DE3626567C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Aufzeichnungsflüssigkeit (nachstehend
kurz Tinte) zur Verwendung in verschiedenen Aufzeichnungsgeräten,
wie Schreibgeräten, Druckern und dergl. Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Tinte, die sich für
Tintenstrahl-Aufzeichnungssysteme eignet, bei denen der Aufzeichnungsvorgang
durchgeführt wird, indem man dafür sorgt,
daß Flüssigkeitströpfchen von einer Düse eines Aufzeichnungskopfes
ausgestoßen werden. Ferner betrifft die Erfindung ein
Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung derartiger Tinten.
Das Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem hat den Vorteil einer
geringen Geräuscherzeugung beim Aufzeichnungsvorgang. Ferner
läßt es sich leicht für Farbaufzeichnungen anwenden und ergibt
in hoher Geschwindigkeit Bilder von hoher Auflösung.
Beim Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem werden Lösungen von
verschiedenen wasserlöslichen Farbstoffen, die in Wasser oder
einem Gemisch aus Wasser und organischen Lösungsmitteln gelöst
sind, als Tinten verwendet. Bei derartigen Tinten müssen
folgende Eigenschaften erfüllt sein: Die physikalischen Werte
von Viskosität, Oberflächenspannung und dergl. müssen innerhalb
geeigneter Bereiche liegen; die gelösten Komponenten
müssen eine hohe Lösungsstabilität aufweisen; es darf zu keiner
Verstopfung von feinen Düsen kommen; es müssen sich Bilder
von ausreichend hoher Dichte erzeugen lassen; während der
Lagerung darf es zu keinen Veränderungen der physikalischen
Werte oder zur Ausfällung von festen Bestandteilen kommen;
und dergl. Neben den vorerwähnten Eigenschaften ist es auch
notwendig, daß Aufzeichnungsvorgänge ohne eine Einschränkung
im Hinblick auf die Art des Aufzeichnungsmaterials durchgeführt
werden können, daß die Fixiergeschwindigkeit hoch ist,
daß die aufgezeichneten Bilder eine gute Lichtechtheit, Wasserfestigkeit
und Lösungsmittelbeständigkeit (insbesondere Alkoholbeständigkeit)
aufweisen und daß die Bilder eine hervorragende
Auflösung besitzen.
Gemäß dem Stand der Technik werden als farbgebende Mittel für
Strahldrucktinten wasserlösliche Farbstoffe wegen der Verwendung
von wäßrigen flüssigen Medien verwendet. Bei Verwendung
derartiger wasserlöslicher Farbstoffe ist es möglich,
viele der vorstehenden Grundvoraussetzungen für Tintenstrahl-
Aufzeichnungssysteme zu erfüllen. Jedoch sind derartige wasserlösliche
Farbstoffe von Natur aus weniger lichtbeständig, so
daß bei den aufgezeichneten Bildern häufig Schwierigkeiten
mit der Lichtechtheit auftreten. Insbesondere kann es bei
Belichtung der Bilder mit Lichtquellen, wie Sonnenlicht,
fluoreszierendes Licht oder Projektoren, dazu kommen, daß
die Bilder ausgelöscht werden oder weniger gut lesbar werden.
Ferner kann es bei längerer Lagerung zu einem Verblassen der
Bilder kommen. Demzufolge wurde die Wirkung von verschiedenen
Additiven, wie UV-Absorbern oder Antioxidationsmitteln, auf
die Verbesserung der Lichtechtheit untersucht, wobei die
vorstehend im Zusammenhang mit dem Strahldruckverfahren erwähnten
Grundeigenschaften erhalten bleiben sollen. Man hat
erwartet, daß durch Zugabe derartiger Substanzen zu Tinten
die Lichtechtheit der aufgezeichneten Bilder stark verbessert
werden kann.
Jedoch sind derartige Additive in bezug auf ihre Lösungsstabilität
im flüssigen Tintenmedium, insbesondere in bezug
auf ihre Lösungsstabilität in Wasser, unterlegen, so daß
Schwierigkeiten insofern auftreten, als im Verlauf der Zeit
feste Niederschläge in der Tinte entstehen oder der Farbstoff
aufgrund einer Zersetzung oder Isomerisierung ausgefällt wird,
wodurch es zu Verstopfungen der Düsen kommt.
Es wird die Auffassung vertreten, daß Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren
in bezug auf das Papier keinen speziellen Beschränkungen
unterliegen, wobei sie aber im Vergleich zu anderen
Aufzeichnungsverfahren besser für Normalpapier (unbeschichtetes
Papier) geeignet sein sollen. Dennoch sind diese
Verfahren unter den gegenwärtigen Bedingungen noch nicht
zufriedenstellend. Insbesondere kommt es beim Bedrucken von
üblicherweise in Büros verwendetem Normalpapier, bei dem es
sich um kein Spezialpapier für die Tintenstrahlaufzeichnung
handelt, z. B. Notizpapier, Schreibmaschinenpapier, Kopierpapier,
Briefpapier und dergl., insofern zu Schwierigkeiten,
als sich der Tintenausdruck entlang der Fasern auf dem Papier
verteilt, wodurch die Tüpfelform unstabil wird und es zum
Verlaufen der Tinte kommt, so daß fein gezogene Linien,
feine Buchstaben oder komplizierte chinesische Schriftzeichen
häufig unklar und schwierig erkennbar werden.
Da die vorerwähnten Papiere einer sog. Leimungsbehandlung
unterzogen werden, so daß das Verlaufen von Buchstaben, die
mit Schreibgeräten unter Verwendung einer wäßrigen Tinte für
Füllfederhalter geschrieben werden, verzögert wird, kann die
Tinte beim Drucken mittels eines Tintenstrahldruckers nicht
leicht in das Papier eindringen, wodurch es zu einer schlechten
Trocknung der bedruckten Bereiche kommt. Somit treten Schwierigkeiten
insofern auf, als die ausgedruckten Buchstaben auf
die Abdeckung des Druckers sowie im Fall von Berührungen auf
die Hand, abfärben.
Es wurden verschiedene Verbesserungen mit dem Ziel vorgeschlagen,
die Verlauf- und Trocknungseigenschaften von ausgedruckten
Zeichen zu verbessern. Beispielsweise wurde versucht,
den pH-Wert der Tinte stark ins Alkalische zu verschieben
oder der Tinte eine große Menge an oberflächenaktiven
Mitteln zuzusetzen. Tinten mit einem stark alkalischen pH-Wert
sind bei Berührung der Tinte mit den Händen gefährlich und
sind ferner mit dem Nachteil behaftet, daß sie gelegentlich
bei Verwendung von bestimmten Arten von Leimungsmitteln nicht
gleichzeitig sowohl in bezug auf das Verlaufverhalten als auch
in bezug auf die Trocknungseigenschaften zufriedenstellend
sind. Die Zugabe einer großen Menge an oberflächenaktiven
Mitteln verursacht insofern Schwierigkeiten, als das Verlaufen
stark vom Papier abhängt, daß die Tinte je nach den Bedingungen
am Druckkopf nicht ausgestoßen, sondern zurückgezogen wird
oder die gesamte Düsenfläche benetzt wird, ohne daß es zu
einem Tintenausstoß kommt.
Obgleich neben den vorstehend erwähnten Versuchen noch verschiedene
andere Verbesserungen vorgeschlagen worden sind,
gibt es gegenwärtig keine Tinten, mit denen sämtliche vorerwähnten
Schwierigkeiten in bezug auf das Verlaufverhalten und
die Trocknungseigenschaften von ausgedruckten Druckzeichen gelöst
werden können.
Aus den DE-OS 34 33 508, 33 38 835, 33 20 373 und 31 47 592
sowie aus den US-PS 45 08 570, 44 09 040 und 42 95 889 sind
verschiedene wäßrige Strahldrucktinten mit einem Gehalt an
Glykoläthern, Polyglykolen und Polyglykolphenyläthern bekannt.
Jedoch findet sich in diesen Druckschriften kein Hinweis darauf,
daß gerade mit Tinten der beanspruchten Zusammensetzung
besonders günstige Druckergebnisse erzielt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tinte bereitzustellen, die
die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist.
Insbesondere
sollen sich die Tinten durch eine ausgezeichnete Lösungsstabilität
von wasserlöslichen Farbstoffen auszeichnen und für verschiedene
Schreibgeräte, Drucker, insbesondere für Tintenstrahlaufzeichnungen,
geeignet sein. Es sollen Bilder von
ausgezeichneter Lichtechtheit entstehen. Aufgabe der Erfindung
ist ferner die Bereitstellung von Tinten, die Bilder von guter
Druckqualität ergeben und gleichzeitig gute Trocknungseigenschaften
besitzen, ohne daß es beim Bedrucken von Normalpapier,
wie es üblicherweise in Büros verwendet wird, zu Verlauferscheinungen
oder zu einer Deformation von Druckzeichen kommt.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Patentansprüchen
definiert.
Gemäß dem Stand der Technik ist es üblich, eine Tinte mit
einem Gehalt an einem wasserlöslichen Farbstoff, insbesondere
eine Strahldrucktinte, mit einem hochsiedenden und wasserlöslichen
organischen Lösungsmittel, z. B. mit mehrwertigen
Alkoholen und dergl., zu versetzen, um eine Verstopfung der
Ausstoßdüsen und dergl. durch Eintrocknen zu vermeiden. Werden
Aufzeichnungsvorgänge auf stark geleimtem Papier und dergl.
vorgenommen, so verbleibt aufgrund der geringen Flüssigkeitsabsorption
des Papiers das weniger flüchtige organische Lösungsmittel
auf dem Papier, selbst wenn das Wasser in der
Tinte rasch verdampft. Auf diese Weise liegt der Farbstoff
immer noch in gelöstem Zustand vor. Dies bringt Schwierigkeiten
insofern mit sich, als es bei Berührungen von bedrucktem Papier
zu Abfärbungen am Aufzeichnungskopf oder an den Händen
kommt. Ferner kann es zu Störungen an den Druckzeichen kommen.
Bei Verwendung von Papier mit einem geringen Leimungsgrad,
z. B. bei in Büros verwendeten Papieren, sind frei auf der
Papieroberfläche liegende Fasern vorhanden. Das organische
Lösungsmittel verbleibt in ähnlicher Weise, selbst wenn es
zur Verdampfung von Wasser kommt. Da der Farbstoff im organischen
Lösungsmittel gelöst wird, verteilt sich die Farbstofflösung
entlang den Papierfasern oder in die Zwischenräume
zwischen den Fasern, wodurch die Qualität der Druckzeichen
beeinträchtigt wird.
Deshalb sollen derartige Tinten für den Tintenstrahldruck
idealerweise einen Farbstoff enthalten, der innerhalb der
Aufzeichnungsvorrichtung, z. B. in den Düsen und dergl., in
gelöstem Zustand vorliegt, jedoch nicht leicht einen Anlaß
zu Verlauferscheinungen durch Ausfällung des Farbstoffs aus
dem Tintenmedium gibt. Ferner sollen sich durch Verwendung
von derartigen Tinten die verschiedenen vorerwähnten Schwierigkeiten
lösen lassen.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen umfangreichen Untersuchungen,
mit dem Ziel, eine derartige ideale Tinte bereitzustellen,
wurde festgestellt, daß bei Auswahl und Verwendung eines organischen
Lösungsmittels, das in ausreichendem Maße zur Lösung
eines Farbstoffs in einem Gemisch aus Wasser mit dem organischen
Lösungsmittel in der Lage ist und zu einer raschen Ausfällung
des Farbstoffs führt, wenn der Wasseranteil durch
Verdampfen des Wassers aus dem Gemisch auf einem Aufzeichnungsmaterial
verringert wird, es zu keinen Abfärbeerscheinungen
auf anderen, mit den bedruckten Bereichen in Kontakt stehenden
Teilen oder zu Störungen der ausgedruckten Zeichen kommt,
selbst wenn Papier mit einem hohen Leimungsgrad bedruckt wird.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Farbstoff in der
Tinte durch Verdampfen des Wassers in der Tinte rasch ausgefällt
werden kann. Somit wird eine hohe Druckqualität auch
auf Papier mit geringem Leimungsgrad ermöglicht, was auf die
rasche Ausfällung des Farbstoffs unter gleichzeitiger Verdampfung
des Lösungsmittels zurückzuführen ist. Dabei verläuft nur das
flüssige Medium in das Papier, ohne daß es zu einem Verlaufen
des Farbstoffs kommt.
Bei Untersuchungen an organischen Lösungsmitteln mit dem
Ziel, solche Lösungsmittel aufzufinden, die zu den vorerwähnten
bevorzugten Ergebnissen führen, wurde festgestellt,
daß die vorerwähnte bevorzugte Wirkung, nämlich die Tatsache,
daß der Farbstoff vor der Verdampfung des Wassers
(innerhalb des Aufzeichnungsgeräts oder der Düse) in ausreichendem
Maße in gelöstem Zustand gehalten wird und der Farbstoff
durch Verdampfen des Wassers (auf dem Papier) leicht ausgefällt
wird, erreicht wird, wenn die Löslichkeit des wasserlöslichen
Farbstoffs in einem derartigen organischen Lösungsmittel
höchstens 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise höchstens 4,5
Gewichtsprozent beträgt.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten wasserlöslichen Farbstoffen
handelt es sich um an sich bekannte Farbstoffe, beispielsweise
Direktfarbstoffe, saure Farbstoffe, basische
Farbstoffe, Reaktivfarbstoffe, Farbstoffe für Nahrungsmittelzwecke
und dergl. Nachstehend sind Beispiele für Farbstoffe
aufgeführt, die vorzugsweise für Strahldrucktinten eingesetzt
werden, und die die erforderlichen Eigenschaften in bezug auf
Färbung, Schärfe, Stabilität, Lichtechtheit und dergl. besitzen:
Die vorerwähnten Beispiele für Farbstoffe werden für die erfindungsgemäßen
Tinten bevorzugt, jedoch besteht keine Beschränkung
auf diese Farbstoffe.
Diese wasserlöslichen Farbstoffe werden in Mengen von etwa
1 bis 10 und vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent der Tinte
eingesetzt.
Beim Lösungsmittel für die Tinte handelt es sich um ein Lösungsmittelgemisch
aus Wasser mit einem organischen Lösungsmittel.
Als Wasser wird vorzugsweise entionisiertes Wasser
anstelle von Wasser, das verschiedenartige Ionen enthält, verwendet.
Das im Gemisch mit Wasser einzusetzende organische Lösungsmittel
weist vorzugsweise einen Siedepunkt unter Normaldruck
von 120°C oder darüber auf. Nachstehend sind Formeln für bevorzugte
Lösungemittel angegeben.
R₁-O-(C₂H₄O) m -R₂ [I]
HO-(C₂H₄O) a (C₃H₆O) b (C₂H₄O) c H [II]
HO-(C₂H₄O) a (C₃H₆O) b (C₂H₄O) c H [II]
Spezielle Beispiele für Verbindungen im Rahmen der Formel I
sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Diese Verbindungen lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen.
In der Formel I bedeuten R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander
Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Arylreste
mit 8 Kohlenstoffatomen oder weniger und m ist eine
ganze Zahl, vorzugsweise von 3 bis 20.
Insbesondere wenn m im Bereich von 3 bis 20 liegt, weisen die
Verbindungen der Formel I niedrige Dampfdrücke auf und verdampfen
im Bereich der Raumtemperatur kaum, so daß es zu keiner
merklichen Geruchsbildung kommt.
Beträgt in der Formel I der Wert von m 2 oder weniger, so besitzen
diese Verbindungen ein relativ gutes Eindringvermögen
in Wasser und Löslichkeit in einem Lösungsmittel, während
sie jedoch geringfügig höhere Dampfdrücke aufweisen und eine
merkliche Geruchsbildung verursachen.
Ferner können diese Verbindungen keine Verstopfungen an den
Düsenspitzen verhindern, sondern verursachen im Gegenteil
häufig Verstopfungen. Ferner gibt es gesundheitliche Probleme
im Arbeitsbereich.
Beträgt der Wert von m 21 oder mehr, so ergibt sich eine deutlich
gesteigerte Viskosität der Tinte, so daß die Schwierigkeit
auftritt, daß die Fixiergeschwindigkeit nicht verbessert
werden kann.
In der Formel I wird mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette
des Alkylrests die Eindringwirkung in Papier größer. Beträgt
die Anzahl der Kohlenstoffatome im Alkylrest 7 oder
mehr, so kommt es in sehr ähnlicher Weise wie bei oberflächenaktiven
Mitteln zu starken Verlauferscheinungen. Ferner wurde
festgestellt, daß die Löslichkeit in wäßrigen Medien abrupt
mit der Länge der Kohlenstoffkette absinkt.
Daher soll der Alkylrest vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome
aufweisen.
Ferner soll die Verbindung insgesamt 9 oder mehr Kohlenstoffatome
aufweisen. Der Anteil an diesen Verbindungen ist durch
das Gleichgewicht zwischen der Fixierungszeit der Tinte und
dem Verlaufen beschränkt, wobei aber die Viskosität der gesamten
Tinte durch Veränderung der Länge von m variiert
werden kann.
Die Verbindungen der Formel I, bei denen es sich um Diäther
handelt, besitzen im Vergleich zu Monoäthern ein milderes
oberflächenaktives Verhalten, wodurch es kaum zu Verlauferscheinungen
an den Druckprodukten kommt. Im Vergleich zu entsprechenden
Polyoxyäthylenen besitzen sie einen höheren Dampfdruck,
jedoch ergibt sich aufgrund der geringeren Viskosität
eine niedrigere Grenzflächenspannung im Papier, was eine erhöhte
Fixierungsgeschwindigkeit der Tinte bewirkt.
Bei den Verbindungen der Formel II handelt es sich um Blockcopolymere
von Äthylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO) vom
(EO) a- (PO) b )-Typ oder vom (EO) a -(PO) b -(EO) c -Typ, wobei beide
Verbindungstypen nach an sich bekannten Verfahren herstellbar
sind.
Von den vorstehend definierten Blockcopolymeren eignen sich
für die Zwecke der Erfindung besonders solche, bei denen a und c, d. h. der Polymerisationsgrad von EO, höchstens 78 und
b, d. h. der Polymerisationsgrad von PO, mindestens 2 und
höchstens 15 betragen.
In Tabelle 2 sind bevorzugte Beispiele für Blockcopolymere
anhand der Indices a, b und c aufgeführt.
Übersteigt in den Verbindungen der vorstehenden Formel die
Summe von a und c den Wert 78, so haben diese Verbindungen
trotz der guten Verträglichkeit mit Wasser ein zu hohes Molekulargewicht,
wodurch die Viskosität der Tinte zu groß wird.
Trotz geringer Verlauferscheinungen beim Drucken ist die
Trocknungs- und Fixierungsgeschwindigkeit der Tinte gering,
so daß die Abgabeeigenschaften der Tinte bzw. die Gestalt
der Tintentüpfel instabil wird. Das gleiche gilt für den
Fall, wenn b einen zu geringen Wert hat. Ist der Wert für b
zu hoch, so besteht die Gefahr, daß die Verträglichkeit mit
Wasser sowie die Trocknungs- und Fixiergeschwindigkeiten der
Tinte unzureichend werden.
Der Gewichtsanteil von EO im Molekül der vorstehend erwähnten
Formel soll vorzugsweise 20 bis 80 Gewichtsprozent, bezogen
auf die Gesamtverbindung, betragen, um die Ziele der Erfindung
in optimaler Weise zu erreichen.
Die Verbindungen der Formel III werden durch Addition von Äthylenoxid
an Phenol oder Alkylphenole mit 1 oder 2 Alkylresten,
die 1 oder 2 Kohlenstoffatome aufweisen, erhalten. Diese Verbindungen
lassen sich nach ähnlichen Verfahren, wie sie im
Stand der Technik angewandt werden, herstellen.
Herkömmliche Verbindungen, die durch Addition von Äthylenoxid
an Alkylphenole hergestellt worden sind, sind als nicht-ionogene
oberflächenaktive Mittel bekannt. Jedoch weisen diese herkömmlichen
nicht-ionogenen oberflächenaktiven Mittel im allgemeinen
8 bis 12 Kohlenstoffatome im Alkylrest auf, um die HLB-
Werte in entsprechender Weise einzustellen. Derartige nichtionogene
oberflächenaktive Mittel werden in herkömmlichen
Strahldrucktinten verwendet. Sie besitzen die Wirkung, daß
sie die scheinbare Trocknungs- und Fixierungsgeschwindigkeit
der Tinte, d. h. die Absorbierbarkeit der Tinte am Aufzeichnungsmaterial,
erhöhen. Handelt es sich beim Aufzeichnungsmaterial
jedoch um Papier, z. B. Papier von geringem Leimungsgrad, so
verursacht das gute Flüssigkeitsabsorptionsvermögen Schwierigkeiten
insofern, als es zu einem übermäßigen Verlaufen der
Tinte kommt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden umfangreiche Untersuchungen
über derartige Verlauferscheinungen von Strahldrucktinten
durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß die Schwierigkeiten
mit dem Verlaufen der Tinte gelöst werden können und
Tinten mit ausgezeichneten Trocknungs- und Fixierungseigenschaften
auch bei Papier mit hohem Leimungsgrad erhalten werden
können, wenn man ein Äthylenoxidaddukt der vorerwähnten
Alkylphenole verwendet, bei denen der Alkylrest am Phenol fehlt
oder bei denen die ggf. vorhandenen Alkylreste auf 1 oder 2
Kohlenstoffatome beschränkt sind. Ferner beträgt die Molanzahl
an addiertem Äthylenoxid 4 bis 20.
Spezielle Beispiele für bevorzugte Verbindungen im Rahmen der
Formel III sind nachstehend aufgeführt.
Verbindungen mit einem Gehalt an mittleren bis großen Alkylresten,
wie Nonyl-, Octyl- und Dodecylgruppen, bei denen es
sich um herkömmliche nicht-ionogene oberflächenaktive Mittel
handelt, führen zu Tinten mit hervorragender Absorbierbarkeit,
bei denen aber im Fall von Papieren mit geringem Leimungsgrad,
wie bei herkömmlichem Normalpapier, es zu übermäßigen
Verlauferscheinungen kommt, so daß die Druckqualität
stark beeinträchtigt wird. Es wurde vorgeschlagen, im
Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen den Trocknungs- und
Fixierungseigenschaften und dem Verlaufen der Tinte die Anzahl
der Kohlenstoffatome in den Alkylresten auf 3 oder 4 zu
beschränken. Jedoch treten bei Verbindungen mit derartigen
Alkylresten Verlaufprobleme bei Normalpapier auf, die sich
nicht lösen lassen, so daß letzlich eine Senkung der Druckqualität
unvermeidbar ist.
Liegt die Molanzahl n des addierten Äthylenoxids bei 3 oder
darunter, so wird trotz des ausgezeichneten Eindringvermögens
der Tinte der Dampfdruck höher, so daß ein geringerer
Schutz gegen Verstopfungen von Düsen in der Strahldruckvorrichtung
erzielt wird. Ferner reicht dann die Verträglichkeit mit
Wasser nicht mehr aus, wodurch gelegentlich Verstopfungen von
Düsen gefördert werden. Liegt dagegen der Wert für n bei 21
oder darüber, so erhöht sich die Viskosität der Tinte so sehr,
daß eine stabile Abgabe aus der Düse kaum erzielbar ist.
Außerdem ergeben sich dann beim Drucken sehr geringe Trocknungs-
und Fixierungsgeschwindigkeiten.
Der Anteil der Verbindungen der Formeln I bis III in den
Tinten unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Liegt jedoch
der Anteil der Verbindungen dieser Formeln in der Tinte
unter 0,5 Gewichtsprozent, so ergeben sich unzureichende Trocknungs-
und Fixierungsgeschwindigkeiten, während bei einem Anteil
von mehr als 60 Gewichtsprozent die Viskosität der Tinte
übermäßig ansteigt. Ferner kann es zu übermäßigen Verlauferscheinungen
von ausgedruckten Zeichen oder zu einem Absinken
der Stabilität der Tinte kommen. Somit sind die Verbindungen
der vorerwähnten Formeln in der Tinte vorzugsweise
in Mengen von 0,5 bis 60 und insbesondere von 0,5 bis 30 Gewichtsprozent
vorhanden.
Beispiele für wasserlösliche organische Lösungsmittel, die in
Kombination mit den Verbindungen der Formeln I bis III enthalten
sein können, sind Alkylalkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
wie Methylalkohol, Äthylalkohol, n-Propylalkohol,
Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec.-Butylalkohol, tert.-
Butylalkohol, Isobutylalkohol und dergl.; Amide, wie Dimethylformamid,
Dimethylacetamid und dergl.; Ketone oder Ketoalkohole,
wie Aceton, Diacetonalkohol und dergl.; Äther, wie
Tetrahydrofuran, Dioxan und dergl.; Polyalkylenglykole, wie
Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol und dergl.; Alkylenglykole
mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Äthylenglykol,
Propylenglykol, Butylenglykol, Triäthylenglykol, 1,2,6-Hexantriol,
Thiodiglykol, Hexylenglykol, Diäthylenglykol und dergl.;
Glycerin; niedere Alkyläther von mehrwertigen Alkoholen, wie
Äthylenglykolmethyl(oder -äthyl)-äther, Diäthylenglykolmethyl
(oder -äthyl)-äther, Triäthylenglykolmonomethyl(oder -äthyl)-
äther und dergl.; N-Methyl-2-pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon,
Triäthanolamin, Sulforan und dergl. Von diesen
wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln werden mehrwertige
Alkohole, wie Diäthylenglykol, niedere Alkyläther von mehrwertigen
Alkoholen, wie Triäthylenglykolmonomethyl(oder -äthyl)-
äther bevorzugt. Der Anteil der vorerwähnten wasserlöslichen
organischen Lösungsmittel in der Tinte beträgt im allgemeinen
2 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Tinte, vorzugsweise 5 bis 65 und insbesondere 10 bis 60 Gewichtsprozent.
Die erfindungsgemäßen Tinten können neben den vorerwähnten
Bestandteilen auch oberflächenaktive Mittel, Mittel zur Viskositätskontrolle,
Mittel zur Einstellung der Oberflächenspannung
und dergl. enthalten. Oberflächenaktive Mittel, wie
sie gemäß dem Stand der Technik verwendet werden, besitzen
einen großen Einfluß auf das Verlaufen während des Druckvorgangs,
so daß sie erfindungsgemäß nicht in großen Mengen
verwendet werden sollen. Erfindungsgemäß ist der Anteil dieser
Verbindungen, bezogen auf die Tinte, vorzugsweise auf
höchstens 0,5 Gewichtsprozent, insbesondere auf höchstens 0,4
Gewichtsprozent und ganz besonders auf höchstens 0,3 Gewichtsprozent
beschränkt.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Tinte enthält vorwiegend
die vorgenannten Bestandteile. Das Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen
Tinten besteht darin, daß bei der Herstellung
der Tinte mit diesen Bestandteilen die Kombination des wasserlöslichen
Farbstoffs und des organischen Lösungsmittels sowie
das Mischungsverhältnis aus Wasser und dem organischen
Lösungsmittel speziell eingestellt werden. Obgleich beliebige
der vorerwähnten wasserlöslichen Farbstoffe und organischen
Lösungsmittel verwendet werden können, ist es notwendig,
den wasserlöslichen Farbstoff so auszuwählen, daß er eine
Löslichkeit von höchstens 5 Gewichtsprozent in mindestens
einem der verwendeten organischen Lösungsmittel aufweist.
Vorzugsweise besitzt das Lösungsmittel einen Siedepunkt von
mindestens 120°C. Das Lösungsmittel soll ferner in der vorstehend
angegebenen beschränkten Menge eingesetzt werden.
Die genannte Löslichkeit des wasserlöslichen Farbstoffs im
organischen Lösungsmittel bezieht sich auf Gramm wasserlöslichen
Farbstoff, der unter Normaldruck bei 25°C in 100 g
des organischen Lösungsmittels gelöst ist.
Bei Einhaltung dieses speziellen Merkmals liegt der Farbstoff
in der Tinte innerhalb des Aufzeichnungsgeräts oder in
den Düsen in ausreichend gelöstem Zustand vor, wobei der
wasserlösliche Farbstoff nach Durchführung des Aufzeichnungsvorgangs
rasch den gelösten Zustand unter Abdampfen des Wassers
verläßt und die Fluidität verlorengeht. Infolgedessen lassen
sich Schwierigkeiten in bezug auf eine schlechte Trocknung
oder ein Verlaufen der Tinte auf verschiedenen Aufzeichnungsmaterialien
lösen. Es lassen sich Bilder von hoher Qualität
und hoher Auflösung, bei denen es zu keinen Verlauferscheinungen
kommt, nicht nur auf speziellen Tintenstrahldruckpapieren,
sondern ganz allgemein auch auf Normalpapier erzielen.
Als Aufzeichnungsmaterialien können im erfindungsgemäßen Verfahren
verschiedene herkömmliche Papiere für den Tintenstrahldruck
oder Kunststoffolien für Overhead-Projektoren verwendet
werden. Ferner können Kopierpapier, Repropapier, Bankpostpapier,
Etikettenpapier, Endlosformulare, Computerpapier oder
dergl. verwendet werden, wobei diese Papiere entweder niedrige
oder hohe Leimungsgrade aufweisen können.
Bei Verwendung von herkömmlichen Tinten, insbesondere Strahldrucktinten,
zum Drucken auf Normalpapier von niedrigem Leimungsgrad,
bei dem Cellulosefasern an der Aufzeichnungsoberfläche
ungeschützt vorliegen, kommt es zu einem erheblichen
Verlaufen der Ausdrucke, was die Herstellung von hochwertigen
Druckerzeugnissen unmöglich macht. Im Gegensatz dazu
kommt es beim erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund des vorerwähnten
Effekts der Tinte selbst bei Verwendung von Normalpapier
von niedrigem Leimungsgrad nicht zu Verlauferscheinungen,
so daß hochwertige Druckerzeugnisse erhalten werden.
Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders zur Anwendung
an derartigen Papieren von niedrigem Leimungsgrad geeignet.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für das Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren.
Hierfür kommen beliebige System in Frage,
sofern dabei die Übertragung der Tinte auf das Aufzeichnungsmaterial
so erfolgt, daß die Tinte aus einer Düse ausgestoßen
wird. Typische Beispiele für derartige Systeme sind
in IEEE Transactions on Industry Application, Bd. JA-13, Nr. 1
(Februar und März 1977) sowie in den Ausgaben vom 19. 02. 1976,
29. 01. 1973 und 06. 05. 1974 von Nikkei Electronics beschrieben.
Die Systeme dieser Druckschriften eignen sich für das erfindungsgemäße
Verfahren.
Zunächst wird etwas näher auf das Verfahren unter elektrostatischer
Anziehung eingegangen. Bei diesem System wird der
Aufzeichnungsvorgang durchgeführt, indem man ein starkes
elektrisches Feld zwischen einer Düse und einer Beschleunigungselektrode,
die in einer Entfernung von einigen mm vor
der Düse angeordnet ist, anlegt. Tintentröpfchen werden nacheinander
aus der Düse ausgestoßen. Informationssignale werden
auf Ablenkungselektroden übertragen, während die Tintentröpfchen
sich auf einer Flugbahn zwischen den Ablenkungselektroden
befinden. Ferner können bei einem derartigen System
auch Tintentröpfchen entsprechend den Informationssignalen
ausgestoßen werden, ohne daß die Tintentröpfchen abgelenkt
werden. Beide Varianten eignen sich für das erfindungsgemäße
Verfahren.
Beim zweiten System wird mittels einer kleinen Pumpe hoher
Druck an die Tinte angelegt. Kleine Tintentröpfchen werden
zwangsweise durch mechanische Vibration der Düse mittels
eines Quarzvibrators oder dergl. ausgestoßen. Die ausgestoßenen
Tintentröpfchen werden gleichzeitig mit dem Ausstoß
entsprechend den Informationssignalen elektrisch geladen.
Die geladenen Tintentröpfchen werden bei der Passage zwischen
Ablenkungselektrodenplatten entsprechend ihrer Ladungsmenge
abgelenkt. Eine Variante dieses Systems ist das sog. Mikrotüpfel-
Tintenstrahlsystem. Dabei werden der Tintendruck und
die Anregungsbedingungen innerhalb bestimmter Bereiche auf
geeigneten Werten gehalten, wobei aus der Düsenspitze zweierlei
Arten von Tintentröpfchen, nämlich große und kleine Tröpfchen,
abgegeben werden. Davon werden nur die Tröpfchen mit
den kleineren Abmessungen für den Aufzeichnungsvorgang verwendet.
Das spezielle Merkmal dieser Variante besteht darin, daß
eine Gruppe von feinen Flüssigkeitströpfchen auch mit herkömmlichen
dicken Düsenöffnungen erzielbar ist.
Beim dritten System handelt es sich um ein piezoelektrisches
System, bei dem anstelle der bei den übrigen Systemem verwendeten
mechanischen Vorrichtung, wie einer Pumpe, eine piezoelektrische
Vorrichtung verwendet wird, um die Tinte mit Druck
zu beaufschlagen. Bei diesem System wird an die Tinte mittels
einer mechanischen Verdrängung, die durch elektrische, der
piezoelektrischen Vorrichtung zugeführte Signale erzeugt wird,
Druck angelegt, wodurch die Tinte aus einer Düse ausgestoßen
wird.
Es ist auch möglich, das in der JA-OS 59 936/1979 beschriebene
Tintenstrahlsystem anzuwenden, bei dem die Tinte der Einwirkung
von Wärmeenergie ausgesetzt wird, wodurch sich eine
plötzliche Volumenveränderung ergibt. Die Tinte wird durch
die Kraft, die bei einer derartigen Veränderung auftritt, aus
der Düse ausgestoßen.
Die vorerwähnten Beispiele erläutern bevorzugte Aufzeichnungsverfahren
der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf
diese Aufzeichnungsverfahren beschränkt, sondern eignet sich
vielmehr auch für Tinten, die in anderen Druckern oder Schreibgeräten
verwendet werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Sämtliche Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf
das Gewicht.
Verbindung Nr. 2 von Tabelle 1 | |
7 Teile | |
Glycerin | 5 Teile |
Polyäthylenglykol 400 | 5 Teile |
Äthylenglykol | 10 Teile |
C. I. Direct Black 154 | 5 Teile |
nicht-ionogenes oberflächenaktives Mittel | 0,1 Teil |
Wasser | 68 Teile |
Die Löslichkeit von C. I. Direct Black 154 in der Verbindung 2
von Tabelle 1 beträgt 3,5 Prozent.
Die vorerwähnten Bestandteile werden in ein Gefäß gebracht und
5 Stunden gerührt. Das erhaltene Gemisch wird mit 0,1-prozentiger
wäßriger Natriumhydroxidlösung auf den pH-Wert 7,5
eingestellt.
Anschließend wird das Gemisch unter Druck durch ein Fluoropore-
Filter mit
einer Porengröße von 0,45 µm filtriert. Man erhält die erfindungsgemäße
Aufzeichnungsflüssigkeit A. Die physikalischen
Eigenschaften, die Löslichkeit und der Geruch der Aufzeichnungsflüssigkeit
A werden ermittelt. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 4 zusammengestellt.
Die vorstehende Aufzeichnungsflüssigkeit A wird in eine Tintenstrahldruckvorrichtung,
die mit Hilfe von Wärmeenergie arbeitet, gefüllt. Ein Druckvorgang
wird auf Endlosformularen und auf Kopierpapier durchgeführt.
Die Aufzeichnungseigenschaften sowie das Fixier- und
Laufverhalten werden bewertet.
Anschließend wird die Vorrichtung 5 Minuten stehengelassen,
ohne daß man den Druckkopf verschließt. Sodann wird nochmals
ein Druckvorgang durchgeführt.
Nach einem Ausdruck von drei Zeilen wird die Stromversorgung
des Druckers abgestellt. Die Verstopfungen an 24 Düsen werden
untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt.
(Die Löslichkeit von C. I. Food Black 2 in Verbindung Nr. 4
von Tabelle 1 beträgt 1 Prozent oder darunter).
(Die Löslichkeit von C. I. Acid Red 8 in Verbindung Nr. 11
von Tabelle 1 beträgt 1 Prozent oder darunter).
(Die Löslichkeit von C. I. Direct Blue 86 in Verbindung Nr. 17
von Tabelle 1 beträgt 1,5 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Direct Blue 199 in Verbindung Nr. 22
von Tabelle 1 beträgt 3,5 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Acid Yellow 23 in Verbindung Nr. 5
von Tabelle 1 beträgt 1 Prozent oder darunter).
Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Abänderung, daß die vorstehend
aufgeführten Aufzeichnungsflüssigkeiten B bis F anstelle
der Aufzeichnungsflüssigkeit A von Beispiel 1 verwendet
werden. Die Aufzeichnungsflüssigkeiten und die Aufzeichnungseigenschaften
werden bewertet. Die Ergebnisse sind in den
Tabellen 4 und 5 zusammengestellt.
Die nachstehend aufgeführten Bestandteile werden 5 Stunden
gerührt. Das erhaltene Gemisch wird mit 0,1-prozentiger
wäßriger Natriumhydroxidlösung auf den pH-Wert 7,5 eingestellt.
sodann wird unter Druck durch einen Membranfilter
mit einer Porengröße von 0,45 µm
filtriert. Man erhält
eine erfindungsgemäße Tinte.
(Die Löslichkeit von C. I. Direct Black 154 in Verbindung Nr. 21
von Tabelle 2 beträgt 2 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Food Black Nr. 2 in Verbindung Nr. 6
und 7 von Tabelle 2 beträgt jeweils 1 Prozent oder weniger).
(Die Löslichkeit von C. I. Acid Blue 254 in Verbindung Nr. 27
von Tabelle 2 beträgt 1,5 Prozent).
(Die Löslichkeit des Reaktivfarbstoffs in der Verbindung Nr. 22
von Tabelle 2 beträgt 3,5 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Direct Yellow 86 und C. I. Acid
Yellow 23 in Verbindung Nr. 20 von Tabelle 2 beträgt 2 Prozent
bzw. 1 Prozent oder weniger).
Ein Aufzeichnungsvorgang wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt,
mit der Abänderung, daß die Aufzeichnungsflüssigkeiten G bis
J anstelle der Aufzeichnungsflüssigkeit A von Beispiel 1
verwendet werden. Die Aufzeichnungseigenschaften werden bewertet.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 6 und 7 zusammengestellt.
Die nachstehend aufgeführten Bestandteile werden 5 Stunden gerührt.
Die erhaltenen Gemische werden durch Zugabe von 0,1-prozentiger
wäßriger Natriumhydroxidlösung auf den pH-Wert 7,5
eingestellt und sodann unter Druck durch ein Membranfilter
mit einer Porengröße von 0,45 µm
filtriert. Man erhält
erfindungsgemäße Tinten.
(Die Löslichkeit von C. I. Direct Black in Verbindung Nr. 6
von Tabelle 3 beträgt 4,5 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Food Black in Verbindung Nr. 3
und Nr. 7 von Tabelle 3 beträgt 3 bzw. 4,5 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Acid Blue 254 in Verbindung Nr. 10
von Tabelle 3 beträgt 1 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Reactive Red 221 in Verbindung Nr. 21
von Tabelle 3 beträgt 1 Prozent).
(Die Löslichkeit von C. I. Direct Yellow 86 und C. I. Acid
Yellow 23 in Verbindung Nr. 2 von Tabelle 3 beträgt 4,5
bzw. 2 Prozent).
Ein Aufzeichnungsvorgang wird gemäß Beispiel 1 durchgeführt,
mit der Abänderung, daß die Aufzeichnungsflüssigkeiten L bis
P anstelle der Aufzeichnungsflüssigkeit A von Beispiel 1 verwendet
werden. Die Aufzeichnungseigenschaften werden bestimmt.
Die Ergebnisse sind in den Tabelle 8 und 9 zusammengestellt.
Entsprechend den nachstehend angegebenen Rezepturen werden
verschiedene Tinten gemäß dem Stand der Technik (A-1 bis A-5)
sowie im Vergleich hierzu erfindungsgemäß Tinten A′-1, A′-4
und A′-5 hergestellt. Die Zusammensetzung der Tinten ergeben
sich aus den Tabellen I-a und I-b.
Die Tinten werden gemäß Beispiel 1 der vorliegenden
Beschreibung getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II
zusammengestellt. Die zur Wiedergabe der Testergebnisse
verwendeten Symbole entsprechen denen der Beschreibung. Aus
Tabelle II geht hervor, daß keine der dem Stand der Technik
entsprechenden Tinten gleichzeitig zu einer
zufriedenstellenden Fixierung auf üblichem Papier sowie zu
einer Unterdrückung von Verlauferscheinungen führt. Die
erfindungsgemäßen Tinten sind also den Tinten des Stands der
Technik deutlich überlegen.
Claims (2)
1. Aufzeichnungsflüssigkeit, bestehend aus
- - 1 bis 10 Gew.-% eines wasserlöslichen Farbstoffs,
- - 61 bis 80 Gew.-% Wasser,
- - mindestens einem organischen Lösungsmittel der allgemeinen
Formeln (I), (II) und (III), wobei das Lösungsmittel der Formel
(I) in einer Menge von 3 bis 30 Gew.-% und die Lösungsmittel
der Formeln (II) und (III) in einer Menge von 6 bis 30 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit,
enthalten sind
R₁-O-(C₂H₄O) m -R₂ [I]
HO-(C₂H₄O] a (C₃H₆O) b (C₂H₄O) c H [II] worin R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Arylreste mit 8 oder weniger Kohlenstoffatomen bedeuten, m eine ganze Zahl von 3 bis 20 ist, a und c ganze Zahlen mit einer Gesamtsumme von 78 oder weniger sind, b eine ganze Zahl von 2 bis 15 ist, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen bedeuten und n eine ganze Zahl mit einem Wert von 4 bis 20 ist, und - - gegebenenfalls 10 bis 60 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels aus der Gruppe Alkylalkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Amide, Ketone, Ketoalkohole, Äther, Polyalkylenglykole, Alkylenglykole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, Glycerin, niedere Alkyläther von mehrwertigen Alkoholen, N-Methyl-2- pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Triäthanolamin und Sulfolan und gegebenenfalls bis zu 0,5 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels.
2. Verwendung der Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 1 in
Schreibgeräten und Druckern, einschließlich
Tintenstrahldruckgeräten.
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