DE69114416T2

DE69114416T2 - Methode zur Herstellung einer Tinte, Tintenstrahldruck -Verfahren -Vorrichtung -Aufzeichnungsgerät und Tintenkassette, die aus der Anwendung der Methode resultieren.

Info

Publication number: DE69114416T2
Application number: DE69114416T
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Noguchi; Megumi Saito; Yuko Suga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-08-30
Also published as: EP0473160A3; ATE130022T1; EP0473160A2; ES2082067T3; EP0473160B1; DE69114416D1; JP2899088B2; US5172133A; JPH04110363A

Description

Methode zur Herstellung einer Tinte, Tintenstrahldruck-Verfahren, -Vorrichtung, -Aufzeichnungsgerät und Tintenkassette, die aus der Anwendung der Methode resultieren

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer für Tintenstrahldrucker geeigneten Tinte, eine Tintenstrahlvorrichtung, die Gebrauch von der Tinte macht, und eine die Tinte enthaltende Tintenkartusche. Sie bezieht sich auch auf ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, mit dem eine Aufzeichnung auf unbeschichtetes Papier - auf sogenanntes Normalpapier - ausgeführt wird, durch Bewirken dessen, daß eine so hergestellte Tinte aus Öffnungen eines Aufzeichnungskopfes in Reaktion auf zugeführte Wärmeenergie herausfliegt.

Stand der Technik

Tintenstrahlaufzeichnungssysteme haben die Vorteile, daß sie im Verlauf der Aufzeichnung eine geringere Geräuschentwicklung zeigen und wegen der Verwendung eines hochintegrierten Kopfes ein aufgezeichnetes Bild mit hoher Auflösung bei hoher Geschwindigkeit erhalten werden kann. In derartigen Tintenstrahlaufzeichnungssystemen verwendete Tinten sind solche, die durch Auflösen verschiedener Arten von wasserlöslichen Farbstoffen in Wasser oder in einer gemischten Lösung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel hergestellt werden. Wenn die wasserlöslichen Farbstoffe verwendet werden, ist jedoch oft die Lichtbeständigkeit der aufgezeichneten Bilder in Frage gestellt, weil solche wasserlöslichen Farbstoffe von Natur her eine geringe Lichtbeständigkeit haben.
Die Wasserfestigkeit aufgezeichneter Bilder ist ebenfalls oft in Frage gestellt, weil die Tinte wasserlöslich ist. Spezieller können die aufgezeichneten Bilder, wenn sie durch Regen, Schweiß oder Wasser zum Essen und Trinken naß werden, verwischt oder ausgelöscht werden.
Indessen gibt es ähnliche Fragen auch bei Schreibgeräten, wie etwa Kugelschreibern, die Gebrauch von Farbstoffen machen, und es sind verschiedene Tinten mit Pigmenten auf Wasserbasis für Schreibmaterialien vorgeschlagen worden, so daß die Probleme der Lichtbeständigkeit und Wasserfestigkeit gelöst werden können. Beispiele für Studien der Dispersionsstabilität, der Verhinderung einer Verfestigung der Tinte bei Kugelschreibern und der Verhinderung der Kugelabnutzung bei Kugelschreibern zum Zwecke der Überführung von Tinten mit Pigmenten auf Wasserbasis in praktischem Gebrauch sind in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften 58-80368, 61-200182, 61-247774, 61-272278, 62-568, 62-101671, 62- 101672, 1-249869, 1-301760, etc. zu sehen. In letzter Zeit sind Kugelschreiber oder Marker, die Gebrauch von Tinten mit Pigmenten auf Wasserbasis machen, kommerziell verfügbar geworden.
Wenn jedoch herkömmliche Pigment-Tinten auf Wasserbasis für Schreibgeräte eingesetzt werden in einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die dadurch eine Aufzeichnung herstellt, daß Tinte durch die Wirkung von Wärmeenergie dazu veranlaßt wird, aus Öffnungen eines Aufzeichnungskopfes herauszufliegen, hat es den Nachteil gegeben, daß ernste Schwierigkeiten bei der Austragstabilitat auftreten, die fehlerhafte Ausdrucke zur Folge haben. Speziell in einem System, das eine Aufzeichnung durch Austrag von Tröpfchen mit Hilfe eingebrachter Warmeenergie herstellt, kann die Verwendung einer herkömmlichen Pigment-Tinte zur Ausbildung von Abscheidungen auf einem Dünnschichtwiderstand infolge der darin erzeugten Wärme, die impulsweise der Tinte zugeführt wird, führen. Infolgedessen kann die Tinte eine nicht perfekte Blasenbildung zeigen, und der Austrag der Tröpfchen kann den angelegten Impulsen nicht folgen, was vielfach zu einem Ausbleiben des Tintenaustrags führt. Damit eine Tinte aus Düsenspitzen stabil ausgetragen wird, muß die Tinte nämlich die Eigenschaft haben, daß sie auf einem Dünnschichttransistor Blasenbildung zeigt, wobei Blasen mit dem gewünschten Volumen gebildet werden und in gewünschten Intervallen Blasen gebildet werden und wieder verschwinden. Keine der herkömmlichen Tinten für Schreibzwecke ist diesen Leistungsanforderungen gerecht geworden, und daher können - wie oben festgestellt - verschiedene Schwierigkeiten auftreten, wenn diese in eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gefüllt werden, um eine Aufzeichnung auszuführen.
Des weiteren haben, obgleich einige herkömmliche Pigment- Tinten auf Wasserbasis gute Leistungseigenschaften gezeigt haben, wenn sie für eine relativ kurze Zeit ausgetragen werden, diese das Problem aufgeworfen, daß der Austrag instabil wird, wenn Ansteuerbedingungen des Aufzeichnungskopfes geändert werden, oder die Tinte kontinuierlich über eine lange Zeitspanne ausgetragen wird, was schließlich zu Ausfällen beim Austrag führt.
EP 0 376 284 A2 beschreibt als Pigment-Tinte auf Wasserbasis, die bevorzugt bei der oben beschriebenen Tintenstrahlaufzeichnung eingesetzt werden kann, eine Tinte, die sich dadurch auszeichnet, daß sie ausgezeichnete Austrageigenschaften bei Tintenstrahldruckern, Reaktion auf Änderungen der Ansteuerbedingungen, Stabilität beim kontinuierlichen Austrag für eine lange Zeitspanne und Restaurierungseigenschaften zum Zeitpunkt eines Neubeginns des Druckes nach einer zeitweiligen Unterbrechung des Drucks hat und besonders geeignet für Tintenstrahldrucker ist, bei denen Wärmeenergie angewandt wird. Diese Tinte bedarf jedoch einer weiteren Verbesserung hinsichtlich der Unterdrückung der Bildung von Ablagerung während einer Langzeit-Aufbewahrung der Tinte, der Stabilität der Tinteneigenschaften und des Ansprechverhaltens bei einer Ansteuerung mit höherer Geschwindigkeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer für die Tintenstrahlaufzeichnung geeignete Tinte bereitzustellen, die die beim Stand der Technik auftretenden, oben diskutierten Probleme beseitigt, unabhängig von Änderungen der Ansteuerbedingungen und auch beim Gebrauch während einer langen Zeitdauer stets einen stabilen Austrag ermöglicht, eine ausgezeichnete Langzeit-Aufbewahrungsfähigkeit hat, auch das Problem einer Verfestigung der Tinte an den Düsenspitzen eines Kopfes beseitigt, insbesondere eine ausgezeichnete Stabilität der Tinteneigenschaften hat und schließlich auch zu einem aufgezeichneten Bild mit ausgezeichneter Beständigkeit, etwa Wasserfestigkeit und Lichtbeständigkeit, führt, wenn Buchstaben o.ä. auf unbeschichtetes Papier gedruckt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tintenkartusche bzw. -patrone sowie eine Tintenstrahlvorrichtung und ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsgerät bereitzustellen, die ein ausgezeichnetes Frequenz-Ansprechverhalten haben und eine Aufzeichnung mit hoher Bildqualität herstellen können, in dem ein solches Verfahren angewandt wird.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer Tinte gelöst, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Die mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Tinte kann auch in einem Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren eingesetzt werden, bei dem Wärmeenergie auf die Tinte einwirkt, um diese aus Öffnungen in Form von Tintentröpfchen auszutragen und ein Aufzeichnungsmedium mit den Tintentröpfchen zu beaufschlagen, um eine Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium herzustellen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch den Gebrauch einer so hergestellten Tinte
- in einer Tintenstrahlvorrichtung, die ein Tintenaufbewahrungselement, das mit der wie oben beschrieben hergestellten Tinte getränkt ist, und einen mit einer Mehrzahl von Öffnungen, aus denen die Tinte in Form von Tintentröpfchen ausgetragen wird, versehenen Kopf aufweist,
- in einem Tintenstrahlgerät, das diese Tintenstrahlvorrichtung aufweist, und
- in einer Tintenkartusche, die eine mit der Tinte gefüllte Tintentasche umfaßt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1a und 1B stellen einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt eines Kopfes einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung dar.
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Aussehens eines Mehrfachkopfes, der den in den Figuren 1A und 1B gezeigten Kopf umfaßt.
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer Tintenkartusche.
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung einer Tintenstrahlvorrichtung.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren, mittels dessen der DAR-Wert erhalten wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung hat Eigenschaften, die sie für Tintenstrahldrucker, bei denen Wärmeenergie angewandt wird, besonders geeignet machen.
Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem, welches Wärmeenergie einsetzt, nutzt als Austragenergiequelle die Erscheinung der auf der Schicht erfolgenden Blasenbildung ("bubbling-on- film") einer Aufzeichnungslösung auf einem aus einer Dünnschicht gebildeten Heizwiderstand und wird durch Verwendung einer Tinte, die Gebrauch von einem Farbstoff macht, zur praktischen Anwendung gebracht.
Es wird angenommen, daß in einem solchen System eine auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand gebildete Tintenschicht eine Temperatur zwischen 200ºC und 300ºC oder höher als Endtemperatur annimmt - wenn auch nur für eine sehr kurze Zeit von 3 us bis 12 us pro Signal. Folglich ist die thermische Stabilität der Tinte ein sehr wichtiger Faktor zur Erreichung von Austragstabilität.
Die Erfinder untersuchten die Ursachen der ernsten Schwierigkeiten beim Austrag, die auftreten können, wenn die zur Anwendung in Schreibgeräten empfohlene Pigment-Tinte so bei der Tintenstrahlaufzeichnung unter Verwendung von Wärmeenergie eingesetzt wird wie sie ist. Im Ergebnis dessen fanden sie einige wichtige Faktoren. Einer von diesen ist, daß Ablagerungen auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand infolge der Wärme gebildet werden, die erzeugt wird, wenn Impulse einer solchen Tinte zugeführt werden, so daß die Tinte eine nicht perfekte Blasenbildung zeigt und daher unregelmäßig oder gar nicht ausgetragen wird. Ein weiterer Faktor ist der, daß auch dann, wenn auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand keine Ablagerungen gebildet werden, die Tinte eine nicht perfekte Blasenbildung zeigt und daher der Austrag von Tröpfchen den angelegten Impulsen nicht folgen kann, was zu einem Ausbleiben des Austrags führt. Die Tinte muß nämlich, damit sie stabil aus Düsenspitzen ausgetragen werden kann, solche Eigenschaften haben, daß sie auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand eine derartige Blasenbildung zeigt, daß Blasen mit dem gewünschten Volumen gebildet werden können und in gewünschten Intervallen wiederholt Blasen gebildet und wieder implantiert werden können. Keine der herkömmlichen Tinten für Schreibgeräte hat jedoch diese Leistungseigenschaften gezeigt' und daher können verschiedene Schwierigkeiten - wie oben festgestellt - auftreten, wenn sie in eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gefüllt werden, um eine Aufzeichnung auszuführen.
Die Erfinder haben daher weiterhin intensive Studien der Leistungseigenschaften von Tinten durchgeführt, welche Tinten mit Pigmenten auf Wasserbasis sind, thermisch stabil sind und zu einer Blasenbildung in einem optimalen Zustand gebracht werden können. Im Ergebnis dessen haben sie festgestellt, daß Tinte auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand unter beliebigen Ansteuerbedingungen zu einer exakten Blasenbildung gebracht und des weiteren immer stabil ausgetragen werden kann, ohne daß sich - sogar bei einem Gebrauch über lange Zeitdauer - Ablagerungen auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand bilden, wenn ein in der Tinte enthaltenes Pigment und ein wasserlösliches Harz in einem Gewichtsverhältnis stehen, das der folgenden Beziehung (I) genügt, wobei der Dispersionsmittel-Anforderungswert (nachfolgend "DAR-Wert") benutzt wird, der durch die nachfolgende Beziehung (II) definiert ist.
und bevorzugt
Wp = Gewicht des Pigments in der Tinte
Wr = Gewicht des wasserlöslichen Harzes in der Tinte
DAR Minimalgewicht des wasserlöslichen Harzes, das zur Dispersion des Pigments nötig ist/Gewicht des Pigments x 100 (II)
Damit haben sie die vorliegende Erfindung gemacht.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im einzelnen erläutert.
Der DAR-Wert wird auf die folgende Weise gemessen.
100 ml reinem Wasser werden 3 ml 25 %-ige Ammoniumlösung hinzugefügt. Während die Mischung mit einer Drehzahl von etwa 1500 min&supmin;¹ bis etwa 2500 min&supmin;¹ unter Verwendung eines Homogenisators, der eine Drehzahl von bis zu 15 000 min&supmin;¹ haben kann (beispielsweise T.K. AUTO-HOMOMIXER, hergestellt von Tokushukika Kogyo K.K.) umgerührt wird, werden 25 g Pigmentpulver hinzugefügt. Dann wird die Drehzahl auf 8000 min&supmin;¹ bis 12 000 min&supmin;¹ erhöht, um eine Dispergierung auszuführen, bis die Mischung homogen wird. Nachden die Probe homogen geworden ist, wird die Viskosität der Probe sukzessive gemessen, während eine wasserlösliche Harzlösung mit vorgegebener Konzentration unter Verwendung einer Pürette tröpfenweise beigefügt wird. Die wasserlösliche Harzlösung wird, wenn sie ein alkalilösliches Harz aufweist, durch Auflösen des Harzes unter Verwendung einer ein Amin, etwa Monoethanolamin oder Diethanolamin, Ammoniak oder eine anorganische Base, wie etwa NaOh, KOH oder LiOH, enthaltenden wäßrigen Lösung präpariert. Solange das wasserlösliche Harz in kleiner Menge vorliegt, ist die Probenlösung eine viskose pastöse Flüssigkeit, nachdem das wasserlösliche Harz jedoch durch das Pigment vollständig befeuchtet worden ist, wandelt sie sich in eine Flüssigkeit mit sehr niedriger Viskosität um. Der DAR-Wert ist definiert als der Prozentwert des Verhältnisses der minimalen Menge des wasserlöslichen Harzes, die zur Überführung der Probenlösung in die Flüssigkeit mit niedriger Viskosität erforderlich ist, zur Menge des eingesetzten Pigments. Ein typisches Beispiel ist in Fig. 6 gezeigt. Das hier beschriebene Meßverfahren ist ein spezielles Beispiel, und es ist unnötig zu sagen, daß der DAR-Wert, wie er bei der vorliegenden Erfindung definiert ist, an beliebigen Verhältnissen unterschiedlicher Materialien und unter Verwendung eines anderen Gerätes gemessen werden kann.
Wie aus der obigen Definition klar wird, ist der DAR-Wert ein Wert, der durch eine spezielle Zusammenstellung des Pigments und des wasserlöslichen Harzes, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bestimmt ist, und der DAR- Wert ist in keiner Weise ein und derselbe Wert, auch wenn dieselbe Art Pigment verwendet oder dieselbe Art des wasserlöslichen Harzes eingesetzt wird.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Pigment kann umfassen Kohlenstoffschwarz (carbon black), wie etwa #2300, #900, MCF88, #33, #40, #45, #52, MA7, MAB, #2200B (sämtlich lieferbar von Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.), RAVEN1255 (lieferbar von Columbian Chemicals), REGAL400R, REGAL330R, REGAL660R, MOGUL-L (lieferbar von Cabot Corp.), Color Black FW1, Color Black FW18, Color Black SI70, Color Black SI50, Printex 35, Printex U (Degussa, Inc.) ; und die folgenden bekannten Pigmente als organische Pigmente für den Farbdruck:
- Gelbe Monoazo-Pigmente von der Art des C.I.Pigment Yellow 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 14, 15, 17, 23, 65.
- Rote Pigmente von der Art des C.I. Pigment Red 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 18, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 37, 38, 39, 40, 41, 90, 123; C.I. Vat Red 10, 13, 29, 35; C.I. Vat Orange 3, 4, 7, 9, 23; oder Perylen-, Chinacridon oder Thioindigo-Pigmente,
- Cyanfarbige oder violette Pigmente in der Art des C.I. Pigment Blue 15, 17, 22; C.I. Vat Blue 4, 6, 20; C.I. Acid Blue 45 oder C.I. Pigment Violet 1, 2, 3, 5, 19, 23.
Es kann auch jedes verwendet werden, das zum Zwecke der Realisierung der vorliegenden Erfindung frisch präpariert wurde. Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Pigment kann bevorzugt in einem von 3 Gew.-% bis 20 Gew.-% und bevorzugter von 2 Gew.-% bis 12 Gew.-% reichenden Bereich eingesetzt werden. Es kann jedes der oben genannten Pigmente in Kombination mit zwei oder mehreren Arten verwendet werden.
Das als Dispersionsmittel für das Pigment bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte wasserlösliche Harz kann eines sein, das in einer wäßrigen Lösung löslich ist, in der ein Amin oder eine Base aufgelöst worden sind. Es kann vorzugsweise eines sein, das ein Molekülgewicht im Gewichtsmengen- Mittel von 3000 bis 30 000, und noch spezieller von 5000 bis 15 000 hat. Es können auch zwei oder mehr Arten miteinander kombiniert eingesetzt werden. Es kann speziell ein Styren- /Acrylsäure-Copolymeres, ein Styren-/Acrylsäure-/Alkylacrylat-Copolymeres, ein Styren-/Maleinsäure-Copolymeres, ein Styren-/Maleinsäure-/Alkylacrylat-Copolymeres, ein Styren-/Methacrylsäure-Copolymeres, ein Styren-/Methacrylsäure- /Alkylacrylat-Copolymeres, ein Styren-/α-Methylstyren- /Acrylsäure-Copolymeres, eine Styren-/α-Methylstyren-/Acrylsäure-/Alkylacrylat-Copolymeres, ein Styren-Maleinsäure- Halbester-Copolymeres, ein Vinylnaphthalen-/Acrylsäure-Copolymeres oder ein Vinylnaphthalen-/Maleinsäure-Copolymeres oder ein Salz von diesen enthalten. Das wasserlösliche Harz kann bevorzugt in einem von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, reichenden Anteil enthalten sein. Es kann noch bevorzugter in einem von 0,3 Gew.-% bis 2 Gew.-% reichenden Anteil enthalten sein. Wenn das Harz in einer geringeren Menge enthalten ist als durch den oben angegebenen Ausdruck (I) ausgedrückt wird, kann die Dispersionsstabilität schlecht werden, was zu einer Sedimentation des Pigments führt. Wenn das Harz andererseits in einer größeren Menge enthalten ist, können die Blasenbildungseigenschaften der Tinte schlecht werden, und es können auch unlösliche Stoffe auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand abgeschieden werden, wenn Impulse angelegt werden, was es unmöglich macht, über eine lange Zeitspanne einen stabilen Austrag zu realisieren.
Ein solches wasserlösliches Harz kann auch getrennt von dem Dispersionsmittel hinzugefügt werden, wenn die Tinte nach der Dispergierung präpariert wird.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt so eingestellt werden, daß sie insgesamt neutral oder alkalisch ist. Dies ist wünschenswert, weil die Löslichkeit des wasserlöslichen Harzes verbessert werden kann, was eine Tinte mit viel besserer Langzeit-Aufbewahrungsfähigkeit ergibt. Da in einem solchen Fall die Tinte jedoch eine Korrosion verschiedener bei der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung verwendeter Teile bewirken kann, wird ihr pH-Wert bevorzugt auf 7 bis 10 eingestellt.
Zu den hierfür verwendeten pH-Einstellmitteln gehören beispielsweise verschiedene organische Amine, etwa Diethanolamin und Triethanolamin, anorganische alkalische Mittel, wie Hydroxide von Alkalimetallen, beispielsweise Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid und Kaliumhydroxid, organische Säuren oder mineralische Säuren.
Das oben beschriebene Pigment und wasserlösliche Harz werden in einem wäßrigen Medium dispergiert oder aufgelöst.
Das bei der Tinte der vorliegenden Erfindung bevorzugte wäßrige Medium ist ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel. Als Wasser wird bevorzugt kein Wasser verwendet, das verschiedene Ionen enthält, sondern ionen-ausgetauschtes Wasser (entionisiertes Wasser).
In Kombination hiermit kann jede andere Lösungsmittelkomponente eingesetzt werden. Das in der Mischung verwendete wasserlösliche organische Lösungsmittel können z.B. umfassen Alkylalkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, tert-Butylalkohol oder Isobutylalkohol; Amide, wie etwa Dimethylformamid oder Dimethylacetamid; Ketone oder Ketoalkohole, wie Ketone oder Diacetonalkohol, Ether wie Tetrahydrofuran oder Dioxan; Alkylenglykole wie Polyethylenglykol oder Polypropylenglykol; Alkylenglykole, deren Alkylengruppe 2 bis 6 C-Atome enthält, wie etwa Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triethylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiodiglykol, Hexylenglykol oder Diethylenglykol; Glycerin; niedere Alkylether mehrwertiger Alkohole, wie etwa Ethylenglykol-Monomethyl- oder -ethylether, Diethylenglykol-Monomethyl- oder -ethylether oder Trioethylenglykol-Monomethyl- oder -ethylether und N- Methyl-2-pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon etc. Von diesen vielen wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln sind mehrwertige Alkohole, wie Diethylenglykol und niedere Alkylether mehrwertiger Alkohole, wie etwa Triethylenglykol- Monomethyl- oder -ethylether, bevorzugt.
Es ist auch festgestellt worden, daß zur Erzielung von Austragstabilität die Beifügung von Ethanol oder Isopropylalkohol in einem Anteil von 3 bis 15 Gew.-% wirksam ist. Es wird angenommen, daß dies daran liegt, daß die Hinzufügung eines dieser Lösungsmittel eine stabilere Blasenbildung der Tinte auf dem Dünnschicht-Heizwiderstand ermöglicht. Eine übermäßige Beigabe eines dieser Lösungsmittel kann jedoch den Nachteil haben, daß das Druckqualitätsniveau der Druckzeichen absinkt. Es ist daher eine geeignete Konzentration eines dieser Lösungsmittel gefunden worden, die im Bereich von 3 Gew.-% bis 10 Gew.-% liegt. Diese Lösungsmittel sind, wenn sie der Dispersion hinzugefügt werden, auch wirkungsvoll zur Verhinderung einer Schaumbildung während der Dispergierung, was es ermöglicht, die Dispergierung effizient vorzunehmen.
Das wasserlösliche organische Lösungsmittel kann in der Tinte der vorliegenden Erfindung normalerweise in einem von 3 Gew.-% bis 50 Gew.-% reichenden Bereich, bevorzugt von 3 Gew.-% bis 40 Gew.-%, des Gesamtgewichts der Tinte, enthalten sein. Das Wasser kann in einem Anteil verwendet werden, der von 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% und bevorzugt von 30 Gew.-% bis 80 Gew.-%, des Gesamtgewichts der Tinte reicht.
Zusätzlich zu den obenerwähnten Komponenten kann ein oberflächenaktives Mittel, ein Feuchthaltungsmittel, ein Schaumbremser, ein Antiseptikum etc. der Tinte der vorliegenden Erfindung wahlweise beigemischt werden, um eine Tinte zu erhalten, die die gewünschten Werte der physikalischen Eigenschaften hat. Es ist auch möglich, einen kommerziell verfügbaren wasserlöslichen Farbstoff hinzuzufügen.
Als Feuchthaltungsmittel kann ein herkömmlich verwendetes eingesetzt werden. Bevorzugt sind Harnstoff, Thioharnstoff und deren Derivate. Das Feuchthaltungsmittel kann bevorzugt in einem Anteil von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% und noch spezieller von 2 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, eingesetzt werden.
Das oberflächenaktive Mittel kann anionische oberflächenaktive Mittel, wie etwa Fettsäuresalze, die Salze höherer Alkohol-Schwefelsäureester, die Salze flüssiger Fettsäure- Schwefelsäureester oder Alkylallylsulfonate, oder nichtionische oberflächenaktive Mittel, wie etwa Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylen-alkylester oder Polyoxyethylensorbitan-alkylester, enthalten, die allein oder in Kombination zweier oder mehr ausgewählter Arten verwendet werden. Die Menge des Mittels kann in Abhängigkeit vom Dispergierungsmittel variieren. Sie kann bevorzugt 0,01 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, betragen. Wenn es hinzugefügt wird, kann die Menge des oberflächenaktiven Mittels bevorzugt so bestimmt werden, daß die Tinte eine Oberflächenspannung von nicht weniger als 30 dyn/cm hat. Dies liegt daran, daß beim Auf zeichnungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine kleinere Oberflächenspannung als dieser Wert Schwierigkeiten wie Druckverzerrungen (ein fehlerhaftes Auftreffen von Tintentröpfchen) infolge einer Befeuchtung der Düsenspitzen zur Folge haben kann. Im übrigen kann, um der Tinte die gewünschten Werte der physikalischen Eigenschaften zu geben, ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel, ein pH-Einstellmittel, ein Schaumbremser oder ein antiseptisches Mittel beigemischt werden. Es ist auch möglich, einen kommerziell verfügbaren wasserlöslichen Farbstoff beizufügen.
Der Gesamtanteil von Pigment und wasserlöslichem Harz im Dispergierungsmittel soll bevorzugt nicht kleiner als 10 Gew.-% und bevorzugt nicht größer als 30 Gew.-% sein. Der Grund dafür liegt darin, daß es unmöglich ist, in effizienter Weise eine Dispergierung auszuführen, um einen optimalen Dispersionszustand zu erreichen, wenn das Pigment und das wasserlösliche Harz in der Dispersion nicht in einer vorgegebenen oder höheren Konzentration vorliegen.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung kann durch ein unten beschriebenes Verfahren präpariert werden. Zuerst wird das Pigment einer mindestens ein Dispersionsharz, ein Amin (oder eine Base) und Wasser enthaltenden Lösung hinzugefügt, worauf ein Umrühren folgt. Danach wird die Mischung unter Verwendung des Dispergierungsmittels - wie später beschrieben - dispergiert, worauf optional eine Zentrifugen-Trennung folgt, um die gewünschte Dispersion zu erhalten. Als nächstes werden der sich ergebenden Dispersion die oben beschriebenen Komponenten beigemischt, worauf ein Umrühren folgt, um die Tinte zu erhalten.
Für das Amin oder die Base, das/die das Harz auflöst, ist es nötig, diese(s) in einer Menge beizufügen, die das 1,2-fache oder mehr des Anteils beträgt, der durch auf dem Säurewert des Harzes beruhende Berechnung bestimmt wurde. Diese Menge kann durch die folgende Gleichung berechnet werden.
Menge des Amins oder der Base (g) = Säurewert des Harzes x Molekülgewicht des Amins oder der Base x Gewicht des Harzes (g)/56 000
Bevor die das Harz enthaltende wäßrige Lösung dispergiert wird, ist es auch erforderlich, ein Umrühren für 30 Minuten oder mehr auszuführen. Diese Prozedur verbessert die Benetzbarkeit der Pigmentoberflächen und fördert die Adsorption des Harzes an den Pigmentoberflächen
Das der Dispersion beigefügte Amin kann bevorzugt ein organisches Amin, wie etwa Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Aminomethylpropanol oder Ammoniak enthalten. Die Base kann bevorzugt Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid und Kaliumhydroxid enthalten.
Als bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Dispergierungsvorrichtung kann jede allgemein benutzte Dispergierungsvorrichtung verwendet werden, wozu beispielsweise Kugelmühlen, Walzenmühlen und Sandmühlen gehören.
Besonders bevorzugt ist eine Sandmühle vom Hochgeschwindigkeitstyp, zu diesem Typ gehören beispielsweise die Geräte Super Mill, Sand Grinder, Beads Mill, Agitator Mill, Grain Mill, DYNO-MILL, Pearl Mill und CoBall-MILL (sämtlich Handelsnamen).
Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Pigment mit der gewünschten Teilchengrößenverteilung durch ein Verfahren erhalten werden, bei dem die Mahlmittel der Dispergierungsmaschine eine kleine Größe haben, ein Verfahren, bei dem die Mahlmittel in großem Anteil eingefüllt sind, ein Verfahren, bei dem die Behandlungszeit länger gemacht ist, ein Verfahren, bei dem die Austragrate kleiner gemacht ist, oder ein Verfahren, bei dem die pulverisierten Teilchen unter Verwendung eines Filters oder einer Zentrifugaltrennvorrichtung klassiert werden, wobei auch ein Verfahren angewandt werden kann, welches eine Kombination einiger dieser Verfahren enthält.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung kann besonders bevorzugt bei der Tintenstrahlaufzeichnung eingesetzt werden, bei der eine Aufzeichnung durch Austrag von Tintentröpfchen durch die Wirkung von Wärmeenergie erfolgt. Es ist unnötig zu sagen, daß sie auch für herkömmliche Schreibgeräte verwendet werden kann.
Die Vorrichtung, die dazu geeignet ist, eine Aufzeichnung unter Verwendung der Tinte der vorliegenden Erfindung auszuführen, kann eine Vorrichtung einschließen, bei der Wärmeenergie in Korrespondenz zu einem Aufzeichnungssignal der im Inneren eines Aufzeichnungskopfes aufgenommenen Tinte zugeführt wird, so daß Tintentröpfchen durch die Wirkung der Wärmeenergie erzeugt werden.
Die Figuren 1a, 1B und 2 zeigen ein Beispiel des Aufbaus des Kopfes, der ein Hauptbestandteil der Vorrichtung ist.
Ein Kopf 13 wird durch Verbinden einer Glas-, Keramik- oder Kunststoffplatte o.ä. mit einem Kanal 14, durch den die Tinte hindurchtritt, mit einem bei der Thermoaufzeichnung verwendeten Heizkopf 15 gebildet (die Zeichnung zeigt einen Kopf, auf den die Lösung jedoch nicht beschränkt ist). Der Heizkopf 15 ist aus einer aus Siliciumoxid o.ä. gebildeten Schutzschicht 16, Aluminiumelektroden 17-1 und 17-2, einer aus Nichrom o.ä. gebildeten Heizwiderstandsschicht 18, einer Wärmesammelschicht 19 und einem Substrat 20 mit guten Wärmeleiteigenschaften gebildet.
Die Tinte 21 steht in einer Austragöffnung (einer kleinen Öffnung) 22 und ein Meniskus 23 ist hier infolge eines Drucks P gebildet.
Nun, nach Anlegen elektrischer Signale an die Elektroden 17- 1 und 17-2, wird in dem mit n bezeichneten Gebiet im Thermokopf 15 plötzlich Wärme erzeugt, so daß Blasen in der Tinte 21 erzeugt werden, die in Kontakt mit diesem Gebiet kommen. Der so erzeugte Druck stößt den Meniskus 23 nach außen, und die Tinte 21 wird aus der Öffnung 22 in Form von kleinen Aufzeichnungströpfchen 24 ausgestoßen, die gegen ein Aufzeichnungsmedium 25 fliegen. Fig. 2 stellt die Ansicht eines Mehrfachkopfes dar, der in großer Anzahl den in Fig. 1A gezeigten Kopf aufweist. Der Mehrfachkopf wird durch dichtes Verkleben einer Glasplatte 27 mit einem Mehrfach-Kanal 26 mit einem Heizkopf 28 ähnlich dem in Fig. 1A dargestellten Kopf hergestellt.
Fig. 1a ist eine Längsschnittdarstellung des Kopfes 13 längs seines Tintenflußweges, und Fig. 1b ist eine Querschnittsdarstellung längs der Linie A-B.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, in die ein solcher Kopf eingebaut ist.
In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 61 eine als Abwischelement dienende Klinge in Form eines Auslegers, dessen eines Ende ein durch ein Klingenhalteelement gehaltenes stationäres Ende ist. Die Klinge 61 ist in der Position benachbart zu dem Gebiet angeordnet, in dem ein Aufzeichnungskopf eine Aufzeichnung macht. Beim vorliegenden Beispiel ist die Klinge in einer solchen Form gehalten, daß sie in die Bahn vorsteht, längs derer der Aufzeichnungskopf bewegt wird. Die Bezugsziffer 62 bezeichnet eine Abdeckung bzw. Kappe, die in der Ruhestellung benachbart zur Klinge 61 angeordnet und so aufgebaut ist, daß sie sich in die Richtung senkrecht zu der Richtung bewegt, in die der Aufzeichnungskopf bewegt wird, und mit der Fläche der Auftragöffnungen in Kontakt kommt, um eine Abdeckung auszuführen. Die Bezugsziffer 63 bezeichnet einen Tintenaufnehmer, der angrenzend an die Klinge 61 vorgesehen und - ähnlich wie die Klinge 61 - in einer solchen Weise gehalten ist, daß er in die Bahn vorsteht, längs derer der Aufzeichnungskopf bewegt wird. Die genannte Klinge 61, die Kappe 62 und der Aufnehmer 63 bilden eine Austragreinigungs-Baugruppe 64, bei der die Klinge 61 und der Aufnehmer 63 Wasser, Staub o.ä. von der Tintenaustragöffnungsfläche entfernen.
Die Bezugsziffer 65 bezeichnet den Aufzeichnungskopf, der eine Austragenergie-Erzeugungseinrichtung hat und Tinte auf das Aufzeichnungsmedium ausstößt, das gegenüber der Austragöffnungsfläche, die mit Austragöffnungen versehen ist, angeordnet ist, um eine Aufzeichnung auszuführen. Die Bezugsziffer 66 bezeichnet einen Wagen, auf den der Aufzeichnungskopf 65 montiert ist, so daß der Aufzeichnungskopf 65 bewegt werden kann. Der Wagen 66 ist gleitbar mit einer Führungswelle 67 verbunden. Ein Teil des Wagens 66 ist (was nicht gezeigt ist) mit einem durch einen Motor 68 angetriebenen Riemen 69 verbunden. Somit kann der Wagen 66 längs der Führung 67 bewegt werden, und folglich kann der Aufzeichnungskopf 65 von einem Aufzeichnungsgebiet in ein diesem benachbartes Gebiet bewegt werden.
Die Bezugsziffer 51 bezeichnet einen Papierzuführabschnitt, von dem aus Aufzeichnungsmedien eingesetzt werden, und 52 eine Papiervorschubwalze, die durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben wird. Durch diesen Aufbau wird das Aufzeichnungsmedium der Position gegenüber der Austragöffnungsfläche des Aufzeichnungskopfes zugeführt und mit dem Fortschreiten der Aufzeichnung aus einem mit einer Papierauswurfwalze 53 versehenen Papierauswurfabschnitt ausgegeben.
Beim oben erwähnten Aufbau wird die Kappe 62 der Kopfreinigungsbaugruppe 64 aus der Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes 65 zurückgezogen, wenn der Aufzeichnungskopf 65 - beispielsweise nach Beendigung der Aufzeichnung - in seine Ruhestellung zurückgeführt wird, und die Klinge 61 steht in die Bewegungsbahn vor. Im Ergebnis dessen wird die Austragöffnungsfläche des Aufzeichnungskopfes 65 abgewischt. Wenn die Kappe 62 in Kontakt mit der Austragöffnungsfläche des Auf zeichnungskopfes 65 kommt, um eine Abdeckung auszuführen, wird die Kappe 62 auf solche Weise bewegt, daß sie in die Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes vorsteht.
Wenn der Aufzeichnungskopf 65 aus seiner Ruhestellung in die Stellung bewegt wird, in der eine Aufzeichnung begonnen wird, sind die Kappe 62 und die Klinge 61 in derselben Stellung wie derjenigen, in der die Austragöffnungsfläche abgewischt wird. Im Ergebnis dessen wird die Austragöffnungsfläche des Aufzeichnungskopfes 65 auch während der Zeit dieser Bewegung abgewischt.
Die oben genannte Bewegung des Aufzeichnungskopfes in seine Ruhestellung wird nicht nur zur Zeit der Beendigung der Aufzeichnung oder der Reinigung des Austragbereiches ausgeführt, sondern auch dann, wenn der Aufzeichnungskopf zwischen Aufzeichnungsgebieten zum Zweck der Aufzeichnung bewegt wird, während derer er in vorgegebenen Abständen in die Ruhestellung benachbart zu jedem Aufzeichnungsgebiet bewegt wird, wobei die Austragöffnungsfläche bei dieser Bewegung abgewischt wird.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer mit 45 bezeichneten Tintenkartusche, die die Tinte aufnimmt, die dem Kopf über ein Tintenzufuhrelement - beispielsweise ein Rohr - zugeführt wird. Hierbei bezeichnet die Bezugsziffer 40 einen Tintenaufnehmer, der die zuzuführende Tinte aufnimmt, beispielsweise eine Tintentasche. Deren oberer Bereich ist mit einem Stopfen 42 aus Gummi versehen. Eine (nicht gezeigte) Nadel kann in diesen Stopfen 42 eingesetzt sein, so daß die Tinte im Tintenaufnehmer 40 dem Kopf zugeführt werden kann. Die Bezugsziffer 44 bezeichnet einen Absorber, der verschüttete Tinte aufnimmt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Tintenaufnehmer an seiner Oberfläche, mit der die Tinte in Kontakt kommt, aus einem Polyolefin, insbesondere Polyethylen, gebildet ist.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ist nicht auf die oben beschriebene Vorrichtung beschränkt, bei der der Kopf und die Tintenkartusche getrennt vorgesehen sind, und es kann auch mit Vorteil eine Vorrichtung verwendet werden, bei der diese zusammenhängend gebildet sind, wie in Fig. 5 gezeigt.
In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 70 eine Tintenstrahlvorrichtung, in deren Innerem ein Tintenaufnehmer, der Tinte aufnimmt, beispielsweise ein Tintenabsorber, enthalten ist. Die Tintenstrahlvorrichtung ist so aufgebaut, daß die Tinte in einem solchen Tintenabsorber in Form von Tintentröpfchen aus einem Kopf 71 mit einer Mehrzahl von Öffnungen ausgetragen wird. Als Material für den Tintenabsorber wird bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt Polyurethan verwendet.
Die Bezugsziffer 72 bezeichnet eine Belüftungsöffnung, durch die das Innere der Tintenstrahlvorrichtung mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht wird.
Diese Tintenstrahlvorrichtung 70 kann anstelle des in Fig. 3 gezeigten Aufzeichnungskopfes verwendet werden und ist abnehmbar am Wagen 66 montiert.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Angabe von Beispielen beschrieben. Nachfolgend bezeichnet "Teil (e)" "Gewichtsteil (e)".

Beispiel 1

Ein wasserlösliches Harz, ein Styren-/Acrylsäure-/Ethylacrylat-Copolymeres (Säurewert 180; mittleres Molekülgewicht: 15 000), das als Dispergierungsmittel dient, und Carbon black MCF-88 (lieferbar von Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.) wurden verwendet. Der dieses wasserlösliche Harz und Carbon black betreffende DAR-Wert wurde gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gemessen und ergab sich zu 2,5.
- Präparation der Pigmentdispersion --
Angegebenes wasserlösliches Harz 3 Teile
Monoethanolamin 1,5 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 73,5Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt, und die Mischung wurde auf 70ºC unter Verwendung eines Wasserbades erwärmt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. In diesem Schritt besteht die Möglichkeit, daß das auf zulösende Harz nicht vollständig aufgelöst werden kann, wenn es in niedriger Konzentration vorliegt. Daher kann, wenn das Harz aufgelöst wird, eine Konzentration mit hoher Lösung vorab präpariert werden, so daß diese verdünnt werden kann, um die gewünschte Harzlösung zu erhalten. Der sich ergebenden Lösung wurden 15 Teile des erwähnten Carbon black und 5 Teile Ethanol beigefügt, die für 30 Minuten vorgemischt wurden, worauf eine Dispergierung unter den folgenden Bedingungen folgte:
Dispergierungsvorrichtung:
Sand Grinder (Sandmischer - hergestellt von Igarashi Kikai K.K.)
Mischmedium: Zirkonkügelchen von 1 mm Durchmesser
Füllung des Mischmediums: 50 % (Volumen)
Mischzeit: 3 Stunden.
Weiterhin wurde eine Zentrifugentrennung (12 000 min&supmin;¹ während 40 Minuten) ausgeführt, um grobe Teilchen zu entfernen. Auf diese Weise wurde eine Dispersion erhalten.
- Präparation der Tinte --
Angegebene Dispersion 50 Teile
Glycerin 8 Teile
Ethylenglykol 10 Teile
Ethanol 4 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 28 Teile
Die genannten Komponenten wurde gemischt und für 1 Stunde umgerührt, um die Tinte A zu ergeben.

Beispiel 2

Ein wasserlösliches Harz, STyren-/α-Methylstyren-/Acrylsäure-/Ethylacrylat-Copolymeres (Säurewert 168; mittleres Molekülgewicht: 10 100), das als Dispergierungsmittel diente, und Carbon black MCF-88 (lieferbar von Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.) wurden verwendet. Der DAR-Wert dieses wasserlöslichen Harzes und von Carbon black wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen und ergab sich zu 2,8.
- Präparation der Pigmentdispersion --
Angegebenes wasserlösliches Harz 5 Teile
Aminomethylpropanol 2,5 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 59,5 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und die Mischung wurde auf 70ºC unter Verwendung eines Wasserbades erwärmt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der sich ergebenden Lösung wurden 20 Teile des erwähnten Carbon black und 7 Teile Ethanol beigemischt, die für 30 Minuten vorgemischt wurden, worauf eine Dispergierung unter den folgenden Bedingungen folgte:
Dispergierungsvorrichtung: Pearl Mill (hergestellt von Ashizawa)
Mischmedium: Glaskügelchen von 1 mm Durchmesser
Füllung des Mischmediums: 50 % Volumen)
Austragrate: 100 ml/min.
Weiterhin wurde eine Zentrifugentrennung (12 000 min&supmin;¹ während 40 Minuten) ausgeführt, um grobe Teilchen zu entfernen. Dadurch wurde eine Dispersion erhalten.
- Präparation der Tinte --
Angegebene Dispersion 40 Teile
Glycerin 10 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Ethanol 5 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 40 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und für 1 Stunde umgerührt, womit sich die Tinte B ergab.

Beispiel 3

Ein wasserlösliches Harz, Styren-/Acrylsäure-/Ethylacrylat- Copolymeres (Säurewert 138; mittleres Molekülgewicht: 5600), das als Dispergierungsmittel diente, und Carbon black S170 (lieferbar von Degussa, Inc.) wurden verwendet. Der dieses wasserlösliche Harz und Carbon black betreffende DAR-Wert wurde gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gemessen und ergab sich zu 7,5.
- Präparation der Pigmentdispersion --
Angegebenes wasserlösliches Harz 8 Teile
Aminomethylpropanol 4 Teile
Ionenausgetauschtes Wasser 56 Teile
Diethylenglykol 5 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt, und die Mischung wurde auf 70ºC unter Verwendung eines Wasserbades erwärmt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der sich ergebenden Lösung wurden 20 Teile des erwähnten Carbon black und 7 Teile Ethanol beigemischt, die für 30 Minuten vorgemischt wurden, worauf eine Dispergierung unter den folgenden Bedingungen folgte:
Dispergierungsvorrichtung: Pearl Mill (hergestellt von Ashizawa)
Mischmedium: Glaskügelchen von 1 mm Durchmesser
Füllung des Mahlmediums: 50 % (Volumen)
Austragrate: 100 ml/min.
Weiterhin wurde eine Zentrifugentrennung (12 000 min&supmin;¹ während 40 Minuten) ausgeführt, um grobe Teilchen zu entfernen. So wurde eine Dispersion erhalten.
- Präparation der Tinte --
Angegebene Dispersion 40 Teile
Glycerin 6 Teile
Ethylenglykol 10 Teile
Ethanol 5 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 39 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und für 1 Stunde umgerührt, womit sich die Tinte C ergab.

Beispiel 4

Ein wasserlösliches Harz, Styren-/Acrylsäure-/Ethylacrylat- Copolymeres (Säurewert 120; mittleres Molekülgewicht: 3700), das als Dispergierungsmittel diente, und Carbon black MOGUL-L (lieferbar von Cabot Corp.) wurden verwendet. Der dieses wasserlösliche Harz und Carbon black betreffende DAR- Wert wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen und ergab sich zu 2,8.
- Präparation der Pigmentdispersion --
Angegebenes wasserlösliches Harz 2 Teile
Monoethanolamin 1 Teil
Ionen-ausgetauschtes Wasser 72 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt, und die Mischung wurde unter Verwendung eines Wasserbades auf 70ºC erwärmt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Der sich ergebenden Mischung wurden 15 Teile des genannten Carbon black und 15 Teile Ethanol beigemischt, die für 30 Minuten vorgemischt wurden, worauf eine Dispergierung unter den folgenden Bedingungen erfolgte:
Dispergierungsvorrichtung:
Sand Grinder (hergestellt von Igarashi Kikai K.K.)
Mischmedium: Zirkonkügelchen vom 1 mm Durchmesser
Füllung des Mischmediums: 50 % (Volumen)
Mischzeit: 3 Stunden
Weiterhin wurde eine Zentrifugentrennung (12 000 min&supmin;¹, während 40 Minuten) ausgeführt, um grobe Teilchen zu entfernen. So wurde eine Dispersion erhalten.
- Präparation der Tinte --
Angegebene Dispersion 40 Teile
Ethylenglykol 20 Teile
Ethanol 4 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 36 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und für 1 Stunde umgerührt, womit sich die Tinte D ergab.

Beispiel 5

Ein wasserlösliches Harz OROTAN SN (lieferbar von Rohm & Maas Co.), das als Dispergierungsmittel fungierte, und Carbon black MOGUL-L (lieferbar von Cabot Corp.) wurden verwendet. Der dieses wasserlösliche Harz und Carbon black betreffende DAR-Wert wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren gemessen und ergab sich zu 2,8.
- Präparation der Pigmentdispersion --
Angegebenes wasserlösliches Harz 3 Teile
Monoethanolamin 1,5 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 73,5 Teile
Ethylenglykol 5 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt, und die Mischung wurde auf 70ºC unter Verwendung eines Wasserbades erwärmt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen. Bei diesem Schritt besteht die Möglichkeit, daß das aufzulösende Harz nicht vollständig aufgelöst werden kann, wenn es in niedriger Konzentration vorliegt. Dementsprechend kann, wenn das Harz aufgelöst wird, eine hochkonzentrierte Lösung vorab präpariert werden, so daß sie auf die gewünschte Harzlösung verdünnt werden kann. Der sich ergebenden Lösung wurden 15 Teile des genannten Carbon black und 5 Teile Ethanol beigemischt, die für 30 Minuten vorgemischt wurden, worauf eine Dispergierung unter den folgenden Bedingungen folgte:
Dispergierungsvorrichtung:
Sand Grinder (hergestellt von Igarashi Kikai K.K.)
Mischmedium: Zirkonkügelchen von 1 mm Durchmesser
Füllung des Mischmediums: 50 % (Volumen)
Mischzeit: 3 Stunden.
Weiterhin wurde eine Zentrifugentrennung (12 000 min&supmin;¹ während 40 Minuten) ausgeführt, um grobe Teilchen zu entfernen. So wurde eine Dispersion erhalten.
- Präparation der Tinte --
Angegebene Dispersion 50 Teile
Glycerin 8 Teile
Ethylenglykol 10 Teile
Ethanol 4 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 28 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und für 1 Stunde umgerührt, womit sich die Tinte E ergab.

Beispiele 6 und 7

Ein wasserlösliches Harz und Styren-/Acrylsäure-Copolymeres (Säurewert 155; mittleres Molekülgewicht 11 500), das als Dispergierungsmittel diente, wurden verwendet. Ein rotes Pigment, Sumitomo Fast Red 3BR (C.I. Vat Red 29) oder Fuji Pyrazolone Red (C.I. Pigment Red 38) wurden weiterhin verwendet. Der das wasserlösliche Harz und das jeweilige rote Pigment betreffende DAR-Wert wurde gemessen und ergab sich zu 0,8 bzw. 0,4.
- Präparation der Pigmentdispersion --
Angegebenes wasserlösliches Harz 0,5 Teile
Monoethanolamin 0,25 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 75 Teile
Ethylenglykol 5,0 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und aufgelöst. Der sich ergebenden Mischung wurden 15 Teile des erwähnten roten Pigments und 5 Teile Ethanol beigemischt, die für 30 Minuten vorgemischt wurden, worauf eine Dispergierung und Zentrifugentrennung auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 folgte.
-Präparation der Tinte--
Angegebene Dispersion 50 Teile
Glycerin 8 Teile
Ethylenglykol 10 Teile
Ethanol 4 Teile
Ionen-ausgetauschtes Wasser 28 Teile
Die genannten Komponenten wurden gemischt und für 1 Stunde umgerührt, was unter Verwendung des Sumitomo Fast Red 3BR die Tinte F und unter Verwendung des Fuji Pyrazolone Red die Tinte G ergab.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Tinte H wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, daß das wasserlösliche Harz, Monoethanolamin und Ionen-ausgetauschtes Wasser, die in der Dispersion enthalten waren, in Anteilen von 6 Teilen, 3 Teilen bzw. 69 Teilen eingesetzt wurden.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Tinte I wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 erhalten mit der Ausnahme, daß das wasserlösliche Harz, Aminomethylpropanol, Carbon black und Ionen-ausgetauschtes Wasser, die in der Dispersion enthalten waren, in Anteilen von 7 Teilen, 3,5 Teilen, 15 Teilen bzw. 62,5 Teilen eingesetzt wurden.
Unter Verwendung jeweils der oben angegebenen Tinten und weiterhin unter Verwendung eines Druckers (A) Think-Jet Printer (hergestellt von HP Co., Ansteuerfrequenz: 1,2 kHz), (B) Desk Jet Printer (hergestellt von HP Co., Ansteuerfreguenz: 3,6 kHz) oder (C) eines modifizierten BJ-130 (hergestellt von Canon Inc.), des Typs, bei dem Wärmeenergie zum Austrag von Tinte eingesetzt wurde, wurden die folgenden Leistungsbewertungen ausgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

T1: Ansteuerbedingungen und Austragstabilität

Bei dem Drucker (C) wurde die Ansteuerspannung auf 25 V, 27 V oder 30 V eingestellt. Es wurden bei Raumtemperatur Zeichen bei 2 Frequenzen - 2 kHz und 4 kHz - für jede Spannung gedruckt. Das Auftreten von Druck-Unregelmäßigkeiten, Zeichen mit unscharfen Kanten oder Austragausfällen (Nicht-Austrag) wurde untersucht, um die Austragstabilität zu bewerten.
AA: Klarer Austrag des ersten und der nachfolgenden Zeichen. Es sind weder Austragausfälle, Zeichen mit unscharfen Kanten oder Druck-Unregelmäßigkeiten im Verlaufe des zusammenhängenden Drucks zu sehen.
A: Klarer Austrag eines Teils der Zeichen, aber mit verschiedenen Austrag-Ausfällen, die in einem Teil der geschlossenen Drucke beobachtet wurden.
B: Es treten auch bei einem Teil der Zeichen nach einem zusammenhängenden Druck von mehreren Zeichen Austrag-Ausfälle auf.
C: Es treten beim ersten und nachfolgenden Zeichen ernsthafte Austrag-Unregelmäßigkeiten auf und die gedruckten Zeichen sind nicht lesbar.

T2: Messung des DAR-Wertes

100 ml reinem Wasser wurden 3 ml 25%-iger Ammoniaklösung hinzugefügt. Während die Mischung mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 1500 min&supmin;¹ bis etwa 2500 min&supmin;¹ unter Verwendung eines T.K. AUTO-HOMOMIXER (hergestellt von Tokushukika Kogyo K.K.) umgerührt wurde, wurden 50 g Pigmentpulver beigemischt. Dann wurde die Drehgeschwindigkeit auf 8000 min&supmin;¹ bis 12 000 min&supmin;¹ erhöht, um eine Dispergierung auszuführen, bis die gesamte Mischung homogen wurde. Nachdem die Probe homogen geworden war, wurde die Viskosität der Probe sukzessive mit einem Viskosimeter vom E-Typ gemessen, während eine Lösung eines wasserlöslichen Harzes mit einer Konzentration von 5 Gew.-% tröpfchenweise unter Verwendung einer Bürette zugefügt wurde. Das wasserlösliche Harz wurde wahlweise in reinem Wasser aufgelöst, dem Monoethanolamin in einer zur Neutralisierung geeigneten Menge, die aufgrund des Säurewertes berechnet wurde, beigefügt worden war, um vorab eine Lösung des wasserlöslichen Harzes zu präparieren. Solange das wasserlösliche Harz in kleinem Anteil vorliegt, ist die Probenlösung eine viskose pastöse Flüssigkeit, aber nachdem das wasserlösliche Marz das Pigment vollständig benetzt bzw. befeuchtet hat, wandelt sie sich in eine Flüssigkeit mit sehr niedriger Viskosität um. Die minimale Menge des wasserlöslichen Harzes, die zur Überführung der Probenlösung in diese Flüssigkeit mit niedriger Viskosität erforderlich ist, wird bestimmt, und der DAR-Wert wird entsprechend dem Ausdruck (II) gemessen, der oben beschrieben ist.

T3: Aufbewahrungsstabilität

Von allen Tinten A bis J wurden jeweils 100 ml in einen Preßglasbehälter aus Borsilikatglas gefüllt. Nachdem der Behälter hermetisch verschlossen worden war, wurde die Tinte bei 60ºC für 3 Monate aufbewahrt. Nach dem Verstreichen der 3 Monate wurde das Vorhandensein eines Sediments am Boden des Behälters geprüft. Tabelle 1 Probe Test Drucker Wr/Wp in der Tinte Bereich von entsprechend dem Ausdruck Auftreten von Sediment Beispiel Vergleichsbeispiel nein ja
Wie oben beschrieben worden ist, hat die Tinte der vorliegenden Erfindung die folgende Wirkung: Wenn sie in Tintenstrahldruckern eingesetzt wird, bewirkt sie keine Verfestigung der Tinte an den Düsenspitzen eines Kopfes, auch nachdem sie für lange Zeit dort belassen worden ist, und sie kann eine ausgezeichnete Beständigkeit der gedruckten Zeichen ergeben. Außerdem kann sie gedruckte Zeichen mit hoher Dichte liefern und ermöglicht immer einen stabilen Austrag der Tinte, auch bei Änderung der Ansteuerbedingungen oder wenn sie für eine lange Zeit benutzt wird, und sie verspricht auch eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit und Langzeit-Aufbewahrungsstabilität.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Tinte mit einer ein Pigment, ein wasserlösliches Harz und ein flüssiges Medium enthaltenden Zusammensetzung, mit den Schritten,

- Bestimmen eines DAR-Wertes, der definiert ist als

DAR = Minimalgewicht des wasserlöslichen Harzes, das zum Dispergieren des Pigments erforderlich ist/Gewicht des Pigments x 100

- Herstellen einer Pigment-Dispersion derart, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

worin Wr das Gewicht des Harzes und Wp das Gewicht des Pigments bezeichnet, und

- Verdünnen der Lösung, um die Tinte zu gewinnen, wobei die Bestimmung des DAR umfaßt:

- Hinzufügen einer Lösung des wasserlöslichen Harzes zu einer homogenen Probe einer das Pigment enthaltenden Suspension, während sukzessive die Viskosität der sich ergebenden Flüssigkeit gemessen wird, und

- Bestimmen der minimalen Menge der hinzugefügten Lösung des wasserlöslichen Harzes, die zum Überführen der sich ergebenden Flüssigkeit von einer viskosen pastösen Flüssigkeit in eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität erforderlich ist, um so den DAR-Wert zu bestimmen.

2. Verfahren zur Herstellung einer Tinte nach Anspruch 1, wobei das flüssige Medium einen mehrwertigen Alkohol und/oder einen Alkylether eines solchen, einen aliphatischen einwertigen Alkohol und Wasser aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Tinte nach Anspruch 2, wobei der aliphatische einwertige Alkohol Ethylalkohol oder Isopropylalkohol ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Tinte nach Anspruch 2 oder 3, wobei der aliphatische einwertige Alkohol in einer Menge von etwa 3 Gew.-% bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Tinte nach Anspruch 2, wobei der mehrwertige Alkohol und/oder dessen Alkylether in einer Menge im Bereich von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, enthalten ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Wr/Wp der folgenden Beziehung (III) genügt:

worin Wp, Wr und DAR so definiert sind wie in Anspruch 1.

7. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Aufzeichnungsverfahren, bei dem Wärmeenergie in die Tinte eingebracht wird, um die Tinte aus einer Öffnung in Form von Tintentröpfchen auszutragen, und die Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium aufgebracht werden, um eine Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen.

8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das Aufzeichnungsmedium ein unbeschichtetes Papier aufweist.

9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Bereitstellung einer Tintenstrahlvorrichtung mit

- einem Tintenhalteelement, das mit der Tinte getränkt ist,

- einem Kopf, der eine Mehrzahl von Öffnungen hat, aus dem die Tinte in Form von Tintentröpfchen ausgetragen wird.

10. Verwendung nach Anspruch 9, wobei das Tintenhalteelement ein Tintenabsorber oder eine Tintentasche ist.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Kopf einen Heizkopf zum Zuführen von Wärmeenergie zur Tinte zum Austragen von Tintentröpfchen hat.

12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, um eine Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung bereitzustellen, die eine Tintenstrahlvorrichtung aufweist, wie sie gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 verwendet wird.

13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Bereitstellung einer Tintenkartusche, die eine mit der Tinte getränkte Tintentasche aufweist.