DE69308346T2

DE69308346T2 - Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren

Info

Publication number: DE69308346T2
Application number: DE69308346T
Authority: DE
Inventors: Laura Frera; Anna Maria Soudaz
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2013-03-24
Also published as: EP0564146A1; IT1259371B; ITTO920283A1; EP0564146B1; ITTO920283A0; DE69308346D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Tinten, die sich für Tintenstrahldrucker eignen, einschließlich solcher, bei denen für das Austreiben von Tintentropfen Wärmeenergie angewandt wird.
Das Tintenstrahldrucksystem ist wohlbekannt.
Allgemein gesehen, wird eine fluide Tinte unter Druck durch die Düsen eines Schreibkopfes gepreßt.
Ebenso bekannt ist die Unterscheidung zwischen dem Typ, bei dem der Tintenstrahl kontinuierlich angewandt wird, und dem Typ mit dem "Tintenstrahl nach Bedarf".
Ein Tintenstrahldruckgerät des ersten Typs ist aus US-PS 3 596 275 bekannt, während eine Vorrichtung des Typs "nach Bedarf" aus IT-PS 1 182 478 der Anmelderin bekannt ist.
Eine bekannte Abwandlung des Typs "nach Bedarf" ist der sogenannte Blubbertyp oder der Typ mit thermischem Tintenstrahl, bei dem Wärme als Energiequelle verwendet wird, um eine Dampfblase zu erzeugen, die einen kurzen Puls von hohem Druck zum Austreiben eines Tintentropfens erzeugt.
Dieser letzte Typ von Druckgerät ist aus den US-PS 3 179 042 und US-PS 4 723 129 bekannt.
Gemäß dem ersten US-PS 3 179 042 werden die Tintentropfen durch eine Düse zufolge der Wirkung der Verdampfung der Tinte in einer darunter liegenden Zelle ausgetrieben, was durch den Joule-Effekt aufgrund eines Strompulses bewirkt wird, der durch die zwischen zwei Elektroden angeordnete Tinte hindurchtritt.
Gemäß dem zweiten USA-Patent 4 723 129 werden die Tintentropfen zufolge eines starken Druckpulses ausgetrieben, der durch die unmittelbare Bildung einer Dampfblase als Folge der Erhitzung eines Resistors erzeugt wird, der in der Tintenleitung stromaufwärts der Düse angeordnet ist.
Die Tinten, die in diesen Systemen verwendet werden, und insbesondere bei Blubber- oder thermischen Tintenstrahldrukkern, müssen bestimmte Erfordernisse erfüllen, wie beispielsweise die folgenden:
- die Tinte muß auf normalem Papier Bilder hoher Qualität hinsichtlich Strichschärfe und Kontrast erzeugen;
- die Tinte muß gute Fixiereigenschaften auf dem Papier aufweisen, rasch trocknen und sich durch Reiben schwer entfernen lassen;
- die Tinte muß eine Schrift mit ausgezeichneter Haltbarkeit ergeben, d.h. sie muß optimale Ergebnisse im Hinblick auf Wasserfestigkeit und Lichtechtheit liefern; Wasserfestigkeit ist als die Fähigkeit der Schrift definiert, der Einwirkung von Wasser zu widerstehen, sowohl hinsichtlich Entfernbarkeit als auch hinsichtlich des Zerfließens der Buchstaben, während Lichtechtheit definiert ist als die Fähigkeit der Schrift, die optische Dichte nicht zu verlieren und die Farbe nicht zu verändern, wenn sie der Einwirkung von Licht ausgesetzt wird;
- die Tinte muß mit den Materialien des Schreibkopfes völlig verträglich sein;
- die Tinte darf selbst nach längerem Nichtgebrauch des Schreibkopfes nicht dazu führen, daß die Düsen verstopft werden;
- die Tinte muß wärmestabil sein; insbesondere darf sie, wenn sie in einem Blubber- der thermischen Kopf verwendet wird, nicht Anlaß zu unlöslichen Verbrennungsrückständen auf den Resistoren geben;
- die Tinte muß lagerstabil sein, ohne daß sich Spuren an Sedimentation oder von biologischem Wachstum ergeben;
- die Tinte muß ökologisch sicher, ungiftig und unbrennbar sein.
Unter den aufgeführten Erfordernissen besitzen die Wasserfestigkeit und Lichtechtheit der Schrift besondere Wichtigkeit, während die Untilgbarkeit des Dokuments für amtliche Zwecke erforderlich ist.
Aus US-PS 4 685 968 ist eine Tinte für thermische Tintenstrahldrucker bekannt, bei der eine der folgenden Komponenten als Farbstoff verwendet wird:
- Food Black 2 oder:
die Direktfarben: Rot C.I.9, Rot C.I.227, Gelb C.I.86 und Blau C.I.86;
die Säurefarben Gelb C.I.23, Blau C.I.9 und Blau C.I.185.
Natriumionen, die in den Molekülen derartiger Farben vorhanden sind, werden in einigen Fällen durch einen bifunktionellen Aminrest, wie beispielsweise Triethanolamin, ersetzt.
Es war erwünscht, eine Formulierung für eine Tinte zur Verfügung zu stellen, die sich besonders für Tintenstrahldrucker eignet und die gute Eigenschaften der Lichtechtheit und Wasserfestigkeit mit hoher optischer Dichte, hoher Strichschärfe und guten Ausspritzeigenschaften in sich vereinigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der Erfindung ist eine Tinte, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Gemisch aus zwei Farbstoffen enthält, von denen einer derart modifiziert ist, daß eine hohe Wasserfestigkeit und eine hohe Lichtechtheit erzielt werden, ohne daß die optische Dichte und die Auflösung der Schrift sowie die Eigenschaften der Ausspritzbarkeit der Tinte beeinträchtigt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren bereitgestellt, enthaltend eine Farbstoffkomponente und einen ein Co-Lösungsmittel enthaltenden Träger für die Farbstoffkomponente, wobei die Farbstoffkomponente ein Gemisch aus Farbstoff C.I.168 und Farbstoff C.I.51 enthält, dessen Molekül mindestens ein Natriumion enthält. Gewünschtenfalls können einige oder sämtliche Natriumionen durch substituierte Amine ersetzt sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen einiger bevorzugter Ausführungsformen in der folgenden Beschreibung erläutert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die in der Tinte gemäß der Erfindung verwendeten Farbstoffe sind Direktschwarz C.I.168 in der handelsüblichen Form des Natriumsalzes gemäß der Formel:
sowie Direktschwarz C.I.51 der Formel
Der letztgenannte Farbstoff besitzt, obwohl er gegenüber der Einwirkung von Wasser und Licht optimale Eigenschaften aufweist, zwei Nachteile in seiner handelsüblichen Form: eine schlechte Färbekraft sowie eine schlechte Löslichkeit in dem Träger, der bei den Tinten gemäß der Erfindung Verwendung findet. Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung durch das Vermischen des Farbstoffes C.I.51 mit dem Farbstoff C.I.168 sowie durch die völlige oder teilweise erfolgende Ersetzung der Natriumionen des Farbstoffes C.I.51 durch organische Basen überwunden.
Die Natriumionen des Farbstoffes C.I.51 können in ihrer Gesamtheit oder teilweise durch organische Basen ersetzt werden, beispielsweise durch die folgenden substituierten Amine: 2-Aminoethanol; 2,2'-Iminodiethanol; 2,2',2"-Triethanolnitril; 1-Amino-2-propanol; 1,1'-Iminodi-2-propanol; 1,1',1"-Nitrilotri-2-propanol; N-Methylethanolamin; N-N- Dimethylethanolamin; N-Methyldiethanolamin; 4-(2-Hydroxyethyl)morpholin; N-(2,3-Dihydroxypropyl)morpholin.
Die Ersetzung wird nach Techniken, wie Ionenaustausch an einem starken kationischen Harz, Umkehrosmose und Ausfällung in einer Säure mit anschließender erneuter Salzbildung ausgeführt.
Die Farbstoffsubstanz in Form eines Gemisches der beiden oben erwähnten Farbstoffe ist in der Tinte vorzugsweise in einer Menge von zwischen 2,5% und 5% enthalten. Das oben erwähnte Gemisch enthält 25% bis 75%, vorzugsweise 25% bis 50% des Farbstoffes C.I.168.
Die Tinte enthält ferner:
- einen Träger, der aus einer wässrigen Lösung mit einem Gehalt von 2% bis 10%, vorzugsweise von 5% bis 7% an einem organischen Co-Lösungsmittel besteht. Die bevorzugten organischen Co-Lösungsmittel sind N-Methylpyrrolidon, 2-Pyrrolidon, N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon, die Monoethylen-, Diethylen- und Triethylen-glycole, Thiodiethylenglycol oder Gemische daraus;
- einen pH-Wert-Regler, um den pH-Wert innerhalb des gewünschten Bereiches (zwischen 7,5 und 8,5) zu halten. Puffer, die zu diesem Zweck verwendbar sind, sind Natrium-, Kalium- und Ammonium-phosphate, -acetate, -borate und -carbonate;
- einen Regler der Oberflächenspannung, um die Oberflächenspannung innerhalb des gewünschten Bereiches (zwischen 42 und 50 Dyn/cm) zu halten. Die bevorzugten Vertreter umfassen die Alkinaryldiole und die Arylglycole;
- ein im Handel erhältliches Biocid, wie beispielsweise Proxel (ICI) oder Preventol D6 (Bayer), in einer Konzentration von 0,05% bis 0,2%.
Außerdem ist es möglich, in der Formulierung Zusatzstoffe zu verwenden, um die Fixierung auf dem Papier zu verbessern, wie beispielsweise aliphatische Alkohole mit einer geringen Anzahl von Kohlenstoffatomen, Heteroglycole wie beispielsweise Diethylenglycol-monomethylether, Diethylenglycol- monoethylether oder Diethylenglycol-monobutylether.
Die gemäß der Erfindung formulierten Tinten können in Tintenstrahldruckern und insbesondere in thermischen Tintenstrahldruckern verwendet werden.

BEISPIELE

Es wurden Tinten mit konstanter Formulierung hergestellt mit der Ausnahme, daß unterschiedliche Konzentrationsverhältnisse der beiden enthaltenen Farbstoffe angewandt wurden. Das Co-Lösungsmittel und die Zusatzstoffe wurden aus den oben erwähnten ausgewählt.
Parallel dazu wurden Bezugstinten formuliert, die anstelle des Gemisches der beiden Farbstoffe C.I.51 allein enthielten, wobei die Natriumionen gänzlich oder teilweise ersetzt waren.
Das Verhältnis der Komponenten zueinander ist in Gewichtsprozent ausgedrückt.

Beispiel 1

Farbstoff C.I.51, modifiziert mit 1,1'-Iminodi-2-propanol 0,75%
Farbstoff C.I.168 2,25%
Diethylenglycol 5,00%
N-Methylpyrrolidon 2,00%
Surfynol 104 (Air Products and Chemicals, Inc.) 0,05%
Natriumbicarbonat 0,03%
Proxel (ICI) 0,10%
Entmineralisiertes Wasser ad 100%

Beispiel 2

Die Komponenten sind die gleichen wie gemäß Beispiel 1 mit Ausnahme des Prozentanteils der beiden Farbstoffe:
Farbstoff C.I.51, modifiziert mit 1,1'-Iminodi-2-propanol 1,50%
Farbstoff C.I.168 1,50%

Beispiel 3

Die Komponenten sind die gleichen wie gemäß Beispiel 1 mit Ausnahme der prozentualen Anteile der beiden Farbstoffe:
Farbstoff C.I.51, modifiziert mit 1,1'-Iminodi-2-propanol 2,25%
Farbstoff C.I.168 0,75%

Beispiel 4

Die Komponenten sind die gleichen wie gemäß Beispiel 3 mit folgender Abweichung:
Farbstoff C.I.51, modifiziert mit 2,2'2"-Nitrilotriethanol 2,25%
Um Vergleichsversuche durchführen zu können, wurden Bezugstinten hergestellt, die lediglich den Farbstoff C.I.51 in modifizierter Form enthielten und deren Formulierung von Beispiel 1 abgeleitet ist;

Vergleichstinte 1:

C.I.51, modifiziert mit 1,1'-Iminodi-2-propanol 3,00%

Vergleichstinte 2:

C.I.51, modifiziert mit 2,2'2"-Nitrilotriethanol 3,00%

Vergleichstinte 3:

C.I.51, modifiziert mit N-(2,3-Dihydroxypropyl)morpholin 3,00%

Vergleichstinte 4:

C.I.51, nicht modifiziert 3,00%

TESTVERFAHREN UND ERGEBNISSE

Die Tinten gemäß der Erfindung wurden auf Blubber-Tintenstrahldruckern J.P 350 von Olivetti getestet.
Die für die Bewertungen verwendeten Druckproben wurden auf xerographischem Papier gemäß folgenden beiden Verfahren hergestellt:
- schwarze Bereiche einer Größe von 4 x 3,5 cm, in "Briefqualität" zum Untersuchen der Schwärzungsintensität, Wasserfestigkeit und Lichtechtheit bedruckt. Die Bewertung dieser Parameter wird mit Hilfe spektrophotometrischer Reflexionsmessung der trichromatischen Koordinate L* in dem CIELab-Raum durchgeführt.
Alphanumerischer und graphischer Text, in "Briefqualität" gedruckt, für die Bewertung der Druckqualität. Die Untersuchung wird durch Beobachtung der Rundheit der Punkte und der Anwesenheit von Fehlern zufolge von Vorzugswanderungen der Tinte in den Fasern des Papieres unter Verwendung eines optischen Mikroskopes durchgeführt. Mit demselben Text wird weiter der "Tropfenversuch" durchgeführt, wobei die Menge an Tinte, die durch Auftropfenlassen eines Wassertropfens auf das um 45 Grad geneigte Blatt entfernt wird, visuell bewertet wird.

BEDINGUNGEN FÜR DEN LICHTECHTHEITS-VERSUCH

Der Versuch zur Lichtechtheit wird durch Exposition in einem Fadeometer (Sonnentest der Gesellschaft Original Hanan) bei einer Beleuchtungsintensität von etwa 90 kLux durchgeführt. Während des Versuchs wird ein Fensterglasfilter verwendet, der die Strahlung auf 300 nm im UV-Bereich begrenzt. Die Temperatur der Probe beträgt etwa 40ºC. Die Exposition wird 10 Stunden lang fortgesetzt, entsprechend etwa 180 Tagen Exposition in einer gut beleuchteten Umgebung.
Die auf diese Weise behandelte Probe wird anschließend der Messung der trichromatischen Koordinate L* unterworfen.
Die Differenz zwischen dem Anfangswert für L* und dem Wert für L* nach dem Sonnentest, die durch DL bezeichnet wird, gibt die Abweichungen in dem Schwärzegrad der Probe an. Niedrige Werte für DL bedeuten geringe Abweichungen im Schwärzegrad der Probe. Ein Wert für DL von 1,5 ist visuell schwer feststellbar.

BEDINGUNGEN FÜR DEN WASSERFESTIGKEITS-VERSUCH

Die oben beschriebenen Druckproben werden fünf Minuten in Wasser getaucht, ohne daß in irgendeiner Weise gerührt wird.
Mit den getrockneten Proben wird eine Messung der Differenz DL' zwischen dem Anfangswert für L* und dem Wert für L* nach dem Wassereintauchversuch durchgeführt.
Eine gute Wasserfestigkeit entspricht niedrigen Werten für DL'. Tinten, die Werte für DL' von über 4 ergeben, werden im Hinblick auf die Wasserfestigkeit als uninteressant bezeichnet.

BEDINGUNGEN FÜR DEN VERSTOPFUNGS-VERSUCH

Der Schreibkopf wird 30 Tage bei einer Temperatur von 40ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 20% durch eine Gummihaube geschützt gehalten, was Verhältnisse reproduziert, bei denen sich die Maschine im Ruhezustand befindet.
Anschließend wurde eine Bewertung bezüglich eines Verlustes von Punkten vorgenommen, die unter den weiter unten in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Bedingungen gedruckt wurden: insbesondere wurde unter Verwendung eines Druckkopfes mit vielen Düsen eine Bewertung darüber vorgenommen, ob der Druckkopf nach einer bestimmten Anzahl von Wiederholungen des Druckes eines Textes noch mit allen Düsen druckt. TABELLE 1
Druckqualität: *** ausgezeichnet
** gut
* dürftig
n.a. nicht annehmbar
Verstopfen: +++ Druckkopf ohne Ausfall von Düsen (Tintenpunkten)
++ Druckkopf bleibt bei den ersten 5 Texten nach einem Neustart in Ordnung
+ Druckkopf bleibt bei den ersten 5 Texten nach zwei Neustarts in Ordnung
- Druckkopf bleibt bei den ersten 5 Texten nach drei Neustarts in Ordnung
-- selbst nach zahlreichen Neustarts bleibt der Druckkopf nicht an allen Düsen in Ordnung
--- Druckkopf versagt
Tropfenversuch +++ ausgezeichnet
++ gut
+ dürftig
- ungenügend
Wie sich aus der obigen Tabelle ergibt, wurden für verschiedene Tinten sowohl hinsichtlich Lichtechtheit als auch hinsichtlich Wasserfestigkeit gute Ergebnisse erzielt. Insbesondere erwies sich für die Beispiele 1, 2 und 3 auch die Druckqualität und das Verstopfungsverhalten als zufriedenstellend.
Es versteht sich, daß Abänderungen oder Verbesserungen der beschriebenen Tinten vorgenommen werden können, ohne daß dadurch der Umfang der Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren, enthaltend eine Farbstoffkomponente und einen ein Co-Lösungsmittel enthaltenden Träger für die Farbstoffkomponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoffkomponente ein Gemisch aus Farbstoff C.I.168 und Farbstoff C.I.51 enthält, dessen Molekül mindestens ein Natriumion enthält.

2. Tinte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff C.I.51 durch Substituierung mindestens eines Teils der Natriumionen durch substituierte Amine modifiziert ist.

3. Tinte gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die substituierten Amine sind: 2-Aminoethanol; 2,2'-Iminodiethanol; 2,2',2"-Triethanolnitril; 1-Amino-2-propanol; 1,1'- Iminodi-2-propanol; 1,1',1"-Nitrilotri-2-propanol; N-Methylethanolamin; N-N-Dimethylethanolamin; N-Methyldiethanolamin; 4-(2-Hydroxyethyl)morpholin oder N-(2,3-Dihydroxypropyl)morpholin.

4. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbstoffgemisch zwischen 2,5% und 5% der Tinte ausmacht.

5. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbstoffgemisch 25% bis 75% an dem Farbstoff C.I.168 enthält.

6. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbstoffgemisch 25% bis 50% an dem Farbstoff C.I.168 enthält.

7. Tinte gemaß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ein Co-Lösungsmittel enthaltende Träger eine wässrige Lösung eines organischen Co-Lösungsmittels aus der Gruppe: N-Methylpyrrolidon; 2-Pyrrolidon; N-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidon; Monoethylen-, Diethylen- und Triethylen-glycole; Thiodiethylen-glycol sowie Gemische daraus ist.

8. Tinte gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Co-Lösungsmittel in einer Menge von 2% bis 10% anwesend ist.

9. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Co-Lösungsmittel in einer Menge von 5% bis 7% anwesend ist.

10. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Gehalt an einem pH-Wert-Regulierungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das pH-Wert-Regulierungsmittel aus der Gruppe Natrium-, Kalium- und Ammonium-phosphate, -acetate, -borate und -carbonate ausgewählt ist.

11. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine pH-Wert von zwischen 7,5 und 8,5 aufweist.

12. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem Regulierungsmittel für die Oberflächenspannung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Regulierungsmittel für die Oberflächenspannung aus Alkinaryldiolen und Arylglycolen ausgewählt ist.

13. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Oberflächenspannung von zwischen 42 und 50 Dyn/cm aufweist.

14. Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Zusatzstoffe aus der folgenden Gruppe aufweist: aliphatische Alkohole mit einer geringen Anzahl von Kohlenstoffatomen sowie Heteroglycole des Typs Diethylenglycol-monomethylether, Diethylenglycol-monoethylether und Diethylenglycol-monobutylether.