DE60306571T2

DE60306571T2 - Tintenstrahlmedien mit durch Kronenverbindungen modifizierten Silicabeschichtungen

Info

Publication number: DE60306571T2
Application number: DE60306571T
Authority: DE
Inventors: Larrie A. Corvallis Deardurff; James P. Philomath Shields
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2023-04-03
Also published as: EP1352758A3; US20030198786A1; HK1056147A1; DE60306571D1; EP1352758B1; EP1352758A2; US6783819B2; CH696300A5

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kronenverbindungsmodifizierte Silikabeschichtungen für Tintenstrahlmedien. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Anordnungen von Tintenstrahltinte und beschichteten Medien, die eine gute Bilddauerhaftigkeit über die Zeit liefern.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren hat sich die Computerdruckertechnologie zu einem Punkt entwickelt, an dem Hochauflösungsbilder auf verschiedene Typen von Medien, einschließlich Papier, übertragen werden können. Ein bestimmter Typ von Drucken umfasst die Platzierung von kleinen Tropfen einer Fluidtinte auf Medienoberflächen ansprechend auf ein digitales Signal. Normalerweise wird die Fluidtinte ohne einen physischen Kontakt zwischen der Druckvorrichtung und der Oberfläche auf die Oberfläche platziert oder gespritzt. Im Rahmen dieser allgemeinen Technik variiert das spezifische Verfahren, dass die Tintenstrahltinte auf die Druckoberfläche aufgebracht wird, von System zu System und kann eine kontinuierliche Tintentaufbringung oder eine Tropfen-auf-Anforderung-Tintenaufbringung umfassen.
Hinsichtlich kontinuierlicher Drucksysteme basieren verwendete Tinten normalerweise auf Lösungsmitteln, wie z. B. Methylethylketon und Ethanol. Im Wesentlichen funktionieren kontinuierliche Drucksysteme als ein Strom von Tintentröpfchen, die durch eine Druckerdüse ausgestoßen und gerichtet werden. Die Tintentröpfchen werden zusätzlich mit Hilfe einer elektrostatischen Ladevorrichtung in nächster Nähe zu der Düse gerichtet. Falls die Tinte nicht auf der gewünschten Druckoberfläche verwendet wird, wird die Tinte zur spä teren Verwendung rückgeführt. Bezüglich Tropfen-auf-Anforderung-Drucksystemen basieren die Tintenstrahltinten normalerweise auf Wasser und Glykolen. Im Wesentlichen werden bei diesen Systemen Tintentröpfchen durch Hitze oder durch eine Druckwelle derart aus einer Düse getrieben, dass alle ausgestoßenen Tintentröpfchen verwendet werden, um das gedruckte Bild zu erzeugen.
Es gibt mehrere Gründe, die Tintenstrahldrucken zu einer beliebten Art des Aufzeichnens von Bildern auf verschiedenen Medienoberflächen, insbesondere Papier, machen. Einige dieser Gründe umfassen einen geringen Druckerlärm, die Fähigkeit eines Hochgeschwindigkeitsaufzeichnens und ein vielfarbiges Aufzeichnen. Außerdem können diese Vorteile mit relativ geringen Kosten für die Verbraucher erreicht werden. Obwohl es jedoch große Verbesserungen beim Tintenstrahldrucken gab, sind mit diesen Verbesserungen gesteigerte Verbraucheranforderungen einhergegangen, wie z. B. höhere Geschwindigkeiten, höhere Auflösung, Vollfarbbilderzeugung, erhöhte Bilddauerhaftigkeit usw. Wenn neue Tintenstrahltinten entwickelt werden, gibt es mehrere übliche Charakteristika, die zu berücksichtigen sind, wenn die Tinte in Verbindung mit Druckmedien bewertet wird. Derartige Charakteristika umfassen Kantenschärfe und optische Dichte des Bildes auf der Oberfläche, Trockenzeit der Tinte auf dem Substrat, Haftung an dem Substrat, fehlende Abweichung von Tintentröpfchen, Vorhandensein aller Punkte, Widerstandsfähigkeit der Tinte nach dem Trocknen gegenüber Wasser und anderen Lösungsmitteln, Langzeitlagerstabilität und Langzeitzuverlässigkeit ohne Korrosion oder Düsenverstopfung. Obwohl die oben aufgeführte Liste von Charakteristika ein erstrebenswertes zu erreichendes Ziel liefert, bestehen Schwierigkeiten dabei, alle oben genannten Charakteristika zu erfüllen. Oft verhindert die Aufnahme einer Tintenkomponente, um eines der oben genannten Attribute anzugehen, dass ein anderes erfüllt wird. Somit stellen die meisten im Handel erhältlichen Tinten zu Verwendung bei Tintenstrahldruckern einen Kompromiss dar in dem Versuch, eine angemes sene Leistung bei allen im Vorhergehenden aufgelisteten Attributen zu erreichen.
Tintenstrahltinten sind entweder farbstoff- oder pigmentbasiert. Farbstoffbasierte Tintenstrahltinten verwenden im Allgemeinen, jedoch nicht immer, wasserlösliche Farbmittel. Folglich sind derartige farbstoffbasierte Tinten normalerweise nicht immer wasserecht. Drucke, die aus diesen Tinten gemacht werden, tendieren dazu, im Laufe der Zeit die Farbe zu verändern oder zu verblassen, wenn dieselben dem Umgebungslicht und der Luft ausgesetzt werden. Die Medienoberfläche kann eine Schlüsselrolle bei den Verblasseigenschaften und der Nassechtheit eines Bildes spielen, dahingehend, dass bei einer gegebenen Tinte der Grad des Verblassens und der Nassechtheit in hohem Maße von der Chemie der Medienoberfläche abhängig sein kann. Deshalb erfordern viele Tintenstrahltinten für eine optimale Leistung oft, dass ein geeignetes Medium gemäß der Anwendung ausgewählt wird, wodurch die Medienauswahl eingeschränkt wird. In dem Fall von pigmentierten Tinten sind es die dispergierten Farbmittelpartikel, die Farbe erzeugen. Oft ist die Linienqualität von Drucken, die durch pigmentbasierte Tinten erzeugt werden, derjenigen von farbstoffbasierten Tinten überlegen. Wenn ein gedrucktes Bild mit pigmentierten Tinten erzeugt wird, haften Festkörperfarbmittelpartikel an der Oberfläche des Substrats an. Wenn das Tintenträgermittel verdampft, kehren die Partikel im Allgemeinen nicht in Lösung zurück und sind deshalb wasserechter. Außerdem sind pigmentierte Tinten oft viel verblassungsresistenter als farbstoffbasierte Tinten. Obwohl pigmentierte Tinten in einigen Bereichen eine überlegene Leistung aufweisen, erzeugen Farbstoffe im Allgemeinen inhärent farbgesättigtere und zuverlässigere Tinten. Somit werden farbstoffbasierte Tinten öfter bei Anwendungen verwendet, bei denen eine Verblassungsbeständigkeit nicht von hauptsächlicher Bedeutung ist.
Damit die Tintenstrahlindustrie wirklich mit der Silberhalogenidphotographie konkurrieren kann, ist es wichtig, dass Tintenstrahldrucke ihre Bildverblassungsbeständigkeit verbessern müssen. In anderen Worten ist eine verbesserte Dauerhaftigkeit von Bildern für den langfristigen Erfolg von Photoqualität-Tintenstrahltintentechnologien wichtig geworden. Gemäß beschleunigter Tests und „Industriestandard"-Fehlerkriterien ist bekannt, dass Photographien normalerweise etwa 13 bis 22 Jahre unter Fluoreszenzlichtbelichtung halten. Es gibt jetzt sogar Systeme mit veröffentlichten Werten von 19 bis 30 Jahren. Die besten farbstoffbasierten Tintenstrahldrucker erzeugen Drucke, die unter ähnlichen Bedingungen eine sehr viel kürzere Zeit halten.
Zwei breite Kategorien von photographischen Tintenstrahlmedien sind derzeit erhältlich: polymer- und porösbeschichtungsbasierte Medien. Der polymerbasierte Typ erzeugt die besten bekannten Bilder, z. B. die am längsten haltenden, wie es im Vorhergehenden erwähnt ist. Diese Kategorie von Medien ist im Allgemeinen jedoch bei der Trockenzeit und der Nassechtheit relativ zu auf einer porösen Beschichtung basierenden Medien unterlegen. Andererseits ist die Bildverblassungsbeständigkeit und Feuchtechtheit der auf einer porösen Beschichtung basierenden Medien im Allgemeinen geringer als diejenige ihres polymerbasierten Mediengegenstücks. Deshalb besteht ein großer Wunsch, die Bilddauerhaftigkeit von Tintenstrahltintenbildern auf porösbeschichtungsbasierten Medien zu verbessern.
Die EP-A-0 827 842 beschreibt Tintenstrahltintenaufnahmeblätter, die ein Pigment enthalten, das mit einem positiv geladenen Komplex modifiziert ist.
Die EP-A-0 237 788 offenbart Tintenstrahltinten, die Kronenether enthalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß den beschichteten Substraten der vorliegenden Erfindung kann die Verwendung einer chemisch modifizierten Silikabeschichtung bestimmte Vorteile bezüglich der Bilddauerhaftigkeit gegenüber dem Stand der Technik liefern. Z. B. kann die Verwendung einer Kronenverbindung, die chemisch an Silika als eine Beschichtung auf Papier oder einem anderen Substrat angelagert ist, veränderte Bilddauerhaftigkeitscharakteristika liefern. Insbesondere kann, da bekannt ist, dass Kronenverbindungen mit bestimmten Ionen in Wechselwirkung treten, das Vorhandensein der Kronenverbindungen die Art und Weise ändern, in der ionenhaltige Farbstoffe mit Medien in Wechselwirkung treten, die beschichtet sind, wie es hier beschrieben ist.
Wird dies berücksichtigt, kann ein beschichtetes Substrat zum Tintenstrahltintendrucken ein Substrat aufweisen, das eine poröse Beschichtung aufweist, die darauf aufgetragen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die poröse Beschichtung Silika sein, die kovalent durch eine Kronenverbindung durch eine reaktive Gruppe (und optional eine Abstandhaltergruppe) modifiziert ist. Die Kronenverbindung kann ferner im Wesentlichen homogen auf der Silika verteilt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Kronenverbindung um einen Kronenether handeln.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Anordnung zum Herstellen von dauerhaften Tintenstrahltintenbildern ein Substrat aufweisen, auf das eine poröse Beschichtung aufgetragen ist, wobei die poröse Beschichtung Silika aufweist, die kovalent durch eine reaktive Gruppe an eine Kronenverbindung angelagert ist; sowie eine Tintenstrahltinte, die eine Zusammensetzung aufweist, die konfiguriert ist, um auf ein Drucken der Tintenstrahltinte auf die poröse Beschichtung hin mit der Kronenverbindung chemisch in Wechselwirkung zu treten.
Kronenverbindungsmodifiziertes Silikagel kann verwendet werden, um kationische Farbstoffe direkt zu binden, oder um anionische Farbstoffe indirekt zu binden, z. B. durch eine Wechselwirkung mit dem Gegenion, das dem Farbstoff zugeordnet ist. Ein Vorteil, der durch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann, besteht darin, dass die Ausrichtung eines Farbstoffes relativ zu einem Kronenverbindungsmodifizierungssilikamedium sich von derjenigen unterschieden kann, die mit einem Standardsilikamodifizierungsmedium erhalten wird. Diese Veränderung der Oberflächenausrichtung kann die Stabilität des Farbstoffs verbessern und Wasserechtheits- und Feuchtechtheitseigenschaften verbessern. Z. B. kann die Verwendung von Kronenethermodifizierungssilikamedien die Spezifität der Oberflächenabsorption von Farbstoffen und anderen geladenen Arten aufgrund des Vorhandenseins einer Kronenether/Kationenwechselwirkung, z. B. Kronenether/Farbstoff oder Gegenion, verbessern. Diese Wechselwirkungen können dabei helfen, den Farbstoff in Position zu halten, und dadurch seine Wasser- und Feuchtechtheit erhöhen. Außerdem kann die Art, auf die der Farbstoff gehalten wird, die Stabilität des Farbstoffs oder anderer kationischer Arten bezüglich Licht und atmosphärischer Verunreinigungsstoffe beeinflussen. Es können auch spezifische Kronenether zur Verwendung ausgewählt werden, die für spezifische Kationen zugeschnitten sind. Somit kann, wenn ein kationischer Farbstoff verwendet wird, bei dem (CH₃)₃CNH₃ ⁺-Gruppen vorliegen, ein Kronenether ausgewählt werden, der vorzugsweise (CH₃)₃CNH₃ ⁺ über ein Na⁺-Ion bindet, das anderweitig in der Tintenstrahltintenzusammensetzung vorhanden sein kann. Somit stören Na⁺-Ionen von anderen Tintenkomponenten die bevorzugte Wirkungsweise nicht wesentlich. Außerdem können typische Sulfonsäurefarbstoffe sich mit der Kronenverbindungsmodifizierungssilikaoberfläche verbinden, wobei das M⁺ der SO₃M-Gruppe des Farbstoffs mit der Oberfläche des beschichteten Mediums in Wechselwirkung tritt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bevor die vorliegende Erfindung offenbart und beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten Prozessschritte und Materialien, die hier offenbart sind, beschränkt ist, da derartige Prozessschritte und Materialien etwas variieren können. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die hier verwendete Terminologie ausschließlich zum Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsbeispielen verwendet wird. Die Begriffe sollen nicht einschränkend sein, da der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt sein soll.
Wie dieselben in dieser Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet werden, umfassen die Singularformen „ein, eine, einer" und „der, die, das" Pluralbezüge, es sei denn, der Inhalt gibt dies deutlich anders vor.
„Bilddauerhaftigkeit" bezieht sich auf Charakteristika eines gedruckten Tintenstrahlbildes, die sich auf die Fähigkeit des Bildes beziehen, eine Zeitperiode lang zu halten. Charakteristika der Bilddauerhaftigkeit umfassen Bildverblassen, Wasserechtheit, Feuchtechtheit, Lichtechtheit, Verschmierbeständigkeit, luftverschmutzungsbedingtes Verblassen, Kratz- und Reibbeständigkeit und Hemmung von mikrobiellem Wachstum.
„Lichtecht" oder „farbecht" bezieht sich auf die Qualität eines gedruckten Bildes. Bilder, die auf dem Tintenstrahltintenmedium der vorliegenden Erfindung gedruckt sind, tendieren dazu, ihre Farbdichte und ihr Detail zu bewahren (und zeigen wesentlich geringeres Verblassen), wenn dieselben Licht und/oder Luft (Luftverschmutzungsbeständigkeit) ausgesetzt werden, verglichen mit einem standardmäßigen gedruckten Bild.
„Feuchtecht" bezieht sich auf die Fähigkeit eines gedruckten Bildes, seine Bildqualität unter feuchten Bedingungen zu bewahren.
„Wasserecht" bezieht sich auf die Beständigkeit bezüglich einer Bewegung eines Farbmittels eines Bildes, wenn sich dasselbe in Kontakt mit Wasser befindet.
„Mediensubstrat" oder „Substrat" umfasst ein beliebiges Substrat, das bei den Tintenstrahldrucktechniken verwendet werden kann, einschließlich Papiere, Overhead-Projektor-Folien, beschichtete Papiere, Gewebe, Kunstpapier (z. B. Wasserfarbpapier) und dergleichen.
„Kronenether" umfasst Ringstrukturen, die mehrere Ethereinheiten enthalten. Kronenether werden gewöhnlich unter Verwendung der Notation „x-Krone-y" benannt, wobei x die Anzahl von Atomen ist, die den Ring bilden, und y die Anzahl von Sauerstoffatomen ist. Bei einem Typ von Kronenether kann y von 4 bis 10 reichen, und x kann 3y sein. Gemäß diesem Prinzip umfassen Kronenether, die verwendet werden können, diejenigen, die die Struktur der folgenden Formel 1 aufweisen:
Formel 1 wobei n von 0 bis 6 reicht. Kronenether, wie dieselben in der obigen Formel 1 definiert sind, können auch Zusammensetzungen umfassen, die Funktions- oder Anhangsgruppen aufweisen, die an ein oder mehr Kohlenstoffatome des Makrozyklus angelagert sind. Beispiele sind im Folgenden geliefert:
Andere Kronenether können ebenfalls verwendet werden, wie z. B. diejenigen, die drei Kohlenstoffatome zwischen beliebigen zwei Sauerstoffatomen aufweisen. Bei Verwendung der x-Krone-y-Formel kann y von 4 bis 10 reichen, und x kann 3y + (0, 1, 2, ..., bis zu y) sein. Beispiele für Kronenether gemäß dieser umfassenderen Definition können gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden und sind im Folgenden gezeigt:
„Kronenverbindungen" umfassen Kronenether und andere makrozyklische mehrzählige Kronenverbindungen, normalerweise ladungsfrei, bei denen drei oder mehr Koordinationsringatome, z. B. Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff, sich ausreichend nahe sind oder es werden zur einfachen Bildung von Chelatkomplexen mit Metallionen oder anderen kationischen Arten. Bevorzugte Kronenverbindungen sind Kronenether. Es können jedoch andere Kronenverbindungen verwendet werden, abhängig von dem Farbstoff oder einer anderen kationischen Verbindung, die in der Tintenstrahltintenformulierung vorhanden ist, die gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Kronenverbindungen sind auch als Coronanden bekannt, und das Chelat oder der Komplex zwischen einer kationischen Verbindung und einer Kronenverbindung sind als Coronate bekannt. Eine Formel für Kronenverbindungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfasst diejenigen, die diejenige aufweisen, die in der folgenden Formel 2 gezeigt ist:
Formel 2 wobei n von 0 bis 6 reicht, und jedes Z unabhängig 0, S oder N ist. Gemäß Formel 2 können auch Funktionalitäten oder Anhanggruppen vorhanden sein, die denjenigen ähnlich sind, die in Verbindung mit Kronenethern gezeigt sind, und wie es für einen Fachmann ermittelbar ist. Ferner können andere Kronenverbindungen auch diejenigen umfassen, die drei Kohlenstoffatome zwischen beliebigen zwei Z-Bestandteilatomen aufweisen, wie es im Vorhergehenden gezeigt ist, oder diejenigen, die heterozyklische Ringe umfassen, die an dem Makrozyklus angelagert sind. Beispiele für derartige Kronenverbindungen umfassen die Folgenden:
Die oben genannten sind nur beispielhaft und sollen nicht bezüglich der Kronenverbindungen einschränkend sein, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Der Begriff „niedrig", wenn sich derselbe auf organische Verbindungen oder Gruppen bezieht (wenn es nicht anders spezifiziert ist), kann 1 bis 3 Kohlenstoffe enthalten. Z. B. kann niedriges Alkoxy Methoxy-, Ethoxy- oder Propoxy-Gruppen umfassen. Außerdem kann niedriges Alkyl Methyl-, Ethyl- oder Propylgruppen umfassen.
„Homogen verteilt" oder „gleichmäßig verteilt" bezieht sich auf eine im Wesentlichen einheitliche Verteilung von Kronenverbindungen über eine chemische Anlagerung an eine Silikaoberfläche.
„Reaktive Gruppe" ist eine beliebige Gruppe, die verwendet werden kann, um eine Kronenverbindung an Silika anzulagern. Die reaktive Gruppe kann an einem beliebigen funktionellen Ort direkt an die Kronenverbindung angelagert werden oder kann durch eine Abstandhaltergruppe an die Kronenverbindung angelagert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann es sich bei der reaktiven Gruppe um Halo- bzw. Halogensilan oder niedriges Alkoxysilan handeln, da diese reaktiven Gruppen zur Anlagerung an Silika funktionell sind.
„Abstandhaltergruppe" kann eine beliebige organische Kette sein, die als ein Abstandhalter verwendet werden kann, um eine Kronenverbindung mit einer reaktiven Gruppe zu verbinden oder zu verknüpfen. Z. B. kann ein geradkettiger Alkylanteil verwendet werden, der 1 bis 10 Kohlenstoffe aufweist. Zahlreiche andere Abstandhaltergruppen können ebenfalls verwendet werden, wie z. B. -(CH₂)_b-, -(CH₂)_bNH(C)O-, -(CH₂)_aO(CH₂)_b- oder -(CH₂)_bNH-, wobei a von 0 bis 3 Kohlenstoffe reicht und b von 1 bis 10 Kohlenstoffe reicht. Die ersteren sind nur exemplarisch, da jede beliebige funktionelle Abstandhaltergruppe verwendet werden kann, vorausgesetzt, dass dieselbe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung funktionell ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, Kronenverbindungen als einen Teil einer Silikamedienbeschichtung zu liefern, wobei die Kronenverbindungen sich an der Oberfläche der Silika oder in der Nähe derselben befinden. Durch die Verwendung derartiger Zusammensetzungen sind die Kronenverbindungen in großer Nähe zu einem Farbstoff platziert, der als ein Teil einer Tintenstrahltinte verwendet wird, um ein Bild zu drucken. Außerdem ist, da die Kronenverbindungen sich an der Oberfläche der Silika oder in der Nähe derselben befinden, eine kleinere Menge der Kronenverbindungen zur Verwendung notwendig, um ein gewünschtes Ergebnis zu liefern.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein beschichtetes Substrat zum Tintenstrahltintendrucken ein Mediensubstrat aufweisen, auf das eine poröse Beschichtung aufgetragen ist, wobei die poröse Beschichtung Silika aufweisen kann, die kovalent durch reaktive Gruppen an Kronenverbindungen angelagert ist, und wobei die Kronenverbindungen optional im Wesentlichen homogen über die ganze Silika verteilt sein können. Die am häufigs ten verwendeten Substrate umfassen Papier und photographische Medien, obwohl andere Materialien als das Substrat verwendet werden können, z. B. Gewebe, Metalle, Kunststoffe und dergleichen. Bezüglich der reaktiven Gruppe kann eine beliebige reaktive Gruppe verwendet werden, die zum Anlagern der Kronenverbindung an Silika funktionell ist, einschließlich Halogensilane und Alkoxysilane.
Wie bereits erwähnt, kann eine Kronenverbindung verwendet werden, um Silika chemisch zu modifizieren, wobei ein chemisch modifiziertes poröses Silikabeschichtungsmaterial gebildet wird. Die Kronenverbindung kann insbesondere wegen ihrer reaktiven Eigenschaften ausgewählt werden, wenn sich dieselbe in der Anwesenheit eines vorbestimmten Farbstoffes befindet. Somit kann, wenn eine Tinte, die einen reaktiven Farbstoff enthält, auf die Beschichtung gedruckt wird, die Kronenverbindung mit dem Farbstoff auf der Beschichtungsoberfläche in Wechselwirkung treten, wodurch die Dauerhaftigkeit des Bildes verbessert wird. Bei einem detaillierteren Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Kronenverbindung um einen Kronenether handeln. Im Folgenden werden Beispiele gegeben, die mögliche Kronenverbindungen, verschiedene reaktive Gruppen und die optionale Abstandhaltergruppe veranschaulichen, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wie es in der folgenden Formel 3 veranschaulicht ist: Silika-A-B-Krone Formel 3wobei A eine reaktive Gruppe ist, B eine Abstandhaltergruppe ist, und Krone eine Kronenverbindung ist. Eine beliebige reaktive Gruppe kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, einschließlich derjenigen, die die Formel SiR₃ aufweisen, wobei jedes R unabhängig Halo, niedriges Alkoxy oder eine niedrige Alkylgruppe (wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl oder Isopropyl) sein kann, unter der Bedingung, dass zumindest ein R mit Silika reaktiv sein muss, z. B. Halo oder niedriges Alkoxy. Falls außerdem eine Abstandhaltergruppe vorhanden ist, kann eine beliebige geeignete Abstandhaltergruppe verwendet werden, um die Kronenverbindung an die reaktive Gruppe (und letztendlich die Silikaoberfläche) zu binden. Beispiele für geeignete Abstandhaltergruppen können folgende umfassen: -(CH₂)_b-, -(CH₂)_bNH(C)O-, -(CH₂)_bO(CH₂)_a- oder -(CH₂)_bNH-, wobei a von 0 bis 3 Kohlenstoffe reicht und b von 1 bis 10 Kohlenstoffe reicht. Eine spezifische Gruppe von Beispielen für Zusammensetzungen, die verwendet werden können, ist im Folgenden exemplarisch dargestellt:
Bei dem obigen Beispiel kann jedes R unabhängig Halo, niedriges Alkoxy oder eine niedrige Alkylgruppe (wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl oder Isopropyl) sein, unter der Bedingung, dass zumindest ein R mit Silika reaktiv sein muss, z. B. Halo oder niedriges Alkoxy, und n ist von 0 bis 6. Somit kann eine reaktive Halogensilangruppe und/oder eine reaktive niedrige Alkylgruppe vorhanden sein, wie es durch SiR₃ dargestellt ist. Die Silikakomponente ist nicht gezeigt, ist jedoch mit einer oder mehr der R-Gruppen reaktiv. Eine Abstandhaltergruppe ist gezeigt, die die Formel -(CH₂)_aO(CH₂)_b- aufweist, wobei a von 0 bis 3 sein kann, und b von 1 bis 10 sein kann. Obwohl die reaktive Gruppe/niedrige Alkylgruppe und die Abstandhaltergruppe so gezeigt ist, dass dieselbe an einem bestimmten Abschnitt der Kronenverbindung angelagert ist, soll dies nicht einschränkend sein. Es ist nur erforderlich, dass die reaktive Gruppe ihre Funktionalität zum Anlagern an Silika aufrechterhält, und dass die Kronenverbindung ihre Funktionalität aufrechterhält, mit gewünschten Farbstoffen oder anderen Tintenstrahltintenkomponenten in Wechselwirkung zu treten.
In anderen Worten kann jedes beliebige Mittel oder jeder beliebige Anlagerungspunkt (durch eine Abstandhaltergruppe oder ohne eine Abstandhaltergruppe) zwischen der Kronenverbindung und der reaktiven Gruppe verwendet werden, vorausgesetzt, die im Vorhergehenden erwähnten Funktionalitäten können aufrechterhalten werden. Ferner können, obwohl ein spezifischer Typ von Abstandhaltergruppe gezeigt ist, andere Abstandhaltergruppen verwendet werden, wie es einem Fachmann nach dem Durchlesen der vorliegenden Offenbarung klar ist.
Der Grund dafür, dass zumindest eine reaktive Gruppe vorliegen muss, ist, damit der Kronenether kovalent an die Silika (nicht gezeigt) angelagert werden kann, um das Beschichtungsmaterial zu bilden. Obwohl ein Kronenether, der mit einer reaktiven Gruppe funktionalisiert ist, die durch ein Silan angelagert ist, gezeigt ist, können andere Kronenether, die andere reaktive Gruppen aufweisen, ebenfalls an Silika angelagert werden und auf ein Tintenstrahltintenmediensubstrat aufgetragen werden. Z. B. können Kronenverbindungen verwendet werden, die Schwefel (S) oder Stickstoff (N) anstelle von ein oder mehr Sauerstoffgruppen des Kronenethers enthalten. Außerdem können auch Kronenverbindungen vorhanden sein, die 2 oder 3 Kohlenstoffatomketten aufweisen, die durch 0, S oder N verknüpft sind.
Es gibt mehrere Vorteile für ein Bereitstellen einer Beschichtung, die Kronenverbindungen aufweist, die kovalent an Silika angelagert sind. Gemäß dem Stand der Technik werden organische Modifizierer in Medienbeschichtungen derart eingegliedert, dass die Beschichtungen mit Farbstoffen des Bildes in Wechselwirkung treten. Da diese Modifizierer jedoch in der Beschichtung nur beigemengt werden, wird im Allgemeinen eine nicht homogene Verteilung des Zusatzstoffes an der porösen Beschichtung realisiert. Bezüglich der vorliegenden Erfindung werden, wenn ein Farbstoff verwendet wird, die Kronenverbindungen kovalent auf eine Weise an die Silika gebunden, bei der die Kronenverbindungen homogen an der Silikaoberfläche verteilt sind, wobei eine Beschichtung geliefert wird, die eine gute Bilddauerhaftigkeit fördert, wenn dieselbe in Kontakt mit einem Farbstoff gebracht wird. Außerdem kann die kronenverbindungsmodifizierte Silika die Art und Weise verändern, in der ein Farbstoff mit dem Medium in Wechselwirkung tritt, was auch die Bilddauerhaftigkeit verbessert. Des Weiteren kann mit der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Bildverblassungszusatzstoffen bei Tintenstrahltinten, die dazu tendiert, die Komplexität zu erhöhen und die Zuverlässigkeit vieler Tinten zu verringern, vermieden werden.
Silika kann mit Kronenverbindungen gemäß dem folgenden allgemeinen Verfahren modifiziert werden. Die Silika wird in Vakuum bei einer erhöhten Temperatur getrocknet, um adsorbierte Feuchtigkeit zu entfernen, und man lässt dieselbe auf Raumtemperatur abkühlen. Das Lösungsmittel, in dem die Reaktion ausgeführt werden soll, wird ebenfalls mit einem geeigneten Trocknungsmittel getrocknet. Gebräuchliche Lösungsmittel, die verwendet werden können, umfassten Toluen, Dichlormethan, Isopropanol und/oder Methanol. Die getrocknete Silika wird in das trockene Lösungsmittel gebracht (oder dieselbe kann durch Beschallung in dem Lösungsmittel dispergiert werden). Die Menge an Lösungsmittel, die verwendet wird, sollte derart ausgewählt sein, dass die kronenhaltige Reagenskonzentration (wenn dieselbe hinzugefügt wird) im Allgemeinen nicht etwa 10% übersteigt. Das Gefäß, das die Silika- und Lösungsmittelmischung enthält, kann mit trockenem Stickstoff gespült werden, und dann wird das Reagens, z. B. niedriges Alkoxy oder Halogensilan, das mit einer Kronenverbindung funktionalisiert ist, in das Reaktionsgefäß eingeführt. Die Menge an Reagens, die hinzugefügt wird, hängt von der Oberflächenfläche und der Oberflächensilanolkonzentration der Silika und dem Molekulargewicht des Reagens ab. Wenn die Reaktionsbedingungen ausgewählt werden, sollte seine Reaktivität berücksichtigt werden. Z. B. sind Alkoxysilane weniger reaktiv als Halogensilane. Somit werden Reaktionszeiten und -temperaturen nach einer Berücksichtigung des verwendeten Reagens eingestellt. Normalerweise sind etwa sechs Stunden oder mehr eines Rückfließens unter trockenem Stickstoff erforderlich. Falls dasselbe bei Zimmertemperatur anstatt bei erhöhten Temperaturen ausgeführt wird, können längere Reaktionszeiten nötig sein. Nachdem die Reaktion abgeschlossen ist, wird das Produkt gefiltert und mit überschüssigem Lösungsmittel gewaschen und getrocknet. Diese allgemeine Prozedur kann ausgeführt werden, um das Beschichtungsmaterial zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung vorzubereiten. Diese Reaktion kann auch ohne die Verwendung von überschüssigem Reagens ausgeführt werden, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, überschüssiges Reagens durch Waschen zu entfernen. Methanol ist ein bevorzugtes Lösungsmittel, deshalb können kleine Mengen desselben in dem Produkt verbleiben, da dasselbe mit Wasser mischbar ist, das bei dem nachfolgenden Beschichtungsschritt verwendet wird.
Die Aufbringung der Silikamodifizierungsbeschichtungszusammensetzung kann durch ein Verwenden eines beliebigen einer Anzahl von Verfahren durchgeführt werden, die in der Technik bekannt sind, einschließlich der Verwendung eines Luftrakelbeschichters, eines Klingenbeschichters, eines Gatterrollenbeschichters, eines Rakelmessers, eines Meyer-Stabes, einer Rolle, einer Rückwärtsrolle, eines Gravurstreichbeschichters, eines Bürstenaufbringers, eines Sprühers und dergleichen. Ferner kann ein Trocknen der Beschichtung durch herkömmliche Mittel bewirkt werden, wie z. B. Heißluftkonvektion, Mikrowelle, Infraroterhitzen oder Trocknen an der Luft.
Wenn ein Papier oder ein anderes Substrat gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, können Farbstoffe zur Verwendung als ein Teil eines Systems oder eines Verfahrens ausgewählt werden, die annehmbare Bindungseigenschaften bezüglich der silikagebundenen Kronenverbindung aufweisen, die als die Beschichtung vorliegt. Alternativ dazu kann eine Beschichtungszusammensetzung zur Verwendung nach einem Identifizieren einer Tintenstrahltinte oder eines Farbstoffs zur Verwendung ausgewählt werden. Die folgende Tabelle präsentiert exemplarische Kronenverbindungen, die relativ zu gängigen Gegenionen verwendet werden können, die in Tintenstrahltintenfarbstoffen vorhanden sind. Tabelle 1 – Log K von Bindungskonstanten für Kronenverbindungen und gängige Gegenionen, die in Tintenstrahltintenzusammensetzungen vorhanden sind
Die oben angegebenen Bindungskonstantendaten sind nachzuschlagen in Studies in Organic Chemistry 12, Crown Compounds, M. Hiraoka, Elsevier, 1982.
Obwohl alle Zusammensetzungen, die in der vorausgegangenen Tabelle 1 aufgeführt sind, zum Binden der angeführten Ionen funktionell sind, gilt, dass die Bindung umso stärker ist, je höher der Wert ist. Falls deshalb beispielsweise das Ziel darin besteht, ein bestimmtes Ion eines Farbstoffs über ein anderes Ion zu binden, das in einer Tintenträgermittelzusammensetzung der Tintenstrahltinte vorhanden sein kann, die verwendet wird, sollte eine Kronenverbindung ausgewählt werden, die eine höhere Bindungskonstante betreffend das Farbstoffgegenion als das Tintenträgermittelgegenion aufweist. Außerdem kann beim Auswählen von Kronenverbindungen und Farbstoffen, die in einem gemeinsamen System verwendet werden sollen, bei einem Ausführungsbeispiel ein Gegenion zur Verwendung ausgewählt werden, das eine Affinität für die Kronenverbindung aufweist, die größer als 1 ist, wie es durch Log K der Bindungskonstante definiert ist. Bei einem bevorzugteren Ausführungsbeispiel kann das Gegenion eine Affinität für die Kronenverbindung aufweisen, die größer als 4 ist, wie es durch Log K der Bindungskonstante definiert ist. Des Weiteren kann bei einem Ausführungsbeispiel die Kronenverbindung eine Affinität für einen kationischen Farbstoff selbst aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können mehrere Tintenstrahltinten konfiguriert sein, um mit der Kronenverbindung chemisch in Wechselwirkung zu treten. Insbesondere kann bezüglich der Farbstoffe, die zur Verwendung ausgewählt werden können, ein Tintensatz formuliert sein, der mehrere Farbstoffe aufweist, wobei alle Farbstoffe ein gemeinsames Gegenion aufweisen. Z. B. sind Na⁺-Gegenionen in vielen Farbstoffen üblich. Somit kann ein Tintensatz zusammengesetzt werden, der schwarze Tinte, cyanfarbene Tinte, magentafarbene Tinte und gelbe Tinte aufweist, von denen jede Farbstoffe enthält, in denen ein Na⁺-Gegenion vorhanden ist. Durch ein Auswählen einer Kronenverbindung zur Verwendung, die vorzugsweise Na⁺-Ionen bindet, kann eine gute Bilddauerhaftigkeit bezüglich aller verwendeten Tintenstrahltinten erreicht werden. Ein Bei spiel für einen derartigen Tintensatz kann drei oder mehr Tintenstrahltinten umfassen, die einzeln AR52-Farbstoff, DB199-Farbstoff und DY132 umfassen können, wobei in jeder ein Na⁺-Gegenion vorhanden ist, das jedem Farbstoff zugeordnet ist. Eine schwarze Tintenstrahltinte, die einen Na⁺-RB-31- (reaktives Schwarz 31) Farbstoff enthält, kann verwendet werden, wenn eine schwarze Tinte vorhanden ist. Ebenso kann unter Verwendung eines anderen gemeinsamen Farbstoffgegenions bei jeder der Tinten des Tintensatzes, z. B. (CH₃)₃CNH₃ ⁺, Li⁺, K⁺, Cs⁺ usw., ein ähnlicher Tintensatz konfiguriert werden. Ein derartiger Tintensatz könnte für eine Bilddauerhaftigkeit durch ein Auswählen einer Kronenverbindung zur Verwendung optimiert werden, die gut mit dem ausgewählten Farbstoffsalz in Wechselwirkung tritt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können, wenn der Wunsch besteht, die Bindungskapazität bestimmter Farbstoffe gegenüber anderen zu variieren, Farbstoffe ausgewählt werden, in denen unterschiedliche kationische Anteile vorhanden sind. Falls z. B. ein erster Farbstoff, der eine NH₃ ⁺-Gruppe aufweist, und ein zweiter Farbstoff, der ein N(CH₃)₃ ⁺ aufweist, in unterschiedlichen Tinten eines gemeinsamen Tintensatzes vorhanden sind, kann ein korrekt dimensionierter Kronenether ausgewählt werden, der selektiv den ersten Farbstoff über den zweiten Farbstoff oder umgekehrt binden würde.
BEISPIELE
Die folgenden Beispiele veranschaulichen verschiedene Aspekte von Beschichtungen für poröse Tintenstrahltintenmediensubstrate. Die folgenden Beispiele sollten nicht als Einschränkungen der Erfindung betrachtet werden, sondern sollen lediglich lehren, wie die besten Beschichtungen, die die vorliegende Erfindung Wiederspiegeln, herzustellen sind.
Beispiel 1 – Anlagerung von Kronenverbindungen an reaktive Gruppen durch Abstandhaltergruppen
Wie es durch die Reaktionen A, B und C im Folgenden veranschaulicht ist, kann das Folgende ausgeführt werden, um Kronenverbindungen an eine reaktive Gruppe durch eine Abstandhaltergruppe anzulagern (wobei ein Silanreagens gebildet wird). Obwohl das vorliegende Beispiel die Modifizierung von drei spezifischen Kronenethern zeigt, können auch andere Kronenverbindungen ebenso oder durch andere in der Technik bekannte Verfahren modifiziert werden. Reaktion A
Reaktion B

Reaktion C
Beispiel 2- Herstellung von 18-Krone-6-modifizierter Silika
Etwa 40 Gramm zu modifizierende Silika wird über Nacht in einem Vakuum bei etwa 110°C getrocknet, um adsorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. Die getrocknete Silika lässt man dann auf Zimmertemperatur abkühlen. Etwa 500ml Methanol wird ebenfalls über Calciumsulfat getrocknet. Die getrocknete Silika wird dann in das getrocknete Methanol gebracht, und die Silika wird durch Beschallung in Methanol dispergiert. Trockener Stickstoff wird mit einer langsamen Rate in das Reaktionsgefäß eingebracht, um Umgebungsfeuchtigkeit zu beseitigen. Das Reagens, wie im Folgenden gezeigt (das den 18-Krone-6-Liganden, die Abstandhaltergruppe und die reaktive Gruppe umfasst), wird in das Reaktionsgefäß eingespritzt, und die Reaktionsmischung wird bei Umgebungstemperatur gerührt oder kann Rückfluss unterzogen werden.
Die Menge an Reagens, die bei der Reaktion verwendet wird, hängt von der Oberflächenfläche und der Oberflächensilanolkonzentration der Silika und der Funktionalität des Reagens ab. Die Menge an Reagens (in Gramm), die für eine Gesamtreaktion für das bifunktionelle Silan benötigt wird, das oben gezeigt ist, ist durch 40g × S m²/g × M g/mol × 8 Mikromol/m² × 10^–6/2 gegeben, wobei S = Oberflächenfläche, M = Molekulargewicht des Reagens, und wobei die Oberflächensilanolkonzentration 8 Mikromol/m² ist. Das Produkt wird gefiltert oder zentrifugiert, und falls überschüssiges Reagens verwendet wird, wird dasselbe durch ein Waschen mit trockenem Methanol entfernt und getrocknet. Eine Beschichtungszusammensetzung (an die Silikaoberfläche gebundenes Reagens) kann folgendermaßen abgebildet werden:
Beispiel 3
Zusammensetzungen, die gemäß Beispiel 2 hergestellt werden, können auf Papier oder photographische Substrate durch ein Handherunterzieh-Verfahren oder ein anderes funktionelles Verfahren aufgetragen werden. Beschichtete Papiere, die gemäß dem vorliegenden Beispiel hergestellt werden, weisen eine verbesserte Bilddauerhaftigkeit verglichen mit Papieren auf, auf denen nur Silika aufgetragen ist. Substrate, die gemäß dem vorliegenden Beispiel beschichtet sind, sind wirksam zum Binden von Farbstoffen, die (CH₃)₃CNH₃ ⁺-, Li⁺-, K⁺- und Cs⁺-Gegenionen aufweisen, sowie von vielen kationischen Farbstoffen, wie z. B. Basic Red 1, Basic Blue 66 und Basic Yellow 1.
Beispiel 4
Eine schwarze Tintenstrahltinte, die ein Na⁺-Salz PRB31 (pazifizierte reaktive Schwarz 31) enthält, eine magentafarbene Tintenstrahltinte, die ein Na⁺-Salz AR52 enthält, eine cyanfarbene Tintenstrahltinte, die ein Na⁺-Salz DB199 enthält, und eine gelbe Tintenstrahltinte, die ein Na⁺-Salz DY132 enthält, sind zur Verwendung zusammen als ein Teil eines gemeinsamen Tintensatzes konfiguriert. Bilder, die auf beschichteten Medien gedruckt werden, wie sie bei Beispiel 3 beschrieben sind (Papier, das mit 18-Krone-6-derivatisierter Silika beschichtet ist), wiesen eine gute Dauerhaftigkeit nach einem Drucken eines mehrfarbigen Bildes auf.

Claims

Ein beschichtetes Mediensubstrat zum Tintenstrahltintendrucken, das folgende Merkmale aufweist: (a) ein Mediensubstrat, auf dem aufgetragen ist: (b) eine poröse Beschichtung, wobei die poröse Beschichtung Silika aufweist, die Kronenverbindungen aufweist, die kovalent durch reaktive Gruppen daran angelagert sind.
Ein beschichtetes Mediensubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem die reaktiven Gruppen aus der Gruppe ausgewählt sind, die ein Halogensilan und ein Alkoxysilan umfasst, und wobei die Kronenverbindungen an die reaktiven Gruppen durch Abstandhaltergruppen angelagert sind.
Ein beschichtetes Mediensubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem jede reaktive Gruppe an die Silika durch zumindest zwei kovalente Bindungen angelagert ist.
Ein beschichtetes Mediensubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem die Kronenverbindung ein Kronenether ist, der die folgende Struktur aufweist:
wobei n von 0 bis 6 ist.
Ein beschichtetes Mediensubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem die Kronenverbindung die folgende Struktur aufweist:
wobei n von 0 bis 6 ist und jedes Z unabhängig 0, S oder N ist.
Ein beschichtetes Mediensubstrat gemäß Anspruch 1, bei dem die Kronenverbindung aus der Gruppe ausgewählt ist, die 18-Krone-6, Dibenzo-l8-Krone-6, Dibenzo-21-Krone-7, Cyclohexyl-15-Krone-5, Benzo-18-Krone-6,
umfasst.
Eine Anordnung zum Herstellen von dauerhaften Tintenstrahltintenbildern, die folgende Merkmale aufweist: (a) ein beschichtetes Mediensubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6; und (b) eine Tintenstrahltinte, die eine Zusammensetzung aufweist, die konfiguriert ist, um auf ein Drucken der Tintenstrahltinte auf die poröse Beschichtung hin mit den Kronenverbindungen chemisch in Wechselwirkung zu treten.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 7, bei der die Zusammensetzung ein Farbstoff ist.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 8, bei der der Farbstoff positiv geladene Gegenionen aufweist und die Gegenionen zum Binden mit der Kronenverbindung konfiguriert sind.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der die Gegenionen eine Affinität für die Kronenverbindungen aufweisen, die größer als 1 ist, wie es durch Log K der Bindungskonstante definiert ist.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der die Gegenionen eine Affinität für die Kronenverbindung aufweisen, die größer als 4 ist, wie es durch Log K der Bindungskonstante definiert ist.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der die Gegenionen aus der Gruppe ausgewählt sind, die Na⁺, K⁺, Cs⁺, (CH₃)₃CNH₃ ⁺, Li⁺, Ni²⁺ und Kombinationen derselben umfasst, und die Kronenverbindungen aus der Gruppe ausgewählt sind, die 18-Krone-6, Dibenzo-18-Krone-6, Dibenzo-21-Krone-7 und 15-Krone-5 umfasst.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der das Gegenion (CH₃)₃CNH₃ ⁺ ist und die Kronenverbindung folgendermaßen ist.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der das Gegenion Na⁺ ist und die Kronenverbindung folgendermaßen ist:
wobei x NH₂, Br oder COOCH₃ ist.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 7, die ferner mehrere Tintenstrahltinten aufweist, die konfiguriert sind, um mit den Kronenverbindungen chemisch in Wechselwirkung zu treten.
Eine Anordnung gemäß Anspruch 7, die ferner mehrere Tintenstrahltinten aufweist, wobei eine erste Tintenstrahltinte einen ersten Farbstoff aufweist, der konfiguriert ist, um vorzugsweise mit den Kronenverbindungen über eine zweite Tintenstrahltinte, die einen zweiten Farbstoff aufweist, in Wechselwirkung zu treten.