DE2551242A1 - Fluoreszierende druckfarbe fuer das strahldrucken - Google Patents
Fluoreszierende druckfarbe fuer das strahldruckenInfo
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Description
Beschreibung zu der Patentanmeldung
A.B. Dick Company
5700 West Touhy Avenue, Niles, Illinois/U.S.A.
5700 West Touhy Avenue, Niles, Illinois/U.S.A.
betreffend
Fluoreszierende Druckfarbe für das Strahldrucken
Fluoreszierende Druckfarbe für das Strahldrucken
Die Erfindung betrifft eine wäßrige Druckfarbe für das Strahldrucken, die unter UV-Anregung fluoresziert und bis zu
2 Gew.-% Fluoreszenzfarbstoff und ein Bindemittel gelöst enthält in einer solchen Menge, daß die Viskosität nicht mehr
als 20 cP beträgt. Vorzugsweise enthält die wäßrige Druckfarbe einen Fluoreszenzaufheller und/oder Fluorescein oder
dessen Salze.
Zum Strahldrucken wird auf Technical Report No. 1722-1 der Stanford University Electronics Research Laboratory vom
März 1964 "High Frequency Oscillography With Electrostatically
Deflected Ink Jets" verwiesen. Beim Strahldrucken wird die Druckfarbe oder Tinte aus einem unter Druck stehenden Vorratsbehälter
durch eine sehr enge Düse (im allgemeinen mit einem Durchmesser von etwa 61 /um) als Strahl freigesetzt, welche
elektromagnetisch durch Magnetorestriktion oder piezoelektrisch betätigt wird, um einen ununterbrochenen Strom von gleichmäßigen
Tröpfchen mit 30 bis 75 kHz zu liefern. Der Tröpfchen-
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strom ist auf eine laufende Fläche wie eine Papierbahn gerichtet
und wird mit Hilfe eines Video-Signals aus einem elektronischen Schreibgerierator mit Hilfe eines elektrostatischen
Ablenksystems so gesteuert, daß die Druckzeichen entstehen.
Ursprünglich wurden als Tinten für das Strahldrucken handelsübliche Füllfedertinten angewandt. Diese zeigten sich
jedoch als nichtgeeignet, da sie häufig feste Farbstoffteilchen oder andere Feststoffe enthielten, die zu einem
Verstopfen der sehr engen Düsen führen. Eine der wichtigsten Voraussetzungen für Farben für das Strahldrucken ist,
daß sie vollkommen frei sind von feinteiligen Stoffen, die sich abfiltrieren lassen und eine B'einheit von unter 5» vorzugsweise
unter 1 /um haben.
Bin weiteres Problem beim Strahldrucken ist die
Tendenz der Druckfarbe zum Eintrocknen nach schon kurzer Zeit oder über Nacht. Die eingetrocknete Druckfarbe verstopft
die Düse oder behindert bei Wiederinbetriebsetzung des Strahldruckers den Austritt eines homogenen Tröpfchenstrahls. Eine weitere Voraussetzung für eine zum Strahldrucken
brauchbare Druckfarbe ist also, daß sie in der Düse nicht eintrocknet.
Aus der US-PS 3 705 043 ist eine wäßrige Druckfarbe für das Strahldrucken bekannt, welche eine stark infrarotabsorbierende
Substanz aufweist, sodaß sich damit im IR sichtbare Informationen drucken lassen,und welche ein
Feuchthaltemittel enthält, um das Problem des Eintrocknens
zu überwinden.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Druckfarbe für das Strahldrucken, die eine feststellbare Fluoreszenz bei
UV-Anregung zeigt, die im wesentlichen frei ist von feinteiligen Stoffen, wie sich bei der Filtration zeigt* ohne
nennenswerten Verlust an Empfindlichkeit, in der der
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Fluoreszenzfarbstoff nicht aispergiert ist, sodaß auch kein
Problem des Absetzens besteht, wobei durch Wasser als Lösungsmittel
die Feuergefahr ausgeschaltet ist und die Möglichkeit der Rückleitung praktisch ohne Verlust an flüchtigen
Bestandteilen gegeben ist, welche in dem Strahldrucker außer Betrieb lange Zeit verbleiben kann, ohne daß
es zu einem Eintrocknen und Verstopfen der Düse kommt,bei welcher beträchtliche Variationsmöglichkeit durch Veränderung
des Verhältnisses von Fluoreszenzfarbstoffen zu Verstärkern (intensifiers) bestehen und bei welcher
durch entsprechende Auswahl der Fluoreszenzfarbstoffe der gesamte Farbbereich von weiß über gelb-grün bis rot
erreichbar ist.
Die erfindungsgemäße wäßrige Druckfarbe enthält nun gelöst einen oder mehrere Fluoreszenzfarbstoffe und ein
oder mehrere Bindemittel zur Anwendung auf den verschiedensten Druckträgern wie verschiedene Papierarten und -Sorten.
Beispiele für nach der Erfindung brauchbare wasserlösliche Fluoreszenzfarbstoffe sind Fluorescein und Eosinfarbstoffe,
Rhodamine wie Rhodamin 7G, Rhodamin 6G Base (C.I. basisch-rot 1) und Rhodamin BX (basisch-viollet 10)
das ist m-Diäthylamino-phenolphthaleinhydrochlorid.
Die Konzentration an Fluoreszenzfarbstoffen kann über weite Grenzen variieren, abhängig etwas von dem jeweiligen
Farbstoff und den anderen in der Druckfarbe enthaltenen Stoffen.Im allgemeinen eignen sich Fluoreszenzfarbstoffkonzentrationen
von nur 0,0005 bis hinauf zu etwa 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 1 Gew.-?i>, wenn Fluorescein
als Farbstoff angewandt wird, und 0,001 bis 0,1 Gew.-% für Rhodamin- oder Eosinfarbstoffe.
Höhere Farbstoffkonzentrationen über 2 Gew.-% bieten
keine Vorteile mehr. Im Hinblick auf die Fluoreszenz kann es sogar nachteilig sein, höhere Konzentrationen als
2 Gew.-% wegen eventuell auftretender Interferenzen anzuwenden.
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Als in Wasser lösliche Bindemittel verwendet man nieder- bis mediummolekulare Kunststoffe, die sich nicht
nachteilig auswirken auf die Fluoreszenz der Farbstoffe bei Anregung mit UV-Strahlung. Beispiele hierfür sind
Styrol-Acrylsäuremischpolymere (Joncryl 60 oder 70), Polymere von Styrol- und Maleinsäureanhydrid, Polyvinylpyrrolidone,
Hydroxyäthylcellulose und Hydantoinformaldehydharze (US-PS 3 429 825). Der Anteil an Bindemittel kann
schwanken und wird praktisch nur durch die für das Strahldrucken erforderliche Viskosität von 1 bis 20, vorzugsweise
1,5 bis 10 cP und durch die Leitfähigkeit der Druckfarbe ausgedrückt als Widerstand von
<1000, vorzugsweise < 500 iQ .cm begrenzt".
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckfarbe enthält diese noch gelöst einen
Fluoreszenzaufheller, der zusammenwirkt mit dem Fluoreszenzfarbstoff zu einer wesentlichen Steigerung der
Fluoreszenz bei gleicher Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff oder um bei gleicher verfügbarer Fluoreszenz
geringere Konzentration an Fluoreszenzfarbstoff in der Druckfarbe zuzulassen. So ist beispielsweise Fluorescein
(Säuregelb 73) ein hervorragender Fluoreszenzfarbstoff mit maximaler Fluoreszenz bei 527 nm (Perkin-Elmer 204
Fluoreszenzspektrophotometer). Fluorescein kann nur eine gegebene Menge von UV-Licht ,absorbieren, welches von einer
üblichen Quecksilberdampflampe bei 365 nm abgestrahlt wird.
Der Aufheller absorbiert jedoch auch bei 365 nm und reemittiert bei 460 nm. Diese Emissionsbande liegt sehr knapp
beim Maximum des Fluoresceins, sodaß man sagen kann, daß das Fluorescein so wirkt, als ob es mit größerer Beleuchtungsdichte
als sie üblicherweise zur Verfügung steht,angeregt wurden ist.
Durch Zugabe des Fluoreszenzaufhellers kann man die Fluoreszenz der Kombination bis auf das 5-fache des ursprünglichen
Werts steigern. Beste Ergebnisse erhält man,
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wenn die Hauptwellenlänge des Aufhellers zusammenfällt mit der Absorptionsbande des Fluoreszenzfarbstoffs. Man sollte
jedoch darauf achten, keine Aufheller zu verwenden, die eine Absorptionskurve besitzen, welche die Fluoreszenz des
Farbstoffs nachteilig beeinflußen könnte.
Im folgenden werden Beispiele für Fluoreszenzaufheller, die zusammen mit Fluoreszenzfarbstoffen erfindungsgemäß
angewandt werden können,angegeben. Die Messungen erfolgten mit einem Perkin-Elmer 204 Fluoreszenzspektrophotometer.
Kombinations-Emissionsmaximum
% bei 525-530 nm 100
40 40 60 50 40 40 20
Bei Fluoreszenzfarbstoffen mit anderen maximalen Absorptionen wie etwa 510 bis 550 nm können sich auch Vorteile
durch zusätzliche Lichtemission durch Kombination mit so verstärkenden Fluoreszenzaufhellern ergeben. So
fluoresziert Rhodamin BX (CI. basisch-viollet 10) relativ
wenig bei Anregung mit 363 nm. Diese wird unterstützt
durch Zugabe von Fluorescein,jedoch mehr erbringt die Kombination mit einem oder mehreren Aufhellem gegebenenfalls
mit noch zusätzlich Fluorescein. Wie oben bereits darauf hingewiesen, ist es erfindungsgemäß besonders wünschenswert,
den Farbstoff mit einem "Verstärker" zu kombinieren, da die Farbstoffe nur in geringer Konzentration
fluoreszieren. Versucht man die Intensität der Fluores-
../6 809821/0321
| Fluoreszenz | Ci. | Emissions |
| aufheller | 158 | maximum nm |
| »Calcofluor ABT» | 465 | |
| "Calcofluor A2RT» | 25 | 440 |
| "Blancophor SV" | 47 | 440 |
| "Tinopal GS" | 30 | 460 |
| "Leucophor BSV/" | 102 | 450 |
| "Paper White SP" | 28 | 440 |
| »Paper White BP" | 440 | |
| ohne Aufheller | ||
- 6 - 1Α-47 307
zenz durch zusätzliche Farbstoffmengen zu erhöhen, so kann
das zu einer Selbstlöschung und damit Verringerung der Fluoreszenz führen.
Es konnte gezeigt werden, daß ein Farbstoff wie Rhodamin in seiner Fluoreszenz verstärkt werden kann durch
Kombinieren mit Fluorescein und gegebenenfalls noch mit einem optischen Aufheller,wobei jedoch das gesamte (eingestrahlte)
Licht nicht erhöht wird. Rhodamin wird verstärkt durch die Emission des Fluorescein. Eine Kombination mit
einer minimalen Menge an Rhodamin gibt eine Spektrophotometerkurve
mit einer Bande zwischen 520 und 530 nm bei
zunehmendem Rhodamin, sodai3 sich eine Kurve mit 2 Maxima
bei 53O bzw. 580 nm ergeben kann. Mit noch mehr Rhodamin
zeigt die Kurve ein Maximum bei 58Q nm mit einer schwachen
Bande bei 530 nm.
Vorteile erreicht man in erfindungsgemäßen Druckfarben mit einem Fluoreszenzaufheller in einer Menge von
0,05 bis 5 Gew.-pü, vorzugsweise 0,1 TdIs 2 Gew.-%, "bezogen
auf Druckfarbe. Wenn Fluorescein oder dessen löslicnes Alkalisalz als Aufheller zur Anwendung gelangt und gegebenenfalls
auch, noch ein Fluoreszenzaufheller obiger Art Verwendung findet, so sollte die Fluoreseeinmenge zwischen
O,Ö5 und 1 Gew.— % der Druckfarbe ausmachen.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.
13,4 Gew.-l£ einer 15-^igen wäßrigen Styrol-Maleinsäureanfayclr
idharzlö sxmg ,
5>O Gew,-?4 einer 2ö-?ä>igen wäßrigen S-fcyrol-Acrylsäure-Polyjae
rlösung,
66,1 Gew„-$ä Wasser»
8 Gew. -% Diäthylenglykolmethyläther,
4 Gew.-% Diäthyleiiglykolb-atyläther,
..77
60 9821/09 21
- 7 - 1A-47
1 Gew.-% N-Methyl-2-pyrrolidon, 1 Gew.-% Morpholin,
0,75 Gew.-% Aufheller "Paper White BP",
0,75 Gew.-96 Fluoreseein-Natrium.
Diese Druckmasse zeigte eine grünlich-gelbe Fluoreszenz mit einem Maximum (Perkin-Elnier) von 530 nm und eine
10-%ige Empfindlichkeit (respons).
Eine Druckfarbe mit einem Maximum bei 530 nm und einer Empfindlichkeit von 26 % enthielt
13»4 % 15-%ige wäßrige Styrol-Maleinsäureanhydridharzlösung,
5 % einer wäßrigen 20-%igen Styrol-Acrylsäurepolymerlösung,
66,5 % Wasser,
8 % Diäthylenglykolmethyläther, 4 % Diäthylenglykolbutyläther,
1 % N-Methyl-2-pyrrolidon, 1 % Morpholin,
0,15 % Aufhellerlösung "Paper White SP", 0,75 % Natriumsalz des Fluorescein.
Eine Druckfarbe mit einem Maximum bei 530 nm und 100-%iger Empfindlichkeit enthielt
75,45 % deionisiertes, filtriertes Wasser, 2,48 % Aufhellerlösung "Calcofluor ABT",
4,13 % Morpholin,
14,87 % wäßrige 20-%ige Lösung von Polystyrolacrylat und
0,07 % Natriumsalz des Fluorescein.
Eine Druckfarbe mit einem Maximum von 573 nm und einer Empfindlichkeit von 58 % enthielt
• ../8
603821/0921
- 8 - 1A-47 307
79,71 % filtriertes, deionisiertes Wasser, 2,517 % Aufheller nach Beispiel 3,
2,601 % Morpholin,
15,103 % 20-$ige wäßrige Polystyrolacrylatlösung,
0,067 % Natriumsalz des Fluoresceins, 0,0013 % Rhodamin B extra.
Eine Druckmasse mit einem Maximum bei 580 nm und einer Empfindlichkeit von 18 % enthielt
40,15 % filtriertes, deionisiertes Wasser,
2.4 % Aufheller des Beispiels 3,
2.5 % Morpholin,
49 % einer wäßrigen 20-%igen Polystyrolacrylatlösung,
5,4 % Emulgator (Isopropylnaphthalinsulfonsäure)
0,15 % nichtionisches oberflächenaktives Mittel (Surfynol 104),
0,21 % Natriumsalz des Fluoresceins, 0,04 % Rhodamin B extra,
0,15 % Äthylenglykol.
0,15 % Äthylenglykol.
Die Druckfarben der Beispiele 1 und 2 geben eine grünlich-gelbe Fluoreszenz und der Beispiele 3 bis 5 hellorange
.
Die Druckfarben der Beispiele 4 und 5 haben höhere Intensität bei größeren Wellenlängen und sind daher besser
geeignet zum Strahldrucken bei strichförmiger Kodierung zum
Abtasten mit elektronischen Geräten, zum Auslesen oder für das Sortieren.
Die in den Beispielen 1 und 2 genannten Diäthylenglykolmethyläther
und Diäthylenglykolbutyläther dienen als Feuchthaltemittel im Sinne der US-PS 3 705 043. Weitere
brauchbare Feuchthaltemittel sind aliphatische Polyole (vorzugsweise Alkylenglykole, deren Alkylen vorzugsweise
2 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten) wie Äthylenglykol,
609 821/0921 ' .-/9
- 9 - 1A-47 307
Propylenglykol, Butylenglykol, Hexylenglykol einschließlich
Polyalkylenglykole wie Diäthylenglykol, Dipropylenglykol, Triäthylenglykol, Tripropylenglykol, Tetraäthylenglykol.
Es ist auch möglich, handelsübliche Polyalkylenglykole (Carbowax 200 bzw. 400 mit mittleren Molekulargewichten
von etwa 200 bzw. 400) anzuwenden. Bevorzugt werden jedoch Polyalkylenglykole mit mittleren Molekulargewichten
unter 600, da solche mit höheren Molekulargewichten häufig zu einer unerwünschten Viskositätssteigerung
der Druckfarbe führen.
Als Feuchthaltemittel kann man auch die Alkyläther obiger Polyole anwenden. Bevorzugt werden Alkyläther von
Alkylenglykolen, deren Alkylgruppe 1 bis 6 Kohlenstoffatome und deren Alkylengruppe 2 bis 6 Kohlenstoffatome
aufweisen wie Äthylenglykolmethyläther, Äthylenglykoläthyläther, Äthylenglykolbutyläther, Äthylenglykolhexyläther,
Diäthylenglykolmethyläther, Diäthylenglykoläthyläther, Diäthylenglykolbutyläther, Propylenglykolmethyläther,
Dipropylenglykolmethyläther, Tripropylenglykolmethyläther, Äthoxytriglykol (Triäthylenglykoläthyläther),
Methoxytriglykol (Triäthylenglykolmethyläther) oder deren Gemische, die manchmal bevorzugt v/erden.
Der Gesamtanteil an Feuchthaltemittel in der erfindungsgemäßen Druckfarbe kann in weiten Grenzen schwanken
und ergibt sich aus der geforderten Viskosität. Auch hängt die Menge an Feuchthaltemittel etwas ab vom Molekulargewicht
der Glykole und/oder Glykoläther. Man kann jedoch sagen, daß 2 bis 30 Gew.-% der Druckfarbe geeignet sind.
../Patentansprüche 609821/0921
Claims (9)
1. Wäßrige Fluoreszenzdruckfarbe für das Strahldrucken, welche mit UV-Strahlung angeregt werden kann, enthaltend gelöst
bis 2 Gew.-% Fluoreszenzfarbstoff und gelöst ein Bindemittel
in einer solchen Menge, daß die Druckfarbe eine Viskosität von maximal 20 cP besitzt und ihr spezifischer
Widerstand < 1000 ΣΓ2 . cm liegt.
2. Druckfarbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Fluoreszenzfarbstoffen
0,1 bis 2 Gew.-% ist.
3.
Druckfarbe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -
kennzeichnet
daß der Anteil an Bindemittel
derart ist, daß die Viskosität zwischen 1,5 und 10 cP liegt.
4. Druckfarbe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich fluorescein
oder dessen Salz enthält.
5.
Druckfarbe nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet enthält.
daß sie 0,05 bis 1 Gew.-% Fluorescein
6.
Druckfarbe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet
daß sie zusätzlich einen
Fluoreszenzaufheller enthält.
7. Druckfarbe nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,05 bis 5 % Aufheller
enthält.
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./2
1A-47 307
8. Druckfarbe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, ' daß sie 0,1 bis 2 Gew.-% Fluoreszenzaufheller
enthält.
9. Druckfarbe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Feuchthaltemittel
in Form von einem oder mehreren Alkylenglykolen und/oder AlkyH
äther von Alkylenglykolen, deren Alkylengruppe 2 bis 6 Kohlenstoffatome und deren Alkylgruppe 1 bis 6 Kohlenstoff—
atome enthält, in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-% der Druckfarbe
aufweist.
609821/0921
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