DE69007432T2

DE69007432T2 - Tinte und Tintenstrahldruckverfahren, Tintenpatrone, Tintenstrahlerzeugungsvorrichtung und Tintenstrahldruckvorrichtung unter Verwendung derselben.

Info

Publication number: DE69007432T2
Application number: DE69007432T
Authority: DE
Inventors: Masako Shimomura; Yuko Suga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-19
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2010-10-17
Also published as: DE69007432D1; EP0429828B1; US5184148A; ES2049885T3; EP0429828A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Pigmenttinte, die Drucken mit erhöhter Dichte und mit einem Tintenstrahldruckverfahren erlaubt, sowie eine Tintenkassette, eine Tintenstrahleinrichtung und eine Tintenstrahldruckvorrichtung, die durch einen unter Wärmeenergieeinwirkung erfolgenden Austrag von Tintentröpfchen aus den Öffnungen eines Druckkopfs drucken kann.

Relevanter Stand der Technik

Ein Tintenstrahldruckverfahren besitzt mehrere Vorteile, insofern als das Verfahren geräuscharm arbeitet und unter Verwendung eines hochintegrierten Kopfes hochaufgelöste, gedruckte Bilder mit einer hohen Geschwindigkeit erzielen kann.
Ein derartiges Tintenstrahldruckverfahren verwendet als Tinte eine Lösung, die durch Auflösen eines der zahlreichen wasserlöslichen Farbstoffe in Wasser oder in einer Lösungsmittelmischung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel erhalten wird. Da der wasserlösliche Farbstoff bei seinem Gebrauch schlechte Lichtbeständigkeit zeigt, wird die Lichtbeständigkeit der gedruckten Bilder häufig zu einem Problem. Zusätzlich wird, da die Tinte wasserlöslich ist, die Wasserbeständigkeit des gedruckten Bildes ebenso häufig zu einem Problem. Wenn nämlich Regen, Schweiß oder Trinkwasser auf das gedruckte Bild aufgebracht wird, läuft das gedruckte Tintenbild aus oder verschwindet in einigen Fällen sogar.
Weil andererseits Schreibutensilien wie Kugelschreiber, die Farbstoffe verwenden, auf dasselbe Problem stoßen, wurden verschiedene Arten wässriger Pigmenttinte für Schreibutensilien zur Lösung der Probleme bezüglich Licht- und Wasserbeständigkeit vorgeschlagen.
Zu Untersuchungen, die die Dispersionsstabilität, die Verhütung von Verfestigung der Tinte am Stiftende und die Verhütung des Abriebs der Kugel des Kugelschreibers betrafen, gehören diejenigen, die in den japanischen Offenlegungsschriften 58-80368, 61-272278, 62-568, 62-101671 und 62-101672 veröffentlicht wurden. Kugelschreiber und Marker, die wäßrige Pigmente verwenden, sind kürzlich auf den Markt gebracht worden.
Die japanischen Offenlegungsschriften 64-6074 und 64-31881 beschreiben wäßrige Tinte mit einem pH-Wert von bis zu 5,0, die Carbon Black verwenden.
Wenn herkömmliche, wäßrige Pigmenttinte für Schreibutensilien in einer Tintenstrahldruckeinrichtung des Typs, bei dem durch Austrag einer Tinte in Form eines Tintentröpfchen-Strahls aus den Öffnungen eines Druckkopfs gedruckt wird, verwendet wird, gibt es jedoch ein Problem insofern, als die Austragsstabilität merklich verschlechtert wird und Druckausfall auftritt.
Wenn insbesondere herkömmliche Pigmenttinte in einer Tintenstrahldruckeinrichtung des Typs, bei dem durch Zufuhr von Wärmeenergie zur Tinte Tintentröpfchen ausgetragen werden, verwendet wird, werden aufgrund der der Tinte zugeführten Wärmeimpulse auf einem Dünnfilmwiderstand (Heizelement) Ablagerungen erzeugt, wodurch ein unvollständiges Aufschäumen der Tinte verursacht wird, und somit eine Störung auftritt, die in einem ungleichmäßigen Austrag resultiert. Sogar wenn keine Ablagerung auf dem Dünnfilmwiderstand (Heizelement) erzeugt wird, kann ein unvollständiges Aufschäumen immer noch auftreten und den Tröpfchenaustrag in Abhänigkeit vom der Tinte zugeführten Impuls hemmen und somit einen Austrag verhindern.
Um nämlich die Tinte aus den Öffnungs-Enden stabil auszutragen, muß die Tinte die Fähigkeit besitzen, mit einem gewünschten Volumen auf dem Dünnfilmwiderstand aufzuschäumen und innerhalb einer gewünschten Zeit ein Aufschäumen und Entschäumen zu wiederholen. Weil herkömmliche Tinte für Schreibutensilien eine solche Fähigkeit nicht besitzt, erzeugt sie die oben beschriebenen Probleme, wenn sie in eine Tintenstrahldruckeinrichtung gefüllt und zum Drucken verwendet wird.
Wenn weiter eine Pigmenttinte, die früher vorgeschlagen worden ist und die Carbon Black verwendet, zum Tintenstrahldrucken verwendet wird, zeigt, obwohl die Beständigkeit eines auf einfachem Papier gedruckten Bildes, verglichen mit der Beständigkeit eines unter Verwendung von Farbstofftinte gedruckten Bildes, merklich verbessert ist, keine spätere Untersuchung, daß es einen Nachteil gibt, insofern als die Dickte des gedruckten Bildes, wie diese für Tintenstrahldrucken charakteristisch ist, geringer als die Dichte des unter Verwendung von Farbstofftinte gedruckten Bildes ist. Falls zur Verbesserung der Druckdichte die Pigmentkonzentration erhöht wird, ergibt sich ein Mangel, insofern als die Austragstabilität merklich verschlechtert wird.
Weil im Vergleich zur Tinte, die erfindungsgemäß in einer Tintenstrahldruckeinrichtung verwendet wird, eine Druckfarbe mit einer extrem hohen Konzentration verwendet werden kann, kann die Druckdichte leicht erhöht werden. Die Druckdichte kann auch durch eine Erhöhung der Dicke der aufetragenen Tintenschicht erhöht werden. Beim Tintenstrahldrucken, insbesondere beim Drucken mit hoher Dichte, ist jedoch die Menge der austragbaren Tinte beschränkt, weil die Größe der Öffnungen sehr klein ist. Zusätzlich bedingt eine Erhöhung der Konzentration des in der Tinte enthaltenen Pigments die beschriebenen unerwünschten Schwierigkeiten, insofern als Ablagerungen während langfristiger Aufbewahrung auftreten, so daß sich Tinte aufgrund Austrocknens am Ende der Öffnungen verfestigt, und somit ein Nicht-Austrag auftritt. Obwohl weiterhin einige der herkömmlichen wäßrigen Tinten für eine relativ kurze Zeit hervorragende Austrageigenschaften besitzen, führen herkömmliche Tinten auf ein Problem, insofern als die Tinte unstabil und schließlich nicht mehr ausgetragen wird, wenn die Betriebsbedingungen des Druckkopfs geändert werden, oder wenn die Tinte lange kontinuierlich ausgetragen wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen und eine Tinte zu schaffen, die das Drucken eines Bildes sowohl mit einer hervorragenden Beständigkeit als auch mit einer hohen Dichte erlaubt.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tinte zu schaffen, die eine hervorragende Langzeit-Lagerungsstabilität besitzt, die ein Drucken mit hoher Dichte erlaubt und die konstant und stabii ausgetragen werden kann, sogar wenn die Betriebsbedingungen variieren oder wenn die Tinte für eine lange Zeitdauer selbst bei hohen Temperaturen verwendet worden ist. Weiter ist es Aufgabe, ein Tintenstrahldruckverfahren, eine Strahltinten-Kassette oder Patrone und eine Tintenstrahldruckeinrichtung, die diese Tinte verwendet, zu schaffen.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Tinte mit einem wäßrigen, flüssigen Medium, das saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des sauren Carbon Blacks und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von saurem Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine Tinte mit einem wäßrigen, flüssigen Medium, das saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Carbon Blacks und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, worin das Gewichtsverhältnis von saurem Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt, und das in dem Medium aufgelöste wasserlösliche Harz 2 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.
Weiter schafft die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahldruckverfahren, in dem Tinte durch Wärmeenergie, die der Tinte gemäß einem Drucksignal zugeführt wird, als Tröpfchen aus Öffnungen ausgetragen wird; die Tinte umfaßt ein wäßriges, flüssiges Medium, das saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des sauren Carbon Black und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 3000 bis 30000 enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von saurem Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figuren 1(a) und 1(b) sind eine Längsschnitt bzw. eine Querschnittsansicht des Kopfabschnitts einer Tintenstrahldruckeinrichtung;
Figur 2 ist eine Schrägansicht eines Mehrfachkopfes der den in Figur 1 gezeigten Kopf aufweist;
Figur 3 ist eine Schrägansicht einer Ausführungsform einer Tintenstrahldruckvorrichtung;
Figur 4 ist eine Längsschnittansicht einer Tintenkassette; und
Figur 5 ist eine Schrägansicht einer Tintenstrahleinrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfinder untersuchten eingehend ein Verfahren zur Erhöhung der Dichte eines Drucks, der unter Verwendung von wäßriger, Carbon Black enthaltender Pigmenttinte im Tintenstrahldruck auf einfachem, z. B. ungestrichenem Papier erhalten wurde, sowie ein Verfahren zur Verbesserung der Dispersionsstabilität der Tinte. Als Ergebnis fanden die Erfinder, daß eine Tinte, die einen Druck mit hoher Dichte erzeugen kann und die eine gute Dispersionsstabilität besitzt, unter den folgenden Bedingungen hergestellt werden kann:
1) Es wird Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent verwendet; und
2) das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des wasserlöslichen Harzes, das als Dispersionsmittel für das Carbon Black enthalten ist, liegt in dem Bereich von 3000 bis 30000.
Dieses Ergebnis führte zur vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Erfindung stellt saures Carbon Black ein Carbon Black mit Säuregruppen auf seinen Teilchenoberflächen dar. Vorzugsweise ist Carbon Black mit einem pH-Wert von 5 oder weniger, das einen flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des sauren Carbon Black hat, zu verwenden.
Wenn nämlich eine Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Carbon Black mit einem pH-Wert von 5 oder weniger zum Drucken hergestellt wird, ist die Dichte des erhaltenen Drucks gleichwertig zu der oder höher als die Dichte des unter Verwendung von Farbstofftinte erhaltenen Drucks.
Der Grund für die erhöhte Druckdichte, die im Tintenstrahldruck mit einer Tinte mit Carbon Black eines pH-Wertes von 5 oder weniger erhalten wird, ist noch nicht bekannt. Weil die Anwesenheit vieler Säuregruppen auf den Teilchenoberflächen des Carbon Blacks, was ebenfalls den pH-Wert beeinflußt, die Affinität der Pigmentteilchen zum Tintenlösungsmittel erhöht, wurde jedoch postuliert, daß eine Mikrodispersion ermöglicht wird und folglich die Druckdichte erhöht wird.
Der pH-Wert des erfindungsgemäß verwendeten Carbon Black wird durch folgende Messung bestimmt.
1 bis 10 g einer Carbon Black Probe wird abgewogen und in ein Becherglas gebracht, und dann wird zur Probe Wasser in einer Menge von 10 ml pro Gramm der Probe hinzugefügt. Der Becher wird dann mit einem Uhrglas bedeckt, anschließend folgt ein fünfzehnminütiges Kochen. (Einige Tropfen Ethanol können zur Probe hinzugegeben werden, um die Benetzbarkeit der Probe zu verbessern.) Nachdem die Probe nach dem Kochen auf Zimmertemperatur abgekühlt worden ist, wird der Überstand durch Dekantieren oder Zentrifugieren abgetrennt, wobei eine schlammige Substanz übrigbleibt. Der pH-Wert der schlammigen Substanz wird durch Einsetzen der Elektrode eines Glaselektroden pH- Meters in die Substanz nach JIS Z 8802 (pH-Meßverfahren) gemessen. Da der Meßwert manchmal von der Einsetz-Position der Elektrode abhängt, wird in diesem Fall durch Bewegung des Becherglases die Position der Elektrode verändert, und der pH-Wert wird gemessen, während sichergestellt ist, daß die Elektrodenoberfläche in hinreichendem Kontakt mit der Schlammoberfläche steht. Wenn der pH-Wert konstant wird, wird er abgelesen.
Zusätzlich ist, wenn die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent, vorzugsweise 4,5 bis 6 Gewichtsprozent, zum Drucken hergestellt wird, die Dichte des erhaltenen Drucks gleichwertig zu der oder höher als die Dichte eines durch Farbstofftinte erhaltenen Drucks.
Der Grund für die Erhöhung der Druckdichte, die unter Verwendung einer Tinte mit einem flüchtigen Anteil von 3,5 Gewichtsprozent oder mehr erhalten wird, ist noch nicht bestimmt. Weil aufgrund der Anwesenheit vieler Säuregruppen auf den Teilchenoberflächen eines derartigen Carbon Blacks die Affinität der Pigmentteilchen zum Tintenlösungsmittel erhöht wird, wurde jedoch postuliert, daß eine Mikrodispersion möglich und die Dichte des Drucks folglich erhöht wird.
Weiterhin ist in einem Tintenstrahldruckverfahren, in dem, wie gezeigt, durch Zufuhr von Wärmeenergie zur Tinte Tintentröpfchen ausgetragen werden, eine Verwendung von Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent vorzuziehen; denn die Möglichkeit eines Druckausfalls wird leicht erhöht, wenn die Tinte unter Verwendung von Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil über 8 Gewichtsprozent gebildet und durch eine Tintenstrahldruckeinrichtung ausgetragen wird.
Der Grund für die Erhöhung eines Druckausfalls könnte sein, daß Tröpfchen auf dem Heizelement erzeugt werden, wenn übermäßig viel, flüchtige Komponente im Carbon Black enthalten ist.
Der Wert des flüchtigen Anteils des Carbon Blacks bei der vorliegenden Erfindung wird durch folgendes Meßverfahren erhalten.
Eine trockene Carbon Black Probe wird unter Schütteln in einen Platintiegel mit einem Deckel oder in einen Porzellantiegel, der dieselbe Form und dasselbe Volumen wie der Platintiegel hat, bis zu einem Niveau von 2 mm unter dem Deckel gefüllt. Dann wird die Masse der Probe bestimmt. Der Tiegel wird bedeckt und dann in einen elektrischen Ofen gebracht. Nach exakt siebenminütigem Erhitzen bei 950 ± 25º C wird der Tiegel dem Ofen entnommen und in einem Exsikkator der Abkühlung auf Raumtemperatur überlassen. Die Masse der Probe, die erhitzt worden ist, wird dann gemessen und der flüchtige Anteil nach folgender Gleichung berechnet:
worin V: flüchtiger Anteil (%)
WD: Masse der trockenen Probe (g)
WR: Masse der Probe nach dem Erhitzen (g)
Zu Beispielen eines derartigen, erfindungsgemäß verwendeten, sauren Carbon Black, die alle kommerziell erhältlich sind, gehören MA7, MA8, #2200B und #2400B (hergestellt von Mitsubishi Chemical Industry), RAVEN1040, 1255, 5250, 3500 (hergestellt von Columbia Co., Ltd.), REGAL400R und MOGUL L (hergestellt von Cabot Co., Ltd.), Color Black FW1, Color Black FW18, Color Black S170, Color Black S150 und Printex U (hergestellt von Degussa Co. Ltd) und dergleichen. Ebenso kann Carbon Black, das speziell zur Lösung der Aufgaben der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, verwendet werden
Derartiges Carbon Black wird im allgemeinen durch ein Kanalrußverfahren oder ein Ofenrußverfahren hergestellt. Im Kanalrußverfahren werden als Ausgangsstoffe Naturgas, Stadtgas und Kohlenwasserstoffe verwendet, partiell verbrannt und zur Kollision mit einer kalten Oberfläche veranlaßt. Im Ofenrußverfahren werden als Ausgangsstoffe Naturgas und ein Patroleumanteil verwendet und durch Einsprühen in einen bei atmosphärischen Bedingungen und hoher Temperatur gehaltenen, geschlossenen Reaktionsofen thermisch zersetzt.
Weiter wird das so hergestellte Carbon Black unter Verwendung von Salpetersäure oder dergleichen einer Säurebehandlung ausgesetzt, um die aewünschte Azidität zu erhalten.
Vorzugsweise liegt die erfindungsgemäß verwendete Menge des Carbon Black im Bereich von 3 bis 20 Gewichtsprozent.
Es wurde auch gefunden, daß das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des wasserlöslichen Harzes (Dispersionsharz), das zum Dispergieren des Carbon Black in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im Bereich von 3000 bis 30000, vorzugsweise von 5000 bis 15000 liegen muß.
In der Tintenstrahldruckeinrichtung wird nämlich die Tinte aus Öffnungen einer Größe von 50 um oder weniger ausgetragen. Wenn ein Dispersionssystem wie Pigmenttinte verwendet wird, beeinflußt die Viskosität der Dispersion und die Größe der dispergierten Teilchen die Austragcharakteristika erheblich. Für einen stabilen Austrag ist eine Reduktion der Viskosität und der Größe der dispergierten Teilchen soweit wie möglich erwünscht, um einen stabilen Tintentröpfchenstrom zu gewährleisten.
Wenn polymere Dispersionsharze in gleicher Menge jeweils in einer wäßrigen Lösung aufgelöst werden, erhöht sich die Viskosität der Lösung im allgemeinen mit dem mittleren Molekulargewicht der Harze. Wenn Carbon Black dispergiert wird, wird ein derartiges Dispersionsharz zusätzlich auf dem Carbon Black adsorbiert, und es besitzt aufgrund seiner sterischen Hinderung die Funktion, das Carbon Black gleichmäßig zu dispergieren. Eine Erhöhung des Molekulargewichts des Dispersionsharzes erhöht die Dicke der Adsorptionsschicht und die Größe der dispergierten Teilchen.
Insbesondere weil das saure Carbon Black mit vielen Säuregruppen auf seinen Oberflächen die Carboxylgruppen, die dem erfindungsgemäß verwendeten Dispersionsharz hinzugefügt werden, abstößt, hat die Teilchengröße des Carbon Black die Tendenz, weiter anzuwachsen.
Wenn nämlich, wie in der Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung, saures Carbon Black verwendet wird, kann eine Austragsstabilität nicht erzielt werden; es sei denn, die Viskosität der Tinte und die Größe der dispergierten Teilchen werden durch Verringerung des durchschnittlichen Molekulargewichts des Dispersionsharzes hinreichend verringert. Weil, wie oben beschrieben, das Dispersionsharz zusätzlich die Funktion haben muß, eine sterische Hinderung zu erzeugen, wenn es auf dem Carbon Black adsorbiert wird, verschlechtert sich die Dispersionsstabilität bei langer Aufbewahrung, wenn das durchschnittliche Molekulargewicht übermäßig klein ist.
Als wasserlösliches Harz, das als Dispersionsmittel für das Carbon Black in der Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist, kann jedes Harz, das in einer wäßrigen Lösung löslich ist und ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 hat, verwendet werden. Zu den Beispielen für solche Harze gehören Styrol-Acrylsäure-Copolymere, Styrol-Acrylsäure- Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Maleinsäure-Copolymere, Styrol-Maleinsäure-Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Methacrylsäure-Copolymere, Styrol-Methacrylsäure-Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Maleinhalbester-Copolymere, Vinylnaphthalin-Acrylsäure-Copolymere, Vinylnaphthalin-Maleinsäure-Copolymere und Salze derselben. Obwohl es verschiedene Verfahren zur Messung des Gewichtsmittels des Molekulargewichts von Dispersionsharz gibt, wird das Molekulargewicht im allgemeinen durch das GPC-Verfahren (Gelpermeationschromatographie-Verfahren) oder dergleichen gemessen. Vorzugsweise ist das wasserlösliche Harz in der Tinte in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise neutral oder alkalisch abgestimmt, so daß die Löslichkeit des wasserlöslichen Harzes verbessert werden kann, und daß die Langzeit-Konservierungseigenschaft der Tinte weiter verbessert werden kann. Erfindungsgemäß liegt der pH-Wert der Tinte vorzugsweise im Bereich von 7 bis 10, weil verschiedene, in der Tintenstrahldruckeinrichtung verwendete Teile korrodieren können, wenn der pH-Wert der Tinte übermäßig hoch ist.
Zu Beispielen von Stoffen zum Abstimmen des pH-Wert gehören verschiedene organische Amine, wie Diethanolamin, Triethanolamin und dergleichen, anorganische alkalische Agentien wie Metallhydroxide, beispielsweise Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid, Kaliumhydroxid und dergleichen.
Das oben beschriebene Carbon Black und das wasserlösliche Harz werden in einem wäßrigen, flüssigen Medium dispergiert oder aufgelöst.
Ein bevorzugtes, wäßriges, flüssiges Medium für die Tinte der vorliegenden Erfindung ist eine Lösungsmittelmischung, die Wasser und ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel enthält. Gewöhnliches Wasser, das verschiedene Ionen enthält, wird nicht verwendet; vorzugsweise wird Ionenaustausch- Wasser (deionisiertes Wasser) verwendet.
Zu Beispielen für wasserlösliche Lösungsmittel, die in einer Mischung mit Wasser verwendet werden können, zählen Alkylalkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen wie Methylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, Sec-Butylalkohol, Tert-Butylalkohol, Isobutylalkohol und dergleichen; Amide wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid und dergleichen; Ketone und Ketoalkohole wie Aceton, Diacetonalkohol und dergleichen; Ether wie Tetrahydrofuran, Dioxan und dergleichen; Polyalkylenglykole wie Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und dergleichen; Alkylenglykole mit je einer Alkylengruppe mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triethylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiodiglykol, Hexylenglykol, Diethylenglykol und dergleicher; Glycerin; niedrigere Alkylether von Polyalkoholen wie Ethylenglykolmonomethyl- (oder -ethyl-) Ether, Diethylenglykolmethyl- (oder-ethyl-)Ether, Triethylenglykolmonomethyl- (oder-ethyl)Ether und dergleichen; N-Methyl-2- Pyrrolidon; 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon und dergleichen.
Polyhydroxi-Alkohole wie Diethylenglykol und dergleichen, und niedrigere Alkylether der Polyhydroxyalkohole wie Triethylenglykolmonomethyl-(oder-ethyl)Ether und dergleichen sind vorzuziehen.
Es zeigte sich auch, daß Hinzufügen von wenigstens 3 % Ethanol oder Isopropylalkohol für einen Erhalt einer Austragsstabilität wirksam ist. Dies kann dem Hinzufügen des Ethanol- -oder Isopropylalkohollösungsmittels, das ein weiteres stabiles Aufschäumen der Tinte auf dem Dünnfilmwiderstand erlaubt, zugeschrieben werden. Wenn ein derartiges Ethanol- oder Isopropylalkohollösungsmittel im Übermaß hinzugefügt wird, verschlechtert sich jedoch die Qualität des erhaltenen Drucks. Es zeigte sich deshalb, daß die Konzentration des Ethanol- oder Isopropylalkohollösungsmittels im Bereich von 3 bis 10 % liegen muß. Die Hinzugabe von Ethanol-oder Isopropylalkohollösungsmittel unterdrückt das Auftreten von Bläschen während der Dispersion und ermöglicht somit eine effektive Dispersion.
Der Gehalt des wasserlöslichen organischen Lösungsmittels in der Tinte liegt im allgemeinen im Bereich von 3 bis 50 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der Tinte und der Gehalt des verwendeten Wassers liegt im Bereich von 10 bis 90 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der Tinte.
Die erfindungsgemäße Tinte kann andere Komponenten wie ein oberflächenaktives Mittel, ein Entschäumungsmittel, ein Konservierungsmittel und dergleichen enthalten, um die gewünschten physikalischen Eigenschaften, wie notwendig, zu erhalten. Die Tinte kann auch einen wasserlöslichen Farbstoff, der kommerziell erhältlich ist, enthalten. Zu Beispielen für oberflächenaktive Mittel gehören anionische oberflächenaktive Mittel wie Fettsäuresalze, höhere Alkoholsulfate, flüssige Fettölsulfate, Alkylallylsulfonate und dergleichen; sowie nichtionische oberflächenaktive Mittel wie Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylester, Polyoxyethylensorbitanalkylester und dergleichen. Obwohl der Anteil des verwendeten oberflächenaktiven Mittels von der Art des verwendeten oberflächenaktiven Mittels von der Art des verwendeten Dispersionsmittels abhängt, liegt er vorzugsweise zwischen 0,01 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
Vorteilhaft ist auch der Anteil des zugefügten oberflächenaktiven Mittels so zu bestimmen, daß die Oberflächenspannung der Tinte wenigstens 30 dyn/cm beträgt, da unerwünschte Probleme in dem Tintenstrahldrucksystem gemäß der vorliegenden Erfindung auftreten, beispielsweise eine Druckverzeichnung aufgrund einer Benetzung am Öffnungs-Ende, wenn die Oberflächenspannung der Tinte kleiner als 30 dyn/cm ist.
Die oben genannten physikalischen Eigenschaften wie die erforderlichen Werte für die Viskosität, die Oberflächenspannung und den pH-Wert der Tinte sind Beispiele für die notwendigen Eigenschaften des Tintenstrahldruckmediums. Obwohl ein Dispersionssystem, wie wäßrige Pigmenttinte, die notwendigen physikalischen Eigenschaften haben kann, kann das Aufschäumen der Tinte immer noch unstabil sein, insbesondere bei einem Tintenstrahldruckverfahren, in dem unter Zufuhr von Wärmeenergie zur Tinte Tintentröpfchen ausgetragen werden.
Deshalb untersuchten die Erfinder eingehend das Leistungsvermögen einer wäßrigen Pigmenttinte, die thermisch stabil ist und im optimalen Zustand aufschäumen kann. Als Ergebnis entdeckten die Erfinder, daß die Tinte, wenn sie Carbon Black und wasserlösliches Harz, vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von 3:1 bis 10:1 (Gewicht), insbesondere von 10:3 bis 10:1 enthält, unter beliebigen Betriebsbedingungen stabil auf dem Heizelement aufschäumt, und daß während einer langen Zeitdauer keine Ablagerung auf dem Dünnfilmwiderstand (Heizelement) erzeugt wird.
Wenn nämlich der Anteil des in der Tinte enthaltenen wasserlöslichen Harzes signifikant größer als der Anteil des Carbon Blacks ist, schäumt entweder die Tinte nicht auf oder das übermäßige wasserlösliche Harz wird unlöslich und schlägt sich aufgrund des der Tinte zugeführten Wärmeimpulses auf dem Dünnfilmwiderstand (Heizelement) nieder, sogar wenn dem Dünnfilmwiderstand (Heizelement) eine vorbestimmte Wärmeenergiemenge zugeführt wird. Dies bewirkt das Auftreten von Nicht-Austrag oder einer Verzeichnung im Druck.
Als Ergebnis weiterer Untersuchungen des Leistungsvermögens einer Tinte, die im optimalen Zustand aufschäumen kann, zeigt es sich, daß der Anteil des in der Tinte aufgelösten wasserlöslichen Harzes 2 Gew.% oder weniger, vorzugsweise 1 Gew.% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, betragen sollte.
Das gelöste, wasserlösliche Harz stellt das Harz dar, das auf dem Pigment der Tinte adsorbiert und im Dispersionsmedium gelöst ist.
Vorzugsweise beträgt der Gesamtanteil von Carbon Black und wasserlöslichem Harz in der Dispersion wenigstens 10 %, da die Dispersion, wenn die in ihr vorhandene Konzentration von Carbon Black und wasserlöslichem Harz geringer als der oben genannte Wert ist, nicht wirksam hergestellt und der optimale Dispersionszustand nicht erhalten werden kann.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch das folgende Verfahren hergestellt.
Das Carbon Black und das Harzdispersionsmittel werden in einer wäßrigen, durch Hinzugabe einer vorbestimmten Menge eines Amins oder einer Base alkalisierten Lösung gemischt. Die resultierende Mischung wird dann unter Verwendung der im folgenden beschriebenen Mittel einer Dispersionsbehandlung ausgesetzt, um eine Dispersion zu bilden. Das oben beschriebene, wasserlösliche Lösungsmittel und Wasser werden zu der erhaltenen Dispersion hinzugegeben und der pH-Wert der so gebildeten Lösung wird zur Bildung der Tinte unter Verwendung irgendeines der oben beschriebenen pH-Wert-Einstellmittel auf einen Wert von 7 oder größer eingestellt. Ein wasserlösliches Lösungsmittel, ein Entschäumungsmittel und dergleichen können, falls nötig, zu der so gebildeten Dispersion hinzugefügt werden, oder die Dispersion selbst kann als Tinte verwendet werden. Falls nötig, kann die Tinte weiter einer Zentrifugaltrennung ausgesetzt werden.
Um in dem obigen Herstellungsverfahren den Gehalt an nichtadsorbiertem Harz bei 2 % oder weniger zu halten, ist es nötig, die Lösung, die das Harz, ein Amin oder eine Base und Wasser enthält, wenigstens 30 Minuten lang bei 60º C oder mehr zu rühren, um so das Harz vollständig aufzulösen.
Der Amin- oder Basengehalt, der zur Auflösung des Harzes hinzugefügt wird, muß wenigstens das 1,2-fache dessen sein, wie sich dieser anhand des Säurewertes des Harzes bestimmt. Er wird durch folgende Gleichung bestimmt:
Amin- oder Basengehalt (in g) = Säurezahl des Harzes x Molekulargewicht des Amins oder der Base x Harzgehalt (in g) / 56000
Außerdem muß ein wenigstens dreißigminütiges Vormischen durchgeführt werden, bevor die wäßrige Lösung, die das Pigment enthält, der Dispersionsbehandlung ausgesetzt wird.
Dieses Vormischen hat die Funktion, die Benetzbarkeit der Pigmentoberflächen zu verbessern und die Adsorption des Harzes auf den Pigmentoberflächen zu fördern.
Als Amin, das der Dispersion hinzugefügt wird, wird vorzugsweise ein organisches Amin wie Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Aminomethylpropanol, Ammoniak oder dergleichen verwendet.
Als Base, die der Dispersion hinzugefügt wird, wird vorzugsweise ein anorganisches Alkaliagens wie Alkalimetallhydroxid, beispielsweise Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid oder dergleichen verwendet.
Jede bekannte Dispergiermaschine kann bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beispielsweise eine Kugelmühle, eine Walzenmühle oder eine Sandmühle.
Vorzugsweise wird von diesen Dispergiermaschinen eine Hochgeschwindigkeits-Sandmühle verwendet. Zu Beispielen solcher Sandmühlen gehören Super Mill, Sand Grinder, Bead Mill, Agitator Mill, Grain Mill, Dino Mill, Pearl Mill, Cobol Mill (alle Bezeichnungen sind Handelsnamen) und dergleichen.
Bei vorliegender Erfindung wird ein Pigment der gewünschten Korngrößenverteilung durch folgende Verfahren erhalten: Reduzierung der Größe des Mahlmediums einer Dispergiermaschine, Erhöhung der Packungsrate des Mahlmediums, Erhöhung der Behandlungszeit, Verringerung der Austragsgeschwindigkeit oder eine Klassifizierung der Teilchen nach dem Mahlen durch Verwendung eines Filters oder einer Separationszentrifuge. Es kann eine Kombination dieser Verfahren verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird der Anteil an nichtadsorbiertem Harz vorzugsweise gemessen durch ein Verfahren, bei dem unter Verwendung einer Ultrazentrifuge das Pigment und der Anteil des auf dem Pigment adsorbierten Harzes niedergeschlagen werden, wobei der Anteil des im Überstand enthaltenen restlichen Harzes durch ein TOC-Verfahren (Total Organic Carbon, ein den Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff bestimmendes Verfahren) eine Wägemethode (in der der Überstand bis zur Trocknung eingedampft und das Gewicht des übriggebliebenen Harzes gemessen wird) oder dergleichen gemessen.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise in dem Tintenstrahldruckverfahren, in dem Tintentröpfchen unter Zuhilfenahme von Wärmeenergie ausgetragen werden, verwendet. Die Tinte kann jedoch auch für allgemeine Schreibutensilien verwendet werden.
Ein Beispiel für eine bevorzugte Druckvorrichtung zum Drucken unter Verwendung der erfindungsgemäßen Tinte ist eine Vorrichtung, in der in einer Kammer eines Schreibkopfes, gemäß einem Schreibsignal, Zufuhr von Hitzeenergie zur Tinte erzeugt werden. /Fortsetzung Seite 23
Die Figuren 1(a), 1(b) und 2 zeigen Beispiele des Aufbaus eines Kopfes, welcher der Hauptteil einer Tintenstrahldruckvorrichtung ist.
Gemäß den Zeichnungen ist ein Kopf 13 durch Verbinden einer Glas-, Keramik- oder Kunststoffplatte, die eine Furche 14 zum Tintendurchtritt besitzt, mit einem Heizkopf 15, der für wärmeempfindliches Drucken verwendet wird, gebildet. (Obwohl in den Zeichnungen ein Dünnfilmkopf gezeigt ist, ist der Kopf nicht auf eine derartige Ausführungsform beschränkt.) Der Heizkopf 15 besitzt einen aus Siliciumoxid oder dergleichen hergestellten Schutzfilm 16, Aluminiumelektroden 17-1, 17-2, eine aus Nichrom oder dergleichen hergestellte Heizwiderstandsschicht 18, eine wärmeakkumulierende Schicht 19 und ein aus Aluminium oder dergleichen hergestelltes Substrat 20 mit guten Wärmestrahlungseigenschaften.
Die Tinte 21 erreicht eine Austragsöffnung (Mikropore) 22 und bildet einen Meniskus 23 bei einem Druck P.
Wenn den Elektroden 17-1, 17-2 ein elektrisches Signal zugeführt wird, erzeugt ein durch n bezeichneter Bereich des Heizkopfes 15 sehr schnell Wärme, um so Luftbläschen im hier angrenzenden Bereich der Tinte 21 zu erzeugen. Durch den so erzeugten Druck wird der Meniskus 23 vorgeschoben und die Tinte 21 wird als Strom oder Strahl von Tintentröpfchen 24 aus der Öffnung 22 ausgestoßen oder ausgetragen. Die Tröpfchen 24 werden in Richtung des Druckmaterials 25 getrieben. Figur 2 zeigt einen Vielfachkopf (Multi-Kopf), der eine Vielzahl der in Figur 1(a) gezeigten Köpfe, die parallel angeordnet sind, aufweist. Der Vielfachkopf ist durch Verbinden einer Glasplatte 27, die eine Vielzahl von Furchen 26 hat, mit einem Heizkopf 28, der derselbe wie der in Figur 1(a) ist, gebildet.
Figur 1(a) ist eine Schnittansicht längs des Tintenflußkanals der Tinte und Figur 1(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-B in Figur 1(a)
Figur 3 zeigt ein Beispiel einer Tintenstrahldruckvorrichtung, in der der in Figur 1 gezeigte Kopf integriert ist.
Das Bezugszeichen 61 in Figur 3 bezeichnet ein Blatt, das als Wischelement dient. Es hat die Form eines Auslegers, der einen Endes durch ein Blatthalteelement gehalten wird. Das Blatt 61 ist an einer dem Bereich, in dem mit dem Druckkopf gedruckt wird, benachbarten Stelle angeordnet. In diesem Beispiel wird das Blatt 61 in einem Abschnitt, in dem es in den Bewegungsweg des Druckkopfs vorsteht, gehalten. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet eine Abdeckung, die in ihrer Ruhestellung zum Blatt 61 benachbart angeordnet ist und die in eine zur Bewegungsrichtung des Druckkopfes vertikale Richtung bewegt wird, um die Düsenfläche zu verschließen. Das Bezugszeichen 63 bezeichnet einen Tintenabsorber, der an einer zum Blatt 61 benachbarten Stelle angeordnet ist und der in einem Abschnitt, in dem er auf dieselbe Weise wie das Blatt 61 in den Bewegungsweg des Druckkopfes vorsteht, gehalten wird. Das Blatt 61, die Kappe 62 und der Absorber 63 bilden ein Austragswartungsteil 64. Feuchtigkeit und Staub auf der Tintendüsenfläche werden durch das Blatt 61 und den Absorber 63 entfernt.
Das Bezugszeichen 65 bezeichnet die Tintenstrahleinrichtung, die eine Einrichtung zur Erzeugung der Austragsenergie besitzt, um so ein Bild durch Austrag der Tinte auf das Druckmaterial, das der Düsenfläche mit den Düsen gegenüberliegt, zu drucken. Das Bezugszeichen 66 bezeichnet einen Wagen zur Bewegung der darauf angebrachten Tintenstrahleinrichtung 65. Der Wagen 66 ist auf einer Führungswelle 67 verschieblich gelagert und ist partiell mit einem Riemen 69 (nicht gezeigt), der durch einen Motor 68 angetrieben wird, verbunden. Dies erlaubt dem Wagen, sich entlang der Führungswelle 67 im Bereich, in dem mit der Tintenstrahleinrichtung 65 gedruckt wird, und in den dazu benachbarten Bereich zu bewegen.
Das Bezugszeichen 51 bezeichnet einen Blattzufürabschnitt und das Bezugszeichen 52 bezeichnet eine durch einen Motor (nicht gezeigt) angetriebene Zuführrolle. Durch diese Anordnung wird das Druckpapier in eine der Düsenfläche des Druckkopfs gegenüberliegende Lage geführt und im fortschreitenden Druckbetrieb an einen Ausgabeabschnitt mit einer Ausgaberolle 53 übergeben.
Wenn in der oben genannnten Anordnung der Druckkopf 65 bei Druckende in die Ruhestellung zurückgeführt wird, wird die Kappe 62 aus dem Bewegungsweg der Tintenstrahleinrichtung 65 zurückgezogen, während das Blatt 61 in den Bewegungsweg hineinragt. Als Ergebnis wird die Düsenfläche der Tintenstrahleinrichtung 65 durch das Blatt 61 abgewischt. Wenn die Kappe 62 mti der Düsenoberfläche der Tintenstrahleinrichtung 65 in Kontakt tritt, um sie zu verschließen, wird die Kappe 62 so bewegt, daß sie in den Bewegungsweg der Tintenstrahleinrichtung 65 ragt.
Wenn die Tintenstrahleinrichtung 65 aus der Ruhestellung in die Stellung zum Druckbeginn bewegt wird, finden sich die Kappe 62 und das Blatt 61 in denselben Stellungen wie beim oben beschriebenen Abwischvorgang. Als Ergebnis wird die Düsenfläche der Tintenstrahleinrichtung 65 sogar während der Bewegung derselben abgewischt.
Die Tintenstrahleinrichtung 65 wird nicht nur bei Druckende und während der Wartung des Austrags in die zum Druckgebiet benachbarten Ruhestellung bewegt, sondern auch zu vorbestimmten Intervallen, wenn die in den Druckbereich bewegt wird, um zu drucken. Diese Bewegung bewirkt den oben beschriebenen Abwischvorgang.
Die Zeichnung in Figur 4 zeigt ein Beispiel einer Tintenkassette 45 zur Aufnahme der den Kopf durch eine Tintenzuführröhre zuzuführenden Tinte. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 40 einen Tintensack, der an einem Ende einen Gummianschlag 42 besitzt, zur Aufnahme der zuzuführenden Tinte. Wenn eine Nadel (nicht gezeigt) in den Anschlag 42 eingesetzt wird, kann die in dem Tintensack 40 enthaltene Tinte der Tintenstrahleinrichtung 65 zugeführt werden. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet einen Tintenabsorber zur Aufnahme überschüssiger Tinte.
Die erfindungsgemäß verwendete Tintenstrahldruckvorrichtung ist nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, in der, wie oben beschrieben, eine Einrichtung und eine Tintenkassette getrennt angeordnet sind. Die in Figur 5 gezeigte Tintenstrahleinrichtung, in der eine Einrichtung und eine Tintenkassette integriert sind, kann vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Bezugszeichen 70 in Figur 5 bezeichnet eine Tintenstrahleinrichtung, die ein mit Tinte getränktes Speicherelement enthält. Die Tinte in dem Speicherelement wird aus einem Kopfabschnitt 71 mit einer Vielzahl von Öffnungen in Form von Tintentröpfchen ausgetragen.
Das Bezugszeichen 72 bezeichnet eine Verbindungsöffnung, die eine Verbindung der Einrichtung 70 mit der Umgebung ermöglicht.
Die Tintenstrahleinrichtung 70 wird anstelle der in Figur 3 gezeigten Tintenstrahleinrichtung 65 verwendet und ist auswechselbar auf dem Wagen 66 vorgesehen.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung erzeugt, wie oben beschrieben, auf unbeschichtetem, insbesondere holzfreiem Papier nicht nur einen Druck mit guter Beständigkeit und hoher Dichte, sondern erlaubt auch einen konstanten, stabilen Ausstoß, sogar wenn die Betriebsbedingungen variieren oder sogar wenn die Tinte lange bei einer hohen Temperatur verwendet worden ist. Die Tinte zeigt auch eine verbesserte Langzeitkonservierungsstabilität.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Bildung der Pigmentdispersion

Styrol-Acrylsäurebutylacrylat-Copolymer 3 Teile
(Säurezahl 60, Gewichtsmittel des Molekulargewichts 13000)
Monoethanolamin 2 Teile
Ionenaustausch-Wasser 71 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Die obigen Komponenten wurden gemischt und dann in einem Wasserbad auf 70º C erhitzt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der so gebildeten Lösung wurden 14 Teile Carbon Black (Color Black S170, hergestellt von Degussa Co., Ltd.) und 5 Teile Isopropylalkohol hinzugefügt. Dann wurde das erhaltene Gemisch einer dreißigminütigen Vormischung und anschließend einer Dispersionsbehandlung unter den nachfolgenden Bedingungen ausgesetzt.
Dispergiermaschine: Sand Grinder (hergestellt von Igarashi Kikai)
Mahlkörper: Zirkoniumkügelchen mit einem Durchmesser von 1 mm
Packungsrate der Mahlkörper: 50 Vol.-%
Mahlzeit: 3 Stunden
Zur Bildung einer Dispersion wurde die Mischung weiter einer Zentrifugaltrennung (12000 U/min., 20 Minuten) ausgesetzt, um die groben Teilchen zu entfernen.

Bildung der Tinte

Obige Dispersion 30 Teile
Diethylenglykol 20 Teile
Isopropylalkohol 5 Teile
Ionenaustausch-Wasser 45 Teile
Zur Bildung einer Tinte (A) wurden die oben beschriebenen Komponenten gemischt, und der pH-Wert des erhaltenen Gemischs wurde unter Verwendung von Monoethanolamin auf einen Wert von wenigstens 7 abgestimmt. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 14:3.

Beispiel 2

Bildung der Pigmentdispersion

Styrol-Maleinhalbester-Maleinanhydrid-Copolymer 6 Teile
(Säurezahl 188, Gewichtsmittel des Molekulargewichts 15000)
Triethanolamin 4 Teile
Ionenaustausch-Wasser 58 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Dann wurden die oben genannten Komponenten in einem Wasserbad auf 70º C erhitzt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der so gebildeten Lösung wurden 20 Teile Carbon Black (RAVEN 3500, hergestellt von Columbia Co.) und 7 Teile Ethanol hinzugefügt. Dann wurde das erhaltene Gemisch einer dreißigminütigen Vormischung und anschließend einer Dispersionsbehandlung unter den nachfolgenden Bedingungen ausgesetzt:
Dispergiermaschine: Pearl Mill (hergestellt von Ashizawa)
Mahlmedium: Glaskügelchen mit einem Durchmesser von 1 mm
Packungsrate des Mahlmediums: 50 Vol.-%
Austragsgeschwindigkeit: 100 ml/min
Zur Bildung einer Dispersion wurde die Mischung weiter einer Zentrifugaltrennung (12000 U/min, 20 Minuten) ausgesetzt, um die groben Teilchen zu entfernen.

Bildung der Tinte

Oben genannte Dispersion 30 Teile
Diethylenglykol 15 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 5 Teile
Ionenaustausch-Wasser 45 Teile
Zur Bildung einer Tinte (B) wurden die oben beschriebenen Komponenten gemischt und der pH-Wert des erhaltenen Gemischs wurde unter Verwendung von Triethanolamin auf einen Wert von wenigstens 7 abgestimmt. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 10:3.

Beispiel 3

Bildung der Pigmentdispersion

Styrol-Acrylsäure Butylacrylat-Copolymer 5 Teile
(Säurezahl 80, Gewichtsteil des Molekulargewichts 6700)
Aminomethylpropanol 2 Teile
Ionenaustausch-Wasser 61 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Dann wurden die oben stehenden Komponenten in einem Wasserbad auf 70º C erhitzt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der so gebildeten Lösung wurden 20 Teile Carbon Black (COLOR BLACK FW1, hergestellt von Degussa) und 7 Teile Ethanol hinzugefügt. Dann wurde das erhaltene Gemisch einer dreißigminütigen Vormischung und anschließend einer Dispersionsbehandlung unter den unten stehenden Bedingungen ausgesetzt.
Dispergiermaschine: Pearl Mill (hergestellt von Ashizawa)
Mahlkörper: Glaskügelchen mit einem Durchmesser von 1 mm
Packungsrate des Mahlmediums: 50 Vol.-%
Austragsgeschwindigkeit 100 ml/min
Zur Bildung einer Dispersion wurde das Gemisch weiter einer Zentrifugaltrennung (12000 U/min, 20 Minuten) ausgesetzt, um die groben Teilchen zu entfernen.

Bildung der Tinte

Oben genannte Dispersion 50 Teile
Glycerin 15 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 5 Teile
Ionenaustausch-Wasser 25 Teile
Zur Bildung einer Tinte (C) wurden die oben beschriebenen Komponenten gemischt, und der pH-Wert des erhaltenen Gemischs wurde unter Verwendung von Aminomethylpropanol auf einen Wert von wenigstens 7 abgestimmt. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 4:1.

Beispiel 4

Herstellung der Pigmentdispersion

Styrol-Maleinhalbester-Maleinanhydrid-Copolymer 5 Teile
(Säurezahl 188, Gewichtsmittel des Molekulargewichts 15000)
Triethanolamin 3 Teile
Ionenaustausch-Wasser 67 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Dann wurden die oben genannten Komponenten in einem Wasserbad auf 70º C erhitzt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der so gebildeten Lösung wurden 15 Teile Carbon Black (MOGUL L, hergestellt von Cabot) und 5 Teile Ethanol hinzugefügt. Dann wurde das erhaltene Gemisch einer dreißigminütigen Vormischung und anschließend einer Dispersionsbehandlung unter den unten stehenden Bedingungen ausgesetzt.
Dispergiermaschine: Sand Grinder (hergestellt von Igarashi Kikai K. K.)
Mahlkörper: Zirkoniumkügelchen mit einem Durchmesser von 1 mm
Packungsrate des Mahlmediums: 50 Vol.-%
Mahlzeit: 3 Stunden
Zur Bildung einer Dispersion wurde die Mischung weiter einer Zentrifugaltrennung (12000 U/min, 20 Minuten) ausgesetzt, um die groben Teilchen zu entfernen.

Herstellung der Tinte

Oben genannte Dispersion 35 Teile
Thiodiglykol 15 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 4 Teile
Ionenaustausch-Wasser 41 Teile
Zur Bildung der Tinte wurden die oben beschriebenen Komponenten gemischt, und der pH-Wert des erhaltenen Gemischs wurde auf einen Wert von wenigstens 7 abgestimmt, gefolgt durch eine einstündige Bewegung. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 3:1.

Beispiel 5

Die Tinte (E) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß das in der Dispersion des ersten Beispiels enthaltene Carbon Black durch das Carbon Black (RAVEN 5250, hergestellt von Columbia Co.) ersetzt wurde. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 14:3.

Vergleichsbeispiel 1

Die Tinte (F) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß das in der Dispersion des ersten Beispiels enthaltene Carbon Black durch das Carbon Black REGAL 660R (hergestellt von Cabot) ersetzt wurde. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 14:3.

Vergleichsbeispiel 2

Die Tinte (G) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß zur Bildung einer Dispersion 14 Teile Styrolacrylsäure-Butylacrylat-Copolymer, 9,3 Teile Monoethanolamin und 52,7 Teile Ionenaustausch-Wasser und 5 Teile Diethylenglykol gemischt wurden. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 1:1.

Vergleichsbeispiel 3

Die Tinte (H) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 3 erhalten, mit der Ausnahme, daß das in der Dispersion des dritten Beispiels erhaltene Harz durch Styrol-Acrylsäure- Butylacrylat-Copolymer (Säurezahl 115, Gewichtsmittel des Molekulargewichts 2800) ersetzt wurde). Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 4:1.

Vergleichsbeispiel 4

Die Tinte (I) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 erhalten, mit der Ausnahme, daß das in der Dispersion des zweiten Beispiels enthaltene Carbon Black durch Carbon Black (Special Black 6, hergestellt von Degussa) ersetzt wurde. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 10:3.

Vergleichsbeispiel 5

Die Tinte (J) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 4 erhalten, mit der Ausnahme, daß das in der Dispersion des vierten Beispiels enthaltene Carbon Black durch Carbon Black (RAVEN1040, hergestellt von Columbia) ersetzt wurde. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 3:1.

Vergleichsbeispiel 6

Die Tinte (K) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß das in der Dispersion des ersten Beispiels enthaltene Carbon Black durch Carbon Black (#2400B, hergestellt von Mitsubishi Chemical Industry) ersetzt wurde. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 14:3.

Vergleichsbeispiel 7

Die Tinte (L) wurde durch dasselbe Verfahren wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß die Pigmentdispersion durch ein Teil Styrol-Acrylsäure-Butylacrylat- Copolymer, ein Teil Monoethanolamin und 74 Teile Ionenaustausch-Wasser und 5 Teile Diethylenglykol ersetzt wurde. Die Tinte enthielt Pigment und Harz in einem Gewichtsverhältnis von 14:1.
Die unten stehenden Tests wurden unter Verwendung jeder der Tinten (A) bis (L) und einer Tintenstrahldruckeinrichtung (BJ-130, hergestellt von Canon Co., Ltd.), die einen mit einem Heizelement ausgestatteten Auf-Anforderungs-Druckkopf besitzt, durchgeführt. Die Resultate sind in Tabelle 2 dargestellt.

T1: Betriebsbedingungen und Austragsstabilitätstest

Das Drucken wurde bei Zimmertemperatur und bei Kombinationen von Steuerspannungen von 25 V und 30 V und Frequenzen von 2 KHz und 4 KHz durchgeführt. Die Austragsstabilität wurde durch Beobachtung von Störung und Fehler beim Drucken und von Nicht-Austrag auf der Basis folgender Kriterien bestimmt.
A: Das Drucken wurde vom ersten Buchstaben an sauber durchgeführt, ohne einen Nicht-Austrag, einen Fehler oder eine Störung beim Drucken zu erzeugen.
B: Buchstabenabschnitte wurden sauber gedruckt, während Nicht-Austrag an einigen Stellen in voll geschwärzten Abschnitten (Volldruckabschnitten) auftrat.
C: Nachdem einige Buchstaben gedruckt worden sind, trat Nicht-Austrag sogar in Buchstabenabschnitten auf, wodurch eine Störung beim Drucken erzeugt wurde, die es unmöglich machte, die gedruckten Buchstaben zu lesen.

T2: Optischer Dichte Test des Drucks

Die Dichte des Drucks (erhalten auf einem NP-DK-Papier (holzfreies Papier) unter Verwendung eines Druckers BJ130, hergestellt von Canon Co., Ltd.) wurde unter Verwendung eines Macbeth Dichtemessers (RD918) gemessen.

T3: Langzeitkonservierungstest der Tinte

Nachdem jede Tinte vier Wochen lang bei 40º C gelagert worden war, wurde das Gewicht des an dem Boden einer Aufbewahrungs flasche haftenden Niederschlags mit dem Auge auf der Basis folgender Kriterien bestimmt.
A: Kein Niederschlag wurde beobachtet.
B: Ein geringer Niederschlag in einem Ausmaß, das zu keinen Problemen führte, wurde auf dem Boden der Flasche beobachtet.
C: Große Mengen des Niederschlags wurden erzeugt.

T4: Langzeit-Ausstoß-Stabilitätstest

Für die Dauer von 100 Stunden wurde bei 35º C, einer Steuerspannung von 30 V, einer Frequenz von 4 KHz kontinuierlich gedruckt.
Die Ausstoßstabilität wurde durch Beobachtung von Störung und Fehler beim Drucken und Nicht-Austrag auf der Basis folgender Kriterien bestimmt:
O: Es wurde ohne Erzeugung eines Nicht-Austrags, eines Fehlers oder einer Störung beim Drucken gedruckt.
X: Vor Ablauf von 100 Stunden traten Störungen beim Drucken auf und einige der Düsen stießen keine Tinte aus.

T0: Messung der Konzentration des restlichen Harzes

Für jedes erhaltene Tintenprodukt wurden das Pigment und das auf dem Pigment adsorbierte Harz unter Verwendung einer Ultra-Hochgeschwindigkeitskühlzentrifuge (hergestellt von Beckmann Co., Ltd.) abgeschieden. Eine vorbestimmte Menge des Überstands wurde dann zur Trockne verfestigt (60º C, 24 Stunden). Der Gewichtsprozentsatz des restlichen Harzes, bezogen auf die eingefüllte Tinte, wurde berechnet, um dessen Konzentration in der Tinte zu erhalten.
Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften jeder Carhon Black Probe, die bei der Erfindung verwendet wurde, und Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der in der vorliegenden Erfindung gemachten Auswertung. TABELLE 1 EIGENSCHAFTEN DES CARBON BLACK CARBON BLACK NAME TEILCHENGRÖSSE (nm) SPEZIFISCHE OBERFLÄCHE (m²/g) DBP ÖLABSORPTIONSWERT (ml/100g) FLÜCHTIGKEITSANTEIL (Gew.-%) pH-WERT Color Black S170 RAVEN 3500 Color Black FW1 MOGUL L RAVEN 5250 REGAL 660R Special Black RAVEN 1040 #2400B TABELLE 2 BEISPIEL TINTE NAME DES VERWENDETEN CARBON BLACK GEWICHTSMITTEL DES MOLEKULARGEWICHTS DES HARZES GEWICHTSVERHÄLTNIS PIGMENT ZU HARZ pH-WERT DER TINTE VERGLEICHSBEISPIEL Color Black S170 RAVEN 3500 Carbon Black FW1 Mogul L Regal 660R Special Black 6 RAVEN 1040 #2400 B *unmeßbar

Claims

1. Tinte mit einem wässrigen, flüssigen Medium, das saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von saurem Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt.

2. Tinte nach Anspruch 1, worin der pH-Wert des sauren Carbon Black kleiner oder gleich 5 ist.

3. Tinte nach Anspruch 1, worin das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des wasserlöslichen Harzes im Bereich von 5000 bis 15000 liegt.

4. Tinte nach Anspruch 1, worin das Gewichtsverhältnis von Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 10:3 bis 10:1 liegt.

5. Tinte nach Anspruch 1, die als wässriges flüssiges Medium eine Mischung aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel enthält.

. Tinte nach Anspruch 5, die als wasserlösliches organisches Lösungsmittel Polyalkohole oder aliphatische Monoalkohole enthält.

7. Tinte nach Anspruch 1, worin der flüchtige Anteil des Pigmentes im Bereich von 4,5 bis 6 Gewichtsprozent liegt.

8. Tinte nach Anspruch 1, worin der Anteil des in der Tinte aufgelösten, wasserlöslichen Harzes 2 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.

9. Tinte nach Anspruch 1, worin der Anteil des in der Tinte aufgelösten, wasserlöslichen Harzes 1 Gewichtsprozent oder weniger beträgt.

10. Verwendung einer flüssigen Zusammensetzung, mit einem wässrigen, flüssigen Medium, das saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichtes im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, worin das Gewichtsverhältnis von saurem Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt, als Tinte.

11. Verwendung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Tinte zum Tintenstrahldrucken.

12. Verwendung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Tintenstrahl-Tinte in einem System, in dem die Tinte durch Zufuhr von Wärmeenergie zur selben als Tröpfchen ausgestoßen wird.

13. Tintenstrahldruckverfahren, das ein einem Schreibsignal entsprechendes Auftragen von flüssigen Tröpfchen, die durch Zufuhr von Wärmeenergie zur Tinte aus Öffnungen ausgestoßen werden, auf ein zu bedruckendes Material vorsieht, wobei die Tinte ein wässriges Medium umfaßt, welches saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, und das Gewichtsverhältnis von Carbon Black zu wasserlöslichem Harz in einem Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt.

14. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, bei dem es sich um ein Druckverfahren vom Auf-Anforderungs- Typ handelt.

15. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, worin der pH-Wert des sauren Carbon Black kleiner oder gleich 5 ist.

16. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, worin das Gewichtsverhältnis von saurem Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 10:3 bis 10:1 liegt.

17. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, worin der Anteil des in der Tinte aufgelösten, wasserlöslichen Harzes 2 % oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge der Tinte, beträgt.

18. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, worin der Anteil des in der Tinte aufgelösten, wasserlöslichen Harzes 1 % oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge der Tinte, beträgt.

19. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, worin das zu bedruckende Material einfaches Papier ist.

20. Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 13, worin das zu bedruckende Material holzfreies Papier ist.

21. Tintenstrahlkassette, mit - einem mit Tinte imprägnierten Tintenabsorber, wobei die Tinte ein wässriges, flüssiges Medium umfaßt, welches saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Carbon Black zu wasserlöslichem Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt, und

- einem Kopf mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Abgeben der Tinte als Tintentröpfchen.

22. Tintenstrahldruckvorrichtung mit

- einer Tintenstrahlkassette, die einen mit Tinte getränkten Tintenabsorber umfaßt, wobei die Tinte ein wässriges, flüssiges Medium enthält, welches saures Carbon Black mit einem flüchtigen Anteil im Bereich von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent und ein wasserlösliches Harz mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3000 bis 30000 enthält, wobei das Gewichtsverhältnis von Carbon Black zum wasserlöslichen Harz im Bereich von 3:1 bis 10:1 liegt, und