DE60315392T2

DE60315392T2 - Tintenstrahltintenzusammensetzung und Kombination aus Tinte und Empfangselement

Info

Publication number: DE60315392T2
Application number: DE60315392T
Authority: DE
Inventors: Xiaoru Rochester Wang; Huijuan D. Rochester Chen; Ricky G. Rochester Frazier; Jin-Shan Rochester Wang
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-15
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: EP1403342A1; JP2004115810A; US7381755B2; DE60315392D1; US20040063807A1; EP1403342B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Tintenstrahltintenzusammensetzung aus einem Pigment und einem Polymerlatex. Der Polymerlatex ist aus mindestens einem chlorierten oder bromierten Vinylmonomer hergestellt.
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 und für Großformatdrucke für Außenanwendungen, wie z.B. Transparente, Schilder, Displays, Poster, Reklametafeln und Busbeschriftungen in kleiner Auflage eingesetzt.
Diese Drucktechnik ist für das Bedrucken einer Vielzahl von Oberflächen (Bedruckstoffen) geeignet, einschließlich poröser und nicht poröser Oberflächen. Poröse Tintenstrahlbedruckstoffe haben den Vorteil, dass sie viel Flüssigkeit aufnehmen können, was eine hohe Druckgeschwindigkeit ermöglicht. In einigen Anwendungen, wie beispielsweise Transparenten, Schildern, Displays, Postern, Reklametafeln und Busbeschriftungen, weisen diese porösen Bedruckstoffe Haltbarkeitsnachteile auf, beispielsweise in Bezug auf Lichtfestigkeit, Wasserfestigkeit, Abriebfestigkeit und Witterungsbeständigkeit. Um diese Probleme zu überwinden, werden die Drucke üblicherweise nachbearbeitet, und zwar mithilfe von Verfahren, wie beispielsweise der Laminierung, was die Kosten erheblich erhöht. Historisch gesehen wurden zur Lösung dieser Probleme lösungsmittelbasierte Tinten oder UV-härtbare Tinten oder Farben entwickelt, um nicht absorbierende Substrate bedrucken zu können, beispielsweise Vinyl, und die gewünschte Haltbarkeit zu erzielen. US-A-4,106,027 beschreibt eine derartige lösungsmittelbasierte Farbe, die geeignet ist, um Bilder auf nicht absorbierende Bedruckstoffe mit verbesserter Adhäsion und Haltbarkeit zu drucken. EP 0 882 104 B1 beschreibt eine UV-härtbare Tintenstrahltintenzusammensetzung zur Erzielung einer besseren Haltbarkeit des Drucks auf nicht absorbierenden Substraten. Bei beiden Tintenarten bestehen erhebliche Bedenken hinsichtlich Umwelt, Gesundheit und Sicherheit aufgrund der Verdampfung des Lösungsmittels oder des UV-Monomers während des Druckvorgangs.
US-A-6,087,416 beschreibt die Verwendung einer wässrigen, pigmentbasierten Tinte zum Drucken auf nicht absorbierendem Vinylsubstrat. Diese Tinte enthält ein gepfropftes Copolymerbindemittel, das in dem wässrigen Hilfsmittel löslich, jedoch in Wasser unlöslich ist. Bei dieser Tinte besteht jedoch das Problem, dass aufgrund der Löslichkeit des Bindemittels in dem Tintenhilfsmittel die Tintenviskosität hoch und die Druckzuverlässigkeit schlecht ist. Zudem sind die gedruckten Bilder gegenüber Lösungsmitteln nicht haltbar.
US-A-4,762,875 beschreibt eine Drucktinte, die Pigment und Polymeradditive für Kunststoff- und Metalloberflächen enthält. Bei dieser Erfindung besteht jedoch das Problem, dass der Feststoffanteil für diese Tinte hoch ist, wodurch die Viskosität der Tinte für Tintenstrahltintenanwendungen zu hoch ist; zudem sind die in der Erfindung verwendeten Additive hydrophil, weshalb die resultierenden Beschichtungen eine schlechte Wasserbeständigkeit aufweisen.
EP 1314766 A1 beschreibt dispergierbare, pigmentierte Drucktintenzusammensetzungen, vorzugsweise für das kontinuierliche Tintenstrahldruckverfahren. Die Tinten enthalten ein Flockungsmittel. Geeignete Flockungsmittel binden die Pigmentpartikel in dem Sediment in dreidimensionalen „luftigen" Strukturen, die problemlos zerlegbar sind. Die erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzungen sind laut Angabe durch gute Druckbarkeit im dispergierten Zustand gekennzeichnet.
EP 0365388 A1 beschreibt eine Mischung aus einem wasserableitbaren Polyestermaterial, einem Acrylpolymer und einem wasserableitbaren Vinylpolymer. Das Acrylpolymer und das Vinylpolymer müssen mit dem Polyester verträglich sein. Die Polymermischungen sind laut Angabe zur Herstellung von Tintenzusammensetzungen geeignet, die eine verbesserte Haftbeständigkeit, Wasserbeständigkeit und Alkoholbeständigkeit aufweisen.
WO 02/059222 A1 beschreibt eine zusetzungsfreie, ausstoßbare Flüssigzusammensetzung, die Wasser als Lösungsmittel umfasst, eine Harz-in-Wasser-Emulsion mit einer Säurezahl von mindestens 30 und ein alkalisches Mittel. Die ausstoßbare Flüssigkeit hat einen pH-Wert von mehr als 9. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen umfasst die ausstoßbare Flüssigkeit Wasser als Lösungsmittel, eine Harz-in-Wasser-Emulsion mit einer Säurezahl von unter 30, eine Acrylharz-in-Wasser-Lösung und ein alkalisches Mittel. Die Harzzusammensetzung der Harz-in-Wasser-Emulsion und der Harz-in-Wasser-Lösung hat eine Säurezahl von mindestens 30, und der pH-Wert der ausstoßbaren Flüssigkeit ist höher als 9.
EP 0984046 A1 beschreibt eine Tintenstrahltinte mit einem Trägermedium, einem Färbemittel und thermoplastischen Polymerteilchen, wobei die Polymerteilchen eine Glasübergangstemperatur zwischen 30°C und 200°C und einen mittleren Durchmesser zwischen 10 und 1000 nm aufweisen.
Es besteht daher Bedarf nach einer wasserbasierten Tintenstrahltinte, die eine gute Wasserfestigkeit, Lichtfestigkeit, Abriebbeständigkeit, gute Haftung auf nicht absorbierenden Substraten, einschließlich unbehandeltem Vinyl, aufweist und zuverlässig über einen Piezo- oder Thermodruckkopf druckbar ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine wasserbasierte Tintenstrahltinte bereit, die eine gute Wasserfestigkeit, Lichtfestigkeit, Abriebbeständigkeit, gute Haftung auf nicht absorbierenden Substraten, einschließlich unbehandeltem Vinyl, aufweist und zuverlässig über einen Piezo- oder Thermodruckkopf druckbar ist. Diese und weitere Aufgaben werden mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die eine Tintenstrahltintenzusammensetzung umfasst mit:

– einem Pigment;
– einem einzelnen Polymerlatex mit mindestens einem chlorierten oder bromierten Vinylmonomer, wobei das Polymer eine Glasübergangstemperatur von 5 bis 100°C aufweist und aus weniger als 5 Mol.-% hydrophilen Monomereinheiten und mindestens 45 Mol.- % des mindestens chlorierten oder bromierten Vinylmonomers, bezogen auf das gesamte Monomer in dem Copolymer, zusammengesetzt ist,
– mindestens einem Tensid; und
– einem Feuchtmittel.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt:
Eine Kombination aus wässriger Tintenstrahltinte und einem Bedruckstoff, worin die wässrige Tintenstrahltinte folgendes umfasst:

– ein Pigment;
– einen einzelnen Polymerlatex, wie zuvor beschrieben;
– mindestens ein Tensid;
– ein Feuchtmittel;

Es wurde festgestellt, dass die Colloidstabilität, die Schmutzbeständigkeit und die Abriebbeständigkeit eines Tintenstrahlbildes bei Verwendung der hier beschriebenen Zusammensetzung verbessert wurde.
Die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung ist für das Bedrucken von verschiedenen Substraten geeignet, einschließlich nicht absorbierender Substrate. Diese in der vorliegenden Erfindung verwendbaren, nicht absorbierenden Substrate können jedes Substrat umfassen, das im Wesentlichen nicht porös ist. Diese werden normalerweise nicht auf eine zusätzliche Flüssigkeitsabsorption hin behandelt. Diese Materialien besitzen eine sehr niedrige oder keine Kapazität zur Flüssigkeitsabsorption. Beispiele derartiger nicht absorbierender Substrate sind Metalle, wie Aluminium, Kupfer, Edelstahl und Legierungen usw.; Kunststoffe, wie Vinyl, Polycarbonat, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Cellulose und andere Substrate, wie Keramik oder Glas.
Um eine gute Bildhaltbarkeit beim Drucken mit wasserbasierten Tinten auf einem nicht absorbierenden Substrat zu erzielen, muss das Polymerbindemittel in der Tintenzusammensetzung im Wesentlichen hydrophob sein, eine gute Adhäsionsstärke auf nicht absorbierendem Substrat aufweisen und auch problemlos nach dem Trocknen in Wasser redispergierbar sein. Um eine gute Tintenlagerungsstabilität zu erzielen und eine mögliche Düsenverstopfung zu vermeiden, muss das hydrophobe Polymerbindemittel zudem als eine Dispersion ausreichend stabil und mit anderen Tintenkomponenten verträglich sein, beispielsweise Tensiden, Färbemitteln und Feuchtmitteln. Die Polymerbindemittel müssen zudem in einer wässrigen Tintenumgebung dispergierbar, jedoch nicht darin lösbar sein, um eine niedrige Tintenviskosität und eine Haltbarkeit des Drucks gegenüber Wasser und Lösungsmitteln zu erzielen. Zudem sollte die Tinte eine ausreichend niedrige Oberflächenspannung aufweisen, um eine gute Benetzbarkeit des nicht absorbierenden Substrats zu erzielen.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Pigment kann entweder selbstdispergierendes Pigment sein, wie in US-A-5,630,868 beschrieben, oder gekapselt, wie die in der anhängenden US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/822,723 , eingereicht am 30. März 2001, beschrieben, oder es kann von einem 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 Primärteilchen zu zerlegen, und (b) einen Verdünnungsschritt, in dem das dispergierte Pigmentkonzentrat mit einem Träger und anderen Zusätzen zu einer gebrauchsfertigen Tinte verdünnt wird. Bei diesem Mahlschritt wird das Pigment normalerweise in einem Träger suspendiert (normalerweise 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 Primärteilchen bewirken. Ein Dispersionsmittel oder Stabilisator oder beides wird der Pigmentdispersion üblicherweise zugegeben, um das Zerlegen des Rohpigments zu ermöglichen, die kolloidale Teilchenstabilität zu erhalten und ein erneutes Zusammenballen der Teilchen zu verzögern.
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 Teilchen umfassen, die vorzugsweise und im Wesentlichen kugelförmig sind, z.B. Körner, 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 Harte und Zerreibbarkeit, um ein Abspanen oder Zerdrücken während des Mahlvorgangs zu vermeiden. Geeignete Polymerharze umfassen vernetzte Polystyrole, wie Polystyrol, das mit Divinylbenzen vernetzt ist, Styrolcopolymere, Polyacrylate, wie Poly(methylmethylacrylat), Polycarbonate, Polyacetale, wie Derlin^TM, Vinylchloridpolymere und Copolymere, Polyurethane, Polyamide, Poly(tetrafluorethylene), z.B. Teflon^TM, und andere Fluorpolymere, HD-Polyethylen, Polypropylene, Celluloseether und Ester, wie Celluloseacetat, 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-Acylhydroxyprolin)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 Teilchengröße ermöglichen. Am meisten bevorzugt werden vernetzte oder unvernetzte Polymerstoffe auf Basis von Styrol.
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 Anteile des Mahlmittels, des Pigments, des flüssigen Dispersionsmittels und des Dispergiermittels können innerhalb weiter Bereiche variieren und hängen beispielsweise von dem jeweils ausgewählten Material und der Größe und Dichte des Mahlmittels usw. 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.
Der Dispergator ist ein weiterer Inhaltsstoff im Mahlgut. Dabei kann es sich um ein kleines Molekül oder um ein Polymer handeln. In der vorliegenden Erfindung verwendete bevorzugte Dispergatoren enthalten 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 zuvor in Verbindung mit verfügbaren Pigmenten beschriebene Patente beschreiben zudem eine große Vielzahl von Dispergatoren. Der in den Beispielen verwendete Dispergator ist Kalium-N-Methyl-N-Oleoyltaurat (K-OMT).
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 Teilchen 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.
Die in der Erfindung verwendbaren Pigmentteilchen haben Teilchengrößen, die durch einen Druckkopf ausgeworfen werden können. Vorzugsweise haben die Pigmentteilchen eine mittlere Teilchengröße von weniger als ca. 0,5 μm, vorzugsweise von weniger als ca. 0,2 μm.
Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl organischer und anorganischer Pigmente alleine oder in Kombination auswählbar. Färbemittelteilchen, die in der Erfindung verwendbar sind, umfassen beispielsweise Pigmente, wie die in US-A-5,026,427 ; 5,086,698 ; 5,141,556 ; 5,160,370 und 5,169,436 beschriebenen. Die genaue Auswahl von Pigmenten hängt von der jeweiligen Anwendung und den Leistungsanforderungen ab, bei spielsweise von Farbreproduktion und Bildstabilität. Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Pigmente sind beispielsweise u.a. Azopigmente, Monoazopigmente, Disazopigmente, Azopigmentlacke, β-Naphtholpigmente, Naphthol-AS-Pigmente, Benzimidazolonpigmente, Disazokondensationspigmente, Metallkomplexpigmente, Isoindolinon- und Isoindolinpigmente, polyzyklische Pigmente, Phthalocyaninpigmente, Chinacridonpigmente, Perylen- und Perinonpigmente, Thioindigopigmente, Anthrapyrimidonpigmente, Flavanthronpigmente, Anthanthronpigmente, Dioxazinpigmente, Triarylcarboniumpigmente, Chinophthalonpigmente, Diketopyrrolpyrrolpigmente, Titanoxid, Eisenoxid und Rußschwarz. Typische Beispiele für verwendbare Pigmente sind 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 ist das Pigment 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(phthalocyanylalumino)tetraphenyldisiloxan, wie in US-A-4,311,775 beschrieben.
Im Falle organischer Pigmente kann die Tinte für die meisten Tintenstrahl-Druckanwendungen bis zu ca. 20 Gew.-% Pigmente enthalten, im Allgemeinen jedoch im Bereich von 0,1 bis 10%, vorzugsweise ca. 0,1 bis 5 Gew.-% der gesamten Tintenmischung. Wenn ein anorgani sches Pigment ausgewählt wird, enthält die Tinte tendenziell höhere Gewichtsprozentanteile des Pigments als mit vergleichbaren Tinten, die organische Pigmente verwenden.
Statt eines Pigments ist in der Erfindung auch ein Farbstoff verwendbar. Vorzugsweise ist der Farbstoff ein wasserunlöslicher Farbstoff. Um die Tinte herzustellen, kann der wasserunlösliche Farbstoff in wasserdispergierbaren Teilchen dispergiert oder darin gekapselt sein, wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 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 der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/689,184 , eingereicht am 12. Oktober 2000, 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 und vorzugsweise kleiner als 0,5 g/l in Wasser sein.
Der wasserunlösliche Farbstoff kann in jeder wirksamen Menge in der erfindungsgemäßen Tinte vorhanden sein, normalerweise bis zu ca. 20 Gew.-% einer Tintenstrahltintenzusammensetzung, vorzugsweise von ca. 0,05 bis 15 Gew.-%.
Das in dieser Erfindung verwendete Polymerlatex kann ein Homopolymer oder Copolymer oder ein vernetztes Polymer sein, hergestellt mit mindestens einem chlorierten oder bromierten Vinylmonomer, und wahlweise weiteren ethylenisch ungesättigten Monomeren, so dass das Latex in einem wasserbasierten Medium stabilisiert werden kann. Der Polymerlatex enthält 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-Dimethylacrylamid, 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, Methacrylamidpropan-triethylammoniumchlorid, Vinylpyridinhydrochlorid, Natriumvinylphosphonat und Natrium-1-Methylvinylphosphonat, Natriumvinylsulfonat, Natrium-1-Methylvinylsulfonat, Natrimstyrolsulfonat, 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.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete halogenierte Vinylmonomer kann ein Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylbromid und Vinylidenbromid oder Chlormethacrylsäure sein.
Zu den in der vorliegenden Erfindung zur 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.
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 ggf. nötig, weiteren Initiator als Maskierungsmittel während der letzten Reaktionsstufe zuzusetzen, um die Reaktionsumwandlung zu steigern.
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-Cyanvalerinsäure), 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.
Die Polymere können über Emulsionspolymerisation, Dispersionspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Grand Milling oder Lösungs-/Massenpolymerisation und anschließender Postemulsifikation 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).
Der in der Erfindung verwendete Polymerlatex hat im Allgemeinen eine Glasübergangstemperatur von 5 bis 100 °C, vorzugsweise von 10 bis 80°C.
Der in der Erfindung verwendete Latexpolymer hat im Allgemeinen eine mittlere Partikelgröße von < 2 μm, vorzugsweise von < 0,5 μm und am besten von < 0,25 μm.
Der in der Erfindung verwendete Polymerlatex ist in der Tintenstrahltinte im Allgemeinen von 0,1% bis 20 Gew.% vorhanden, vorzugsweise von 0,5% bis 10 Gew.%
Alle Monomereinheiten in dem in der Erfindung verwendeten Polymerlatex können hydrophob sein. Alternativ dazu kann der Polymerlatex mindestens eine hydrophile Monomereinheit enthalten. Der Inhalt der hydrophilen Monomereinheit ist kleiner als 5 Mol% der gesamten Monomereinheiten in dem Polymerlatex.
Die hydrophile Monomereinheit in dem Polymerlatex ist aus der Gruppe wählbar, 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 oder Natriumstyrolsulfonat besteht. Die hydrophilen Monomere können auch nicht ionisch sein, wie etwa Ethyoxytriethylenglycolmethacrylat, Methoxypolyethylenoxidmethacrylat, Methoxypropylenoxidacrylat, Polyethylenoxidmethacrylat, Polyethylenoxidacrylat, N-Vinylpyrrolidon usw.
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.
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 5 und 60 Gew.-% wassermischbarer organischer Lösungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht des wässrigen Trägermittels.
Die Strömungsgeschwindigkeit, die Trennlänge der Tröpfchen, die Tröpfchengröße und die Strömungsstabilität werden stark von der Oberflächenspannung und der Viskosität der Tinte bestimmt. Zur Verwendung mit Tintenstrahldrucksystemen geeignete pigmentierte Tintenstrahltinten sollten eine Oberflächenspannung im Bereich von ca. 20 Dynes/cm bis ca. 60 Dynes/cm (0,02 N/m bis 0,06 N/m) aufweisen und vorzugsweise im Bereich von ca. 30 Dynes/cm bis ca. 50 Dynes/cm (0,03 N/m bis 0,05 N/m) aufweisen. Die Kontrolle der Oberflächenspannung in wässrigen Tinten erfolgt durch Zusetzen kleiner Mengen von grenzflächenaktiven Stoffen. Die zu verwendende Menge grenzflächenaktiver Stoffe lässt sich durch einfache Experimente nach Versuch und Irrtum ermitteln; üblicherweise beträgt sie ca. 0,1% bis ca. 6%, vorzugsweise 0,5% bis ca. 4 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung. Es sind anionische, kationische und nicht ionische Tenside aus den in US-A-5,324,349 ; 4,156,616 und 5,279,654 beschriebenen verwendbar, sowie zahlreiche weitere grenzflächenaktive Stoffe, die in der Tintenstrahltechnik bekannt sind. Zu den kommerziellen Tensiden zählen Surfynol^® von Air Products; Zonyl^® von DuPont und Fluorad^® von 3M. Bevorzugte Tenside können Silicontenside oder fluorierte Tenside sein. Bevorzugte Silicontenside sind von BYK-Chemie als BYK-Tenside und von Crompton Corp. als Silwet^® Tenside erhältlich. Kommerziell erhältliche, fluorierte Tenside können Zonyl^® von DuPont und Fluorads^® von 3M sein, wobei diese alleine oder in Kombination mit anderen Tensiden verwendbar sind.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 Zusammensetzung, die für die Erfindung verwendet wurde, geeigneten mehrwertigen Alkohole sind beispielsweise u.a. Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol, Tetraethylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerol, 2-Methyl-2,4-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol und Thioglycol. Ein Feuchtmittel ist in einer Konzentration von ca. 10 bis ca. 50 Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung verwendbar. 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.
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.
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 in der Erfindung verwendeten Tinten ist n-Propanol bei einer abschließenden Konzentration von 1 bis 6 Gew.-%.
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 in der Erfindung verwendeten Tinten ist Proxel^® GXL (Zeneca Colours Co.) mit 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-Puffermittel, Trocknungsmittel und Schaumhemmer.
Tintenstrahltinten, die mithilfe von in der Erfindung verwendeten, wasserdispergierbaren Polymeren herstellbar sind, werden im Tintenstrahldrucken eingesetzt, wobei flüssige Tintentropfen in kontrollierter Weise auf ein Tintenempfangsschichtsubstrat aufgebracht werden, indem Tintentröpfchen aus der Vielzahl der Düsen oder Öffnungen in einem Druckkopf des Tintenstrahldruckers ausgestoßen werden.
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).
In Drop-on-Demand-Systemen wird ein Tintentröpfchen aus einer Öffnung mittels Druck direkt auf eine Stelle auf der Tintenempfangsschicht 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.
Um die Druckgeschwindigkeit zu beschleunigen und die Haltbarkeit zu erhöhen, kann während der Verarbeitung der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung ein zusätzlicher Heizschritt eingefügt werden. Dieser Heizschritt kann entweder während des Druckens oder nach dem Drucken erfolgen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt das Heizen während des Druckens und nach dem Drucken. Durch das Heizen wird die Ausbreitung der Flüssigkeit auf einem nicht absorbierenden Substrat und deren Verdampfung unterstützt. Das Heizen kann zudem dazu beitragen, dass die Tintenkomponenten durch einen Quellmechanismus in das nicht absorbierende Substrat eindringen. Der Heizschritt während des Druckens lässt sich realisieren, indem man Heizmittel verwendet, so dass das nicht absorbierende Substrat während des Druckvorgangs auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird. Das Substrat wird vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 30°C und 90°C und am besten auf eine Temperatur zwischen 40 und 70°C erwärmt. Während des Heizschrittes nach dem Drucken wird das gedruckte Substrat auf eine erhöhte Temperatur mittels Heizmitteln erwärmt, wobei das Substrat auf einen Temperaturbereich zwischen 50°C und 150°C und vorzugsweise zwischen 80 und 120°C erwärmt wird. Es sind verschiedene Verfahren als Heizmittel verwendbar, beispielsweise Lichtstrahlung, Warmluft oder ein elektrisches Heizgerät. Für den Heizschritt während des Druckens wird ein elektrisches Heizgerät oder eine Infrarotlampe bevorzugt. Für den Heizschritt nach dem Drucken wird Lichtstrahlung bevorzugt, beispielsweise von einer Infrarotlampe. Wahlweise kann ein infrarotabsorbierendes Material in der erfindungsgemäßen Tinte verwendet werden, um das Heizen mittels Infrarotlampe zu unterstützen.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung.
Beispiele
Herstellung von Pigmentdispersionen
Die Magenta-Pigmentdispersion enthält: 300 g Polymerkörner, mittlerer Durchmesser 50 μm (Mahlmittel); 30 g Chinacridon-Magentapigment Pigment Red 122 (Sun Chemicals); 9 g Oleoylmethyltaurin, (OMT) Kaliumsalz und 208 g entsalztes Wasser und 0,2 g Proxel GXL (Biocid 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 Raumtemperatur. Die Dispersion wurde von dem Mahlmittel getrennt, indem das Mahlgut durch einen KIMAX^® Büchner-Trichter von 4–8 um des Herstellers VWR Scientific Products gefiltert wurde. Zum Ende des Mahlvorgangs wurde weiteres Wasser zu der Dispersion zugegeben, so dass das Pigment einen Anteil von ca. 10,0 Gew.-% an der gesamten fertigen Dispersion und das Biozid 230 ppm (Gew.) an der gesamten fertigen Dispersion hat. Die Partikelgröße betrug ca. 30 nm, wie mit einem Partikelanalysator des Typs MICROTRAC II Ultrafine Particle Analyzer (UPA) von Leeds & Northrup ermittelt.
Herstellung von Polymerlatexpartikeldispersionen
Herstellung der Polymervergleichsdispersion 1 (PC-1: Acrylat)
400 g entsalztes Wasser und 0,6 g Olin 10G^® Tensid wurden in einen 11 Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem mechanischen Rührwerk und Stickstoffeinlass ausgestattet war. Die Lösung wurde 30 Minuten mit Stickstoff gespült und in einem Bad von konstanter Temperatur auf 80°C erwärmt. 172,8 g Methylacrylat und 7,2 g 2-Acrylamid-2-Methyl-1-Propansulfonsäure (Natriumsalz) wurden zugegeben und für 3 Minuten gerührt. 16,4 g 10% Natrium persulfatlösung und 5,5 g 10% Natriummetabisulfitlösung wurden zugegeben, um die Polymerisation zu starten. Die Polymerisation wurde für eine Stunde fortgesetzt und für eine weitere Stunde bei 80°C erwärmt. Die Temperatur wurde auf 65–70°C gesenkt und je 1 ml t-Butylhydroperoxid (10%) und Natriumformaldehydbisulfit (10%) wurden anschließend zugegeben. Der Latex wurde gekühlt und gefiltert. Die Dispersion enthielt 30 Gew.-% Feststoffe.
Herstellung der Polymervergleichsdispersion 2 (PC-2: wasserlöslich)
Wasserlösliches Polymer Jonrez IJ-4655^® wurde aus Westvaco als eine Styrolacrylpolymerlösung mit 25% Feststoffen beschafft. Diese Polymerdispersion wird als Polymervergleichsdispersion 2 (PC-2) bezeichnet.
Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerlatex 1 (P-1)
160 g deionisiertes Wasser wurden in einen 500 ml Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem mechanischen Rührwerk ausgestattet war. Der Kolben wurde für 20 Minuten mit Stickstoff gespült und dann in ein Bad mit konstant 40°C getaucht. Anschließend wurden 0,25 g Kaliumpersulfat, 0,35 g Natriummetabisulfit, 2,0 g Triton 770 (30% aktiv), 4,0 g (9,7 Mol-%) aus Ethylacrylat, 36,0 g (90,3 Mol-%) Vinylidenchlorid dem Kolben zugegeben. Die Polymerisationsreaktion wurde weitere 12 Stunden fortgesetzt. Der Latex wurde gekühlt und gefiltert. Die endgültige Polymerlatexdispersion enthielt 13,52 Gew.-% Feststoffe, die mittlere Partikelgröße betrug 0,056 μm. Diese Polymerdispersion wird als Polymerlatex 1 (P-1) bezeichnet.
Herstellung des erfindungsgemäßen Polymerlatex 2 (P-2)
160 g deionisiertes Wasser wurden in einen 500 ml Dreihalsrundkolben gegeben, der mit einem mechanischen Rührwerk ausgestattet war. Der Kolben wurde für 20 Minuten mit Stickstoff gespült und dann in ein Bad mit konstant 40°C getaucht. Anschließend wurden 0,25 g Kaliumpersulfat, 0,35 g Natriummetabisulfit, 2,0 g Triton 770 (30% aktiv), 2,0 g Ethylacrylat, 18,0 g (45 Mol-%) Vinylidenchlorid, 19,2 g (54 Mol-%) Methylmethacrylat und 1,6 g (1 Mol-%) Natrium 2-Sulfo-1,1-dimethylethylacrylamid (50%) dem Kolben zugegeben. Die Polymerisationsreaktion wurde weitere 12 Stunden fortgesetzt. Der Latex wurde gekühlt und gefiltert. Die endgültige Polymerlatexdispersion enthielt 15,5 Gew.-% Feststoffe, die mittlere Partikelgröße betrug 0,062 μm. Diese Polymerdispersion wird als Polymerlatex 2 (P-2) bezeichnet.
Tintenrezeptur
Erfindungsgemäße Tinte 1 (I-1: Tintenhaltiger Polymerlatex 1)
Um die Tinte 1 herzustellen, wurden 4,36 g der Magentapigmentdispersion (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, so dass das endgültige Gewicht der Tinte 20,0 g betrug. Die fertige Tinte bestand aus 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 ein Polytetrafluorethylenfilter mit 3 μm Siebweite gefiltert.
Erfindungsgemäße Tinte 2 (I-2)
Die erfindungsgemäße Tinte 2 wurde ähnlich 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, so dass die fertige Tinte 4,4% Polymerlatex 1, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthielt.
Erfindungsgemäße Tinte 3 (I-3)
Die erfindungsgemäße Tinte 3 wurde ähnlich wie Tinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass 2,53 g des Polymerlatex 2 (15,5% aktiv) anstatt des Polymerlatex 1 verwendet wurden, so dass die fertige Tinte 2,0% Polymerlatex 2, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthielt.
Erfindungsgemäße Tinte 4 (I-4)
Die erfindungsgemäße Tinte 4 wurde ähnlich 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, so dass die fertige Tinte 4,4% Polymerlatex 2, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthielt.
Vergleichstinte 1 (C-1)
Die Vergleichstinte 1 wurde ähnlich wie die erfindungsgemäße Tinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass 1,30 g der Polymervergleichsdispersion PC-1 (30% aktiv) statt des Poly merlatex 1 verwendet wurden. Die fertige Tinte enthielt 2,0% der Polymervergleichsdispersion PC-1.
Vergleichstinte 2 (C-2)
Die Vergleichstinte 2 wurde ähnlich wie die Vergleichstinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Menge der Polymervergleichsdispersion PC-1 (30% aktiv) von 1,30 g auf 2,90 g erhöht wurde, so dass die fertige Tinte 4,4% der Polymervergleichsdispersion PC-1 enthielt.
Vergleichstinte 3 (C-3)
Die Vergleichstinte 3 wurde ähnlich wie die Vergleichstinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass 1,57 g der Polymervergleichsdispersion PC-2 (25% aktiv) statt der Polymervergleichsdispersion 1 verwendet wurden. Die fertige Tinte enthielt 2,0% der Polymervergleichsdispersion PC-2.
Vergleichstinte 4 (C-4)
Die Vergleichstinte 4 wurde ähnlich wie die Vergleichstinte 3 hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Menge der Polymervergleichsdispersion PC-2 (25% aktiv) von 1,57 g auf 3,52 g erhöht wurde, so dass die fertige Tinte 4,4% der Polymervergleichsdispersion PC-2 enthielt.
Vergleichstinte 5 (C-5)
Die Vergleichstinte 5 wurde ähnlich wie die erfindungsgemäße Tinte 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass 4,36 g destilliertes Wasser anstatt des Polymerlatex 1 verwendet wurden, so dass die fertige Tinte kein Polymerlatex enthielt.
Tintenausstoßbarkeitsprüfung
Die erfindungsgemäßen Tinten wurden in leere Patronen des Typs Epson 880 gefüllt; der Druckvorgang erfolgte mit einem Tintenstrahldrucker des Typs Epson 880 unter Verwendung der vorstehend genannten Tinten. Sämtliche erfindungsgemäßen Tinten konnten von dem Epson-880-Drucker einwandfrei ausgestoßen werden, ohne dass Düsen verstopften. Die Tinten wurden für über 48 Stunden in dem Drucker belassen, worauf der vorstehende Test wiederholt wurde. Sämtliche Düsen arbeiteten bei minimalen Reinigungszyklen problemlos in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Tinten.
Tintenzuverlässigkeitsprüfung
Die erfindungsgemäßen Tinten wurden in einen Tintenbeutel gefüllt und mit einer Tintenstrahlvorrichtung getestet, die mit einem Piezo-Druckkopf von Brother und einer heizbaren Drucktrommel ausgestattet war. Das Tintentropfenvolumen wurde gegen die Zeit gemessen, um die Druckzuverlässigkeit zu prüfen. Auf die Drucktrommel wurde ein nicht absorbierendes Mehrzweck-Vinylsubstrat der Größe 2,54 × 25,4 cm (1 × 10 Zoll) (MPI 1005 Nr. 226 von Avery Graphics) aufgespannt. Die Trommel wurde während des Druckens auf 50°C erwärmt. Es wurde ein 1,778 × 10,16 cm (0,7 × 4 Zoll) großes Feld mit maximaler Dichte bedruckt. Nach dem Drucken wurden die Proben mit einer Infrarotlampe für 1 Minute auf 90°C weiter erwärmt. Der Test galt als bestanden, wenn Tintentropfen von 67 Picolitern der Tintenzusammensetzung kontinuierlich durch den Druckkopf mit einer Frequenz von 7.500 Tropfen/Sekunde für mindestens eine Stunde ausgestoßen werden konnten, ohne dass es zu einem Düsenausfall oder zu einem Ausrichtungsfehler der Tintentropfen kam.
Haltbarkeitsprüfung
Probenherstellung
Ein nicht absorbierendes Vinylsubstrat, nämlich eine gegossene Mehrzweck-Tintenstrahlvinylfolie (MPI 1005 Nr. 226 von Avery Graphics) wurde in 14 × 25 cm große Stücke geschnitten und auf einem auf ca. 40°C erwärmten Beschichtungsblock angeordnet. Die vorstehend genannten Tinten wurden in ein Airbrush-Gerät gefüllt (Paasche Airbrush Set H-3, zu beziehen von Paasche Airbrush Company, Harwood Heights, IL, USA), das an Druckluft angeschlossen war. Der Druck der Spritzpistole wurde auf ca. 0,09 mBar eingestellt, so dass ein gleichmäßiger Tintenstrom erzielt wurde. Die Tinten wurden auf die zuvor genannten, erwärmten Vinylsubstrate aufgespritzt. Es wurde eine gleichmäßige Beschichtung der Tinten erzielt. Die Proben wurden anschließend mit einer Infrarotlampe für 1 Minute auf 90°C erwärmt.
Trocken-Abriebfestigkeitsprüfung
Die Trocken-Abriebfestigkeitsprüfung wurde durchgeführt, indem die Proben mit einem trockenen Wattestäbchen unter konstantem Druck in dem mit Tinte bedruckten Bereich 4 Mal überstrichen wurden. Der Farbverlust in dem geprüften Probenbereich und die Farbübertragung auf das Wattestäbchen wurden per Sichtprüfung ermittelt, und die Trocken-Abriebfestigkeit wurde auf einer Skala von 0 bis 5 beurteilt.

0:: bestes Ergebnis, kein Farbverlust und/oder keine Farbübertragung;
1:: kaum sichtbarer Farbverlust und/oder Farbübertragung;
2:: sichtbarer Farbverlust und/oder Farbübertragung;
3:: gewisser Farbverlust mit Farbübertragung;
4:: starker Farbverlust mit Farbübertragung;
5:: schlechtestes Ergebnis, nahezu vollständiger Farbverlust mit Farbübertragung;

Nass-Abriebfestigkeitsprüfung

Eine Nass-Abriebfestigkeitsprüfung wurde durchgeführt, indem ein Wassertropfen von ca. 2,54 cm Durchmesser für 5 Minuten auf die mit Tinte bedruckte Probenfläche aufgebracht wurde, wonach das überschüssige Wasser mit einem Papiertuch abgewischt wurde. Dieser behandelte Bereich wurde dann 4 mal mit einem trockenen Papiertuch unter konstantem Druck in einem Bereich von ca. 3,5 cm Durchmesser abgerieben. Der Farbverlust in dem geprüften Probenbereich und die Farbübertragung auf das Papiertuch wurden per Sichtprüfung ermittelt, und die Nass-Abriebfestigkeit wurde wie zuvor auf einer Skala von 0 bis 5 beurteilt, wobei 0 den besten und 5 den schlechtesten Wert bezeichnet. Die Ergebnisse für die Trocken- und Nass-Abriebfestigkeitsprüfung sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1

Tinte	Polymer	Verhältnis Polymer/Pigment	Trocken-Abriebergebnis	Nass-Abriebergebnis
C-1	PC-1	1/1	1	2
C-3	PC-2	1/1	1	3
I-1	P-1	1/1	0	1
I-3	P-2	1/1	0	1
C-2	PC-1	2/1	2	1
C-4	PC-2	2/1	1	2
I-2	P-1	2/1	0	0
I-4	P-2	2/1	0	1
C-5	N/A	N/A	4	5

Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, dass die Anwesenheit von Polymerlatex in der Tinte die Bildhaltbarkeit unter trockenen und nassen Bedingungen im Vergleich mit Tinten ohne Polymerlatex deutlich verbessert. Im Vergleich mit den Vergleichstinten weisen die erfindungsgemäßen Tinten weitere Vorteile in Bezug auf die Bildhaltbarkeit auf.

Claims

Wässrige Tintenstrahltintenzusammensetzung mit: – einem Pigment; – einem einzelnen Polymerlatex mit mindestens einem chlorierten oder bromierten Vinylmonomer, wobei das Polymer eine Glasübergangstemperatur von 5 bis 100°C aufweist und aus weniger als 5 Mol.-% hydrophilen Monomereinheiten und mindestens 45 Mol.-% des mindestens chlorierten oder bromierten Vinylmonomers, bezogen auf das gesamte Monomer in dem Copolymer, zusammengesetzt ist, – einem Feuchtmittel; und – mindestens einem Tensid.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Gewichtsverhältnis des Pigments zum Polymer 1:20 bis 20:1 beträgt.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Pigment eine Partikelgröße von kleiner als 0,5 μm aufweist.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Pigment bis zu 10 Gew.% der Tintenzusammensetzung umfasst.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Tensid ein siliconiertes oder ein fluoriertes Tensid oder eine Mischung aus beidem ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Polymerlatex eine Glasübergangstemperatur von –50 bis 150 °C aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Polymerlatex nur hydrophobe Monomereinheiten in dem Polymerlatex umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Polymerlatex hydrophile Monomereinheiten umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die 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-Methylvinylsulfonat und Natriumstyrolsulfonat, Ethyoxytriethylenglycolmethacrylat, Methoxypolyethylenoxidmethacrylat, Methoxypropylenoxidacrylat, Polyethylenoxidmethacrylat, Polyethylenoxidacrylat und N-Vinylpyrrolidon umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das chlorierte oder bromierte Vinylmonomer ausgewählt ist aus Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylbromid, Vinylidenbromid und Chlormethacrylsäure.
Kombination aus wässriger Tintenstrahltinte und einem Empfangselement, worin die wässrige Tintenstrahltinte folgendes umfasst: – ein Pigment; – einen einzelnen Polymerlatex nach einem der Ansprüche 1 bis 9; – mindestens ein Tensid; – ein Feuchtmittel; und wobei das Empfangselement ein nicht absorbierendes Substrat umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, worin das chlorierte oder bromierte Vinylmonomer Vinylidenchlorid ist.