DE2739784A1

DE2739784A1 - Waessrige schwarze tinte und verfahren zur herstellung dieser

Info

Publication number: DE2739784A1
Application number: DE19772739784
Authority: DE
Inventors: Ehrenfried Dipl Chem Loock
Original assignee: Olympia Werke AG
Current assignee: Olympia Werke AG
Priority date: 1977-09-03
Filing date: 1977-09-03
Publication date: 1979-03-15
Also published as: US4159203A

Description

In beispielsweise der DT-AS 22 10 ^12 ist ein Tintenschreibverfahren beschrieben worden, bei dem in einem Schreibkopf kurzzeitige Drücke erzeugt werden, die zu einem Tintenaustritt aus dessen kapillaren Düsen führen. Die Tinte reißt hierbei in Tropfen von der Düsenaustrittsfläche ab.

Ein sauberes Schriftbild setzt gleichgroße Tropfen voraus, die in einem Raster auf dem Druckträ^er aufzubringen sind. Gleichgroße Tropfen sind unter anderem abhängig von der Düsengeometrie und der Abrißebene sowie vom Benetzungsverhalten der Tinte in bzw. außerhalb der Düsen. Zum Stabilisieren des Tintenmeniskus in den Düsen und zur Tropfenbildung muß die Tinte eine möglichst hohe Oberflächenspannung aufweisen.

Die Tintenversorgung bis in die Düsen des Schreibkopfes erfolgt zum Teil über kapillare Querschnitte, oftmals auch ohne Druck für ein Nachfließen der Tinte. Um bei hoher Tropfenfolge Tinte in ausreichender Menge anzubieten, muß diese eine niedrige Viskosität von etwa 1,70 cp aufweisen.

Die Auswahl der Tinten bzw. deren Zusammensetzungen wird auch eingeschränkt einerseits durch ihr Eintrocknung- bzw. Eindickungsverhalten. Bei längeren Schreibpausen darf ein Auskristallisieren von Tintenbestandteilen im Schreibkopfbereich und ein Ausscheiden von sich kollodial aus der Tinte entmischenden Tintenbestandteile nicht erfolgen. Andererseits darf keine Oberflachenfxlmbildung in der Düsenöffnung durch Wasserverdunstung eintreten.

90981 1/0286

Verfahrensbedingt, da billiger, kann der Schroibkcpf aus einzelnen und vernickelten Stahlplättchen ooctc-hen, die im Diffusions-Schweiß-Verfahren miteinander zu einem paketierten Schreibkopf verbunden wurden. Die Pint.; sollte Stahl (Nirosta) sowie insbesondere die Dif fusionr>-Zwischenschichten nicht angreifen. Durch Halogenide (Cl, Br, J) in der Tinte besteht die Gefahr des Lochi'ra:Ses. Die Tinte muß eingefüllt in den Schreibkopf lagerfähig serin , mit dem die Düsen bedeckenden Abdeckmaterial nicht; reagieren und sie darf von Mikroorganismen nicht befallen werden. Verschiedene Tinten zeigten durch Farbpartikelanreicherungen an den Grenzflächen von Schreibkopfmaterial und Tinte und Luft und Tinte Blasenbildungen, die zum Ausfall einzelner Systeme des Schreibkopfes führten.

Eine gute Lesbarkeit auf dem Druckträger dargestellter Schriftzeichen und Symbole erfordert nicht nur eine Gleichmäßigkeit in der Tropfenbildung und der -ablagerung auf diesen. Durch verlaufende Tinte auf dem Druckträjrer auch insbesondere in Faserrichtung wird das Schriftbild wesentlich beeinträchtigt und eine Verfeinerung des Rasters ist dann bedeutungslos. Weitere Parameter ergeben sich aus der Anpassung der Tinte an den Druckträger und sind durch die Forderung nach Dokument- und Lichtechtheit, sowie Wischfestigkeit gegeben.

Aus der DT-OS 21 32 324 ist eine Schreibtinte bekanntgeworden, die unter geringem hydrostatischen Druck einer Schreibfeder eines Schreibwerks zugeführt wird. Die Schreibtinte weist neben dem Hauptbestandteil Wasser kleinere Anteile eines wasserlöslichen niederen Alkyläthers von Äthylenoder Diäthylenglykol auf, wasserlösliche Farbstoffe und ein

_ 4 909811/028$

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 Schreibköpfen der eingänglich genannten Art ist susgeschlossen. In längeren Nicht-Schreibzeiton bildet sich in der Austrittsöffnung jeder Düse ein zäher Film anstelle eines notwendigen flüssigen Meniskus, der durch die Impulse eines Kompressionssystems mit einem Keramikschwinger nicht durchschossen werden kann. Die angeführten Aminzusätze dienen dazu, den pH-Wert einzustellen und die sauren Zusatzstoffe zu neutralisieren. Hit der hier aufgezeigten Tinte können die im Eingang beschriebenen Parameter nicht eingehalten werden.

Desweiteren sind in der DT-OS 21 60 4-75 Tinten beschrieben worden zur Verwendung in Schreibverfahren nach dem Strahldruckverfahren. Als farblieferndes Material wird ein wasserlöslicher Farbstoff verwendet oder ein Gemisch solcher Farbstoffe. Diese Tinten beinhalten weiterhin ein Feuchthaltesystem, welches die Viskosität trotz Vasserverlust 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 wird in starkem Maße Kohlensäure der Atmosphäre entzogen, wodurch der pH-Wert der Tinte absinkt. Bei der Verwendung organischer Farbstoffe kann es zu Niederschlagsbildungen kommen.

In der US-PS 37 05 04-5 ist im wesentlichen die Verwendung und Eignung von Triarylmethanfarbstoffen für Tinten be-

- 5 -909811/028B

273978A

schrieben worden. Zusätze zur Tinte wie Glykole dienen hier der Vermeidung von Auskristallisationen. Es wird davon ausgegangen, daß Mischungen basischer und saurer Farbstoffe schwer lösliche Niederschläge ergeben. Das gezeigte Verfahren ist an die angegebenen Farbstoffklassen gebunden und es müssen sehr genaue Mischungsverhältnisse eingehalten werden.

Desweiteren ist in der US-PS 17 8? 233 die Verwendung von Citronensäure als Zusatz zur Tinte beschrieben worden. Hierdurch soll im wesentlichen der Schmelzpunkt des Gemisches gesenkt werden. Der pH liegt bei Werten um 1, wodurch die Tinte für Schreibköpfe und insbesondere solcher aus Metall nicht geeignet ist.

Weiterhin ist es bei einer im Handel erhältlichen Tinte auf Wasserbasis bekannt, zur Vermeidung des Eintrocknens Feuchthaltemittel wie beispielsweise Glyzerin zuzusetzen. Dieser Zusatz erhöht jedoch die Viskosität. Die Farbintensität der Tinte ist bestensfalls ausreichend. Ihr pH-Wert liegt bei 1,8 im Vergleich zu einem für das Schreiben nach obigem Verfahren günstigen pH-Wert von etwa 6.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer für das Schreibverfahren mit Schreibköpfen der obengenannten Art geeigneten Tinte, die den geforderten Parametern gerecht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen einer Tinte nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1, die entsprechend der Verfahrensschritte nach dem Kennzeichen von Anspruch

90981 1/028S

herstellbar ist. Die Erfindung kann in der Auswahl der Substrate und der Zusätze und deren Zusammenwirken gesehen werden, insbesondere in der Auswahl von wasserlöslichen Direkt-Farbstoffen, sowie in der problemlosen Fertigung und Lagerung der Tinte. Die Auswahl von zwei nicht schwarzen Direkt-Farbstoffen müssen mit dem Lösungsmittel eine echte Lösung bilden, also nicht kollodial vorliegen. Die Lösungsmittel müssen geeignet sein, die gesamten Farbstoffe aufzunehmen, ohne daß diese zu Kristallbildungen führen. Als Feuchthaltemittel wurde Formamid gewählt.

Diäthanolamin sowie Citronensäure als Zusätze bewirken eine Stabilisierung der Tinte hinsichtlich ihrer Viskosität. Im Zusammenwirken wird Wasser, z. B. Luftfeuchte aufgenommen. Desweiteren werden Farbstoffe am Auskristallisieren und ein Korrodieren der Tinte verhindert.

Auch in einzelnen Verfahrensschritten kann wesentliches der Erfindung gesehen werden. So stellt das Vakuumfiltrieren eine Art Vorentgasung dar. Die in den Direkt-Farbstoffen enthaltenen Salze, z. B. Natriumsulfat und -carbonat werden im Formamid nicht gelöst und sind deshalb bereits schon zu Beginn des Verfahrens durch Filtration zu entfernen.

Es wurden nun zwei Direkt-Farbstoffe trotz Bekanntsein der Bildung langer Ketten bei schwarzen Direkt-Farbstoffen gefunden, die für die Verwendung in wäßrigen Tinten für das Tintenschreibverfahren vermittels Tintenschreibköpfe der genannten Art geeignet sind, die mit Formamid eine echte Lösung bilden und in Verbindung mit den nachgenannten Zu-

909811/0288

sätzen eine Schreibtinte ergeben, deren auf den Drucklager übertragende Tropfen im wesentlichen senkrecht zur Schreibebene in diesen einzudringen vermag.

Die Farbstoffe sind bei Höchst/Frankfurt zu beziehen. Das Verfahren zum Herstellen sieht vor, 34 g Direkt-Fsrbstoff Diaminblau 6B extra hochkonzentriert mit 18 g Diaminechtscharlach 4BS extra konzentriert miteinander zu vermengen. Die Farbstoffe werden dann in 360 ml Formamid unter ständigem Rühren in geringen Mengen (portionsweise) bei Raumtemperatur innerhalb von 10 Minuten eingegeben, um Klumpenbildungen zu verhindern.

Das Gemisch wird nun etwa 15 Minuten lang gerührt. Danach sind die Farbstoffe praktisch vollständig gelöst, nicht jedoch die bei der Farbstoffherstellung angefallenen oder nachträglich zugesetzten Fremdsalze wie Natriumsulfat oder -carbonat. Diese lassen sich durch Grobültration über Faltenfilter, Faservliese und ähnliches oder einfaches Dekantieren leicht entfernen.

Nach dem unter Rühren erfolgten Eingeben von 90 ml 90 %igem Diäthanoiamin sowie destilliertem Wasser in einer etwa 1 000 ml ergänzenden Menge ist der pH-Wert festzustellen. Vermittels 24-60 g Citronensäure wurde dann der pH-Wert auf etwa 6 eingestellt. Die hinsichtlich der Farbstoffe, des Formamid und des Diethanolamin gemachten Mengenangaben sind um etwa +/- 20 % variabel, je nach dem, welches der Merkmale-Farbintensität, Viskosität, Oberflächenspannung, Eindringvermögen in den Druckträger, Austrocknungsverhalten und dergleichen hervorgehoben werden soll.

Nach dem Einstellen des pH-Wertes wurde zum Abtöten und Fernhalten von Mikroorganismen ein unter dem Handelsnamer- GIV GARD-DXN erhältliches Desinfektionsmittel der Charge beigemengt. Dieses ist wasser- und in organischen Substraten löslich, hochwirksam und beeinflußt die erforderlichen sonstigen Tinteneigenschaften nur unwesentlich.

9098 11/028$ " ⁸ "

Die Tinte wurde nach dem Eingeben des Der.ini'okticncnittels über ein 0,6 μ Membranfilter im Vakuum fii:,riert. Anschließend wurde die Tinte etwa 20 Minuten im Vakuuir. oriL-'.-ct.

Die so hergestellte Tinte dringt in die mei:;t,en herkömmlichen Papiere mehr oder weniger schnell ein una die Farbstoffe verbinden sich auch in der Tiefe mit der P.-Jplori'aser. Eine solche Schrift läßt sich ohne totale Zerstörung aer Papierstruktur weder durch Wasser, Säuren und Laugen noch durch organische Lösungsmittel entfernen und ist somit als fälschungssicher anzusehen.

909811/0286

Claims

OLYMPIA WERKE AG TP/Mü/Po/PS 1o'i.' 02. SopLo!:ii)or Wäßrige schwarze Tinte und Verfahren zur Herstellung di.o:;or Patentansprüche:

1. Wäßrige schwarze Tinte für Schreibverfahren der 'Γίην;; tropfenweise auf Druckträger übert ra.-■..■.'.c.5r Art, auf der Grundlage in wäßriger Lösung lösbarer Farbstoffe und Zusätze zum Stabilisieren der 'i'itii.o, dadurch gekennzeichr:*', , daß die Tinte 25-42g/l des Direkt-Farbstoffs Jiamir.blau 63 extra hochkonzentriert, 14-22g/l des Dir<.;kt-Farbstofis Diaminscharlach 4BS extra konzentriert, 200-4JO ml/1 Formamid und 32-48 ml/1 90 %igen Diethanolamin enthalt row ic- ?<!-60;/;/l Citronensäure und ein in Wasser und organischer! Subc-racen lösliches Desinfektionsmittel und mit destillierest Vjascer in einer einen Liter Gesamt-Tintenmenge ergänzenden Xonge aufgefüllt ist.

2. Verfahren zum Herstellen der Tinte nach Anspruch ^Λ , dadurch gekennzeichnet, aa:i beide Farbstoffe miteinander vermengt und bei Raumtemperatur in geringen Portionen in das durch strir.:ii.-v,-s Rühren bewegte Formamid eingegeben und mit diesem or,wa 15 Minuten ständig weiter gerührt werden, daß das Gemisch durch ein grobes Filter filtriert wird. Diäthanolamin und destilliertes Wasser in das Gemisch gerührc wird, daß zum Einstellen eines pH-Wertes von etwa 6 Citronensäure und danach Desinfektionsmittel in das Gemisch eingerührt wird, daß das Gemisch über ein 0,6 u Membranfilter im Vakuum filtriert und Gase dem Gemisch durch daran an schließenden etwa 20 minütigen Einsatz unter Vakuum entzogen werden.

909811/0236 BAO