DE60126572T2

DE60126572T2 - Farblose Tonerzusammensetzung

Info

Publication number: DE60126572T2
Application number: DE60126572T
Authority: DE
Inventors: An-Chung Robert Cupertino Lin; Michael H. San Jose Lee
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2021-12-11
Also published as: US20020183419A1; HK1044385A1; DE60126572D1; US20020120040A1; US20030114557A1; JP2002258525A; US6759459B2; US6723767B2; JP2006119654A; EP1217453A1; EP1217453B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Beschichtungen für Tintenstrahltintendrucke, um die Lichtechtheit eines gedruckten Bildes zu verbessern und einen wasserbeständigen Schutzüberzug zu liefern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren entwickelte sich die Computerdruckertechnologie bis zu einem Punkt, an dem Bilder einer sehr hohen Auflösung auf verschiedene Arten von Medien, einschließlich Papier, transferiert werden können. Eine bestimmte Art des Druckens beinhaltet die Platzierung kleiner Tropfen einer flüssigen Tinte auf eine Medienoberfläche ansprechend auf ein digitales Signal. Üblicherweise wird die flüssige Tinte ohne physischen Kontakt zwischen der Druckvorrichtung und der Oberfläche auf die Oberfläche platziert oder gestrahlt. Bei dieser allgemeinen Technik variiert das spezifische Verfahren, dass die Tintenstrahltinte auf die Druckoberfläche aufgebracht wird, von System zu System, und es kann eine kontinuierliche Tintenaufbringung und eine Tropfen-Auf-Aufforderung-Tintenaufbringung umfassen.
Bezüglich Kontinuierlich-Druck-Systemen sind verwendete Tinten üblicherweise lösungsmittelbasiert, wobei Lösungsmittel wie z.B. Methylethylketon und Ethanol verwendet werden. Im Wesentlichen fungieren Kontinuierlich-Druck-Systeme, wenn ein Strom von Tintentröpfchen ausgestoßen und durch eine Druckerdüse gelenkt wird. Die Tintentröpfchen werden außerdem mit Hilfe einer elektrostatischen Ladungsvorrichtung in unmittelbarer Nähe der Düse gelenkt. Falls die Tinte auf der gewünschten Druckoberfläche nicht verwendet wird, wird die Tinte zur späteren Verwendung erneut dem Kreislauf zugeführt. Bezüglich Tropfen-Auf-Aufforderung-Drucksystemen sind die Tintenstrahltinten üblicherweise wasserbasiert, wobei Wasser und/oder Glykole als Lösungsmittel verwendet werden. Bei diesen Systemen werden Tintentröpfchen im Wesentlichen mittels Wärme oder mittels einer Druckwelle aus einer Düse getrieben, so dass alle ausgestoßenen Tintentröpfchen zum Erzeugen des gedruckten Bildes verwendet werden.
Es gibt mehrere Gründe dafür, warum das Tintenstrahldrucken zu einer beliebten Art und Weise wurde, Bilder auf verschiedene Medienoberflächen, insbesondere Papier, aufzuzeichnen. Einige dieser Gründe umfassen ein geringes Druckergeräusch, die Fähigkeit zur Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und die mehrfarbige Aufzeichnung. Außerdem können diese Vorteile zu einem für Verbraucher relativ niedrigen Preis erhalten werden. Obwohl beim Tintenstrahldrucken große Verbesserungen erzielt wurden, sind diese Verbesserungen jedoch von gestiegenen Anforderungen seitens Verbrauchern in diesem Bereich begleitet, z.B. höhere Geschwindigkeiten, höhere Auflösung, Vollfarben-Bilderzeugung, erhöhte Stabilität usw. Bei der Entwicklung von neuen Tintenstrahltinten sind beim Auswerten der Tinte in Verbindung mit einer Druckoberfläche oder einem Substrat mehrere traditionelle Charakteristika zu berücksichtigen. Derartige Charakteristika umfassen Kantenschärfe und optische Dichte des Bildes auf der Oberfläche, Trocknungszeit der Tinte auf dem Substrat, Anhaftung an dem Substrat, fehlende Abweichung von Tintentröpfchen, Vorhandensein aller Punkte, Beständigkeit der Tinte gegenüber Wasser und anderen Lösungsmitteln nach dem Trocknen, langfristige Aufbewahrungsstabilität und langfristige Zuverlässigkeit ohne Korrosion oder Düsenverstopfung. Obwohl die obige Liste von Charakteristika ein Ziel liefert, das zu erreichen sich lohnt, sind mit der Erfüllung aller obigen Charakteristika Schwierigkeiten verbunden. Oft kann die Einhaltung einer Tintenkomponente, die eine der obigen Charakteristika erfüllen soll, verhindern, dass eine andere Charakteristik erfüllt wird. Somit stellen die meisten handelsüblichen Tinten zur Verwendung bei Tintenstrahldruckern einen Kompromiss bezüglich eines Versuchs dar, zumindest eine ausreichende Reaktion auf die Erfüllung mancher oder aller oben aufgelisteten Anforderungen zu erreichen.
Allgemein sind Tintenstrahltinten entweder farbstoffbasierte oder pigmentbasierte Tinten. Farbstoffbasierte Tintenstrahltinten verwenden allgemein ein lösliches flüssiges Farbmittel, das üblicherweise wasserbasiert ist, um den Medien eine spezifische Farbe zu verleihen. Auf Grund ihrer Zusammensetzung sind farbstoffbasierte Tinten üblicherweise nicht wasserfest und werden tendenziell von UV-Licht stärker beeinflusst. Dies führt mit der Zeit zu einer Farbveränderung oder einer Verblassung. Um eine optimale Leistungsfähigkeit bzw. ein optimales Verhalten zu erzielen, erfordert diese Tintenart oft, dass entsprechend der Anwendung das richtige Medium ausgewählt wird, wodurch die Auswahl an Medien, die gedruckt werden können, verringert wird. Umgekehrt verwenden pigmentierte Tinten üblicherweise ein partikuläres festes Farbmittel, um Farbe zu erzielen. In vielen Fällen ist die durch pigmentbasierte Tinten erzeugte Linienqualität und Auftragungsgenauigkeit üblicherweise der von farbstoffbasierten Tinten überlegen. Bei pigmentierten Tinten haften Feststoffpartikel an der Oberfläche des Substrats an. Nachdem das Wasser in der Lösung verdunstet ist, gehen die Partikel allgemein nicht wieder in Lösung und sind somit wasserfester. Außerdem sind pigmentierte Tinten viel UV-beständiger als farbstoffbasierte Tinten, was bedeutet, dass es viel länger dauert, bis ein merkliches Verblassen auftritt. Obwohl pigmentierte Tinten in manchen Bereichen überlegene Charakteristika aufweisen, tendieren Farbstoffe dazu, sauberer zu laufen, eine bessere Ausbeute zu liefern, eine bessere Partikelgröße zu bieten, und sie sind leichter zu filtern. Somit werden farbstoffbasierte Tinten öfter für übliche Anwendungen verwendet und sind tendenziell chromatischer und liefern stärker gesättigte Farben.
Damit Tintenstrahldrucke effektiv mit Silberhalogenid-Photographie konkurrieren, besteht eine wichtige Verbesserung, die erfolgen muss, darin, dass Tintenstrahltinten ihre Fähigkeit, über längere Zeiträume hinweg gegenüber einer Belichtung stabil bleiben, verbessern müssen. Derzeit halten Photographien unter einer verlängerten Belichtung viel länger, d.h. unter Belichtung mit fluoreszierendem Licht etwa 14 bis 18 Jahre. Umgekehrt erzeugen manche der besten Tintenstrahldrucker Drucke, die unter ähnlichen Bedingungen lediglich etwa 6 bis 8 Jahre halten. Insbesondere mit Bezug auf farbstoffbasierte Tintenstrahltinte tritt das Phänomen der Farbveränderung sogar noch eher auf, als dies für pigmentbasierte Tintenstrahltinten üblich ist. Wie oben beschrieben wurde, werden farbstoffbasierte Tinten jedoch manchmal bevorzugt, da sie sehr zweckmäßig zu verwenden sind und eine gute Farbunterscheidung aufweisen.
In der Photographiebranche wurden Technologien entwickelt, von denen berichtet wurde, dass sie viel länger halten als die üblichen 14 bis 18 Jahre, sogar bis zu 60 Jahren. Jedoch hat sich die Tintenstrahldruckqualität in den letzten Jahren stetig verbessert. Unter den richtigen Umständen können Tintenstrahldrucke so leuchtend und scharf aussehen wie Silberhalogenidphotos. Somit ist es vorstellbar, dass sich das Tintenstrahldrucken in der nicht allzu fernen Zukunft zum Druckverfahren der Wahl entwickelt. Dagegen können Tintenstrahldrucke bei vielen aktuellen Technologien verschmieren, wenn sie nass werden oder zu stark angefasst werden. Um das Verschmieren zu beenden, kann ein Überzug über den Druck platziert werden. Bisher wurde eine Verwendung von Toner, um ein Bild zu schützen, betrachtet. Beispielsweise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 5,847,738 die Verwendung von klarem Toner, um die Tintenstrahltinten zu überziehen. Außerdem ist in der US-Patentschrift Nr. 5,804,341 ein klarer Tonerüberzug zur Verwendung mit Silberhalogenidphotos offenbart. Diese liefern einen Schutz vor Abrieb. Außerdem lehrt die US-Patentschrift 5,612,777 die Verwendung eines klaren Überzugs, der UV-Absorber enthält, um elektrophotographische Drucke zu schützen.
Außerdem werden bereits Zusatzstoffe zu Tinten hinzugefügt sowie als Beschichtung (vor dem Drucken) auf Papier aufgebracht, um die Lichtechtheit zu verbessern, nachdem die Tinte auf das Papier gedruckt wurde. Beispielsweise wird in der US-Patentschrift 6,056,812 ein Tintenzusatzstoff offenbart, um die Lichtechtheit und Dauerhaftigkeit der Eigenschaften verschiedener Tinten zu verbessern. Wie angegeben wurde, werden die Zusatzstoffe entweder zu der Tinte selbst hinzugefügt, oder der Zusatzstoff wird einer Zusammensetzung verwendet, die auf ein Substrat platziert wird, bevor dasselbe bedruckt wird. Nachdem die Tintenstrahltinte also auf das beschichtete Substrat, z.B. Papier, gedruckt wurde, werden der Tinte Eigenschaften verliehen, die die Lichtechtheit und Dauerhaftigkeit fördern.
Jedoch liefert der Stand der Technik keine tonerbasierte Beschichtung, die speziell dahin gehend formuliert ist, die Lichtechtheit von Tintenstrahltinten nach einem Drucken der Schriftzeichen oder des Bildes auf das Substrat zu verbessern. Eine derartige tonerbasierte Beschichtung, die speziell für eine Aufbringung nach dem Drucken formuliert ist, kann eine erhöhte Lichtechtheit liefern und kann den zusätzlichen Vorteil liefern, die Drucke vor Wasser oder sonstigem Schaden, der darauf zurückzuführen ist, dass der Druck Umwelteinflüssen ausgesetzt ist, zu schützen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine farblose Tonerzusammensetzung zum Überziehen eines Druckes, auf den ein Tintenstrahltintenbild gedruckt ist. Der farblose Toner umfasst ein Tonerharz und zumindest zwei Zusatzstoffe, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ultraviolett-Absorbern, radikalischen Hemmstoffen, Wärmestabilisatoren gemäß dem vorliegenden Anspruch 11 besteht. Das Gewichtsverhältnis zwischen Tonerharz und Zusatzstoff beträgt zwischen etwa 1:1 und 99:1, bezogen auf das Gewicht.
Die Verwendung einer Tonerzusammensetzung zum Liefern eines farblosen Überzugs auf einen Tintenstrahldruck ist in dem vorliegenden Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 und 12 bis 18 definiert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bevor die vorliegende Erfindung offenbart und beschrieben wird, muss man verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin offenbarten jeweiligen Verfahrensschritte und Materialien beschränkt ist, da derartige Verfahrensschritte und Materialien etwas variieren können. Ferner muss man verstehen, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele dient. Die Begriffe sollen keine Einschränkung darstellen, da der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung lediglich durch die angehängten Patentansprüche und Äquivalente derselben begrenzt wird.
Es ist zu beachten, dass die Singularformen „ein", „eine" und „der", „die" und „das" gemäß ihrer Verwendung in der vorliegenden Spezifikation und den beigefügten Patentansprüchen Pluralbezugnahmen umfassen, es sei denn, der Inhalt gibt deutlich etwas Anderes vor.
„Lichtecht" oder „farbecht" bezieht sich auf die Qualität des gedruckten Bildes. Somit tendieren die mit den Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung überzogenen gedruckten Bilder im Vergleich zu einem standardmäßigen gedruckten Bild dazu, ihre Farbdichte und ihr Farbdetail beibehalten (und ein beträchtlich geringeres Verblassen zei gen), wenn sie z.B. mit ultraviolettem Licht belichtet werden.
„Antioxidationsmittel" oder „Wärmestabilisator" bezieht sich auf jegliche organische oder anorganische Verbindung, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung funktionell ist und die zu einer Tonerzusammensetzung hinzugegeben wird, um eine Oxidation und/oder qualitative Verschlechterung der Tinte oder des Bildes zu verzögern oder zu eliminieren.
„Radikalischer Hemmstoff" bezieht sich auf jegliche zu der Zusammensetzung hinzugegebene organische oder anorganische Verbindung, die bei der vorliegenden Erfindung funktionell ist und die dazu verwendet wird, jegliches Molekülfragment, das ein oder mehr ungepaarte Elektronen aufweist, die üblicherweise kurzlebig und sehr reaktionsfreudig sind, zu verzögern oder zu eliminieren.
„Ultraviolett-Absorber" oder „UV-Absorber" bezieht sich auf eine organische oder anorganische Substanz, die bei der vorliegenden Erfindung funktionell ist und die Strahlungsenergie im Ultraviolett-Wellenlängenbereich absorbiert.
Es wurden bereits beträchtliche Anstrengungen unternommen, die Lichtechtheit von Thermotintenstrahltinten zu verbessern. Manche Lösungsansätze umfassen eine Verwendung von UV-Absorbern, radikalfischen Hemmstoffen, Thermostabilisatoren (Antioxidationsmitteln) oder verschiedenen Kombinationen derselben bei Tintenstrahltintenformulierungen oder zum Beschichten eines Substrats vor einem Aufbringen eines Bildes. Jedoch ist die Integration zumindest zweier dieser Zusatzstoffe in einen klaren Toner zum Beschichten eines Tintenstrahltintendrucks in der Technik derzeit nicht bekannt. Derartige Formulierungen erfüllen den doppelten Zweck einer erhöhten Lichtechtheit, vor allem auf Grund des Zusatzstoffs bzw. der Zusatzstoffe, und einer verbesserten Wasserbeständigkeit, hauptsächlich auf Grund des Tonerharzes.
Im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Zusammensetzungen und Verfahren zum Verbessern der Lichtechtheit eines mittels Tintenstrahltinten erzeugten Bildes. Genauer gesagt ist eine farblose Tonerzusammensetzung zum Überziehen eines Druckes, auf den ein Tintenstrahltintenbild gedruckt ist, offenbart, die (a) ein Tonerharz und (b) zumindest zwei Zusatzstoffe aufweist, die unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ultraviolett-Absorbern, radikalischen Hemmstoffen, Wärmestabilisatoren gemäß dem vorliegenden Anspruch 11 besteht. Diese Komponenten der Zusammensetzung liegen in einem Verhältnis von Tonerharz zu Gesamtzusatzstoff von zwischen 1:1 und 99:1 nach Gewicht vor.
Zusätzlich zu den zumindest zwei Zusatzstoffen können in den farblosen Toner weitere Inhaltsstoffe aufgenommen werden, z.B. Ladungssteuerungsmittel, Grundharze und/oder niedrigschmelzende Kontrollwachse. In den US-Patentschriften 5,919,592 und 5,905,010 sind einige funktionelle Ladungssteuerungsmittel, Grundharze und niedrigschmelzende Kontrollwachse beschrieben. Beispielsweise können zur Verwendung geeignete Ladungssteuerungsmittel Metallchelatverbindungen von Alkylsalicylsäute oder Hydroxynaphthoesäure, quaternäre Ammoniumsalze, Oxide von Metallalkylen, Salicylsäuremetallkomplexe, Calixarenverbindungen und/oder organische Borverbindungen umfassen. Geeignete Grundharze können Styrenharze und/oder Styrencopolymerharze wie z.B. Polystyrene, Polychlorstyrene, Polyvinyltoluene, Styrenvinyltoluen-Copolymere, Styrenvinylnaphthalen-Copolymere, Styrenacrylsäure-Copolymere, Styrenmethacrylsäure-Copolymere, Styrenacrylonitril-Copolymere, Styrenbutadien-Copolymere und Styrenmaleinsäureester-Copolymere umfassen. Andere geeignete Grundharze können Acrylharze, Vinylharze, Ethylenharze, Polyamidharze, Polyesterharze, Phenolharze, Silikonharze, Xylenharze, Epoxidharze, Terpenharze und Geigenharz und modifiziertes Geigenharz umfassen, um einige zu nennen. Bezüglich verschiedener Wachse können Karnaubawachse, mikrokristalline Wachse, Paraffinwachse, Reiswachse, Polypropylene mit niedriger relativer Molekülmasse, Polyethylene mit niedriger relativer Molekülmasse, anhand von säurehaltigen Monomeren (z.B. Maleinsäure) modifiziertes oxidiertes Polypropylen verwendet werden.
Bezüglich des Ladungssteuerungsmittels und der Wachse (falls eines oder beide verwendet werden) kann eine Gesamtkombination von etwa 1 bis 5 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung enthalten sein, obwohl etwa 2 % bis 3 % bevorzugt sind.
Die zumindest zwei Zusatzstoffe sind ein Schlüssel für das verbesserte Lichtechtheitsverhalten von hierin offenbarten Tintenstrahltintendrucken. Somit kann bei einem Ausführungsbeispiel eine Zusammensetzung, die ein Tonerharz, einen Ultraviolett-Absorber und einen radikalischen Hemmstoff gemäß dem vorliegenden Anspruch 11 aufweist, formuliert werden. Der farblose Toner kann jegliches Tonerharz umfassen, das bezüglich eines Lieferns von polymeren Bindungsfähigkeiten funktionell ist. Almacryl^Wz T300 ist ein Beispiel eines funktionellen Harzes. Andere standardmäßige Tonerharze wie z.B. Polystyrene, Polyethylene, Polyester, Polyole und die zuvor beschriebenen können ebenfalls verwendet werden.
Die chemischen Zusatzstoffe fungieren vorwiegend dahin gehend, Farbmittel oder Polymere, die bei den Tintenstrahltinten und Papieren verwendet werden, zu schützen und ein Auseinanderbrechen chemischer Bindungen derselben zu verhindern. Wie angegeben ist, enthält einer der Zusatzstoffe einen Radikalischer-Hemmstoff-Zusatzstoff gemäß Anspruch 11 und zumindest einen weiteren Zusatzstoff, der aus UV-Absorbern, Wärmestabilisatoren (Antioxidationsmitteln oder Chemikalien zur Sauerstoffbindung) ausgewählt ist.
Der Ultraviolett-Absorber kann eine beliebige organische oder anorganische Verbindung oder Zusammensetzung sein, die Strahlungsenergie im ultravioletten (UV-) Wellenlängenbe reich absorbiert. Jedoch sind viele unter dem Markennamen Tinuvin^Wz vertriebene Zusammensetzungen bevorzugt. Beispielsweise sind Tinuvin^Wz 123, Tinuvin^Wz 171, Tinuvin^Wz 384 und Tinuvin^Wz 1130 exemplarische Zusammensetzungen zur Verwendung als Ultraviolett-Absorber. Üblicherweise enthalten die als UV-Absorber verwendeten Strukturen, die unter dem Markennamen Tinuvin^Wz vertrieben werden, heterozyklische Triaza-Gruppen. Der radikalische Hemmstoff enthält eine funktionale Gruppe, die Struktur gemäß der Definition im vorliegenden Anspruch 11 aufweist. Beispiele von guten radikalischen Hemmstoffen können Zusammensetzungen umfassen, die unter dem Markennamen Tinuvin^Wz 292 und Tinuvin^Wz 622LD vertrieben werden. Tinuvin^Wz 292 beispielsweise ist ein durch einen radikalischen Hemmstoff gehindertes Amin, das ein Azacyclohexan enthält. Das Antioxidationsmittel oder der Wärmestabilisator wie z.B. das bzw. der unter dem Markennamen Irgaperm^Wz, insbesondere Irgaperm^Wz 2140, vertriebene, kann effektiv sein. Der Gesamtprozentsatz an Zusatzstoffen kann bei jeglichem funktionellen Verhältnis zwischen etwa 0,1 und 20 Gew.-% liegen. Jedoch beträgt der bevorzugte Konzentrationsbereich von etwa 1 bis 6 %. Außerdem kann das Verhältnis von mehreren Zusatzstoffen zueinander ein beliebiges funktionelles Verhältnis sein. Falls zwei Zusatzstoffe verwendet werden, dann kann das Verhältnis des ersten Zusatzstoffes zu dem zweiten Zusatzstoff zwischen etwa 1:99 und 1:1 nach Gewicht liegen, obwohl dieser Bereich nicht einschränkend sein soll.
Durch die Praxis der vorliegenden Erfindung werden mehrere Vorteile verwirklicht. Manche dieser Vorteile umfassen Folgende: 1) Schutz des Farbbildes der Tintenstrahltinte, d.h. verbesserte Lichtechtheit, vielleicht sogar besser als Lichtechtheit von Pigmenten; 2) Schutzbindemittel (Harze, Polymere usw.) können, falls sie verwendet werden, das Abfallen eines Bildes von dem Medium verhindern; 3) Verringerung von teuren Farbstoffmaterialien zugunsten einer Verwendung von kostengünstigeren Farbstoffmaterialien mit ähnlicher Lichtechtheit; 4) Erhältlichkeit der Zusatzstoffe im Handel; 5) verbesserte Wasserbeständigkeitseigenschaften; und 6) problemlose Aufbringung ohne Pigmentanreibung und Partikelgrößensteuerung.
Wenn ein oder mehr Tonerharze von Ladungssteuerungsmitteln, Wachsen und dem notwendigen Zusatzstoff bzw. den notwendigen Zusatzstoffen begleitet ist bzw. sind, wird ein Gemisch gebildet, das geschmolzen, ineinander gemischt und zu einer vordefinierten Form extrudiert werden kann. Material kann anschließend gemahlen, strahlgemahlen und der Größe nach klassifiziert werden, wobei die Partikel, die entweder zu klein oder zu groß sind, verworfen werden. Da der klare Toner dazu verwendet wird, das Papier und die Drucksache gleichmäßig zu bedecken, und nicht dazu, den Druck mit Mustern oder Strukturen zu dekorieren, kann die abschließende Partikelgröße beträchtlich größer sein als der aktuelle Trend von weniger als oder gleich etwa 7 Mikrometern im Durchschnitt. Beispielsweise kann die abschließende Beschichtungsdicke etwa 20 Mikrometer betragen, obwohl diese Dicke den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll. Somit kann eine größere oder kleinere Partikelgröße verwendet werden, vorausgesetzt, dass der Toner entwickelt werden kann. Als Nächstes kann der bemessene Toner mit herkömmlichen Partikeln wie z.B. Siliziumdioxid oder Siliziumcarbid bedeckt werden, um Ladungs- und Strömungscharakteristika zu verbessern. Alternativ dazu kann der UV-Absorber mit einem Tonerharz in einem Lösungsmittel, z.B. Toluen, gemeinsam aufgelöst werden und trockengeschleudert werden, um die Tonerpartikel zu bilden. Dieser einfache Tonerbildungsvorgang verzichtet auf das in mehreren Schritten erfolgende Pulverisieren und Mahlen, wodurch Energie gespart wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt das Tonerharz vorzugsweise bei von 2 bis 20 Gew.-% vor, die Zusatzstoffe liegen bei von 0,1 bis 20 Gew.-% vor, und ein Lösungsmittel liefert den Rest. Das Lösungsmittel kann anhand herkömmlicher Trocknungsverfahren, z.B. Sprühtrocknen, beseitigt werden.
Der klare Toner kann unter Verwendung Beliebiger der standardmäßigen Tonerentwicklungstechniken, die bei einem typischen elektrophotographischen Drucker angetroffen werden, auf den Druck aufgebracht werden. In jedem Fall kann die Tonerschicht vorzugsweise eine einheitliche Dicke aufweisen. Da der Toner kein Muster bilden muss, sind einige der elektrophotographischen Druckerteilsysteme nicht notwendig, einschließlich des Photoleiters, des Ladungssystems und des Laserdruckkopfs. Jedoch können diese Systeme optional beibehalten werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Sprungentwickler direkt über dem Druck platziert werden. Dort wird eine elektrische Masse unter dem Druck platziert, und eine vorgespannte Wechselspannung kann an die metallische Entwicklerrolle angelegt werden. Mit einem Gesamtabstand von 200 bis 250 Mikrometern zwischen der Entwicklerrolle und der Masse liegt die erforderliche Spannung an der Entwicklerrolle grob bei 1.200 V Spitze-Zu-Spitze mit einer Vorspannung von -800 V. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der klare Toner auf typischerweise -10 bis -20 mC/g negativ geladen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Einheitlichkeit des Toners auf dem Druck verbessert werden, indem der Toner zuerst auf eine leitfähige elastomere Transferrolle aufgebracht wird. Die Transferrolle überträgt den Toner anschließend unter Lichtkontaktdruck elektrostatisch auf den Druck. Etwa -500 V, die an die Transferrolle angelegt werden, sind allgemein ausreichend, wenn die elektrische Masse direkt unterhalb der Transferrolle ist. Außerdem sollte die Spannung der Entwicklerrolle etwa -400 V über der der Transferrolle liegen (oder ein kombiniertes Potential von -900 V insgesamt). Da die elastomere Transferrolle nachgiebig ist, kann bei dieser Anwendung entweder eine metallische oder eine elastomere Entwicklerrolle verwendet werden.
Alternativ dazu kann eine elastomere Rolle dazu verwendet werden, Toner auf eine einen harten Druck ausübende Schmelzrolle aufzubringen. Die mit Druck arbeitende Schmelzeinrichtung, die mit einer harten Sicherungsrolle unter derselben arbeitet, presst den Toner direkt auf die Druckoberfläche. Ein mit Druck beaufschlagtes Aufschmelzen von Toner wird bei ionographischen Hochgeschwindigkeitsdruckern kommerziell verwendet, wie Fachleuten bekannt ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Entwicklerrolle einen größeren Abstand, üblicherweise etwa 75 bis 100 Mikrometer, von der Transferrolle aufweisen. Der Toner wird anschließend durch eine Wechselspannung an der Entwicklerrolle, üblicherweise 800 V Spitze-Zu-Spitze mit einer Vorspannung von -500 V über der Transferrolle, auf die Transferrolle übertragen. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Kontaktentwicklung kann die Transferrolle bei etwa -500 V liegen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt die Verwendung eines klaren Tonerüberzugs, der UV-Absorber und/oder andere Zusatzstoffe umfasst, um Tintenstrahldrucke zu schützen. Somit sollten die Zusatzstoffe in dem Tonergrundharz mischbar sein und jegliche vorhandenen Tonerladungscharakteristika nicht beträchtlich beeinflussen. Die folgenden Formeln stellen spezifische Strukturen dar, die als Zusatzstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Diese Strukturtypen sollten nicht als Einschränkung angesehen werden, sondern sollen lediglich repräsentative Klassen für jeden spezifischen Zusatzstoff zeigen. Somit stellt Formel 1 eine funktionelle Gruppe dar, die in einem UV-Absorber vorliegen kann, Formel 2 stellt eine funktionelle Gruppe dar, die in einem radikalischen Hemmstoff vorliegen kann, und Formel 3 veranschaulicht ein Antioxidationsmittel oder einen Wärmestabilisator. Jede Formel ist nachfolgend veranschaulicht:
Formel 1
Formel 2
Formel 3
Zwei spezifische UV-Absorber, die die in Formel 1 gezeigten Gruppen enthalten, sind nachstehend als Formeln 4 und 5 gezeigt:
Formel 4
Formel 5
In den obigen Formeln 4 und 5 kann n eine Ganzzahl von etwa 1 bis 5 sein. Ein spezifischer radikalischer Hemmstoff, der die in Formel 2 gezeigte Gruppe enthält, ist nachstehend in der Formel 6 zu sehen:
Formel 6
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, liefert die vorliegende Erfindung Verfahren und Zusammensetzungen zum Verbessern der Lichtechtheit von Bildern. Das Grundprinzip, die Lichtechtheit zu verbessern, besteht darin, chemische Zusatzstoffe zu verwenden, um mit Farbmittelmolekülen oder Polymeren der Tintenstrahltinte zu interagieren, um zu verhindern, dass chemische Bindungen in Farbmittelmolekülen oder Polymeren auseinander brechen, sowie um das gedruckte Bild allgemein vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Zusatzstoffe können gemeinsam verwendet werden, um Energie abzuleiten, um das Auseinanderbrechen chemischer Bindungen zu verringern. Beispielsweise kann ein UV-Absorber dazu verwendet werden, Energie von Molekülen in angeregten Zuständen abzuleiten, ein radikalischer Hemmstoff kann dazu verwendet werden, unerwünschte chemische Reaktionen zu verhindern, und ein Wärmestabilisator kann dazu verwendet werden, die Oxidierung des Farbstoffs in der Tintenzusammensetzung, die auf das beschichtete Substrat gedruckt ist, zu verringern.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele veranschaulichen verschiedene Formulierungen zum Herstellen der Tintenstrahltintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung. Die folgenden Beispiele sollten nicht als Einschränkungen der Erfindung angesehen werden, sondern sollten lediglich lehren, wie auf der Basis aktueller experimenteller Daten die besten bekannten Tintenformulierungen hergestellt werden können.
Beispiel 1
Um die Wirkung zu testen, den Beschichtungen, die verschiedene Zusatzstoffe enthalten, auf Tintenstrahldrucke haben, wurden mehrere Formulierungen hergestellt. Speziell wurden einzelne Zusatzstoffe einem Tonerharz in Toluen beigemischt. Jede Lösung wurde als Beschichtung auf ein bedrucktes Material aufgebracht, das cyanfarbene, magentafarbene und gelbe Bilder aufwies. Zur Kontrolle wurden ähnliche Bilder auch mit einer Lösung beschichtet, die lediglich Toluen und das Tonerharz enthielt. Man ließ das Toluen verdampfen, und die Bilder wurden einer simulierten Langzeitbelichtung ausgesetzt. In allen Fällen wurden als Lösungsmittel 85 Gew.-% Toluen verwendet, als Tonerharz wurden 10 Gew.-% Almacryl^Wz T300 verwendet, und es wurden 5 % eines Zusatzstoffes verwendet. Fünf verschiedene Zusatzstoffe wurden mit den diversen Farbdrucken getestet. Im Einzelnen wurden Tinuvin^Wz 292 (ein radikalischer Hemmstoff), Tinuvin^Wz 123 (ein UV-Absorber), Tinuvin^Wz. 171 (ein UV-Absorber), Tinuvin^Wz 384 (ein UV-Absorber) und Irgaperm^Wz 2140 (ein Wärmestabilisator) getestet. Bei allen fünf einen Zusatzstoff enthaltenden Formulierungen, die oben beschrieben wurden, war die Lichtechtheit für jede der gedruckten Tinten, die mit den einen Zusatzstoff enthaltenden Zusammensetzungen beschichtet waren, um einen Faktor von 2 bis 10 besser als bei den gedruckten Tinten, die mit den entsprechenden Kontrollsubstanzen beschichtet waren.
Beispiel 2
Die in der nachfolgenden Tabelle 1 beschriebenen Komponenten wurden vermengt, um ein. Gemisch zu bilden, das in einem Zweischneckenextruder geschmolzen und extrudiert wurde. Die extrudierte Substanz wurde anschließend pulverisiert und strahlgemahlen, um ein Pulver zu erzeugen. Die das Pulver bildenden Partikel wurden anschließend so klassifiziert, dass im Wesentlichen alle Partikel in eine Größenbandbreite von Partikeln eines gewünschten durchschnittlichen Volumens, d.h. von etwa 10 und 25 μm, vorzugsweise von etwa 15 und 20 μm, fielen. Tabelle 1
Nachdem sie gebildet wurden, wurden die Partikel anschließend mit einem hydrophoben Rauch-Siliziumdioxid-Strömungsmittel in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 Teil Siliziumdioxid zu 1.000 Teilen Partikel gemischt. Es wurde ein mit einem UV-Absorber und einem radikalischen Hemmstoff verbessertes Tonerharz gebildet, das zum Bewirken einer im Wesentlichen klaren Beschichtung verwendet werden kann.
Beispiel 3
Die in der nachfolgenden Tabelle 2 beschriebenen Komponenten wurden vermengt, um ein Gemisch zu bilden, das in einem Zweischneckenextruder geschmolzen und extrudiert wurde. Die extrudierte Substanz wurde anschließend pulverisiert und strahlgemahlen, um ein Pulver zu erzeugen. Die Partikel in dem Pulver wurden anschließend so klassifiziert, dass im Wesentlichen alle Partikel in eine Größenbandbreite von Partikeln eines gewünschten durchschnittlichen Volumens, d.h. von etwa 10 und 25 μm, vorzugsweise von etwa 15 und 20 μm, fielen. Tabelle 2
Nachdem sie gebildet wurden, wurden die Partikel anschließend mit einem hydrophoben Rauch-Siliziumdioxid-Strömungsmittel in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 Teil Siliziumdioxid zu 1.000 Teilen Partikel gemischt. Es wurde ein mit einem radikalischen Hemmstoff und einem Wärmestabilisator (Antioxidationsmittel) verbessertes Tonerharz gebildet, das zum Liefern einer im Wesentlichen klaren Beschichtung auf einem Tintenstrahldruck verwendet werden kann.

Claims

Verwendung einer Tonerzusammensetzung, die ein Tonerharz und zumindest zwei Zusatzstoffe aufweist, die unabhängig voneinander aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus UV-Absorbern, radikalischen Hemmstoffen und Wärmestabilisatoren besteht, wobei das Verhältnis des Tonerharzes zu den Zusatzstoffen von etwa 1:1 bis 99:1 nach Gewicht beträgt, um einen farblosen Überzug auf einem Tintenstrahldruck zu liefern.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, bei der die zumindest zwei Zusatzstoffe einen UV-Absorber und einen zweiten Zusatzstoff umfassen, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus den radikalischen Hemmstoffen, den Wärmestabilisatoren und Kombinationen derselben besteht.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, bei der das Tonerharz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Styrenharzen, Styren-Copolymer-Harzen, Polyethylenen, Polyethern, Polyolen, Acrylharzen, Vinylharzen, Ethylenharzen, Polyamidharzen, Polyesterharzen, Phenolharzen, Silikonharzen, Xylenharzen, Epoxidharzen, Terpenharzen, Geigenharzen, modifizierten Geigenharzen und Kombinationen derselben besteht.
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, bei der zumindest einer der zumindest zwei Zusatzstoffe ein UV-Absorber ist, der eine funktionelle Gruppe enthält, die folgende Struktur aufweist:
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, bei der zumindest einer der zumindest zwei Zusatzstoffe ein radikalischer Hemmstoff ist, der eine funktionelle Gruppe enthält, die die folgende Struktur aufweist:
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, bei der zumindest einer der zumindest zwei Farbstoffe ein Wärmestabilisator ist, der die folgende Struktur aufweist:
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, bei der zumindest einer der zumindest zwei Zusatzstoffe ein Wärmestabilisator ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phenolen, Phosphaten und Kombinationen derselben besteht.
Die Verwendung gemäß Anspruch 4, bei der der UV-Absorber durch eine Struktur definiert ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
und
besteht, wobei n eine Ganzzahl von etwa 1 bis 5 ist.
Die Verwendung gemäß Anspruch 5, bei der der radikalische Hemmstoff durch die folgende Struktur definiert ist:
Die Verwendung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Gesamtkombination von etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung eines Ladungssteuerungsmittels und eines niedrig schmelzenden Wachses umfasst.
Eine Tonerzusammensetzung zum Liefern eines farblosen Überzugs auf einem Tintenstrahldruck, die ein Tonerharz, einen radikalischen Hemm-Zusatzstoff, der eine funktionelle Gruppe enthält, die die folgende Struktur aufweist:
und zumindest einen weiteren Zusatzstoff umfasst, der aus UV-Absorbern und Wärmestabilisatoren ausgewählt ist, wobei das Verhältnis des Tonerharzes zu den Zu satzstoffen von etwa 1:1 bis 99:1 nach Gewicht beträgt.
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 11, bei der das Tonerharz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Styrenharzen, Styren-Copolymer-Harzen, Polyethylenen, Polyethern, Polyolen, Acrylharzen, Vinylharzen, Ethylenharzen, Polyamidharzen, Polyesterharzen, Phenolharzen, Silikonharzen, Xylenharzen, Epoxidharzen, Terpenharzen, Geigenharzen, modifizierten Geigenharzen und Kombinationen derselben besteht.
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 11, bei der der weitere Zusatzstoff ein UV-Absorber ist, der eine funktionelle Gruppe enthält, die folgende Struktur aufweist:
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 11, bei der der weitere Zusatzstoff ein Wärmestabilisator ist, der folgende Struktur aufweist:
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 11, bei der der weitere Zusatzstoff ein Wärmestabilisator ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phenolen, Phosphaten und Kombinationen derselben besteht.
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 13, bei der der UV-Absorber durch eine Struktur definiert ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus
besteht, wobei n eine Ganzzahl von etwa 1 bis 5 ist.
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 11, bei der der radikalische Hemmstoff durch folgende Struktur definiert ist:
Eine farblose Tonerzusammensetzung gemäß Anspruch 11, die ferner eine Gesamtkombination von etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung eines Ladungssteuerungsmittels und eines niedrig schmelzenden Wachses umfasst.