DE60104377T2

DE60104377T2 - Tintenstrahltintezusammensetzung auf Farbstoffbasis mit verbesserter Stabilität und Lichtechtheit

Info

Publication number: DE60104377T2
Application number: DE60104377T
Authority: DE
Inventors: Larrie A. Deardurff; James David White; Christopher Lincoln
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: EP1188805B1; US6494942B1; DE60104377D1; HK1041018B; HK1041018A1; JP4684248B2; JP2007177254A; EP1188805A1; JP2002146257A; JP4778646B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltintenzusammensetzungen auf Farbstoffbasis, die eine verbesserte Stabilität und Lichtechtheit aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren hat sich die Computerdruckertechnologie bis zu einem Punkt entwickelt, an dem Bilder mit sehr hoher Auflösung auf verschiedene Typen von Medien, einschließlich Papier, übertragen werden können. Ein bestimmter Typ Drucken beinhaltet die Platzierung kleiner Tropfen einer Fluidtinte ansprechend auf ein digitales Signal auf einer Medienoberfläche. Üblicherweise wird die Fluidtinte ohne physischen Kontakt zwischen der Druckvorrichtung und der Oberfläche platziert oder auf dieselbe gespritzt. Bei dieser allgemeinen Technik variiert das spezifische Verfahren, mit dem die Tintenstrahltinte auf die Druckoberfläche aufgebracht wird, von System zu System und kann eine kontinuierliche Tintenaufbringung oder eine Tropfen-auf-Befehl-Tintenaufbringung umfassen.
In Bezug auf kontinuierliche Drucksysteme basieren die verwendeten Tinten üblicherweise auf Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Methyl-Ethyl-Keton und Ethanol. Im Grunde fungieren kontinuierliche Drucksysteme als ein Strom von Tintentröpfchen, die durch eine Druckerdüse ausgestoßen und gerichtet werden. Die Tintentröpfchen werden zusätzlich mit der Unterstützung einer elektrostatischen Ladevorrichtung in unmittelbarer Nähe zu der Düse gerichtet. Wenn die Tinte nicht auf der erwünschten Druckoberfläche verwendet wird, wird die Tinte zur späteren Verwendung recycelt. In Bezug auf Tropfen-auf-Befehl-Drucksysteme basieren die Tinten strahltinten üblicherweise auf Wasser und Glykolen. Im Wesentlichen werden bei diesen Systemen Tintentröpfchen durch Wärme oder durch eine Druckwelle aus einer Düse ausgestoßen, derart, dass alle ausgestoßenen Tintentröpfchen zum Erzeugen des gedruckten Bildes verwendet werden.
Es gibt mehrere Gründe, aus denen das Tintenstrahldrucken zu einer beliebten Art und Weise eines Auszeichnens von Bildern auf verschiedenen Medienoberflächen, insbesondere Papier, geworden ist. Einige dieser Gründe umfassen ein geringes Druckerrauschen, die Fähigkeit einer Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung und eine Mehrfarbaufzeichnung. Zusätzlich können diese Vorteile mit einem relativ geringen Preis für Verbraucher erhalten werden. Obwohl es eine starke Verbesserung beim Tintenstrahldrucken gegeben hat, gehen mit diesen Verbesserungen jedoch immer höhere Anforderungen durch Verbraucher auf diesem Gebiet einher, d. h. nach höheren Geschwindigkeiten, einer höheren Auflösung, einer Vollfarbbilderzeugung, erhöhten Stabilität, usw. Wenn neue Tintenstrahltinten entwickelt werden, gibt es bisher mehrere herkömmliche Charakteristika, die zu berücksichtigen sind, wenn die Tinte in Verbindung mit einer Druckoberfläche oder einem Substrat bewertet wird. Derartige Charakteristika umfassen eine Kantengenauigkeit und eine optische Dichte des Bilds auf der Oberfläche, eine Trockenzeit der Tinte auf dem Substrat, eine Adhäsion an dem Substrat, eine fehlende Abweichung der Tintentröpfchen, ein Vorliegen aller Punkte, eine Beständigkeit der Tinte nach dem Trocknen gegenüber Wasser und anderen Lösungsmitteln, eine Langzeitlagerstabilität und eine Langzeitzuverlässigkeit ohne Korrosion oder Düsenverstopfung. Obwohl die obige Liste an Charakteristika ein würdiges anzustrebendes Ziel liefert, gibt es Schwierigkeiten, die einem Erfüllen aller der obigen Charakteristika zugeordnet sind. Oft kann das Einschließen einer Tintenkomponente, die eine der obigen Charakteristika erfüllen soll, verhindern, dass eine weitere Charakteristik erfüllt wird. So stellen die meisten kommerziellen Tinten zur Verwendung in Tintenstrahldruckern einen Kompromiss bei einem Versuch dar, zumindest ein angemessenes Ansprechen beim Erfüllen aller der oben aufgelisteten Anforderungen zu erzielen.
Im Allgemeinen sind Tintenstrahltinten entweder Tinten auf Farbstoff- oder auf Pigmentbasis. Tintenstrahltinten auf Farbstoffbasis verwenden im Allgemeinen ein flüssiges Farbmittel, das üblicherweise auf Wasserbasis ist, um dem Medium eine spezifische Farbe zu verleihen. Aufgrund ihres Aufbaus sind Tinten auf Farbstoffbasis üblicherweise nicht wasserfest und neigen dazu, durch UV-Licht stärker beeinflusst zu werden. Dies führt zu einer Farbveränderung oder einem -verblassen mit der Zeit. Für ein optimales Verhalten macht es dieser Typ von Tinte oftmals erforderlich, dass das geeignete Medium gemäß der Anwendung ausgewählt wird, wobei so die Auswahl an Medien zum Drucken reduziert wird. Umgekehrt verwenden pigmentierte Tinten üblicherweise ein Feststofffarbmittel, um eine Farbe zu erzielen. In vielen Fällen sind die Linienqualität und -genauigkeit von Darstellungen, die durch Tinten auf Pigmentbasis erzeugt werden, gegenüber denen bei Tinten auf Farbstoffbasis überlegen. Bei pigmentierten Tinten haften Festkörperteilchen an der Oberfläche des Substrats. Sobald das Wasser in der Lösung verdampft ist, gehen die Teilchen im Allgemeinen nicht wieder in Lösung und sind deshalb wasserfester. Zusätzlich sind pigmentierte Tinten sehr viel UV-resistenter als Tinten auf Farbstoffbasis, was bedeutet, dass es sehr viel länger dauert, bis ein bemerkbares Verblassen auftritt. Obwohl pigmentierte Tinten in einigen Bereichen überlegene Charakteristika zeigen, neigen Farbstoffe dazu, sauberer zu laufen, einen besseren Ertrag zu liefern, eine bessere Teilchengröße zu bieten und leichter zu filtern zu sein. So wurden Tinten auf Farbstoffbasis häufiger für übliche Anwendungen eingesetzt und tendieren dazu, stärker chromatisch zu sein und stärker gesättigte Farben zu liefern.
Damit Tintenstrahldrucker wirksamer mit der Silber-Halogenid-Fotografie konkurrieren können, ist eine wichtige Ver besserung, die auftreten muss, die, dass Tintenstrahltinten ihre Fähigkeit verbessern müssen, bei einer Belichtung über längere Zeiträume hinweg stabil zu bleiben. Zu diesem Zeitpunkt bestehen Fotografien üblicherweise unter einer ausgedehnten Belichtung, d. h. etwa 14–18 Jahre unter Fluoreszentbelichtung, sehr viel länger. Umgekehrt erzeugen einige der besten Tintenstrahldrucker Drucke, die unter ähnlichen Bedingungen nur etwa 6–8 Jahre bestehen. Insbesondere tritt in Bezug auf eine Tintenstrahltinte auf Farbstoffbasis das Phänomen einer Verfärbung noch eher auf, als dies üblicherweise für Tintenstrahltinten auf Pigmentbasis der Fall ist. Wie oben beschrieben wurde, werden Tinten auf Farbstoffbasis jedoch manchmal bevorzugt, da sie sehr bequem zu verwenden sind und über große Farbunterschiede verfügen.
In der Fotografieindustrie wurden Technologien entwickelt, von denen berichtet wird, dass sie viel länger als die üblichen 14–18 Jahre bestehen, sogar bis zu 60 Jahren. Eine derartige lang andauernde Tintenstabilität wurde einem sehr stabilen Magentafarbstoff zugewiesen, der teilweise der Gegenstand der U5-A-5,242,785 ist. Dieses Patent berichtet über viel neue Farbstoffe und Zusatzstoffe, die eine sehr gute Lichtechtheit aufweisen (2% Farbstoffverlust nach 16,5 Jahren simulierter Belichtung). Obwohl diese Farbstoffe unter ausgedehnter Belichtung sehr stabil sind, sind diese Farbstoffe jedoch nicht wasserlöslich und enthalten langkettige organische Gruppen, die zum Verankern von Farbstoffen in Fotografiemedien benötigt werden. Derartige Strukturen sind in Tintenstrahlsystemen auf Wasserbasis nicht einsetzbar.
So wäre es nützlich, wässrige Tintenstrahltinten zum Drucken auf Medien bereitzustellen, derart, dass die Tinten unter ausgedehnter Belichtung stabiler sind und/oder eine gute Lichtechtheit zeigen. Dies kann durch ein Bereitstellen von Farbstoffen und/oder Zusatzstoffen für wässrige Tintenstrahltinten erzielt werden, die diese und weitere wichtige Eigenschaften verbessern.
Die US-A-5542972 beschreibt wässrige Tintenformulierungen, die einen Azomethin-Farbstoff aufweisen, der chemisch an eine reaktive Cyanoamid-Gruppe gebunden ist.
Die JP-A-10060344 beschreibt Tintenstrahldrucktinten, die einen Polymer-Azomethin-Farbstoff enthalten, der mit einer geeigneten hydrophilen Gruppe kopolymerisiert ist.
Die EP-A-0769531 beschreibt Tintenstrahlaufzeichnungstinten, die einen Azomethin-Farbstoff mit spezieller Formel enthalten.
Die US-A-5534052 beschreibt neue Polymer-Farbstoffe, die durch die Reaktion eines speziellen Polyamido-Amins mit einem Farbstoffmolekül, das ein Azomethin sein kann, erhältlich sind.
Die US-A-4360589 beschreibt die Verwendung bestimmter Spiroindan-Verbindungen in der Silber-Halogenid-Schicht lichtempfindlicher Fotografiematerialien. Diese Verbindungen unterstützen die Vermeidung einer Verfärbung und eines Verblassens von Farbfotografien.
Die EP-A-0641669 beschreibt ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, bei dem die Tinte auf ein erwärmtes Substrat ausgestoßen wird, derart, dass Silber-Salze, die in der Tinte oder auf dem Substrat vorhanden sind, durch ein Kontaktieren derselben mit einem organischen Reduktionsmittel auf dem Substrat bzw. in der Tinte reduziert werden, um ein Bild zu liefern. Das organische Reduktionsmittel kann eine Polyhydroxy-Spiro-Bis-Indan-Verbindung sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert eine wässrige Tintenstrahltinte mit folgenden Merkmalen:

a) einer wirksamen Menge eines Farbmittels auf Farbstoffbasis; und
b) von etwa 1 bis 20 Gewichtsprozent eines im Wesentlichen wasserlöslichen Spiroindan-Zusatzstoffs zum Verbessern einer Lichtechtheit und Stabilität des Farbmittels auf Farbstoffbasis.

Vorzugsweise weist das Farbmittel auf Farbstoffbasis einen Azomethin-Farbstoff auf, der zumindest eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe aufweist, die kovalent an denselben gebunden ist, wobei die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe direkt kovalent an dem Azomethin-Farbstoff gebunden ist oder kovalent durch eine elektrophile Kopplungsmoietät gebunden ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevor die vorliegende Erfindung offenbart und beschrieben wird, wird darauf verwiesen, dass diese Erfindung nicht auf die hierin offenbarten bestimmten Verfahrensschritte und Materialien eingeschränkt ist, da derartige Verfahrensschritte und Materialien etwas variieren können. Es wird ebenso darauf verwiesen, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich zum Zweck einer Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele verwendet wird. Die Ausdrücke sollen nicht einschränkend sein, da der Schutzbereich der. vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt sein soll.
Es muss angemerkt werden, dass die Singularformen „eine/r" und „der/die/das", wie sie in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, Pluralreferenzen umfassen, es sei denn, der Inhalt gibt dies klar anderweitig vor.
Der Ausdruck „wasserlöslich machende funktionelle Gruppe" soll eine Gruppe definieren, die hydrophile Eigenschaften verleiht, wie zum Beispiel Sulfonsäuren, Karbonsäuren, Zucker, Amine, Polyether, Phosphate, Bohrsäuren und Kombination derselben, oder weitere ähnliche hydrophile Gruppen.
Der Ausdruck „elektrophile Kopplungsmoietät" bezieht sich auf eine Verbindung, durch die die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe mit einem aromatischen Ring eines Azomethin-Farbstoffs oder mit einer verbindenden Abstandsgruppe gekoppelt sein kann, die wiederum mit einem aromatischen Ring eines Azomethin-Farbstoffs gekoppelt ist. Darstellend für geeignete Kopplungsmoietäten sind Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Amid-, Amin-, Sulfonamid-, Sulfonyl- und Esterverbindungen besteht.
Der Ausdruck „Abstandshalter" soll einen aliphatischen gerad- oder verzweigtkettigen Kohlenwasserstoff umfassen, der von etwa einem bis zehn Kohlenstoffatome aufweist, die die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe mit dem Azomethin-Farbstoff verbinden. Der Abstandshalter kann mit entweder der wasserlöslich machenden funktionellen Gruppe oder mit einem aromatischen Ring des Azomethin-Farbstoffs durch eine elektrophile Kopplungsmoietät verbunden sein.
In Bezug auf eine Struktur, zu der eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe zugegeben wurde, umfasst der Ausdruck „löslich" eine Struktur, die zu dem Ausmaß löslich gemacht wurde, dass sie in einer Tinte auf Wasserbasis funktionsfähig ist.
Dies berücksichtigend ist eine wässrige Tintenstrahltinte, die eine wirksame Menge eines Azomethin-Farbstoffs aufweist, der zumindest eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe aufweist, die kovalent an denselben gebunden ist, offenbart. Die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe kann entweder direkt an den Azomethin-Farbstoff gebunden sein und/oder kann durch eine elektrophile Kopp lungsmoietät angebracht sein. Wenn ein organischer Abstandshalter verwendet wird, um die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe von dem Azomethin-Farbstoff oder der elektrophilen Kopplungsmoietät zu trennen, werden gerad- und verzweigtkettige Alkyl-Abstandshalter bevorzugt, die von etwa 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen. Der Azomethin-Farbstoff ist in der Tintenstrahltinte vorzugsweise mit etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden, obwohl jede wirksame Menge verwendet werden kann. Zusätzlich ist der Azomethin-Farbstoff vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Pyrazolon-Azomethinen, Pyrazolotriazol-Azomethinen und Kombinationen derselben besteht.
Da Tintenstrahltinten üblicherweise auf Wasserbasis sind, muss zumindest eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe an dem Azomethin-Farbstoff angebracht sein, um die Löslichkeit der Farbstoffe zu verbessern. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl wasserlöslich machender funktioneller Gruppen kovalent an die Farbstoffe gebunden. Die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Sulfonsäuren, Karbonsäuren, Zuckern, Aminen, Polyethern, Phosphonsäuren, Bohrsäuren und Kombinationen derselben besteht, obwohl andere Gruppen, die funktionsfähig zum Löslichmachen der Farbstoffe sind, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Sulfonsäuregruppen kovalent an die Azomethin-Farbstoffe gebunden, entweder direkt an einem aromatischen Ring oder durch eine elektrophile Kopplungsmoietät.
Die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe kann auf eine oder beide von zwei bevorzugten Weisen kovalent an den Azomethin-Farbstoff gebunden sein. Erstens kann die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe direkt kovalent an einen aromatischen Ring an dem Farbstoff gebunden sein. Alternativ kann die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe durch eine elektrophile Kopplungsmoietät, wie zum Beispiel ein Amid, ein Amin, ein Sulfonamid, ein Sulfonyl oder ein Ester, an dem Azomethin-Farbstoff gebunden sein. Wenn zwei oder mehr wasserlöslich machende funktionelle Gruppen an die Azomethin-Farbstoffe gebunden sind, kann bei einem Ausführungsbeispiel zumindest eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe direkt an einen aromatischen Ring des Farbstoffs gebunden sein und zumindest eine zusätzlich wasserlöslich machende funktionelle Gruppe kann kovalent durch eine elektrophile Kopplungsmoietät angebracht sein.
Unten gezeigte Farbstoffe 1 bis 4 liefern Beispiele für Pyrazolon-Azomethin-Farbstoffe, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können.
Zusätzlich liefern unten gezeigte Farbstoffe 5 und 6 Beispiele für Pyrazolotriazol-Azomethin-Farbstoffe, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können.
Die oben gezeigte Pyrazolon-Azomethin- und die Pyrazolotriazol-Azomethin-Struktur sind nicht die einzigen funktionsfähigen Strukturen. Diese Strukturen sollen lediglich repräsentative Beispiele funktionsfähiger Strukturen liefern. Obwohl die gezeigten Pyrazolotriazol-Strukturen, d, h. Farbstoff 5 und 6, z. B. beide Pyrazolo-[1,2,4]-Triazol-Strukturen sind, sind auch Pyrazolo-[1,3,4]-Triazol-Farbstoffstrukturen bekannt und könnten hergeleitet werden, um ebenso wasserlöslich machende funktionelle Gruppen gemäß der vorliegenden Erfindung zu umfassen. Zusätzlich können andere wasserlöslich machende funktionelle Gruppen verwendet werden oder eine unterschiedliche Platzierung wasserlöslich machender funktioneller Gruppen könnte ausgeführt werden, solange die wasserlöslich machenden funktionellen Gruppen nicht wesentlich für Gruppen eingesetzt werden, die die Farbe, Lichtechtheit oder eine weitere wichtige Farbstofffunktion der Struktur bereitstellen. In Bezug auf die oben gezeigten Farbstoffe zum Beispiel wurden die Gruppen, von denen man ausgeht, dass sie wesentlich für eine Farbstabilität und Lichtechtheit sind, behalten. Weitere Gruppen wurden durch Sulfonsäure ersetzt, um die Löslichkeit der Strukturen zu verbessern. Zusätzlich bleiben bei einigen Farbstoffen bestimmte Anhängsel intakt, die auch für die Lichtechtheitseigenschaften der Farbstoffe wichtig sein können. Es wird angemerkt, dass die Sulfonsäuregruppen (oder weitere wasserlöslich machende funktionelle Gruppen) nicht notwendigerweise auf den aromatischen Ringen positio niert sein müssen. Diese Gruppen können auch als Teil verschiedener Seitenketten durch elektrophile Kopplungsmoietäten angebracht sein, wie zum Beispiel durch eine Amid-, Amino-, Sulfonamid-, Sulfonyl- oder Ether-Verbindung.
Zusätzlich zu den hierin offenbarten Azomethin-Farbstoffen können Lichtechtheit und Stabilität in vielen unterschiedlichen Typen von Tinten auf Farbstoffbasis (einschließlich, jedoch nicht ausschließlich der hierin offenbarten Azomethin-Farbstoffe) durch die Zugabe bestimmter Zusatzstoffe verbessert werden. Diese verschiedenen Zusatzstoffe sind Stabilisatoren, die auf einem einzigartigen Typ von Spiroindan-Verbindung basieren, die für viele Farbstoffe als ein Löscher eines angeregten Singulettzustands wirken. Wenn ein Farbstoff in einem angeregten Zustand ist, d. h. Elektronen sind auf einem höheren Energieniveau, kann eine Verschlechterung des Farbstoffs auftreten. So kann durch ein Verwenden der hierin offenbarten Spiroindan-Zusatzstoffe der angeregte Zustand verschiedener Farbstoffe deaktiviert werden, bevor dieselben eine wesentliche Gelegenheit zur Verschlechterung haben. Man glaubt, dass eine derartige Wirkung die Stabilität und Lichtechtheit der Farbstoffe, mit denen der Zusatzstoff gemischt wird, verlängert. Vor der vorliegenden Offenbarung waren derartige Spiroindan-Verbindungen im Wesentlichen wasserunlöslich und waren so nicht nützlich zur Verwendung in wässrigen Tintenstrahltinten. Tetra-Hydroxy-Spiroindane zum Beispiel, die nicht ausreichend wasserlöslich sind, um wirksam in Tintenstrahltinten verwendet zu werden, sind momentan kommerziell- verfügbar.
Es wäre nützlich, Spiroindan-Zusatzstoffe für wässrige Tintenstrahltinten herzustellen, die ähnliche Eigenschaften wie die bereits bekannten Tetra-Hydroxy-Spiroindane aufweisen. Derartige Zusatzstoffe können durch ein Modifizieren eines Tetra-Hydroxy-Spiroindans durch ein direktes Funktionalisieren des aromatischen Rings mit geeigneten wasserlöslich machenden funktionellen Gruppen oder vorzugsweise durch ein Funktionalisieren der automatischen Ringe mit wasserlöslich machenden funktionellen Gruppen durch gerade oder verzweigte Abstandshalter, die von 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, hergestellt werden. Noch bevorzugter können zwischen 3 und 10 Kohlenstoffatome verwendet werden, um die Löschereigenschaften der Verbindung im Wesentlichen beizubehalten. Ein wirksamer Abstandshalter ist eine geradkettige Propyl-Gruppe.
Insbesondere kann ein Spiroindan-Zusatzstoff der vorliegenden Erfindung wie unten in Formel 7 definiert sein:
Formel 7 wobei jede R-Gruppe unabhängig H sein kann oder eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe enthalten kann, unter dem Vorbehalt, dass zumindest eine R-Gruppe eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe enthält. Die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe kann kovalent an den aromatischen Ring gebunden sein oder kann durch einen Abstandshalter angebracht sein. Es wird jedoch bevorzugt, dass, obwohl dies nur bei einer Gruppe benötigt wird, zwischen 2 und 4 R-Gruppen eine wasserlöslich machende funktionelle Gruppe enthalten. Zusätzlich kann R' unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus H und gerad- oder verzweigtkettigem Alkyl besteht, das von etwa 1 bis 5 Kohlenstoffatome aufweist.
Wenn die wasserlöslich machende funktionelle Gruppe durch einen Abstandshalter angebracht ist, sind die geraden oder verzweigten Kohlenstoffketten, die von etwa 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, funktionsfähig, obwohl 3 bis 10 Kohlenstoffatome bevorzugt werden. Insbesondere wird es be vorzugt, dass, wenn die R-Gruppe eine Kombination aus Abstandshalter und wasserlöslich machender funktioneller Gruppe ist, die R-Gruppe der Formel 7 unabhängig aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus -R²SO₃H, -R²COOH, -R²N (CH₃)₃ ⁺ und R² (CH₂CH₂O)_nCH₂CH₂OR³ besteht, wobei R² ein oder zwei Kohlenstoffatome sein kann, jedoch vorzugsweise eine gerade oder verzweigte Kohlenstoffkette mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen ist. Wie bereits erwähnt wurde, ist eine gerade Drei-Kohlenstoff-Kette (Propyl) die bevorzugteste, insbesondere in Bezug auf die Verwendung von Sulfonsäure als der löslich machenden Gruppe. In dem Fall der gezeigten Polyethylen-Oxid-Struktur kann n zwischen 1 bis 10 betragen und R³ kann H, CH₃ oder CH₂CH₃ sein. Die wasserlöslich machenden funktionellen Gruppen können auch jede andere wasserlöslich machende funktionelle Gruppe sein, die eine verbesserte Löslichkeit bereitstellt. Gruppen zum Beispiel, die Zucker, Polyole und Pyridinien umfassen, zum Beispiel N-Methylpyridinium, können funktionsfähig sein.
Diese Spiroindan-Verbindungen können, wenn sie in eine wässrige Tinte auf Farbstoffbasis eingebaut sind, eine wirksame Menge eines Farbmittels auf Farbstoffbasis und eine wirksame Menge des im Wesentlichen wasserlöslichen Spiroindan-Zusatzstoffs umfassen. Etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent des Spiroindan-Zusatzstoffs werden jedoch als bevorzugt betrachtet. Zusätzlich können, obwohl die Stabilität und Lichtechtheit in vielen Typen von Tinten auf Farbstoffbasis verbessert werden können, die Stabilität und Lichtechtheit der Azomethin-Farbstoffe der vorliegenden Erfindung durch die hierin offenbarten Spiroindan-Zusatzstoffe weiter verbessert werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele stellen verschiedene Formulierungen zum Herstellen der Tintenstrahltintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung dar und liefern Daten, die die Wirk samkeit eines Zugebens der hierin offenbarten Spiroindan-Zusatzstoffe zeigen. Die folgenden Beispiele sollten nicht als Einschränkungen der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden, sondern sollen lediglich basierend auf vorliegenden experimentellen Daten lehren, wie die am besten bekannten Tintenstrahltintenformulierungen herzustellen sind.
Beispiel 1
Ein Pyrazolon-Azomethin-Farbstoff der vorliegenden Erfindung wurde so, wie unten gezeigt ist, synthetisiert:
In der obigen Formel wurde der Pyrazolon-Azomethin-Farbstoff [4-(3-Methyl-4-(4-(N,N-di-(Ethylsulfonsäure)Amino)-1-Phenylimino)-5-oxo-2-Pyrazolin-yl)-Benzoesäure] durch ein Zugeben von 0,6 Gramm Kalium-Persulfat zu einer gerührten Mischung aus 4-(3-Methyl-5-oxo-2-Pyrazolin-1-yl)-Benzoesäure (1 mmol), N,N-di-(Ethylsulfonsäure)-1,4-Phenylendiamin (0,25 g), Methanol (10 mL) und Natriumkarbonat in Wasser (5%; 20 mL) hergestellt. Die Mischung wurde etwa 40 Minuten lang gerührt und dann wurde zusätzliches Wasser (70 mL) zugegeben. Der Pyrazolon-Azomethin-Farbstoff wurde durch Filtrierung gesammelt, getrocknet und mit Methanol oder Ethanol rekristallisiert.
Beispiel 2
Ein Spiroindan-Zusatzstoff der vorliegenden Erfindung wurde so, wie unten gezeigt und beschrieben ist, synthetisiert:
Zu einer Rührsuspension aus NaH [5,88 g (60% Dispersion in Mineralöl), 4 Äq.] in die Methyl-Sulfoxid (500 mL) wurde 3,3,3',3'-Tetramethyl-1,1'-Spirobisindan-5,5',6,6'-Tetraol (10,40 g (96%), 29,4 mmol] in kleinen Teilen unter Argon über einen Feststoffzugabetrichter zugegeben. Nachdem die Zugabe abgeschlossen war, wurde die Mischung bei Raumtemperatur 20 Stunden lang umgerührt und Natrium 3-Bromopropansulfonat [40 g (97%), 6 Äq.] wurde in kleinen Teilen zugegeben. Die Reaktionsmischung wurde dann auf 50°C erwärmt und umgerührt, bis die Reaktion abgeschlossen war (etwa 16 Stunden). Als nächstes durfte die Reaktionsmischung auf Raumtemperatur abkühlen und wurde unter starkem Rühren zu 4,5 L Ethyl-Azetat zugegeben. Die Suspension wurde gefiltert und der Filterkuchen wurde luftgetrocknet. Der gesammelte Feststoff wurde in Benzol (400 mL) gelöst und 15% wässrige Salzsäure (200 mL) wurden zur Bildung einer biphasischen Mischung zugegeben. Diese Mischung wurde zum Rückfluss erwärmt und Wasser wurde durch Destillation entfernt. Das überschüssige Benzol wurde dann aus den abgelagerten Feststoffen dekantiert, die in heißen Dimethyl-Sulfoxid (350 mL, 55°C) gelöst und in Ethyl-Azetat (3,5 L) gefiltert wurden. Das Filtrat erzeugte einen Niederschlag, der herausgefiltert wurde, und der gesammelte Feststoff wurde mit Ethyl-Azetat (100 mL) gewaschen. Der gesammelte Feststoff wurde dann mit Ethanol (1 L) zerrieben, gefiltert und mit Diethyl-Ether (500 mL) gewaschen. Der Filterkuchen wurde im Vakuum getrocknet, um 22,80 g (94%) Produkt zu ergeben.
Beispiel 3
Zwei Proben einer Magenta-Farbstoff-Formulierung, die als AR81 bekannt ist [Acid Red 81 aus dem Farbindexnamen, erhältlich bei Bayer; 3-(N-Methylamino)-6-(4-Sulfonsäure-1-Aminobenzol)-2H, 7H-Benz[de]Anthracen-2,7-Dion, Natriumsalz] wurden auf einen Farbstoffverlust hin, nachdem sie auf Papier aufgebracht wurden, getestet. Eine der beiden Proben wies 5 Gewichtsprozent eines wasserlöslichen Spiroindan-Zusatzstoffs auf und in der anderen Probe war kein Zusatzstoff enthalten. Jede Probe wurde auf zwei Typen von Druckmedien gedruckt, d. h. HP Premium Plus Glossy and Mitsubishi 170. Alle vier Tintenprobe/Druckmedium-Kombinationen wurden mit 60 Klux kühl-weißem Fluoreszenzlicht für ein Äquivalent von 6 Jahren normaler Belichtung belichtet (450 Lux pro 12 Tage wurden als normale Innenbelichtung angenommen). Eine Farbstoffbeladung mit 3% (nach Gewicht) und eine Zusatzstoffbeladung von 5% (nach Gewicht) wurden verwendet. Der Tintenträger bestand aus (nach Gewicht) 8% 1,5-Pentandiol, 6,5% 2-Pyrolidinon, 7,5% Trimethylolpriopan, 1,5% TERGITOL^TM 15-S-7, 0,5% TERGITOL^TM 15-S-5, 0,2% FC-00 und 0,4% DOWFAX^TM 8390. Jede Probe wurde weiterhin mit dem Fluoreszenzlicht belichtet, bis ein 20%iger Farbstoffverlust an Farbstellen aufgetreten war, die eine anfängliche optische Dichte von 0,5 aufwiesen. Tabelle 1 unten stellt die Ergebnisse dar.
Tabelle 1
Die Daten in Tabelle 1 zeigen, dass der Spiroindan-Zusatzstoff eine positive Wirkung auf einen Magenta-Farbstoff auf zwei spezifischen Papieren aufweist. Die Tatsache, dass dieser Typ von Zusatzstoff eine positive Wirkung auf die getestete Tinte aufweist, ist wesentlich, da im Allgemeinen viele Zusatzstoffe nicht wirken, um Eigenschaften von Tintenstrahltinten zu verbessern. Dies ist wahrscheinlich aufgrund der Tatsache so, dass Zusatzstoffe und Farbstoffe nicht in unmittelbarer Nähe zueinander bleiben, sobald sie auf das Medium gedruckt sind. So sind diese Spiroindan-Zusatzstoffe nicht nur in Tintenstrahltintenformulierungen nützlich, gute Ergebnisse können auch erzielt werden, wenn diese Zusatzstoffe direkt in die Tintenaufnahmeschicht bestimmter Druckmedien eingebaut werden.
Während die Erfindung Bezug nehmend auf bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, werden Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifizierungen, Veränderungen, Weglassungen und Ersetzungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Eine wäßrige Tintenstrahltinte mit folgenden Merkmalen: a) einer wirksamen Menge eines Farbmittels auf Farbstoffbasis; und b) von etwa 1 bis 20 Gewichtsprozent eines im wesentlichen wasserlöslichen Spiroindan-Zusatzstoffs zum Verbessern einer Lichtechtheit und Stabilität des Farbmittels auf Farbstoffbasis.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 1, bei der der Spiroindan-Zusatzstoff durch die folgende Struktur definiert ist:
wobei R unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus H und einem Bestandteil besteht, der eine wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe enthält, unter dem Vorbehalt, daß zumindest eine R-Gruppe eine wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe enthält, und wobei R' unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus H und gerad- oder verzweigtkettigen Alkyl-Gruppen besteht, die etwa 1 bis 5 Kohlenstoffatome aufweisen.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 2, bei der 2 bis 4 R-Gruppen unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus -R²SO₃H, -R²COOH, -R²N (CH₃)₃ ⁺, R²(CH₂CH₂O)_n, CH₂CH₂OR³ besteht, wobei R² eine gerade oder verzweigte Kohlenstoffkette ist, die 2 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, n von 1 bis 10 beträgt und R³ aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus H, CH₃ und CH₂CH₃ besteht.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 2, bei der 2 bis 4 R-Gruppen unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Zuckern, Polyolen und Pyridinien besteht.
Eine wäßrige Tintenstrahltinte gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Farbmittel ein Azomethin-Farbstoff ist, der zumindest eine wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe aufweist, die kovalent an denselben gebunden ist, und bei der die wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe direkt kovalent an den Azomethin-Farbstoff gebunden ist oder kovalent durch eine elektrophile Kopplungsmoietät gebunden ist.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 5, bei der der Azomethin-Farbstoff mit etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden ist und aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pyrazolon-Azomethin-Farbstoffen, Pyrazolotriazol-Azomethin-Farbstoffen und Kombinationen derselben besteht.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der die wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sulfonsäuren, Karbonsäuren, Zuckern, Quartär-Aminen, Polyethern, Phosphorsäuren, Borsäuren und Kombinationen derselben besteht.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der die wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe direkt an den Azomethin-Farbstoff gebunden ist.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der die wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe kovalent durch eine elektrophile Kopplungsmoietät, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Amiden, Aminen, Sulfonamiden, Sulfonylen und Esthern besteht, an den Azomethin-Farbstoff gebunden ist.
Die wäßrige Tintenstrahltinte gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der die wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe kovalent durch eine gerade oder verzweigte Kohlenstoffkette, die etwa 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweist, an einen aromatischen Ring oder eine elektrophile Kopplungsmoietät gebunden ist.