DE69104480T2 - Pigmentierte heissschmelztinte für den tintenstrahldruck. - Google Patents
Pigmentierte heissschmelztinte für den tintenstrahldruck.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft Heißschmelztinten, welche dispergierte Pigmente enthalten, und betrifft insbesondere eine pigmentierte Heißschmelztinte, in welcher die Pigmentdispersion wirksam stabilisiert ist.
- Pigmentierte Heißschmelztinten besitzen signifikante Vorteile gegenüber Heißschmelztinten, welche Farbstoffe enthalten. Ein Vorteil besteht darin, daß Pigmente dazu neigen, lichtbeständiger als Farbstoffe zu sein, was in Verbindung mit der Lagerung gedruckter Bilder ein wichtiger Faktor ist. Zusätzlich tendieren Pigmente dazu, wärmestabiler als Farbstoffe zu sein, und dies ist besonders dann wichtig, wenn die Tinte eine Heißschmelztinte ist, die bei einer erhöhten Temperatur von zum Beispiel 80-150ºC aufgetragen wird. Ferner ist es bei Pigmenten weniger wahrscheinlich als bei Farbstoffen, daß sie durchschlagen oder sublimieren, und sie können entweder durchscheinend oder transparent sein, wogegen Farbstoffe transparent sind und eine geringe Deckkraft besitzen.
- Bis heute sind jedoch Farbstoffe zur Verwendung in Heißschmelztinten, insbesondere bei Tinten für den Tinteestrahldruck, bevorzugt da sie im Medium vollständig gelöst sind und sich nicht absetzen können, wogegen sich Pigmente, welche suspendiert und dispergiert sind, auf den Boden eines Reservoirs absetzen oder agglomerieren können, wodurch die Tintendüsen eines Tintenstrahldruckers verstopft werden.
- In Tinten, welche einen flüssigen Träger, wie z.B. Wasser oder Öl, enthalten, sind früher Pigmente, wie z.B. Kohleschwarz, Phthalocyaninblau, Litholrubin und Diarylidgelb verwendet worden, und oberflächenaktive Materialien oder dergleichen sind solchen Tinten zugegeben worden, um das Pigment zu benetzen und Agglomerate von primären Pigmentpartikeln zu brechen, das Pigment zu dispergieren, um Farbstärke zu entwickeln, und das Pigment zu stabilisieren, daß es sich nicht absetzt oder agglomieriert. In Heißschmelztinten, wie jene, die Kohlenwasserstoffwachse und Polymere enthalten, welche bei erhöhten Temperaturen verwendet werden, wurde gefunden, daß solche oberflächenaktiven Materialien kein ausreichendes Benetzen von Partikeln oder keine ausreichende Dispersionsstabilität vorsehen. Unter den Additiven, die in Tinten mit flüssigem Träger verwendet werden, von welchen gefunden wurde, daß sie als Pigmentdispergiermittel und Pigmentstabilisatoren in Heißschmelztinten im wesentlichen unwirksam sind, sind Alkydpolymere, Materialien, welche enthalten: amphipathische Moleküle, wie z.B. Sosperses , Lecithine, alkylierte Polyvinylpyrrolidone, Metallseifen, Stearinsäure, Paraffinwachs, Polyethylenwachs, Camaubawachs, Candelillawachs, Bergwachs, hydriertes Rizinusöl, mikrokristallines Wachs, Behensäure, Aluminiumstearat, synthetische Esterwachse, oxidierte Polyethylenwachse, Laurinsäure, Fischer-Tropsch-Wachse, Espartowachse, Dammarwachs, Oxazolinwachs, Bisamidwachse, Amidwachse, Oleamide, Stereamide, Lauramide, Erucamid, Glycerinmonostearat, Glycerintristearat, chlorierte Wachse, Cetylalkohol, Stearon, Lauron, Diphenylphthalat, Dicyclohexylphthalat, Kampfer, Triphenylphosphat, n-Ethyltoluolsulfonamid, n-Cyclohexyl-p-toluolsulfonamid und andere natürliche und synthetische Polymere und Harze.
- Außerdem würden viele von ihnen, sogar fälls Additive des Standes der Technik wirksam wären, in Heißschinelztinten nicht brauchbar sein, weil sie dazu neigen, bei hoher Temperatur abzubauen oder zu verdampfen oder der Tinte eine unerwünschte Farbe verleihen oder sonst mit den Bestandteilen einer Heißschmelztinte nicht kompatibel sind. Wo ferner Heißschmelztinten in einem Tintenstrahldrucker verwendet werden sollen, müssen zum Beispiel die physikalischen Eigenschaften der Tinte sorgfältig gesteuert werden, um einen richtigen Betrieb des Druckers sicherzustellen. In der Folge ist jedes Additiv, welches die physikalischen Eigenschaften der Tinte beeinträchtigen kann, unerwünscht. Auch neigen pigmentierte Heißschmelztinten zur Flockenbildung oder zur Agglomeration nach einer ausgedehnten Exposition einer hohen Temperatur oder einer hohen Scherbelastung, welchen sie in einem Strahlsystem für Heißschmelztinten ausgesetzt werden.
- Es ist dementsprechend ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine pigmentierte Heißschmelztinte vorzusehen, welche die oben erwahnten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
- Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine in hohem Maß dispergierte, pigmentierte Heißschmelztinte zur Verfügung zu stellen, welche zur Verwendung in einem Meißschmelz-Tintenstrahldrucker geeignet ist.
- Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Heißschmelztintenzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche eine ausgezeichnete Pigmentdispergierung sowie eine ausgezeichnete Suspensionsstabilität bei erhöhten Temperaturen aufweist.
- Gemäß der Erfindung wird eine Heißschmelztinte zur Verfugung gestellt, welche einen thermoplastischen Träger mit einem Schmelzpunkt oberhalb 40ºC, ein Pigment und eine Dispergierhilfe umfaßt, welche ein oder mehrere mit Isocyanat modifizierte, mikrokristalline Wachse oder Lignitwachse umfaßt. Vorzugsweise ist die Dispergierhilfe in einer Menge von 2,5% bis 20% vorhanden, und kann, falls erwünscht, in Mengen von 2% bis 100% oder mehr des Gewichtes des Tintenträgers vorhanden sein.
- Pigmentierte Heißschmelztinten sind normalerweise bei Raumtemperatur fest, können aber zur Verwendung durch Erwärmen auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, wie z.B. mindestens 50ºC, verflüssigt werden. Dementsprechend kann der Träger für eine Heißschmelztinte jedes geeignete Kohlenwasserstoffpolymer, Wachs oder wachsähnliches Material oder eine C&sub1;&sub4;&submin;&sub2;&sub4;-Fettsäure oder ein Keton davon sein, wie z.B. Stearinsäure, Stearon, Laurinsäure oder Lauron, n-Cyclohexyl-p-Toluolsulfonamid und so weiter, plus die folgenden polymeren Materialien, z.B. Cumaron/Indol-Polymer, Kollophonium, Kollophoniumester, hydrierte Harze, cyclische Ketonpolymere, Styrol/Allylalkohol-Polymere, Polystyrole, Polyvinyltoluol/Methylstyrol-Polymer, Alkylkohlenwasserstoffpolymer, Arylkohlenwasserstoffpolymere, Alkylarylkohlenwasserstoffpolymer, Terpenpolymere, Styrol/Acrylate, Ethylen/Vinylacetate, Polypropylen, Gilsomit und andere Asphaltmaterialien, cyclisches Kohlenwasserstoffpolymer, halogenierte Polymere, Polyesterpolymere oder ein Gemisch von zwei oder mehreren solcher Materialien, welches einen Schmelzpunkt im erwünschten Bereich besitzt, wie z.B. mindestens 50ºC und bis zu zum Beispiel 160ºC. Falls die Heißschmelztinte beim Tintenstrahldrucken verwendet werden soll, sollte der Träger auch die geeigneten physikalischen Eigenschaften aufweisen, wie z.B. Viskosität und Oberflachenspannung bei der Verwendungstemperatur, welche für diese Anwendung gefordert werden. Für diesen Zweck kann der Träger Modifikatoren für die Viskosität und die Oberflächenspannung umfassen. Um die erwünschte Tintenfarbe zu verleihen, werden ein oder mehrere gefärbte Pigmente in Mengen von zum Beispiel 1 Gew.-% bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, aufgenommen. Unter den Pigmenten, welche erfolgreich verwendet werden können, sind die folgenden: Pigmentgelb 1, 3, 12, 13, 14, 16, 17, 73, 74, 81, 83, 97, 98, 106, 113, 114; Pigmentrot 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 14, 37, 38, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 57:1, 57:2, 57:3, 88, 122, 146, 147; Pigmentblau 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 56, 61, 61:1; und Pigmentschwarz 1, 20, Kohleschwarz, Acetylenschwarz, Knochenschwarz, Lampenschwarz, Graphit, etc. Da die Tinte fest ist, während sie bei Raumtemperatur gelagert wird, besteht für das Pigment keine Tendenz dazu, während der Lagerung zu agglomerieren. Wenn die Tinte verwendet wird, wird sie jedoch in einem geschmolzenen Zustand bei erhöhter Temperatur gehalten, und die Pigmentpartikel können zur Agglomerierung neigen, sogar obwohl die Tinte gerührt oder geschüttelt wird. Herkömmliche Dispergiermittel, welche in Tinten verwendet werden, die bei Raumtemperatur flüssig sind, sind oft unwirksam, eine signifikante Agglomerierung in Heißschmelztinten bei erhöhten Temperaturen zu verhindern. Außerdem tendieren einige herkömmliche Dispergiermittel, wie oben erwähnt, dazu, die physikalischen und optischen Eigenschaften der Heißschnielztinte auf eine unerwünschte Weise zu modifizieren.
- Um diese Probleme zu überwinden, enthält die Heißschmelztinte der Erfindung ein Isocyanatmodifiziertes Wachs oder ein Lignitwachs als Dispergiermittel. Es wurde gefünden, daß solche Dispergiermittel eine ausgezeichnete Pigmentdispersion erzeugen und daß sie mit Kohlenwasserstoffen niedriger Polarität, welche als Träger verwendet werden können, kompatibel sind, daß sie eine geringe Flüchtigkeit und eine ausgezeichnete Wärmestabilität bei Temperaturen bis zu 160ºC und höher aufweisen, und daß sie in geringen Mengen, welche nicht dazu tendieren, die Tintenfarbe zu beeinträchtigen, wirksam sind. Außerdem sind solche Dispergiermittel mit vielen Pigmenttypen in nichtpolaren Tintenträgern wirksam. Um am wirksamsten zu sein, sollte die Konzentration des Dispergiermittels von etwa 2% bis etwa 100 Gew.-% des Tintenträgers, und mehr bevorzugt von etwa 2,5% bis etwa 20% des Gewichtes des Tintenträgers sein. Geeignete Isocyanat-modifizierte mikrokristalline Wachse sind Alfa Wax CWU003 und die als WB5, WB7, WB10, WB11, WB14, WB16 und WB17 bezeichneten Petrolite-Produkte. Geeignete Lignitwachse sind die als 1650, 20 und 400 bezeichneten Produkte der Fa. American Lignite. Vorzugsweise ist das Dispergiermittel ein Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Wachs, und am meisten bevorzugt ist es ein Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Petrolite -Wachs des mit WB17 bezeichneten Typs.
- Diese Dispergiermittel tendieren nicht nur dazu, ein Pigmentabsetzen und eine Pigmentagglomerierung zu verringern oder zu beseitigen, sie verringern auch die Tendenz der Pigmentdispersion, Thixotropie aufzuweisen und fördem das Newton'sche Fließverhalten sowie die Wirkung als Pigmentbenetzungsmittel, um die Dispergierung zu beschleunigen. Zusätzlich können sie mit einem weiten Bereich von Trägermaterialien für Heißschmelztinten verwendet werden und sind nicht gefährlich und nicht-toxisch, und sie können eine Pigmentsuspension durch wiederholte Schmelz/Gefrier-Zyklen aufrechterhalten. Sie besitzen auch eine gute Wärmestabilität hinsichtlich Farbe, Viskosität und Flüchtigkeit.
- Die folgenden Beispiel zeigen die Wirkung eines Isocyanat-modifizierten mikrokristallinen Wachses als ein Dispergiermittel in einer Heißschmelztinte auf Basis von linearem Polyethylen. Beispiel 1 ist eine pigmentierte Heißschmelztinte ohne jedes Dispergiermittel, wogegen Beispiel 2 die gleiche Heißschmelztinte ist, aber etwa 42 Gewichtsprozent (77 Gewichtsprozent des Trägers) des Isocyanatmodifizierten mikrokristallinen Petrolite -Wachses, bezeichnet als WB17, enthält. Die Tinten der Beispiele 1 und 2 wurden im geschmolzenen Zustand gehalten, und das Ausmaß zu welchem das Pigment dispergiert war, wurde bewertet. Die Zusammensetzungen in Gewichtsteilen, die in den Beispielen verwendet wurden, und das Ergebnis der Bewertung sind in der Tabelle I angegeben. TABELLE I Beispiel Lineares Polyethylen (MG500) Ethylen/Vinylacetat-Polymer (19% Vinylacetat) Kohleschwarz Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Wachs Pigmentdispersion Sehr schlecht Ausgezeichnet
- Zwei andere Pigmente wurden in einem Träger dispergiert, welcher aus dem hydrierten Kohlenwasserstoffpolymer Escorez 5380, gemischt mit einem Glyceryltribehenat-Wachs, mit und ohne des in der Erfindung verwendeten Dispergiermittels, bestand. Pigmentdispergierung, Schmelzfluß und Vorhandensein einer Ausflockung wurden bei 120ºC bewertet. Die Tintenzusammensetzungen in Gewichtsteilen und die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle II angegeben. TABELLE II Beispiel Hydriertes Kohlenwasserstoffpolymer (Escorez 5380) Glyceryltribehenat Quinacridonpigment (PR122) Pigment Gelb Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Wachs Pigmentdisperion Schmelzfluß (bei 120ºC) Flockenbildung (bei 120ºC) Schlecht Ausgezeichnet Ja Nein
- Eine Heißsehmelztinte, bestehend aus alkyliertem Polyvinylpyrrolidon, Paraffinwachs und hydriertem Kohlewasserstoffpolymer, wurde mit und ohne dem in der Erfindung verwendeten Dispergiermittel hergestellt. Die Pigmentdispersion, der Schmelzfluß und die Pigmentsuspensionsstabilität wurden bei 120ºC bewertet. Die Tintenzusammensetzungen in Gewichtsteilen und die Ergebnisse der Bewertungen sind in der Tabelle III angegeben. TABELLE III Beispiel Alkyliertes Polyvinylpyrrolidon Paraffinwachs Hydriertes Kohlenwasserstoffpolymer (Escorez 5380) Pigment Gelb Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Wachs Pigmentdispersion Schmeltfluß (bei 120ºC) Pigmentsuspensionsstabilität (bei 120ºC) Schlecht Ausgezeichnet Gut
- Um einen geeigneten Konzentrationsbereich des in der Erfindung verwendeten Dispergiermittels zu bestimmen, wurden vier Tintenproben hergestellt, welche variierende Mengen des Dispergiermittels enthielten, und die Suspensionsstabilität wurde bei 120ºC bewertet. Die Zusammensetzung der Tintenproben in Gewichtsteilen und die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle IV angegeben. TABELLE IV Beispiel Hydriertes Rizinusöl Hydriertes Kohlenwasserstoffpolymer Glyceryltribehenat Phthalocyaninblau Isocyanat-modifiertes mikrokristallines Wachs Pigmentsuspensionsstabilität (bei 120ºC) Schlecht Gut Sehr gut Ausgezeichnet
- Um einen Vergleich mit anderen möglichen Dispergiermitteln anzustellen, wurden gleiche Mengen Cannaubawachs, hydriertes Rizinusöl und Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Wachs drei Proben einer Tinte zugegeben, die aus hydriertem Kohlenwasserstoffpolymer, linearem Polyethylen und Glyceryltribehenat und Pigment bestand, und die Pigmentdispersion der geschmolzenen Tinte wurde bewertet. Die Tintenzusammensetzungen in Gewichtsteilen und die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle V gezeigt. TABELLE V Beispiel Hydriertes Kohlenwasserstoffpolymer Lineares Polyethylen (MG500) Glyceryltribehenat Pigment Gelb Carnaubawachs Hydriertes Rizinusöl Isocyanat-modifiziertes mikrokristallines Wachs Pigmentdispersion Schlecht Gut
Claims (6)
1. Heißschmelztinte, umfassend einen thermoplastischen Träger mit einem Schmelzpunkt über
40ºC, ein Pigment und ein Dispergiermittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Dispergiermittel ein oder
mehrere von Isocyanat-modifizierten mikrokrostallinen Wachsen und Lignitwachsen umfaßt.
2. Heißschmelztinte nach Anspruch 1, in welcher das Dispergiermittel ein Isocyanat-modifiziertes
mikrokristallines Wachs ist.
3. Heißschmelztinte nach Anspruch 1, in welcher das Dispergiermittel ein Lignitwachs ist.
4. Heißschmelztinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher das Dispergiermittel in
einer Menge von 2 bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge an thermoplastischem Träger in
der Tinte, vorhanden ist.
5. Heißschmelztinte nach Anspruch 4, in welcher das Dispergiermittel in einer Menge von 2,5 bis
Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge an thermoplastischem Träger in der Tinte, vorhanden ist.
6. Heißschmelztinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher das Pigment in einer
Menge von 1 bis 4 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes der Tinte vorhanden ist.
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