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Diese
Erfindung betrifft Tinten zur Verwendung in Tintenstrahldruckern.
Insbesondere betrifft diese Erfindung Tinten zur Verwendung in Tintenstrahldruckern
zum Drucken auf undurchdringlichen oder nicht porösen Substraten,
wie zum Beispiel Glas, Keramiken, Kunststoffen wie zum Beispiel
Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Celluloseacetatbutyrat und Metallen.
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Beim
Tintenstrahldrucken werden winzige Tröpfchen schwarzer oder farbiger
Tinte auf eine kontrollierte Art und Weise aus einem oder mehreren
Behältern
oder Druckköpfen
durch enge Düsen
auf ein Substrat gespritzt, das sich relativ zu den Behältern bewegt.
Die herausgespritzte Tinte bildet ein Bild auf dem Substrat. Zum
Drucken mit hoher Geschwindigkeit müssen die Tinten schnell fließen, um
den Druckkopf wieder aufzufüllen,
weil Tinte herausgespritzt wird. Damit die Tinten schnell fließen, müssen sie
eine geringe Viskosität,
wie beispielsweise 20 Centipoise bei 30°C aufweisen. Die Tinten müssen ebenso
stabil gegenüber
dem Trocknen oder Verkrusten in den Behältern oder Düsen sein.
Aus diesen und anderen Gründen
sind Tinten für
Tintenstrahldrucker üblicherweise
so formuliert, dass sie einen großen Anteil, wie zum Beispiel
um 90%, eines mobilen, flüssigen
Vehikels oder Lösungsmittel
enthalten. Unglücklicherweise
können
Tinten für
Tintenstrahldrucker, die einen großen Anteil an Lösungsmittel
enthalten, nach dem Drucken nicht berührt werden, bis das Lösungsmittel
verdampft ist und die Tinten getrocknet sind. Es ist daher für das flüssige Vehikel
oder Lösungsmittel
vorteilhaft, von der Oberfläche
des Drucks so schnell wie möglich
zu verdampfen. Auf porösen
Substraten wie beispielsweise Papier geschieht das Trocknen prinzipiell
durch Eindringen oder Absorption der Flüssigkeit in das Substrat. Auf
nicht porösen
oder undurchdringlichen Substraten kann die Flüssigkeit oder das Lösungsmittel
nicht im gleichen Maße
absorbiert werden.
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Das
flüssige
Vehikel oder Lösungsmittel
kann durch einige nicht poröse
Substrate durch molekulare Diffusion absorbiert werden, die Geschwindigkeit
der Absorption ist jedoch so gering, dass dies unpraktikabel ist.
Um diese Probleme zu überwinden,
ist es übliche
Praxis, ein volatiles Lösungsmittel
wie zum Beispiel Methylethylketon oder Ethanol als das flüssige Vehikel
oder Lösungsmittel
in einer Tinte für
Tintenstrahldrucker zu verwenden und Drucke auf nicht porösen Substraten
durch einen erhitzten Trockner zu führen, um die Verdampfung des
Lösungsmittels
in der Tinte zu beschleunigen.
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Die
europäische
Patentschrift
EP 0 314 403 beschreibt
eine Tinte zum Drucken auf Vinylsubstraten. Die Tinte beinhaltet
ein Trägerlösungsmittel,
das ein Gemisch eines Niederalkanols und eines Niederketons ist,
die jeweils weniger als 10 Kohlenstoffatome besitzen. Methanol und
Methylethylketon sind als spezielle Beispiele angegeben. Unglücklicherweise
sind diese Lösungsmittel
hochgradig brennbar und Methanol ist auch toxisch. Diese Lösungsmittel
verdampfen auch wahrscheinlich in den Druckköpfen, wobei sie Krusten der festen
Komponenten in der Tinte zurücklassen,
was zu einem teilweisen oder vollständigen Verstopfen der Köpfe führt. Verstopfte
oder teilweise verstopfte Druckköpfe
beeinträchtigen
die Qualität
des Druckens und können
es erforderlich machen, dass das Drucken eingestellt wird, während die
verstopften Düsen
gereinigt werden.
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Die
europäische
Patentschrift
EP 0 424 714 beschreibt
die Verwendung eines Lösungsmittelfarbstofffärbemittels
und zweier mischbarer, nicht wässriger
Lösungsmittel,
wobei eines flüchtig
ist und eines nicht flüchtig
ist. Der Lösungsmittelfarbstoff
ist schlechter in dem flüchtigen
Lösungsmittel
löslich
und besser in dem nicht-flüchtigen
Lösungsmittel
löslich.
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Andere
schnelltrocknende Tinten für
Tintenstrahldrucker für
undurchdringliche Substrate enthalten ungesättigte Monomere oder Oligomere,
die durch ultraviolette Strahlung härten. Die U.S.-Patentanmeldung US-A-5,270,368
beschreibt eine derartige Tinte zum Drucken auf Leiterplatten. Diese
Zusammensetzungen sorgen für
gedruckte Schichten, die dicker sind als die gedruckten Schichten,
die von Tinten erzeugt worden sind, die ein flüchtiges Lösungsmittel enthalten. Dies
ist nachteilig, wenn mehrere Farben auf dasselbe Blatt, wie zum
Beispiel bei trichromatischem Mehrfarbendruck, gedruckt werden sollen.
Darüberhinaus
ist es schwierig, Kombinationen von Monomeren und Oligomeren zu
finden, die keine Tinte mit einer unannehmbar hohen Viskosität ergeben.
Zusammensetzungen, die sowohl Materialien, die durch ultraviolette
Strahlung gehärtet worden
sind, als auch ein Lösungsmittel
kombinieren, sind in der europäischen
Patentschrift
EP 0 407 054 beschrieben.
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Eine
andere Lösung
des Problems des Bereitstellens von Tinten, die schnell auf undurchdringlichen Substraten
trocknen, ist die Verwendung sogenannter „Heißschmelz-„, „Halbfest-„ oder „Sol-gel"-Zusammensetzungen. Diese Zusammensetzungen
sind im Druckkopf flüssig,
weil dieser auf eine Temperatur oberhalb von Raumtemperatur erhitzt
wird, aber verfestigen sich beim Abkühlen nach dem Erreichen des
Substrats. Derartige Tinten sind in den europäischen Patentschriften
EP 0 307 933 ,
EP 0 329 026 und
EP 0 457 707 beschrieben. Wie die
oben beschriebenen UV-gehärteten
Tinten sorgen auch diese Tinten üblicherweise
für eine dickere
gedruckte Schicht als die aus Zusammensetzungen auf Lösungsmittelbasis
hergestellten. Sie können auch
häufig
eine schlechte Adhäsion
am Substrat zeigen und sind anfällig
dafür zu
verwischen, wenn der Druck nachfolgend erwärmt wird.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es eine Tinte für Tintenstrahldrucker
zur Verfügung
zu stellen, die die oben erwähnten
Probleme überwindet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Tinte für
Tintenstrahldrucker zur Verfügung
gestellt, die ein Harz, ein erstes Lösungsmittel und ein zweites
Lösungsmittel
umfasst, wobei das erste Lösungsmittel
eine Verdampfungsgeschwindigkeit besitzt, die höher ist als die Verdampfungsgeschwindigkeit
des zweiten Lösungsmittels,
und dazu imstande ist, mehr als 5 Gew.-%, vorzugsweise mehr als
15 Gew.-% des Harzes bei 25°C
zu lösen,
und wobei das zweite Lösungsmittel
nicht dazu imstande ist, dies zu tun.
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Wir
haben unerwarteterweise eine flüssige
Tinte für
Tintenstrahldrucker gefunden, die schnell auf undurchdringlichen
oder nicht porösen
Substraten trocknet. Dies geschah durch Verwendung einer speziellen Kombination
des Harzes und der Lösungsmittel.
Die erforderliche Kombination ist:
- (i) ein
filmbildendes Harz;
- (ii) ein relativ schnell verdampfendes Lösungsmittel, das ein gutes
Lösungsmittel
für dieses
Harz ist; und
- (iii) ein relativ langsam verdampfendes Lösungsmittel, das ein schlechteres
Lösungsmittel
für dieses
Harz ist.
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In
der Tinte für
Tintenstrahldrucker ist das Harz im ersten Lösungsmittel löslicher
als im zweiten Lösungsmittel,
wobei das erste Lösungsmittel
flüchtiger
ist als das zweite Lösungsmittel.
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Das
Harz ist vorzugsweise ein thermoplastisches Harz.
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Das
Harz liegt in der Tinte für
Tintenstrahldrucker vorzugsweise bis zu einer Grenze von 12% vor.
Das Harz liegt bevorzugter in einer Spanne von 0,3 bis 1,0% vor.
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„Gutes
Lösungsmittel" bedeutet ein Lösungsmittel,
das fähig
ist, mehr als 5 Gew.-%, bevorzugter mehr als 15 Gew.-% des Harzes
(i) bei 25°C
zu lösen. „Schlechteres
Lösungsmittel" bedeutet eines,
das fähig
ist, eine größere Menge
des Harzes (i) in dem Lösungsmittel
(iii) als im Lösungsmittel
(ii) bei derselben Temperatur zu lösen, und vorzugsweise handelt
es sich um eines, das fähig
ist, eine erheblich geringere Menge des Harzes zu lösen.
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Ein „relativ
schnell verdampfendes" Lösungsmittel
bedeutet ein Lösungsmittel
mit einer Verdampfungsgeschwindigkeit zwischen 15 und 45, vorzugsweise
zwischen 20 und 30, wobei Butylacetat mit 100 als Standard verwendet
wird. Ein „relativ
langsam verdampfendes" Lösungsmittel
bedeutet ein Lösungsmittel
mit einer Verdampfungsgeschwindigkeit von mindestens 5 Einheiten
weniger als das relativ schnell verdampfende.
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Wenn
diese Tinte für
Tintenstrahldrucker auf ein undurchdringliches Substrat gedruckt
wird, trocknet sie schneller als es gemäß der bekannten Verdampfungsgeschwindigkeiten
und Siedepunkte der vorliegenden Lösungsmittel erwartet werden
würde.
Die Lösungsmittel
können
daher aus den von Natur aus weniger flüchtigen gegenüber denjenigen
im Stand der Technik ausgewählt
werden und so wahrscheinlich weniger im Druckkopf verdampfen, was
Verstopfen verursacht. Die Tinte ist auch weniger brennbar und sicherer
in der Verwendung als diejenigen, die flüchtigere Lösungsmittel enthalten. Es ist
auch nicht notwendig, eine Wärmequelle
zur Trocknung der erfindungsgemäßen Tinten
zu verwenden.
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Das
filmbildende Harz ist vorzugsweise ein Lösungsmittellösliches,
thermoplastisches Harz. Es kann beispielsweise ein Acrylharz wie
zum Beispiel Poly(methylmethacrylat), ein Vinylharz wie zum Beispiel
ein Copolymer aus Vinylacetat und Vinylchlorid oder ein Celluloseharz
wie zum Beispiel Celluloseacetatbutyrat sein.
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Die
Tinte enthält
vorzugsweise zwischen 0,1 und 12%, bevorzugter zwischen 0,3 und
1,0% des Harzes.
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Die
Auswahl spezieller, in der vorliegenden Erfindung verwendbarer Lösungsmittelpaare
hängt von der
chemischen Natur des Harzes ab. Wenn beispielsweise das Harz ein
Polyacrylat ist, kann das relativ schnell verdampfende Lösungsmittel
ein Lactatester wie zum Beispiel Ethyllactat sein und das langsam
verdampfende Lösungsmittel
kann ein Ester eines aliphatischen Alkohols, der 5 bis 10 Kohlenstoffatome
enthält, mit
einer Monocarbonsäure,
die 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, sein, wie beispielsweise
Ethylhexylacetat. Das Verhältnis
der Anteile der beiden Lösungsmittel
in der Tinte liegt vorzugsweise zwischen 10 : 1 und 1 : 10, bevorzugter
zwischen 3 : 1 und 1 : 3. Der kombinierte Gesamtlösungsmittelanteil
in der Zusammensetzung ist vorzugsweise zwischen 70 und 98 Gew.-%,
bevorzugter zwischen 85 und 95 Gew.-%.
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Zusätzlich zu
dem oben beschriebenen Harz (i) kann die Tinte auch ein filmbildendes
Harz zur Verbesserung der Adhäsion
des Tintenfilms an dem Substrat, das bedruckt wird, enthalten. Dieses
Harz muss auch in den Lösungsmitteln
(ii) und (iii) bei den in den Zusammensetzungen verwendeten Konzentrationen
löslich
sein. Seine Löslichkeit
ist nicht den oben für
das Harz (i) festgesetzten Beschränkungen unterworfen, obwohl
es natürlich
möglich
ist, dass sich die Löslichkeit
der beiden Harze in den beiden Lösungsmitteln
unterscheidet. Harz (iv) kann beispielsweise ein Acrylharz, ein
Vinylharz, ein Polyvinylbutyrylharz oder ein Celluloseharz sein,
wobei die Auswahl unter denen mit guter Adhäsion an das Substrat, das bedruckt
werden soll, erfolgt. Beispielsweise kann zum Drucken auf Vinylblätter das
Harz (iv) ein Vinylcopolymer sein. Der Ge wichtsanteil des Harzes
(iv) in der Zusammensetzung liegt zwischen 0,3 und 10%, vorzugsweise
1–4%.
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Die
erfindungsgemäße Tinte
für Tintenstrahldrucker
enthält
auch ein Farbmittel. Das Farbmittel ist vorzugsweise ein dispergierbares
Pigment der Arten, die im Stand der Technik bekannt sind und beispielsweise unter
den Handelsnamen Paliotol (erhältlich
von der BASF AG), Cinquasia (erhältlich
von Ciba Specialty Chemicals) und Hostaperm (erhältlich von Clariant UK) kommerziell
erhältlich
sind. Das Pigment kann sämtliche gewünschten
Farben besitzen, wie zum Beispiel Pigmentgelb 13, Pigmentgelb 83,
Pigmentrot 9, Pigmentrot 184, Pigmentblau 15 : 3, Pigmentgrün 7, Pigmentviolett
19 und Pigmentschwarz 7. Besonders nützlich sind Schwarz und die
zum trichromatischen Mehrfarbendruck erforderlichen Farben. Gemische
von Pigmenten können
verwendet werden. Die Zusammensetzungen enthalten als Hauptfarbmittel
keinen Farbstoff, der in dem vorliegenden Lösungsmittel löslich ist.
Der vorliegende Gesamtanteil des Pigments ist zwischen 1 und 12 Gew.-%,
vorzugsweise 3–8
Gew.-%.
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Andere
Komponenten von im Stand der Technik bekannten Arten können in
der Tinte vorliegen, um die Leistungseigenschaften zu verbessern.
Diese Komponenten können
beispielsweise oberflächenaktive Stoffe,
Entschäumer,
Dispergiermittel, Stabilisatoren gegen Schaden durch Hitze oder
Licht, Geruchsveränderer,
Fließ-
oder Gleitsäuren,
Biozide und identifizierende Tracer sein. Die erfindungsgemäßen Tinten
müssen keine
durch UV-Strahlung härtbare
Monomere oder Oligomere enthalten und auch nicht durch Bestrahlung
mit ultraviolettem Licht getrocknet werden.
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Die
erfindungsgemäßen Tinten
können
durch bekannte Verfahren, wie zum Beispiel Rühren mit einem wassergekühlten Hoch geschwindigkeitsrührer oder
Mahlen mit einer horizontalen Perlenmühle, hergestellt werden.
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Die
Tinten sind bei Raumtemperatur mobile Flüssigkeiten mit einer Viskosität von weniger
als 50 Centipoise bei 30°C,
vorzugsweise zwischen 8 cP und 20 cP bei 30°C. Die Tinten besitzen eine
gute Adhäsion
an nicht porösen
Substraten und trocknen schnell. Sie können auch zum Tintenstrahldrucken
auf poröse
Substrate, zum Beispiel Papier oder Karton, verwendet werden.
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Die
Erfindung wird nun exemplarisch unter Bezugnahme auf das folgende
Beispiel beschrieben (Teile geben den Prozentsatz an):
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BEISPIEL 1
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Das
Folgende wurde auf einem wassergekühlten Rührer schnell gerührt, bis
mit einem Heggman-Messgerät
kein Granulat zu sehen war.
| Ethylhexylacetat | 46,83% |
| Ethyllactat | 46,83% |
| Elvacite
2021 (Acrylharz von du Pont NV) | 0,84% |
| UCAR
VYHH (Vinylcopolymerharz von Union Carbide) | 1,50% |
| Microlith
Blau 4G-K (Pigmentchip von Ciba) | 4,00% |
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Die
Tinte für
Tintenstrahldrucker zeigte gute Adhäsion an einem Vinylsubstrat
und trocknete, ohne irgendwelche Wärme zu erfordern.
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(Anmerkung:
In diesem Beispiel war das filmbildende Harz (i) Elvacite 2021;
das relativ schnell verdampfende Lösungsmittel war Ethyllactat;
das langsamer verdampfende Lösungsmittel
war Ethylhexylacetat; und das filmbildende Harz mit guter Adhäsion war
VYHH.)