DE60208501T2

DE60208501T2 - Tintenset auf der Basis von Farbstoffen für Tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE60208501T2
Application number: DE60208501T
Authority: DE
Inventors: Raymond J. Corvallis Adamic; Mary E. Corvallis Austin; Hiang P. Corvallis Lauw; Dennis P. Oceanside Parazak; Zia Corvallis Rehman
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: EP1254932A3; JP2002371215A; JP4071035B2; HK1047445A1; EP1254932B1; DE60208501D1; US20030015120A1; HK1047445B; EP1254932A2; US6540821B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Tintenstrahldrucken und insbesondere auf einen spezifischen Tintensatz, der geeignet zur Verwendung bei einem außeraxialen Druckersystem ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Tintenstrahldrucken ist ein anschlagfreier Druckvorgang, bei dem Tintentröpfchen in einer bestimmten Reihenfolge auf ein Druckmedium aufgebracht werden, um alphanumerische Zeichen, Flächenausfüllungen und andere Muster auf demselben zu bilden. Geringe Kosten und eine hohe Qualität der Druckkopieausgabe, kombiniert mit einem relativ rauschfreien Betrieb, haben Tintenstrahldrucker zu einer populären Alternative zu anderen Typen von Druckern, die mit Computern verwendet werden, gemacht. Ein bestimmter Typ Tintenstrahldrucker, der als ein Außeraxialdrucker bekannt ist, umfasst eine austauschbare Druckkassette. Eine Fluidzwischenverbindung an der Druckkassette verbindet dieselbe mit einem separaten Tintenvorrat, der sich innerhalb des Druckers befindet.
Der anschlagfreie Druckvorgang des Tintenstrahldruckens beinhaltet den Ausstoß feiner Tintentröpfchen auf ein Druckmedium, wie zum Beispiel Papier, Transparenzfilm oder Textilien, ansprechend auf elektrische Signale, die durch einen Mikroprozessor erzeugt werden. Es gibt zwei grundlegende Mittel, die gegenwärtig zum Erzielen eines Tintentröpfchenausstoßes beim Tintenstrahldrucken verfügbar sind: thermisch und piezoelektrisch. Beim thermischen Tintenstrahldrucken wird die Energie für einen Tropfenausstoß durch elektrisch erwärmte Widerstandselemente erzeugt, die sich ansprechend auf elektrische Signale von einem Mikroprozessor schnell erwärmen, um eine Dampfblase zu erzeugen, was zu dem Ausstoß von Tinte durch Düsen, die den Widerstandselementen zugeordnet sind, führt. Beim piezoelektrischen Tintenstrahldrucken werden die Tintentröpfchen auf Grund der Schwingungen piezoelektrischer Kristalle, wieder ansprechend auf elektrische Signale, die durch den Mikroprozessor erzeugt werden, ausgestoßen.
Kommerziell verfügbare Außeraxial-Tintenstrahldrucker, wie zum Beispiel ein DeskJet@2200-Drucker, erhältlich bei der Hewlett-Packard Company, verwenden Tinten unterschiedlicher Farbtöne, nämlich Magenta, Gelb und Cyan und optional Schwarz. Der bestimmte Satz von Farbmitteln, zum Beispiel Farbstoffen, die zur Herstellung der Tinten verwendet werden, wird ein „Primärfarbstoffsatz" genannt. Ein Spektrum von Farben, zum Beispiel Sekundärfarben, kann unter Verwendung unterschiedlicher Kombinationen des Primärfarbstoffsatzes erzeugt werden.
Eine bestimmte wahrgenommene Farbe kann unter Verwendung eines beliebigen der Farbräume beschrieben werden, wie in der Technik gut bekannt ist. In dem CIELAB-Farbraum zum Beispiel ist eine Farbe unter Verwendung von drei Ausdrücken, L*, a* und b* definiert. L* definiert die Helligkeit einer Farbe und variiert von Null (Schwarz) bis 100 (Weiß). Die Ausdrücke a* und b* definieren zusammen die Farbton- und Farbintensitätscharakteristik einer bestimmten Farbe. Der Ausdruck a* variiert von einer mehr negativen Zahl, Grün, zu einer mehr positiven Zahl, Rot. Der Ausdruck b* variiert von einer mehr negativen Zahl, Blau, zu einer mehr positiven Zahl, Gelb.
Zur Bestimmung der Konzentration oder Menge einer bestimmten Substanz (zum Beispiel eines Farbstoffs) in einer Lösung wird die Absorbanz häufig von Chemikern verwendet. Viele Moleküle und Ionen weisen die Fähigkeit auf, sichtbares Licht zu absorbieren. Wenn diese Ionen oder Moleküle in Lösung vorliegen, ist die Menge absorbierten Lichts direkt auf die Anzahl von Molekülen in der Lösung bezogen. Jedes Ion oder Molekül weist charakteristische Absorptionsspektren auf, wobei die verschiedenen Wellenlängen des Lichts, die in sichtbarem „weißem" Licht vorliegen, unterschiedlich absorbiert werden. Es ist in den meisten Fällen wünschenswert, die Absorbanz zu messen, wo die Absorbanz am stärksten ist (Lambda_max) oder am empfindlichsten. Absorbanzwerte können gemäß dem Beerschen Gesetz berechnet werden:
Absorbanz = Ebc, wobei

a. E gleich einem molaren Absorptionskoeffizienten ist, der eine intrinsische Eigenschaft des Moleküls ist
b. b gleich der Pfadlänge, die das Licht zurücklegen muss, ist
c. c gleich der Lösungskonzentration ist

Der resultierende Absorbanzwert kann dann angewendet werden, um die Konzentration von Molekülen zu bestimmen. In dem Fall von Farbstoffen wird die Absorbanz als das Maß einer Konzentration oder Menge vorhandener Farbstoffmoleküle genommen, so wie das Gewicht verwendet werden würde, wenn ein trockenes Material verwendet würde. Bei der Herstellung von Tinten unter Verwendung von Farbstoffen ist es auf Grund der Kosten, die einem Trocknen von Färbemitteln für den einzigen Zweck eines Messens derselben nach Trockengewicht und einem erneuten Lösen derselben zugeordnet sind, wünschenswert, eine Absorbanz zu verwenden. Es gibt Gesundheitsgefahren, die einem Handhaben eines getrockneten Farbstoff zugeordnet sind, die es erforderlich machen, dass teure Sicherheitsprozeduren implementiert werden, und oft ist der rohe Farbstoff von dem Hersteller nicht 100 % rein, was weitere Probleme erzeugt. Wenn mit einem Färbemittel gearbeitet wird, der nicht 100 % rein ist, ist das Trockengewicht des Farbstoffs tatsächlich irreführend, da ein bestimmtes Trockengewicht des Farbstoffs eine variable Anzahl oder Konzentration von Farbstoffmolekülen, abhängig von der Reinheit, beinhalten könnte, die das Funktionselement in der Tinte sind. Durch ein Verwenden der Absorbanz als ein Maß einer Farbstoffkonzentration wird die genaue reproduzierbare Herstellung von Tinten unter Verwendung von Farbstoffen sichergestellt.
Allgemein muss ein erfolgreicher Tintensatz für ein Farbtintenstrahldrucken die folgenden Eigenschaften aufweisen: gute Verkrustungsbeständigkeit, gute Stabilität, die richtige Viskosität, die richtige Oberflächenspannung, eine gute Farb-Zu-Farb-Zerfließlinderung, eine schnelle Trockenzeit, eine Verbrauchersicherheit und ein geringes Durchschlagen. Wenn die Tinte in einem thermischen Tintenstrahlsystem platziert ist, muss dieselbe auch kogationsbeständig sein.
Zusätzlich muss der Tintensatz in der Lage sein, gedruckte Bilder bereitzustellen, die gute Farbcharakteristika aufweisen, wie zum Beispiel einen korrekten Farbton und eine hohe Farbintensität. Während eine Bildung von Farben auf bloßem Papier erforderlich ist, ist es auch notwendig, dass der Tintensatz auf anderen Druckmedien nützlich ist, wie zum Beispiel Transparenzfilm, beschichtetem Papier und Photopapier. Eine weitere Anforderung für den Tintensatz besteht darin, eine Druckkopieausgabe bereitzustellen, die lichtecht ist, wobei so die Integrität der ursprünglichen Farbinformationen bewahrt wird.
Während einige dieser Bedingungen durch einen Tintenträgermittelentwurf unter Umständen erfüllt werden, müssen andere Bedingungen durch die geeignete Auswahl und Kombination der Farbmittel erfüllt werden. Die Auswahl der Farbmittel wird besonders wichtig, wenn auf Grund anderer Systemanforderungen, wie zum Beispiel dem Farb-Zu-Farb-Zerfließsteuermechanismus, zusätzlich Einschränkungen für die Auswahl der Farbmittel bestehen.
Unabhängig davon, ob eine Tinte auf Farbstoffbasis oder auf Pigmentbasis ist, sehen sich Tintenstrahltinten häufig der Herausforderung einer Farb-Zu-Farb- oder Schwarz-Zu-Farb-Zerfließsteuerung gegenüber. Der Ausdruck „Zerfließen", wie er hierin verwendet wird, ist als das Eindringen einer Farbe in eine andere definiert, sobald die Tinte auf dem Druckmedium aufgebracht ist, wie sich durch eine ausgefranste Grenze einer gemischten Farbe zwischen denselben zeigt. Ein Zerfließen tritt auf, wenn sich Farben sowohl auf der Oberfläche des Papiersubstrats als auch innerhalb des Substrats selbst mischen. Das Auftreten eines Zerfließens ist zwischen einer schwarzen Tinte und einer benachbart gedruckten Farbtinte besonders problematisch, da dies umso sichtbarer ist. So muss ein Zerfließen, um eine gute Druckqualität zu erzielen, wesentlich reduziert oder beseitigt werden, derart, dass Grenzen zwischen Farben sauber und frei von dem Eindringen einer Farbe in die andere sind.
Viele Vorschläge werden gemacht, um qualitativ hochwertige Tintenzusammensetzungen zum Tintenstrahldrucken zu erhalten, die versuchen, die oben erwähnten Charakteristika zu erfüllen. Obwohl verschiedene Tinten bekannt sind, die eine oder mehrere der vorstehenden Eigenschaften besitzen, besitzen wenige Tinten all diese Eigenschaften, da eine Verbesserung bei einer Eigenschaft oft zu der Verschlechterung einer anderen Eigenschaft führt. Um zum Beispiel ein verbessertes Farbreproduktionsverhalten zu erhalten, offenbart das US-Patent 5,143,547 die Kombination von C.I. Acid Yellow 23, C.I. Direct Red 227 und C.I. Acid Blue 9; während das US-Patent 5,145,519 die Kombination von C.I. Direct Yellow 86, C.I. Acid Red 52 und C.I. Acid Blue 9 offenbart. Diese Sätze von Tintenzusammensetzungen jedoch besitzen eine Anzahl von Nachteilen. C.I. Yellow 23 zur Verwendung in der in dem US-Patent 5,143,547 offenbarten Zusammensetzung einer gelben Tinte zum Beispiel weist eine schlechte Lichtbeständigkeit auf.
Ein unterschiedlicher Ansatz, der zum Steuern eines Zerfließens zwischen den gedruckten Bildern verwendet wird, wie in dem US-Patent Nr. 5,428,383 offenbart ist, besteht darin, eine erste Tintenzusammensetzung, die ein erstes Farbmittel aufweist, und eine zweite Tintenzusammensetzung, die ein zweites Farbmittel und ein Ausfällmittel (zum Beispiel anorganische Salze) aufweist, die mit dem ersten Farbmittel in der ersten Tintenzusammensetzung reagieren, so dass auf einen Kontakt der ersten Tinte und der zweiten Tinte auf dem Druckmedium hin eine Ausfällung gebildet wird, bereitzustellen, wobei so ein Farbzerfließen zwischen der ersten Tintenzusammensetzung und der zweiten Tintenzusammensetzung verhindert wird.
Ähnlich stellen viele kommerziell verwendete Tinten einen Kompromiss bei einem Versuch dar, eine Tinte zu erzielen, die zumindest ein angemessenes Ansprechen bei jeder der zuvor genannten Charakteristika zeigt. Eine Anzahl von Tinten und Tintensätzen zum Beispiel leidet unter einem Schwarz-Zu-Farb-Zerfließen, was deren Verwendung für eine Anzahl farbintensiver Druckanwendungen weniger wünschenswert oder unmöglich macht. Ähnlich leiden viele der bekannten Tinten und Tintensätze an einer schlechten Lichtechtheit und einer Feuchtfarbton-Verschiebung oder einem -Zerfließen auf speziellen Medien. Weitere Probleme sind anzutreffen, wenn versucht wird, diese bekannten Tinten und Tintensätze in Außeraxial-Drucksystemen auf Reservoirbasis zu verwenden. Angesichts des Vorstehenden besteht in der Industrie ein Bedarf nach Tinten, die in sowohl faser- als auch schaumbasierten Außeraxial-Systemen gut funktionieren, wie auch in Stiften/Kassetten ohne ein Faser- oder Schaummaterial, und für Tintenformulierungen, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, und die eine Eigenschaft nicht auf Kosten der anderen, wie zum Beispiel Bildqualität, Lichtechtheit, Architektur, Verhalten und Zuverlässigkeit, verbessern. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Schwarz-Zu-Gelb-(K/G-)Zerfließen für ein schnelleres Drucken auf bloßes Papier, ohne Feuchtfarbton-Verschiebung o der -Zerfließen für Magenta-Tinten auf speziellen Medien, einer guten Farbintensität und Lichtechtheit auf bloßem Papier und/oder Kompatibilität von Tinten mit einem neuen Reservoirmaterial in einem Tintenvorrat (zum Beispiel wie in Außeraxial-Systemkassetten zu sehen).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Farbtintensätze, die geeignet zur Verwendung in Tintenstrahldruckern sind, werden bereitgestellt. Gemäß der Erfindung wird ein Satz Farbtinten zur Verwendung in Druckersystemen bereitgestellt und formuliert, um ein verbessertes Verhalten auf bloßem Papier und speziellen Medien bereitzustellen, während gute Druckcharakteristika beibehalten werden. Die Tinten und Tintensätze der vorliegenden Erfindung zeigen ein hervorragendes Farbverhalten und eine hervorragende Lichtechtheit über einen Bereich von Medien, eine robuste K/G-Zerfließbeständigkeit auf bloßem Papier bei schnellen Druckgeschwindigkeiten, sowie eine hervorragende Druckbarkeit und Zuverlässigkeit. Ferner ermöglicht der Tintensatz eine gute Zuverlässigkeit in einer Umgebung, die eine relativ hohe Konzentration von Ausfällmitteln aufweist. Diese Zuverlässigkeit erlaubt die Verwendung von Ausfäll-Zerfließsteuermechanismen. Die Tinten und Tintensätze der vorliegenden Erfindung funktionieren auch gleichermaßen gut in einem System auf Synthetikfaserbasis oder Schaumbasis (zum Beispiel Polyurethanschaum) oder einem faserlosen (schaumlosen) System.
Insbesondere ist ein spezifischer Farbstoffsatz zum Formulieren von gelber, magentafarbiger und cyanfarbiger Tinte offenbart, wobei ein Gelb-Farbstoff eine Mischung aus Acid Yellow 23 (AY23) und Direct Yellow 132 (DY132) aufweist, ein Cyan-Farbstoff eine Mischung aus Acid Blue 9 (AB9) aufweist und eine Cyan-Farbstoff-Verbindung folgende Formel aufweist: -(SO₃H)_2,7 CuPc -(SO₂NH₂)_0,5 -(SO₂NH(C₂H₄OH)_0,8 wobei Pc einen Phthalocyanin-Nukleus darstellt (wie in der Patentanmeldung Nr. WO 99/67334 offenbart ist, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist); und ein Magenta-Farbstoff eine Magenta-Farbstoff-Verbindung mit der folgenden Formel aufweist:
wobei Q ein Kation ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebene Erfindung richtet sich auf einen spezifischen Tintensatz zum Drucken von Tintenstrahlbildern unter Verwendung kommerziell verfügbarer Tintenstrahldrucker, wie zum Beispiel DESKJET@@-Druckern, und insbesondere Außeraxial-Tintenstrahldruckern, wie zum Beispiel dem DESKJET 2200^®-Drucker, hergestellt durch die Hewlett-Packard Company aus Palo Alto, Kalifornien. Der Tintensatz ermöglicht es, dass ein Tintenstrahlfarbdrucker qualitativ hochwertige Farbbilder erzeugen kann, die ein hervorragendes Farbverhalten und eine hervorragende Lichtechtheit auf einem Bereich von Medien aufweisen, insbesondere auf bloßem Papier. Ferner ermöglicht der Tintensatz eine gute Zuverlässigkeit, wie zum Beispiel Tintenstabilität, und Entde ckelung und Rückgewinnung (zum Beispiel Verkrustung) in einer Vielzahl von Umgebungen.
Die vorliegenden Zusammensetzungen wässriger gelber, magentafarbiger und cyanfarbiger Tinte weisen jeweils in einer allgemeinen Form etwa 0,05 bis etwa 20 Gew.-% zumindest eines Farbstoffs und ein Trägermittel auf, das die folgenden Komponenten aufweist (in Gew.-% der Gesamttintenzusammensetzung): etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% zumindest eines organischen Lösungsmittels; 0 bis etwa 5 Gew.-% zumindest einer Komponente, die unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus oberflächenaktiven Mitteln, Puffern, Ausfällmitteln und Bioziden besteht. Alle Konzentrationen hierin sind in Gewichtsprozent einer Gesamttintenzusammensetzung, es sei denn, dies ist anderweitig angezeigt. Die Reinheit aller Komponenten ist diejenige, die bei einer normalen kommerziellen Praxis für Tintenstrahltinten eingesetzt wird. Bei der Praxis der Erfindung kann jede Tintenfarbe, nämlich Gelb, Magenta und Cyan, mehr als eine Farbstoffladung aufweisen. Dies bedeutet, dass es einen oder mehrere für jede Tintenfarbe gefüllte Tintenstrahltintenvorräte geben kann, wobei jeder Vorrat eine unterschiedliche Farbstoffladung oder einen unterschiedlichen Farbstoff aufweist. Wie der Ausdruck „Tinte" hierin verwendet wird, bezieht er sich auf die Tinten der vorliegenden Erfindung.
FARBMITTEL
Beim Auswählen der Farbmittel für den Tintensatz der vorliegenden Erfindung wurden die folgenden Faktoren berücksichtigt: reduzierte oder keine Feuchtfarbtonverschiebung; gutes Farbverhalten, insbesondere auf bloßem Papier; gute Lichtechtheit; gute Schwarz-Zu-Farb-Zerfließbeständigkeit; hervorragende Druckbarkeit und Lesbarkeit; und Kompatibilität der Tinten mit Reservoirmaterialien auf Faserbasis in dem Tintenvorrat. Von besonderer Bedeutung bei der vorliegenden Erfindung war die Auswahl geeigneter Farbmittel, die in der Lage sind, die zuvor genannten Charakteristika in einem Außeraxialdrucker auf Reservoirbasis bereitzustellen, sowie diese Attribute in einem Drucker oder Stift bereitzustellen, dem ein derartiges Fasermaterial fehlt.
Um die oben erwähnten Ziele zu erreichen, sollten die Farbstoffe oder Farbmittel, die für den vorliegenden Tintensatz ausgewählt sind, eine gute Kompatibilität (zum Beispiel stabil in dem Tintenträgermittel) in verschiedenen Umgebungen zeigen. Die ausgewählten Farbmittel zum Beispiel sollten eine geringe, falls überhaupt, signifikante Reaktivität mit Ausfällmitteln zeigen, wenn diese beiden Materialien (d.h. Farbmittel und Ausfällmittel) in der gleichen Tinte formuliert sind, und sollten löslich bleiben, wenn sie mit einem Ausfällmittel formuliert sind. Anders ausgedrückt sollten die Farbstoffe eine ausreichende Löslichkeit in dem Tintenträgermittel aufweisen, so dass dieselben keine unerwünschten Pegel einer Ausfällung durch die Ausfällmittel oder durch eine Reaktion mit anderen Komponenten in der Tinte bilden. Zusätzlich sollten die Farbstoffe nicht mit dem Ausfällmittel reagieren, um unerwünschte Pegel von Verbindungen zu bilden, die entweder unmittelbar oder über die Zeit aus der Lösung ausfallen. Die Farbstoffe sollten zum Beispiel keine unlöslichen Komplexe oder Salze bilden, die eine Tendenz aufweisen, Aggregate zu bilden, die über die Zeit in dem Tintenträgermittel eine verminderte Löslichkeit mit derartigen Pegeln aufweisen, dass das erwünschte Verhalten des Drucksystems gestört wird.
Die ausgewählten Farbmittel müssen auch auf einem breiten Bereich von Medien, insbesondere speziellem Papier, eine gute Lichtechtheit zeigen. Es ist auch wichtig, dass die Farbmittel stark chromatische gedruckte Bilder erzeugen, die den geeigneten Farbton aufweisen, insbesondere auf bloßem Papier.
Es hat sich herausgestellt, dass viele der Farbstoffe, die die ersten beiden Anforderungen erfüllten, nämlich gute Löslichkeit und Lichtechtheit, gedruckte Bilder erzeugten, die (1) von den idealen Farbtonwinkelzielen auf bloßem Papier abwichen und/oder (2) eine geringe Farbintensität auf bloßem Papier hatten.
Der Farbstoffsatz der vorliegenden Erfindung liefert eine gute Farbpalette auf bloßem Papier; eine gute Lichtechtheit; ein verbessertes WG-Zerfließen, eine gute pH-Stabilität und ein gutes Druckverhalten. Der Tintensatz der vorliegenden Erfindung weist folgende Merkmale auf:
eine gelbe Tinte, die eine Mischung aus Acid Yellow 23 (AY23) und Direct Yellow 132 (DY132) aufweist;
eine cyanfarbige Tinte, die eine Mischung aus Acid Blue 9 (AB9) und einer Cyan-Farbstoff-Verbindung mit der folgenden Formel aufweist: -(SO₃H)_2,7 CuPc -(SO₂NH₂)_0,5 -(SO₂NH(C₂H₄OH)_0,8 wobei Pc einen Phthalocyanin-Nukleus darstellt; und
eine magentafarbige Tinte, die einen Magenta-Farbstoff mit der folgenden Formel aufweist:
wobei Q ein Kation ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist Q unabhängig aus der Gruppe von Kationen ausgewählt, die aus einem Ammonium-, substituierten Ammonium-, Natrium-, Lithium-, Kalium- und einem Tetramethylammonium-Ion besteht.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen von etwa 0,05 bis etwa 20 % Farbstoff; vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 8 %; und noch bevorzugter von etwa 0,5 bis etwa 5 % nach Gewicht, basierend auf dem Gesamtgewicht der Tinte, basierend auf der Natriumform der Farbstoffe auf. Es wird darauf verwiesen, dass die tatsächliche Salzform des Farbstoffs, die in der Tinte verwendet wird, unterschiedlich sein könnte (zum Beispiel könnte der Farbstoff in der TMA-Form vorliegen). Die Farbstoffe könnten in ihrer Salzform vorliegen, wie zum Beispiel ein Alkali-Metall (Na, K oder Li) oder Quartär-Ammonium. Einige dieser Salzformen, wie zum Beispiel Na, sind kommerziell erhältlich. Andere Salzformen können unter Verwendung bekannter Techniken hergestellt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Tinten der vorliegenden Erfindung folgende Merkmale auf: zumindest eine gelbe Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,242 bis etwa 0,620 bei einer Lambda_max von 404 bis 412 und bei einer 1:5.000-Verdünnung in Wasser; zumindest eine cyanfarbige Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,08 bis etwa 1,55 bei einer Lambda_max von 624 bis 632 und bei einer 1:5.000-Verdünnung in Wasser; zumindest eine magentafarbige Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,020 bis etwa 0,807 bei einer Lambda_max von 540 bis 550 und bei einer 1:10.000-Verdünnung in Wasser, wobei die Tinten so sind, wie im Anspruch 1 definiert ist. Bei einem stärker bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Tinten der vorliegenden Erfindung folgende Merkmale auf: zumindest eine gelbe Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,299 bis etwa 0,451 bei einer Lambda_max von 404 bis 412 und bei einer 1:5.000-Verdünnung in Wasser; zu mindest eine cyanfarbige Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0, 16 bis etwa 0, 80 bei einer Lambda_max von 624 bis 632 und bei einer 1:5.000-Verdünnung in Wasser; zumindest eine magentafarbige Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,061 bis etwa 0,404 bei einer Lambda_max von 540 bis 550 und bei einer 1:10.000-Verdünnung in Wasser. Bei einem am stärksten bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Tinten der vorliegenden Erfindung folgende Merkmale auf: zumindest eine gelbe Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,348 bis etwa 0,404 bei einer Lambda_max von 404 bis 412 und bei einer 1:5.000-Verdünnung in Wasser; zumindest eine cyanfarbige Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,335 bis etwa 0,400 bei einer Lambda_max von 624 bis 632 und bei einer 1:5.000-Verdünnung in Wasser; zumindest eine magentafarbige Tinte mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,150 bis etwa 0, 170 bei einer Lambda_max von 540 bis 550 und bei einer 1:10.000-Verdünnung in Wasser.
ZUSÄTZLICHE KOMPONENTEN
In Übereinstimmung mit den Anforderungen für diese Erfindung könnten verschiedene Typen von Zusatzstoffen, wie in der Technik häufig praktiziert wird, in den Tinten eingesetzt werden, um die Eigenschaften der Tintenzusammensetzungen für spezifische Anwendungen zu optimieren.
Ausfällmittel
Ausfällmittel könnten verwendet werden, um die Charakteristika des Tintensatzes der vorliegenden Erfindung weiter zu verbessern. Das Ausfällmittel ist vorzugsweise von einem Typ, der auf einen Kontakt (zum Beispiel auf dem Druckmedium) hin mit der anionischen Gruppe (zum Beispiel der anionischen Gruppe, wie zum Beispiel Carboxyl oder Sulfonat), die einem Farbmittel (wie zum Beispiel einem Farbstoff oder einem selbststabilisierten Pigment, oder der ionischen Gruppe auf einem Dispersionsmittel, das einem dispergierten Pigment zugeordnet ist) zugeordnet ist, in der Tintenzusammensetzung (d.h. zweite Tinte) reagiert, um ein unlösliches Salz, ein Komplex oder eine Verbindung zu bilden.
Trägermittel
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen ein wässriges Trägermittel auf, das die folgenden Komponenten (in Gew.-% der Gesamttintenzusammensetzung) aufweist: etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% zumindest eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels; 0 bis etwa 5 Gew.-% zumindest einer Komponente, die unabhängig aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus oberflächenaktiven Mitteln, Puffern, Bioziden und Metallchelatoren besteht; und den Rest Wasser.
Organisches Lösungsmittel
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen etwa 5 bis etwa 35 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels auf. Noch bevorzugter weisen die Tinten etwa 10 bis etwa 30 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels auf, wobei eine Konzentration von etwa 15 bis etwa 25 Gew.-% am meisten bevorzugt wird.
Die wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, die geeigneterweise bei den vorliegenden Tintenstrahltintenzusammensetzungen eingesetzt werden, umfassen eines von oder eine Mischung aus zwei oder mehr von derartigen Verbindungen, wie zum Beispiel stickstoffhaltigen heterozyklischen Ketonen, wie zum Beispiel 2-Pyrrolidon, N-Methyl-Pyrrolid-2-on (NMP), 1,3-Dimethylimidazolid-2-on und Octyl-Pyrrolidon; Diolen, wie zum Beispiel Ethandiolen (z.B. 1,2-Ethandiol), Propandiolen (z.B. 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 2-Ethyl-2-Hydroxy-Ethyl-1,3-Propandiol, Ethylhydroxy-Propandiol), Butandiolen (z.B. 1,2-Butandiol), 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol), Pentandiolen (z.B. 1,2-Pentandiol, 1,5-Pentandiol), Hexandiolen (z.B. 1,6-Hexandiol, 2,5-Hexandiol, 1,2-Hexandiol), Heptandiolen (z.B. 1,2-Heptandiol, 1,7-Heptandiol), Octandiolen (z.B. 1,2-Octandiol, 1,8-Octandiol); Glykol-Ethern und Thioglykol-Ethern, die häufig in Tintenstrahltinten eingesetzt werden, wie z.B. Polyalkylen-Glykolen, wie z.B. Polyethylen-Glykolen (z.B. Diethylen-Glykol (DEG), Triethylen-Glykol, Tetraethylen-Glykol), Polypropylen-Glykolen (z.B. Dipropylen-Glykol, Tripropylen-Glykol, Tetrapropylen-Glykol), Polymer-Glykolen (z.B. PEG 200, PEG 300, PEG 400, PPG 400) und Thiodiglykol.
Vorzugsweise weist das organische Lösungsmittel 1,2-Diole von C₅-C₇ auf, nämlich 1,2-Pentandiol, 1,2-Hexandiol und 1,2-Heptandiol; und am bevorzugtesten wird 1,5-Pentandiol bei der Praxis der Erfindung verwendet.
Oberflächenaktives Mittel
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen optional 0 bis etwa 10 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels auf. Noch bevorzugter weisen die Tinten etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels auf.
Bei der Praxis der Erfindung könnten optional eines oder mehrere oberflächenaktive Mittel verwendet werden. Nichtionische oberflächenaktive Mittel, wie zum Beispiel Sekundäralkohol-Ethoxylate (z.B. Tergitol-Serie, erhältlich bei Union Carbide Co.), nicht-ionische Fluoro-Oberflächenaktivmittel (wie z.B. FC 170C, erhältlich bei 3M), nicht-ionische Fettsäure-Ethoxylat-Oberflächenaktivmittel (z.B. Alkamul PSMO-20, erhältlich bei Rhone-Poulenc) und Fettsäureamid-Ethoxylat-Oberflächenaktivmittel (z.B. Aldamide L203, erhältlich bei Rhone-Poulanc), werden bevorzugt, wobei Sekundäralkohol-Ethoxylate am stärksten bevorzugt werden. Bei der Praxis der Erfindung dienen die Sekundäralkohol-Ethoxy late dazu, ein Farb-Zu-Farb-Zerfließen zu verhindern, indem die Durchdringung der Tinten in das Druckmedium erhöht wird. Sekundäralkohol-Ethoxylate sind nicht-ionische oberflächenaktive Mittel und sind kommerziell erhältlich, zum Beispiel von Union Carbide Co. (Houston, Tex.) als die Tergitol-Serie. Tergitol 15-S-5 ist das bevorzugte oberflächenaktive Mittel.
Die Sekundäralkohol-Ethoxylate enthalten (a) eine aliphatische Kette mit einer vorgeschriebenen Anzahl von Kohlenstoffatomen in der Kette und (b) eine vorgeschriebene Anzahl ethoxylierter Einheiten. Diese Ethoxylate sind kommerziell als Mischungen von Ethoxylaten erhältlich und werden so in Bezug auf das Vorherrschen einer bestimmten Verbindung beschrieben. Sekundäralkohol-Ethoxylate, die geeigneterweise bei der Praxis der Erfindung eingesetzt werden, weisen vorherrschend etwa 12 bis etwa 18 Kohlenstoffatome in der aliphatischen Kette auf, während die Anzahl ethoxylierter Einheiten bevorzugt in dem Bereich von 4 bis etwa 8 Einheiten liegt. So stellt „Tergitol 15-S-5" ein Sekundäralkohol-Ethoxylat-Oberflächenaktivmittel dar, das vorherrschend etwa 15 Kohlenstoffatome in seiner aliphatischen Kette und etwa 5 ethoxylierte Einheiten aufweist. Tergitol 15-S-5 ist das bevorzugteste oberflächenaktive Mittel.
Puffer
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen optional 0 bis etwa 1,5 Gew.-% eines Puffers auf. Noch bevorzugter weisen die Tinten etwa 0,0 bis etwa 0,5 Gew.-% eines Puffers auf, wobei eine Konzentration von etwa 0,0 bis etwa 0,3 Gew.-% am meisten bevorzugt wird. Puffer, die bei der Praxis der Erfindung eingesetzt werden, um den pH-Wert zu modulieren, können auf organischer Basis sein. Beispiele bevorzugt eingesetzter Puffer umfassen Trizma Base, erhältlich bei Unternehmen, wie zum Beispiel Aldrich Chemical (Milwaukee, Wis.), 4-Morpholinpropansulfonsäure (MES) und 4-Morpholin propansulfonsäure (MOPS). Eingesetzte Puffer sollten einen pH-Wert bereitstellen, der bei der Praxis der Erfindung von etwa 3 bis etwa 9 variiert, vorzugsweise von etwa 3 bis etwa 5 und am bevorzugtesten von etwa 3,7 bis 4,2.
Metallchelator
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen wahlweise 0 bis etwa 1,5 Gew.-% eines Metallchelators auf. Noch bevorzugter weisen die Tinten etwa 0,1 bis etwa 0,5 Gew.-% eines Metallchelators auf, wobei eine Konzentration von etwa 0,1 bis etwa 0,3 Gew.-% am stärksten bevorzugt wird.
Metallchelatoren, die in der Praxis der Erfindung eingesetzt werden, werden verwendet, um Übergangsmetallkationen zu binden, die unter Umständen in der Tinte vorhanden sind. Beispiele bevorzugt eingesetzter Metallchelatoren umfassen: Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA), Trans-1,2-diaminocyclohexantetraessigsäure (CDTA), (Ethylendioxy-)Diethylendinitrilotetraessigsäure (EGTA) oder andere Chelatoren, die Übergangsmetallkationen binden können. Noch bevorzugter werden EDTA und DTPA und am bevorzugtesten EDTA in seiner Dinatrium-Dihydrat-Salzform in der Praxis der Erfindung verwendet.
Biozid
Die Tinten der vorliegenden Erfindung weisen optional 0 bis etwa 5 Gew.-% eines Biozids auf. Noch bevorzugter weisen die Tinten von etwa 0 bis etwa 2 Gew.-% eines Biozids auf, wobei eine Konzentration von etwa 0,0 bis etwa 0,5 Gew.-% am meisten bevorzugt wird. Jedes der Biozide, die üblicherweise in Tintenstrahltinten eingesetzt werden, könnte in der Praxis der Erfindung eingesetzt werden, wie zum Beispiel Nuosept 95, erhältlich bei Huls America (Piscataway, N.J.); Proxel GXL, erhältlich bei Zeneca (Wilmington, Del.) und Glutaraldehyd, erhältlich bei der Union Carbide Company (Bound Brook, N.J.) unter der Markenbezeichnung Ucarcide 250.
BEISPIELE
Tinten wurden formuliert und unterschiedliche Qualitäten der formulierten Tinten wurden in einer Bemühung, die Vorteile, die in der Praxis der Erfindung erzielt werden, wie zum Beispiel Architektur, Zuverlässigkeit (einschließlich Rückgewinnung), pH-Empfindlichkeit, K/G-Zerfließen unter verschiedenen Bedingungen, Entdeckelungsattribute, Viskosität, Bartbildung, Kogation, Feuchtfarbton-Verschiebung/Zerfließen, Lichtintensität und Lichtechtheit, einzuschätzen, gemessen.
Druckprobeerzeugung
Es sei denn, dies ist anderweitig beschrieben, wurden Druckproben formulierter Tinten, wo nötig, unter Verwendung von DeskJet^®-Tintenstrahl- und Außeraxialdruckern von Hewlett-Packard, wie zum Beispiel dem DeskJet@2200, erzeugt. Die verwendeten Druckmedien umfassten unbeschichtetes Papier, wie zum Beispiel Gilbert Bond-Papier, hergestellt durch Mead, und Photohochglanzmedien von Hewlett-Packard für DeskJet88-Drucker.
Beispiel 1
Tintenoptimierungsexperimente
Auf Grund der Komplexheit verschiedener Tintenformulierungen wurden vorläufige Experimente ausgeführt, um zu bestimmen, welche spezifischen Komponenten in den Tintenformulie rungen ein Tintenverhalten ausreichend beeinflussten, um deren Beinhaltung in nachfolgenden Tintenoptimierungsexperimenten zu rechtfertigen.
Eine Anzahl variabler Bereiche wurde bestimmt, um ein Tintenverhalten zu testen. Dowfax 8390 (anionisches oberflächenaktives Mittel, erhältlich bei Dow chemical) wurde mit einer unteren Grenze von 0 % und mit einer oberen Grenze von 5 % getestet. Ein oberflächenaktives Mittel (Mackam OCT50) wurde mit einer unteren Grenze von 2 Gew.-% bis zu einer oberen Grenze von 5 Gew.-% getestet. Bernsteinsäure wurde mit einer unteren Grenze von 0 % und mit einer oberen Grenze von 5 % getestet. Drei Lösungsmittel wurden getestet: 1,5-Pentandiol; 2-Pyrrolidon (2-P); und Tetraethylenglykol (TEG). Da eine Veränderung an der Menge des Lösungsmittels den Gesamtorganikgehalt der Formulierung beeinflussen kann, wurden verschiedene Mischungen, die alle drei dieser Lösungsmittel beinhalten, entworfen und getestet, wobei der Gesamtlösungsmittelgehalt konstant gehalten wurde. Der pH-Wert der Formulierungen wurde bei Pegeln getestet, die von 3,5 bis 4,2 variiert.
Stabilitäts- und Zuverlässigkeitsbestimmung
Tinten wurden formuliert und ihre Stabilität wurde bestimmt, indem der Alterungsprozess beschleunigt wurde, indem die Tintenproben einer Anzahl von Variablen ausgesetzt wurden, wie zum Beispiel hoher Temperaturwechselbeanspruchung, und indem danach die Tinten nach Druckverhalten und unerwünschter Ausfällung bewertet wurden. Die Tinten wurden an Tintenstrahldruckköpfe geliefert und verwendet, um Druckproben zu erzeugen. Die Menge einer Druckkopfwartung (wie zum Beispiel Speien, Wischen und Vorbereiten), die erforderlich war, um zu verhindern, dass die Druckköpfe eine negative Auswirkung auf die Bildqualität hatten (auf Grund fehlender oder fehlgerichteter Düsen auf Grund von zum Beispiel Verkrustung oder Bartbildung), wurde bestimmt.
Eine bevorzugte Trägermittelformulierung für die Zusammensetzung gelber Tinte ist wie folgt:
Tabelle I
Eine bevorzugte Trägermittelformulierung für die Zusammensetzung gelber Tinte (Yellow Formula 2) ist wie folgt:
Tabelle II
Yellow Formula 2 besitzt die folgenden Eigenschaften:
Tabelle III
Magentafarbige Tinte
Um die Zusammensetzung magentafarbiger Tinte abzuschließen, wurden verschiedene Komponenten getestet, um optimale Konzentrationsgrenzen von Komponenten, die die Formulierung magentafarbiger Tinte des Tintensatzes der vorliegenden Erfindung bilden, auszuwählen, um geringe Kosten, sowie ein gutes Verhalten und eine gute Zuverlässigkeit zu erzielen.
Die getesteten Tintenzusammensetzungen waren:
Tabelle IV
Die getesteten Formulierungen magentafarbiger Tinte besitzen die folgenden Eigenschaften:
Tabelle V
Bezug nehmend auf die Tabelle V ist zu beobachten, dass alle getesteten Tintenformulierungen die Stabilitätstests bestanden. Sowohl die Tinte Nr. 3 als auch die Tinte Nr. 4 verhielten sich in Bezug auf Verkrustungsverhalten verglichen mit den anderen Formulierungen am besten. Von wesentlicher Bedeutung bei den Auswahlkriterien ist, dass die Tinte Nr. 3 und die Tinte Nr. 4 höhere Verhältnisse von Dicarbonsäure Nr. 1 und Dicarbonsäure Nr. 2 beinhalten, was dieselben zu den billigsten Tintenformulierungen in der Gruppe macht. Die Tinte Nr. 4 sollte die Tintenkosten weiter reduzieren, da sie zur Reinigung u.U. weniger Zykluszeiten benötigt. Die auf eine Kogation getesteten Tintenformulierungen waren in Kontakt mit IDS-Fett (Dow 345 1). Die Tinte Nr. 4 verhielt sich diesbezüglich unter allen Tinten am besten. Angesichts dieser Ergebnisse wurde die Tinte Nr. 4 als die Tintenformulierung der Wahl zum Formulieren der magentafarbigen Tinte zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ausgewählt.
Eine bevorzugte Trägermittelformulierung für die Zusammensetzung magentafarbiger Tinte ist wie folgt:
Tabelle VI
Eine bevorzugtere Formulierung für die Zusammensetzung magentafarbiger Tinte ist wie folgt:
Tabelle VII
Die bevorzugtere Formulierung magentafarbiger Tinte besitzt die folgenden Eigenschaften:
Tabelle VIII
Cyanfarbige Tinte
Die cyanfarbige Tinte, die zur Verwendung bei dem vorliegenden Tintenstrahlfarbtintensatz der vorliegenden Erfindung ausgewählt ist, wurde auf Tinten basiert, die in Tintenstrahldruckern (Nicht-Außeraxial-Systemen) verwendet werden, die cyanfarbige Farbstoffe beinhalten, wie zum Beispiel Acid Blue 9 (AB9). Angesichts des Vorstehenden wurden bereits bekannte oder leicht modifizierte Formulierungen cyanfarbiger Tinte eingesetzt.
Eine bevorzugte Trägermittelformulierung für die Zusammensetzung cyanfarbiger Tinte ist wie folgt:
Tabelle IX
Die bevorzugtere Formulierung cyanfarbiger Tinte besitzt die folgenden Eigenschaften:
Tabelle X
So wurde ein Farbstoffsatz zum Formulieren von gelber, magentafarbiger und cyanfarbiger Tinte offenbart, wobei der Farbstoffsatz eine Gelb-Farbstoff-Mischung von Acid Yellow 23 (AY23) und Direct Yellow 132 (DY 132); einen Magenta-Farbstoff mit folgender Formel:
wobei Q ein Kation ist; und
eine Cyan-Farbstoff-Mischung, die eine Verbindung mit der folgenden Formel aufweist: -(SO₃H)_2,7 CuPc -(SO₂NH₂)_0,5 -(SO₂NH(C₂H₄OH)_0,8 wobei Pc einen Phthalocyanin-Nukleus darstellt,
und Acid Blue 9 aufweist.

Claims

Ein Satz Tinten, die Gelb-, Magenta- und Cyan-Farbstoff enthalten, zum Tintenstrahldrucken, wobei der Satz Tinten folgende Merkmale aufweist: zumindest eine gelbe Tinte, die zumindest ein Gelb-Farbmittel enthält, mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,87 bis etwa 1,01 bei einer Lambda_max von 404 bis 412 und bei einer 1:2.000-Verdünnung in Wasser, wobei das Gelb-Farbmittel Direct Yellow 132 aufweist; zumindest eine cyanfarbige Tinte, die zumindest ein Cyan-Farbmittel enthält, mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,84 bis etwa 0,96 bei einer Lambda_max von 624 bis 632 und bei einer 1:2.000-Verdünnung in Wasser, wobei das Cyan-Farbmittel eine Cyan-Farbstoff-Verbindung aufweist, die folgende Formel aufweist: -(SO₃H)_2,7 CuPc -(SO₂NH₂)_0,5 -(SO₂NH(C₂H₄OH)_0,8 wobei Pc einen Phthalocyanin-Nukleus darstellt; zumindest eine magentafarbige Tinte, die zumindest ein Magenta-Farbmittel enthält, mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,75 bis etwa 0,85 bei einer Lambda_max von 540 bis 550 und bei einer 1:2.000-Verdünnung in Wasser, wobei die magentafarbige Tinte eine Farbstoff-Verbindung aufweist, die folgende Formel (II) aufweist:
wobei Q ein Kation ist.
Ein Verfahren zum Drucken unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers, das ein Drucken von einem Satz Tintenstrahltinten auf ein Druckmedium aufweist, wobei der Tintensatz folgende Merkmale aufweist: zumindest eine gelbe Tinte, die zumindest ein Gelb-Farbmittel enthält, mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,87 bis etwa 1,01 bei einer Lambda_max von 404 bis 412 und bei einer 1:2.000-Verdünnung in Wasser, wobei das Gelb-Farbmittel Direct Yellow 132 aufweist; zumindest eine cyanfarbige Tinte, die zumindest ein Cyan-Farbmittel enthält, mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,84 bis etwa 0,96 bei einer Lambda_max von 624 bis 632 und bei einer 1:2.000-Verdünnung in Wasser, wobei das Cyan-Farbmittel eine Cyan-Farbstoff-Verbindung aufweist, die folgende Formel aufweist: -(SO₃H)_2,7 CuPc -(SO₂NH₂)_0,5 -(SO₂NH(C₂H₄OH)_0,8 wobei Pc einen Phthalocyanin-Nukleus darstellt; zumindest eine magentafarbige Tinte, die zumindest ein Magenta-Farbmittel enthält, mit einer Absorbanz sichtbaren Lichts von etwa 0,75 bis etwa 0,85 bei einer Lambda_max von 540 bis 550 und bei einer 1:2.000-Verdünnung in Wasser, wobei die magentafarbige Tinte eine Farbstoff-Verbindung aufweist, die folgende Formel (II) aufweist:
wobei Q ein Kation ist.
Der Tintensatz gemäß Anspruch 1 oder das Verfahren gemäß 2, bei dem jede der cyanfarbigen, gelben und magentafarbigen Tinte von etwa 0,5 bis etwa 5 % Farbstoff aufweist.
Der Tintensatz gemäß Anspruch 1 oder das Verfahren gemäß 2, bei dem jede der cyanfarbigen, gelben und magentafarbigen Tinte einen pH-Wert von etwa 3,5 bis etwa 4,2 aufweist.
Der Tintensatz gemäß Anspruch 1 oder das Verfahren gemäß 2, bei dem jede der cyanfarbigen, gelben und magentafarbigen Tinte ferner 8 bis 16 Gewichtsprozent eines Alkyl-Diols und von 0 bis 10 Gewichtsprozent eines Polyvinyl-Glykols aufweist.
Der Tintensatz gemäß Anspruch 1 oder das Verfahren gemäß 2, bei dem die gelbe Tinte ferner von etwa 5,5 bis etwa 6,0 Gewichtsprozent Bernsteinsäure aufweist.
Der Tintensatz gemäß Anspruch 1 oder das Verfahren gemäß 2, bei dem jede der cyanfarbigen, gelben und magentafarbigen Tinte von etwa 0,5 bis etwa 20 % Farbstoff aufweist.