DE3537725C2

DE3537725C2 -

Info

Publication number: DE3537725C2
Application number: DE3537725A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Numazu Shizuoka Jp Kawanishi; Masaru Shimada; Kakuji Shizuoka Jp Murakami; Tamotsu Aruga; Hiroyuki Numazu Shizuoka Jp Uemura
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1985-10-23
Publication date: 1988-08-04
Also published as: JPS61101568A; DE3537725A1; GB2166145A; US4631085A; GB8526167D0; GB2166145B

Description

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 ein 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 Tinten ejektions-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, wie aus den japanischen Offenlegungsschriften 56-1 43 275, 57-1 74 360, 57-1 74 361, 58-74 760, 59-25 845 und 59-25 854 u. a. ersichtlich ist, 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 Tintenejektionsstabilität 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:

in der

bedeutet, wobei R⁴ eine Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppe ist; R² ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Acetyl-, substituierte oder unsubstituierte Benzoyl- oder substituierte oder unsubstituierte Benzolsulfonylgruppe oder einen substituierten 1,3,5-Triazinring bedeutet; R³ 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 n 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:

Die genannten Farbstoffe können nach herkömmlichen Methoden hergestellt werden. Beispielsweise erhält man den roten wasserlöslichen Farbstoff (1) folgendermaßen: 1 Mol 4-Nitro benzoylchlorid 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 H-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, insbesondere 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 Tinten zusammensetzung.

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, Polypropylenklykol und Glycerin.

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

Unter diesen Feuchthaltemitteln sind Diethylenglykol, Polyethylenglykol (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 Tinten tröpfchen-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 40 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 elektrischen Leitfähigkeit, Chelatbildner und Korrosionsschutzmittel.

Als wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel eignen sich z. B. Natriumdehydroacetat, Natriumsorbat, 2-Pyridinthiol-1-oxid-Natriumsalz, Natriumbenzoat und Natrium pentachlorphenol.

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 Kalium chlorid, Ammoniumchlorid, Natriumsulfat und Natriumcarbonat, sowie wasserlösliche Amine, wie Triethanolamin.

Als Chelatbildner eignen sich z. B. Natriumethylendiamin tetraacetat, Trinatriumnitrilotriacetat, Hydroxyethyl ethylendiamintrinatriumacetat, 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 wäßrigen 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.

Die folgenden Beispiele sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wäßrigen Strahldrucktinte.

Beispiel 1

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

Gewichtsprozent Farbstoff (1) von Tabelle 1 3,0 Glycerin 5,0 Diethylenglykol15,0 Natriumdehydroacetat 0,2 Ionenausgetauschtes Wasser76,8

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 µm 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 als 10 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 4°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 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 Tintentröpfchen; vielmehr ist eine stabile Aufzeichnung möglich.

(4) 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-Ejektions stabilität 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:

Beispiel 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:

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:

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:

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 2

In der Tabelle bedeuten die Symbole "M" 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 Vergleichstinte.

Versuchsbericht

Zur Herstellung von Strahldrucktinten der nachstehenden Zusammensetzung werden die folgenden Farbstoffe verwendet:

Nr. 1 Acid Red 1
Nr. 2 Acid Red 133
Nr. 3 Acid Red 254
Nr. 4 Erfindungsgemäßer Farbstoff (1) aus Beispiel 1
Nr. 5 Erfindungsgemäßer Farbstoff (14) aus Beispiel 5

Zusammensetzung der Strahldrucktinten

Gewichtsprozent

Farbstoff 3,0

Glycerin 5,0

Diethylenglykol15,0

Natriumdihydroacetat 0,2

Ionenausgetauschtes Wasser76,8

Herstellung der Strahldrucktinten

Eine Mischung der oben genannten Komponenten wird auf etwa 50°C erwärmt und bis zur vollständigen Lösung gerührt. Hierauf filtriert man das Gemisch zweimal durch ein 0,2 µm-Membranfilter und erhält wäßrige Strahldrucktinten Nr. 1 bis 5.

Eigenschaftsprüfung

Der pH, die Viskosität (mPa·s), die Oberflächenspannung (dyn/cm), die Wasserbeständigkeit, die Lichtbeständigkeit, die Bildklarheit, die Haltbarkeit und die Neigung der Strahldrucktinten zum Verstopfen der Düse werden untersucht. Hierbei werden folgende Testmethoden angewandt:

Bildklarheit

Die Tinte tritt aus der Düse des Tintenstrahldruckers eines handelsüblichen Word Processors ("Riport 5600 J" der Ricoh Company Limited) aus und trifft auf ein Blatt Qualitätspapier ("NM Paper" von der Mitsubishi Paper Mills Ltd.).

Die Bewertung "┤" bedeutet, daß ein klares Bild erhalten wird.

Lichtbeständigkeit

Die Dichte des in dem oben beschriebenen Bildklarheitstest erhaltenen Bildes wird mit einem Macbeth-Densitometer gemessen und als Anfangsbilddichte d₀ ausgedrückt. Hierauf belichtet man das Bild 3 Stunden bei 63°C mit Hilfe eines Fadeometers mit Licht einer Kohlebogenlampe und mißt danach die Bilddichte d₁ ebenfalls mit einem Macbeth-Densitometer. Aus den Werten von d₀ und d₁ errechnet sich die Lichtbeständigkeit der Tinte nach folgender Formel

Wasserbeständigkeit

Die Anfangsbilddichte d₀ des in dem oben beschriebenen Bild klarheitstest erhaltenen Bildes wird gemessen, worauf man die Testprobe 1 Minute in Wasser von 30°C taucht und dann wieder entnimmt. Unmittelbar nach der Entnahme wird die Dichte d₂ des Bildes mit einem Macbeth-Densitometer gemessen. Aus den Werten von d₀ und d₂ errechnet sich die Wasserbeständigkeit der Tinte nach folgender Formel:

Haltbarkeit

Tintenproben werden in Polyethylen-Behältern dicht eingeschlossen und dann 3 Monate bei -20°C, 4°C, 20°C, 50°C bzw. 70°C stehengelassen. Am Ende der Testperiode von 3 Monaten werden Änderungen der Viskosität, der Oberflächenspannung und der elektrischen Leitfähigkeit der Tinte sowie die Bildung von Niederschlägen untersucht.

Die Bewertung "┤" bedeutet, daß nach 3 Monaten keine Änderung der Viskosität, Oberflächenspannung und elektrischen Leitfähigkeit der Tinte und keine Niederschlagsbildung feststellbar ist.

Verstopfung der Düse

Der Tintenstrahldruck wird kontinuierlich unter Verwendung von 3 Druckern durchgeführt.

Die Bewertung "┤" bedeutet, daß alle 3 Drucker normal arbeiten. Die Bewertung "×" bedeutet, daß 1 oder 2 Drucker normal arbeiten, und die Bewertung "××" bedeutet, daß mit keinem der 3 Drucker ein normaler Betrieb möglich ist.

Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle 1

Claims

1. Wäßrige Strahldrucktinte, enthaltend eine wäßrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der Formel I und ein Feuchthaltemittel, gelöst in Wasser: in der oder bedeutet, wobei R⁴ eine Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppe ist; R² ein Wasserstoffatom, eine Alkyl-, Acetyl-, substituierte oder unsubstituierte Benzoyl- oder substituierte oder unsubstituierte Benzolsulfonylgruppe oder einen substituierten 1,3,5-Triazinring bedeutet; R³ ein Wasserstoff- oder Halogenatom, ein Alkyl-, Alkoxy- oder Sulfonsäuregruppe ist; M ein Wasserstoffion, ein Alkalimetall-, ein Amin- oder Ammoniumkation bedeutet und n 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.

4. 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-1-oxid-Natriumsalz und Na triumpentachlorphenol.

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