DE60016758T2 - Phosphorylierte polymerdispergiermittel für tinten - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft wäßrige Tintenstrahltinten mit einem wäßrigen Träger, einem Farbstoff und einem Copolymerdispersionsmittel, das aus einem Monomer mit einer Phosphat-Funktionalität gewonnen wird.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Thermotintenstrahldrucker verdampfen Tinte in Druckköpfen durch Widerstandsheizung. Verdampfte Tinte wird durch Öffnungen zu Substraten hin ausgestoßen, und etwa in den Druckköpfen zurückbleibende Tinte wird vor der nächsten Erhitzungs- und Verdampfungsrunde abgekühlt. Dieser Verdampfungs- und Abkühlungsprozeß, der als Auslösung bzw. Zündung bekannt ist, tritt gewöhnlich mit hoher Frequenz in Druckköpfen auf und bewirkt eine drastische Veränderung der Tinte von wasserreichen zu lösungsmittelreichen Zusammensetzungen um Widerstände herum. Diese Änderungen können eine Ausflockung von unlöslichen Teilchen, wie z. B. Pigmenten, verursachen. Zusatzstoffe wie z. B. Polymerbindemittel, Verdickungsmittel, organische Verschnittmittel und Tenside können zusätzlich zu dem oben beschriebenen Auslösungsprozeß die Ausflockung während des Drucks weiter verstärken. Das Ausflocken von Tinte und verstopfte Druckköpfe sind unerwünschte Eigenschaften der Tintenstrahldruckerindustrie.
  • Um Ausflockung zu vermeiden, verlängern den Tinten zugesetzte Dispersionsmittel die Zeitdauer, während der unlösliche Teilchen in einem dispergierten Zustand bleiben (d. h. sie erhöhen die Dispersionsbeständigkeit einer Tinte). Die Wirksamkeit von Dispersionsmitteln ist jedoch zum Teil von der Tintenzusammensetzung und der Umgebung abhängig, in der Tinten gelagert oder eingesetzt werden. Die Entwicklung neuer Polymerdispersionsmittel, die Teilchen unter verschiedenen chemischen und physikalischen Bedingungen in einem dispergierten Zustand halten, ist wünschenswert.
  • Ein Ziel der Tintenstrahldrucktechnologie ist das Aufsprühen von Tinte auf ein Substrat, wie z. B. Papier, und die Ausbildung diskreter Zeichen. Bekannt ist, daß Tinte, die in Kontakt mit einem Substrat gebracht wird, Verlaufen von Typen und/oder Farbbluten aufweisen kann. Das Verlaufen von Typen bedeutet die Ausbreitung von Tinte auf einem Substrat. Das Farbbluten bezieht sich auf das Vermischen von Tinte an Tintengrenzen zwischen zwei oder mehr Tintentröpfchen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Tintenstrahltinten, die Copolymerdispersionsmittel mit einer oder mehreren Phosphat-Funktionalitäten aufweisen, die wäßrige Dispersionen in dispergierten Zuständen halten können, zum Teil unter verschiedenen pH-Bedingungen. Die Copolymerdispersionsmittel werden aus ethylenisch ungesättigten Monomeren hergestellt, die eine Phosphat-Funktionalität, die für elektrostatische Wechselwirkung, und eine Struktur aufweisen, die für sterische Wechselwirkung zwischen unlöslichen Teilchen in wäßrigen Dispersionen sorgt. Die Copolymere werden zur Erzeugung von wäßrigen Tintenstrahltinten mit unterschiedlichem pH-Wert (zum Teil wegen der pKas der Phosphat-Funktionalität) innerhalb eines breiten pH-Bereichs eingesetzt. Die erfindungsgemäßen Tintenstrahltinten können zur Verminderung des Farbblutens und zur Erhöhung der Druckqualität eingesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft konkret eine wäßrige Tintenstrahltinte, die einen wäßrigen Träger, einen Farbstoff und ein Dispersionsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsmittel ein Copolymer aufweist, das aus mindestens einem polymerisierten Monomer mit der folgenden allgemeinen Struktur gewonnen wird: CH2=C(R3)C(O)OXa(C2H4O)b-(C3H6O)c-R4 mit a=0 oder 1; wobei für a=1 X eine Alkyl-, Aryl- oder Alkylaryl-Diradikalverbindungsgruppe mit 1 – 9 Kohlenstoffatomen ist, b und c unabhängig voneinander aus dem Bereich 0 – 100 ausgewählt sind, vorausgesetzt, daß b und c nicht gleichzeitig gleich 0 sind; R3 für H oder CH3 steht und R4 aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus PO3H2, einer Alkoholgruppe und einer Epoxygruppe besteht, vorausgesetzt, daß, wenn R4 nicht PO3H2 ist, das Copolymer dann mit einem Phosphorylierungsmittel behandelt worden ist, um eine oder mehrere Phosphat-Funktionalitäten zu bilden, wo gewöhnlich die Epoxygruppe(n) oder die Alkoholgruppe(n) auftreten.
  • Die vorliegende Erfindung bietet außerdem Gegenstände die ein Substrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche und eine Schicht, vorzugsweise eine nicht zusammenhängende Schicht (z. B. einen oder mehrere Tintentropfen), aus der erfindungsgemäßen wäßrigen Tintenstrahldrucktinte aufweisen. Dabei weist die wäßrige Dispersion einen Farbstoff und ein erfindungsgemäßes Copolymerdispersionsmittel mit mindestens einem polymerisierten Phosphat-Monomer auf.
  • Für die hier gebrauchten Begriffe sollen bezüglich der vorliegenden Erfindung die folgenden Bedeutungen gelten:
    "Phosphat-Monomer" bezieht sich auf ein ethylenisch ungesättigtes Monomer gemäß der vorliegenden Erfindung mit der folgenden Formel: CH2=C(R3)C(O)OXa(C2H4O)b-(C3H6O)c-R4 mit a=0 oder 1; wobei für a=1 X eine Alkyl-, Aryl- oder Alkylaryl-Diradikalverbindungsgruppe mit 1 – 9 Kohlenstoffatomen ist, b und c unabhängig voneinander aus dem Bereich 0 – 100 ausgewählt sind, vorausgesetzt, daß b und c nicht gleichzeitig gleich 0 sind; R3 für H oder CH3 steht und R4 aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus PO3H2, einer Alkoholgruppe und einer Epoxygruppe besteht. Die Alkohol- oder Epoxygruppe wird in Phosphat-Funktionalitäten umgewandelt, wie hierin beschrieben.
  • "Polymerisiertes Phosphat-Monomer" bezieht sich auf eine Einheit eines Polymers mit der Struktur: CH2=C(R3)C(O)OXa(C2H4O)b-(C3H6O)c-PO3H2 die aus dem oben beschriebenen Phosphat-Monomer hergestellt wird.
  • "Polymerisiertes Monomer" bezieht sich auf eine Einheit eines Polymers, das aus einem Monomer hergestellt wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäßen wäßrigen Tintenstrahltinten mit den Copolymerdispersionsmitteln weisen eine gute Dispersionsbeständigkeit auf und werden vorzugsweise in Thermotintenstrahldruckern eingesetzt. Erfindungsgemäße Tinten können so angepaßt werden, daß sie die Anforderungen eines bestimmten Tintenstrahldruckers erfüllen, beispielsweise um ein Gleichgewicht zwischen Lichtbeständigkeit, Wischfestigkeit, Viskosität, Oberflächenspannung, optischer Dichte und Verstopfungsbeständigkeit herzustellen, wie für die jeweilige Anwendung gewünscht.
  • COPOLYMERDISPERSIONSMITTEL
  • Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Copolymerdispersionsmittel weisen ein oder mehrere polymerisierte Phosphat-Monomere auf, die aus Phosphat-Monomeren mit der folgenden allgemeinen Formel hergestellt werden: CH2=C(R3)C(O)OXa(C2H4O)b-(C3H6O)c-R4 mit a=0 oder 1; wobei für a=1 X eine Alkyl-, Aryl- oder Alkylaryl-Diradikalverbindungsgruppe mit 1 – 9 Kohlenstoffatomen ist, b und c unabhängig voneinander aus dem Bereich 0 – 100 ausgewählt sind, vorausgesetzt, daß b und c nicht gleichzeitig gleich 0 sind; R3 für H oder CH3 steht und R4 aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus PO3H2, einer Alkoholgruppe und einer Epoxygruppe besteht.
  • Wenn R4 eine Alkoholgruppe und eine Epoxygruppe ist, können diese Monomere vor einem Polymerisationsprozeß mit Phosphorylierungsmitteln, wie z. B. POCl3, Polyphosphorsäure, vorzugsweise P2O5, phosporyliert werden. Alternativ können Monomere mit einem R4, das unter einer Alkoholgruppe oder einer Epoxygruppe ausgewählt ist, in das Copolymer eingebaut werden, und dann wird das Copolymer mit einem oder mehreren Phosphorylierungsmitteln behandelt, um eine oder mehrere Phosphat-Funktionalitäten zu bilden, wo sich gewöhnlich die Epoxygruppe(n) oder die Alkoholgruppe(n) befinden.
  • Durch die Polymerisation von Phosphat-Monomeren werden Copolymere entweder mit statistischen oder mit Kammstrukturen erzeugt. Der Begriff "Kammstruktur", wie er hier gebraucht wird, bezieht sich auf ein erfindungsgemäßes Copolymer, das polymerisierte Phosphat-Monomere enthält, wobei b plus c größer oder gleich 3 ist (d. h. die Monomere ragen aus der Copolymerkette heraus und erzeugen ein Copolymer mit einer Kammstruktur). Ohne sich durch irgendeine bestimmte Theorie zu binden, besteht die Ansicht, daß die Länge des Phosphat-Monomers die Agglomeration von unlöslichen Teilchen in einer Dispersion sterisch hindert. Der Begriff "statistische Struktur", wie er hier gebraucht wird, bezieht sich auf ein erfindungsgemäßes Copolymer, das polymerisierte Monomere enthält, in denen b plus c kleiner als 3 ist. Erfindungsgemäße Copolymere können 5 Gew.-% bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-% bis 60 Gew.-%, am stärksten bevorzugt 20 Gew.-% bis 60 Gew.-% polymerisiertes Phosphat-Monomer enthalten.
  • In der vorliegenden Erfindung verwendete Copolymere können aus hydrophilen Monomeren hergestellt werden, wie z. B. aus ethylenisch ungesättigten Monomeren mit Säure- oder Säurevorläufergruppen. Beispiele verwendbarer Monomere sind unter anderem Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Itaconsäuremonoester, Maleinsäure, Malinsäuremonoester, Fumarsäure und Furnarsäuremonoester.
  • Copolymere gemäß der vorliegenden Erfindung können aus hydrophoben Monomeren hergestellt werden, wie z. B. aus ungesättigten Monomeren, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Alkylestern der Acrylsäure, Alkylestern der Methacrylsäure, Arylestern der Acrylsäure, Arylestern der Methacrylsäure, N-Alkylacrylamiden, N-Alkylmethacrylamiden, N-Arylacrylamid, N-Arylmethacrylamid, Vinylalkylestern und Vinylarylestern besteht. Die Begriffe "Alkyl" und "Aryl" umfassen substituierte Alkyl-, Aryl-, substituierte Alkylaryl-, nichtsubstituierte Alkyl-, Aryl- und nichtsubstituierte Alkylarylgruppen. Der Begriff "substituiertes" Alkyl, Aryl oder Alkylaryl wird hier zur Bezeichnung einer Alkyl- oder Arylgruppe gebraucht, die einen oder mehrere Substituenten enthält, die den Polymerisationsprozeß nicht stören. Zu diesen Substituenten können Alkyl-, Hydroxy-, Amino-, Ester-, Säure-, Acyloxy-, Amid-, Nitril-, Halogen-, Halogenalkyl-, Alkoxygruppen gehören. Beispiele verwendbarer Monomere sind unter anderem Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, 2-Phenylethylacrylat, 2-Phenylethylmethacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat, 2-Phenoxyethylmethacrylat, 1-Napthalylacrylat, 2-Napthalylacrylat, 2-Naphtalylmethacrylat, p-Nitrophenylacrylat, p-Nitrophenylmethacrylat, Phthalimidomethylacrylat, Phthalimidomethylmethacrylat, N-Phenylacrylamid, N-Phenylmethacrylamid, N-Benzylacrylamid, N-Benzylmethacrylamid, N-(2-Phenylethyl)acrylamid, N-(2-Phthalimidoethoxymethyl)acrylamid, Styrol, α-Methylstyrol, Vinylacetat, Vinylbutyrat und Vinylbenzoat.
  • Copolymere, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, werden vorzugsweise durch radikalische Polymerisation hergestellt. Eine Gruppe hydrophober Monomere und/oder eine Gruppe hydrophiler Monomere kann zufällig an einer Polymerkette angeordnet werden und ein hydrophobes Segment bzw. ein hydrophiles Segment bilden. Der Begriff "hydrophobes Segment" bezieht sich auf ein oder mehrere hydrophobe Monomere, die durch Polymerisation in eine Polymerkette eingebaut werden, um einen Bereich der Kette zu bilden, der seiner Natur nach hydrophob ist (es ist möglich, daß dieser Bereich ein oder mehrere hydrophile Monomere enthält). Der Begriff "hydrophiles Segment" bezieht sich auf ein oder mehrere hydrophile Monomere, die durch Polymerisation in eine Polymerkette eingebaut werden, um einen Bereich der Kette zu bilden, der seiner Natur nach hydrophil ist (es ist möglich, daß dieser Bereich ein oder mehrere hydrophobe Monomere enthält). Ohne sich an irgendeine bestimmte Theorie binden zu wollen, besteht die Ansicht, daß hydrophobe Segmente teilweise so funktionieren, daß sie ein Polymerdispersionsmittel an ein organisches Pigment binden, während hydrophile Segmente teilweise so funktionieren, daß sie die Dispersionsbeständigkeit eines Pigments in einer Flüssigkeit aufrechterhalten.
  • Die hydrophoben Segmente können außerdem, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers, bis zu 20 Gew.-% Monomere mit funktionellen Gruppen zur Verstärkung der Pigmentbindungskraft enthalten. Zum Beispiel können Monomere mit Amingruppen, wie z. B. N,N-Dimethylaminoethylacrylat, in den hydrophoben Abschnitt eingebaut werden, um Pigmente mit Säuregruppen an der Oberfläche zu binden. Monomere mit Säuregruppen, wie z. B. 2-Acrylamido-2-Propansulfonsäure, können für Pigmente mit basischen Oberflächen in den hydrophoben Abschnitt eingebaut werden.
  • Zur Feinabstimmung der Hydrophobie/Hydrophilie eines Copolymers und/oder zur Einstellung der Löslichkeit und anderer physikalischer Eigenschaften (z. B. der Glasübergangstemperatur) eines Copolymers kann ein bei der vorliegenden Erfindung eingesetztes Copolymer auch aus Monomeren mit der folgenden allgemeinen Formel hergestellt werden: CH2=C(R5)C(O)OXj(CH2CH2O)kR6 wobei j=0 oder 1 ist; für j=1 ist X eine Alkyl-, Aryl- oder Alkylaryl-Diradikalbindungsgruppe mit 1–9 Kohlenstoffatomen; k=1–50, R5 steht für H oder CH3, und R6 ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus H und einer Alkylgruppe mit 1–4 Kohlenstoffatomen besteht. Beispiele derartiger Monomere sind unter anderem 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, 2-(2-Methoxyethoxy)ethylacrylat, 2-(2-Methoxyethoxy)ethylmethacrylat, Ethoxytriethylenglycolmethacrylat, Methoxypolyethylenglycol (Molekulargewicht 200–1000)monomethacrylat, Polyethylenglycol (Molekulargewicht 200–1000)monomethacrylat.
  • VERFAHREN DER COPOLYMERHERSTELLUNG
  • Bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Copolymers sind radikalische Polymerisationsverfahren, die dem Fachmann bekannt sind. Die Molekulargewichte der als Dispersionsmittel eingesetzten Copolymere müssen hoch genug sein, um die gewünschte Dispersionsbeständigkeit zu liefern, aber nicht zu hoch, um die Viskosität nicht so weit zu erhöhen, daß die resultierende wäßrige Dispersion für den vorgesehenen Gebrauch zu dick ist. Molekulargewichte von Copolymeren können während des Polymerisationsprozesses, wie er vom Fachmann ausgeführt wird, mühelos durch Verwendung von Kettenüberträgern gesteuert werden. Beispiele verwendbarer Kettenüberträger sind unter anderem die Mercaptane, wie z. B. n-Butylmercaptan, Laurylmercaptan, organische Halogenide, wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff Tetrabromkohlenstoff usw. Die optimale Konzentration ist vom gewünschten Molekulargewicht abhängig und kann durch Routineversuche durch einen Polymerisationsfachmann ermittelt werden. Die für die vorliegende Erfindung verwendbaren Copolymere weisen ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 1000–100000 auf, vorzugsweise von 1000–50000.
  • Auf der Grundlage dieser bekannten Polymerisationsverfahren eignen sich viele gebräuchliche organische Lösungsmittel für die Herstellung von Copolymeren. Dazu gehören Alkohole (wie z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol und Isopropanol); Ketone (wie z. B. Aceton, Butanon, Pentanon und Hexanon); Ether (wie z. B. Tetrahydrofuran, Diethylether und das allgemein verfügbare Ethylenglycol sowie Polyethylenglycolmonoalkyl); Dialkylether (wie z. B. Cellosolve-Verbindungen, Carbitole), Alkylester von Essig-, Propion-, und Buttersäure sowie Glycole (wie z. B. Ethylenglycol). Gemische aus Alkoholen mit niedrigem Molekulargewicht, wie z. B. Ethanol und Isopropanol, und Ketonen mit niedrigem Molekulargewicht, wie z. B. Aceton, sind für die Herstellung von Copolymeren mit hohem Gehalt an polymerisierten Phosphat-Monomeren besonders gut verwendbar.
  • Bei einigen Polymerisationsprozessen können ein oder mehrere Azo-Polymerisationsinitiatoren bei der Herstellung eines Copolymers eingesetzt werden. Beispiele derartiger Initiatoren sind unter anderem 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), 2,2'-Azobis(methylbutyronitril) und 1,1'-Azobis(cyanocyclohexan) oder Kombinationen davon. In einigen Polymerisationsprozessen können Nichtazo-Initiatoren eingesetzt werden, zu denen Benzoylperoxid, Lauroylperoxid oder Kombinationen davon gehören.
  • Bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Copolymere können nach ihrer Herstellung durch einen Polymerisationsprozeß vor Gebrauch modifiziert werden. Zum Beispiel kann durch Neutralisieren der Phosphat-Funktionalität eines Copolymers die Löslichkeit eines Copolymers in einem wäßrigen Trägermedium erhöht werden. Die Phosphorsäure-Funktionalität ist eine ionisierbare Gruppe, die mit einer Base zu einem Anion neutralisiert werden kann. Die Azidität der Phosphorsäure-Funktionalität ist durch pKa 1=2,12 und pKa 2=7,21 charakterisiert. In Abhängigkeit vom pH-Wert der wäßrigen Tinte kann die Phosphatgruppe monovalent geladen oder divalent geladen sein. Das erfindungsgemäße Copolymer kann als anionisches Dispersionsmittel innerhalb eines pH-Bereichs von 3,0 bis 12,0 eingesetzt werden. Beispiele verwendbarer Basen, die zur Neutralisierung der ionisierbaren Gruppen eingesetzt werden, sind unter anderem Alkalimetallhydroxide (wie z. B. Lithium-, Natrium- und Kaliumhydroxid), Alkalimetallcarbonat und -bicarbonat (wie z. B. Natrium- und Kaliumcarbonat und -bicarbonat), organische Amine (wie z. B. Mono-, Di-, Trimethylamin, Morpholin, N-Methylmorpholin), organische Alkoholamine (N,N-Dimethylethanolamin, N-Methyldiethanolamin, Mono-, Di-, Triethanolamin), Ammoniumsalze (wie z. B. Ammoniumhydroxid, Tetraalkylammoniumhydroxid), Pyridin und Kombinationen davon. Durch die Neutralisierung von erfindungsgemäßen Copolymeren werden höchstwahrscheinlich Salze der ionisierbaren Gruppen gebildet. Ein erfindungsgemäßes Copolymerdispersionsmittel kann polymerisierte Monomere aufweisen, die ionisierbare Gruppen enthalten, wie z. B. Carbonsäure-Funktionalitäten.
  • TINTEN
  • Die erfindungsgemäßen wäßrigen Tintenstrahltinten enthalten ein Copolymerdispersionsmittel, einen Farbstoff und einen wäßrigen Träger. Erfindungsgemäße Tinten können das Farbbluten hemmen, indem eine große Anzahl von Tinten bereitgestellt wird, die wegen der einen oder der mehreren ionisierbaren Phosphatgruppen unterschiedliche pH-Werte aufweisen (d. h. wie oben beschrieben). Tinten werden so in Tintenstrahldruckern angeordnet, daß beim Sprühen benachbarte Tröpfchen auf den Substraten entstehen. Tintenpaare werden so gewählt, daß jede Tinte einen unterschiedlichen pH-Wert aufweist. An der Kontaktstelle zwischen den beiden Tinten kann sich infolge einer Änderung des pH-Werts Tinte abscheiden. Derartige chemische Eigenschaften führen zu glatteren Zeichenrändern und verhindern das Farbbluten. Ohne sich durch irgendeine bestimmte Theorie binden zu wollen, besteht die Ansicht, daß sich ein auf ein Substrat aufgesprühter Tintenpunkt ausbreitet. Der Farbstoff der Tinte folgt der Lösungsmittelfront, wenn kein Mechanismus vorhanden ist, der den dispergierten Farbstoff und/oder das dispergierte Pigment von dem Lösungsmittel trennt. Abscheidung, Flockenbildung oder Farbstoffwechselwirkung mit dem Substrat können diesen Mechanismus bereitstellen.
  • FÄRBEMITTEL
  • Die erfindungsgemäßen Tintenstrahltinten enthalten Färbemittel, wie z. B. Farbstoffe, Dispersionsfarbstoffe oder Pigmente. Der Begriff "Farbstoffe" bezieht sich auf Färbemittel, die bei der Tintenherstellung und beim Druck löslich sind. Der Begriff "Pigmente" bezieht sich auf Färbemittel, die bei der Tintenherstellung und beim Druck unlöslich sind. Der Begriff "Dispersionsfarbstoffe" bezieht sich auf Färbemittel, die bei der Tintenherstellung unlöslich sind, aber zu irgendeinem Zeitpunkt während eines Druckprozesses löslich werden.
  • Für die Verwendung bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignete Pigmente sind ausreichend feinkörnig, um das freie Fließen von Tinte durch eine Tintenstrahldruckvorrichtung zu ermöglichen, besonders an Ausströmdüsen, die gewöhnlich einen Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 50 μm haben. Die Teilchengröße hat auch einen Einfluß auf die Dispersionsbeständigkeitseigenschaften des Pigments, die während der gesamten Lebensdauer der Tinte entscheidend sind. Die Brownsche Bewegung winziger Teilchen trägt dazu bei, ein Absetzen der Teilchen zu verhindern. Auch um maximale Farbstärke und Glanz zu erzielen, ist die Verwendung kleiner Teilchen wünschenswert. Die verwendbare Teilchengröße liegt im Bereich von 0,005 μm bis 15 μm. Vorzugsweise sollte die Pigment-Teilchengröße im Bereich von 0,005 bis 5 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,3 μm liegen. Das Pigment kann in trockener oder feuchter Form eingesetzt werden, wie z. B. als Preßkuchen. Zu den für die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendbaren Pigmenten gehören eine breite Vielfalt von organischen und/oder anorganischen Pigmenten, allein oder in Kombination. Im Fall organischer Pigmente kann die Tinte bis zu 30 Gew.-% Pigment enthalten, aber im allgemeinen liegt der Anteil für die meisten Tintenstrahldruckanwendungen, wie z. B. Thermotintenstrahldruckanwendungen, im Bereich von 1 bis 15%, vorzugsweise 1 bis 8% des Gesamtgewichts der Tintenzusammensetzung. Wenn ein anorganisches Pigment gewählt wird, enthält die Tinte gewöhnlich höhere Gewichtsanteile des Pigments als bei vergleichbaren Tinten mit Verwendung eines organischen Pigments und kann bis zu 50 Gew.-% enthalten, da anorganische Pigmente im allgemeinen höhere spezifische Gewichte aufweisen als die organischen Pigmente.
  • Feinkörnige Teilchen aus Metall oder Metalloxiden können auch als Färbemittel eingesetzt werden. Zum Beispiel eignen sich Metall und Metalloxide zur Herstellung von magnetischen Tintenstrahltinten. Feinkörnige Oxide, wie z. B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Titandioxid können gleichfalls gewählt werden. Ferner können feinverteilte Metallteilchen, wie z. B. Kupfer, Eisen, Stahl, Aluminium und Legierungen, für geeignete Anwendungen ausgewählt werden. Farbe und Anteil des in einer wäßrigen Dispersion eingesetzten Dispersionsfarbstoffs sind hauptsächlich von der gewünschten Farbe des erzielten Drucks, der Reinheit des Dispersionsfarbstoffs und der Stärke des Dispersionsfarbstoffs abhängig. Niedrige Konzentrationen eines Dispersionsfarbstoffs ergeben unter Umständen keine ausreichende Farbklarheit. Hohe Dispersionsfarbstoffkonzentrationen können zu einer schlechten Leistung des Druckkopfs oder zu unannehmbar dunklen Farben führen. Der Dispersionsfarbstoff kann in einem Anteil von 0,01 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 0,05 bis 8 Gew.-%, stärker bevorzugt von 1 bis 5 Gew.-% vorhanden sein, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Dispersionsfarbstoffe, die bei der vorliegenden Erfindung verwendbar sein können, werden in US-A-5053495 (Greenwood et al.), US-A-5203912 (Greenwood et al.) und US-A-5102448 (Greenwood et al.) offenbart.
  • WÄSSRIGE TRÄGER
  • Wässrige Träger, die zur Herstellung von erfindungsgemäßen Tinten eingesetzt werden, weisen Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel auf. Entionisiertes Wasser ist der bevorzugte wäßrige Träger, wenn der wäßrige Träger im wesentlichen frei von einem organischen Lösungsmittel ist. Entionisiertes Wasser und ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel mit mindestens zwei Hydroxylgruppen, z. B. Diethylenglycol, ist der bevorzugte wäßrige Träger, wenn der wäßrige Träger ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel ist. Beispiele von wassermischbaren organischen Lösungsmitteln, die sich für den Gebrauch bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung eignen, werden in US-A-5 085 698 (Ma et al.) offenbart. Wasserlösliche organische Lösungsmittel können zur Modifikation der Oberflächenspannung und der Viskosität einer Tinte, wegen der Kompatibilität mit einem gewählten Pigment, zur Modifikation der Trockenzeit der Tinte und wegen der Kompatibilität mit dem Typ des Mediensubstrats gewählt werden, auf das die Tinte aufgedruckt wird. Ein wäßriger Träger, der Wasser und ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel aufweist, enthält 30 bis 99 Gew.-% Wasser, vorzugsweise 60 bis 99 Gew.-% Wasser, und 1 bis 70 Gew.-% wasserlösliches organisches Lösungsmittel, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels. Der Anteil der wäßrigen Trägers liegt im Bereich von 70 bis 99,8% einer Tinte, vorzugsweise von 94 bis 99,8%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, wenn ein Dispersionsfarbstoff und/oder ein organisches Pigment gewählt wird. Der Anteil des wäßrigen Trägers liegt im Bereich von 25 bis 99,8 Gew.-% einer Tinte, vorzugsweise von 70 bis 99,8 Gew.-%, wenn ein anorganisches Pigment gewählt wird.
  • TINTENZUSATZSTOFFE
  • Mit Tintenformulierungen gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Arten von wäßrigen Zusatzstoffen kombiniert werden, um die Eigenschaften zu modifizieren, wie z. B. die Viskosität. Beispiele von Zusatzstoffen sind unter anderem Verlaufmittel, Polymerbindemittel (wie z. B. wasserdispergierbare Latexemulsionen), Verdickungsmittel, Thixotropiermittel, Tenside, Beschichtungsmittel, Biozide, Maskierungsmittel usw.
  • Wenn die erfindungsgemäßen Tinten in Tintenstrahldruckern eingesetzt werden, können anionische, kationische, nichtionische oder amphotere Tenside in einem Anteil von 0,01–5 Gew.-% und vorzugsweise von 0,2–2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorhanden sein. Beispiele verwendbarer Tenside werden in US-A-5 221 334 (Hochberg et al.) offenbart. Biozide können den erfindungsgemäßen Tinten zugesetzt werden, wie z. B. DOWICIDE, im Handel erhältlich von Dow Chemical, Midland, MI; NUOSEPT, im Handel erhältlich von Huls America Inc., Piscataway, NJ; OMIDINES, im Handel erhältlich von Olin Corp., Cheshire, CT; NOPCOCIDES, im Handel erhältlich von Henkel Corp., Ambler, PA, TROYSANS, im Handel erhältlich von Troy Chemical Corp., Newark, NJ, Natriumbenzoat, oder Kombinationen davon. Weitere Zusatzstoffe, wie etwa Maskierungsmittel (wie z. B. EDTA), Feuchthaltemittel und Viskositätsmodifikatoren können gleichfalls zugesetzt werden, um verschiedene Eigenschaften der Tintenzusammensetzungen zu verbessern.
  • VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON TINTEN
  • Die erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzungen können auf die gleiche Weise wie andere Tintenzusammensetzungen hergestellt werden, die in Tintenstrahldruckern verwendet werden. Vorzugsweise wird die Pigmentdispersion durch Vormischen des einen bzw. der mehreren Färbemittel, des Copolymerdispersionsmittels und des wäßrigen Trägers hergestellt. Der Dispergierschritt kann dann in einer Mini-Horizontalmühle, einer Kugelmühle, einem Attritor ausgeführt werden, oder indem das Gemisch mit einem Flüssigkeitsdruck von mindestens 6.9 MPa (1000 psi) durch mehrere Düsen innerhalb einer Flüssigkeitsstrahl-Wechselwirkungskammer geschickt wird, um eine gleichmäßige Dispersion der Pigmentteilchen in dem wäßrigen Trägermedium zu erzeugen. Im allgemeinen ist es wünschenswert, die pigmentierte Tintenstrahltinte in konzentrierter Form herzustellen, die anschließend mit einer geeigneten Flüssigkeit auf die entsprechende Konzentration zur Verwendung in dem Tintenstrahldrucksystem verdünnt wird. Durch Verdünnen wird die Tinte auf die gewünschte Viskosität, Farbe, den Farbton, die Sättigungsdichte und Druckflächendeckung für die jeweilige Anwendung eingestellt.
  • Strahlgeschwindigkeit, Trennungslänge der Tröpfchen, Tropfengröße und Stromstabilität werden stark durch die Oberflächenspannung und die Viskosität der Tinte beeinflußt. Tintenstrahltinten, die sich zur Verwendung bei Tintenstrahldrucksystemen eignen, sollten eine Oberflächenspannung im Bereich von 20 Dyn/cm bis 70 Dyn/cm, und vorzugsweise im Bereich von 30 Dyn/cm bis 70 Dyn/cm bei 20°C aufweisen, gemessen nach einem Ringverfahren. Akzeptierbare Viskositäten sind nicht größer als 20 cP und liegen vorzugsweise im Bereich von 1,0 cP bis 10,0 cP bei 20° unter Verwendung eines herkömmlichen Viskosimeters. Die Tinte weist physikalische Eigenschaften auf, die mit einem großen Bereich von Ausströmbedingungen verträglich sind, d. h. mit Steuerspannung und Impulsbreite für Thermotintenstrahldrucker, Steuerfrequenz des Piezoelements für einen pulsierenden oder kontinuierlichen Tintenstrahldrucker, und Form und Größe der Düse. Die Tinten können mit verschiedenen Tintenstrahldruckern eingesetzt werden, wie z. B. kontinuierlichen, piezoelektrischen pulsierenden Druckern und Thermodruckern oder pulsierenden Bubble Jet-Druckern, und sind besonders gut für die Verwendung in Thermotintenstrahldruckern angepaßt.
  • Die Tinten haben eine hervorragende Lagerbeständigkeit über einen langen Zeitraum und verklumpen nicht in einer Tintenstrahlvorrichtung. Das Fixieren der Tinte auf dem Druckträger, wie z. B. Papier, Gewebe, Folie usw., kann schnell und genau ausgeführt werden. Die gedruckten Tintenbilder weisen klare Farbtöne, hohe Dichte, hervorragende Wasserfestigkeit und Lichtechtheit auf. Ferner sind die Tinten mit dem Tintenstrahldrucker verträglich und im wesentlichen geruchlos.
  • Bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Copolymere sind in einem Anteil im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 8 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung enthalten. Wenn der Anteil des Copolymers zu hoch ist, erhöht er gewöhnlich die Viskosität der Tinte. Wenn ein ungenügender Copolymeranteil vorhanden ist, wird die Dispersionsbeständigkeit beeinträchtigt.
  • ARTIKEL
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner Gegenstände bereit, die ein Substrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche aufweisen. Auf das Substrat wird eine Schicht (d. h. ein oder mehrere Tröpfchen) einer Tinte aufgebracht, die ein Färbemittel und ein bei der vorliegenden Erfindung verwendbares Copolymer aufweist. Das Substrat kann ein Stück Papier, Kunststoff, Holz, Metall, Glas, Textilien oder eine Kombination davon sein. Die wäßrige Tintenschicht kann auf der gesamten Substratoberfläche, nur auf der ersten Hauptfläche des Substrats oder nur auf der zweiten Hauptfläche des Substrats fixiert werden. Die wäßrige Tintenschicht kann eine zusammenhängende oder nichtzusammenhängende Schicht sein (wie z. B. Tintenpunkte auf einem Stück Papier).
  • BEISPIEL
  • Die Beispiele werden unter Anwendung von Standardverfahren ausgeführt, die bekannt und für den Fachmann Routine sind, falls im einzelnen nicht anders beschrieben. Alle Teile, Prozentsätze, Verhältnisse in den Beispielen sind Gewichtsteile, Gewichtsprozent und Gewichtsverhältnisse, wenn nicht anders angegeben. Einige von den Materialien, die zur Herstellung von wäßrigen Tinten eingesetzt werden, sind in Tabelle 1 beschrieben.
  • TABELLE 1
    Figure 00090001
  • Figure 00100001
  • COPOLYMERDISPERSIONSMITTEL 1
  • Copolymerdispersionsmittel 1 kann als 50 Gew.-% 2-Phenoxyethylacrylat, 8,3 Gew.-% Methylmethacrylat, 11,7 Gew.-% Ethoxytriethylenglycolmethacrylat und 30 Gew.-% phosphoryliertes 2-Hydroxyethylmethacrylat beschrieben werden. Copolymerdispersionsmittel 1 wurde unter Anwendung des radikalischen Polymerisationsverfahrens hergestellt. TABELLE 2
    Bestandteile Gewicht(g)
    Mischung 1
    2-Phenoxyethylacrylat 9,6
    Methylmethacrylat 1,6
    Ethoxytriethylenglycolmethacrylat 2,3
    phosphoryliertes 2-Hydroxyethylmethacrylat 6,0
    n-Butylmercaptan 0,2
    2-Pyrrolidon 30
    Methanol 30
    entionisiertes Wasser 5,0
    Mischung 2
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,5
    Aceton 5,0
    Mischung 3
    2-Phenoxyethylacrylat 50,4
    Methylmethacrylat 8,4
    Ethoxytriethylenglycolmethacrylat 11,7
    phosphoryliertes 2-Hydroxyethylmethacrylat 30
    n-Butylmercaptan 0,8
    Aceton 5,0
    Mischung 4
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 2,0
    Aceton 20,0
    Mischung 5
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,5
    Aceton 5 0
    Summe 224,8
  • Die in Tabelle 2 dargestellten Mischungen 1 bis 5 wurden zur Herstellung des Copolymerdispersionsmittels 1 eingesetzt. Die Mischung 1 wurde in einen 500 ml-Kolben eingebracht, der mit einem Thermometer, einem Rührwerk, Trichtern, Rückflußkühler ausgestattet war, während über der Mischung 1 ein Stickstoffpolster unterhalten wurde. Die Mischung 1 wurde auf Rückflußtemperatur erhitzt und etwa 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Die Mischung 2 wurde in dem 500 ml-Kolben mit der Mischung 1 vereinigt. Die Mischungen 3 und 4 wurden im Verlauf von 4 Stunden gleichzeitig dem Kolbeninhalt zugesetzt, während die Rückflußtemperatur gehalten wurde. Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten, und anschließend wurde die Mischung 5 in den Kolben gegeben.
  • Der Kolbeninhalt blieb eine Stunde auf Rückflußtemperatur. Der Kolbeninhalt wurde destilliert, bis etwa 60 g flüchtige Bestandteile (kondensiertes Gas) aufgefangen wurden. Den 60 g flüchtigen Bestandteilen wurden 102 g 2-Pyrrolidon zugesetzt und ergaben 262,3 g einer 45,9%-igen Copolymerlösung.
  • COPOLYMERDISPERSIONSMITTEL 2
  • Das Copolymerdispersionsmittel 2 läßt sich als Gemisch von 60 Gew.-% 2-Phenoxyethylacrylat und 40 Gew.-% phosphoryliertem Polyethylenglycol (Molekulargewicht=300)methacrylat beschreiben. Das Copolymerdispersionsmittel 2 wurde unter Anwendung des radikalischen Polymerisationsverfahrens hergestellt. TABELLE 3
    Bestandteile Gewicht(g)
    Mischung 1
    2-Phenoxyethylacrylat 9,6
    phosphoryliertes Polyethylenglycol(MW=)methacrylat 6,4
    n-Butylmercaptan 0,2
    2-Pyrrolidon 30
    Methanol 20
    entionisiertes Wasser 5,0
    Mischung 2
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,5
    Aceton 5,0
    Mischung 3
    2-Phenoxyethylacrylat 50,4
    phosphoryliertes Polyethylenglycol(MW=)methacrylat 33,6
    n-Butylmercaptan 0,8
    Aceton 5,0
    Mischung 4
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 2,0
    Aceton 20,0
    Mischung 5
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,5
    Aceton 5,0
    Summe 194,0
  • Die Mischungen 1 bis 5, wie in Tabelle 3 dargestellt, wurden zur Herstellung des Copolymerdispersionsmittels 2 eingesetzt. Die Mischung 1 wurde in einen 500 ml-Kolben eingebracht, der mit einem Thermometer, einem Rührwerk, Trichtern, einem Rückflußkühler ausgestattet war, wobei über der Mischung 1 ein Stickstoffpolster unterhalten wurde. Die Mischung 1 wurde auf Rückflußtemperatur erhitzt und etwa 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Die Mischung 2 wurde in dem 500 ml-Kolben mit der Mischung 1 vereinigt. Die Mischungen 3 und 4 wurden im Verlauf von 4 Stunden gleichzeitig dem Kolbeninhalt zugesetzt, wobei die Rückflußtemperatur gehalten wurde. Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten, und anschließend wurde die Mischung 5 in den Kolben gegeben.
  • Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten. Der Kolbeninhalt wurde destilliert, bis etwa 52 g flüchtige Bestandteile (kondensiertes Gas) aufgefangen wurden. Den 52 g flüchtigen Bestandteilen wurden 80 g 2-Pyrrolidon zugesetzt und ergaben 223,1 g einer 45,3%-igen Copolymerlösung.
  • COPOLYMERDISPERSIONSMITTEL 3
  • Das Copolymerdispersionsmittel 3 läßt sich als Gemisch von 50 Gew.-% 2-Phenoxyethylacrylat, 20 Gew.-% Ethoxytriethylenglycolmethacrylat und 30 Gew.-% phosphoryliertem 2-Hydroxyethylmethacrylat beschreiben. Das Copolymerdispersionsmittel 3 wurde unter Anwendung des radikalischen Polymerisationsverfahrens hergestellt. TABELLE 4
    Bestandteile Gewicht(g)
    Mischung 1
    2-Phenoxyethylacrylat 9,6
    Ethoxytriethylenglycolmethacrylat 3,9
    phosphoryliertes 2-Hydroxyethylmethacrylat 6,0
    n-Butylmercaptan 0,2
    2-Pyrrolidon 30
    Methanol 30
    entionisiertes Wasser 7,0
    Mischung 2
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,5
    Aceton 5,0
    Mischung 3
    2-Phenoxyethylacrylat 50,4
    Ethoxyttiethylenglycolmethacrylat 20,1
    phosphoryliertes 2-Hydroxyethylmethacrylat 30
    n-Butylmercaptan 0,8
    Mischung 4
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 2,0
    Aceton 20,0
    Mischung 5
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,5
    Aceton 5,0
    Summe 221,0
  • Die Mischungen 1 bis 5, wie in Tabelle 4 dargestellt, wurden zur Herstellung des Copolymerdispersionsmittels 3 eingesetzt. Die Mischung 1 wurde in einen 500 ml-Kolben eingebracht, der mit einem Thermometer, einem Rührwerk, zusätzlichen Trichtern, einem Rückflußkühler ausgestattet war, wobei über der Mischung 1 ein Stickstoffpolster unterhalten wurde. Die Mischung 1 wurde auf eine Rückflußtemperatur erhitzt und etwa 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Die Mischung 2 wurde in dem 500 ml-Kolben mit der Mischung 1 vereinigt. Die Mischungen 3 und 4 wurden im Verlauf von 4 Stunden gleichzeitig dem Kolbeninhalt zugesetzt, während die Rückflußtemperatur gehalten wurde. Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten, und anschließend wurde die Mischung 5 in den Kolben gegeben. Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten. Der Kolbeninhalt wurde destilliert, bis etwa 62 g flüchtige Bestandteile (kondensiertes Gas) aufgefangen wurden. Den 62 g flüchtigen Bestandteilen wurden 102 g 2-Pyrrolidon zugesetzt und ergaben 264,5 g einer 44,7%-igen Copolymerlösung.
  • COPOLYMERDISPERSIONSMITTEL 4
  • Das Copolymerdispersionsmittel 4 läßt sich als Gemisch aus 55 Gew.-% 2-Phenoxyethylacrylat, 20 Gew.-% phosphoryliertem Polypropylenglycol (Molekulargewicht=300)methacrylat und 25 Gew.-% Methacrylsäure beschreiben. Das Copolymerdispersionsmittel 4 wurde unter Anwendung des radikalischen Polymerisationsverfahrens hergestellt. TABELLE 5
    Bestandteile Gewicht(g)
    Portion 1
    2-Phenoxyethylacrylat 4,4
    phosphoryliertes Polypropylenglycolmethacrylat 1,6
    (MW = 300)
    Methacrylsäure 2,0
    n-Butylmercaptan 0,1
    2-Pyrrolidon 15
    Aceton 10
    Portion 2
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,25
    Aceton 5,0
    Portion 3
    2-Phenoxyethylacrylat 23,1
    phosphoryliertes Polypropylenglycolmethacrylat 8,4
    (MW = 300)
    Methacrylsäure 10,5
    n-Butylmercaptan 0,65
    Portion 4
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 1,0
    Aceton 15
    Portion 5
    2,2'-Azobis(2,2-dimethylvaleronitril) 0,25
    Aceton 0
    Summe 102,25
  • Die Mischungen 1 bis 5, wie in Tabelle 5 dargestellt, wurden zur Herstellung des Copolymerdispersionsmittels 4 eingesetzt. Die Mischung 1 wurde in einen 500 ml-Kolben eingebracht, der mit einem Thermometer, einem Rührwerk, zusätzlichen Trichtern, einem Rückflußkühler ausgestattet war, wobei über der Mischung 1 ein Stickstoffpolster unterhalten wurde. Die Mischung 1 wurde auf die Rückflußtemperatur erhitzt, und diese Temperatur wurde etwa 10 Minuten gehalten. Die Mischung 2 wurde in dem 500 ml-Kolben mit der Mischung 1 vereinigt. Die Mischungen 3 und 4 wurden im Verlauf von 4 Stunden gleichzeitig dem Kolbeninhalt zugesetzt, wobei die Rückflußtemperatur gehalten wurde. Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten, und anschließend wurde die Mischung 5 in den Kolben gegeben. Der Kolbeninhalt wurde eine Stunde auf Rückflußtemperatur gehalten. Der Kolbeninhalt wurde destilliert, bis etwa 30 g flüchtige Bestandteile (kondensiertes Gas) aufgefangen wurden. Den 30 g flüchtigen Bestandteilen wurden 40 g 2-Pyrrolidon zugesetzt und ergaben 262,3 g einer 48,5%-igen Copolymerlösung.
  • RUßPIGMENTKONZENTRAT 1
  • Ein Rußpigmentkonzentrat wurde hergestellt, indem zunächst das Copolymerdispersionsmittel 1 durch Vereinigen von 44,4 g Copolymerdispersionsmittel 1, 3,0 g Kaliumhydroxidlösung (45,5% in entionisiertem Wasser) und 152,6 g entionisiertem Wasser neutralisiert wurde, bis man eine homogene 10%-ige Copolymerlösung erhielt. Der pH-Wert der Copolymerlösung betrug 6,8.
  • Die obige Copolymerlösung wurde mit 32 g FW18-Ruß (FW 18 BLACK, vertrieben von Degussa Corp., Allendale, NJ), 2,13 g Proxel G und 72,5 g entionisiertem Wasser vermischt und eine Stunde mechanisch gerührt. Das Gemisch wurde mit einem Mikroverflüssiger (Microfluidics Corp., Waltham, MA) verarbeitet, indem es unter einem Flüssigkeitsdruck von 68,95 MPa (10000 psi) fünfmal durch die Wechselwirkungskammer geschickt wurde. Die resultierende Rußpigment-Dispersion hatte eine Pigmentkonzentration von 15 Gew.-%, und die mittlere Pigmentteilchengröße betrug 100 nm, bestimmt mit einem BI-90 Brookhaven-Teilchenklassierer, im Handel erhältlich von Brookhaven Instrument Corp., Holtsville, NY.
  • RUßPIGMENTKONZENTRAT 2
  • Ein Rußpigmentkonzentrat wurde hergestellt, indem zunächst das Copolymerdispersionsmittel 2 durch Vereinigen von 44,2 g Copolymerdispersionsmittel 2, 0,3 g Kaliumhydroxidlösung (45,5% in entionisiertem Wasser) und 155,5 g entionisiertem Wasser neutralisiert wurde, bis man eine homogene 10%-ige Copolymerlösung erhielt. Der pH-Wert der Copolymerlösung betrug 3,8.
  • Die obige Copolymerlösung wurde mit 48 g FW 18-Ruß und 72,5 g entionisiertem Wasser vermischt und eine Stunde mechanisch gerührt. Das Gemisch wurde mit einem Mikroverflüssiger verarbeitet, wie beim Rußpigmentkonzentrat 1 beschrieben. Das resultierende Rußpigmentkonzentrat hatte eine Pigmentkonzentration von 15 Gew.-%, und eine mittlere Pigmentteilchengröße von 124 nm, bestimmt mit einem BI-90 Brookhaven-Teilchenklassierer.
  • RUßPIGMENTKONZENTRAT 3
  • Ein Rußpigmentkonzentrat wurde herstellt, indem zunächst das Copolymerdispersionsmittel 3 durch Vereinigen von 44,7 g Copolymerdispersionsmittel 3, 5,7 g Kaliumhydroxidlösung (45,5% in entionisiertem Wasser) und 149,6 g entionisiertem Wasser neutralisiert wurde, bis man eine homogene Copolymerlösung von 10 Gew.-% erhielt.
  • Die obige Copolymerlösung wurde mit 48 g Ruß und 72,5 g entionisiertem Wasser vermischt und 0,5 Stunden mechanisch gerührt. Das Gemisch wurde mit einem Mikroverflüssiger verarbeitet, wie beim Rußpigmentkonzentrat 1 beschrieben. Das resultierende Rußpigmentkonzentrat hatte eine Pigmentkonzentration von 15 Gew.-%, und die mittlere Pigmentteilchengröße betrug 105 nm, bestimmt mit einem BI-90 Brookhaven-Teilchenklassierer.
  • RUßPIGMENTKONZENTRAT 4
  • Ein Rußpigmentkonzentrat wurde hergestellt, indem zunächst das Copolymerdispersionsmittel 4 durch Vereinigen von 41,2 g Copolymerdispersionsmittel 4, 9,3 g Kaliumhydroxidlösung (45,5% in entionisiertem Wasser) und 149,5 g entionisiertem Wasser neutralisiert wurde, bis man eine homogene Copolymerlösung von 10 Gew.-% erhielt. Der pH-Wert der Copolymerlösung betrug 9,0.
  • Die obige Copolymerlösung wurde mit 48 g FW 18-Ruß und 160 g entionisiertem Wasser vermischt und 0,5 Stunde mechanisch gerührt. Das Gemisch wurde mit einem Mikroverflüssiger verarbeitet, wie bei der Rußpigmentdispersion 1 beschrieben. Das entstehende Rußpigmentkonzentrat hatte eine Pigmentkonzentration von 10 Gew.-% und eine mittlere Pigmentteilchengröße von 113 nm, bestimmt mit einem BI-90 Brookhaven-Teilchenklassierer.
  • DRUCKTEST:
  • Die Tinten 1–4 zur Verwendung in Tintenstrahldruckern wurden durch Verdünnen der Rußpigmentkonzentrate 1–4 hergestellt. Die Gewichtsanteile der Komponenten der verdünnten Tintenkonzentrate 1 und 4 sind in Tabelle 6 dargestellt. Die Gewichtsanteile der Komponenten der verdünnten Tintenkonzentrate 2 und 3 sind in Tabelle 7 dargestellt. TABELLE 6
    Bestandteile Gew.-%
    Ruß, FW 18 2,75
    Copolymerdispersionsmittel 1,15
    2-Pyrrolidon 5,0
    N-Methylpyrrolidon 2,0
    Liponic EG-1 4,25
    Zonyl FSA 0,05
    Proxel G 0,15
    Rest entionisiertes Wasser
    TABELLE 7
    Bestandteile Gew.-%
    Ruß, FW 18 3,75
    Dispersionsmittel 1,56
    2-Pyrrolidon 9,0
    Liponic EG-1 5,0
    Rest entionisiertes Wasser
  • Die Tinten 1–3 wurden in einen Thermotintenstrahlstift gefüllt und mit einem Hewlett Packard DeskJet 500C-Tintenstrahldrucker (Hewlett Packard Co., Palo Alto, CA) auf Gilbert-Feinpostpapier (25% Baumwolle, Mead Co., Dayton, OH) gedruckt. Die Tinte 4 wurde in einen Thermotintenstrahlstift gefüllt und mit einem Hewlett Packard DeskJet 1200-Tintenstrahldrucker (Hewlett Packard Co., Palo Alto, CA) auf Gilbert-Feinpostpapier (25% Baumwolle, Mead Co., Dayton, OH) gedruckt. Der Drucker wurde so eingestellt, daß er zwei große, ausgefüllte Quadrate mit Seitenlängen von etwa 2 Zoll(5,1 cm) druckte. Alle Tinten ließen sich glatt drucken und zeigten bei einer Sichtkontrolle scharfe Ränder. Die Schwärzung der Tinten ist in Tabelle 8 dargestellt.
  • TEILCHENGRÖßEN-TEST
  • Die Bestimmung der Teilchengröße von unlöslichen Teilchen in einer Tinte liefert einen Hinweis auf die Beständigkeit der Tinte (z. B. die Fähigkeit einer Tinte, sich während einer bestimmten Zeitdauer als Dispersion zu erhalten). Die erfindungsgemäßen Tinten wurden vier Temperaturzyklen ausgesetzt, die jeweils aus 4 Stunden bei –20°C und 4 Stunden bei 70°C bestanden. Die Größe unlöslicher Teilchen in jeder Tinte wurde vor und nach den vier Temperaturzyklen mit einem BI-90 Brookhaven-Teilchenklassierer bestimmt. Die Änderung der Teilchengröße wurde als Delta Nanometer (nm) gemessen und ist in Tabelle 8 dargestellt.
  • TABELLE 8
    Figure 00160001
  • Die Tinten 2 und 3 waren nach dem Temperaturzyklustest stabil. Die Tinten 1 und 4 wurden nicht getestet.

Claims (14)

  1. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte mit einem wäßrigen Träger, einem Farbstoff und einem Dispersionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsmittel ein Copolymer aufweist, das aus mindestens einem polymerisierten Monomer mit der folgenden allgemeinen Struktur gewonnen wird: CH2=C(R3)C(O)OXa(C2H4O)b-(C3H6O)c-R4 mit a=0 oder 1; wobei für a=1 X eine Alkyl-, Aryl- oder Alkylaryl-Diradikalverbindungsgruppe mit 1 – 9 Kohlenstoffatomen ist, b und c unabhängig voneinander aus dem Bereich 0 – 100 ausgewählt sind, vorausgesetzt, daß b und c nicht gleichzeitig gleich 0 sind; R3 für H oder CH3 steht und R4 aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus PO3H2, einer Alkoholgruppe und einer Epoxygruppe besteht, vorausgesetzt, daß, wenn R4 nicht PO3H2 ist, das Copolymer dann mit einem Phosphorylierungsmittel behandelt worden ist, um eine oder mehrere Phosphat-Funktionalitäten zu bilden, wo gewöhnlich die Epoxygruppe(n) oder die Alkoholgruppe(n) auftreten.
  2. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß b plus c größer oder gleich 3 ist.
  3. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß b plus c kleiner als 3 ist.
  4. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsmittel gleichfalls aus mindestens einem polymerisierten Monomer mit der folgenden allgemeinen Struktur gewonnen wird: CH2=C(R5)(C(O)OXj(CH2CH2O)k)-R6 mit j=0 oder 1; wobei für j=1 X eine Alkyl-, Aryl- oder Alkylaryl-Diradikalverbindungsgruppe mit 1 – 9 Kohlenstoffatomen ist, k=1 bis 50 ist; R5 für H oder CH3 steht und R6 aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus H und einer Alkylgruppe mit 1 – 4 Kohlenstoffatomen besteht.
  5. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer aus 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% des mindestens einen Monomers mit der allgemeinen Struktur CH2=C(R3)C(O)OXa(C2H4O)b-(C3H6O)c-R4 gewonnen wird.
  6. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymer aus mindestens einem Monomer gewonnen wird, in dem R4 für PO3H2 steht.
  7. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff ein Pigment ist.
  8. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des Pigments 0,005 μm bis 15 μm beträgt.
  9. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff ein Dispersionsfarbstoff ist.
  10. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Oberflächenspannung im Bereich von 20 dyn/cm bis 70 dyn/cm bei 20°C aufweist
  11. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Viskosität von nicht mehr als 20 cP aufweist.
  12. Wäßrige Tintenstrahldrucktinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispersionsmittel in einem Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung vorhanden ist.
  13. Gegenstand, der ein Substrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche und eine Schicht aus wäßriger Tintenstrahldrucktinte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Tintenstrahldrucktinte der Darstellung in einem der Ansprüche 1 – 12 entspricht.
  14. Gegenstand nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Papier oder ein textiler Faserstoff ist.
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