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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahldruckverfahren unter
Verwendung einer wässrigen Tintenstrahltintenzusammensetzung,
die ein Pigment und einen Polymerlatex umfasst. Der Polymerlatex
wird aus mindestens einer halogenierten Vinylmonomerzusammensetzung
hergestellt.
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Als
Tintenstrahldrucken wird ein berührungsloses
Verfahren bezeichnet, mit dem sich Bilder durch Ablagerung von Tintentropfen
in Abhängigkeit
von digitalen Signalen auf einem Substrat (Papier, Transparentfolie,
Gewebe usw.) erzeugen lassen. Tintenstrahldrucker sind am Markt
weit verbreitet und werden u. a. von der industriellen Beschriftung
bis hin zur Erstellung von Desktop-Dokumenten und bildlichen Darstellungen
sowie großformatigen
Drucken für
die Verwendung im Freien, wie Banner, Schilder, Displays, Plakate,
Reklametafeln und Werbefolien für
Busse, eingesetzt.
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Diese
Drucktechnik eignet sich gut für
den Druck auf verschiedenen Oberflächen (Empfangselementen) einschließlich poröser und
nichtporöser
Oberflächen.
Poröse
Tintenstrahlempfangselemente haben den Vorteil, große Flüssigkeitsmengen
aufnehmen zu können,
was eine hohe Druckgeschwindigkeit ermöglicht. Jedoch leiden diese
porösen
Empfangselemente in manchen Anwendungen, wie Bannern, Schildern,
Displays, Plakaten, Reklametafeln und Werbefolien für Busse,
unter Mängeln
in Bezug auf die Haltbarkeit, beispielsweise die Lichtfestigkeit,
Wasserfestigkeit, Abriebbeständigkeit
und Wetterbeständigkeit.
Um diese Mängel
zu beheben, werden die Drucke gewöhnlich nachbearbeitet, beispielsweise
durch Laminieren, wodurch sich die Kosten erheblich erhöhen. Historisch
gesehen wurden zur Behebung dieser Mängel lösungsmittelbasierende Tinten
oder UV-aushärtbare
Tinten entwickelt, die auf nichtabsorbierende Substrate wie Vinyl
gedruckt wurden, um die gewünschte
Haltbarkeit zu erzielen.
US-A-4,106,027 beschreibt
eine solche lösungsmittelbasierende
Tinte, die für
das Drucken von Bildern auf nichtabsorbierende Empfangselemente
mit verbesserter Haftung und Haltbarkeit geeignet ist.
EP 0 882 104 B1 beschreibt
eine UV-aushärtbare Tintenstrahltintenzusammensetzung
für eine
verbesserte Haltbarkeit des Drucks auf einem nichtabsorbierenden
Substrat. Bei diesen beiden Tintenarten bestehen erhebliche Umwelt-,
Gesundheits- und Sicherheitsbedenken wegen der Verdampfung von Lösungsmitteln
oder UV-Monomeren während
des Drucks.
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US-A-6,087,416 beschreibt
die Verwendung einer wasserbasierenden Pigmenttinte für das Drucken auf
ein nichtabsorbierendes Vinylsubstrat. Diese Tinte enthält ein gepfropftes
Copolymerbindemittel, das in dem wässrigen Vehikel löslich, aber
in Wasser unlöslich
ist. Diese Tinte wiederum hat den Nachteil, dass die Tintenviskosität aufgrund
der Löslichkeit
des Bindemittels in dem Tintenträgerstoff
hoch ist und die Druckzuverlässigkeit
schlecht ist. Zudem sind die gedruckten Bilder nicht lösungsmittelbeständig.
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US-A-4,762,875 beschreibt
eine Drucktinte, die Pigmente und Polymeradditive für Kunststoff-
und Metalloberflächen
enthält;
allerdings hat diese Erfindung den Nachteil, dass der Feststoffgehalt
dieser Tinte hoch ist und deshalb die Viskosität der Tinte zu hoch für Tintenstrahltintenanwendungen
ist; darüber
hinaus sind die in der Erfindung verwendeten Additive hydrophil,
weshalb die resultierenden Beschichtungen eine schlechte Wasserbeständigkeit
aufweisen.
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Folglich
besteht ein Bedarf an einer wasserbasierenden Tintenstrahltinte,
die eine gute Wasserfestigkeit, Lichtfestigkeit und Abriebbeständigkeit
sowie eine gute Haftung auf nichtabsorbierenden Substraten einschließlich unbehandelten
Vinyls aufweist und zuverlässig
durch einen Piezo- oder Thermodruckkopf gedruckt werden kann.
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Diese
und weitere Aufgaben werden mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die
ein Tintenstrahldruckverfahren mit folgenden Schritten umfasst:
- A) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers,
der auf digitale Datensignale anspricht;
- B) Beladen des Druckers mit einem Tintenstrahlaufzeichnungselement;
- C) Beladen des Druckers mit einer Tintenstrahltintenzusammensetzung,
die eine wässrige
Tintenstrahltintenzusammensetzung enthält, die Folgendes umfasst:
• ein Pigment;
• einen Polymerlatex
mit mindestens einem halogenierten Vinylmonomer;
• mindestens
ein Tensid; und
• ein
Feuchtmittel; und
- D) mit einem Erwärmungsschritt
einhergehendes Bedrucken des Tintenstrahlaufzeichnungselements mit der
Tintenstrahltintenzusammensetzung in Abhängigkeit von den digitalen
Datensignalen.
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Es
hat sich erwiesen, dass sich die Kolloidstabilität, Schmutzbeständigkeit
und Abriebbeständigkeit
eines Tintenstrahlbildes durch die Verwendung der hier beschriebenen
Zusammensetzung verbesserten.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung eignet sich für das Drucken
auf verschiedene Substrate, insbesondere auf nichtabsorbierende
Substrate. Die nichtabsorbierenden Substrate, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können,
umfassen jedes beliebige, im Wesentlichen nichtporöse Substrat.
Sie sind normalerweise nicht besonders für eine zusätzliche Flüssigkeitsabsorption behandelt.
Deshalb verfügen diese
Materialien über
eine sehr niedrige oder keine Flüssigkeitsabsorptionskapazität. Beispiele
für solche nichtabsorbierenden
Substrate sind Metalle, wie Aluminium, Kupfer, rostfreier Stahl
oder Legierungen usw.; Kunststoffe wie Vinyl, Polycarbonat, Polytetrafluorethylen
(PTFE), Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol oder Cellulose, und
andere Substrate wie Keramik oder Glas.
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Um
eine gute Bildhaltbarkeit beim Drucken wasserbasierender Tinten
auf ein nichtabsorbierendes Substrat zu erzielen, muss das Polymerbindemittel
in der Tintenzusammensetzung im Wesentlichen hydrophob sein, muss
eine gute Haftung an das nichtabsorbierende Substrat zu verleihen
vermögen
und darf zudem nach dem Trocknen nicht leicht in Wasser redispergier bar
sein. Darüber
hinaus muss das hydrophobe Polymerbindemittel als Dispersion ausreichend
stabil und kompatibel mit anderen Tintenkomponenten, wie Tensiden,
Farbmitteln und Feuchtmitteln sein, um eine gute Tintenlagerstabilität zu verleihen
und ein Verstopfen der Düsen
zu verhindern. Deshalb müssen
die Polymerbindemittel in einer wässrigen Tintenumgebung dispergierbar,
aber nicht löslich
sein, um eine niedrige Tintenviskosität und eine Druckhaltbarkeit
gegenüber
Wasser und Lösungsmitteln
zu erzielen. Des Weiteren sollte die Tinte eine ausreichend niedrige
Oberflächenspannung
haben, um eine gute Benetzbarkeit des nichtabsorbierenden Substrats
zu erzielen.
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Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete Pigment kann entweder selbst
dispergierbar, wie in
US-A-5,630,868 beschrieben,
gekapselt, wie in
US-Patentanmeldung
Nr. 09/822,723 , eingereicht am 30. März 2001, beschrieben, oder
durch ein Dispergiermittel stabilisiert sein. Das Verfahren zur
Herstellung von Tinten aus Pigmenten umfasst üblicherweise zwei Schritte:
(a) einen Dispersions- oder Mahlschritt, um das Pigment in die primären Partikeln
aufzubrechen, und (b) einen Verdünnungsschritt,
in dem das dispergierte Pigmentkonzentrat mit einem Träger und
anderen Zusätzen
zu einer gebrauchsfertigen Tinte verdünnt wird. Bei dem Mahlschritt
wird das Pigment normalerweise in einem Träger suspendiert (typischerweise
derselbe Träger
wie der in der fertigen Tinte), und zwar zusammen mit einem festen,
inerten Mahlmittel. Diese Pigmentdispersion wird mit einer mechanischen
Energie beaufschlagt, wobei die Kollisionen zwischen dem Mahlmittel
und dem Pigment eine Zerlegung des Pigments in seine primären Partikeln
bewirken. Ein Dispergiermittel oder Stabilisator oder beides wird
der Pigmentdispersion üblicherweise
zugegeben, um das Zerlegen des Rohpigments zu ermöglichen,
die kolloidale Partikelstabilität
zu erhalten und ein erneutes Zusammenballen und Absetzen der Partikeln
zu verzögern.
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Es
gibt viele verschiedene Arten von Materialien, die als Mahlmittel
verwendbar sind, wie Glas, Keramik, Metall und Kunststoff. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann das Mahlmittel Partikeln umfassen, die vorzugsweise im Wesentlichen
kugelförmig
sind, z. B. Perlen, und die im Wesentlichen aus einem Polymerharz
bestehen. Im Allgemeinen sind Polymerharze, die zur Verwendung als
Mahlmittel geeignet sind, chemisch und physisch inert, im Wesentlichen
frei von Metallen, Lösungsmitteln
und Monomeren und von ausreichender Härte und Zerreibbarkeit, um
ein Spanen oder Zerdrücken
während
des Mahlvor gangs zu vermeiden. Geeignete Polymerharze umfassen verbrückte Polystyrole,
wie Polystyrol, das mit Divinylbenzen vernetzt ist, Styrolcopolymere,
Polyacrylate, wie Poly(methylmethylacrylat), Polycarbonate, Polyacetale,
wie DerlinTM, Vinylchloridpolymere und -copolymere,
Polyurethane, Polyamide, Poly(tetrafluorethylene), z. B. TeflonTM, und andere Fluorpolymere, HD-Polyethylene,
Polypropylene, Celluloseether und -ester, wie Cellulose-acetat,
Poly(hydroxyethylmethacrylat), Poly(hydroxyethylacrylat), siliconhaltige
Polymere, wie Polysiloxane usw. Das Polymer kann biologisch abbaubar
sein. Exemplarische, biologisch abbaubare Polymere sind u. a. Poly(lactide),
Poly(glycolide), Copolymere von Lactiden und Glycolid, Polyanhydride,
Poly(iminocarbonate), Poly(N-Acylhydroxy-prolin)ester, Poly(N-Palmitoylhydroxyprolin)ester,
Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Poly(orthoester), Poly(caprolactone)
und Poly(phosphazene). Das Polymerharz kann eine Dichte von 0,9
bis 3,0 g/cm3 aufweisen. Harze mit höheren Dichten
werden bevorzugt, da angenommen wird, dass sie eine effizientere
Reduzierung der Partikelgröße ermöglichen.
Besonders bevorzugt werden vernetzte oder unvernetzte Polymerstoffe
auf Basis von Styrol.
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Das
Mahlen kann in jeder geeigneten Mühle erfolgen. Geeignete Mühlen sind
u. a. eine Luftstrahlmühle,
eine Walzenmühle,
eine Kugelmühle,
eine Rührwerkskugelmühle und
eine Perlmühle.
Bevorzugt wird eine Hochgeschwindigkeitsmühle. Als Hochgeschwindigkeitsmühle werden
Geräte
bezeichnet, die das Mahlmittel auf Geschwindigkeiten von mehr als
5 Meter/s beschleunigen können.
Eine ausreichende Mahlmittelgeschwindigkeit wird beispielsweise
in einem Sägezahnflügelrad des
Typs Cowles mit einem Durchmesser von 40 mm bei Betrieb mit 9.000
U/min erzielt. Die bevorzugten Proportionen des Mahlmittels, des
Pigments, des flüssigen Dispersionsmittels
und des Dispergators können
innerhalb weiter Bereiche variieren und hängen beispielsweise von dem
jeweils ausgewählten
Material und der Größe und Dichte
des Mahlmittels ab. Nach Abschluss des Mahlvorgangs wird die Dispersion
aus aktivem Material von dem Mahlmittel durch einfaches Sieben oder
Filtern getrennt. Bei jedem der beiden genannten Verfahren variieren
die bevorzugten Mengen und Verhältnisse der
Inhaltsstoffe des Mahlguts erheblich, je nachdem, welche Materialien
für welche
Anwendung verwendet werden. Der Inhalt der Mahlmischung besteht
aus dem Mahlgut und dem Mahlmittel. Das Mahlgut umfasst Pigment,
Dispergator und einen flüssigen
Träger,
wie beispielsweise Wasser. Für
wässrige
Tintenstrahltinten beträgt
das Pigment im Mahlgut im Allgemeinen 1 bis 50 Gew.-% ohne Mahlmittel.
Das Verhältnis
von Pigment zu Dispergator beträgt
20:1 bis 1:2. Die Hochgeschwindigkeitsmühle ist ein Gerät mit starker
Rührbewegung, wie
von Morehouse-Cowles, Hockmeyer et al., hergestellt.
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Der
Dispergator ist ein weiterer Inhaltsstoff im Mahlgut. Er kann entweder
ein kleines Molekül
oder ein Polymer sein. In der vorliegenden Erfindung verwendete
bevorzugte Dispergatoren umfassen Natriumdodecylsulfat, Acryl- und
Styrol-Acryl-Copolymere, wie die in
US-A-5,085,698 und
5,172,133 beschriebenen,
sowie sulfonierte Polyester und Styrole, wie die in
US-A-4,597,794 beschriebenen.
Andere, in Verbindung mit der Pigmentverfügbarkeit zuvor genannte Patente
beschreiben zudem eine große
Vielzahl von Dispergatoren. Der in den Beispielen verwendete Dispergator
ist Kalium-N-Methyl-N-Oleoyltaurat (K-OMT).
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Die
Mahldauer kann stark variieren und hängt von dem Pigment, den mechanischen
Einrichtungen und den Verweilbedingungen sowie u. a. der Ausgangs-
und gewünschten
Endgröße der Partikeln
ab. Für wässrige Mahlgüter beträgt die Mahldauer
bei Verwendung der zuvor beschriebenen bevorzugten Pigmente, Dispergatoren
und Mahlmittel typischerweise zwischen 1 und 100 Stunden. Das gemahlene
Pigmentkonzentrat wird vorzugsweise durch Filtration von dem Mahlmittel
getrennt.
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Die
für die
Erfindung geeigneten Pigmentpartikeln können jede beliebige Partikelgröße aufweisen,
die durch einen Druckkopf ausgeworfen werden kann. Vorzugsweise
haben die Pigmentpartikeln eine mittlere Partikelgröße von weniger
als ca. 0,5 μm,
am besten weniger als ca. 0,2 μm.
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Zahlreiche
organische und anorganische Pigmente können allein oder in Kombination
für die
Verwendung in der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden. In der Erfindung
verwendbare Farbmittelpartikeln umfassen Pigmente, wie sie beispielsweise
in
US-A-5,026,427 ;
5,086,698 ;
5,141,556 ;
5,160,370 und
5,169,436 beschrieben werden. Die
genaue Auswahl der Pigmente hängt
von der jeweiligen Anwendung und Leistungsanforderungen wie der
Farbreproduktion und der Bildstabilität ab. Zur Verwendung in vorliegender
Erfindung geeignet sind beispielsweise Azopigmente, Monoazopigmente,
Disazopigmente, Azopigmentlacke, β-Naphtholpigmente,
Naphthol AS-Pigmente, Benzimidazolonpigmente, Disazokondensationspigmente,
Metallkomplexpigmente, Isoindolinon- und Isoindolinpigmente, polyzyklische Pigmente,
Phthalocyaninpigmente, Quinacridonpigmente, Perylen- und Perinonpigmente,
Thioindigopigmente, Anthrapyrimidonpigmente, Flavanthronpigmente,
Anthanthronpigmente, Dioxazinpigmente, Triarylcarboniumpigmente,
Chinophthalonpigmente, Diketopyrrol-Pyrrolpigmente, Titaniumoxid, Eisenoxid
und Rußschwarz.
Typische Beispiele für
geeignete Pigmente umfassen Color Index (C. I.) Pigment Yellow 1,
2, 3, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 62, 65, 73, 74, 75, 81, 83,
87, 90, 93, 94, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110,
111, 113, 114, 116, 117, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 128, 129,
130, 133, 136, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155,
165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177,
179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 188, 190, 191, 192, 193, 194;
C. I. Pigment Orange 1, 2, 5, 6, 13, 15, 16, 17, 17:1, 19, 22, 24,
31, 34, 36, 38, 40, 43, 44, 46, 48, 49, 51, 59, 60, 61, 62, 64,
65, 66, 67, 68, 69; C. I. Pigment Red 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 31, 32, 38, 48:1,
48:2, 48:3, 48:4, 49:1, 49:2, 49:3, 50:1, 51, 52:1, 52:2, 53:1,
57:1, 60:1, 63:1, 66, 67, 68, 81, 95, 112, 114, 119, 122, 136, 144,
146, 147, 148, 149, 150, 151, 164, 166, 168, 169, 170, 171, 172,
175, 176, 177, 178, 179, 181, 184, 185, 187, 188, 190, 192, 194,
200, 202, 204, 206, 207, 210, 211, 212, 213, 214, 216, 220, 222,
237, 238, 239, 240, 242, 243, 245, 247, 248, 251, 252, 253, 254,
255, 256, 258, 261, 264; C.I. Pigment Violet 1, 2, 3, 5:1, 13, 19,
23, 25, 27, 29, 31, 32, 37, 39, 42, 44, 50; C.I. Pigment Blue 1,
2, 9, 10, 14, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 15, 16, 18, 19, 24:1,
25, 56, 60, 61, 62, 63, 64, 66; C.I. Pigment Green 1, 2, 4, 7, 8,
10, 36, 45; C.I. Pigment Black 1, 7, 20, 31, 32 und C.I. Pigment
Brown 1, 5, 22, 23, 25, 38, 41, 42. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden C.I. Pigment Blue 15:3, C.I. Pigment Red 122,
C.I. Pigment Yellow 155, C.I. Pigment Yellow 74, C.I. Pigment Black
7 oder Bis(phthalocyanylalumin)-Tetraphenyldisiloxan, wie in
US-A-4,311,775 beschrieben,
verwendet.
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Im
Falle organischer Pigmente kann die Tinte für die meisten Tintenstrahl-Druckanwendungen
bis zu ca. 20 Gew.-% an Pigmenten enthalten, im Allgemeinen jedoch
im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise ca. 0,1 bis 5 Gew.-%
der gesamten Tintenzusammensetzung. Wird ein anorganisches Pigment
gewählt, enthält die Tinte
tendenziell höhere
Gewichtsanteile Pigment als vergleichbare Tinten, die organische
Pigmente verwenden.
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Anstelle
von Pigmenten kann in dieser Erfindung auch ein Farbstoff verwendet
werden. Vorzugsweise ist der Farbstoff ein wasserunlöslicher
Farbstoff. Zur Herstellung der Tinte kann der wasserunlösliche Farbstoff dispergiert
oder in wasserdispergierbare Partikeln eingekapselt werden, wie
in
US-A-10/020,694 ,
eingereicht am 14. Dezember 2001, beschrieben. In der Erfindung
ist ein breiter Bereich wasserunlöslicher Farbstoffe verwendbar,
wie ein Ölfarbstoff,
ein Streufarbstoff oder ein Lösungsfarbstoff,
wie Ciba-Geigy Orasol Red G, Ciba-Geigy Orasol Blue GN, Ciba-Geigy
Orasol Pink und Ciba-Geigy Orasol Yellow. Bevorzugte wasserunlösliche Farbstoffe
können
Xanthenfarbstoffe, Methinfarbstoffe, Polymethinfarbstoffe, Anthrochinonfarbstoffe,
Merocyaninfarbstoffe, Azamethinfarbstoffe, Azinfarbstoffe, Chinophthalonfarbstoffe,
Thiazinfarbstoffe, Oxazinfarbstoffe, Phthalocyaninfarbstoffe, Mono-
oder Polyazofarbstoffe und Metallkomplexfarbstoffe sein. Vorzugsweise
können
die wasserunlöslichen
Farbstoffe Azofarbstoffe sein, wie beispielsweise ein wasserunlösliches Analog
des in
US-A-6,468,338 beschriebenen
Pyrazolazoindolfarbstoffs und des in
US-A-4,698,651 beschriebenen Arylazoisothiazolfarbstoffs,
oder ein Metallkomplexfarbstoff, wie die wasserunlöslichen
Analoge der in
US-A-5,997,622 und
6,001,161 beschriebenen
Farbstoffe, d. h. ein Übergangsmetallkomplex
eines 8-Heterocyclylazo-5-Hydroxychinolins. Die Löslichkeit
des in der vorliegenden Erfindung verwendeten wasserunlöslichen
Farbstoffs sollte kleiner als 1 g/l in Wasser, vorzugsweise kleiner
als 0,5 g/l in Wasser sein.
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Der
wasserunlösliche
Farbstoff kann in jeder wirksamen Menge in der Tinte der vorliegenden
Erfindung vorhanden sein, normalerweise bis ca. 20 Gew.-% einer
Tintenstrahltintenzusammensetzung, vorzugsweise von ca. 0,05 bis
15 Gew.-%.
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Der
in dieser Erfindung verwendete Polymerlatex kann ein Homopolymer
oder Copolymer oder ein vernetztes Polymer sein, das mit mindestens
einem halogenierten Vinylmonomer und optional mit anderen ethylenisch
ungesättigten
Monomeren hergestellt wird, so dass der Latex in einem wasserbasierenden
Medium stabilisiert werden kann. Der Polymerlatex enthält ein ethylenisch
ungesättigtes
Monomer, das zur Additionspolymerisation in der Lage ist. Die in
der Erfindung verwendbaren ethylenisch ungesättigten Monomere umfassen beispielsweise
folgende Monomere und deren Mischungen: Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Methylacrylat,
Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat,
Propylacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylacrylat, Iso-propylmethacrylat,
Butylacrylat, Butylmethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat,
Octadecylmethacrylat, Octadecylacrylat, Laurylmethacrylat, Laurylacrylat,
Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxyhexylacrylat, Hydroxyhexylmethacrylat,
Hydroxyoctadecylacrylat, Hydroxyoctadecylmethacrylat, Hydroxylaurylmethacrylat,
Hydroxylaurylacrylat, Phenethylacrylat, Phenethylmethacrylat, 6-Phenylhexylacrylat,
6-Phenylhexylmethacrylat, Phenyllaurylacrylat, Phenyllaurylmethacrylat,
3-Nitrophenyl-6-Hexylmethacrylat,
3-Nitrophenyl-18-Octadecylacrylat, Ethylenglycoldicyclopentyl-Etheracrylat,
Vinylethylketon, Vinylpropylketon, Vinylhexylketon, Vinyloctylketon,
Vinylbutylketon, Cyclohexylacrylat, 3-Methacryloxypropyl-Dimethylmethoxysilan,
3-Methacryloxypropyl-Methyldimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyl-Pentamethyldisiloxan,
3-Methacryloxypropyltris-(Trimethylsiloxy)silan, 3-Acryloxypropyl-Dimethylmethoxysilan,
Acryloxypropylmethyldimethoxysilan, Trifluormethylstyrol, Trifluormethylacrylat,
Trifluormethylmethacrylat, Tetrafluorpropylacrylat, Tetrafluorpropylmethacrylat,
Heptafluorbutylmethacrylat, Isobutylacrylat, Isobutylmethacrylat,
2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Isooctylacrylat, Isooctylmethacrylat,
N,N-Dihexylacrylamid, N,N-Dioctylacrylamid, N,N-Dimethylaminethylacrylat,
N,N-Dimethylaminethylmethacrylat, N,N-Diethylaminethylacrylat, N,N-Diethylaminethylmethacrylat,
Piperidin-N-Ethylacrylat, Vinylpropionat, Vinylacetat, Vinylbutyrat,
Vinylbutylether und Vinylpropyletherethylen, Styrol, Vinylcarbazol,
Vinylnaphthalen, Vinylanthracen, Vinylpyren, Methylmethacrylat,
Methylacrylat, Alpha-Methylstyrol,
Dimethylstyrol, Methylstyrol, Vinylbiphenyl, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat,
Glycidylpropylen, 2-Methyl-2-Vinyloxiran, Vinylpyridin, Aminethylmethacrylat,
Aminethylphenylacrylat, Maleimid, N-Phenylmaleimid, N-Hexylmaleimid,
N-Vinyl-Phthalimid
und N-Vinylmaleimidpoly(ethylenglycol)-Methyletheracrylat, Polyvinylalkohol,
Vinylpyrrolidon, Vinyl-4-Methylpyrrolidon, Vinyl-4-Phenylpyrrolidon,
Vinylimidazol, Vinyl-4-Methylimidazol,
Vinyl-4-Phenylimidazol, Acrylamid, Methacrylamid, N,N-Dimethylacryl
amid, N-Methylacrylamid, N-Methylmethacrylamid, Aryloxydimethylacrylamid,
N-Methylacrylamid, N-Methylmethacrylamid, Aryloxypiperidin und N,N-Dimethylacrylamid-Acrylsäure, Methacrylsäure, Chlormethacrylsäure, Maleinsäure, Allylamin,
N,N-Diethylallylamin, Vinylsulfonamid, Natriumacrylat, Natriummethacrylat,
Ammoniumacrylat, Ammoniummethacrylat, Acrylamidpropantriethylammoniumchlorid,
Methacrylamidpropantriethylammoniumchlorid, Vinylpyridinhydrochlorid,
Natriumvinylphosphonat und Natrium-1-Methylvinylphosphonat, Natriumvinylsulfonat,
Natrium-1-Methylvinylsulfonat, Natriumstyrolsulfonat, Natriumacrylamidpropansulfonat,
Natriummethacrylamidpropansulfonat und Natriumvinylmorpholinsulfonat,
Allylmethacrylat, Allylacrylat, Butenylacrylat, Undecenylacrylat,
Undecenylmethacrylat, Vinylacrylat und Vinylmethacrylat; Diene,
wie Butadien und Isopren; Ester von gesättigten Glycolen oder Diolen
mit ungesättigten
Monocarbonsäuren,
wie Ethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Triethylenglycoldimethacrylat,
1,4-Butandioldimethacrylat,
1,3-Butandioldimethacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat
und polyfunktionale aromatische Verbindungen, wie Divinylbenzen.
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Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete halogenierte Vinylmonomer
kann Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid,
Vinylbromid und Vinylidenbromid, Chlormethacrylsäure usw. sein.
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Zu
den in der vorliegenden Erfindung für die Synthetisierung der Polymere
verwendbaren Tensiden zählen
beispielsweise ein Sulfat, ein Sulfonat, eine kationische Verbindung,
ein reaktives Tensid, eine amphotere Verbindung und ein polymeres
Schutzkolloid. Konkrete Beispiele werden in McCutcheon, „Emulsifiers
and Detergents" (Emulgatoren
und Detergenzien), 1995, Ausgabe Nordamerika, beschrieben und sind
Fachleuten bekannt.
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Je
nach Art der verwendeten Initiatoren kann die Reaktionstemperatur
zwischen ca. 30°C
und ca. 90°C
betragen. Vorzugsweise beträgt
die Reaktionstemperatur mindestens 40°C und am besten mindestens 50°C. Um zu
gewährleisten,
dass kein freies Monomer vorhanden ist, wird die Reaktion normalerweise
für eine gewisse
Zeit nach Zugabe des Monomers fortgesetzt. Es ist gegebenenfalls
nötig,
weiteren Initiator als Maskierungsmittel während der letzten Reaktionsstufe
zuzusetzen, um die Reaktionsumwandlung zu steigern.
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Zur
praktischen Verwertung der Erfindung geeignete Initiatoren zur Additionspolymerisation
sind beispielsweise Azo- und Diazoverbindungen, wie 2,2'-Azobisisobutyronitril,
2,2'-Azobis(2,4-Dimethylvaleronitril), 2,2'-Azobis(2,3-Dimethylbutyronitril),
2,2'-Azobis(2-Methylbutyronitril),
2,2'-Azobis(2,3,3-Trimethylbutyronitril), 2,2'-Azobis(2-Isopropylbutyronitril),
1,1'-Azobis(cyclohexan-1-Carbonitril),
2,2'-Azobis(4-Methoxyl-2,4-Dimethylvaleronitril),
2-(Carbamoylazo)isobutyronitril, 4,4'-Azobis(4-Cyanovalerinsäure) und
Dimethyl-2,2'Azobisisobutyrat,
oder Peroxidverbindungen, wie Butylperoxid, Propylperoxid, Butyrylperoxid,
Benzoylisobutyrylperoxid und Benzoylperoxid, oder wasserlösliche Initiatoren,
beispielsweise Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat oder andere
Redoxinitiatoren. Bevorzugte Initiatoren sind öllösliche Initiatoren. Beispiele
für konkret
geeignete Initiatoren sind Azo-, Peroxid-, Persulfat- und Redoxinitiatoren.
Die Initiatoren sind in einer Menge verwendbar, die zwischen 0,2
und 4 Gew.-% oder höher,
bezogen auf das Gewicht der gesamten Monomere, beträgt. Ein Kettenübertragungsmittel,
wie Butylmercaptan, ist ebenfalls zur Steuerung der Eigenschaften
des gebildeten Polymers verwendbar.
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Die
Polymere können
durch Emulsionspolymerisation, Dispersionspolymerisation, Suspensionspolymerisation,
Mahlen oder Lösungs-/Massenpolymerisation
und anschließender
Postemulgierung hergestellt werden. Ausführliche Informationen über das
Verfahren und die Stabilisatoren enthält „Emulsion Polymerization and
Emulsion Polymers" (Emulsionspolymerisation
und Emulsionspolymere) (P. A. Lovell, M. S. El-Aasser, John Wiley & Sons Ltd., England,
1997).
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Der
in der Erfindung verwendete Polymerlatex hat im Allgemeinen eine
Glasübergangstemperatur (Tg)
von –50
bis 150°C,
vorzugsweise 5 bis 100°C,
am besten 10 bis 80°C.
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Der
in der Erfindung verwendete Polymerlatex hat im Allgemeinen eine
durchschnittliche Partikelgröße von unter
2 μm, vorzugsweise
unter 0,5 μm,
am besten unter 0,25 μm.
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Der
in der Erfindung verwendete Polymerlatex ist in der Tintenstrahltinte
im Allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise
von 0,5 bis 10 Gew.-% vorhanden.
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Alle
Monomereinheiten in dem in der Erfindung verwendeten Polymerlatex
können
hydrophob sein. Alternativ kann der Polymerlatex mindestens eine
hydrophile Monomereinheit enthalten. Der Anteil der hydrophilen
Monomereinheit beträgt
weniger als 50 Mol% der gesamten Monomereinheiten in dem Polymerlatex, vorzugsweise
unter 20 Mol% der gesamten Monomereinheiten in dem Polymerlatex,
am besten unter 5 Mol% der gesamten Monomereinheiten in dem Polymerlatex.
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Die
hydrophile Monomereinheit in dem Polymerlatex kann aus der Gruppe
ausgewählt
werden, die aus Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Chlormethacrylsäure,
Maleinsäure,
Allylamin, N,N-Diethylallylamin,
Vinylsulfonamid, Natriumacrylat, Natriummethacrylat, Ammoniumacrylat,
Ammoniummethacrylat, Acrylamidpropan-Triethylammoniumchlorid, Methacrylamidpropan- Triethylammoniumchlorid,
Vinylpyridinhydrochlorid, Natriumvinylphosphonat und Natrium-1-Methylvinylphosphonat,
Natriumvinylsulfonat, Natrium-1-Methylvinyl-Sulfonat und Natriumstyrolsulfonat
besteht. Die hydrophilen Monomere können auch nichtionisch sein,
wie Ethyoxytriethylenglycol-Methacrylat, Methoxypolyethylenoxid-Methacrylat,
Methoxypropylenoxidacrylat, Polyethylenoxid-Methacrylat, Polyethylenoxidacrylat,
N-Vinylpyrrolidon usw.
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Das
wässrige
Trägermedium
für die
Tintenzusammensetzung ist Wasser oder eine Mischung aus Wasser und
mindestens einem wassermischbaren Mitlösungsmittel. Die Auswahl einer
geeigneten Mischung hängt
von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab, wie beispielsweise
der gewünschten
Oberflächenspannung
und Viskosität,
dem gewählten
Pigment, der Trockenzeit der pigmentierten Tintenstrahltinte und
der Papiersorte, auf die die Tinte gedruckt wird. Repräsentative
Beispiele wassermischbarer Mitlösungsmittel,
die auswählbar
sind, umfassen (1) Alkohole, wie Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol,
Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, Sec-Butylalkohol, t-Butylalkohol,
Isobutylalkohol, Furfurylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol;
(2) Ketone oder Ketoalkohole, wie Aceton, Methylethylketon und Diacetonalkohol;
(3) Ether, wie Tetrahydrofuran und Dioxan; (4) Ester, wie Ethylacetat,
Ethyllactat, Ethylencarbonat und Propylencarbonat; (5) mehrwertige
Alkohole, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol,
Tetraethylenglycol, Propylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerol,
2-Methyl-2,4-Pentandiol 1,2,6-Hexantriol und Thioglycol; (6) niedrigere
Alkyl-Mono- oder -Diether von Alkylenglycolen, wie Ethylenglycolmonomethyl-(oder
-ethyl)ether, Diethylenglycolmonomethyl-(oder ethyl)ether, Diethylenglycolmonobutyl-(oder
-ethyl)ether, Propylenglycolmonomethyl-(oder -ethyl)ether, Poly(ethylenglycol)butylether,
Triethylenglycolmonomethyl-(oder -ethyl)ether und Diethylenglycol-Dimethyl-(oder
-ethyl)ether; (7) stickstoffhaltige zyklische Verbindungen, wie
Pyrrolidon, N-Methyl-2-Pyrrolidon, und 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon;
und (8) schwefelhaltige Verbindungen, wie Dimethylsulfoxid, 2,2'-Thiodiethanol und
Tetramethylensulfon.
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Die
Menge des wässrigen
Trägermediums
liegt in dem Bereich von ca. 70 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 90 bis
98 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Eine Mischung
von Wasser und mehrwertigem Alkohol, wie Diethylenglycol, ist als
wässriges
Trägermedium
verwendbar. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die
Tinten zwischen ca. 5 und ca. 60 Gew.-% wasserlösliches organisches Lösungsmittel,
bezogen auf das Gesamtgewicht des wässrigen Trägermedium.
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Die
Strömungsgeschwindigkeit,
die Trennlänge
der Tröpfchen,
die Tröpfchengröße und die
Strömungsstabilität werden
stark von der Oberflächenspannung
und der Viskosität
der Tinte bestimmt. Für
die Verwendung in Tintenstrahldrucksystemen geeignete pigmentierte
Tintenstrahltinten sollten eine Oberflächenspannung im Bereich von
ca. 20 dyn/cm bis ca. 60 dyn/cm, am besten im Bereich von 30 dyn/cm
bis ca. 50 dyn/cm haben. Die Kontrolle der Oberflächenspannung
in wässrigen
Tinten erfolgt durch Zusetzen kleiner Mengen von Tensiden. Die zu
verwendende Tensidmenge lässt
sich durch einfache Experimente nach Versuch und Irrtum ermitteln,
normalerweise ca. 0,1 bis ca. 6 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis ca.
4 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung. Es können anionische,
kationische und nichtionische Tenside aus den in
US-A-5,324,349 ;
4,156,616 und
5,279,654 beschriebenen ausgewählt werden,
sowie zahlreiche weitere Tenside, die in der Tintenstrahltechnik
bekannt sind. Zu den kommerziellen Tensiden zählen Surfynols
® von
Air Products, Zonyls
® von DuPont und Fluorads
® von
3M. Bevorzugte Tenside können
Siliciumtenside oder fluorierte Tenside sein. Bevorzugte Siliciumtenside
sind bei BYK-Chemie als BYK-Surfactants und bei Crompton Corp. unter
der Marke Silwet
® erhältlich. Kommerziell erhältliche
fluorierte Tenside können
Zonyls
® von
DuPont und Fluorads
® von 3M sein; sie können allein
oder zusammen mit anderen Tensiden verwendet werden.
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Der
in dem erfindungsgemäßen Verfabren
verwendeten Zusammensetzung wird ein Feuchtmittel zugesetzt, um
zu verhindern, dass die Tinte austrocknet oder in den Öffnungen
des Druckkopfes verkrustet. Die für diesen Zweck in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
verwendbaren mehrwertigen Alkohole sind beispielsweise Ethylenglycol,
Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol, Tetraethylenglycol,
Polyethylenglycol, Glycerol, 2-Methyl-2,4-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol und
Thioglycol. Das Feuchtmittel kann in einer Konzentration von ca.
10 bis ca. 50 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung verwendet
werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Diethylenglycol
oder eine Mischung aus Glycerol und Diethylenglycol in einer Konzentration
von 10 bis 20 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung verwendet.
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Die
Tinte hat physische Eigenschaften, die mit einem großen Bereich
von Auswurfbedingungen kompatibel sind, beispielsweise Treiberspannungen
und Impulsbreiten für
thermische Tintenstrahldruckvorrichtungen, Treiberfrequenzen des
piezoelektrischen Elements für
eine Drop-on-Demand-Vorrichtung oder eine kontinuierliche Vorrichtung
sowie Form und Größe der Düse.
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Ein
Penetriermittel (0 – 10
Gew.-%) kann der Tintenzusammensetzung, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet wird, zugesetzt werden, um das Eindringen der Tinte in
den Empfangsträger
zu erleichtern, insbesondere wenn es sich bei dem Träger um ein
stark gestrichenes Papier handelt. Ein bevorzugtes Penetriermittel
für die
erfindungsgemäßen Tinten
ist n-Propanol bei einer abschließenden Konzentration von 1
bis 6 Gew.-%.
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Um
unerwünschtes
mikrobielles Wachstum zu vermeiden, das sich in der Tinte im Laufe
der Zeit einstellen kann, ist auch ein Biozid (0,01 – 1,0 Gew.-%)
zusetzbar. Ein bevorzugtes Biozid für die erfindungsgemäßen Tinten
ist Proxel® GXL
(Zeneca Colours Co.) bei einer Konzentration von 0,05 bis 0,5 Gew.-%.
Weitere Additive, die wahlweise in den Tintenstrahltinten vorhanden
sein können,
sind u. a. Verdickungsmittel, Mittel zur Verbesserung der Leitfähigkeit,
Mittel gegen Ablagerungen, PH-Puffer, Trocknungsmittel
und Schaumhemmer.
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Mithilfe
von erfindungsgemäß verwendeten
wasserdispergierbaren Polymeren hergestellte Tintenstrahltinten
werden im Tintenstrahldrucken eingesetzt, wobei flüssige Tintentropfen
in kontrollierter Weise auf ein Tintenempfangssubstrat aufgebracht
werden, indem Tintentröpfchen
aus der Vielzahl der Düsen
oder Öffnungen
in einem Druckkopf des Tintenstrahldruckers ausgestoßen werden.
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Kommerziell
erhältliche
Tintenstrahldrucker arbeiten nach unterschiedlichen Verfahren zur
Steuerung der Ablagerung der Tintentröpfchen. Derartige Verfahren
lassen sich im Allgemeinen in zwei Arten unterteilen: kontinuierliche
Strömung
oder Drop-on-Demand (bedarfsweise Tropfenbildung).
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In
Drop-on-Demand-Systemen wird ein Tintentröpfchen aus einer Öffnung direkt
auf eine Stelle auf der Tintenempfangsschicht mittels Druck ausgeworfen,
der beispielsweise durch eine piezoelektrische Vorrichtung, eine
akustische Vorrichtung oder einen Thermoprozess erzeugt wird, der
durch digitale Signale steuerbar ist. Ein Tintentropfen wird nur
dann erzeugt und durch die Öffnung
des Druckkopfes ausgeworfen, wenn er benötigt wird. Tintenstrahl-Druckverfahren und
zugehörige
Drucker sind kommerziell erhältlich
und brauchen hier nicht im Detail beschrieben zu werden.
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Um
die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen
und die Haltbarkeit zu verlängern,
kann ein zusätzlicher
Erwärmungsschritt
in den Prozess des Druckens mit der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
eingefügt werden.
Dieser Erwärmungsschritt
kann entweder während
des Druckens oder nach dem Drucken erfolgen. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wird die Erwärmung
sowohl während
des Druckens als auch nach dem Drucken angewendet. Die Erwärmung unterstützt die
Ausbreitung der Flüssigkeiten
auf einem nichtabsorbierenden Substrat und beschleunigt deren Verdampfung.
Die Erwärmung
kann auch das Eindringen der Tintenkomponenten in das nichtabsorbierende
Substrat durch einen Quellmechanismus unterstützen. Der Erwärmungsschritt
während
des Druckens kann mit einem Heizmittel ausgeführt werden, welches das nichtabsorbierende
Substrat während
des Druckvorgangs auf eine erhöhte
Temperatur erwärmt.
Das Substrat wird vorzugsweise auf 30 bis 90°C, am besten auf 40 bis 70°C erwärmt. Im
Erwärmungsschritt
nach dem Drucken wird das bedruckte Substrat mit einem Heizmittel
auf eine erhöhte
Temperatur von 50 bis 150°C,
am besten auf 80 bis 120°C,
erwärmt.
Verschiedene Verfahren können
als Heizmittel verwendet werden, beispielsweise Lichteinstrahlung,
eine heiße
Luftquelle oder ein elektrisches Heizelement. Für den Erwärmungsschritt während des
Druckens wird ein elektrisches Heizelement oder eine Infrarotlampe
bevorzugt. Für
den Erwärmungsschritt
nach dem Drucken wird Lichteinstrahlung oder eine Infrarotlampe
bevorzugt. Optional kann ein infrarotabsorbierendes Material in
der erfindungsgemäßen Tinte
verwendet werden, um die Erwärmung
durch eine Infrarotlampe zu unterstützen.
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Die
folgenden Beispiele dienen zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden
Erfindung.
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BEISPIELE
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Herstellung von Pigmentdispersionen
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Die
magentafarbene Pigmentdispersion enthält: 300 g Polymerkörner, mittlerer
Durchmesser 50 μm (Mahlmittel);
30 g magentafarbenes Quinacridonpigment Pigment Red 122 (Sun Chemicals);
9 g Oleoylmethyltaurin, (OMT) Kaliumsalz und 208 g deionisiertes
Wasser und 0,2 g Proxel GXL® (Biozid von Zeneca).
Die oben genannten Komponenten wurden in einem 2 Liter fassenden,
doppelwandigen Behälter
von BYK-Gardner mit einer Hochleistungsmühle des Herstellers Morehouse-Cowles
Hochmeyer gemahlen. Die Mühle
lief für ca.
8 Stunden bei Zimmertemperatur. Die Dispersion wurde von dem Mahlmittel
getrennt, indem das Mahlgut durch einen KIMAX® Büchner-Trichter
von 4-8 μm
des Herstellers VWR Scientific Products gefiltert wurde. Am Ende
des Mahlvorgangs wurde der Dispersion weiteres Wasser zugesetzt,
sodass das Pigment ca. 10,0 Gew.-% der gesamten fertigen Dispersion
und das Biozid ca. 230 ppm der gesamten fertigen Dispersion ausmachten.
Die Partikelgröße beträgt ca. 30
nm, gemessen mit dem Ultrafeinpartikelanalysator (UPA) MICROTRAC
II des Herstellers Leeds & Northrup.
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Herstellung von Polymerlatexpartikeldispersionen
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Herstellung der Vergleichspolymerdispersion
1 (PV-1: Acrylat)
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400
g deionisiertes Wasser und 0,6 g des Tensids Olin 10G® wurden
in einen Einliter-Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem mechanischen
Rührer
und Stickstoffeinlass ausgestattet war. Die Lösung wurde 30 Minuten mit Stickstoffgespult
und in einem Bad mit konstanter Temperatur auf 80°C erwärmt. 172,8
g Methylacrylat und 7,2 g 2-Acrylamid-2-Methyl-1-Propansulfonsäure (Natriumsalz)
wurden zugegeben und drei Minuten lang gerührt. 16,4 g 10%ige Natriumpersulfatlösung und
5,5 g 10%ige Natriummetabisulfitlösung wurden zugegeben, um die
Polymerisation zu starten. Die Polymerisation wurde eine Stunde
lang fortgesetzt und eine weitere Stunde lang auf 80°C erwärmt. Die
Temperatur wurde auf 65 – 70°C gesenkt,
anschließend
wurden je 1 ml t-Butylhydroperoxid (10%) und Natriumformal dehydbisulfit
(10%) zugegeben. Der Latex wurde gekühlt und gefiltert. Die Dispersion
enthält
30 Gew.-% Feststoffe.
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Herstellung der Vergleichspolymerdispersion
2 (PV-2: Wasserlöslich)
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Das
wasserlösliche
Polymer Jonrez IJ-4655® wurde bei Westvaco als
Styrolacryl-Polymerlösung
mit 25% Feststoffen bezogen. Diese Polymerdispersion wird als Vergleichspolymerdispersion
2 (PV-2) bezeichnet.
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Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerlatex
1 (P-1)
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160
g deionisiertes Wasser wurden in einen 500 ml-Einhalsrundkolben
mit einem mechanischen Rührer
gegeben. Der Kolben wurde zunächst
20 Minuten lang mit Stickstoff gespült und anschließend in
ein Bad mit einer konstanten Temperatur von 40°C getaucht. Danach wurden dem
Kolben 0,25 g Kaliumpersulfat, 0,35 g Natriummetabisufit, 2,0 g
Triton 770 (30% aktiv), 4,0 g Ethylacrylat und 36,0 g Vinylidenchlorid
zugesetzt. Die Polymerisationsreaktion wurde weitere 12 Stunden
lang fortgesetzt. Der Latex wurde gekühlt und gefiltert. Die fertige
Polymerlatexdispersion enthielt 13,52 Gew.-% Feststoffe, die durchschnittliche
Partikelgröße beträgt 0,056 μm. Diese
Polymerdispersion wird als Polymerlatex 1 (P-1) bezeichnet.
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Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerlatex
2 (P-2)
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160
g deionisiertes Wasser wurde in einen 500 ml-Einhalsrundkolben mit
einem mechanischen Rührer gegeben.
Der Kolben wurde zunächst
20 Minuten lang mit Stickstoff gespült und anschließend in
ein Bad mit einer konstanten Temperatur von 40°C getaucht. Danach wurden dem
Kolben 0,25 g Kaliumpersulfat, 0,35 g Natriummetabisufit, 2,0 g
Triton 770 (30% aktiv), 2,0 g Ethylacetat, 18,0 g Vinylidenchlorid,
19,2 g Methylmethacrylat und 1,6 g Natrium 2-Sulfo-1,1-Dimethylethylacrylamid
(50%) zugesetzt. Die Polymerisationsreaktion wurde weitere 12 Stunden
lang fortgesetzt. Der Latex wurde gekühlt und gefiltert. Die fertige
Polymerlatexdispersion enthielt 15,5 Gew.-% Feststoffe, die durchschnittliche
Partikelgröße beträgt 0,062 μm. Diese
Polymerdispersion wird als Polymerlatex 2 (P-2) bezeichnet.
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Tintenformulierung
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Erfindungsgemäße Tinte 1 (T-1: Tinte mit
Polymerlatex 1)
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Zur
Herstellung von Tinte-1 wurden 4,36 g der magentafarbenen Pigmentdispersion
(10% aktiv), 0,2 g Silwet® L-7608 (Crompton Corp.),
2,0 g Diethylenglycol und 1,0 g Di(propylenglycol)methylether (Dowanol® DPM),
0,6 g 2-Pyrrolidon und 2,90 g Polymerlatex 1 (13,52% aktiv) zusammen
mit destilliertem Wasser zugesetzt, sodass das endgültige Gewicht
der Tinte 20,0 g betrug. Die fertige Tinte enthielt 2,18% Pigment
Red 122, 1,0% Silwet® L-7608, 10,0% Diethylenglycol,
5% Di(propylenglycol)methylether, 3% Pyrrolidon und 2,0% Polymerlatex
1. Die Lösung
wurde durch einen Polytetrafluorethylenfilter mit 3 μm Siebweite
gefiltert.
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Erfindungsgemäße Tinte 2 (T-2)
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Tinte-2
der vorliegenden Erfindung wurde wie Tinte-1 hergestellt, mit dem
Unterschied, dass die Menge des Polymerlatex 1 (13,52% aktiv) von
2,90 g auf 6,51 g erhöht
wurde, sodass die endgültige
Tinte 4,4 Gew.-% Polymerlatex 1, bezogen auf die gesamte Tinte,
enthielt.
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Erfindungsgemäße Tinte 3 (T-3)
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Tinte-3
der vorliegenden Erfindung wurde wie Tinte-1 hergestellt, mit dem
Unterschied, dass anstelle von Polymerlatex 1 2,53 g Polymerlatex
2 (15,5% aktiv) verwendet wurde, sodass die endgültige Tinte 2,0 Gew.-% Polymerlatex
2, bezogen auf die gesamte Tinte, enthielt.
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Erfindungsgemäße Tinte 4 (T-4)
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Tinte-4
der vorliegenden Erfindung wurde wie Tinte-3 hergestellt, mit dem
Unterschied, dass die Menge des Polymerlatex 2 (15,5% aktiv) von
2,53 g auf 5,68 g erhöht
wurde, sodass die endgültige
Tinte 4,4 Gew.-% Polymerlatex 2, bezogen auf die gesamte Tinte,
enthielt.
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Vergleichstinte 1 (V-1)
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Vergleichstinte
1 wurde wie die erfindungsgemäße Tinte-1
hergestellt, mit dem Unterschied, dass anstelle von Polymerlatex
1 1,30 g der Vergleichspolymerdispersion PV-1 (30% aktiv) verwendet
wurde. Die fertige Tinte enthielt 2,0% Vergleichspolymerdispersion
PV-1.
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Vergleichstinte 2 (V-2)
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Vergleichstinte
2 wurde wie Vergleichstinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied,
dass die Menge der Vergleichspolymerdispersion PV-1 (30% aktiv)
von 1,30 g auf 2,90 g erhöht
wurde, sodass die fertige Tinte 4,4% Vergleichspolymerdispersion
PV-1 enthielt.
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Vergleichstinte 3 (V-3)
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Vergleichstinte
3 wurde wie Vergleichstinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied,
dass anstelle der Vergleichspolymerdispersion 1 1,57 g der Vergleichspolymerdispersion
PV-2 (25% aktiv) verwendet wurde. Die fertige Tinte enthielt 2,0%
Vergleichspolymerdispersion PV-2.
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Vergleichstinte 4 (V-4)
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Vergleichstinte
4 wurde wie Vergleichstinte 3 hergestellt, mit dem Unterschied,
dass die Menge der Vergleichspolymerdispersion PV-2 (25% aktiv)
von 1,57 g auf 3,52 g erhöht
wurde, sodass die fertige Tinte 4,4% Vergleichspolymerdispersion
PV-2 enthielt.
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Vergleichstinte 5 (V-5)
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Die
erfindungsgemäße Vergleichstinte
5 wurde wie die erfindungsgemäße Tinte
1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass anstelle des Polymerlatex
1 4,36 g destilliertes Wasser verwendet wurde, sodass die fertige Tinte
keinen Polymerlatex enthielt.
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Test der Tintenausstoßbarkeit
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Die
erfindungsgemäßen Tinten
wurden in leere Epson 880-Patronen gefüllt, das Drucken wurde mit einem
Tintenstrahldrucker des Typs Epson 880 unter Verwendung der genannten Tinten
ausgeführt.
Alle erfindungsgemäßen Tinten
wurden durch den Drucker Epson 880 gut ausgeworfen, keine Düsen wurden
verstopft. Die Tinten wurden über
48 Stunden lang im Drucker belassen, bevor der zuvor beschriebene
Test wiederholt wurde. Alle Düsen
warfen die erfindungsgemäßen Tinten
mit minimalen Reinigungszyklen aus, ohne dass Probleme mit den Tinten
auftraten.
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Test der Tintendruckzuverlässigkeit
und des Drucks
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Die
erfindungsgemäßen Tinten
wurden in einen Tintenbeutel gefüllt
und unter Verwendung einer Tintenstrahltintenhalterung, die mit
einem Piezodruckkopf der Firma Brother mit einer heizbaren Drucktrommel ausgestattet
war, getestet. Das Volumen der Tintentropfen wurde im Verhältnis zur
Zeit gemessen, um die Druckzuverlässigkeit zu prüfen. Ein
1 × 10
Zoll großes
nichtabsorbierendes Vinylsubstrat, ein Mehrzweck-Tintenstrahlgussvinyl
(MPI 1005#226 der Firma Avery Graphics), wurde auf der Drucktrommel
angeordnet. Die Trommel wurde während
des Druckens auf 50°C
gehalten. Ein 0,7 × 4
Zoll großes
Dmax-Dichte-Testfeld wurde gedruckt. Nach dem Drucken wurden die
Proben eine Minute lang mit einer Infrarotlampe auf 90°C erwärmt. Der
Test war erfolgreich, wenn 67 pl große Tintentröpfchen der Tintenzusammensetzung
mindestens eine Stunde lang mit einer Geschwindigkeit von 7.500
Tropfen/Sekunde kontinuierlich durch den Druckkopf ausgeworfen wurden,
ohne dass es zu einem Düsenausfall
oder einer Fehlausrichtung der Tintentropfen kam.
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Um
die Wirksamkeit des Druckens zu vergleichen, wurde ein Kontrolldrucktest
mit einer nicht erwärmten
Drucktrommel vorgenommen; das resultierende Bild konnte sehr leicht
mit einem Papiertuch abgewischt werden, und die Drucke wiesen eine
viel niedrigere Dichte als die mit der erwärmten Trommel gedruckten Proben
auf. Ein anderer Kontrolldrucktest wurde vorgenommen, in dem die
Probe nach dem Drucken nicht erwärmt
wurde. Die resultierende Drucke konnten direkt nach dem Drucken
leicht abgewischt werden, und es dauerte mehrere Wochen, bis die
bebilderte Fläche
bei Zimmertemperatur berührungstrocken
war.
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Haltbarkeitstest
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Probenzubereitung
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Ein
nichtabsorbierendes Vinylsubstrat, ein Mehrzweck-Tintenstrahlgussvinyl
(MPI 1005 #226 der Firma Avery Graphics), wurde auf eine Größe von 14 × 25 cm
geschnitten und auf einem auf ca. 40°C erwärmten Beschichtungsblock angeordnet.
Die zuvor beschriebenen Tinten wurden in eine Spritzpistole (Paasche
Sirbrush Set H-3 der Firma Paasche Airbrush Company, Harwood Heights,
Illinois, USA) gefüllt,
die mit einer Druckluftzufuhr verbunden war. Der Druck der Spritzpistole
wurde auf ca. 20 1b (9,07 kg) eingestellt, so dass eine gleichmäßige Tintenströmung erzielt
wurde. Die Tinten wurden auf die zuvor beschriebenen, erwärmten Vinylsubstrate
gesprüht.
Es wurden einheitliche Tintenbeschichtungen erzielt. Anschließend wurden
die Proben eine Minute lang mit einer Infrarotlampe auf 90°C erwärmt.
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Test der Trockenabriebbeständigkeit
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Der
Test der Trockenabriebbeständigkeit
wurde ausgeführt,
indem die Proben in vier Durchläufen
im mit Tinte bedeckten Bereich bei gleichbleibendem Druck mit einem
trockenen Wattestäbchen
abgerieben wurden. Der Farbverlust im behandelten Bereich der Probe
und die Farbübertragung
auf das Wattestäbchen
wurden visuell geprüft,
und eine Bewertung der Trockenabriebbeständigkeit auf einer Skala von
0 bis 5 wurde wie folgt vorgenommen.
- 0:
- bestes Ergebnis, kein
Farbverlust und/oder Farbübertragung;
- 1:
- kaum sichtbarer Farbverlust
und/oder Farbübertragung;
- 2:
- sichtbarer Farbverlust
und/oder Farbübertragung;
- 3:
- einiger Farbverlust
und Farbübertragung;
- 4:
- starker Farbverlust
und/oder Farbübertragung;
- 5:
- schlechtestes Ergebnis,
fast vollständiger
Farbverlust und Farbübertragung.
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Test der Feuchtabriebbeständigkeit:
-
Ein
Test der Feuchtabriebbeständigkeit
wurde ausgeführt,
indem ein Wassertropfen mit einem Durchmesser von ungefähr 2,54
cm auf die tintenbeschichtete Probenoberfläche aufgetragen wurde und das überschüssige Wasser
nach 5 Minuten mit einem Papiertuch abgewischt wurde. Auf der behandelten
Probe wurde anschließend
ein Bereich mit einem Durchmesser von 3,5 cm in vier Durchläufen mit
einem trockenen Papiertuch bei gleichbleibendem Druck abgerieben.
Der Farbverlust in dem behandelten Probenbereich und die Farbübertragung
auf das Papiertuch wurden visuell geprüft, und eine Bewertung der
Feuchtabriebbeständigkeit wurde
analog zu dem zuvor beschriebenen Verfahren auf einer Skala von
0 bis 5 vorgenommen, wobei 0 das beste und 5 das schlechteste Ergebnis
bezeichnet. Die Ergebnisse der Trocken- und Feuchtabriebbeständigkeittests
sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
| Tinte | Polymer | Verhältnis Polymer/Pigment | Bewertung
Trockenabrieb | Bewertung Feuchtabrieb |
| V-1 | PV-1 | 1/1 | 1 | 2 |
| V-3 | PV-2 | 1/1 | 1 | 3 |
| T-1 | P-1 | 1/1 | 0 | 1 |
| T-3 | P-2 | 1/1 | 0 | 1 |
| V-2 | PV-1 | 2/1 | 2 | 1 |
| V-4 | PV-2 | 2/1 | 1 | 2 |
| T-2 | P-1 | 2/1 | 0 | 0 |
| T-4 | P-2 | 2/1 | 0 | 1 |
| V-5 | | - | 4 | 5 |
-
Aus
der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, dass das Vorhandensein
von Polymerlatex in der Tinte die Bildhaltbarkeit unter trockenen
und feuchten Bedingungen im Vergleich mit den Tinten ohne Polymerlatex erheblich
verbessert. Die erfindungsgemäßen Tinten
weisen, verglichen mit den Vergleichstinten, weitere Vorteile bei
der Bildhaltbarkeit auf.