DE602006000182T2

DE602006000182T2 - Strahlungshärtbare Tinten

Info

Publication number: DE602006000182T2
Application number: DE602006000182T
Authority: DE
Inventors: Marcel P. L5K 2S6 Breton; Christine E. L7S 1C8 Bedford; Peter G. L5J 1L3 Odell; Jennifer L. L6M 4A5 Belelie; Jeffrey H. 97124 Banning
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: BRPI0600040B1; EP1681323B1; CN1847327B; JP2006193745A; US20060159850A1; JP5179722B2; DE602006000182D1; CA2532396A1; CN1847327A; CA2532396C; US7459014B2; BRPI0600040A; EP1681323A1

Description

Hierin werden Tintenzusammensetzungen beschrieben, die zur Verwendung in Tintenstrahl-Tintendruckvorrichtungen ideal geeignet sind.
Vom Umfang des digitalen Farbdrucks wird in den kommenden Jahren ein wesentliches Wachstum erwartet. Die durch Tintenstrahldrucktinten bereitgestellten Farbbilder wurden bei Bewertungsuntersuchungen mit überwältigender Mehrheit gegenüber anderen Digital-Bebilderungssystemen bevorzugt. Man muss auch feststellen, dass die Gesamtaufwendungskosten von einem Tintenstrahldrucker letztendlich günstiger als Elektrophotographieanlagen mit ähnlichem Umfang sind.
Tintenstrahlvorrichtungen sind auf dem Fachgebiet bekannt, und somit ist eine ausgedehnte Beschreibung solcher Vorrichtungen hierin nicht erforderlich. Tintenstrahldrucksysteme sind im Allgemeinen jene der zwei Typen: kontinuierlicher Strom und Drop-on-demand bzw. Tropfen bei Bedarf.
In einem typischen Aufbau von einer piezoelektrischen Tintenstrahlvorrichtung unter Anwendung von Phasenänderungstintendruck direkt auf ein Substrat oder auf ein Zwischenübertragungselement wird das Bild durch Ausstoßen von geeignet gefärbten Tinten während vier bis sechs Umdrehungen (stufenförmige bzw. inkrementale Bewegungen) von einem Substrat (einem Bildaufnahmeelement oder Zwischenübertragungselement) bezüglich des Tintenstrahlkopfes aufgetragen, d.h. es gibt eine geringe Verschiebung von dem Druckkopf bezüglich des Substrats zwischen jeder Rotation. Dieser Ansatz vereinfacht den Druckkopfaufbau und die geringen Bewegungen sichern gute Tröpfchenfarbabdeckung. Bei der Strahlarbeitstemperatur werden Tröpfchen von flüssiger Tinte aus der Druckvorrichtung ausgestoßen und, wenn die Tintentröpfchen mit der Oberfläche des Aufzeichnungssubstrats in Kontakt kommen, entweder direkt oder über ein erhitztes Übertragungsband oder eine erhitzte Übertragungstrommel dazwischen, werden sie schnell verfestigt, um ein vorbestimmtes Muster von verfestigten Tintentröpfchen zu bilden.
Piezoelektrische Tintenstrahlvorrichtungen zur Verwendung von wachsartigen, festen Tinten leiden typischerweise unter zwei Unzulänglichkeiten. Erstens, die erzeugten Bilder sind gegenwärtig nicht sehr robust, d.h. die erzeugten Bilder werden leicht beschädigt, z.B. leicht zerkratzt. Zweitens, die Drucker verbrauchen große Energiemengen aufgrund von höheren Strahltemperaturen, die zum Schmelzen und Ausstoßen der herkömmlichen festen Heißschmelztinten erforderlich sind.
Herkömmliche Phasenänderungs-Heißschmelztinten, die typischerweise mit Tintenstrahldruckern des vorstehend erwähnten Typs angewendet werden, verwenden häufig einen auf Wachs basierenden Tintenträger, z.B. ein kristallines Wachs. Die Verwendung von solchen kristallinen Wachsen erfordert, dass der Druckkopf während des gesamten Druckens mit der Vorrichtung bei mindestens 135°C gehalten werden soll. Die auf Wachs basierenden Tinten werden auf solche hohen Temperaturen erhitzt, dass deren Viskosität zum geeigneten Strahlen sinkt. Wenn darüber hinaus der Druckkopf gekühlt und erneut erwärmt wird, muss ein langatmiger Spülzyklus, der wesentliche Tintenmengen verbraucht, ausgeführt werden. Die brüchigen kristallinen Wachse stellen auch keine robusten Bilder bereit und werden leicht zerkratzt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass auf Wachs basierende Tinten im Allgemeinen bei Temperaturen größer als Raumtemperatur kristallisieren, und deshalb die auf Wachs basierende Tinte, die auf dass Aufzeichnungsmedium übertragen wurde, im Wesentlichen genauso hart ist, wie sie erhalten wurde. Der hohe Energieverbrauch, Verschwendung an teurer Tinte während des Spülens und brüchige Bilder erzeugen beim Verbraucher Unzufriedenheit und verhindern auf einigen Märkten überhaupt irgendeine Durchsetzung.
WO-A-2004/037799 betrifft Ketonverbindungen der Formel (I), worin R₁ Wasserstoff oder Alkyl darstellt, R₂ C₁-C₄-Alkoxy oder einen Morpholinorest darstellt; und R₃ Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkoxy darstellt. Die Zugabe davon zu Formulierungen, die bestimmte α-Aminoketon-Photoinitiatorverbindungen umfassen, verbessern die Lagerungsstabilität der Formulierungen.
US-A-6 797 739 offenbart Triazinverbindungen, die eine funktionalisierte Alkylthiogruppe umfassen, deren Langzeitlagerungseigenschaften bei Raumtemperatur sowie photochemische Aktivität als Photopolymerisationsinitiator überlegen sind.
US-A-4 559 371 offenbart eine photohärtbare gefärbte Zusammensetzung, die ein olefinisch ungesättigtes, photopolymerisierbares Bindemittel, ein Pigment oder einen Farbstoff und einen spezifischen aromatisch-aliphatischen Keton-Photoinitiator enthält.
US-A-4 582 862 offenbart eine photohärtbare gefärbte Zusammensetzung, die ein olefinisch ungesättigtes, photopolymerisierbares Bindemittel, ein Pigment und einen speziellen aromatisch-aliphatischen Keton-Photoinitiator umfasst.
Obwohl bekannte Zusammensetzungen und Verfahren für deren beabsichtigte Zwecke geeignet sind, bleibt ein Bedarf für Verbesserungen von strahlungshärtbaren Tinten, z.B. bezüglich Strahltemperaturen, Schmelzspielraum und Bildqualität.
Diese und andere Verbesserungen werden durch die hierin beschriebenen Tinten und Verfahren zum Erzeugen von Bildern mit solchen Tinten ausgeführt. Die vorliegende Erfindung stellt eine Tinte bereit, umfassend einen Tintenträger, der mindestens ein härtbares Monomer, mindestens ein polymerisierbares organisches Geliermittel, mindestens einen Photoinitiator und mindestens ein Färbemittel beinhaltet,
wobei das polymerisierbare organische Geliermittel ausgewählt ist aus funktionellen N-Acyl-1,ω-aminosäurederivaten, difunktionellen (1R,2R)-trans-1,2-Bis(ureido)cyclohexanderivaten oder difunktionellen ortho-Bis(ureido)benzolderivaten.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Bildung eines Bildes bereit, umfassend
Erwärmen einer Tinte auf eine erste Temperatur, wobei die Tinte die vorstehend genannte Tinte ist, und wobei die erste Temperatur über dem Gelierungspunkt der Tinte liegt;
Ausstoßen der erwärmten Tinte auf die Oberfläche eines Zwischentransferelements, worin die Zwischentransferelementoberfläche bei einer zweiten Temperatur gehalten wird, bei welcher die Tinte einen Gelzustand bildet;
anschließend Übertragen der Tinte von der Zwischenübertragungselementoberfläche auf ein Bildaufnahmesubstrat; und
Aussetzen der Tinte auf dem Bildaufnahmesubstrat Strahlungsenergie, um die Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte zu initiieren.
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren zum Bilden eines Bildes bereit, umfassend
Erwärmen einer Tinte auf eine erste Temperatur, wobei die Tinte die vorstehende Tinte ist, und wobei die erste Temperatur über dem Gelierungspunkt der Tinte liegt;
Ausstoßen der erwärmten Tinte direkt auf ein Bildaufnahmesubstrat,. in welchem mindestens die Oberfläche bei einer zweiten Temperatur gehalten wird, bei welcher die Tinte einen Gelzustand bildet;
Aussetzen der Tinte auf dem Bildaufnahmesubstrat Strahlungsenergie, um die Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte zu initiieren.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen ausgeführt.
In Ausführungsformen umfasst die Tinte ein strahlungshärtbares Geliermittelmaterial, ein Färbemittel und einen Initiator. Die Tinte kann auch zusätzliche strahlungshärtbare Monomere oder Oligomere einschließen.
Das heißt, in Ausführungsformen schließt die Tinte, die vorzugsweise in piezoelektrischen Tintenstrahlvorrichtungen verwendet wird, einen Tintenträger, der mindestens ein polymerisierbares organisches Geliermittel, mindestens einen Photoinitiator und mindestens ein Färbemittel einschließt, ein. Die Verwendung des Geliermittels ermöglicht es der Tinte, einen Gelzustand mit einer Viskosität von mindestens 10³ cP bei sehr niedrigen Temperaturen von 30°C bis 50°C zu bilden. Die Tinte kann somit z.B. auf eine Zwischentransferelementoberfläche bei sehr niedrigen Ausstoßtemperaturen von z.B. 50°C bis 90°C ausgestoßen werden.
In Ausführungsformen zum Erzeugen eines Bildes mit der Tinte wird die Tinte auf eine erste Temperatur oberhalb des Gelpunktes der Tinte erwärmt, auf eine Zwischenübertragungselementoberfläche, die bei einer zweiten Temperatur gehalten wird, bei der die Tinte einen Gelzustand bildet, ausgestoßen, anschließend von der Zwischenübertragungselementoberfläche zu einem Bildaufnahmesubstrat überführt, und Strahlungsenergie zum Initiieren von Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte ausgesetzt. Die Tinten bilden vorzugsweise einen Gelzustand auf der Zwischenübertragungselementoberfläche, wobei die Tintenviskosität in dem Gelzustand um mindestens das etwa 10³-fache der Viskosität der Tinte bei der Ausstoßtemperatur erhöht ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erzeugung eines Bildes mit der Tinte wird die Tinte auf eine erste Temperatur oberhalb des Gelpunktes der Tinte erwärmt und direkt auf ein Bildaufnahmesubstrat, das bei einer zweiten Temperatur gehalten wird, typischerweise bei oder etwas oberhalb Raumtemperatur, bei der die Tinte einen Gelzustand bildet, gedruckt, und Strahlungsenergie ausgesetzt, um Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte zu initiieren.
Mit härtbar hierin ist polymerisierbar gemeint, d.h. ein Material, das über Polymerisationswege, einschließlich z.B. kationischer Wege und freier radikalischer Wege, gehärtet werden kann.
In einer ersten Ausführungsform wird die Tinte von mindestens einem strahlungshärtbaren organischen Geliermittel und mindestens einem Färbemittel umfasst.
Das Geliermittel ist vorzugsweise nichtpolymer, d.h. monomer oder oligomer. Das organische Geliermittel wirkt, indem die Viskosität der Tinte innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs stark erhöht wird. Insbesondere bildet das Geliermittel ein feststoffartiges Gel in dem Tintenträger bei Temperaturen unterhalb der Temperatur, bei der die Tinte ausgestoßen wird. Die Gelphase umfasst typischerweise eine feststoffartige Phase und eine flüssige Phase in Koexistenz, wobei die feststoffartige Phase eine dreidimensionale Netzwerkstruktur durch die gesamte flüssige Phase bildet und die flüssige Phase am Fließen im makroskopischen Maßstab hindert. Die Tinte zeigt einen thermisch reversiblen Übergang zwischen dem Gelzustand und dem flüssigen Zustand, wenn die Temperatur über oder unterhalb des Gelpunkts der Tinte variiert wird. Dieser Zyklus der Gelneubildung kann vielmals wiederholt werden, da das Gel durch physikalische, nichtkovalente Wechselwirkungen zwischen den Gelierungsmittelmolekülen gebildet wird, wie Wasserstoffbindung, aromatische Wechselwirkungen, ionische Bin dung, Koordinationsbindung, London-Dispersions Wechselwirkungen oder dergleichen.
Tinten können in Ausführungsformen bei Raumtemperatur flüssig oder fest sein. Es ist erwünscht, dass strahlungshärtbare Tinten eine Viskosität von 5 bis 20 Centipoise (cP), vorzugsweise 8 bis 16 cP, bei der Ausstoßtemperatur aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen werden die Tinten bei niederen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen von 50°C bis 90°C, vorzugsweise 60°C bis 85°C, ausgestoßen.
Bei solchen niedrigen Ausstoßtemperaturen mag die herkömmliche Anwendung von Temperaturunterschied zwischen der ausgestoßenen Tinte und dem Substrat, auf das die Tinte ausgestoßen werden soll, um eine schnelle Phasenänderung in der Tinte zu bewirken (d.h. von flüssig zu fest oder halbfest), nicht wirksam sein. Das Geliermittel kann somit verwendet werden, um eine schnelle Viskositätserhöhung in der ausgestoßenen Tinte auf das Substrat zu bewirken. Insbesondere würden ausgestoßene Tintentröpfchen auf einem Aufnahmesubstrat, wie einem Bildaufnahmemedium (z.B. Papier), oder einem Zwischenübertragungselement (z.B. einer Übertragungstrommel oder -band), in Position gebracht, das heißt, bei einer Temperatur, kühler als die Tintenausstoßtemperatur der Tinte, durch die Wirkung von einem Phasenänderungsübergang, in dem die Tinte einer wesentlichen Viskositätsänderung von einem flüssigen Zustand zu einem Gelzustand (oder halbfesten Zustand) unterliegt. Die gelierte Tinte ist effektiv ein physikalisches Gel, und auch ein thermisch reversibles und elastisches Aggregat oder eine Netzwerkanordnung von chemischen Komponenten, zusammengehalten durch nichtkovalente Bindungen, wie Wasserstoffbindung und hydrophobe Van der Waal'sche Kräfte.
In Ausführungsformen ist die Temperatur, bei der die Tinte den Gelzustand bildet, z.B. 30°C bis 50°C, vorzugsweise 30°C bis 40°C. Beim Kühlen von der Ausstoßtemperatur im flüssigen Zustand zu dem Gelzustand unterliegt die Tinte einer signifikanten Viskositätsänderung. Die Viskositätserhöhung ist vorzugsweise mindestens eine 10^2,5-fache Erhöhung der Viskosität.
Bei indirekten Drucktechniken, d.h. Techniken, worin das Bild zuerst, auf ein Zwischenübertragungselement ausgesto ßen wird, wurde gefunden, dass optimale Übertragungseffizienz von der Zwischenübertragungsoberfläche und optimale Druckqualität erreicht werden können, wenn die Viskosität des Tintenbildes, das auf der Trommel abgeschieden ist, nach dem Ausstoßen der Tinte stark erhöht ist, um ein stabiles und übertragbares Bild zu erhalten, das nicht schmieren wird. Ein geeignetes Geliermittel für die Tinte würde die Monomere/Oligomere in dem Tintenträger schnell und thermisch reversibel gelieren lassen, und einen schmalen Phasenänderungsübergang gegenüber dem Temperaturbereich von 30–60°C zeigen. Der Gelzustand der Tinte sollte vorzugsweise ein Minimum von 10^2,5 cP Erhöhung in der Viskosität bei der Übertragungstemperatur, z.B. 30 bis 40°C, verglichen mit der Viskosität bei der Ausstoßtemperatur, z.B. 12 bis 8 cP, bei 65 bis 80°C, zeigen. Weiterhin hat die Geltinte vorzugsweise auch gute elastische Eigenschaften, um vollständige Übertragung von der Trommel zu ermöglichen, eine Eigenschaft, die von dem Wert des Elastizitätsmoduls (G' max) bei der Übertragungstemperatur beeinflusst werden kann.
Wenn die Tinten in dem Gelzustand vorliegen, ist die Viskosität der Tinte mindestens 1 000 cP, vorzugsweise mindestens 10 000 cP, bevorzugter mindestens 100 000 cP. Bevorzugte Viskositätswerte in dem Gelzustand liegen in dem Bereich von 10^2,5 bis 10⁹ cP und bevorzugter 10^5,5 bis 10^8,5 cP, obwohl die Viskosität außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die härtbaren organischen Geliermittel mit amphiphilen Eigenschaften aufgebaut. Die härtbaren organischen Geliermittel sind ausgewählt aus eindimensionalen, selbstaggregierenden Molekülen, wie aus funktionellen N-Acyl-1,ω-aminosäurederivaten, difunktionellen (1R,2R)-trans-1,2-Bis(ureido)cyclohexanderivaten und/oder difunktionellen ortho-Bis(ureido)benzolderivaten. Diese Geliermittel können in Tinten, die flüssig oder fest sind, verwendet werden, sowie jenen, die einen hohen Anteil von Flüssig/Feststoff-Weichmachern, z.B. Plastisoltinten, enthalten. Die Geliermittel eröffnen erhöhte Elastizität durch Wasserstoff- und gegebenenfalls durch kovalente Bindung.
Die funktionellen N-Acyl-1,ω-aminosäurederivate können beliebige von jenen sein, die von Mieden-Gundert in Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, Nr. 17, Seiten 3164–3165, beschrieben werden. Die difunktionellen (1R,2R)-trans-1,2-Bis(ureido)cyclohexanderivate können beliebige von jenen sein, die von De Loos et al. in einem Artikel mit dem Titel "Remarkable Stabilization of Self-Assembled Organogels by Polymerization" in J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12675–12676, beschrieben wurden.
Die nachstehenden härtbaren Geliermittel oder Gemische von Geliermitteln sind aufgrund des Aufbaus von Niedrigenergie-Tintenzusammensetzungen bevorzugt. Diese Geliermittel können als Geliermittel in dem Konzentrationsbereich von 10^–4 bis 10^–1 Mol/Liter und vorzugsweise von 5 × 10^–4 bis 10^–2 Mol/Liter in niedrig schmelzenden härtbaren Zusammensetzungen verwendet werden. Somit umfassen die Geliermittel vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsprozent der Tinte, bevorzugter 2 bis 10 Gewichtsprozent der Tinte. Das Erhöhen der Menge an organischem Geliermittel in der Tinte erhöht typischerweise die Temperatur, bei der der Übergang vom Gelzustand zum flüssigen Zustand stattfindet; folglich ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften der Tinte, wie die Gel-Flüssigkeits-Übergangstemperatur, durch Einstellen der Menge an Geliermittel einzustellen. Es ist auch möglich, den Übergang von Gel zu Flüssigkeit durch Auswählen verschiedener Bedingungen für das Bebilderungsverfahren, wie Scherwirkung, Belastung und Heiz- oder Kühlrate, einzustellen.
Als besonders bevorzugte härtbare organische Geliermittel in dieser Ausführungsform können die nachstehenden Beispiele erwähnt werden:
Andere bevorzugte polymerisierbare Geliermittel schließen auch jene ein, die auf der SAFIN 2001, Euroconference an Self-Assembled Fibrillar Networks, gehalten in Autrans, Frankreich am 24.–28. November 2001, offenbart wurden. Diese sind (von U. Beginn et al.):
und (von Berthier D. et al.):
Weiterhin wird noch eine sehr große Liste von organischen Geliermitteln in US-Patent Veröffentlichung 2004-0065227 A1 angeführt. Beliebige der hierin beschriebenen organischen Geliermittel können hierin in den Tinten verwendet werden, solange die organischen Geliermittel modifiziert sind, um eine härtbare oder polymerisierbare Gruppe einzuschließen, d.h. eine Gruppe, die dem Geliermittel erlaubt, härtbar zu werden und an dem nach Strahlungshärten der Tinte gebildeten Netzwerk teilzunehmen. In dieser Hinsicht kann, wenn das organische Geliermittel kationisch härtbar ist, das organische Geliermittel modifiziert werden, um kationisch härtbare Gruppen, wie Epoxy-, Vinylether- oder Styrolgruppen, einzuschließen. Wenn das organische Geliermittel radikalisch zu härten ist, kann das Geliermittel modifiziert werden, um eine Acrylatgruppe, Meth(acrylat)gruppe oder Allylethergruppe einzuschließen. Die Modifizierung der in US-Patent Veröffentlichung 2004-0065227 A1 beschriebenen Geliermittel kann, um solche reaktiven Gruppen einzuschließen, durch jede geeignete Technik ausgeführt werden, wobei Beispieltechniken dafür dem Fachmann gut verständlich sind und somit hierin im Einzelnen nicht erläutert werden müssen. Geeignete Geliermittel, die in dem U-S-Patent Veröffentlichung 2004-0065227 A1 angeführt sind, die wie vorstehend erörtert modifiziert werden können, schließen z.B. Ureidopyrimidon und die Nachstehenden,
worin X ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, eine Nitrogruppe, eine Alkoxygruppe der Formel -OR₅₀ oder eine Aminogruppe der Formel -NR₉₁R₉₂ darstellt, und worin R₃₈, R₃₉, R₅₀, R₉₁ und R₉₂, jeweils unabhängig voneinander, ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe, eine Arylgruppe, eine Arylalkylgruppe oder eine Alkylarylgruppe darstellen;

worin, mit der Maßgabe, dass mindestens einer von R₅₂, R₅₆, R₅₇ und R₅₈ ein Wasserstoffatom darstellt, R₅₁, R₅₂, R₅₅, R₅₆, R₅₇ und R₅₈, jeweils unabhängig voneinander, ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe, eine Arylgruppe, eine Arylalkylgruppe oder eine Alkylarylgruppe darstellen, R₅₃ eine Alkylengruppe, eine Arylengruppe, eine Arylalkylengruppe, eine Alkylarylengruppe, eine Alkylenoxygruppe, eine Arylenoxygruppe, eine Arylalkylenoxygruppe, eine Alkylarylenoxygruppe, eine Polyalkylenoxygruppe, eine Polyarylenoxygruppe, eine Polyarylalkylenoxygruppe oder eine Polyalkylarylenoxygruppe darstellt, und R₅₄ eine Alkyl- oder Alkylengruppe, eine Aryl- oder Arylengruppe, eine Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe, eine Alkylaryl- oder Alkylarylengruppe, eine Alkoxy- oder Alkylenoxygruppe, eine Aryloxy- oder Arylenoxygruppe, eine Arylalkyloxy- oder Arylalkylenoxygruppe, eine Alkylaryloxy- oder Alkylarylenoxygruppe, eine Polyalkylenoxygruppe, eine Polyarylenoxygruppe, eine Polyarylalkylenoxygruppe, eine Polyalkylarylenoxygruppe, eine Silyl- oder Silylengruppe, eine Siloxangruppe, eine Polysilylengruppe oder eine Polysiloxangruppe darstellt;

worin a, b, c, d, e, f und g ganze Zahlen sind, die die Anzahl an wiederkehrenden Ethylenoxideinheiten wiedergeben und das Molekulargewicht des Ausgangsmaterials (worin alle Endgruppen durch Hydroxygruppen beendet sind) etwa 1 040 ist;

worin R₁ und R₂, jeweils unabhängig voneinander, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellen, ein.
Es ist in Ausführungsformen bevorzugt, dass die Tinten auch ein oder mehrere reaktive Verdünnungsmittel einschließen, d.h. härtbare Monomere oder Oligomere, die in dem Tintenträger eingeschlossen sein können, um in geeigneter Weise die Viskosität/Rheologie der Tinte einzustellen, um Ausstoßen und Gelieren der Tinte innerhalb der erwünschten Temperaturbereiche zu erreichen. Die strahlungshärtbaren Verdünnungsmittel umfassen vorzugsweise ein Material, das eine oder mehrere ungesättigte funktionelle Gruppen darin enthält.
Wenn z.B. das organische Geliermittel kationisch härtbar ist (schließt z.B. Epoxy-, Vinylether- oder Styrolgruppen ein), können zusätzlich kationisch härtbare Monomere oder Oligomere in dem Tintenträger eingeschlossen sein.
Solche kationisch strahlungshärtbaren Monomere können z.B. cycloaliphatisches Epoxid und vorzugsweise ein oder mehrere polyfunktionelle cycloaliphatische Epoxide einschließen. Die Epoxygruppen können innere oder äußere Epoxygruppen sein, wie jene, die in WO 02/06371 beschrieben sind. Multifunktionelle Vinylether können auch eingeschlossen sein. Zusätzliche Beispiele für härtbare Monomere/Oligomere schließen die Nachstehenden ein:
In dem Vorangehenden kann X O oder NH sein und C* kann
sein.
Solche radikalisch strahlungshärtbaren Monomere können z.B. Acrylat- und Methacrylatmonomere einschließen. Als relativ nichtpolare Monomere können (Meth)acrylsäureisobornylester, (Meth)acrylsäurelaurylester, (Meth)acrylsäureisodecylester, (Meth)acrylsäureisooctylester und Acrylsäurebutylester erwähnt werden. Zusätzlich können multifunktionelle Acrylatmonomere/-oligomere nicht nur als reaktive Verdünnungsmittel verwendet werden, sondern auch als Materialien, die die Vernetzungsdichte des gehärteten Bildes erhöhen können, wodurch die Bildhärte erhöht wird. Als multifunktionelle Acrylate und Methacrylate können Pentaerythrittetra(meth)acrylat, 1,2-Ethylenglycoldi(meth)acrylat, 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, 1,12-Dodecanoldi(meth)acrylat, propoxyliertes Neopentylglycoldiacrylat (erhältlich von Sartomer Co. Inc. als SR 9003), Hexandioldiacrylat, Tripropylenglycoldiacrylat, Dipropylenglycoldiacrylat, Amin-modifizierte Polyetheracrylate (erhältlich als PC 83 F, LR 8869 und/oder LR 8889 (alle erhältlich von BASF Corporation)), Trimethylolpropantriacrylat, Glycerinpropoxylattriacrylat, Dipentaerythritpenta-/hexaacrylat und ethoxyliertes Pentaerythrittetraacrylat (erhältlich von Sartomer Co. Inc. als SR 494) erwähnt werden.
Das reaktive Verdünnungsmittelmaterial wird zu der Tinte vorzugsweise in Mengen von z.B. 0 bis 70 Gewichtsprozent, bevorzugt 10 bis 60 Gewichtsprozent, der Tinte gegeben.
Die Tintenzusammensetzungen enthalten auch ein Färbemittel. Jedes "erwünschte oder wirksame Färbemittel kann in den Tinten angewendet werden, einschließlich Farbstoffe, Pigmente, Gemische davon, vorausgesetzt, dass das Färbemittel in dem Tintenträger gelöst oder dispergiert werden kann. Die Zusammensetzungen können in Kombination mit herkömmlichen Tintenfärbemittelmaterialien, wie Color Index (C.I.) Solvent-Farbstoffen, Dispersionsfarbstoffen, modifizierten Säure- und Direkt-Farbstoffen, basischen Farbstoffen, Schwefelfarbstoffen und Küpenfarbstoffen, verwendet werden.
Das Färbemittel ist vorzugsweise in der Tinte in einer Menge von z.B. 0,1 bis 15 Gewichtsprozent der Tinte, vorzugsweise 0,5 bis 6 Gewichtsprozent der Tinte, enthalten.
Die Tinte schließt auch einen Initiator, z.B. einen Photoinitiator, der Strahlung, z.B. UV-Lichtstrahlung, absorbiert, um das Härten der härtbaren Komponenten der Tinte zu initiieren, ein. Als der Initiator für radikalisch härtbare Tinten können z.B. Acrylatgruppen enthaltende oder Polyamid enthaltende Tinten von Photoinitiatoren, wie Benzophenon-, Benzoinether-, Benzilketal-, α-Hydroxyalkylphenon-, α-Aminoalkyl phenon- und Acylphosphinphotoinitiatoren, die unter den Handelsbezeichnungen von Irgacure und Darocur von Ciba vertrieben werden, erwähnt werden. Spezielle Beispiele schließen 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid (erhältlich als BASF Lucirin TPO); 2,4,6-Trimethylbenzoylethoxyphenylphosphinoxid (erhältlich als BASF Lucirin TPO-L); Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid (erhältlich als Ciba Irgacure 819) und andere Acylphosphine; 2-Methyl-1-(4-methylthio)phenyl-2-(4morpholinyl)-1-propanon (erhältlich als Ciba Irgacure 907) und 1-(4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on (erhältlich als Ciba Irgacure 2959); 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)butanon-1 (erhältlich als Ciba Irgacure 369); Titanocene; Isopropylthioxanthon; 1-Hydroxy-cyclohexylphenylketon; Benzophenon; 2,4,6-Trimethylbenzophenon; 4-Methylbenzophenon; 2,4,6-Trimethylbenzoylphenylphosphinsäureethylester; Oligo(2-hydroxy-2-methyl-1-(4-(1-methylvinyl)phenyl)propanon); 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon; Benzyldimethylketal; und Gemische davon ein. Erwähnt werden können auch Aminsynergisten, wie z.B. Ethyl-4-dimethylaminobenzoat und 2-Ethylhexyl-4-dimethylaminobenzoat. Diese Photoinitiatoren absorbieren typischerweise Strahlung bei Wellenlängen im Bereich von 200 bis 420 nm, obwohl Titanocene bei Wellenlängen von bis 560 nm absorbieren können. Die untere Grenze ist typischerweise durch die Durchlässigkeit von Quarz bestimmt; die meisten UV-Quellen sind Quarzsonden. Diese Liste ist nicht als abschließend beabsichtigt, und beliebiger bekannter Photoinitiator, der die freie radikalische Reaktion nach Aussetzen einer gewünschten Strahlungswellenlänge, wie UV-Licht, initiiert, kann ohne Begrenzung verwendet werden.
Als der Initiator für kationisch härtbare Tinten können Photoinitiatoren, wie Sulfonium-, Sulfoxonium- und Jodoniumsalze (z.B. Arylsulfoniumhexafluorophosphatsalz, kommerziell erhältlich als UVI-6992 von Dow), und sensibilisierte Säuren, wie 5,7-Dijod-3-butoxy-6-fluoren (kommerziell erhältlich als H-Nu 470, H-Nu 535 und H-Nu 635 von Spectra Group Ltd.), kombiniert mit Diaryljodoniumhexafluoroantimonat (erhältlich als SR 1012 von Sartomer Company, Inc.) (Spectra Group, Ltd.) erwähnt werden. Diese Photoinitiatoren absorbieren typischerweise Strahlung bei Wellenlängen im Bereich von 200 bis 340 nm, obwohl Titanocene bei Wellenlängen von bis zu 560 nm absorbieren können.
Die Gesamtmenge an Initiator, die in die Tinte eingeschlossen ist, kann z.B. 0,5 bis 15 %, vorzugsweise 1 bis 10 Gewichtsprozent, der Tinte sein.
Die Tinten können gegebenenfalls auch 0 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 35 Gewichtsprozent, der Tinte mit einem Wachs mit niederem Molekulargewicht oder Thermolösungsmittel einschließen. Diese Materialien können eingeschlossen sein, um die Viskosität der Tinte bei Raumtemperatur zu erhöhen, was die Tinte häufig fest oder halbfest macht. Nach Erhitzen auf die Ausstoßtemperatur können diese festen Materialien bei Raumtemperatur als Kompatibilisatorlösungsmittel für die Tintenkomponenten wirken; folglich ist der Name Thermolösungsmittel. Beispielhafte Wachse, um die Tinte einzuschließen, können z.B. Paraffine, mikrokristalline Wachse, Polyethylenwachse, Esterwachse, Amidwachse, Fettsäuren, Fettalkohole, Fettamide und andere wachsartige Materialien sein. Beispiele für Thermolösungsmittel, um die Tinte einzuschließen, können z.B. Polyole mit niederem Molekulargewicht, Sulfonamidmaterialien (z.B. Methylsulfonamid), Harnstoff, Ethylharnstoff, Ethylencarbonat, Tetrahydrothiophen-1,1-dioxid, Anissäuremethylester, bifunktionelle Fettalkohole, wie 1,10-Decandiol oder 1,12-Dodecandiol, Pyridin-N-oxid (Fp. 61–65°C), Acetamid (Fp. 79–81°C), Acrylamid (Fp. 84–86°C), Sulfamid (Fp. 91–92°C), Maleimid (Fp. 92–94°C), Pyrazol (Fp. 67–70°C) und Imidazol (Fp. 90–91°C) sein.
In Ausführungsformen ist es bevorzugt, einen bifunktionellen Fettalkohol als ein Thermolösungsmittel in einer Menge von 25 bis 35 Gewichtsprozent der Tinte einzuschließen. In solchen Ausführungsformen kann die Verwendung von kationischem Härten gegenüber freiem radikalischem Härten vorteilhaft sein, da die Fettalkohole während des kationischen Härtens reagieren können, um Teil des gehärteten Netzwerks zu werden.
Die Tinten können auch gegebenenfalls ein Antioxidationsmittel enthalten. Die wahlweisen Antioxidationsmittel der Tintenzusammensetzungen schützen die Bilder vor Oxidation und schützen auch die Tintenkomponenten vor Oxidation während des Erwärmungsteils des Tintenherstellungsverfahrens. Spezielle Beispiele für geeignete Antioxidantien können Stabilisatoren NAUGARD^TM 524, NAUGARD^TM 635, NAUGARD^TM A, NAUGARD^TM I-403 und NAUGARD^TM 959,.kommerziell erhältlich von Crompton Corporation, Middlebury, Conn., IRGANOX^TM 1010, Irgastab UV 10, kommerziell erhältlich von Ciba Specialty Chemicals, einschließen. Falls vorliegend, liegt das wahlweise Antioxidationsmittel in der Tinte in jeder gewünschten oder wirksamen Menge vor; in einer Ausführungsform von mindestens 0,01 Gewichtsprozent der Tinte, in einer weiteren Ausführungsform von mindestens 0,1 Gewichtsprozent der Tinte, und in einer noch weiteren Ausführungsform von mindestens 1 Gewichtsprozent der Tinte, und in einer Ausführungsform von nicht mehr als 20 Gewichtsprozent der Tinte, in einer weiteren Ausführungsform von nicht mehr als 5 Gewichtsprozent der Tinte, und in einer noch weiteren Ausführungsform von nicht mehr als 3 Gewichtsprozent der Tinte, obwohl die Menge außerhalb dieser Bereiche sein kann.
Die Tinten können auch gegebenenfalls nichtreaktive Mittel enthalten, die beim Steuern des Ausmaßes an Reaktivität des von den härtbaren Geliermitteln gebildeten Netzwerks unterstützen. Das nichtreaktive Reaktivitätssteuerungsmittel kann ein nichtreaktives Modell der reaktiven Geliermittelverbindung umfassen. Das nichtreaktive Organogeliermittel hat vorzugsweise eine niedere Molekülmasse und ist besonders bevorzugt ein N-Acyl-1,ω-aminosäurederivat. Ein Beispiel für ein solches Reaktivitätssteuerungsmittel ist
Andere wahlweise Additive zu den Tinten schließen Weichmacher, wie UNIPLEX^TM 250 (kommerziell erhältlich von Uniplex), die Phthalatester-Weichmacher, kommerziell erhältlich von Monsanto unter dem Handelsnamen SANTICIZER^TM, wie Phthalsäuredioctylester, Phthalsäurediundecylester, Phthalsäurealkylbenzylester (SANTICIZER^TM 278), Triphenylphosphat (kommerziell erhältlich von Monsanto), KP-140^TM, ein Tributoxyethylphosphat (kommerziell erhältlich von FMC Corporation), MORFLEX^TM 150, ein Phthalsäuredicyclohexylester (kommerziell erhältlich von Morflex Chemical Company Inc.), Trioctyltrimel litat (kommerziell erhältlich von Eastman Kodak Co.), ein. Sie können in einer Menge von 0,1 bis 25 Gewichtsprozent der Tinte, vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsprozent der Tinte, zugegeben werden.
Die Tinten der erfindungsgemäßen Ausführungsformen können weiterhin Additive vom herkömmlichen Typ einschließen, um den Vorteil der bekannten Funktionalität, die mit herkömmlichen Additiven verbunden sind, in Anspruch zu nehmen. Solche Additive können z.B. Entschäumer, Gleit- und Nivelliermittel, Pigmentdispersantien, usw. einschließen.
Die Tinten können durch jede geeignete Technik hergestellt werden. Als ein Beispiel können die Tinten durch zuerst Auflösen von beliebigen nichtreaktiven Komponenten der Tinte in einem ausgewählten geschmolzenen Träger, z.B. zusammengesetzt aus kompatiblen Wachsen mit niederem Molekulargewicht und/oder Thermolösungsmitteln, dann unter Erhitzen auf eine geeignete Temperatur, Zusetzen der ausgewiesenen Menge an härtbarem Geliermittel, vorzugsweise weniger als 50 % und bevorzugter weniger als 10 Gewichtsprozent der Tinte, und anschließend Zusetzen des Farbstoffs oder der Pigmentdispersion (vorzugsweise als ein Konzentrat in Thermolösungsmittel), unter Bewegen des Gemisches, hergestellt werden. Schließlich sollte die erforderliche Menge an Starter(n) zugegeben werden. Die Tinte kann dann vorzugsweise bei einer erhöhten Temperatur durch einen Filter oder eine Reihe von Filtern, wobei die Endfiltration durch ein 1 μm-Filter (1 Mikrometer) erfolgt, um größere teilchenförmige Stoffe zu entfernen, filtriert werden. Das Verfahren zur Herstellung der Tinten kann so modifiziert werden, dass es an den Typ der reaktiven Geliermittel, die für die Herstellung der Tinten verwendet werden, angepasst ist. Zum Beispiel kann ein Konzentrat von einem Geliermittel in einer der Komponenten der Tinte vor der Zugabe der anderen Komponenten hergestellt werden. Zum Beispiel werden Tintenherstellungsverfahren in den nachstehenden Beispielen angeführt.
Die hierin beschriebenen Tinten werden vorzugsweise bei Temperaturen von 50°C bis 90°C, vorzugsweise 60°C bis 85°C, ausgestoßen. Beim Ausstoßen haben die Tinten vorzugsweise eine Viskosität von 8 bis 16 cP, besonders bevorzugt 10 bis 13 cP.
Die Tinten sind somit idealerweise zur Verwendung in piezoelektrischen Tintenstrahlvorrichtungen geeignet.
Die Tinten können in einer Vorrichtung für direkte Drucktintenstrahlverfahren angewendet werden, worin, wenn Tröpfchen der geschmolzenen Tinte in einem bildmäßigen Muster auf ein Aufnahmesubstrat ausgestoßen werden, das Aufnahmesubstrat ein letztes Aufnahmesubstrat ist. In dieser Ausführungsform wird die Tinte zu einer ersten Temperatur oberhalb des Gelierpunktes der Tinte erwärmt und direkt auf ein Bildaufnahmesubstrat gedruckt. Das Bildaufnahmesubstrat wird vorzugsweise bei einer zweiten Temperatur gehalten, bei der die Tinte einen Gelzustand bildet, der vorzugsweise bei oder leicht oberhalb Raumtemperatur, wie vorstehend erörtert, liegt. Zum Beispiel kann das Substrat bei einer Temperatur von 30°C bis 50°C, vorzugsweise 30°C bis 40°C, gehalten werden. Auf diese Weise kann die ausgestoßene Tinte schnell zu einem gebildeten Gel gestaltet werden, wobei das Gel auf der Oberfläche des Substrats bis zum Härten gehalten werden kann. Die Tinte auf dem Substrat wird Strahlungsenergie ausgesetzt, um Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte zu initiieren.
Die Tinten sind idealer Weise zum Ausstoßen auf ein Zwischenübertragungssubstrat, beispielsweise eine Zwischenanschmelztrommel oder ein -band, geeignet. In einem geeigneten Aufbau kann das Bild durch Ausstoßen von geeignet gefärbten Tinten während vier bis sechs Rotationen (gestaffelte bzw. inkrementale Bewegungen) des Zwischenanschmelzelements, bezüglich des Tintenstrahlkopfes, d.h. es gibt eine geringe Verschiebung von dem Druckkopf bezüglich des Substrats zwischen jeder Rotation, angewendet werden. Dieser Ansatz vereinfacht den Druckkopfaufbau und die geringen Bewegungen sichern gute Tröpfchenfarbabdeckung. Die Anschmelzung, d.h. ein Übertragungs- und Schmelzschritt, ist beim Bilden des Bildes erwünscht, da Anschmelzen des Aufbaus eines Hochqualitätsbildes auf ein schnell rotierendes Übertragungselement erlaubt. Dieser Ansatz vereinfacht den Druckkopfaufbau, während die kleinen Bewegungen des Kopfes gute Tröpfchenfarbabdeckung sichern.
Das Zwischenübertragungselement kann jede geeignete Form annehmen, obwohl es vorzugsweise eine Trommel oder ein Band ist. Die Elementoberfläche kann bei Raumtemperatur liegen, obwohl es in Ausführungsformen möglich ist, das Element derart zu erwärmen, dass seine Oberflächentemperatur davon innerhalb eines engen Temperaturbereichs gehalten wird, um die Geliereigenschaften der Tinten über einen breiten Bereich von Umweltbedingungen zu steuern. Dieser Temperaturbereich ist vorzugsweise z.B. innerhalb des Gelzustandtemperaturbereichs für die Tinte. Zum Beispiel kann die Oberfläche bei einer Temperatur von 30°C bis 50°C, vorzugsweise von 30°C bis 40°C, gehalten werden. Auf diese Weise kann die ausgestoßene Tinte schnell zu einem Gel ausgebildet werden, wobei das Gel bis zur Übertragung auf das Bildaufnahmesubstrat auf der Oberfläche des Übertragungselements gehalten wird.
Einmal auf der Zwischenübertragungselementoberfläche, kann die ausgestoßene Tinte zu einem begrenzten Ausmaß Strahlung ausgesetzt werden, um ein begrenztes Härten der Tinte auf der Zwischenelementoberfläche zu bewirken. Dieser Zwischenhärtungsschritt ist nicht nötig; da häufig der Gelzustand ausreichend ist, um den Tintentröpfchen die gewünschte Rheologie zu verleihen.
Nach Ausstoßen auf das Zwischenübertragungselement und wahlweisem Zwischenhärten darauf wird die Tinte anschließend auf das Bildaufnahmesubstrat übertragen. Das Substrat kann jedes geeignete Material, wie Papier, Textilgewebe, ein transparenter Stoff, usw. sein, obwohl die Tinte am bevorzugtesten beim Bilden von Bildern auf Papier verwendet wird. Nach Übertragung auf das Substrat wird die Tinte dann durch Aussetzen des Bildes auf dem Substrat der Strahlung mit einer geeigneten Wellenlänge, hauptsächlich der Wellenlänge, bei der der Tinteninitiator Strahlung absorbiert, gehärtet. Dies initiiert die Härtungsreaktion der Tinte. Das Strahlungsaussetzen muss nicht lang sein und kann z.B. 0,05 bis 10 Sekunden, bevorzugter 0,2 bis 2 Sekunden, sein. Diese Aussetzungszeiten werden häufiger als Substratgeschwindigkeiten der Tinte während des Passierens unter einer UV-Lampe ausgedrückt. Zum Beispiel werden mit Mikrowellen gespeiste, dotierte Quecksilberlampen, erhältlich von UV Fusion (Gaithersburg, Md.), in eine elliptische Spiegelanordnung, die 10 cm breit ist, wobei mehrfache Einheiten in Reihe angeordnet sein können, angeordnet. Somit würde eine Bandgeschwindigkeit von 0,1 ms^–1 1 Sekunde für einen Punkt eines Bildes, um unter einer Einzeleinheit zu passieren, erfordern, während eine Bandgeschwindigkeit von 4,0 ms^–1 0,2 Sekunden erfordern würde, um unter vier Lampenanordnungen zu passieren. Die Strahlung zum Härten der polymerisierbaren Komponenten der Tinte wird vorzugsweise durch eine Vielzahl von möglichen Techniken bereitgestellt, einschließlich einer Xenonlampe, Laserlicht, D- oder H-Lampe, usw., jedoch nicht darauf begrenzt. Das Härtungslicht kann, falls erwünscht oder erforderlich, gefiltert sein. Die härtbaren Komponenten der Tinte reagieren, um gehärtetes oder vernetztes Netzwerk von geeigneter Härte zu bilden. Vorzugsweise ist das Härten im Wesentlichen vollständig bis vollständig, um vollständig, d.h. mindestens 75 % der härtbaren Komponenten sind gehärtet (umgesetzt oder vernetzt). Dies ermöglicht der Tinte, im Wesentlichen gehärtet zu werden, und dabei kratzbeständiger zu sein, und ebenfalls die Menge an Durchsichtigkeit auf dem Substrat hinreichend zu steuern.
Die Tinten können auch einem wahlweisen Erwärmungsverfahren unterliegen, um die Tinte in einer Bemühung zum weiteren Fortschritt des Härtens der Tinte zu behandeln. Dieses Verfahren kann in vorteilhafter Weise mit kationisch gehärteten Tinten verwendet werden.
In einer Ausführungsform wird anschließend an die Anordnung des Tintenbildes auf dem Endsubstrat entweder durch ein direktes Druckverfahren oder durch ein indirektes Druckverfahren, das so gebildete Bild einer Temperatur unterzogen, die hoch genug ist, um Thermohärten der Tinte zu ermöglichen, jedoch niedrig genug ist, um den Tintenfluss und/oder den thermischen Abbau von Tintenkomponenten zu beschränken. In einer speziellen Ausführungsform ist das Druckverfahren ein Direktdruckverfahren, wobei die Tröpfchen der härtbaren Tinten direkt von der Druckapparatur auf das Endsubstrat ausgestoßen werden, gefolgt von Wärmehärten des Bildes.
In Ausführungsformen ist die Tinte in einem Gelzustand in dem Temperaturbereich, der zur Überführung verwendet wird. Unter diesen Bedingungen kann das Tintenbild auf das fertige Aufnahmesubstrat bei einer niedrigen Stapelhöhe und minimaler Durchsichtigkeit geschmolzen bzw. aufgeschmolzen werden. In einer weiteren Ausführungsform ist die Tinte in einem Gelzustand in dem Temperaturbereich, der zum Schmelzen oder Nachschmelzen des Bildes verwendet wird. Der Schmelz- und/oder Anschmelzspielraum der erfindungsgemäßen Tinte ist, verglichen mit dem Spielraum von herkömmlichen, auf Wachs basierenden festen Tinten, stark erhöht, da Geltinten über einen breiteren Temperaturbereich, typischerweise bei allen Temperaturen unter der Temperatur, die als der Heruntergelpunkt definiert sind, und bei niedrigerem Druck, verglichen mit herkömmlichen, auf Wachs basierenden Tinten, umgeschmolzen bzw. aufgeschmolzen werden. Andererseits haben auf Wachs basierende Tinten einen scharfen Schmelzübergang, sodass sie niederviskose Flüssigkeiten ergeben, die tief in poröse Substrate, wie Papier, eindringen, was Bilder mit unakzeptabler Durchsehbarkeit erzeugt. Sie können bei Temperaturen weit oberhalb des Schmelzpunktes des Wachses nicht geschmolzen werden, und können hohe Anschmelzdrücke erfordern, um das Schmelzen des festen Wachses auf dem Papier zu unterstützen. Solche Drücke, obwohl sie bei den erfindungsgemäßen Tinten verwendet werden können, werden nicht benötigt, um robuste Bilder herzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Aufnahmesubstrat, auf dem die Tröpfchen der geschmolzenen Tinte in einem bildweisen Muster ausgestoßen werden, ob es das fertige Aufnahmesubstrat oder ein Zwischenübertragungselement ist, bei einer Temperatur gehalten, bei der die Tinte in dem Gelzustand vorliegt, d.h. bei einer Temperatur unterhalb des Beginns der Gelierung, beim Kühlen von der Schmelze oder dem flüssigen Zustand. Nach Kühlen, oder im Fall von einem indirekten Druckverfahren, Übertragung auf das Endsubstrat, wird das Netzwerk innerhalb des Tintenträgers geschmolzen.
Wenn ein indirektes Druckverfahren verwendet wird, kann das Zwischenübertragungselement durch jedes gewünschte oder geeignete Verfahren, wie durch örtliche Heizer, in oder nahe dem Zwischenübertragungselement oder dergleichen, erwärmt werden. Gegebenenfalls kann eine Schicht von Opferflüssigkeit auf das Zwischenübertragungselement vor dem Ausstoßen der Tröpfchen von geschmolzener Tinte auf das Zwischenübertragungselement aufgetragen werden, wodurch die geschmolzenen Tintentröpfchen auf die geopferte Flüssigkeitsschicht auf dem Zwi schenübertragungselement aufgetragen werden. Die Übertragung von dem Zwischenübertragungselement auf das fertige Aufzeichnungssubstrat kann jedes erwünschte oder geeignete Verfahren sein.
Die nachstehenden Beispieltinten wurden zum weiteren Erläutern der erfindungsgemäßen Ausführungsformen hergestellt.
BEISPIEL I
Geliermittel A (ein weißes Pulver) wird durch Zugabe von Methacrylat-funktionalisiertem Isocyanat zu (1R,2R)-trans-1,2-Diaminocyclohexan, wie von Esch J. V. et. al. in Chem. Eur. J. 1997, 3, 1238–1243; Gesser H. D. und Goswani, P. C. in Chem. Rev. 1989, 89, 765–788; und Lu X., et al. in Science 1992, 25, 971–972, synthetisiert. Die Eigenschaften von "A" werden von Maaike de Loos et al. in J. Am. Chem. Soc., 1997, 119, 12675–12676, berichtet.
Geliermittel A:
BEISPIEL II
Verbindung B, eine N-Acyl-1,ω-aminosäureverbindung, wurde wie nachstehend synthetisiert: 1,96 g (2 Äquiv.) Buttersäurechlorid (Aldrich) wurde in THF (Aldrich), etwa 75 ml, vermischt. Zu diesem gerührten Gemisch wurden 1,77 g (2,2 Äquiv.) Triethylamin (Aldrich) und 1,6 g (1 Äquiv.) 11-Aminodecansäure (Aldrich) gegeben. Das Reaktionsprodukt wurde dann zuerst mit Essigsäureethylester und 1 M HCl-Lösung und dann mit Essigsäureethylester und Wasser gewaschen. Das Gemisch wurde mit Magnesiumsulfat getrocknet und das Lösungsmittel durch Rotationsverdampfer entfernt. Das Produkt wurde schließlich unter Vakuum getrocknet, um 1,8 g (90 %) von Ver bindung B zu ergeben. Die Struktur wurde durch ¹H NMR verifiziert, der Schmelzpunkt 73°C wurde durch Differential-Scanning-Kalorimetrie erhalten.
Verbindung B:
BEISPIEL III
3,4-Epoxycyclohexancarboxylatester von 2-Hexadecyl-1-icosanol wurde, wie in der ebenfalls anhängigen Anmeldung Nr. ("Ink Jet Ink of Functionalized Waxes") Beispiel III beschrieben, hergestellt:
Zu einem 100 ml-Dreihalskolben, ausgestattet mit einem Argoneinlass, Rührstab und Destillationsapparatur, wurden 2-Hexadecyl-1-icosanol (5,02 g, 9,6 mMol, erhalten von Tornah Products, Inc.), 3,4-Epoxycyclohexancarbonsäuremethylester (ERL-4140, 4,81 g, 31 mMol, erhalten von Dow Chemical Company), 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO^TM, 0,56 g, 5,0 mMol, erhalten von Sigma-Aldrich) und Toluol (15 ml) gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde unter Rückfluss erhitzt, bis Methanol aufhörte, sich in dem Aufnahmekolben zu sammeln, und die Beendigung der Reaktion wurde durch ¹H NMR Spektroskopie bestätigt. Die Destillationsblase von der Destillation wurde mit Toluol (15 ml) verdünnt und mit Salzlösung (3 × 15 ml) gewaschen. Die organische Schicht wurde abgetrennt, über MgSO₄ getrocknet und filtriert. Das Lösungsmittel wurde im Vakuum entfernt. Der überschüssige 3,4-Epoxycyclohexancarbonsäuremethylester wurde durch Kugelrohr-Destillation unter vermindertem Vakuum entfernt, um 5,45 g (88 %) eines klebrigen, wachsartig weißen Feststoffs von 3,4-Epoxycyclohexancarboxylatester von 2-Hexadecyl-1-icosanol zu ergeben. ¹H NMR (CDCl₃, δ): 4,00 (dd, J = 5,6, 2,2 Hz, 2 H), 3,26-3,18 (m, 2 H), 2,60-2,45 (m, 1 H), 2,33-1,22 (m, 71 H), 0,90 (t, J = 6,7 Hz, 6 H).
BEISPIEL IV
Eine härtbare Tintenformulierung wird wie nachstehend hergestellt:
Geliermittel A (4,5 Gewichtsprozent der fertigen Tinte) wird in einem Gemisch, das bei etwa 85°C gehalten wird, das aus Acrylsäureisodecylester (Sartomer SR395) (34 Gewichtsprozent), Pentaerythrittetraacrylat (Sartomer SR494) (3 Gewichtsprozent) und dipropoxyliertem Neopentylglycoldiacrylat (Sartomer SR9003) (23,5 Gewichtsprozent), einem Thermolösemittel von 1,12-Dodecandiol (Fp. = 81–84°C) (30 Gewichtsprozent), einem Färbemittel von Solvent Blue 37 (Keystone Aniline Corp.) (2 Gewichtsprozent der fertigen Tinte), und einem Initiator von Irgacure 369 (Ciba) (1,0 Gewichtsprozent) und Irgacure 907 (Ciba) (2,0 Gewichtsprozent) zusammengesetzt ist, gelöst.
Die erhaltene Tinte wird durch eine erhitzte MOTT⁽ ^R ⁾ Apparatur (erhalten von Mott Metallurgical), unter Verwendung von Filterpapier #3 von Whatman und einem Druck von etwa 15 pounds per square inch, filtriert. Es wird angenommen, dass die filtrierte Tinte eine Viskosität von etwa 8 bis 13 cP bei einer Ausstoßtemperatur von etwa 85°C aufweist.
BEISPIEL V
Eine härtbare Tintenformulierung wird wie nachstehend hergestellt:
Geliermittel A (4 Gewichtsprozent der fertigen Tinte) wird in einem Gemisch, das bei etwa 85°C gehalten wird, das aus alkoxyliertem Tetrahydrofurfurylacrylat (Sartomer CD611) (28 Gewichtsprozent), Acrylsäureisodecylester (Sartomer SR395) (24 Gewichtsprozent) und trifunktionellem Polyetheracrylat (Laromer PO 43 F, BASF) (7 Gewichtsprozent), einem Thermolösungsmittel von 1,10-Decandiol (Fp. = 72°C) (30 Gewichtsprozent), einem Färbemittel von polymerem Dispersionsmittel, modifiziertem Pigment Blue 15 : 4 (Sun Chemicals) (4 Gewichtsprozent) und zwei Initiatoren von Irgacure 369 (Ciba) (1,0 Gewichtsprozent) und Irgacure 907 (Ciba) (2,0 Gewichtsprozent) zusammengesetzt ist, gelöst.
Die erhaltene Tinte wird durch eine erhitzte MOTT⁽ ^R ⁾ Apparatur (erhalten von Mott Metallurgical), unter Verwendung von Filterpapier #3 von Whatman und einem Druck von etwa 15 pounds per square inch, filtriert. Es wird angenommen, dass die filtrierte Tinte eine Viskosität von etwa 8 bis 13 cP bei einer Ausstoßtemperatur von etwa 85°C aufweist.
BEISPIEL VI
Eine härtbare Tintenformulierung wird wie nachstehend hergestellt: Geliermittel A (2 Gewichtsprozent der fertigen Tinte) und Verbindung B von Beispiel II (2 Gewichtsprozent der fertigen Tinte) werden in einem Gemisch, das bei etwa 85°C gehalten wird, das aus alkoxyliertem Tetrahydrofurfurylacrylat (Sartomer CD611) (28 Gewichtsprozent), Acrylsäureisodecylester (Sartomer SR395) (24 Gewichtsprozent) und trifunktionellem Polyetheracrylat (Laromer PO 43 F, BASF) (7 Gewichtsprozent), einem thermischen Lösungsmittel von 1,10-Decandiol (Fp. = 72°C) (30 Gewichtsprozent), einem Färbemittel von polymerem Dispersionsmittel, modifiziertem Pigment Blue 15:4 (Sun Chemicals) (4 Gewichtsprozent), und zwei Initiatoren von Irgacure 369 (Ciba) (1,0 Gewichtsprozent) und Irgacure 907 (Ciba) (2,0 Gewichtsprozent) zusammengesetzt ist, gelöst.
Die erhaltene Tinte wird durch eine erhitzte MOTT⁽ ^R ⁾ Apparatur (erhalten von Mott Metallurgical), unter Verwendung von Filterpapier #3 von Whatman und einem Druck von etwa 15 pounds per square inch, filtriert. Es wird angenommen, dass die filtrierte Tinte eine Viskosität von etwa 8 bis 13 cP bei einer Ausstoßtemperatur von etwa 85°C aufweist.
BEISPIEL VII
Eine kationisch härtbare Tintenformulierung wird wie nachstehend hergestellt: 3,4-Epoxycyclohexancarboxylatester von 2-Hexadecyl-1-icosanol, wie Beispiel III (1,5 Gewichtsprozent der gesamten Tinte), und Verbindung B von Beispiel II (2,5 Gewichtsprozent der fertigen Tinte) werden in einem Gemisch von Bis-(3,4-epoxycyclohexylmethyl)adipat (Dow UVR-6128) (28 Gewichtsprozent) und epoxidiertem Propylenglycoldioleat(Atofina Vikoflex 5075) (33,5 Gewichtsprozent), einem Thermolösungsmittel von 1,10-Decandiol (Fp. = 72°C) (30 Gewichtsprozent), einem Färbemittel von Solvent Blue 37 (Keystone Aniline Corp.) (2 Gewichtsprozent) und einem Initiator von Arylsulfoniumhexafluorophosphatsalz (Dow UVI-6992) (2,5 Gewichtsprozent) gelöst.
Die erhaltene Tinte wird durch eine erwärmte MOTT⁽ ^R ⁾ Apparatur (erhalten von Mott Metallurgical), unter Verwendung von Filterpapier #3 von Whatman und einem Druck von etwa 15 pounds per square inch, filtriert. Es wird angenommen, dass die filtrierte Tinte eine Viskosität von etwa 8 bis 13 cP bei einer Ausstoßtemperatur von etwa 85°C aufweist.
BEISPIEL VIII
Eine härtbare Tintenformulierung wird wie nachstehend hergestellt: Geliermittel (4 Gewichtsprozent):
wird in einem Gemisch von Bis-(3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat) (Dow UVR-6110) (34 Gewichtsprozent), Triethylenglycoldivinylether (DVE-3 BASF) (18 Gewichtsprozent) und 1-(Ethenyloxy)-dodecylalkohol (DDVE, ISP) (8 Gewichtsprozent), einem Thermolösungsmittel von 1,10-Decandiol (Fp. = 72°C) (30 Gewichtsprozent), einem Färbemittel von Solvent Blue 37 (Keystone Aniline Corp.) (2 Gewichtsprozent) und einem Initiator von Arylsulfoniumhexafluorophosphatsalz (Dow UVI-6992) (2,5 Gewichtsprozent) gelöst.
Die erhaltene Tinte wird durch eine erwärmte MOTT⁽ ^R ⁾ Apparatur (erhalten von Mott Metallurgical) unter Verwendung von Filterpapier #3 von Whatman und einem Druck von etwa 15 pounds per square inch filtriert. Es wird angenommen, dass die filtrierte Tinte eine Viskosität von etwa 8 bis 13 cP bei einer Ausstoßtemperatur von etwa 85°C aufweist.
BEISPIEL IX
Eine härtbare Tintenformulierung wird wie nachstehend hergestellt: Geliermittel A (4,5 Gewichtsprozent der fertigen Tinte) wird in einem Gemisch, das bei etwa 55°C gehalten wird, das aus Acrylsäureisodecylester (Sartomer SR395) (44 Gewichtsprozent), Ebycryl 812 (ein Polyesteracrylatoligomer, erhältlich von UCB Chemical Corp, Smyrna, GA) (20 Gewichtsprozent), Pentaerythrittetraacrylat (Sartomer SR494) (3 Gewichtsprozent) und dipropoxyliertem Neopentylglycoldiacrylat (Sartomer SR9003) (23,5 Gewichtsprozent), einem Färbemittel von Solvent Blue 37 (Keystone Aniline Corp.) (2 Gewichtsprozent von fertiger Tinte) und Initiatoren von Irgacure 369 (Ciba) (1,0 Gewichtsprozent) und Irgacure 907 (Ciba) (2,0 Gewichtsprozent) zusammengesetzt ist, gelöst.
Die erhaltene Tinte wird durch eine erwärmte MOTT⁽ ^R ⁾ Apparatur (erhalten von Mott Metallurgical), unter Verwendung von Filterpapier #3 von Whatman und einem Druck von etwa 15 pounds per square inch filtriert. Es wird angenommen, dass die filtrierte Tinte eine Viskosität von etwa 8 bis 13 cP bei einer Ausstoßtemperatur von etwa 85°C aufweist.

Claims

Tinte, umfassend ein Tintenbindemittel, welches mindestens ein vernetzbares Monomer, mindestens ein polymerisierbares organisches Geliermittel, mindestens einen Fotoinitiator und mindestens ein Färbemittel beinhaltet, worin das polymerisierbare organische Geliermittel ausgewählt ist aus funktionellen N-Acyl-1,ω-Aminosäurederivate, di-funktionellen(1R,2R)-trans-1,2-Bis(ureido)cyclohexanderivaten oder di-funktionellen ortho-Bis(ureido)benzolderivaten.
Tinte gemäß Anspruch 1, worin die Tinte einen Gelzustand mit einer Viskosität von mindestens 10^2,5 cps bildet.
Tinte gemäß Anspruch 2, worin der Gelzustand bei Temperaturen zwischen ungefähr 30°C bis ungefähr 50°C gebildet wird.
Tinte gemäß Anspruch 1, worin die Tinte ein Elastizitätsmodul von mindestens ungefähr 10³ Dyn/cm im Temperaturbereich von 30°C bis 50°C hat.
Tinte gemäß Anspruch 1, worin die Tinte eine Viskosität von ungefähr 5 bis ungefähr 20 cps bei Temperaturen von ungefähr 50°C bis ungefähr 90°C hat.
Tinte gemäß Anspruch 1, worin die Tinte eine Viskosität von ungefähr 8 bis ungefähr 13 cps bei Temperaturen von ungefähr 50°C bis ungefähr 90°C hat.
Tinte gemäß Anspruch 1, worin das polymerisierbare organische Geliermittel ausgewählt ist aus
Verfahren zur Bildung eines Bildes umfassend Erwärmen einer Tinte auf eine erste Temperatur, wobei die Tinte die Tinte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ist, und wobei die erste Temperatur über dem Gelierungspunkt der Tinte ist; Ausstoßen der erwärmten Tinte auf die Oberfläche eines Zwischentransferelements, worin die Zwischentransferelementoberfläche bei einer zweiten Temperatur gehalten wird, bei welcher die Tinte einen Gelzustand bildet; anschließend Übertragen der Tinte von der Zwischenübertragungselementoberfläche auf ein Bildaufnahmesubstrat; und Aussetzen der Tinte auf dem Bildaufnahmesubstrat an Strahlungsenergie, um die Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte zu initiieren.
Verfahren zur Bildung eines Bildes, umfassend Erwärmen einer Tinte auf eine erste Temperatur, wobei die Tinte die Tinte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ist, und wobei die erste Temperatur über dem Gelierungspunkt der Tinte ist; Ausstoßen der erwärmten Tinte direkt auf ein Bildaufnahmesubstrat, in welchem mindestens die Oberfläche bei einer zweiten Temperatur gehalten wird, bei welcher die Tinte einen Gelzustand bildet; und Aussetzen der Tinte auf dem Bildaufnahmesubstrat an Strahlungsenergie, um die Polymerisation der polymerisierbaren Komponenten der Tinte zu initiieren.