DE69204138T2

DE69204138T2 - Tintenzusammensetzungen auf wässriger Basis die eine verminderte Krustung, Verstopfung und Kogation aufweisen.

Info

Publication number: DE69204138T2
Application number: DE69204138T
Authority: DE
Inventors: You S Young
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2012-09-09
Also published as: JP3308997B2; HK159096A; EP0539004A1; US5169437A; EP0539004B1; DE69204138D1; JPH05214282A

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf auf Wasser basierende Tintenzusammensetzungen, die zur Verwendung mit thermischen Tintenstrahldruckern geeignet sind. Insbesondere enthalten die auf Wasser basierenden Tintenzusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ein bestimmtes Feuchthaltemittel oder eine Mischung von bestimmten Feuchthaltemitteln. Die Verwendung solcher Feuchthaltemittel schafft eine Tintenzusammensetzung, die bei thermischen Tintenstrahldruckern eine gute Druckqualität, eine gute Trockenzeit und eine reduzierte Kogation auf der Widerstandsoberfläche auf dem Druckkopf der thermischen Tintenstrahldrucker ausweist.

2. Stand der Technik

Wässrige Tintenstrahltintenzusammensetzungen wurden bereits beim thermischen Tintenstrahldrucken verwendet. Solche Formulierungen umfassen im allgemeinen Wasser und einen wasserkompatiblen Farbstoff. Der Druckkopf solcher Drucker umfaßt im allgemeinen einen Widerstand und eine Öffnungsplatte, und während des Betriebs wird ein Tintentropfen auf der Widerstandsoberfläche gebildet. Das Erhitzen dieses Tropfens durch den Widerstand führt zu einer explosionsartigen Blasenbildung, die den Tintentropfen von dem Widerstand durch die Öffnungsplatte in den Druckkopf auf das Substrat zwingt.
Eines der erheblichen Probleme, die bei der Verwendung von wässrige Tintenstrahltintenzusammensetzungen beim thermischen Tintenstrahldrucken angetroffen werden, besteht in der Schwierigkeit des Beibehaltens der Zuverlässigkeit des Druckers, ohne die Druckqualität zu opfern (d.h., die Fähigkeit des Druckers, einen qualitativen Ausdruck mit minimaler Auszeit zu schaffen). Ein Problem ergibt sich besonders aus der Verkrustung der Tintenzusammensetzung an der öffnungsplatte des Druckers. Dieses Problem erfolgt aus der Tatsache, daß der Widerstand während des Betriebs im allgemeinen auf eine erhöhte Temperatur erhitzt ist (z.B. 300º bis 400º C), und durch die Tatsache, daß die Tinte durch sehr kleine Öffnungen in der Öffnungsplatte (etwa 40 bis 70 um im Durchmesser) durchtreten muß, um das Substrat zu erreichen. Wässrige Tintenstrahltintenzusammensetzungen neigen dementsprechend dazu, zu verdampfen, wenn sie mit thermischen Tintenstrahldruckern verwendet werden. Eine solche Verdampfung führt zu einer unannehmbaren Verkrustung und Verstopfung der Öffnungen, da sich die Viskosität der Tintenzusammensetzung erheblich erhöht, nachdem die flüchtigen Komponenten verdampft sind.
Das Verkrusten und Verstopfen dieser öffnung ist unannehmbar, da es die Druckqualität durch Reduzieren des Tropfenvolumens, das an das Substrat geführt wird, reduziert und letztendlich zu einer Fehlfunktion des Druckers beim Drucken führt, was die Zuverlässigkeit des Druckers reduziert.
Um dieses Problem zu lösen, wird herkömmlicherweise ein Feuchthaltemittel in den wässrigen Tintenstrahltintenzusammensetzungen verwendet. Das Feuchthaltemittel verbessert die Tintenzusammensetzung durch Reduzieren der Verdampfungsrate und reduziert dementsprechend das Verkrusten und Verstopfen der Druckkopföffnungen. Geeignete Feuchthaltemittel, die bisher bei Tintenzusammensetzungen verwendet werden, schließen Ethylen, Glykol, Propylenglykol u.ä. ein.
Die Verwendung solcher Feuchthaltemittel führt jedoch immer noch zu einer reduzierten Druckqualität bei thermischen Tintenstrahldruckern, unabhängig von der Tatsache, daß diese Feuchthaltemittel reduzierte Verdampfungsraten erzeugen. Insbesondere die Hinzufügung solcher Feuchthaltemittel nach dem Stand der Technik zu wässrigen Tintenzusammensetzungen, die bei thermischen Tintenstrahldruckern verwendet werden, führt zu deren thermischer Zersetzung auf der Oberfläche des Widerstands. Diese Zersetzung führt zu einer Rückstandsabscheidung auf der Oberfläche des Widerstands, wobei dieser Prozeß im Stand der Technik als "Kogation" bezeichnet wird. Solche Abscheidungen sind ihrerseitsm wirksam, um die thermische Erwärmung der Tintentropfen auf der Widerstandsoberfläche zu isolieren, was zu einer reduzierten Blasenbildung, einer erniedrigten Auswurfgeschwindigkeit der Tintentropfen und zu einem reduzierten Tropfenvolumen, das an das Substrat geführt wird, führt, wobei alle dieser Auswirkungen zu einer reduzierten Druckqualität führen und eventuell zu einem Blasenbildungsfehler führen, der zu einem Fehler des thermischen Tintenstrahldruckers beim Drucken führt.
In Anbetracht des vorangegangenen wären Tintenzusammensetzungen besonders wünschenswert, die Feuchthaltemittel verwenden, die die Verdampfungsrate der Zusammensetzung reduzieren, wodurch sich die Verkrustungs- und Verstopfungsrate der Tintenzusammensetzung an den Öffnungsplatten von thermischen Tintenstrahldruckern reduziert, und die reduzierte Kogationsprobleme erzeugen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Entdeckung einer neuen Klasse von Feuchthaltemitteln. Die Feuchthaltemittel dieser Erfindung schaffen wässrige Tintenzusammensetzungen, die eine reduzierte Verkrustung und Verstopfung haben, während sie gleichzeitig eine reduzierte Kogation schaffen. Diese neue Klasse von Feuchthaltemitteln sind diejenigen Verbindungen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Verbindungen der Formel I besteht:
wobei R, R' und R" unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff und Methyl besteht, und wobei x, y, z ganzzahlige Werte sind, die zumindest gleich 1 sind, wobei die Summe von x + y + z ein ganzzahliger Wert von 6 bis 30 ist.
Obwohl die oben beschriebenen Feuchthaltemittel gut bekannte Verbindungen mit guter Schmierfähigkeit sind, wird davon ausgegangen, daß die Verwendung dieser Verbindungen bei wässrigen Tintenzusammensetzungen als Feuchthaltemittel oder ansonsten neuartig ist.
Folglich bezieht sich einer der Zusammensetzungsaspekte der vorliegenden Erfindung auf eine wässrige Tintenzusammensetzung, die Wasser, einem kompatiblen Farbstoff und ein Feuchthaltemittel von 5 bis 20 Gewichtsprozent enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, das aus Verbindungen der folgenden Formel besteht:
wobei R, R', R" unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff und Methyl besteht, wobei x, y, z ganzzahlige Werte sind, die zumindest gleich 1 sind, wobei die Summe von x + y + z ein ganzzahliger Wert von 6 bis 30 ist.
Gemäß einem ihrer Verfahrensaspekte ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Reduzieren der Verdampfungsrate einer wässrigen Tintenzusammensetzung gerichtet, die Wasser und einen kompatiblen Farbstoff enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt
a) Auswählen eines Feuchthaltemittels aus der Gruppe, die aus Verbindungen der Formel I besteht:
wobei R, R' und R'' unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff und Methyl besteht und wobei x, y, z ganzzahlige Werte sind, die zumindest gleich 1 sind, wobei die Summe von x + y + z ein ganzzahliger Wert von 6 bis 30 ist; und
b) Hinzufügen von 5 bis 20 Gewichtsprozent des Feuchthaltemittels, das in (a) oben ausgewählt wurde, zu der wässrigen Tintenzusammensetzung.
Bevorzugter Weise sind R, R', R" jeweils entweder Wasserstoff oder Methyl.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine teilweise Darstellung des Druckkopfes eines thermischen Tintenstrahldruckers, und stellt eine Tintenblase auf der Oberfläche eines Widerstands und den Auswurfweg des Tintentropfens (nach der explosionsartigen Blasenbildung durch die Öffnungen dar, die sich auf der Öffnungsplatte des Tintenstrahldruckers befinden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf wässrige Tinten- zusammensetzungen, die ein Feuchthaltemitteln oder eine Mischung von Feuchthaltemitteln enthalten, die die Probleme, die aus der Kogation bei thermischen Tintenstrahldruckern erfolgen, erheblich lindert. Die wässrigen Tintenzusammensetzungen dieser Erfindung umfassen zumindest drei Komponenten, nämlich Wasser, einen Farbstoff und ein Feuchthaltemittel. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die wässrigen Tintenzusammensetzungen dieser Erfindung ebenfalls ein oder mehrere optionale Additive, wie z.B. Additive, um die Viskosität der Tintenzusammensetzung einzustellen, Additive um die Oberflächenspannung der Zusammensetzung einzustellen, und ähnliches.
Vor der detaillierten Beschreibung dieser Erfindung werden jedoch zuerst die folgenden Bezeichnungen definiert.

1. Definitionen

Die folgenden Bezeichnungen, wie sie hier verwendet werden, haben die folgenden Definitionen:
Die Bezeichnung "kompatibler Farbstoff" bezieht sich auf einen Farbstoff, der mit der wässrigen Tintenzusammensetzung kompatibel ist (löslich oder dispergierbar), und der ein sichtbares, gefärbtes Bild auf dem Substrat erzeugt. Der bestimmte Farbstoff, der verwendet wird, stellt kein kritisches Merkmal dar, vorausgesetzt, daß der Farbstoff bei der Temperatur des Druckprozesses stabil ist, chemisch nicht mit denjenigen Abschnitten der Struktur reagiert, mit denen er in Kontakt ist, und nicht giftig oder anderweitig schädlich ist.
Geeignete Farbstoffe schließen diejenigen ein, die bisher bei wässrigen Tintenzusammensetzungen verwendet wurden, einschließlich z.B. Foot Black 2 (Lebensmittelschwarz 2) (erhältlich von der Mobay Chemical Company) und ähnliche.
Die Bezeichnung "wässrige Tintenzusammensetzung" bezieht sich auf eine Tintenzusammensetzung, die Wasser, einen kompatiblen Farbstoff und ein Feuchthaltemittel, sowie irgendwelche optionalen Additive enthält. Bei solchen Zusammensetzungen wird der Farbstoff im allgemeinen bezüglich des Gesamtgewichtes der Tintenzusammensetzung von 2 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent aus Feststoffen (d.h. Farbstoff) verwendet; das Feuchthaltemittel im allgemeinen bezüglich des Gesamtgewichtes der Tintenzusammensetzung von 5 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent verwendet; und Wasser wird im allgemeinen bezüglich des Gesamtgewichts der Tintenzusammensetzung von 63 Gewichtsprozent bis 93 Gewichtsprozent verwendet.
Die Bezeichnung "Substrat" bezieht sich auf das Material, auf das die Tintenzusammensetzung angewendet wird. Geeignete Substrate sind in Fachkreisen gut bekannt und schließen z.B. Papier, Polyester, Stoff, Pappe und ähnliches ein.

2. Synthese und Methodenlehre

Der zentrale Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Entdeckung, daß die Hinzufügung von bestimmten Feuchthaltemitteln zu wässrigen Tintenzusammensetzungen sowohl die Probleme, die aus der Verkrustung und dem Verstopfen der Öffnungsplatten bei thermischen Tintenstrahldruckern durch wässrige Tintenzusammensetzungen, die keine Feuchthaltemittel enthalten, erheblich gelindert werden kann, als auch Kogationsprobleme, die aus wässrigen Tintenzusammensetzungen hervorgehen, die bekannten Feuchthaltemittel (z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol etc.) enthalten, erheblich lindert, wobei eine exzellente Druckqualität erzeugt wird. Wie es oben beschrieben wurde, sind die Feuchthaltemittel, die bei den hier beschriebenen Tintenzusammensetzungen verwendet werden, aus der Gruppe ausgewählt, die aus Verbindungen der Formel I bestehen:
wobei R, R', R" unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff und Methyl besteht und wobei x, y, z ganzzahlige Werte sind, die zumindest gleich 1 sind, wobei die Summe von x + y + z ein ganzzahliger Wert von 6 bis 30 ist. Diese Verbindungen sind entweder kommerziell erhältlich oder können durch im Stand der Technik bekannte Techniken vorbereitet werden.
Auf ähnliche Weise können Verbindungen der Formel I durch das Hinzufügen der erforderlichen Menge Alkenoxid (d.h. Ethylenoxid, Propylenoxid oder eine Mischung derer) zu Glyzerin vorbereitet werden, unter Bedingungen, die für die Bildung des Addukts geeignet sind. Diese Vorbereitung dieser Verbindungen ist in Fachkreisen gut bekannt. Zusätzlich sind solche Verbindungen käuflich erhältlich. Verbindungen der Formel I, bei der R, R' und R" Wasserstoff sind, sind z.B. von der Lipo Chemicals Inc., Paterson, N.J. 07504 käuflich erhältlich (ein Produkt, bei dem R, R', R" Wasserstoff sind, und bei dem x + y + z = 26, wird von der Lipo Chemicals Inc. als Liponic EG-1 verkauft und ein Produkt, bei dem R, R' und R" Wasserstoff sind, und bei dem x + y + z = 7, wird durch die Lipo Chemicals Inc. als Liponic EG-7 verkauft).
Es ist offensichtlich, daß die Verbindungen der Formel I im allgemeinen niedrige Molekularaddukte aus einem Alkenoxid oder Glyzerin sind, und keine Molekulargewichte oberhalb von 2000 aufweisen.
Ein Feuchthaltemittel oder eine Mischung von Feuchthaltemitteln, die oben beschrieben wurde, wird im allgemeinen zu einer wässrigen Tintenzusammensetzung in einer Menge zugeführt, die ausreichend ist, um die Verdampfungsrate der flüchtigen Tintenkomponenten zu erniedrigen, während die Druckqualität beibehalten wird. Bevorzugterweise enthält die Tintenzusammensetzung auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Tintenzusammensetzung von 5 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent Feuchthaltemittel. Noch bevorzugter enthält die Tintenzusammensetzung auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Tintenzusammensetzung von 5 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent Feuchthaltemittel.
Die wässrigen Tintenzusammensetzungen, die hier beschrieben sind, werden durch Kombinieren aller Komponenten und durch gründliches Mischen der Komponenten, bis eine im wesentlichen homogene Zusammensetzung erreicht ist, vorbereitet. Im allgemeinen wird ein solches gründliches Mischen durch ausgewogenes Mischen der Komponenten erhalten, um sicherzustellen, daß die Zusammensetzung im wesentlichen homogen ist. Das ausgewogene Mischen wird im allgemeinen durch Verwendung von Mischvorrichtungen, magnetischen Rührern und ähnlichem erreicht. Das ausgewogene Mischen wird für eine Zeitdauer fortgeführt, die ausreichend ist, um eine ausreichende Homogenität sicherzustellen. Die bestimmte Zeit, die erforderlich ist, um eine im wesentlichen homogene Zusammensetzung zu erreichen, hängt von Faktoren, wie z.B. der Menge der zu mischenden Zusammensetzung, der mechanischen Einrichtung, die verwendet wird, um die Zusammensetzung zu mischen, und von ähnlichem ab. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine solche Mischung jedoch für zumindest eine Stunde bevorzugterweise für zwei bis drei Stunden fortgeführt.
Das Mischen wird im allgemeinen bei Umgebungstemperaturen und -drücken durchgeführt, obwohl erhöhte Temperaturen verwendet werden können, um das Mischen zu erleichtern.
Zusätzlich zu diesen Komponenten, können solche Zusammensetzungen ein oder mehrere Additive enthalten, die die Tinte bezüglich (i) einer verbesserten Löslichkeit anderer Komponenten, (ii) einer verbesserten Druckqualität (z.B.Additive, wie z.B. wasserlösliche Polymermaterialien, die Polypyrollidon einschließen, können hinzugefügt werden, um die Druckqualität zu verbessern), (iii) einer verbesserten Lagerlebensdauer der Tinte [z.B. kann ein Biozid, wie z.B. Proxel GXL (erhältlich von ICI, Wilmington, De) hinzugefügt werden, um die Lagerlebensdauer der Tinte zu verbessern] und ähnlichem verbessern. Wenn diese Addititve verwendet werden, umfaßt die Gesamtheit dieser Additive im allgemeinen nicht mehr als etwa 2 Gewichtsprozent des Gewichts der Gesamtzusammensetzung.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die wässrige Tintenzusammensetzung formuliert, um eine Viskosität von 2 bis 20 mPa.s (Zentipoise) bei 45º C zu haben und bevorzugter Weise von 2 bis 5 mPa.s (Zentipoise) bei 25º C.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Tintenstrahltintenzusammensetzung formuliert, um eine Oberflächenspannung zu haben, die größer als 40 mN/m (Dyne pro Zentimeter) bei 25º C ist. Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung hat eine Oberflächenspannung von 40 bis 45 mN/m (Dyne pro Zentimeter) bei etwa 25º C.
Die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung der wässrigen Tintenzusammensetzung kann durch das Hinzufügen von einer oder mehreren Komponenten (die in Fachkreisen gut bekannt sind), eingestellt werden. Wenn die Oberflächenspannung der Tintenzusammensetzung z.B etwa 30 mN/m (Dyne) bei 25º C ist, dann sind Additive, wie z.B. Diethylenglykol, Ethylenglykol und ähnliche bekannt, um die Oberflächenspannung solcher Zusammensetzungen zu erhöhen, wo hingegen Additive, wie z.B. Tenside, Alkohole, etc. bekannt sind, um die Oberflächenspannung zu erniedrigen.
Wenn die Viskosität der Tintenzusammensetzung etwa 5 mPa.s (Zentipoise) bei 25º C ist, dann sind auf ähnliche Weise Additive, wie z.B. Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol und ähnliches bekannt, um die Viskosität von solchen Zusammensetzungen zu erhöhen, wo hingegen Additive, wie z.B. N-Methylpyrollidon und ähnliche bekannt sind, um die Viskosität solcher Zusammensetzungen zu erniedrigen.
Dies ist ein geeigneter Punkt, um anzumerken, daß die Viskosität und Oberflächenspannungswerte, die hier beschrieben sind, bei 25º C nur für einen Referenzpunkt beschrieben sind. Es ist in Fachkreisen gut bekannt, daß sowohl der Viskositäts- als auch der Oberflächenspannungswert Variable sind, die von der Temperatur abhängen. Folglich werden sich der Oberflächenspannungs- und Viskositätswert bei der Betriebstemperatur von denjenigen, die für 25º C gefunden wurden, unterscheiden, wenn sie bei den geeigneten Betriebstemperaturen verwendet werden. Wässrige Tintenzusammensetzungen, die die definierten Kriterien bei 25º C erfüllen, werden jedoch ebenfalls annehmbare Ergebnisse bei solchen anderen Betriebstemperaturen erzeugen.
Wässrige Tintenzusammensetzungen, die ein Feuchthaltemittel oder eine Mischung von Feuchthaltemitteln enthalten, wie es oben beschrieben wurde, können in thermischen Tintenstrahldruckern verwendet werden. Wenn diese so verwendet werden, reduziert das Feuchthaltemittel in diesen Tintenzusammensetzungen die Verdampfungsrate, was zu einer reduzierten Verkrustung und Verstopfung der Öffnungen, die sich in der Öffnungsplatte befinden, führt. Auf ähnliche Weise reduzieren solche Feuchthaltemittel ebenfalls die Kogation auf der Widerstandsoberfläche des thermischen Tintenstrahldruckers. Ohne auf irgendeine Theorie beschränkt zu sein, wird davon ausgegangen, daß diese Feuchthaltemittel sich unter die Betriebsbedingungen des Druckkopfes nicht zersetzen. Ein solches Fehlen der Zersetzung schafft eine reinere Widerstandsoberfläche, wodurch sich die Zeit verlängert, während der der Drucker qualitative Ausdrucke erzeugt, bevor ein Abschalten zum Reinigen notwendig ist.
Diesbezüglich ist Fig. 1 eine teilweise Darstellung des Druckkopfes eines thermischen Tintenstrahldruckers und stellt eine Tintenblase auf der Oberfläche eines Widerstands und den Wurfweg des Tintentropfens (nach der explosionsartigen Blasenbildung) durch die Öffnungen, die sich auf der Öffnungsplatte des Tintenstrahldruckers befinden, dar. In Fig. 1 enthält das Widerstandssubstrat insbesondere einen Widerstand 2 und einen Leiter 3. Der Leiter 3 ist geätzt, um eine Vertiefung 4 zu bilden, dessen Boden 5 der Widerstand ist. Optional ist die Oberfläche des Leiters 3 mit einer Passivierungsschicht (nicht dargestellt) bedeckt, die im allgemeinen ein Metall, wie z.B. Gold, ist. Eine wässrige Tintenzusammensetzung 6 befindet sich auf der Passivierungsschicht, die sich auf der Oberfläche des Leiters sowie auf der Oberfläche 5 befindet. 0ptional kann der Druckkopf mehr als eine Vertiefung 4 enthalten, wobei diese Vertiefungen durch die Verwendung von Barrierenschichten (nicht dargestellt) getrennt sind, die sich zwischen dem Leiter 3 und den Öffnungsplatten 8 erstrecken. Geeignete Barrierenmaterialien schließen Vacrel ein, das von DuPont, Wilmington, DE käuflich erhältlich ist.
Wenn der Widerstand erwärmt wird, wird sich eine Tintenblase 7 auf der Oberfläche der Tinte bilden. Im allgemeinen bildet sich die Tintenblase 7 durch Durchführen eines Pulses oder von Pulsen elektrischen Stroms durch den Widerstand 2. Typischerweise wird ein ausreichender Strom durch den Widerstand 2 gepulst, um die Temperatur der Tinte in der Vertiefung 4 fast auf deren Überhitzungsgrenze (z.B. etwa 300 bis 400º C) in etwa 1 bis 30 usek zu erhöhen. Unter diesen Umständen erreicht die Wahrscheinlichkeit einer homogenen Kernbildung einer Dampfblase innerhalb der Tinte Eins. Eine solche Dampfblasenbildung führt zu einem Auswurf des Tintentropf ens 10 entlang dem Weg 9-9 durch die Öffnung, die durch die Öffnungsplatten 8 und 8 gebildet sind, auf das Substrat, z.B. Papier (nicht dargestellt). Es ist offensichtlich, daß das Verstopfen und Verkrusten der Tintenzusammensetzung bei der Öffnung, die durch die Öffnungsplatten 8 und 8 gebildet ist, auftritt, wo hingegen eine Kogation auf der Bodenf läche 5 der Vertiefung 4 auftritt.
Der bestimimmte thermische Tintenstrahldrucker, der mit der wässrigen Tintenzusammensetzung, die hier beschrieben ist, verwendet wird, stellt kein entscheidendes Merkmal dar, und solche Drucker sind kein Teil dieser Erfindung. Geeignete Tintenstrahldrucker schließen jedoch diejenigen ein, die in piezoelektrischen Druckern, Tropfen-auf-Befehl-Druckern, Cannon Blasenstrahldruckern u.ä. verwendet werden.
Die folgenden Beispiele werden angeboten, um die vorliegende Erfindung darzustellen, und sind in keiner Art als Begrenzung dieser zu betrachten. In den folgenden Beispielen sind alle genannten Prozentsätze Gewichtsprozente auf der Grundlage des Gesamtgewichts der Tintenstrahltintenzusammensetzung.
In diesen Beispielen wurde Liponic EG-1 von der Lipo Chemicals Inc., Paterson, N.J. 07504 erhalten, und die Gewichtsprozente dieser Verbindung in diesen Beispielen beziehen sich auf das Gewichtsprozent der Feststoffe. Lebensmittelschwarz 2 wurde von der Mobay Chemical Company, Pittsburgh, PA. erhalten.

Beispiele

Beispiel 1

Eine wassrige Tintenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch Kombinieren von 10 Gewichtsprozent Liponic EG-1, 4 Gewichtsprozent Lebensmittelschwarz 2 und 86 Gewichtsprozent Wasser vorbereitet. Nach dem Kombinieren dieser Komponenten wurde die sich ergebende Lösung bei einer Raumtemperatur für 2 Stunden gerührt, um eine homogene Lösung sicherzustellen.
Zusätzlich zu der wässrigen Tintenzusammensetzung, die in Beispiel 1 oben beschrieben wurde, könnten andere wässrige Tintenzusammensetzungen auf ähnliche Weise vorbereitet werden, einfach durch Ersetzen des Liponic EG-1, das im Beispiel 1 beschrieben wurde, durch ein anderes Feuchthaltemittel und/oder durch Ersetzen des Lebensmittelschwarz 2, das im Beispiel 1 beschrieben wurde, durch einen unterschiedlichen Farbstoff. Geeignete andere Feuchthaltemittel, die Liponic EG-1 ersetzen können, schließen eine Verbindung der Formel I ein:
wobei R, R', R", unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff und Methyl besteht, und wobei x, y, z ganzzahlige Werte sind, die zumindest gleich 1 sind, wobei die Summe von x + y + z ein ganzzahliger Wert von 6 bis 30 ist, und Mischungen solcher Feuchthaltemittel.
Die Liponic-Serien sind nicht giftig und besitzen eine außergewöhnliche Schmierfähigkeit und sind dementsprechend zur Reduzierung der Reibung sehr wirksam, was den Auswurf von Tropfen aus den Düsen der Tintenstrahlköpfe unterstützen kann. Sie sind über einen großen pH-Bereich sehr stabil, sind in Wasser und Alkohol löslich, und können für eine lange Zeit ohne Bakteriozid gelagert werden, obwohl die Verwendung von Bakterioziden bei den Tintenzusammensetzungen dieser Erfindung angenommen wird.
Der Wassergehalt von käuflich erhältlichen Liponic EG-1 und EG-7 liegt etwa bei 0,5 bzw. 1 %

Vergleichendes Beispiel A

Eine wässrige Tintenzusammensetzung, die ein Feuchthaltemittel nach dem Stand der Technik verwendet, wurde durch Kombinieren von 10 Gewichtsprozent Ethylenglykol, 4 Gewichtsprozent Lebensmittelschwarz 2 und 86 Gewichtsprozent Wasser vorbereitet. Nach der Kombination dieser Komponenten wurde die sich ergebende Lösung bei Raumtemperatur für 2 Stunden gerührt, um eine homogene Lösung sicherzustellen.

Beispiel 2

Die wässrige Tintenzusammensetzung aus Beispiel 1 und aus dem vergleichenden Beispiel A wurden bezüglich ihres Widerstands gegenüber einer Verkrustung und Verstopfung getestet. Insbesondere wurde jede Zusammensetzung in einem Test verwendet, der als ein "Test mit offener Abdeckung" bezeichnet wird. Bei diesem Test wird die Tintenzusammensetzung in eine Tintenkassette (Druckkopf) hinzugefügt, der nicht abgedeckt ist, und der dann zum Drucken verwendet wird. Die Zeitdauer, die erforderlich ist, daß der Stift das erste Mal einen Tintentropfen ausläßt, wird verwendet, um den Grad des Verkrustens und Verstopfens zu bestimmen. Die Dauer, die eine Tintenzusammensetzung benötigt, bevor ein Tropfen ausgelassen wird, ist ein Meßwert für deren Widerstand gegenüber dem Verkrusten und Verstopfen. Die Ergebnisse dieses Tests sind wie folgt: Tintenzusammensetzung Beispiel 1 Vergl. Beispiel A Zeit bis der erste Tropfen ausgelassen wird Sekunden
Diese Ergebnisse bestätigen, daß die Tintenzusammensetzung dieser Erfindung gegenüber der Verwendung eines Feuchthaltemittels nach dem Stand der Technik bezüglich ihres Widerstands gegenuber einer Verkrustung und Verstopfung überlegen ist.

Beispiel 3

Die wässrige Tintenzusammensetzung aus Beispiel 1 und aus dem vergleichenden Beispiel A wurden bezüglich ihres Widerstands gegenüber einer Kogation getestet. Eine Kogation führt zu einer Bildung von kleineren Blasen in dem Tintentropfen, der auf der Oberfläche des Widerstands gebildet ist. Eine solche kleinere Blasenbildung führt ihrerseits zur einer Reduzierung der Geschwindigkeit des Tintentropfens, der aus dem Druckkopf ausgeworfen wird. Dementsprechend kann die Kogation indirekt durch Messen der Veränderung der Geschwindigkeit des Tropfens, der aus dem Druckkopf ausgeworfen wird, über die Zeit gemessen werden, wobei größere Tropfen bezüglich der Geschwindigkeit über die Zeit eine größere Kogation auf der Oberfläche des Widerstands reflektieren. Die Ergebnisse dieses Tests sind wie folgt: Tintenzusammensetzung Beispiel 1 Verl. Beispiel A Änderung der Tropfengeschwindigkeit (über 3 Stunden)
Diese Ergebnisse bestätigen, daß die Tintenzusammensetzung dieser Erfindung gegenüber der Verwendung eines Feuchthaltemittels nach dem Stand der Technik bezüglich des Grades der Kogation, die auf der Oberfläche des Widerstands über eine Zeitdauer gebildet wird, überlegen ist.
Zusätzlich zu den Verbesserungen bezüglich der Kogation und der Verkrustung/Verstopfung wurde herausgefunden, daß die Tintenzusammensetzung aus Fig. 1 verglichen mit der Tintenzusammensetzung des vergleichenden Beispiels A eine verbesserte Druckqualität schafft. Diese Verbesserung der Druckqualität war besonders offensichtlich bei der reduzierten Ausfransung der Tintenzusammensetzung des Beispiels 1 verglichen mit der Tintenzusammensetzung des vergleichenden Beispiels A.
Eine typische Tintenzusammensetzung, die durch diese Erfindung beschrieben wurde, enthält z.B. 2-5 Gewichtsprozent Lebensmittelschwarz; 5-15 Gewichtsprozent Liponic EG-1; und den Rest deionisiertes Wasser.

Claims

1. Eine wässrige Tintenzusammensetzung, die zur Verwendung in einem thermischen Tintenstrahldrucker geeignet ist, die im wesentlichen aus Wasser, einem kompatiblen Farbstoff und aus 5-20 Gewichtsprozent eines Feuchthaltemittels der Formel I

wobei R, R', R" unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff und Methyl besteht, und wobei x, y und z ganzzahlige Werte sind, die zumindest gleich 1 sind, wobei die Summe von x + y + z ein ganzzahliger Wert von 6 bis 30 ist, und aus Mischungen solcher Feuchthaltemittel besteht.

2. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei R, R', R", Wasserstoff sind, und die Summe von x + y + x ein ganzzahliger Wert ist, der gleich 7 oder gleich 26 ist.

3. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Tintenzusammensetzung eine Viskosität von 2-20 mPa.s (Zentipoise) bei 25º C und eine 0berflächenspannung größer als 40 mN/m (Dyne pro Zentimeter) bei 25º C hat.

4. Ein Verfahren zum Reduzieren der Verdampfungsrate einer wässrigen Tintenzusammensetzung, die im wesentlichen aus Wasser, einem Feuchthaltemittel und einem kompatiblen Farbstoff besteht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

a) Auswählen des Feuchthaltemittels gemäß Anspruch 1; und

b) Hinzufügen von 5 bis 20 Gewichtsprozent des Feuchthaltemittels aus Anspruch 1 zu der wässrigen Tintenzusammensetzung.

5. Verfahren zum Reduzieren der Kogation in einer wässrigen Tintenzusammensetzung, die im wesentlichen aus Wasser, einem Feuchthaltemittel und einem kompatiblen Farbstoff besteht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

a) Auswählen des Feuchthaltemittels gemäß Anspruch 1;

b) Hinzufügen von 5 bis 20 Gewichtsprozent des Feuchthaltemittels gemäß Anspruch 1 zu der wässrigen Tintenzusammensetzung; und

c) Verwenden der wässrigen Tinte, die im Schritt (b) erzeugt wurde, in einem thermischen Tintenstrahldrucker.