DE3825007A1 - Elektrisch leitfaehige tinte fuer tintenstrahldrucker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tinte für Tintenstrahldrucker, wel­ che aus mindestens einem organischen Lösungsmittel, mindestens einem hochgereinigten Farbstoff sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen besteht.

Bei Tintenstrahldruckern wird die Farbübertragung durch Aus­ stoßen von feinen Tintentröpfchen aus den Düsen eines Schreib­ kopfes auf das zu bedruckende Medium, welches üblicherweise Papier ist, erzielt. Die im Schreibkopf meist in Matrixform an­ geordneten Düsen werden über feine Tintenkanäle mit einer Tin­ tenstrahlerzeugungsvorrichtung und weiter mit einem Tintenvor­ ratsbehälter verbunden. Beim Piezo-Jet-Verfahren wird der Tin­ tenstrahl bzw. das Abschleudern eines Tintentröpfchens durch ein piezoelektrisches Element erzeugt, welches einen Teil des Tintenkanals ringförmig umschließt. Wird ein solches piezoelek­ trisches Element mit einem elektrischen Impuls angesprochen, kommt es im Bereich dieses Elements zu einer Querschnittsver­ ringerung des Tintenkanals, in dessen Folge ein Tintentröpfchen aus dem in einer Düse endenden Tintenkanal ausgestoßen wird. Beim Bubble-Jet-Verfahren wird die kinetische Energie für das Ausstoßen eines Tintentröpfchens durch Verdampfen einer Tinten­ komponente erzeugt. Die dazu nötige Wärme wird von einem Ther­ mowandlerelement bereitgestellt, welches in einem bestimmten Bereich des Tintenkanals innerhalb des Schreibkopfes angeord­ net ist.

An die für Tintenstrahldrucker geeigneten Tinten werden entspre­ chende Anforderungen gestellt. Zum Beispiel müssen Viskosität und Oberflächenspannung der Tinten gewisse Werte erreichen, um ein gutes Tropfenflugbild und somit ein gutes Druckbbild zu er­ zielen. Dabei müssen diese Werte konstant bleiben, damit sich auch nach längerem Gebrauch der Tinte die Druckqualität nicht verändert bzw. verschlechtert. Die Tintenlösungen müssen also sowohl chemisch als auch physikalisch stabil sein. Innerhalb des Druckkopfes darf es zu keinerlei Ablagerungen kommen, wel­ che die feinen Tintenkanäle und Düsen verstopfen könnten. Beim Bubble-Jet-Drucker muß die Tinte außerdem thermisch stabil sein, um die kurzfristig auftretenden hohen Temperaturen am Thermo­ wandlerelement unzersetzt zu überstehen. Da in den mit der Tin­ te in Kontakt tretenden Teilen des Druckkopfes und des Druckers allgemein auch Metalle enthalten sind, sollen die Tinten auch keine die Korrosion dieser Metallteile unterstützenden Ionen enthalten. Gefährlich und deshalb zu vermeiden sind vor allem Alkalichlorid und Alkalisulfat. Infolge der ständig steigenden Anforderungen werden die Tinten in zunehmend besserer und rei­ nerer Qualität bereitgestellt, da zunehmend reinere Ausgangs­ verbindungen verwendet werden.

Dadurch entsteht jedoch ein neues technisches Problem. Zur Flüs­ sigkeitsstandkontrolle im Tintenvorratsbehälter wurde bisher die durch die genannten anorganischen Salze erzeugte Leitfä­ higkeit ausgenützt. Mehrere innerhalb des Tintenvorratsbehäl­ ters angebrachte Elektroden zeigen bei Kontakt mit der Tinte durch das Fließen eines Stroms den Füllstand an. Bei neuen Tinten reicht jedoch deren Leitfähigkeit aufgrund des gerin­ geren Gehaltes an Ladungsträgern bzw. ionischen Verunreini­ gungen nicht mehr aus, eine exakte Füllstandsanzeige zu ge­ währleisten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Tinte ins­ besondere für Piezo-Jet-Drucker anzugeben, welche eine erforder­ liche elektrische Leitfähigkeit aufweist, ohne die mit den La­ dungsträgern verbundenen Nachteile zu zeigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Tinte der obengenannten Art er­ findungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Erzielen einer definierten elektrischen Leitfähigkeit der Tinte weitere organische Zusätze beigemischt sind, die beim Lösen in dem mindestens einen Lösungs­ mittel Ladungsträger (Ionen) erzeugen. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß diese organischen Zusätze quartäre Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel NH_4-aR_aA sind, wo­ bei die Reste R unabhängig voneinander Alkyl- oder Arylreste darstellen, a die Zahl 1, 2 oder 3 bedeutet und A ein passen­ des Anion ist, welches so ausgewählt ist, daß die Ammoniumver­ bindung in der Tinte unzersetzt stabil ist. Weitere Ausgestal­ tungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gerade bei Tinten für Piezo-Jet-Drucker, welche nahezu wasser­ frei sind, war es ein Problem, geeignete organische Verbindungen zu finden, welche mit den übrigen Tintenbestandteilen verträg­ lich sind, die die Eigenschaften der Tinte bezüglich Stabilität und Druckqualität nicht verschlechtern und die gleichzeitig in der Tintenlösung eine ausreichend hohe Konzentration an Ladungs­ trägern liefern, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der Tinte zu erzeugen. Selbst bei Verwendung ionischer Farb­ stoffe kann die geforderte Leitfähigkeit oft nicht gewährlei­ stet werden.

Aus der DE-OS 34 15 098 ist ein elektrisch leitfähiges Schreib­ oder Markierungsmittel bekannt, welches auch in Tintenstrahl­ druckern eingesetzt werden kann. Dieser Tinte werden als elek­ trolytisch wirksame Substanz Iodide oder Bromide von Alkali­ oder Erdalkalimetallen zugesetzt. Mit diesen rein anorganischen Zusätzen wird zwar eine gute elektrische Leitfähigkeit der Tinte erreicht und eine Korrosion von metallhaltigen Druckerbestand­ teilen bzw. bedruckten Materialien vermieden, doch ist man dabei auf eine geringe Auswahl an verwendbaren organischen Lö­ sungsmitteln beschränkt. Um ausreichend Elektrolyt zu lösen, müssen Ketone oder Alkohole allein oder in Mischung enthalten sein. Außerdem handelt es sich insbesondere bei den Iodiden um relativ teuere Verbindungen.

Erfindungsgemäß werden nun zur Erzielung einer elektrischen Leitfähigkeit rein organische Zusätze verwendet. Diese können in Tinten mit einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden und sind daher auch für spezielle Tintenzu­ sammensetzungen geeignet. Gegenüber den obengenannten Iodiden und Bromiden ergibt sich außerdem eine deutliche Kostenerspar­ nis für die Tintenzusammensetzung.

In den meist basischen Tintenzusammensetzungen sind insbesondere die Hydroxide von Tetraalkyl- bzw. Tetraarylammoniumverbindun­ gen geeignet. Diese bilden auch im Basischen chemisch stabile Lösungen. In weniger basischen Tintenlösungen sind auch Monoal­ kyl-, Dialkyl- und Trialkylammonium- bzw. entsprechende Aryl­ ammoniumverbindungen geeignet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als organische Zusätze Ammoniumverbindungen der allgemei­ nen Formel

NR₄⁺/XSO^-3,

eingesetzt, wobei die Reste R unabhängig voneinander einwertige Alkyl-, Aryl- oder Arylalkylgruppen sind und X ein an das Schwefelatom der XSO₃-Gruppe gebundener organischer Rest ist, für den zumindest die gleiche Auswahl wie für R gilt. Mit gutem Erfolg werden auch solche organischen Zusätze verwendet, bei denen X eine zumindest zum Teil halogenierte Gruppe umfaßt. So kann X zum Beispiel eine Trifluormethylgruppe oder eine eine solche Trifluormethylgruppe enthaltende größere Gruppe bedeuten. Auch entsprechende chlorierte oder bromierte organische Gruppen sind möglich.

Im folgenden wird eine kleine Auswahl an geeigneten Verbindungen genannt, die als organische Zusätze erfindungsgemäß die Leitfä­ higkeit von Tinten erhöhen können. Es handelt sich nur um exem­ plarisch aufgeführte Beispiele, so daß die Aufzählung nicht vollständig sein kann. Die Erfindung läßt sich entsprechend den angegebenen allgemeinen Strukturformeln in vielen Ausführungs­ formen durchführen. Gute Ergebnisse zeigen zum Beispiel: Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid, Trimethylphenylammoniumhydroxid, Benzyltrimethylammonium­ hydroxid, Tetramethylammoniumtrifluormethylsulfonat, Tetra­ ethylammoniumtrifluormethylsulfonat, Tetramethylammonium- Toluol-4-sulfonat und Tetraethylammonium-Toluol-4-sulfonat.

Die beispielhaft angegebenen Elektrolyte bzw. Leitfähigkeitszu­ sätze werden in einer Größenordnung von ca. 2 Gewichtsprozent der Tinte beigemischt. Die dadurch erzielbare elektrische Leitfähigkeit übertrifft den technisch geforderten Wert von ca. 0,2 mS/cm (25°C) deutlich.

Mit der Erfindung wird ein Weg angegeben, mit dem die Palette der für Tintenzusammensetzungen möglichen Farbstoffe deutlich erweitert wird. Zum Beispiel lassen sich jetzt auch Solvent­ farbstoffe einsetzen. Die Tinten können auf wasserfreier Basis aufgebaut sein oder wie neuere Tintenzusammensetzungen bis 10 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Solche stärker wasserhal­ tigen Tinten enthalten dann ein Poly- oder Diethylenglykol als die Viskosität steigernden Zusatz. Die erfindungsgemäße Tinte eignet sich insbesondere für Drucker, die nach dem Piezo-Jet- Verfahren arbeiten, kann aber auch für Bubble-Jet-Verfahren und andere Ink-Jet-Verfahren eingesetzt werden.

Claims (5)

1. Tinte für Tintenstrahldrucker, bestehend aus mindestens einem organischen Lösungsmittel, mindestens einem hochgereinig­ ten Farbstoff sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer definierten elektrischen Leitfähigkeit der Tinte weitere organische Zusätze beigemischt sind, die beim Lösen in dem mindestens einen Lösungsmittel Ladungsträger (Ionen) erzeugen.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die organischen Zusätze quartäre Ammo­ niumverbindungen der allgemeinen Formel NH_4-a R _a sind, wobei die Reste R unabhängig voneinander Alkyl- oder Arylreste dar­ stellen, a die Zahl 1, 2 oder 3 bedeutet und A ein passendes Anion ist, das so ausgewählt ist, daß die Ammoniumverbindung in der Tinte unzersetzt stabil ist.

3. Tinte nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die organischen Zusätze Tetraalkyl- oder Tetraarylammoniumhydroxide sind.

4. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die organischen Zusätze die allgemeine Formel NR₄+/XSO₃-,besitzen, wobei die Reste R unabhängig voneinander einwertige Alkyl-, Aryl- oder Arylalkylgruppen sind und X ein an das Schwe­ felatom der XSO₃-Gruppe gebundener organischer Rest ist, für den zumindest die gleiche Auswahl wie für R gilt.

5. Tinte nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den organischen Rest X gebundene H-Atome zumindest teilweise durch die Halogenatome Fluor, Chlor oder Brom ersetzt sind.