DE69215968T2

DE69215968T2 - Tinte für den Tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE69215968T2
Application number: DE69215968T
Authority: DE
Inventors: Marcel P Breton; Melvin D Croucher; Barbel Helbrecht; Kerstin M Henseleit; Fatima M Pontes
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2012-05-15
Also published as: JPH05125311A; EP0518489B1; JP3124619B2; US5129948A; DE69215968D1; EP0518489A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Tintenstrahldruck und insbesondere auf Tintenzusammensetzungen, die für Tintenstrahldrucker geeignet sind.
Tintenzusammensetzungen müssen eine Reihe von Bedingungen erfüllen, damit ein akzeptables Druckergebnis erzielt wird, wobei dies insbesondere für solche Zusammensetzungen gilt, die für Tintenstrahldrucker verwendet werden.
Die Tintenzusammensetzung sollte solche Eigenschaften aufweisen, die es ihr erlauben, daß sie aus einem Tintenstrahldrucker herausgespritzt werden kann. Bei dem Tintenstrahldruck werden Tintentröpfchen von den Düsen auf ein Aufzeichnungsmedium ausgestoßen. Die Tinte sollte einen Meniskus an jeder Düse bilden, bevor sie in der Form von Tropfen ausgestoßen wird. Nach Ausstoßung eines Tropfens pulsiert zusätzliche Tinte zu den Düsen, um den Meniskus wieder zu bilden. Wichtige Tinteneigenschaften in diesem Zusammenhang sind die Viskosität der Tinte und die Oberflächenspannung.
Ferner sind in vielen Anwendungsbereichen schnell trocknende Tinten erwünscht. Die Trocknungszeit der Tinte sollte jedoch nicht so sein, daß sie in der Düse des Tintenstrahltrockners trocknet und so die Düse verstopft. Andererseits haben langsam trocknende Tinten nur eine beschränkte Verwendung in Druckern, die einen hohen Durchsatz aufweisen.
Im allgemeinen kann die Einstellung der Viskosität einer Tintenzusammensetzung die Druckqualität und/oder die Trocknungszeit der Tinte negativ beeinflussen. Dies kann zu einer starken Verschiebung oder Dochtwirkung entlang den Papierfasern aufgrund der Kapillarwirkung und zu längeren Trocknungszeiten führen, wobei dadurch Veränderungen in den Begrenzungseigenschaften oder in den Kantenunebenheiten ergeben können. Einstellungen der Oberflächenspannung für die Verbesserung einer bestimmten Tinteneigenschaft kann andererseits andere Eigenschaften negativ beeinflussen.
Andere gewünschte Eigenschaften für Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen umfassen eine gute Wasserbeständigkeit und Latenz. Latenz ist die maximale Zeitperiode, die normalerweise weniger als eine Stunde und oft weniger als 10 Minuten beträgt, wobei während dieses Zeitraumes ein nicht-abgedeckter Tintenstrahl-Druckkopf stillstehen kann, bevor eine bemerkenswerte Verschlechterung seiner Tintenstrahleigenschaften auftritt.
Es wurden eine Reihe von Tintenzusammensetzungen für den Tintenstrahldruck vorgeschlagen.
US-Patent Nr.4,508,570 von Fuji et al. offenbart eine wäßrige Tinte, die einen wasserlöslichen Farbstoff, einen mehrwertigen Alkohol und/oder einen Alkylether, Wasser und wenigstens ein wasserlösliches, nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel umfaßt. Das nicht-ionische, oberflächenwirksame Mittel kann ein Polyoxyethylenalkylamin, Polyoxyethylenalkylphenylether und einen Polyoxyethylenalkylether umfassen. Das offenbarte Polyoxyethylenalkylamin ist ein tertiäres Amin.
US-Patent Nr.4,923,515 von Koike et al. offenbart eine Aufzeichnungsflüssigkeits-Zusammensetzung, die Wasser, ein organisches Lösungsmittel und einen wasserlöslichen Farbstoff umfaßt. Das organische Lösungsmittel kann Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid aufweisen.
US-Patent Nr.4,853,036 von Koike et al. offenbart eine Tintenzusammensetzung, die eine Flüssigkeitszusammensetzung, ein flüchtiges Lösungsmittel und ein festes Material umfaßt. Das feste Material kann Polyethylenglycol, Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkyl phenylether und Polyoxyethylen/Polyoxypropylen Blockcopolymere aufweisen.
Obgleich die Tintenzusammensetzungen nach dem Stand der Technik Tinten mit bestimmten vorteilhaften Eigenschaften bereitstellen, ist es wünschenswert, Tinten mit einer guten Druckqualität bereitzustellen, wobei die Trocknungszeiten eingestellt werden können und wobei eine gute Wasserbeständigkeit und Latenz beibehalten wird.
Die Erfindung stellt eine Tintenzusammensetzung bereit, die ein wäßriges Tintenvehikel, einen Farbstoff und wenigstens ein Additiv aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Polyalkylenimin/Alkylenoxid (vorzugsweise Polyethylenimin/propylenoxid/Ethylenoxid) e. e .e eee ee eee
Blockcopolymer und ein primäres oder sekundäres Polyoxyalkylenamin besteht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren für die Einstellung der Trocknungszeit der Tinten, welches die Zugabe von bestimmten Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymere und/oder Polyoxyalkylenamine zu einer Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung umfaßt.
Die Erfindung führt zu Tintenzusammensetzungen mit reduzierten Trocknungszeiten unter Aufrechterhaltung einer guten Druckqualität. Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung enthalten wenigstens ein Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer, vorzugsweise ein Polyethylenimin (PEI)/Propylenoxid (PO)/Ethylenoxid (EO) Blockcopolymer sowie ein primäres oder sekundäres Polyoxyalkylenamin. Die Zugabe von diesen Komponenten zu den Tintenzusammensetzungen reduziert die Trocknungszeit der Tintenzusammensetzungen, wobei gute Druckqualitäten aufrechterhalten werden. Das Tintenvehikel einer Tintenzusammensetzung nach der Erfindung kann Wasser als Hauptkomponente aufweisen. Das Tintenvehikel kann beispielsweise Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einem wasserlöslichen oder mit Wasser mischbaren, organischen Losungsmittel aufweisen. Der Farbstoff kann in dem Tintenvehikel löslich sein. Der Farbstoff kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus sauren Farbstoffen, reaktiven Farbstoffen und direkten Farbstoffen besteht.
Im allgemeinen können die Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung etwa 80 % bis etwa 99 Gew.-% des Tintenvehikels, etwa 1 % bis etwa 8 Gew.-% des Farbstoffes, etwa 0,01 % bis etwa 8 Gew.-% von wenigstens einem Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer und/oder einem primären oder sekundären Polyoxyalkylenamin sowie etwa 0,01 % bis etwa 2 Gew.-% von anderen Additiven, basierend auf dem Gewicht der Gesamtzusammensetzung, enthalten. Die Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung sollten eine Oberflächenspannung in dem Bereich von etwa 30 bis etwa 60 Dyne/cm sowie eine Viskosität von etwa 1,1 bis etwa 5 Centipoise aufweisen.
Der Polyalkyleniminblock kann Alkylengruppen mit 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatomen aufweisen. Der Alkylenoxidblock kann 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatome haben. Höhere Zahlen von Kohlenstoffatomen können zu einer Unlöslichkeit des Copolymers in Wasser führen. Beispiele der Alkylene umfassen Ethylen, Propylen, Isopropylen, Butylen und ähnliche Verbindungen.
Bevorzugte Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymere für die Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung umfassen Polyethylenimin/Propylenoxid/Ethylenoxid (PEI-PO-EO) Blockcopolymere. Die PEI-PO-EO können Molekulargewichte von etwa 1.000 oder mehr aufweisen, vorzugsweise etwa 5.000 oder mehr und insbesondere können die Molekulargewichte zwischen etwa 5.000 und etwa 300.000 liegen. Der Anteil von EO in dem Blockcopolymer kann in dem Bereich von etwa 10 bis etwa 100 Molprozent (wenn kein Propylenoxid vorhanden ist) liegen und vorzugsweise in dem Bereich von 16 bis etwa 100 Molprozent. Der PEI-Block kann etwa 600 bis etwa 5.000 Monomereinheiten aufweisen und insbesondere etwa 600 bis etwa 2.000 Monomereinheiten. Der PO-Block kann etwa 0 bis etwa 1.000 Monomereinheiten haben und insbesondere von etwa 0 bis etwa 600 Einheiten. Der EO- Block kann etwa 600 bis etwa 3.000 Monomereinheiten aufweisen und insbesondere etwa 600 bis etwa 1.500 Monomereinheiten.
Die Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymere können durch die Zugabe von Alkylenoxid- Segmente zu dem Polyalkylenimin, welches das Rückgrat des Blockcopolymers bildet, hergestellt werden. Die PEI-PO-EO Blockcopolymere nach der Erfindung können beispielsweise durch einen Dreistufenprozeß hergestellt werden. Zunächst wird ein verzweigtes oder lineares PEI-Rückgrat hergestellt, ein PO-Segment mit kontrolliertem Molekulargewicht wird an dem PEI-Rückgrat angeheftet, wenn PO vorhanden ist, wobei dann ein EO-Segment an das PO angeheftet wird. Wenn ein PO-Segment nicht verwendet wird, wird das EO-Segment an das PEI- Rückgrat angeheftet.
Die PEI-PO-EO Blockcopolymere sind verfügbar von DKS International unter dem Warenzeichen Discole . Sie werden normalerweise durch sequenzielle Zugabe von PO und EO zu verzweigtem PEI hergestellt (siehe A. Naka, S. Honjo, R. Sugiyama, Y. Nishida und O. Murakami, JAOCS, Bd. 65, Nr.7, 1194-1201, 1988). Sie sind nicht-ionische, oberflächenwirksame Mittel des Mehrfachkettentyps mit einem HLB-Wert (Bilanz in der Stärke zwischen hydrophilen Gruppen und hydrophoben Gruppen), der in dem Bereich von 3 bis 20 liegt. Kommerzielle Proben von Discole sind mit Molekulargewichten in dem Bereich von 20.000 bis 200.000 verfügbar. Materialien des Discole -Typs mit einem Molekulargewicht bis zu 5.000 sind auch von DKS International verfügbar. Der EO-Gehalt in den Polymeren kann 16 bis 100 % betragen. Andere Alkylenoxide können anstelle von EO verwendet werden, um den Polymeren verschiedene Eigenschaften zu verleihen. Diese Alkylenoxide können 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatome aufweisen. Ein Beispiel für ein Blockcopolymer, welches für die Anwendung nach der Erfindung geeignet ist, ist Discole PEI(600)-PO(560)-EO(1400), das ein Polyamin als Grundverbindung mit einem moderaten Molekulargewicht, einen EO-Gehalt von 65 % und einem Molekulargewicht von 90.000 hat. Andere Discole -Produkte umfassen N-503, N-506, N.509, N- 512, N-515, N-518 und N-520, die ein Polyamin als Grundverbindung mit einem niedrigen Molekulargewicht, einem EO-Gehalt im Bereich von etwa 16 bis etwa 100 % und Molekulargewichte in dem Bereich von etwa 20.000 bis etwa 80.000 aufweisen. Discole W- 3225 und W-206 haben ein Polyamin als Grundverbindung mit einem hohen Molekulargewicht und einen Alkylenoxid-Gehalt von 75 % bzw. 28 % sowie Molekulargewichte von 300.000 bzw. 90.000.
Wenn das Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer in einer Tintenzusammensetzung nach der Erfindung verwendet wird, liegt es in einer Menge im Bereich von etwa 0,01 % bis etwa 8 Gew.-% vor und insbesondere in einem Bereich von etwa 0,1 % bis etwa 5 Gew.-%. Es ist bevorzugt, daß das Blockcopolymer in solch einer Menge hinzugefügt wird, daß die Viskosität der Tintenzusammensetzung nicht größer als etwa 2,5 Centipoise ist. Viskositäten niedriger als 2,5 Centipoise werden normalerweise für die Verwendung in einem thermischen Tintenstrahldrucker empfohlen. Höhere Viskositäten führen in der Regel zu einer Herabsetzung der maximalen Strahlfrequenzen, z.B. weniger als 5 kHz. Dies verengt den Einsatzbereich des Druckers und beschränkt die Geschwindigkeit, mit der der Tintenstrahldrucker drucken kann. In ähnlicher Weise erhöhen hohe Konzentrationen von Polymeren, wie PEI-PO-EO, die Viskosität der Tinte drastisch, da Wasser an der Tintenstrahldüse verdampft. Die Tinte kann somit einen viskosen Pfropfen in der Düse sehr einfach bilden, so daß die Tinte nur schwache Strahl- und Latenzeigenschaften hat.
Die primären und sekundären Polyoxyalkylenamine einer Tintenzusammensetzung gemäß der Erfindung können durch die Formel A-By-C dargestellt werden, wobei A = R¹NH(CnH2n), B = Alkoxy, welches als OCnH2n dargestellt werden kann, C = NHR², y = 1 bis zu einem Wert, welcher der Zusammensetzung ein Molekulargewicht von etwa 6.000 verleiht, wobei falls y größer als 1 ist, das Alkoxy gleich oder verschieden sein kann, n = 1 bis etwa 4, und R¹ und R² gleich oder verschieden sein können und Wasserstoff, einen geradkettigen Alkohol oder einen verzweigten Alkohol mit etwa 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatome darstellen. Das Molekulargewicht des Polyoxyalkylenamins liegt im Bereich von etwa 150 bis etwa 6.000.
Die primären und sekundären Polyoxyalkylenamine können in der Tintenzusammensetzung in einer Menge von etwa 0 bis etwa 8 Gew.-% vorhanden sein und insbesondere in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-%. Die Viskosität der Tinten, die Polyoxyalkylenamine enthalten, sollte im Bereich zwischen etwa 1,1 cP und etwa 2,5 cP liegen und zwar aus denselben Gründen, wie sie in Zusammenhang mit den Tinten diskutiert wurden, die Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymere enthalten.
Eine Reihe von Polyoxyalkylenaminen sind kommerziell verfügbar. Diese umfassen die Jeffamine -Serien, die von Texaco Chemical Co. verfügbar sind, einschließlich ED-600, ED-900, ED-2001, ED-4000, ED-6000, C-346, M-600, M-2005 und M-2070. Die Jeffamine Polyalkylenamine enthalten primäre Aminogruppen, die an dem Ende eines Polyether-Rückgrates angeheftet sind. Das Polyether-Rückgrat basiert entweder auf Propylenoxid (PO), Ethylenoxid (EO) oder gemischtem EO/PO. Die Jeffamine Familie umfaßt Monomere, Diamine und Triamine, die in dem Molekulargewichtbereich von 148 bis 6.000 verfügbar sind.
Die Jeffamine ED-Serienprodukte sind Polyetherdiamine, die auf einem überwiegenden Polyethylenoxid-Rückgrat basieren. Dies verleiht jedem Mitglied dieser Serie eine komplette Wasserlöslichkeit. Die Jeffamine ED-Serienprodukte haben mit Ausnahme von Jeffamine ED- 6000 die folgende Struktur:
Einige Beispiele für die ungefähren a-, b- und c-Werte und die ungefähren Molekulargewichte der Jeffamine -Produkte sind unten angegeben.
Jeffamine ED-6000 hat zusätzliches Propylenoxid in dem Rückgrat, wobei es aber noch vollständig wasserlöslich ist.
Ein anderes Jeffamine , C-346, wird durch die folgende Struktur dargestellt:
wobei x etwa 2,6 ist.
Das Tintenvehikel ist die Hauptkomponente einer Tintenzusammensetzung nach der Erfindung. Jedes einer Reihe von verschiedenen Tintenvehikeln kann verwendet werden. Das Tintenvehikel enthält Wasser, insbesondere deionisiertes Wasser, als primäre Komponente. Das Tintenvehikel kann auch Verschnittmittel, Benetzungsmittel und/oder Additive enthalten, welche die Eigenschaften der Tintenzusammensetzung modifizieren, wie beispielsweise um die Viskosität, Oberflächenspannung, Trocknungszeit, etc. einzustellen. Das Verschnittmittel kann ein mit Wasser mischbares, organisches Lösungsmittel sein. Geeignete, mit Wasser mischbare, organische Lösungsmittel umfassen Amide, Ether, Carbonsäuren, Ester, Alkohole, Organosulfide, Organosulfoxide, Sulfone, Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Alkoholderivate, Carbitol, Butylcarbitol, Etherderivate, Aminoalkohole, Ketone und andere mit Wasser mischbare Materialien sowie Mischungen davon. Wenn Mischungen von Wasser und mit Wasser mischbaren, organischen Flüssigkeiten als Flüssigkeitsvehikel ausgewählt werden, kann das Verhältnis von Wasser zu organischer Flüssigkeit in jedem effektiven Bereich liegen, wobei dies typischerweise von etwa 100:0 bis etwa 30:70 beträgt und insbesondere von etwa 97:3 bis etwa 50:50. Andere Nichtwasser-Komponenten des Flüssigkeitsvehikels dienen im allgemeinen als Benetzungsmittel, die einen höheren Siedepunkt als der von Wasser (100ºC) aufweisen. Diese umfassen beispielsweise Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycole, Glycerin, Dipropylenglycole, Polyethylenglycole und Polypropylenglycole. Heterophasische Tintenstrahltinten sind auch bekannt.
Der Farbstoff kann jedes Material sein, welches die Entwicklung von sichtbaren Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium wie Papier erlaubt. Konzentrationen des Farbstoffes, die größer als 8 Gew.-% sind, können aufgrund der beschränkten Löslichkeit der Farbstoffe in dem Tintenvehikel nachteilig sein. Der Farbstoff kann saure Farbstoffe, Reaktivfarbstoffe und Direktfarbstoffe sowie Pigmente und ähnliche Verbindungen umfassen. Im allgemeinen kann jeder effektiver Farbstoff, wie einer der Direktfarbstoffe oder der sauren Farbstoffe, als färbender Stoff ausgewählt werden, wobei jedoch Voraussetzung ist, daß er mit den anderen Tintenkomponenten kompatibel und in dem Tintenvehikel löslich ist. Beispiele für geeignete Farbstoffe umfassen Anthrachinone, Monoazofarbstoffe, Disazofarbstoffe, Phthalocyanine, Aza(18) annulene und Formazankupferkomplexe. Besonders bevorzugte Farbstoffe, die in den Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung verwendet werden können, umfassen beispielsweise Food Black Nr.2, Direct Black 168, Direct Blue 199, Acid Blue 9, Acid Red 249, Reactive Black 31, Direct Black 154, Reactive Red 180, Direct Blue 86, Acid Yellow 23 und Aizen Black 10005.
Wie oben beschrieben, können die Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung auch Additive zusätzlich zu dem Farbstoff, dem Tintenvehikel und dem wenigstens einen Element aufweisen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer, einem primären Polyoxyalkylenamin und einem sekundären Polyoxyalkylenamin besteht.
Polymere Additive können den Tinten hinzugefügt werden, um ihre Viskosität oder Wasserbeständigkeit zu erhöhen. Solche Additive umfassen wasserlösliche Polymere wie Gummi Arabicum, Polyacrylatsalze, Polymethacrylatsalze, Polyvinylalkohole, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylether, Stärke, Polysaccharide und ähnliche Verbindungen. Die polymeren Additive können in den Tinten in Mengen von 0 bis etwa 5 Gew.- % und insbesondere von 0,01 bis etwa 2,5 Gew.-% vorhanden sein.
Die PEI-Derivate, wie solche, die in den US-Patenten Nrn. 4,789,400 und 4,659,382 offenbart sind, können auch in den Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung benutzt werden, um die Wasserbeständigkeit weiter zu verbessern. Die PEI-Derivate, wie hydroxyethyliertes und hydroxypropyliertes PEI, können in einer Menge von 0 % bis etwa 8 Gew.-% und insbesondere von 0,1 % bis etwa 5 Gew.-% verwendet werden. Wenn die PEI-Derivate verwendet werden, sollte der pH der Tinte so eingestellt sein, daß die Wasserbeständigkeit optimiert und eine Präzipitation des Farbstoff-PEI-Komplexes verhindert wird, der sich bildet, wenn der pH der Tinte von etwa 10,0 auf etwa 7,0 herabgesetzt wird. Vorzugsweise wird der pH der Tinte bei etwa 8,0 bis etwa 10,0 gehalten. Hydroxyethyliertes PEI (HEPEI) und hydroxypropyliertes PEI (HPPEI) sind von Morton Thiokol verfügbar und haben Molekulargewichte in dem Bereich von etwa 1.000 bis etwa 50.000.
Puffer wie N-tris (hydroxyamino) propansulfonsäure und Tris (hydroxymethyl) aminomethan, wie offenbart in der europäischen Patentanmeldung Nr. ... (entsprechend zu US Serial Nr.701 272, Fall D/90535), pH-steuernde Mittel, wie Säuren oder Basen, Phosphatsalze, Carboxylatsalze, Sulfitsalze, Aminsalze und ähnliche Verbindungen können auch hinzugefügt werden, um den pH der Zusammensetzung zu steuern.
Andere wahlweise Additive für die Tinten umfassen Biozide wie Dowicil 150,200 und 75, Benzoatsalze, Sorbatsalze und ähnliche Verbindungen, die in einer Menge von etwa 0,0001 bis etwa 4 Gew.-% und insbesondere von 0,01 bis etwa 2 Gew.-% vorliegen können.
Die Tinten können durch jeden Prozeß hergestellt werden, der für die Herstellung von Tinten auf Wasserbasis geeignet ist. Beispielsweise können die Tintenbestandteile in den gewünschten Mengen gemischt und gerührt werden, bis eine einheitliche Tintenzusammensetzung sich ergibt (typischerweise etwa 30 Minuten, obwohl die Misch-Rührzeit sowohl größer als auch kleiner als dieser Zeitraum sein kann). Obwohl es nicht erforderlich ist, können die Tintenbestandteile während des Mischens, falls gewünscht, erhitzt werden. Nach dem Mischen und dem Rühren wird die Tintenzusammensetzung im allgemeinen gefiltert, um jegliche feste oder sonstige Teilchen zu entfernen. Andere geeignete Verfahren für die Herstellung der Tinten können auch verwendet werden.
Die Tintenzusammensetzungen nach der Erfindung können vorzugsweise in Tintenstrahldrucksystemen verwendet werden. Solche Tinten sind für die Verwendung in Drucksystemen geeignet, da kein Verstopfen oder ein Auslaufen auftritt, wobei ein Drucksystem verwendet werden kann, das thermische Energie verwendet, um eine Dampfblase in einem tintengefüllten Kanal herzustellen, so daß ein Tintentröpfchen herausgeschleudert wird, oder wobei ein Drucksystem verwendet wird, welches einen piezoelektrischen Wandler verwendet, um einen Druckpuls herzustellen, der zu einem Ausstoß von Tröpfchen aus der Düse führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von nicht-beschränkenden Beispielen weiter erläutert, wobei angemerkt sei, daß diese Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und die Erfindung bezüglich den Materialien, Bedingungen, Verfahrensparameter und ähnliches nicht beschränken sollen.

BEISPIEL 1

Es wird eine Tintenzusammensetzung hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 4,00 Gew.-% HEPEI-200 (ein hydroxyethyliertes Polyethylenimin mit einem Molekulargewicht von 10.000, verfügbar von Morton Thiokol, Inc.), 3 Gew.-% Jeffamine ED- 600 (ein Polyetherdiamin mit einem Molekulargewicht von 600, verfügbar von Texaco Chemical Co.) und 83,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die Zusammensetzung hat eine Viskosität von 1,50 cP und eine Oberflächenspannung von 55,4 Dyn-cm&supmin;¹. Die erzielte Tinte wird durch ein 0,45 µm Membranfilter gefiltert, welches aus Celluloseacetat besteht und von CANLAB verfügbar ist. Die Tinte wird auf einem Hewlett Packard (HP) Deskjet-Drucker gedruckt, wobei sich Bilder mit guter Druckqualität auf einer Reihe von Büropapieren ergibt. Die Wasserbeständigkeit dieser Tinte ist akzeptabel.

BEISPIEL 2

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2,3 Gew.-% Jeffamine ED-200 1 (ein Polyetherdiamin mit einem Molekulargewicht von 2.000, verfügbar von Texaco Chemical Co.), 5,25 Gew.-% Diethylenglycol und 88,75 Gew.-% dionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte wird auf einen HP Desk Jet- Drucker gedruckt, wobei sich Bilder mit einer guten Druckqualität auf einer Reihe von Büropapieren ergibt.

BEISPIEL 3

Es wird eine Tintenzusammensetzung hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 4,00 Gew.-% Jeffamine ED-600 und 87,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte hat eine Viskosität von 1,50 cP und eine Oberflächenspannung von 50,4 Dyn-cm&supmin;¹. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Auf Champion Courtland-Papier betragen die Tintentrocknungszeiten 19 Sekunden (Drahtseite) und 15 Sekunden (Filzseite). Die Tinte hat sehr gute Latenzcharakteristika.

BEISPIEL 4

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,525 Gew.-% Diethylenglycol, 5 Gew.-% Jeffamine ED-600 und 81,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Zusammensetzung hat eine Viskosität von 1,56 cP und eine Oberflächenspannung von 47,8 Dyn-cm&supmin;¹. Die Tinte wird auf einem HP Deskjet-Drucker gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität auf einer Reihe von Büropapieren erzielt werden. Auf Champion Courtland-Papier wurden die Tintentrocknungszeiten mit 13 Sekunden (Drahtseite) und 10 Sekunden (Filzseite) bestimmt.

BEISPIEL 5

Es wird eine Tintenzusammensetzung hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol und 4 Gew.-% PEI(600)-PO(560)-EO(2400) (verfügbar von DKS International Company) in deionisiertem Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Die Latenz dieser Tinte ist mehr als akzeptabel. Die Latenz beträgt 6 Minuten ohne eine Feuchtigkeitsstation und 60 Minuten unter 80 % Luftfeuchtigkeit. Auf ebenen Papieren wächst die Wasserbeständigkeit um 5 % im Vergleich zu einer ähnlichen Tinte, die kein Copolymer enthält.

BEISPIEL 6

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 4 Gew.-% Jeffamine ED-2001 und 87,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte hat eine Viskosität von 1,72 cP und eine Oberflächenspannung von 56,6 Dyn-cm&supmin;¹. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Die Tinte verfügt über akzeptable Latenzcharakteristika. Auf Champion Courtland-Papier betragen die Tintentrocknungszeiten 14 Sekunden (Drahtseite) bzw. 12 Sekunden (Filzseite).

BEISPIEL 7

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Aizen Black 10005 (verfügbar von Hodogaya), 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 4 Gew.-% Jeffamine ED-600 und 87,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte hat eine Viskosität von 1,50 cP und eine Oberflächenspannung von 49,6 Dyn-cm&supmin;¹. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei sich Bilder mit einer guten Druckqualität ergeben. Die Tinte verfügt über akzeptable Latenzcharakteristika. Auf Champion Courtland-Papier betragen die Tintentrocknungszeiten 16 Sekunden (Drahtseite) bzw. 10 Sekunden (Filzseite).

BEISPIEL 8

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2 (Bayer), 5,25 Gew.-% Diehtylenglycol, 2 Gew.-% Jeffamine C-346 (ein Bis-hydroxypropyl-Derivat von Jeffamine D-230, das ein Polypropylenglycol mit einer Aminendgruppe und einem Molekulargewicht von 230 ist, verfügbar von Texaco Chemical Company) und 89,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Zusammensetzung hat eine Visiosität von 1,28 cP und eine Oberflächenspannung von 43,7 Dyn-cm&supmin;¹. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Die Tinte verfügt über akzeptable Latenzeigenschaften.

BEISPIEL 9

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 4 Gew.-% Discole N-518 (ein Polyethylenimin-propylenoxid-ethylenoxid Blockcopolymer, verfügbar von DKS International Company), 0,06 Gew.-% Discole N-506 (ein Polyethylenimin-propylenoxid-ethylenoxid Blockcopolymer, verfügbar von DKS International Company), 2,43 % von N-tris (hydroxyamino) propansulfonsäure (Puffer) und 85,26 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel gefiltert. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Die Tinte verfugt über akzeptable Latenzcharakteristika und Trocknungszeiten.

BEISPIEL 10

Eine Tintenzusammensetzung wird gemäß Beispiel 9 mit der Ausnahme hergestellt, daß kein Puffer verwendet wird. Die Tinte verfügt über ähnliche Latenzcharakteristika und Trocknungszeiten. Die Trocknungszeit dieser Tinte wird auf verschiedenen Papieren bei 4 % Feuchtigkeitsgehalt gemessen. Das Trocknen wird durch Erwärmung beschleunigt (warme Heizplatte mit etwa 110-115ºF, Vakuum 0,25 in., Druckkopf 3,56 in./sek.), wobei die Trocknungszeit aus den Abdruckeigenschaften des gedruckten Bildes erzielt wird. Ein Bild, das mit weniger als 0,050 OD (optische Dichte) auf ein anderes Blatt Papier, das in Kontakt dazu gebracht wird, sich abdruckt, wird als trocken beurteilt. Das Bild wird in physischen Kontakt mit dem anderen Blatt Papier unter Verwendung von Druckwalzen gebracht. Die Trocknungszeiten betragen 15, 21 und 25 Sekunden auf der Filzseite von Hammermill Fore DP20, Champion Courtland und Champion Datacopy-Papier (Tintenmasse von 2 mg/cm²).

BEISPIEL 11

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 0,5 Gew.-% Discole N-518 und 91,25 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Die Tinte verfügt über akzeptable Latenzeigenschaften.

VERGLEICRSBEISPIEL 12

Kontrolle für die Tinten, die 4,25 % Diethylenglycol und 3,0 % Food Black Nr.2 enthalten

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol und 91,75 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahidrucker (300 spi) gedruckt, wobei sich Bilder mit einer guten Qualität ergeben. Die Tinte verfügt über akzeptable Latenzeigenschaften. Die Trocknungszeiten dieser Tinte wird wie in Beispiel 10 bestimmt. Die Trocknungszeiten betragen 10, 31 und 40 Sekunden auf der Filzseite von Hammermill Fore DP2O, Champion Courtland und Champion Datacopy-Papier.

BEISPIEL 13

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 10 Gew.-% Ethylenglycol, 0,5 Gew.-% Discole N-5 18, 4 Gew.-% Tris(hydroxymethyl)aminomethan, verfügbar von Sigma Chemical Company, und 82,5 Gew.-% dejonisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte wird auf einem experimentellen, thermischen Xerox-Tintenstrahldrucker (300 spi) gedruckt, wobei Bilder mit einer guten Druckqualität erzielt werden. Die Tinte verfügt über akzeptable Latenzeigenschaften. Die Trocknungszeit der Tinte wird wie in Beispiel 10 bestimmt. Die Trocknungszeiten betragen 9, 24 und 25 Sekunden auf der Filzseite von Hammermill Fore DP20, Champion Courtland und Champion Datacopy-Papier.

VERGLEICHSBEISPIEL 14

Kontrolle für die Studien der Trocknungszeiten gemäß Tabelle A und Tabelle B

Eine Tintenzusammensetzung wird hergestellt, die 3 Gew.-% Food Black Nr.2, 5,25 Gew.-% Diethylenglycol, 0,05 Gew.-% Dowicil 200 (ein Biozid, verfügbar von Dow Chemical Company) und 91,70 Gew.-% deionisiertes Wasser enthält. Die erzielte Tinte wird wie in Beispiel 1 gefiltert. Die Tinte wird unter Verwendung eines Drahtdosierstabes Typ Nr.5 (0,0045 Inches), verfügbar von Testing Machines International, Canada, auf einem Champion Courtland-Papier aufgebracht. Diese Technik erlaubt das Drucken von festen Bereichen von optischen Dichten und Tintenschichten, die äquivalent zu jenen sind, welche unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers erzielt werden. Die optische Dichte und das Durchscheinen des gedruckten Bildes wird unter Verwendung eines Macbeth TR927-Dichtemeßgerätes gemessen. Die Trocknungszeit wird durch Messung der Zeit bestimmt, die zwischen dem Auftragen der Tinte mit dem Dosierstab und dem Zeitpunkt, an dem die Tinte mit einem Baumwolltupfer gerieben werden kann, ohne daß ein Verschmieren der Tinte auftritt, verstreicht. Die optische Dichte, das Durchscheinen und die Daten der Trocknungszeiten für Beispiel 14 sind in der Tabelle A und in der Tabelle B angegeben.
BEISPIELE 15-24
Tintenzusammensetzungen werden hergestellt und wie im Beispiel 14 getestet, wobei jedoch als Ausnahme eine kleine Menge eines Jeffamine -Additivs der Tinte hinzugesetzt wird. Die Additive sowie deren Gewichtsprozente sind in der Tabelle A angezeigt. Die Wirkungen der Jeffamine -Additive auf die optische Dichte, das Durchscheinen und auf die Trocknungszeiten sind auch in der Tabelle A gezeigt. Jeffamine ED-XXXX sind Polyetherdiamine, die auf einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Rückgrat basieren, wobei XXXX das Molekulargewicht des Jeffamine -Additivs wiedergibt. Jeffamine M-XXXX sind die Monoaminmaterialien, die auf dem gleichen Typ des Rückgrates basieren.

BEISPIELE 25-40

Tintenzusammensetzungen werden hergestellt und getestet wie in Beispiel 14, wobei jedoch als Ausnahme eine kleine Menge eines Discole -(Polyethylenimin-Propylenoxid-Ethylenoxid Blockcopolmer)-Additivs der Tinte zugesetzt wird. Die Additve sowie deren Gewichtsprozente sind in der Tabelle B angegeben. Die Effekte der Discole -Additive auf die optische Dichte, das Durchscheinen und die Trocknungszeiten sind ebenfalls in der Tabelle B dargestellt.

ERGEBNISSE

Die Beispiele 14 bis 40 zeigen deutlich die Vorteile der Verwendung der Materialien nach der Erfindung, um die Trocknungszeiten der thermischen Tintenstrahl (TIJ)-Tinten zu steuern. Tabelle A Wirkung von Jeffamine-Additiven auf die Trocknungszeiten von TIJ-Tinten
W = Drahtseite
F = Filzseite Tabelle B Daten des Effektes von Discole-Additiven auf die Trockungszeiten von TIJ-Tinten

Claims

1. Tintenzusammensetzung, umfassend ein wäßriges Tintenvehikel, einen Farbstoff und ein Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer.

2. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend ferner wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem primären Polyoxyalkylenamin und einem sekundären Polyoxyalkylenamin besteht.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei das Polyoxyalkylenamin A-By-C ist, worin A R¹NH(CnH2n) ist, B ein Alkoxy ist, das durch OCnH2n dargestellt ist, C NHR² ist, y 1 bis einem Wert ist, welcher der Zusammensetzung ein Molekulargewicht von etwa 6.000 verleiht, wobei falls y größer als 1 ist, das Alkoxy gleich oder verschieden sein kann, n = 1 bis 4 und R¹ und R² gleich oder verschieden sind und Wasserstoff, einen geradkettigen Alkohol oder einen verzweigtkettigen Alkohol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Polyoxyalkylenamin ein Molekulargewicht von wenigstens etwa 148 hat.

5. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer ein Polyethyleniminlpropylenoxidlethylenoxid Blockcopolymer ist.

6. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Blockcopolymer ein Molekulargewicht zwischen etwa 1.000 und etwa 300.000 aufweist.

7. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wäßrige Tintenvehikel Wasser, ein Benetzungsmittel und ein Verschnittmittel umfaßt.

8. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenspannung der Zusammensetzung zwischen etwa 30 und etwa 60 Dyn/cm liegt.

9. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Viskosität der Zusammensetzung zwischen etwa 1,1 und etwa 5 Centipoise liegt.

10. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend etwa 80 % bis etwa 99 Gew.-% des wäßrigen Tintenvehikels, etwa 1 % bis etwa 8 % des Farbstoffes und etwa 0,01 % bis etwa 8 Gew.-% von dem wenigstens einen Element.

11. Verfahren für den Tintenstrahldruck, wobei eine Tintenzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche auf ein Substrat gespritzt wird.

12. Tintenzusammensetzung, umfassend ein wäßriges Tintenvehikel, einen Farbstoff und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyalkylenimin/Alkylenoxid Blockcopolymer, einem primären Polyoxyalkylenamin und einem sekundären Polyoxyalkylenamin besteht.

13. Zusammensetzung nach Anspruch 12, wobei das wäßrige Tintenvehikel Wasser, ein Benetzungsmittel und ein Verschnittmittel umfaßt.