem-Bei weitgehender Wasserverdunstung hält die Puffer- zufolge die Konzentration der im Wasser raaov lösung die Tinte im Gleichgewicht, so daß außer 5 schwer löslichen Leukobase des Tnphenyimetnan-Wasser keine organischen Lösungsmittel gebraucht farbstoffes erhöht, wird durch die Puöeriosuog werden. Die Tinte ist wasserbindend. Eingedickte nach dem Erfindungsgedanken eine Stabilisierung aer Tinte ist erneut lösbar. Der pH-Wert der Tinte ist Tinte erreicht. Durch Zusatz einer Saure die im über die Pufferlösung einstellbar und es wird über richtigen pH-Bereich eine starke Pufferwirkung Dedie Einstellung des pH-Wertes eine maximale Färb- io wirkt, wurde eine Optimierung der Farbintensitat intensität erreicht ohne Erhöhung der Farbkonzen- bewirkt . _o .Advantages of the invention are that one does not take place. A minimal, even precipitation of particles from the ink prevents caenal removal and is negligible. Lia ourcn and the surface tension is kept high. Corrosion, the pH value is changed and the - with extensive evaporation of the water, the buffer - according to the concentration of the solution in the water keeps the ink in equilibrium, so that apart from the poorly soluble leuco base of the phenyimetnane water, no organic solvent used dye is increased be through the Puöeriosuog. The ink is water-binding. Thickened according to the inventive idea a stabilization of the ink can be released again. The ink has reached the pH value. By adding an acid which can be adjusted via the buffer solution and a strong buffer effect is achieved over the correct pH range. The setting of the pH value has a maximum color, an optimization of the color intensity was achieved without increasing the color concentration. _o .

tration. Im Düsenbereich eingedickte Tinte verringert Darüber hinaus lassen sich aus technischen urun-tration. Ink thickened in the nozzle area is reduced.

das Problem des Abdichtens der Düsenöfmungen im den die für das Spritzverfahren angewandten Kainsbesondere Nicht-Betriebszustand eines Tinten- pillarkanäle der Svsteme nicht ohne größere Schwiespritzschreibwerkes. *5 rigkeiten strömungsgünstig herstellen. Durch einenthe problem of sealing the nozzle orifices in particular those used for the spraying process The non-operating state of an ink pillar channel of the system is not possible without a larger sweat-spray writing unit. * Create 5 fluidities in a streamlined manner. Through a

^PIm folgenden soll ein Beispiel für eine Tinte er- Zusatz von 0,2 bis 0,5 PolyäAylengtykol konnte läutert werten, eine wesentliche Verbesserung der Stromungseigen- ^P The following is an example of an ink - the addition of 0.2 to 0.5 polyalkylene glycol could be used as a refinement, a significant improvement in the flow properties.

Auferund von Untersuchungen hat sich in dem schäften erreicht werden.More and more research has been achieved in the stores.

Farbstoff »Tintenblau BJTN« - ein Triphenyl- Mit der folgenden Tintenmischung wurde gegen-Dye »Ink blue BJTN« - a triphenyl- The following ink mixture was used against-

methanfarbstoff — als geeignet erwiesen. Da sowohl ao über der angeführten bekannten Tinte eine wesentdie Farbintensität als auch die Wasserlöslichkeit von liehe Verbesserung erreicht: Farbstoffen dieser Art stark von dem pH-Wert ab- _a) jq bis 20 g »Tintenblau BJTN«/1methane dye - proven suitable. Since both ao above the listed known ink a substantial improvement in color intensity and water solubility are achieved: dyes of this type strongly depend on the pH value from _a ) jq up to 20 g "ink blue BJTN" / 1

hängen, wurde gefunden, daß es zur Aufrechterhai- _b) 80 bis 100 ml 9O°/oiges Diäthanolamin/1 tung eines optimalen pH-Wertes zweckmäßig ist, ein _c) go bis 100 g Citronensäure · H 20/1.hanging, it has been found that it is _{useful to maintain b} ) 80 to 100 ml 90% diethanolamine / 1 _{maintenance of an optimal pH value, c} ) up to 100 g citric acid · H 20/1.

Puffersvstem zu verwenden, das dem Farbstoff von 25 . ,To use buffer systems that match the dye of 25. ,

seinem Aufbau her gerecht ist, ohne die zuvor ge- Durch die Pufferlösung nach a) undIc) wird derits structure is fair, without the previously generated by the buffer solution according to a) and

nannten Forderungen an dieTinte zu vernachlässigen. pH-Wert auf 4 bis 5 eingestellt. Die Anteilewerden Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen in Wasser eingesetzt in der angegebenen Folge.^ Anfinden metallische Werkstoffe zur Herstellung von stelle von Citronensäure assen sich andere Hydroxy-Tintenspritzköpfen Verwendung. Ein Verbrauch von 30 Carbonsäuren wie Apfelsaure Gluconsaure Wein SSnen, wie er durch Korrosion der wäßrigen Färb- säure u. ä verwenden Anstelle von D.aAanolamm Stofflösung an Metalloberflächen oder durch Metall- ist Äthanolamini> Athylendiamir^u a,zu ™™*™l· oxyde auf Aufzeichnungsträgern erfolgen kann, wirkt Hierbei entscheidend ist, daß sämtliche Bestandteile sich in der Farbintensität aus. Entscheidend ist, daß der Tinte keine längeren ^a'f ^ ^rfilchenSndurch Korrosion über längere Zeiträume Nieder- 35 tischen Reste enthalten, die die Oberflachenspan Schlagsbildungen der Metallionen mit dem Farbstoff nung stark herabsetzen.demands on the ink are negligible. pH adjusted to 4 to 5. For technical and economic reasons, the proportions are used in water in the order given. ^ Finding metallic materials for the production of citric acid were replaced by other hydroxy ink spray heads. A consumption of 30 carboxylic acids such as malic acid SSnen gluconic wine when it acid and corrosion of aqueous dyes. Ä use instead of D.aAanolamm acid solution on metal surfaces or metal is Äthanolamini> Athylendiamir ^ among other things, to ™™ * ™ l · oxyde can take place on recording media, the decisive factor here is that all components have an effect in terms of color intensity. It is crucial that the ink no longer ^a 'f ^ ^ rfilchenSndurch corrosion contain 35 tables residues over extended periods of low that the upper flat sear striker developments of the metal ions with the dye voltage greatly reduce.

Claims

Patent claims:

1. Aqueous ink for the ink jet process based on a water-soluble dye and a humectant, thereby characterized in that they contain a water-soluble triphenylmethane dye and a buffer mixture of at least one organic hydroxycarboxylic acid and one water-soluble Contains amine

2. Aqueous ink according to claim 1, characterized in that the buffer mixture consists of Citric acid and triethanolamine consists

3. Aqueous ink according to claim 1, characterized in that it contains 0.2 to 0.5% by weight of polyethylene glycol