DE3537726C2 - Wässrige Strahldrucktinte - Google Patents

Wässrige Strahldrucktinte

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Abstract

Eine wäßrige Strahldrucktinte enthält eine wäßrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der folgenden Formel und ein Feuchthaltemittel, gelöst in Wasser: $F1 in der R1 und R2 ein Wasserstoff- oder Halogenatom, eine Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppe bedeuten und A $F2 bedeutet, wobei R3 eine Alkyl-, Phenyl-, Carbamoyl- oder Carboxylgruppe ist; R4 eine substituierte oder unsubstituierte Phenyl-, Naphthyl- oder Alkylgruppe ist; R5 eine Hydroxyl- oder Aminogruppe ist; R6 eine Hydroxylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte Aminogruppe ist; M ein Wasserstoffatom oder eine Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumkation bedeutet; m den Wert 0 oder 1 und n den Wert 1, 2 oder 3 hat.

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 Tintenejektionsempfindlichkeit nicht erzielen.
(3) Insbesondere bei der Verwendung in Vollfarbendruckern muß die Tinte gedruckte Bilder mit geeignet hohem Kontrast, 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 obengenannten Anforderungen voll genügt.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine wäßrige Strahldrucktinte bereitzustellen, die den obengenannten 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 R[hoch]1 und R[hoch]2 Wasserstoff- oder Halogenatome, Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen sind und oder bedeutet, wobei R[hoch]3 eine Alkyl-, Phenyl-, Carbamoyl- oder Carboxylgruppe ist; R[hoch]4 eine substituierte oder unsubstituierte Phenyl-, substituierte oder unsubstituierte Naphthyl- oder substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe ist; R[hoch]5 eine Hydroxyl- oder Aminogruppe ist; R[hoch]6 eine Hydroxyl- oder substituierte oder unsubstituierte Aminogruppe ist; M ein Wasserstoffatom, ein Alkalimetallkation, wie Ll[hoch]+, Na[hoch]+ oder K[hoch]+, ein Amin- oder Ammoniumkation bedeutet; m den Wert 0 der 1 und n den Wert 1, 2 oder 3 hat.
Die erfindungsgemäße wäßrige Tinte enthält einen wasserlöslichen Farbstoff der obengenannten Formel, Wasser und ein Feuchthaltemittel.
In der folgenden Tabelle 1 sind repräsentative Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare wasserlösliche Farbstoffe genannt:
Tabelle 1
Tabelle Fortsetzung
Tabelle Fortsetzung
Tabelle Fortsetzung
Die genannten Farbstoffe können nach herkömmlichen Methoden hergestellt werden. Beispielsweise erhält man den Farbstoff (1) durch übliche Diazotierung von (4,4´-Diamino)-terephthalsäuredianilid und Kupplung der erhaltenen Diazoniumverbindung mit H-Säure in einer alkalischen Lösung.
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 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, 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 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 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. Natriumcehydroacetat, Natriumsorbat, 2-Pyridinthiol-1-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 Klaiumcarbonat.
Als Mittel zum Einstellen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit eigenen sich z.B. anorganische Salze, wie Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Natriumsulfat und Natriumcarbonat, sowie wasserlösliche Amine, wie Triethanolamin.
Als Chelatbildner eigenen 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 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.
In den folgenden Beispielen sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wäßrigen Strahldrucktinte erläutert.
Beispiel 1
Eine Mischung der folgenden Komponenten wird auf etwa 50°C erhitzt und bis zur vollständigen Lösung gerührt. Hierauf filtriert man zweimal durch ein 0,22-µm-Membranfilter und erhält eine erfindungsgemäße Strahldrucktinte Nr. 1:
Gewichtsprozent
Farbstoff (1) von Tabelle 1 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Die erhaltene Tinte hat folgende Eigenschaften:
pH = 9,9 (25°C)
Viskosität = 1,95 cP (25°C)
Oberflächenspannung = 56,0 dyn/cm (25°C)
Wasserbeständigkeit (ausgedrückt als Verblassungsgrad) = 6,4 %
Lichtbeständigkeit (ausgedrückt als Verblassungsgrad) = 8,0 %
Die durch Verblassungsgrad ausgedrückte Wasserbeständigkeit der Tinte wird folgendermaßen ermittelt:
Die wäßrige Strahldrucktinte Nr. 1 wird mit ionenausgetauschtem Wasser derart verdünnt, daß die Konzentration des Farbstoffs (1) in der Tinte 1 Gewichtsprozent beträgt. Die verdünnte Tinte wird mit einer Rakel auf ein Blatt Qualitätspapier aufgetragen und dann 1 Tag bei Raumtemperatur getrocknet, um eine Testprobe herzustellen. Hierauf wird mit einem Macbeth-Densitometer die Dichte d0 der auf das Papier aufgetragenen Tinte gemessen.
Die Testprobe wird dann 1 Minute in Wasser von 30°C getauscht. Unmittelbar nach der Entnahme wird die Dichte d1 der auf dem eingetauchten Papier befindlichen Tinte mit einem Macbeth-Densitometer gemessen. Aus den Werten d0 und d1 errechnet sich die Wasserbeständigkeit der Tinte nach folgender Formel:
d0-d1/d0 x 100%
Es wird festgestellt, daß die Wasserbeständigkeit der Tinte, ausgedrückt als Verblassungsgrad, 6,4% beträgt.
In ähnlicher Weise wird die Lichtbeständigkeit der Strahldrucktinte Nr. 1 folgendermaßen bestimmt:
Eine Testprobe mit einer Tintendichte d0 wird wie oben beschrieben hergestellt. Die erhaltene Testprobe wird mit einem Fadeometer 3 Stunden bei 63°C Licht aus einer Kohlebogenlampe ausgesetzt, worauf man die Dichte d2 der Tinte auf der Testprobe mit einem Macbeth-Densitometer mißt. Aus den Werten von d0 und d2 errechnet sich die Lichtbeständigkeit der Strahldrucktinte Nr. 1 nach folgender Formel:
d0-d2/d0 x 100%
Es wird festgestellt, daß die Lichtbeständigkeit der Strahldrucktinte Nr. 1, ausgedrückt als Verblassungsgrad, 8,0% beträgt.
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 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 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-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
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 2:
Gewichtsprozent
Farbstoff (8) von Tabelle 1 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Beispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 3:
Gewichtsprozent
Farbstoff (11) von Tabelle 1 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Beispiel 4
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 4:
Gewichtsprozent
Farbstoff (9) von Tabelle 1 3,0
Triethylenglykol 10,0
2,2´-Thiodiethanol 10,0
Natriumbenzoat 0,2
Ionenausgetauschtes Wasser 76,8
Beispiel 5
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 5:
Gewichtsprozent
Farbstoff (15) von Tabelle 1 3,0
Polyethylenglykol 200 5,0
Triethylenglykolmonomethylether 15,0
Natriumbenzoat 0,2
Ionenausgetauschtes Wasser 76,8
Vergleichsbeispiel 1
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte Nr. 1:
Gewichtsprozent
C.l. Acid Red 35 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Vergleichsbeispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte Nr. 2:
Gewichtsprozent
C.l. Acid Red 17 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Vergleichsbeispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte Nr. 3:
Gewichtsprozent
C.l. Direct Red 37 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Strahldrucktinten Nr. 1 bis 5 und der Vergleichs-Strahldrucktinten Nr. 1 bis 3 sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Die erfindungsgemäßen Strahldrucktinten Nr. 2 bis 5 und die Vergleichs-Strahldrucktinten Nr. 1 bis 3 werden ferner dem Tintentröpfchen-Ejektionsempfindlichkeitstest von Beispiel 1 unterzogen.
Hierbei werden mit den erfindungsgemäßen Strahldrucktinten Nr. 2 bis 5 dieselben ausgezeichneten Ergebnisse wie in Beispiel 1 erhalten. Wendet man jedoch die Vergleichs-Strahldrucktinten Nr. 1 bis 3 an, so werden die Düsen teilweise verstopft, wenn man die Vorrichtung und die Tinte 1 Woche bei normaler Raumtemperatur und -feuchtigkeit stehen läßt bzw. 3 Tage bei 40°C und 30° rF stehen läßt, wodurch die Richtung der ejizierten Tintentröpfchen extrem instabil wird und ein normaler Tintenstrahldruck unmöglich ist.

Claims (9)

1. Wäßrige Strahldrucktinte, enthaltend eine wäßrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der Formel I und ein Feuchthaltemittel, gelöst in Wasser: (I)
in der R[hoch]1 und R[hoch]2 ein Wasserstoff- oder Halogenatom, eine Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppe bedeuten und A oder bedeutet, wobei R[hoch]3 eine Alkyl-, Phenyl-, Carbamoyl- oder Carboxylgruppe ist; R[hoch]4 eine substituierte oder unsubstituierte Phenyl-, Naphthyl- oder Alkylgruppe ist; R[hoch]5 eine Hydroxyl- oder Aminogruppe ist: R[hoch]6 eine Hydroxylgruppe oder eine substituierte oder unsubstituierte Aminogruppe ist; M ein Wasserstoffatom oder ein Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumkation bedeutet; m den Wert 0 oder 1 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 Natriumpentachlorphenol.
9. Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserlösliche Farbstoff ausgewählt ist unter: (1)
(2) (3) (4) (5)
(6) (7) (8) (9) (10) (11)
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