DE3751420T2

DE3751420T2 - Registrierverfahren und Flüssigkeit unter Verwendung eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels.

Info

Publication number: DE3751420T2
Application number: DE3751420T
Authority: DE
Inventors: Shoji Koike; Yasuko Tomida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2007-12-24
Also published as: EP0273718B1; DE3751420D1; EP0273718A2; EP0273718A3; JPS63162773A; JPH0463106B2; US5067980A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufzeichnungsflüssigkeit, die Buchstaben, Muster und andere Information sowohl auf spezielles Tintenstrahl-Druckpapier als auch auf gewöhnliches Büro- oder Haushaltspapier aufzeichnen kann. Das Papier, das durch die Erfindung bedruckt werden kann, schließt Kopierpapier (copy paper), Briefpapier, Bond- bzw. Hartpostpapier (bond paper), Endlospapier, und ähnliches, und textile Flächen (cloth) ein. Insbesondere stellt die Erfindung eine Aufzeichnungsflüssigkeit zur Verfügung, die auf solchen Materialien Aufzeichnungen mit einer hohen Fixiergeschwindigkeit und einem hohen Haltbarkeitsgrad bilden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Aufzeichnungsverfahren, in dem solch eine Aufzeichnungsflüssigkeit verwendet wird. Es sind Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren bekannt, in denen winzige Tröpfchen der Aufzeichnungsflüssigkeit als Strahl auf die Papierschichten oder andere Aufzeichnungsmaterialien, an denen sie anhaften, geschossen werden. Verschiedene Verfahren wurden zur Bildung solcher Tröpfchen vorgeschlagen, zum Beispiel ein Verfahren unter Anwendung der elektrostatischen Anziehung, ein Verfahren unter Anwendung der mechanischen Schwingung, die durch piezoelektrische Elemente verursacht wird, und ein Verfahren unter Anwendung von Druck, der in einer erwärmten Aufzeichnungsflüssigkeit erzeugt wird.
Üblicherweise ist die Aufzeichnungsflüssigkeit (darauf wird auch als "Tinte" Bezug genommen) eine Flüssigkeit, in der ein Farbstoff in Wasser oder einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel gelöst ist. Diese Aufzeichnungsflüssigkeiten müssen einem breiten Bereich verschiedener Anforderungen gerecht werden, die vom Aufzeichnungsverfahren abhängen, in dem sie verwendet werden sollen. Es gibt jedoch verschiedene Anforderungen, die sich auf alle Aufzeichnungsflüssigkeiten beziehen, ungeachtet wie sie verwendet werden. Diese Anforderungen schließen die nachstehenden Anforderungen ein:
(1) Die Aufzeichnungsflüssigkeit sollte zu einem Bild von hoher Qualität und mit minimalem Auslaufen eines Tintenstrichs führen,
(2) Das Tintenbild sollte mit hoher Geschwindigkeit fixiert werden,
(3) Das gedruckte Bild sollte eine gute Haltbarkeit (z.B. Wetterbeständigkeit, Lichtbeständigkeit) aufweisen,
(4) Die Tinte sollte kein Verstopfen der Tintenkanäle veranlassen,
(5) Die Tinte sollte während verlängerter Druckzeiten sehr stabile Ausstoßeigenschaften zeigen,
(6) Die Tinte sollte über einen verlängerten Aufbewahrungszeitraum stabil sein.
Intensive Studien wurden mit dem Ziel der Entwicklung von Aufzeichnungsflüssigkeiten und einer Tintenstrahlapparatur, bei denen einigen oder allen der vorstehend erwähnten Erfordernisse genüge getan wird, ausgeführt. Tatsächlich wurde bereits einige dieser Erfordernisse bis zu einem wirtschaftlich annehmbaren Grad erfüllt.
In den meisten Fällen, wird den Anforderungen, die die Fixiergeschwindigkeit betreffen,insbesondere wenn die Aufzeichnung auf einem anderen Material als speziellem Aufzeichnungspapier für die Verwendung beim Tintenstrahldruck erfolgt, jedoch nicht entsprochen. Dieses Problem entsteht deshalb, weil die meisten Aufzeichnungsflüssigkeiten vom Stand der Technik zur Verhinderung eines Verstopfens ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel enthalten, wobei dieses Lösungsmittel bei Raumtemperatur eine geringe Flüchtigkeit und eine Oberflächenspannung von ungefähr 45 dyn/cm (dyne/cm) aufweist. Beispiele solcher Lösungsmittel sind Glycole, z.B. Ethylenglycol und Diethylenglycol und Glycerin.
Lösungsmittel vom vorstehenden Typ neigen auch dazu die Stabilität der Ausstoßeigenschaften der Tinte zu beeinträchtigen, was oft zu großen Schwankungen des Tintenausstoßverhaltens führt. Deshalb ist eine sorgfältige Überlegungen erforderlich, um den Eigenschaften der Tinte und den Anforderungen des Tintenstrahlsystems unter verschiedenen Betriebsbedingungen gerecht zu werden.
Die meisten Aufzeichnungsflüssigkeiten der vorstehend beschriebenen Art enthalten wasserlösliche Farbstoffe, wie Direktfarbstoffe oder Säurefarbstoffe. Wenn solche Aufzeichnungsflüssigkeiten bei der Tintenstrahlaufzeichnung verwendet werden, tritt das Problem auf, daß die Haltbarkeit des aufgezeichneten Bildes abnimmt, insbesondere seine Wasserbeständigkeit. Dies ist häufig dann der Fall, wenn ein Blatt Papier mit an seiner Aufzeichnungsfläche freiliegenden Fasern oder eine textile Fläche als das Aufzeichnungsmaterial verwendet wird.
Um die Haltbarkeit des aufgezeichneten Bildes zu verbessern wurden, wie in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 147859/1981, verschiedene Verfahren vorgeschlagen, in denen Tinten vom Pigmentdispersionstyp verwendet werden. Obwohl solche Tinten bis zu einem akzeptablen Grad den Anfordernissen an solch ein haltbares, aufgezeichnetes Bild entsprechen, sind mit ihnen, verglichen mit den herkömmlichen Tinten, die gelöste Farbstoffe enthalten, andere Probleme verbunden, wie ein Verklumpen der Tinte in den Tintenstrahldüsen des Druckers und eine verminderte Stabilität gegenüber einer verlängerten Lagerung.
Die Erfindung stellt eine Aufzeichnungsflüssigkeit mit den in Anspruch 1 dargelegten Merkmalen zur Verfügung.
EP-A-0202656 offenbart eine Tinte für das Tintenstrahldrucken, die einen reaktiven, in dem wäßrigen, flüssigen Medium dispergierten oder gelösten Dispersionsfarbstoff enthält, wobei der reaktive Dispersionsfarbstoff vom schwer wasserlöslichen Azotyp ist. In diesem Dokument findet sich jedoch keine Offenbarung daß ein Farbstoff, der schwer zu lösen ist, eher in Form einer wirklichen Lösung als einer Dispersion verwendet werden sollte.
Die Patentabstracts Japan, Band 8, Nr. 85 (C-219) [1522], 18 April 1984 und JP-A-594665 (Sumitomo Kagaku Kogyo K.K.) beschreiben offenbaren eine Tintenzusammensetzung für das Tintenstrahldrucken, die einen Dispersionsfarbstoff, ein hydrophiles organisches Lösungsmittel, ein ionisches oder nichtionisches Dispersionsmittel und Wasser enthält. In diesem Dokument tritt das Farbmittel in der Tinte in Form einer Dispersion auf, die unter Verwendung einer Kugelmühle hergestellt wurde, und es wird kein Vorschlag unterbreitet, daß das Farbmittel in Form einer echten Lösung vorliegen sollte.
Die Erfindung stellt auch ein Aufzeichnungsverfahren zur Verfügung, das die Verwendung eines Tintenstrahlsystems zum Ausstoß von Tröpfchen einer wie vorstehend definierten Aufzeichnungsflüssigkeit auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials, das Papier mit freiliegenden Cellulosefasern umfaßt, einschließt.
Die vorstehend dargelegte Aufzeichnungsflüssigkeit und das Aufzeichnungsverfahren liefern, wenn sie beim Tintenstrahldrucken verwendet werden, gute Fixiereigenschaften und eine gute Haltbarkeit, und insbesondere Wasserbeständigkeit, sowohl auf Papier, das speziell für das Tintenstrahldrucken entwickelt wurde, als auch auf gewöhnlichem Papier mit an der Aufzeichnungsfläche freiliegenden Fasern, und insbesondere geleimtem Papier (sized paper), wie Kopierpapier, Briefpapier, Bondpapier, Endlospapier und ähnlichem. Ausführungsformen der Aufzeichnungsflüssigkeit können über einen breiten Bereich des Betriebs und der Umgebungsbedingungen sehr stabile Ausstoßeigenschaften aufweisen, zusammen mit einer guten Lagerbeständigkeit und einer verminderten Tendenz zum Verstopfen der Düsen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eines der entscheidenden Merkmale (critical feature) der Erfindung besteht darin, daß das in der Aufzeichnungsflüssigkeit enthaltene Farbmittel oder der farbgebende Stoff bei 20 ºC eine Löslichkeit in Wasser von 0,1 oder weniger aufweist. Dies deshalb, da Bilder oder andere Informationsformen, die mit solch einer Aufzeichnungsflüssigkeit aufgezeichnet wurden, die ein Farbmittel mit einer geringen Löslichkeit in Wasser enthält, eine überlegene Haltbarkeit, insbesondere Wasserbeständigkeit zeigen. Wenn das Farbmittel eine Löslichkeit in Wasser von mehr als 0,1% zeigt, ist die vorstehend erwähnte Wasserbeständigkeit nicht vollkommen.
Ein anderes entscheidendes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit als Tinte vom gelösten Farbmittel-Typ hergestellt wird, umfassend Wasser und ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel, das bei 20 ºC mindestens 3% des Farbmittels löst, bezogen auf das Gewicht des organischen Lösungsmittels (z.B. 100 g), und bei 25 ºC eine Oberflächenspannung von nicht mehr als 45 dyn/cm aufweist.
Die Natur des Lösungstyps der Tinte oder der Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung ermöglicht, daß die Werte von Faktoren, wie die Dichte des Farbmittels, die Viskosität und Oberflächenspannung, ziemlich einfach verändert werden können. Außerdem enthält die Aufzeichnungsflüssigkeit keine unlöslichen oder ausfällbaren Stoffe, so daß die Tendenz, daß die Kanäle für die Tintenzufuhr und die Tintendüsen mit der Tinte verstopft werden, auf bemerkenswerte Weise unterdrückt wird. So zeigt die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung eine bessere Lagerbeständigkeit und eine bessere Anpassungsfähigkeit an das Tintenstrahldrucken als die bekannte Aufzeichnungsflüssigkeit vom Pigmentdispersionstyp und beseitigt vollständig die Probleme, die bei Aufzeichnungsgeräten auftraten, die mit der bekannten Aufzeichnungsflüssigkeit betrieben wurden.
In der Erfindung ist es bevorzugt, daß das wasserlösliche organische Lösungsmittel bei 20ºC 5% oder mehr, bevorzugt 10% oder mehr, des Farbmittels löst. In diesem Fall kann die vorstehend erwähnte Lagerbeständigkeit weiter verbessert werden.
Das wasserlösliche organische Lösungsmittel mit einer Oberflächenspannung von höchstens 45 dyn/cm, das im wesentlichen in der Aufzeichnungsflüssigkeit enthalten ist, ermöglicht es, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit für eine Vielfalt von Düsentypen stabil über einen breiten Betriebsbereich ausgestoßen wird und überlegene Fixiereigenschaften zeigt, sogar auf Aufzeichnungsmaterialien, bei denen Fasern auf ihren Oberflächen freiliegen.
Da das organische Lösungsmittel wie vorstehend beschrieben das Farbmittel in ausreichendem Maß löst, weist die Tinte der Erfindung eine ausreichende Homogenität und Lagerbeständigkeit auf, sogar in einem System, das keinen grenzflächenaktiven Stoff bzw. grenzflächenaktives Mittel enthält. Beispielsweise kommt es im wesentlichen zu keiner Abtrennung des Farbmittels aus solch einem System, wenn das System einer Fliehkraft- bzw. Zentrifugalabscheidung unterzogen wird. Genauer gesagt erzeugt die Tinte der Erfindung, wenn sie 5 Minuten lang einer Fliehkraftabscheidung mit 10.000 rpm unterzogen wurde, selbst ohne grenzflächenaktives Mittel, auf dem Boden einer Zentrifugenglasröhre keinen Bodenkörper.
Da die Tinte der Erfindung jedoch ferner ein grenzflächenaktives Mittel in Kombination einschließt, verbessern sich im Vergleich mit einem System, das aus Wasser, einem Farbmittel und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel besteht, ihr Leistungsverhalten besonders gegenüber einem Tintenstrahlsystem, insbesondere die Stabilität der Tintenausstoßeigenschaften und der Fixiereigenschaften auf normalem Papier, merklich. Ferner behält die Tinte der Erfindung ihre Stabilität unter schwierigen Lagerbedingungen, z.B. 3 Wochen bei 40 ºC, bei.
Die wäßrige Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung vom Farbmittel-Lösungstyp ist aus den nachstehenden Bestandteilen zusammengesetzt.
Das Farbmittel oder der farbgebende Stoff, der in der Aufzeichnungsflüssigkeit enthalten ist, kann von jedem Typ sein, vorausgesetzt, daß es/er bei 20 ºC eine Wasserlöslichkeit von 0,1% oder darunter zeigt, und es/er kann in Übereinstimmung mit dem Typ und der Menge des Lösungsmittels aus der Gruppe der Säurefarbstoffe, der Direktfarbstoffe, der Küpenfarbstoffe, der öllöslichen Farbstoffe, der Schwefelfarbstoffe, der Dispersionsfarbstoffe und ähnlichem ausgewählt sein. Unter diesen Farbstoffen werden die öllöslichen Farbstoffe am bevorzugtesten verwendet. Beispiele solcher öllöslicher Farbstoffe schließen ein: Farbstoffe, die von Hodogaya Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha unter Gattungsnamen (generic name) "AIZEN SPILON" hergestellt werden, wie AIZEN SPILON Schwarz NPH (AIZEN SPILON Black NHP), AIZEN SPILON Schwarz GMH spezial (AIZEN SPILON Black GMH special) und ähnliche, Farbstoffe, die von Orient Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha unter dem Gattungsnamen "OIL" hergestellt werden, wie OIL Schwarz HBB (OIL Black HBB), OIL Schwarz BY (OIL Black BY) und ähnliches, Farbstoffe, hergestellt von Ciba-Geigy unter dem Gattungsnamen "ORASOL", wie ORASOL Schwarz RL Rein (ORASOL Black RL Pure), ORASOL Schwarz CN (ORASOL Black CN) und ähnliche, und Farbstoffe, die von der BASF unter dem Gattungsnamen "NEOZAPON" hergestellt werden, wie Neozapon Schwarz X 57 (Neozapon Black X 57).
Der Gehalt des Farbmittels wird in Übereinstimmung mit dem Lösungsmitteltyp und den Eigenschaften der zu erhaltenden Aufzeichnungsflüssigkeit festgelegt. Im allgemeinen liegt der Gehalt an dem Farbmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, zwischen 0,2 und 20 Gewichts-%, bevorzugt 0,5 und 10 Gewichts-% und am bevorzugtesten zwischen 1 und 5 Gewichts-%.
Das als erster wesentlicher Bestandteil in Verbindung mit dem Farbmittel von dem vorstehend erwähnten Typ verwendete Lösungsmittel kann ein wasserlösliches (oder mit Wasser mischbares) organisches Lösungsmittel sein, das geeignet ist, bei 20 ºC mindestens 3% des Farbmaterials zu lösen und eine Oberflächenspannung aufweist, die bei 20 ºC höchstens 45 dyn/cm, bevorzugt bei 20 ºC 41 dyn/cm oder weniger beträgt. Das wasserlösliche organische Lösungsmittel kann bevorzugt zum Mischen mit Wasser in allen Verhältnissen geeignet sein. Obwohl jedes Lösungsmittel verwendet werden kann, solange es die vorstehenden Erfordernisse erfüllt, ist es bevorzugt, daß das Lösungsmittel bei 25 ºC einen Dampfdruck von nicht höher als 0,5 mm Hg aufweist. Ferner kann das Lösungsmittel bevorzugt einen Siedepunkt von 210ºC oder höher aufweisen.
Praktische Beispiele für das Lösungsmittel schließen geeigneterweise die nachstehenden ein: stickstoffhaltige Ringverbindungen, wie 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, und Mono- oder Dialkylether von Alkylenglycoladdukten, wie Monomethylether von Triethylenglycol und Dimethylether von Tetraethylenglycol.
Das Lösungsmittel dient in erster Linie als Mittel zur Löslichkeitsverbesserung, um es dem Farbmittel, das in Wasser unlöslich ist, zu ermöglichen, in einer wäßrigen Tinte vom Lösungstyp enthalten zu sein, und zweitens dienen sie als Durchdringungsmittel (penetrant), das ein gutes Fixierverhalten zur Verfügung stellt, sogar auf Aufzeichnungsmaterialien mit freiliegenden Fasern, und drittens dienen sie als Stabilisator, der über einen breiten Bereich des Ausstoßbetriebs eine hohe Stabilität des Ausstoßverhaltens gewährleistet.
Der Gehalt an Lösungsmittel zu dem Gesamtgewicht der Tinte liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 5 und 80 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 60 Gew.-% und bevorzugter zwischen 10 und 50 Gew.-%.
Wasser, das den zweiten wesentlichen Bestandteil darstellt, wird für verschiedene Zwecke verwendet, wie der Verhinderung der Korrosion der Strukturelemente des Tintenstrahldruckers, der Geruchsunterdrückung, der Verringerung der Brennbarkeit, der Vorbeugung gegenüber einem Ausbluten bzw. Abschmutzen der Tintenpunkte und so weiter. Der Wassergehalt liegt bezogen auf die gesamte Tinte im Bereich zwischen 20 und 95 Gew.-%, bevorzugt zwischen 30 und 90 Gew.-%, bevorzugter zwischen 40 und 90%, und am bevorzugtesten zwischen 60 und 90 Gew.-%.
Ein Wassergehalt unterhalb von 20 Gew.-% führt bei der Verhinderung eines Auslaufens der Tinte und anderen Anforderungen zu nicht zufriedenstellenden Wirkungen. Andererseits hemmt ein Wassergehalt, der 95 Gew.-% übersteigt, auf unerwünschte Weise die Farbstofflöslichkeit, wodurch es schwierig wird, eine hohe Dichte der Aufzeichnungsflüssigkeit zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Tintenaufzeichnungsflüssigkeit enthält im wesentlichen wie vorstehend erklärt ein Farbmittel, ein Lösungsmittel und Wasser. Ferner enthält die Aufzeichnungsflüssigkeit als dritten wesentlichen Bestandteil ein grenzflächenaktives Mittel.
Beispiele für das grenzflächenaktive Mittel, das geeigneterweise verwendet wird, schließen ein: anionische grenzflächenaktive Mittel, wie Fettsäuresalze, Alkylsulfat, Alkylbenzolsulfonat, Alkylnaphthalinsulfonat, Dialkylsulfosuccinat, Alkylphophat, Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd- Kondensat, Polyoxyethylenalkylsulfat, und nichtionische grenzflächenaktive Mittel, wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenylether, Polyoxyethylenfettsäureester, Sorbitanfettsäureester, Polyoxyethylensorbitanfettsäureester, Polyoxyethylenalkylamin, Glycerinfettsäureester, Oxyethylenoxypropylenblockpolymer und ähnliches. Darunter kann ein nichtionisches grenzflächenaktives Mittel besonders bevorzugt in Hinblick auf die Lösungsstabilität bei tiefer Temperatur verwendet werden.
In der Erfindung kann das verwendete grenzflächenaktive Mittel bevorzugt einen HLB von 5 - 20, bevorzugter von 6 - 19, besonders bevorzugt von 7 - 18, aufweisen.
Die Menge an verwendetem grenzflächenaktiven Material wird in Übereinstimmung mit solchen Faktoren wie den Typ des Farbmittels, der Dichte der Aufzeichnungsflüssigkeit und ähnlichem festgelegt. Im allgemeinen jedoch liegt der Gehalt an grenzflächenaktivem Mittel im Bereich zwischen 0,05 und 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 und 5 Gew.-%, bevorzugter 0,05 und 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit. Ein Gehalt an dem grenzflächenaktiven Mittel von weniger als 0,05 Gew.-% führt zu keiner bemerkenswerten Wirkung in bezug auf die Lösungsstabilität und dem Durchdringungsvermögen. Umgekehrt führt ein Gehalt an grenzflächenaktiven Mittel, der 10 Gew.-% übersteigt, zu unerwünschten Wirkungen, wie eine Abnahme der Oberflächenspannung und eine Zunahme der Viskosität, wodurch das Ausstoßverhalten der Tinte beeinträchtigt wird.
Zusätzlich zu dem grenzflächenaktiven Mittel und der vorstehend erklärten Clathratverbindung kann die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung wie gewünscht verschiedene Additive enthalten, wie ein Mittel zur Regelung der Viskosität, ein Mittel zur Regelung der Oberflächenspannung, ein optisches Aufhellungsmittel, ein Mittel zur Regelung des pH-Werts, ein Verrottungsschutzmittel und ein chelatbildendes Mittel.
Wenn beabsichtigt wird die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem von dem Typ zu verwenden, bei dem die Tinte elektrostatisch geladen wird, können die Tinte oder die Aufzeichnungsflüssigkeit ein bestimmtes Mittel zur Einstellung des spezifischen Widerstands enthalten, wie ein anorganisches Salz, z.B. Lithiumchlorid, Ammoniumchlorid und Natriumchlorid. Wenn sie in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem von dem Typ verwendet wird, in dem die Tinte durch die Wirkung von Wärmeenergie ausgestoßen wird, können die thermischen, phyikalischen Werte, wie die spezifische Wärme, der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit wie gewünscht eingestellt werden.
Wenn die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungspapier mit freiliegenden Fasern oder auf einer textilen Fläche erfolgen soll, ist es erwünscht, daß die Aufzeichnung auf solch eine Weise durchgeführt wird, daß ein Ausbluten der Punkte vermieden wird und sowohl eine hohe Haltbarkeit des aufgezeichneten Bildes als auch gute Fixiereigenschaften sichergestellt werden. Zu diesem Zweck weist die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung bevorzugt eine Oberflächenspannung auf, die bei 25 ºC im Bereich zwischen 30 und 65 dyn/cm liegt, und eine Viskosität, die bei 20ºC im Bereich zwischen 1 und 15 cP liegt.
Die erfindungsgemäße Tinte oder Aufzeichnungsflüssigkeit weist gleichzeitig sowohl die Vorteile der bekannten Flüssigkeit vom wäßrigen Lösungstyp, die einen Direktfarbstoff oder einen Säurefarbstoff enthält, das heißt die Verhinderung eines Verstopfens und eine hohe Beständigkeit bzw. Stabilität während einer langen Lagerung, und den Vorteil des Pigmentdispersionstyps auf, d.h. eine sehr hohe Haltbarkeit, insbesondere eine Beständigkeit gegenüber Wasser oder Feuchtigkeit.
Ferner gewährleistet die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung über eine breiten Betriebsbereich und einen breiten Bereich an Umgebungsbedingungen einen stabilen Flüssigkeitsausstoß und überlegene Fixiereigenschaften, sogar auf Aufzeichnungsmaterialien mit freiliegenden Cellulosefasern auf ihrer Außenfläche.
Einige Beispiele der erfindungsgemäßen Aufzeichnungsflüssigkeit werden nachstehend zusammen mit Vergleichsbeispielen gegeben. Bei der Beschreibung solcher Beispiele bedeutet der Begriff "Teile" oder "%" "Gewichtsteile" oder "Gewichtsprozent (Gew.-%)".

Beispiel 1

Eine Mischung wurde aus den nachstehenden Bestandteilen hergestellt:
AIZEN SPILON Schwarz NPH 6 Teile (Handelsname eines Produkts von Hodogaya Kagaku Kogyo K.K., unlöslich gegenüber Wasser)
Tetraethylenglycoldimethylether 30 Teile (Oberflächenspannung: 31 dyn/cm bei 20ºC)
Die Mischung wurde 3 Stunden bei 40 ºC gerührt und wurde mittels eines Filters mit einer Porengröße von 2 um, der unter dem Handelsnamen Fluoropore Filter von Sumitomo Denko Kabushiki Kaisha verkauft wird, unter Druck abfiltriert. Das Filtrat wurde in 70 Teile einer 0,1%-igen wäßrigen Lösung eines anionischen grenzflächenaktiven Mittels getropft, das unter den Handelsnamen Ionet D-2 von Sanyo Kasei K.K. verkauft wird, und die Mischung wurde 5 Stunden bei 10 ºC gerührt. Die Mischung wurde dann mittels eines Filters mit einer Porengröße von 1 um, der als Fluoropore Filter bezeichnet wird und von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist, unter Druck filtriert, wodurch eine Tinte A als eine erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wurde.
Die Tinte A wurde auf einem echten Tintenstrahldrucker von dem Typ, der wärmeerzeugende Elemente als Quelle für die Ausstoßenergie für die Tinte verwendet, einer Druckprüfung unterzogen. Der in der Prüfung verwendete Tintenstrahldrucker war das von Canon K.K. hergestellte Modell BJ-80 (das 24 Düsen aufwies, jede mit einer Öffnungsgröße von 40 x 50 um und einer Heizelementgröße von 30 x 150 um, und wurde mit einer Betriebsspannung von 24,5 V bei einer Frequenz von 2 KHz betrieben). Der Prüfdruck wurde auf im Handel erhältlichem Kopierpapier und Bondpapier ausgeführt, wobei nacheinander erhöhte Frequenzen, wie 3 KHz und 4 KHz, zum Zwecke der Beurteilung der Stabilität des Ausstoßverhaltens angewandt wurden. Dann wurden die gedruckten Bilder in bezug auf ihre Wasserbeständigkeit und ihre Fixiereigenschaften beurteilt.
Eine andere Prüfung wurde zu dem Zweck durchgeführt, um die Tendenz der Tinte, Klumpen zu bilden bzw. zu verstopfen, zu untersuchen. Diese Prüfung wurde dadurch ausgeführt, daß der verschlossene bzw, abgedeckte Drucker in unbetriebenem Zustand 1 Monat lang bei 40 ºC stehengelassen und danach in Betrieb genommen wurde, um drei Zeilen mit Buchstaben zu drucken, wobei er danach von der Spannungsquelle abgenommen wurde, um den Zustand der 24 Düsen zu überprüfen und die Zahl der verstopften Düsen zu ermitteln. Die Ergebnisse dieser Prüfung und die physikalischen Werte der Tinte sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2

Eine Mischung wurde aus den nachstehenden Bestandteilen hergestellt:
OIL Schwarz HBB 5 Teile (Produkt von Orient Kagaku Kogyo K.K., in Wasser unlöslich)
Triethylenglycolmonomethylether 50 Teile (Oberflächenspannung: 36 dyn/cm bei 25 ºC)
Die Mischung wurde 3 Stunden bei 40 ºC gerührt und wurde mittels eines Filters mit einer Porengröße von 2 um , der den Namen Fluoropore Filter trägt und von Sumitomo Denko Kabushiki Kaisha erhältlich ist, unter Druck abfiltriert. Das Filtrat wurde dann in 50 Teile einer 2%-igen wäßrigen Lösung eines nichtionischen grenzflächenaktiven Mittels mit einem HLB von 13,7 getropft, das als Emulgen 911 von Kawo K.K. erhältlich ist. Die Mischung wurde 5 Stunden bei 10 ºC gerührt und dann mittels eines Filters mit einer Porengröße von 1 um, der als Fluoropore Filter bezeichnet wird und von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist, unter Druck filtriert, wodurch eine Tinte B als eine erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wurde. Die Tinte B wurde unter den gleichen Bedingungen wie Tinte A geprüft und beurteilt und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 3

Eine Mischung wurde aus den nachstehenden Bestandteilen hergestellt:
ORAZOL Schwarz RL Rein 6 Teile (erhältlich von Ciba-Geigy, Wasserlöslichkeit: 0,1% oder weniger)
1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon 30 Teile (Oberflächenspannung: 41,0 dyn/cm bei 25 ºC)
Die Mischung wurde 3 Stunden bei 40 ºC gerührt und wurde mittels eines Filters mit einer Porengröße von 2 um , der den Namen Fluoropore Filter trägt und von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist, unter Druck abfiltriert. Das Filtrat wurde dann in 70 Teile einer 2%-igen wäßrigen Lösung eines nicht ionischen grenzflächenaktiven Mittels getropft (Handelsname: NP-15, erhältlich von Nikko Chemicals K.K., HLB 18,0). Die Mischung wurde 30 Minuten lang bei 50 ºC gerührt und dann auf 10 ºC abgekühlt und weitere 5 Stunden gerührt. Dann wurde die Mischung mittels eines Filters mit einer Porengröße von 1 um, der als Fluoropore Filter bezeichnet wird und von Sumitomo Denko Kabushiki Kaisha erhältlich ist, unter Druck filtriert, wodurch eine Tinte C als eine erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wurde. Die Tinte C wurde unter den gleichen Bedingungen wie Tinte A geprüft und beurteilt und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 4

Eine Mischung wurde aus den nachstehenden Bestandteilen hergestellt:
Neozapon Schwarz X57 5 Teile (erhältlich von BASF, in Wasser unlöslich)
Triethylenglycolmonoethylether 50 Teile
Die Mischung wurde 3 Stunden bei 40 ºC gerührt und wurde mittels eines Filters mit einer Porengröße von 2 um, der den Namen Fluoropore Filter trägt und von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist, unter Druck abfiltriert. Das Filtrat wurde dann in 50 Teile einer Mischung getropft, die 90% Wasser, 8% Ethylenglycol, 0,5% eines nichtionischen grenzflächenaktiven Mittels mit einem HLB von 11,5 (Handelsname: BC-7, erhältlich von Nikko Chemicals K.K.) und 1,5% eines nichtionischen grenzflächenaktiven Mittels mit einem HLB von 17,0 (Handelsname: BC-20TX, erhältlich von Nikko Chemicals K.K.) enthielt, und die durch eine 0,1%-ige wäßrige Natriumhydroxidlösung auf einen ph-Wert von 10 eingestellt wurde. Die Mischung wurde 30 Minuten lang bei 50ºC gerührt und dann auf 10 ºC abgekühlt und weitere 5 Stunden gerührt. Dann wurde die Mischung mittels eines Filters mit einer Porengröße von 1 um, der als Fluoropore Filter bezeichnet wird und von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist, unter Druck filtriert, wodurch eine Tinte D als eine erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wurde. Die Tinte D wurde unter den gleichen Bedingungen wie Tinte A geprüft und beurteilt und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 5

Eine Tinte E wurde durch das gleiche Verfahren wie das in Beispiel 1 als erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten, außer daß das in Beispiel 1 verwendete AIZEN SPILON Schwarz NPH durch AIZEN SPILON Schwarz GMH Spezial, das von Hodogaya Kagaku Kogyo K.K. erhältlich und in Wasser unlöslich ist, ersetzt wurde. Tinte E wurde unter den gleichen Bedingungen wie Tinte A geprüft und beurteilt und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 6

Eine Mischung wurde aus den nachstehenden Bestandteilen hergestellt:
ORASOL SCHWARZ CN 4 Teile (erhältlich von Ciba-Geigy, in Wasser unlöslich)
1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon 25 Teile
Dipropylenglycol 5 Teile
Die Mischung wurde 3 Stunden bei 40 ºC gerührt und wurde mittels eines Filters mit einer Porengröße von 2 um , der den Namen Fluoropore Filter trägt und von Sumitomo Denko Kabushiki Kaisha erhältlich ist, unter Druck abfiltriert. Das Filtrat wurde dann in 70 Teile einer 1%-igen wäßrigen Lösung eines nichtionischen grenzflächenaktiven Mittels getropft (Handelsname: R-1020, erhältlich von Nikko Chemicals K.K.). Die Mischung wurde 30 Minuten lang bei 50 ºC gerührt und dann auf 10 ºC abgekühlt und weitere 5 Stunden gerührt. Dann wurde die Mischung mittels eines Filters mit einer Porengröße von 1 um, der als Fluoropore Filter bezeichnet wird und von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist, unter Druck filtriert, wodurch eine Tinte F als eine erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit erhalten wurde. Die Tinte F wurde unter den gleichen Bedingungen wie Tinte A geprüft und beurteilt und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Tinte G wurde als ein Vergleichsbeispiel mittels des gleichen Verfahrens wie das in Beispiel 1 erhalten, außer daß das in Beispiel 1 verwendete AIZEN SPILON Schwarz NPH durch C.I. Lebensmittel Schwarz (C.I. Food Black) mit einer Wasserlöslichkeit von 20% oder höher ersetzt wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Tinte H wurde als anderes Vergleichsbeispiel mittels des gleichen Verfahrens wie das in Beispiel 3 erhalten, außer daß das in Beispiel 3 verwendete 1,3 Dimethyl-2- imidazolidinon durch Diethylenglycol mit einer Oberflächenspannung von 48,5 dyn ersetzt wurde.

Vergleichsbeispiel 3

(Herstellung einer Pigmentdispersionstinte)
Eine aus den nachstehenden Bestandteilen bestehende Tinte I wurde als weiteres Vergleichsbeispiel hergestellt.
Ruß 10 Teile
Ethylenglycol 20 Teile
Sorbitan 5 Teile
Natriumhydroxid 5 Teile
nichtionisches grenzflächenaktives Mittel 0,1 Teile
(Handelsname: Emulgen 931 von Kawo K.K.)
Wasser 70 Teile
Die Tinte I wurde durch Rühren einer Mischung aus Wasser und Natriumhydroxid bei Raumtemperatur, der anschließenden Zugabe von Emulgen 931, Ethylenglycol und den anderen Bestandteilen, einem Vormischen der Mischung mittels eines Rührgeräts, einem 20 stündigen Vermahlen der Mischung mittels einer Kugelmühle, und einer Filtration der gemahlenen Mischung unter Druck mittels eines Membranfilters namens Fluoropore Filter, der von Sumitomo Denko K.K. erhältlich ist und eine Porengröße von 1 um aufweist, hergestellt.

Vergleichsbeispiel 4

Eine Tinte J wurde als anderes Vergleichsbeispiel mittels des gleichen Verfahrens wie das in Beispiel 3 erhalten, außer daß die in Beispiel 3 verwendete 2%-ige wäßrige Lösung eines nichtionischen grenzflächenaktiven Mittels NP-15 durch Wasser ersetzt wurde.
Die Vergleichsbeispiele G bis J wurden den gleichen Prüfverfahren und Beurteilungen wie die erfindungsgemäße Tinten der Beispiele 1 bis 6 (A bis F) unterzogen, die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammen mit den physikalischen Eigenschaften gezeigt.
Die Beurteilung wurde durch Messung verschiedener physikalischer Werte und Faktoren wie nachstehend ausgeführt.

Messung der Viskosität

Gemessen mittels eines Viskosimeters VISCONIC ELD, erhältlich von Tokyo Keiki Seizo K.K.

Messung der Oberflächenspannung

Gemessen mittels einer Oberflächenspannungs-Meßvorrichtung KYOWA CBVP A-1, erhältlich von Kyowa Kagaku K.K.

Messung der Stabilität nach langer Lagerung

Tinten wurden drei Wochen lang bei 40 ºC in Glasbehältern aufbewahrt und visuell auf die Erzeugung von Fremdstoffen untersucht.
Das Zeichen o zeigt an, daß kein Fremdstoff beobachtet wurde, während das Zeichen anzeigt, daß wenig Fremdstoff beobachtet wurde, und das Zeichen x anzeigt, daß Fremdstoff beobachtet wurde.

Beurteilung der Beständigkeit gegenüber Wasser

Buchstaben des Alphabets von A bis Z wurden auf im Handel erhältlichen Kopierpapieren und Bondpapieren gedruckt. Die bedruckten Materialien wurden einen ganzen Tag der Luft ausgesetzt und 5 Minuten in Wasser getaucht. Es wurde eine Untersuchung durchgeführt, um ein Auslaufen der Tinte aus den gedruckten Buchstaben und eine Verschmutzung der weißen, unbedruckten Bereiche der Papiere zu überprüfen.
Das Zeichen o zeigt an, daß weder ein Auslaufen der Tinte noch eine Verschmutzung des weißen unbedruckten Bereichs beobachtet wurde. Das Zeichen zeigt an, daß ein teilweises Auslaufen der Tinte und eine leichte Verschmutzung des weißen unbedruckten Bereichs beobachtet wurde. Das Zeichen x zeigt an, daß die Buchstaben aufgrund des Auslaufens der Tinte unleserlich wurden und eine Verschmutzung beobachtet wurde.

Beurteilung der Fixiereigenschaften

Buchstaben des Alphabets von A bis Z wurden auf Kopierpapier und Hartpostpapier gedruckt und die Oberflächen der Papiere, die die gedruckten Buchstaben trugen, wurden nach dem Drucken mit einem Filterpapier Nr. 5C, erhältlich von Toyo Kagaku Sangyo K.K., 10 bis 30 Sekunden gerieben. Die nachstehenden Zeichen wurden verwendet.
: Es wurde kein Verschmieren (blurring) beobachtet, wenn nach dem Drucken 10 Sekunden lang gerieben wurde
o : Es wurde ein leichtes Verschmieren beobachtet, wenn nach dem Drucken 10 Sekunden lang gerieben wurde
: Es wurde ein leichtes Verschmieren beobachtet, wenn nach dem Drucken 30 Sekunden lang gerieben wurde
x : Es wurde ein starkes Verschmieren beobachtet, wenn nach dem Drucken 30 Sekunden lang gerieben wurde

Beurteilung der Anti-Verklumpungstendenz

Die Beurteilung erfolgte durch einen Vergleich der Zahl der verstopften Düsen aus einer Anzahl von 24 Düsen.
o : Keine verstopften Düsen
: Eine bis drei verstopfte Düsen
x : Vier oder mehr verstopfte Düsen

Beurteilung der Ausstoßstabilität

Die Qualität der gedruckten Buchstaben wurde für Buchstaben, die mit Antriebsfrequenzen von 2, 3 und 4 KHz gedruckt wurden, visuell auf Fehler untersucht, die auf ein intabiles Ausstoßen der Tinte zurückzuführen sind, wie ein Verschmieren, eine Auslassung (blanking), ein Verspritzen und eine schiefe Anordnung der Buchstaben.
Das Zeichen o zeigt an, daß die Tintentröpchen bei jeder Frequenz mit gutem Ansprechverhalten auf die Druckeingangsignale ausgestoßen wurden, so daß sowohl auf den Buchstabenbereichen als auch dem Festbereich (solid portion) kein Fehler, wie ein Verschmieren, eine weiße Auslassung und ähnliches, das auf einem instabilen Austoß der Tinte zurückzuführen ist, beobachtet wurde. Das Symbol bedeutet, daß ein leichtes Verschmieren von Buchstaben bei höheren Frequenzen, d.h. 3 Khz und 4 KHz, beobachtet wurde, obgleich die Tintentröpfchen mit gutem Ansprechverhalten gegenüber dem Druckeingangssignal bei 2 KHz ausgestoßen wurden, so daß kein Fehler, wie ein Verschmieren, eine weiße Auslassung und ein instabiler Tintenstrahl in den Buchstabenbereichen bei einer Antriebsfrequenz von 2 KHz beobachtet wurde. Das Zeichen x zeigt an, daß bei höheren Frequenzen von 3 KHz bis 4 KHz kein stabiler Ausstoß der Tintentröpfchen erreicht werden konnte. Tabelle 1 Tinte Physikalische Eigenschaften (25ºC) Wasserbeständigkeit Fixiereigenschaften Antiverklumpungseigenschaften Ausstoßstabilität Viskosität (cP) Oberflächenspannung (dyn/cm) Kopierpapier Bondpapier Beispiel VergleichsbeispielAus Tabelle 1 wird verständlich, daß die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung und auch das Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung der Aufzeichnungsflüssigkeit Buchstaben und andere Typen von Information mit einem hohen Grad an Haltbarkeit, insbesondere Wasserbeständigkeit, und ebenfalls mit guten Fixiereigenschaften aufzeichnen kann, sogar auf einem Aufzeichnungsmaterial mit freiliegenden Fasern, wie gewöhnlichem, geleimten Papier, einschließlich von Kopierpapier, Briefpapier, Bondpapier und Endlospapier, ganz zu schweigen von den Papieren, die speziell für das Tintenstrahldrucken entworfen wurden.
Außerdem zeigt die erfindungsgemäße Aufzeichnungsflüssigkeit eine große Beständigkeit, so daß ihre Eigenschaften und ihr Leistungsverhalten sich nicht verändern, sogar wenn sie über einen langen Zeitraum aufbewahrt wird, und sich somit die Tendenz zum Verstopfen der Tintenstrahldüsen beachtlich verringert, wodurch sich die Anwendbarkeit des Tintenstrahl- Drucksystems vergrößert.
Ferner stellt die Aufzeichnungsflüssigkeit der Erfindung sicher, daß die Tintentröpfchen über einen breiten Bereich des Betriebs und der Umgebungsbedingungen stabil ausgestoßen werden.

Claims

1. Aufzeichnungsflüssigkeit, umfassend einen Farbstoff, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Säurefarbstoffen, Direktfarbstoffen, Küpenfarbstoffen, öllöslichen Farbstoffen und Dispersionsfarbstoffen, ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel, ein grenzflächenaktives Mittel und 20 bis 95 Gew.-% Wasser, wobei das organische Lösungsmittel eine Oberflächenspannung von höchstens 45 dyne/cm aufweist, und wobei der Farbstoff, der sich bei 20ºC in Wasser mit höchstens 0,1 Gew.-% und in dem Lösungsmittel mit mindestens 3 Gew.-% löst, in der Mischung aus Wasser und organischem Lösungsmittel gelöst ist, um die Aufzeichnungsflüssigkeit in Form einer Lösung zur Verfügung zu stellen, die durch ein nichtionisches grenzflächenaktives Mittel stabilisiert wird, und in der im wesentlichen keine Farbstoffdispersion auftritt, weshalb es im wesentlichen zu keiner Abtrennung des Farbstoffes kommt, wenn die Aufzeichnungsflüssigkeit einer Zentrifugalabscheidung unterzogen wird.

2. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 1, die 0,2 - 20 Gew.-% Farbstoff umfaßt.

3. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 2, die 5 - 80 Gew.-% Lösungsmittel umfaßt.

4. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 3, die 30 - 90 Gew.-% Wasser umfaßt.

5. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 4, die 0,5 bis 10 Gew.-% Farbstoff umfaßt.

6. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 5, die 5 - 60 Gew.-% Lösungsmittel umfaßt.

7. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 6, die 40 - 90 Gew.-% Wasser umfaßt.

8. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 7, die 1 - 5 Gew.-% Farbstoff umfaßt.

9. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 8, die 10 - 50 Gew.-% Lösungsmittel umfaßt.

10. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 9, die 60 - 90 Gew.-% Wasser umfaßt.

11. Aufzeichnungsflüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lösungsmittel bei 25 ºC einen Dampfdruck von höchstens 0,5 mm Hg zeigt.

12. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 11, wobei das Lösungsmittel aus stickstoffhaltigen Ringverbindungen und Mono- oder Dialkylethern von Alkylenglycolen ausgewählt ist.

13. Aufzeichnungsflüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Flüssigkeit bei 25 ºC eine Viskosität von 1 - 15 cP und eine Oberflächenspannung von 30 - 65 dyne/cm zeigt.

14. Aufzeichnungsflüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der grenzflächenaktive Stoff ein nichtionischer grenzflächenaktiver Stoff ist.

15. Aufzeichnungsflüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der grenzflächenaktive Stoff in einer Menge von 0,05 - 10 Gew.-% vorhanden ist.

16. Aufzeichnungsverfahren, umfassend die Verwendung eines Tintenstrahlsystems, um Tröpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit nach einem der vorstehenden Ansprüche auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials, das Papier mit freiliegenden Cellulosefasern umfaßt, aufzubringen.

17. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 16, wobei das Aufzeichnungsmaterial aus geleimten Papier besteht.

18. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Tröpfchen der Tinte mittels der Einwirkung von Wärme ausgestoßen werden.