DE3825009A1

DE3825009A1 - Druckertinte fuer thermowandler-schreibkopf

Info

Publication number: DE3825009A1
Application number: DE3825009A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Budde; Lutz Dr Vite
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1988-07-22
Filing date: 1988-07-22
Publication date: 1990-01-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Tinte für einen Thermowandler- Schreibkopf sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bei Druckverfahren wie dem Piezo-Jet-Verfahren oder dem Bubble- Jet-Verfahren wird eine Tintenflüssigkeit in Form von feinen Tröpfchen auf das zu bedruckende Medium aufgeschleudert. Dabei wird für das Bubble-Jet-Verfahren die kinetische Energie zur Erzeugung dieser Tintentröpfchen durch Verdampfen eines Bestand teils der Tintenzusammensetzung erreicht. Die Wärme dazu wird von einem Thermowandlerelement geliefert, welches eine geringe Menge der Tinte zum Sieden bringt und durch die dadurch ausge löste Volumenvergrößerung über einen feinen Tintenkanal im Schreibkopf ein Abschleudern eines Tintentröpfchens bewirkt.

Für das Bubble-Jet-Verfahren verwendbare Tintenzusammensetzungen müssen mehrere Anforderungen erfüllen. Zum Erzielen eines schar fen Druckbildes ist ein gutes und konstantes Flugverhalten der Tintentröpfchen erforderlich. Dieses wird im wesentlichen von der Viskosität und der Oberflächenspannung der Tinte bestimmt. Diese Eigenschaften sollen auch nach längerer Lagerung der Tin te zum Beispiel im Tintenvorratsgefäß des Druckers erhalten bleiben. Deshalb soll die Tinte eine stabile Lösung sein, die sich weder chemisch verändert, noch durch Abdunsten von Lösungs mittelbestandteilen oder durch Aufnahme von Wasser während der Lagerung in ihrer Konzentration verändert. Für die Verdampfung ist ein gutes Siedeverhalten ohne Siedeverzüge erforderlich, wobei die Tinte gleichzeitig den dabei auftretenden Temperatu ren gegenüber stabil sein muß. Ein Ausfallen von festen Bestand teilen kann außerdem die feinen Tintenkanäle verstopfen und so mit zu einem Ausfall des Schreibkopfes führen. Weiterhin führen Ablagerungen zu einer Verschlechterung des Wärmeübergangs und beeinflussen so das Druckbild negativ. Auch soll die Tinte keine die Korrosion von Druckerbestandteilen fördernden Anionen wie z.B. Chlorid und Sulfat enthalten und darf keine gesund heitsgefährdenden Bestandteile aufweisen.

Aus der DE-OS 37 15 643 ist eine für Tintenstrahldrucker geeig nete Tinte bekannt. Diese ist auf wäßriger Basis aufgebaut und enthält als weitere Lösungsmittel ein Gemisch aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethanolamin und Propylenglykol. Die farbge bende Komponente ist aus der Klasse der Azofarbstoffe ausge wählt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tinte für Ther mowandler-Schreibköpfe anzugeben, mit der weitere Verbesserungen bezüglich Langzeitstabilität, Lichtechtheit und Korrosionsunbe denklichkeit erreicht werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Tinte gelöst, welche erfindungs gemäß enthält

a) 40 bis 60 Gewichtsteile Wasser,
b) 25 bis 35 Gewichtsteile Diethylenglykol,
c) 2 bis 6 Gewichtsteile Polyethylenglykol,
d) 10 bis 20 Gewichtsteile 1-Methyl-2-pyrrolidon sowie
e) einen oder mehrere lösliche Farbstoffe,

wobei das Mengenverhältnis der Bestandteile a), b) und c) derart eingestellt ist, daß die Bestandteile a) bis c) bei vor gebener Viskosität, vorgegebenem pH-Wert und vorgegebener Tempe ratur bezüglich der Reaktion

Diethylenglykol + Wasser ←→ Polyethylenglykol,

in der Gleichgewichtskonzentration vorliegen.

Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß als Farbstoff Food Black 2 enthalten ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Tinte sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der angegebenen Tintenmischung werden ausgezeichnete Druck ergebnisse erzielt. Die Tinte zeigt auf Papier ein sehr gutes Trockenverhalten. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte penetrierende Tinte, deren Bestandteile gut in das Papier ein dringen. Das Lösungsmittel trocknet schnell bis zur Wischfestig keit ab, behält aber aufgrund der hygroskopischen Bestandteile einen gewissen Restfeuchtigkeitsgehalt. Dieser ist für eine gute Haftung der Tinte auf bzw. zwischen den Papierfasern wich tig.

Die Viskosität läßt sich durch Variation der Gesamtglykolkon zentration gut einstellen. Auch nach mehrmonatiger Lagerung verändert sich die Tinte in ihrer Zusammensetzung und ihren Ei genschaften nicht, da sie über die angegebene Gleichgewichts reaktion selbststabilisierend ist. Dies zeigt auch ein Lang zeittest, bei dem sich das Tropfenflugbild nach mehr als 10⁹ Abspritzungen pro Düse des Thermowandlerschreibkopfes nicht verändert hat. Auch zeigt die Tinte bei diesem Langzeittest eine hervorragende Verträglichkeit mit dem Tintenkopf bzw. mit dessen Materialien. Es wird keine Veränderung im Anschreibver halten sowie im Tropfenflugbild beobachtet.

Für die nicht korrodierende Wirkung der Tinte auf metallische Bestandteile des Schreibkopfes bzw. der gesamten tintenführen den Teile des Druckers ist die geringe Konzentration an Chlo rid- und Sulfat-ionen, vor allem der Alkaliverbindungen verant wortlich. Doch auch das Lösungsmittel ist mit dem Kunststoff material des Schreibkopfes gut verträglich. Es kommt zu kei nerlei Aufquellung des Schreibkopfmaterials und somit zu keiner Querschnittsveränderung der Tintenkanäle, die das Flugbild verhalten der Tintentröpfchen verändern könnten. Vorteilhaft ist weiterhin der Verzicht auf üblicherweise eingesetztes Ethylenglykol, das bekanntermaßen zu Korrosionserscheinungen führt.

Eine unter Sonneneinwirkung gelagerte Schriftprobe zeigt eine ausgezeichnete Lichtechtheit, die diejenige bekannter Tinten deutlich übertrifft. Auch weist die Tinte keinerlei gesundheits schädigende Bestandteile auf. Der mit der Tinte durchgeführte AMES-Test (= Untersuchung auf Mutagenität gegenüber lebendem Zellmaterial) verläuft negativ.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der Tinte an hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels noch näher erläu tert.

Ausführungsbeispiel:

Es wird zunächst ein Lösungsmittelgemisch hergestellt, welches folgende Bestandteile (angegeben in Gewichtsprozent) enthält:

50,5 Prozent Wasser
30,0 Prozent Diethylenglykol
3,5 Prozent Polyethylenglykol 200 (Merck) und
16,0 Prozent 1-Methyl-2-pyrrolidon.

In diesem Lösungsmittel werden 3 Gewichtsprozent (bezogen auf die Gesamtlösungsmittelmenge) des Farbstoffes Food Black 2 gelöst. Von der Lösung wird nun die Viskosität bestimmt und überprüft, ob der Wert zwischen 4 und 5 mm²s^-1/25°C liegt. Ist der Wert zu gering, so kann durch Zugabe einer geringen Menge von weiterem Polyethylenglykol 200 die Viskosität auf den geforderten Bereich erhöht werden. Der pH-Wert der Tinte liegt zum Beispiel bei 6,8, wobei aber auch Werte zwischen 6 und 7 möglich bzw. erlaubt sind. Auch die Oberflächenspannung liegt über dem geforderten Grenzwert von 54 mNm^-1 (25°C).

Mögliche Variationen dieses "Grundrezepts" liegen zum Beispiel in der Wahl des Polyethylenglykols (PEG). Neben dem niedermole kularen PEG 200 können durchaus auch höhere Polyethylenglykole verwendet werden. Zur Erhöhung der Farbbrillanz können weitere Farbstoffe insbesondere mit gelber und roter Farbtönung zuge mischt werden.

Dazu ist zum Beispiel ein mengenmäßig geringer Zusatz von Direkt Gelb 86 möglich. Doch ist dabei zu beachten, daß sich bei anderen Lösungsmittel/Farbstoff-Kombinationen einige Pa rameter der Tinte ändern können und deshalb nachgeregelt bzw. neu eingestellt werden müssen. Die Tinte ist thermisch stabil und übersteht die kurzzeitigen thermischen Belastungen im Kon takt mit dem Thermowandlerelement bis ca. 300°C unzersetzt und ohne Ablagerungen zu bilden.

Claims

1. Tinte für Thermowandler-Schreibkopf, welche enthält

a) 40 bis 60 Gewichtsteile Wasser,
b) 25 bis 35 Gewichtsteile Diethylenglykol,
c) 2 bis 6 Gewichtsteile Polyethylenglykol,
d) 10 bis 20 Gewichtsteile 1-Methyl-2-pyrrolidon, sowie
e) einen oder mehrere lösliche Farbstoffe,

wobei das Mengenverhältnis der Bestandteile a), b) und c) derart eingestellt ist, daß die Komponenten a) bis c) bei vor gegebener Viskosität, vorgegebenem pH-Wert und vorgegebener Temperatur bezüglich der Reaktion Diethylenglykol + Wasser ←→ Polyethylenglykolin der Gleichgewichtskonzentration vorliegen.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Farbstoff Food Black 2 enthalten ist.

3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Komponente c) ein Polyethylenglykol vom Typ 200 (PEG 200) ist.

4. Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das Lösungsmit telgemisch enthält

a) 50,5 Gewichtsprozent Wasser,
b) 30 Gewichtsprozent Diethylenglykol,
c) 3,5 Gewichtsprozent Polyethylenglykol 200,
d) 16 Gewichtsprozent 1-Methyl-2-pyrrolidon,

daß als Farbstoff Food Black 2 enthalten ist und daß gegebenen falls zur Erhöhung der Viskosität eine geringe Menge weiteres Polyethylenglykol zugegeben ist.

5. Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Tinte bei 25°C eine Viskosität zwischen 4,0 und 5,0 mm s²s^-1 aufweist.

6. Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Tinte einen pH-Wert von 6,0 bis 7,0 aufweist.

7. Verfahren zum Herstellen einer Tinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Herstellen des Lösungsmittelgemisches aus den Komponenten a), b) und c),
- Lösen des oder der Farbstoffe in dem Lösungsmittelgemisch,
- Bestimmen der Viskosität der Lösung,
- Vergleichen des so bestimmten Wertes der Viskosität mit einem vorgegebenen Wert und
- gegebenenfalls Nachregulierung der Viskosität durch Zugabe von weiterem Polyethylenglykol.