DE3537725A1

DE3537725A1 - Waessrige strahldrucktinte

Info

Publication number: DE3537725A1
Application number: DE19853537725
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Aruga; Toshiyuki Numazu Shizuoka Kawanishi; Kakuji Shizuoka Murakami; Masaru Shimada; Hiroyuki Numazu Shizuoka Uemura
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1986-04-24
Also published as: US4631085A; GB2166145B; GB2166145A; JPS61101568A; GB8526167D0; DE3537725C2

Description

WÄSSRIGE STRAHLDRUCKTINTE

Die Erfindung betrifft eine wässrige Strahldrucktinte, die gedruckte Bilder von hoher Qualität, z.B. hoher Klarheit und Schärfe, ergibt und eine stabile Tintenejektion ohne Verstopfen der Düsen der Druckvorrichtung selbst bei kontinuierlichem Drucken über längere Zeit oder bei zwischenzeitigem Abschalten der Druckvorrichtung ermöglicht.

Wässrige Tinten enthalten im allgemeinen einen Farbstoff, Wasser und ein Feuchthaltemittel als Hauptkomponenten. Spezielle Tinten für den Tintenstrahldruck sollten den folgenden Bedingungen genügen, damit e'in guter Druck erzielt wird:

(1) Um eine Tintentröpfchenbildung und Richtungskontrolle der ejizierten Tintentröpfchenströme zu ermöglichen, müssen die Viskosität, Oberflächenspannung, spezifische elektrische Leitfähigkeit und Dichte innerhalb bestimmter Bereiche liegen;

(2) Während längerer kontinuierlicher Verwendung oder Lagerung oder während längerem Abschalten der Druckvorrichtung dürfen sich keine Niederschläge aufgrund von Koagulation, Präzipitation, chemischer Veränderung von geringlöslichen Komponenten oder aufgrund anderer Ursachen aus der Tinte abscheiden. Ferner sollten sich die physikalischen Eigenschaften der Tinte unter diesen Verhältnissen nicht anderweitig ändern. Wenn sich nämlich feste oder viskose Materialien aus der Tinte um die Düsen herum ablagern oder wenn die physikalischen Eigenschaften der Tinte von denen zum Zeitpunkt der Herstellung abweichen, lassen sich die gewünschte Druckqualität, Tintenejektionsstabilität und Tintenejektions-Empfindlichkeit nicht erzielen;

(3) Insbesondere bei der Verwendung in Vollfarbendruckern

muß die Tinte gedruckte Bilder mit geeignet hohem Kon-

trast, hoher Klarheit und der gewünschten Farbe ergeben;

(4) Die Strahldrucktinte muß wasser-, licht- und abriebbeständige Druckbilder ergeben;.

(5) Die mit der Tinte gedruckten Bilder müssen schnell trocknen.

Es sind zwar bereits zahlreiche Strahldrucktinten entwickelt worden, jedoch steht noch keine zufriedenstellende Tinte zur Verfügung, die in der Praxis den oben genannten Anforderungen voll genügt.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine wässrige Strahldrucktinte bereitzustellen, die den oben genannten Anforderungen gerecht wird, d.h. die Düsen nicht verstopft, bei längerer Lagerung keine Qualitätsänderung erfährt oder Niederschläge abscheidet, sondern eine ausgezeichnete Tintenejektions-Stabilität und Tintenejektionsempfindlichkeit aufweist, allenfalls eine geringfügige Änderung der physikalischen Eigenschaften erfährt, wenn sie längere Zeit kontinuierlich rezirkuliert oder intermittierend angewandt wird, und gedruckte Bilder ergibt, die hohe Schärfe und Bilddichte aufweisen und nicht verlaufen.

Gegenstand der Erfindung ist eine wässrige Strahldrucktinte, die eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der folgenden Formel, ein in Wasser gelöstes Feuchthaltemittel und gegebenenfalls weitere Additive enthält:

NHR²

R¹O 35

in der R¹ / \j_ L I.

(SOaM)_n

—ο—

N- , oder R* -N N-

l\

bedeutet, wobei R eine Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppe ist;

2
R ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Acetyl-, substituierte oder unsubstituierte Benzoyl- oder substituierte oder unsubstituierte Benzolsulfonylgruppe oder.einen substituierten 1,3,5-Triazinring bedeutet; R ein Wasserstoff- oder Halogenatom, eine Alkyl-, Alkoxy- oder Sulfonsäuregruppe ist; M ein Wasserstoffion, ein Alkalimetallkation, wie Li , Na oder K , ein Amin- oder Ammoniumkation bedeutet und η den Wert 1, 2 oder 3 hat.

Die erfindungsgemäße wässrige Tinte enthält einen wasserlöslichen Farbstoff der oben genannten Formel, Wasser und ein Feuchthaltemittel.

In der folgenden Tabelle 1 sind repräsentative Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare wasserlösliche Farbstoffe genannt:

Tabelle 1 25

HO NH 2 (1)

(2)
35

HO NHC0-(O)-^CH3

(3)

Q-CO-

S03L1

HO

CO

SO 3Na

HO NHS02-<O/"^N02

(5)

CO

SO₃(NH.,)

(6)

N-CO-(O)-N=N J

NaOsS

HO NHCO-Zf) V-OCH 3

(7)

HO NHCOCH 3

SOsNa

(8) H0H<*C2-N N

HCO-(QI

O₃K

(9) OCH₃

CH₃

NaO₃S

HO

O₃Na

20 (10)

HO NHC₂H₅

SO₃K

OCH₃ 25 ^P ι Η

(11)

KO-

SO₃K

(12)

HO NH₂

SO 3Na

SO₃Na

(.13) CH₃-^(JV)-N=N

(14)

Die genannten Farbstoffe können nach herkömmlichen Methoden hergestellt werden. Beispielsweise erhält man den roten wasserlöslichen Farbstoff (1) folgendermaßen: 1 Mol 4-Nitrobenzoylchlorid wird bei einer Temperatur unter Raumtemperatur mit 2 Mol Morpholin in Dioxan zu 4-Nitrobenzoylmorpholin (F. 108 bis 109°C) umgesetzt. Die erhaltene Nitroverbindung wird dann mit 5% Pd-C zu 4-Aminobenzoylmorpholin reduziert, das anschließend auf übliche Weise zu einer Diazoniumverbindung diazotiert wird. Durch Kuppeln der Diazoniumverbindung mit Η-Säure in alkalischem Medium und anschließende Säurefällung erhält man den Farbstoff (1).

Zur Erzielung einer hohen Druckqualität enthält die erfindungsgemäße Strahldrucktinte vorzugsweise 0,1 bis 20, insbe-'30 sondere 0,5 bis 6 Gewichtsteile des Farbstoffs pro 100 Gewichtsteile der Tintenzusammensetzung.

Das erfindungsgemäß zusammen mit Wasser angewandte Feuchthaltemittel dient zum Einstellen der gewünschten physikalischen Eigenschaften der Tintenzusammensetzung, zum Regeln der Trocknungsgeschwindigkeit der Tinte und zur Erhöhung

der Löslichkeit des Farbstoffs in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung .

Beispiele für verwendbare Feuchthaltemittel sind mehrwertige Alkohole, Alkylether von mehrwertigen Alkoholen, Aminderivate, wie Triethanolamin, Amide, wie Dimethylformamid, und stickstoffhaltige Heterocyclen, wie N-Methyl-2-pyrrolidon, 2-Pyrrolidon und 1,3-Dimethylimidazolidinon.

Spezielle Beispiele für mehrwertige Alkohole sind Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Glycerin.

Spezielle Beispiele für Alkylether von mehrwertigen Alkoholen sind Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether und Triethylenglykolmonoethylether.

Unter diesen Feuchthaltemitteln sind Diethylenglykol, PoIyethylenglykol (200 bis 600), Triethylenglykol, Ethylenglykol, Glycerin und N-Methyl-2-pyrrolidon besonders bevorzugt. Durch sie läßt sich die Löslichkeit des verwendeten Farbstoffs in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung erhöhen und das Abdampfen von Wasser aus der Tinte kann geeignet kontrolliert werden, so daß die anfänglichen Eigenschaften der Tinte selbst bei längerer kontinuierlicher Verwendung oder Lagerung oder während längerem Abschalten der Druckvorrichtung bewahrt bleiben. Hierdurch erzielt man eine zuverlässige Tintentröpfchenstabilität und Tintentröpfchen-Ejektionsempfindlichkeit, insbesondere nach längerer NichtVerwendung der Druckvorrichtung.

Zur Erzielung einer geeigneten Viskosität und Trocknungsgeschwindigkeit der Tinte beträgt der Feuchthaltemittelgehalt vorzugsweise 5 bis 80, insbesondere 10 bis ²JO Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Tintenzusammensetzung.

Erfindungsgemäß können gegebenenfalls zusätzlich zu den Feuchthaltemitteln andere Additive eingesetzt werden, z.B. wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel, pH-Regler, Mittel zum Einstellen der spezifischen elektrisehen Leitfähigkeit, Chelatbildner und Korrosionsschutzmittel.

Als wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel eignen sich z.B. Natriumdehydroacetat, Natriumsorbat, 2-Pyridinthiol-l-oxid-Natriumsalz, Natriumbenzoat und Natriumpentachlorphenol.

Als pH-Regler können beliebige Materialien verwendet werden, solange sie die Tintenzusammensetzung nicht negativ beeinflußen und den pH der Tinte im Bereich von 9,0 bis 11,0 halten. Spezielle Beispiele für derartige pH-Regler sind Amine, wie Diethanolamin und Triethanolamin; Alkalimetallhydroxide, wie Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid; Ammoniumhydroxid; und Alkalimetallcarbonate, wie Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat.

Als Mittel zum Einstellen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit eignen sich z.B. anorganische Salze, wie Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Natriumsulfat und Natriumcarbonat, sowie wasserlösliche Amine, wie Triethanolamin.

Als Chelatbildner eignen sich z.B. Natriumethylendiamintetraacetat, Trinatriumnitrilotriacetat, Hydroxyethylethylendiamintrinatriumacetat, Diethylentriaminopentanatriumacetat und Uramildinatriumacetat.

Als Korrosionsschutzmittel für die Düsen können z.B. saure Sulfite, Natriumthiosulfat, Ammoniumthioglykolat, Diisopropylammoniumnitrit, Pentaerythrittetranitrat und Dicyclohexylammoniumnitrit verwendet werden.

Für spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wäss-

rigen Strahldrucktinte können gegebenenfalls weitere Additive eingesetzt werden, z.B. wasserlösliche UV-Absorptionsmittel, wasserlösliche IR-Absorptionsmittel, wasserlösliche polymere Verbindungen, Löslichkeitsverbesserer für den in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung gelösten Farbstoff und Tenside.

In den folgenden Beispielen sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wässrigen Strahldrucktinte er-

Beispiel 1

Eine Mischung der folgenden Komponenten wird auf etwa 50°C erhitzt und bis zur vollständigen Lösung gerührt. Anschliessend filtriert man zweimal durch ein 0,2 um-Membranfilter und erhält eine erfindungsgemäße Strahldrucktinte Nr. 1.

Gewichtsprozent

Farbstoff (1) von Tabelle 1 3,0

Glycerin 5,0

Diethylenglykol 15,0

Natriumdehydroacetat 0,2

Ionenausgetauschtes Wasser 76,8

Die wässrige Strahldrucktinte Nr. 1 wird dann den folgenden Tintenstrahldrucktests unterzogen:

(1) Bildklarheit und Bildtrocknung

Die Tinte tritt aus einer Düse mit einem Innendurchmesser von 30 um bei einer Schwingungsfrequenz von 100 kHz aus. Durch die Schwingungen wird die Tinte als Strom von Einzeltröpfchen ejiziert und prallt dann auf ein Blatt handelsübliches Qualitätspapier. Hierbei entstehen auf dem Blatt klare Bilder. Die zum Trocknen des gedruckten Bildes erforderliche Zeit beträgt bei normaler Raumtemperatur und Feuchtigkeit nicht mehr

als10 Sekunden.

(2) Haltbarkeit

Proben der Tinte werden in Glasbehältern dicht verschlossen und den folgenden Lagerungstests unterzogen:

a. 1 Monat bei -20°C;

b. 1 Monat bei h°C;

c. 1 Jahr bei 20°C;
d. 1 Woche bei 90°C.

Während der Lagerung ist keinerlei Abscheidung von Niederschlägen aus der Tinte zu beobachten. Ferner wird keine Änderung der Eigenschaften oder der Farbe der Tinte festgestellt.

(3) Tintentröpfchen-Ejektionsstabilität

Der Tintenstrahldruck wird wie beim Bildklarheits- und Bildtrocknungstest kontinuierlich 1000 Stunden durchgeführt . Hierbei erfolgt kein Verstopfen der Düse oder eine Änderung der Ejektionsrichtung der Tintentröpfj chen; vielmehr ist eine stabile Aufzeichnung möglich.

(i\) Tintentröpfchen-Ejektionsempfindlichkeit

Nachdem der Tintenstrahldruck wie in Abschnitt (1) durchgeführt wurde, läßt man die Vorrichtung und die Tinte 1 Monat bei Raumtemperatur und -feuchtigkeit stehen und benutzt sie dann wieder zum Tintenstrahldruck unter denselben Bedingungen wie in Abschnitt (1). Wie in Abschnitt (3) ist keine Änderung der Tintentröpfchen-Ejektionsstabilität feststellbar.

Der Test wird auf die beschriebene Weise wiederholt, jedoch läßt man die Vorrichtung und die Tinte 1 Woche bei 40"C und 30% rF anstelle von 1 Monat bei Raumtemperatur und -feuchtigkeit stehen. Auch hier ist keine

Änderung der Tintentröpfchen-Ejektionsstabilität zu beobachten.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man den Farbstoff (3) von Tabelle 1 mit der folgenden Formel zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 2:

10

(3)

I—\

N-CO-

N=N-,

NHCO-

15

SOsLi

Beispiel 3

CH 3

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man den Farbstoff (6) von Tabelle 1 mit der folgenden Formel zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 3:

20

(6)

OCH 3

SOaNa

25

Beispiel 4

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man den Farbstoff (9) von Tabelle 1 mit der folgenden Formel zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 4:

30

OCH

CH₃

(9)

35

NaO₃S

O₃Na

-17-Beispiel 5

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man den Farbstoff (14) von Tabelle 1 mit der folgenden Formel zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 5:

H 3

(14)

Vergleichsbeispiel

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man den Farbstoff Acid Red 254 zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte.

Die erfindungsgemäßen Strahldrucktinten nr. 2 bis 5 und die Vergleichs-Strahldrucktinte werden den Tests von Beispiel 1 unterzogen, wobei folgende Ergebnisse erzielt werden:

Tabelle

25	Bild klarheit	Beispiel 2	Beispiel Beispiel 3 4	Klar M	Beispiel 5	Vergleichs beispiel
	Bildtrock nung (sec )	Klar M	Klar M	<10	Klar R	Fast klar
	Haltbarkeit	<10	<10	Veränderung	<10	<10
30	Tintentröpf- chen-Ejek- tionsstabili- tät		Keine	Veränderung		Nach 1 Woche bei 90°C bilden sich Niederschläge
			Keine			Ejektionsrichtung ändert sich auf grund teilweirier Verstopfung
35

-18-Tabelle 2 (Portsetzung)

Beispiel Beispiel Beispiel Beispiel

₅ Tintentröpfchen-Ejektionsempfindlichkeit

keine Veränderung

Vergleichsbeispiel

Instabil aufgrund teilweiser Verstopfung nach einwöchiger Lagerung bei 40°C

In der Tabelle bedeuten die Symbole ¹¹M" und "R" Magenta bzw. Rot; die Bewertung "keine Veränderung" bedeutet, daß gegenüber Beispiel 1 keine Abweichung feststellbar ist. Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Strahldrucktinten in jedem Aspekt besser sind als die Vergleichs-

15 tinte.

20 25 30 35

Claims

Pat ent ansprüche

1. Wässrige Strahldrucktinte, enthaltend eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der Formel I und ein Feuchthaltemittel, gelöst in Wasser:

in der R ,0

¹ ζ N- , O N- ,

C-

_ _r oder

/—V

N-

(S03M)

D-- Q-

bedeutet, wobei R eine Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppe ist;

R ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Acetyl-, substituierte oder unsubstituierte Benzoyl- oder substituierte oder unsubstituierte Benzolsulfonylgruppe oder einen substituierten 1,3,5-Triazinring bedeutet; R ein Wasserstoffoder Halogenatom, ein Alkyl-, Alkoxy- oder Sulfonsäuregruppe ist; M ein Wasserstoffion, ein Alkalimetall-, ein Amin- oder Ammoniumkation bedeutet und η den Wert 1, 2 oder 3 hat.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoffgehalt 0,1 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der wässrigen Strahldrucktinte beträgt.

3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuchthaltemittel mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der mehrwertigen Alkohole und deren

Ethern ist und der Feuchthaltemittelgehalt 5 bis 80 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der wässrigen Strahldrucktinte beträgt.

i|. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuchthaltemittel mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Triethanolamin, Dimethylformamid, N-Methyl-2-pyrrolidon, 2-Pyrrolidon und 1,3-Dimethylimidazolidinon ist und der Feuchthaltemittelgehalt 5 bis 80 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der wässrigen Strahldrucktinte beträgt.

5. Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein wasserlösliches Konservierungsmittel und Antischimmelmittel enthält.

6. Tinte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrwertige Alkohol ausgewählt ist unter Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Glycerin.

7. Tinte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ether von mehrwertigen Alkoholen ausgewählt ist unter Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether und Triethylenglykolmonoethylether.

8. Tinte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel ausgewählt ist unter Natriumdehydroacetat, Natriumbenzoat, 2-Pyridinthiol-l-oxid-Natriumsalz und Natriumpentachlorphenol.
35

9. Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserlösliche Farbstoff ausgewählt *" ist unter:

HO NHz

ei)

NaO3S

SO₃Na

(2)

-CH,

(3)

Q-CO-

HO NHCO-Ol)-CH 3

N=N

SOaLi

(4) <Q)-^N=i

CO

SO₃Na

SO 3Na

HO NHSO₂-(O)-NO₂

(5)

CO I

S0₃

-ZJ-.

O (6) Γν-CO-

HO NHCO-<i ) VOCH₃

N=N

NaO 3S SO₃Na

HO NHCOCH

(7) N-C0-<O>-^N=N

NaO₃S

SOsNa

(8) H0H-C2-N N \ /

(9) OCH;

9^H3 HO NHSO ζ -/ΓΥ

o N-co-/Q\-N=N-

NaO₃S

O₃Na

(10)

_Jr^Z HO NHC₂H;

Q-CO-^(Q)-N=N

(11)

OCH₃

SO₃K

(12)

HO NH

SOaNa

SO₃Na

HO NHCOCH

(13) CHa-(JQ)-N=N

CO

SOaLi

(14)