DE69827846T2

DE69827846T2 - Polyurethandispergiermittel enthaltende tintenstrahltinte

Info

Publication number: DE69827846T2
Application number: DE69827846T
Authority: DE
Inventors: G. James CARLSON; T. Steven HEDRICK; J. Richard KUO
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: EP1056814A1; KR20010041016A; EP1056814B1; DE69827846D1; US6136890A; KR100565918B1; JP2002503746A; WO1999041320A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft pigmentierte Tinten und insbesondere solche Tinten, die für die Verwendung bei Tintenstrahldruckanwendungen geeignet sind.
Tintenstrahldrucker umfassen die Verwendung von Tinten auf Flüssigkeitsbasis, die auf einen Rezeptor, häufig ein Blatt Papier oder eine Folie, ausgespritzt werden können, um ein Bild zu produzieren. Die Verwendung von vier Tintengrundfarben (Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz) in verschiedenen Kombinationen und Konzentrationen ermöglich es, dass nahezu jede Farbe als Teil eines Druckbildes produziert werden kann. Tintenstrahltechnologie ist für hochauflösende Graphiken, insbesondere die, die unter Verwendung von digitalen Drucksystemen produziert werden, gut geeignet. Solche Systeme setzen typischerweise Computertechnologie ein, um Bilder, Text, Graphiken und desgleichen zu erzeugen, modifizieren und speichern.
Tinten, die für Tintenstrahldruckanwendungen geeignet sind, müssen Anforderungen gerecht werden, die recht verschieden von Tinten, die in anderen herkömmlichen Drucktechnologien verwendet werden, sein können. Die Viskosität von Tintenstrahltinten muss relativ niedrig sein, z. B. typischerweise weniger als etwa 20 Centipoise (cp). Gleichzeitig weisen Tintenstrahltinten vorzugsweise eine gesteuerte Oberflächenspannung auf, um die Tröpfchenbildung zu steuern. Die Tinten oder ihre Bestandteile sollten thermische oder Piezodruckköpfe (z. B. an der Düse) beim Stehen oder während des Druckprozesses nicht verstopfen. Die Tinte sollte auch schnell zu einem flexiblen und abriebfesten Bild trocknen. Schnelles Trocknen ist wichtig, da es ein Schlüsselfaktor bei der Bestimmung der Druckerproduktivität ist.
Viele Tinten, die in der Vergangenheit mit Tintenstrahldruckern verwendet wurden, umfassen Farbstoffe, die in Trägerflüssigkeiten enthalten sind.
Obwohl solche Tinten in bestimmten Anwendungen zufrieden-stellendes Verhalten bieten können, können farbstoffbasierende Tintensysteme dazu tendieren, Bilder zu produzieren, denen die Lichtstabilitäts- und Beständigkeitseigenschaften, die für Außen- und ähnlich anspruchsvolle Anwendungen benötigt werden, fehlen.
Tinten, die mit Pigmenten als Farbmittel anstelle von Farbstoffen hergestellt werden, sind in Erwägung gezogen worden. In pigmentierten Tinten können verschiedene Farbpigmente in pigmentierten Dispersionen zur Verwendung in Tintenstrahldruckern dispergiert werden. Die Tintenstrahldruckköpfe verwenden extrem dünne Druckkopfdüsen. Die Größe der Pigmentteilchen muss daher klein und die Teilchengrößenverteilung hinreichend schmal sein, um Verstopfen der Düsen durch das Pigment zu vermeiden. Die Pigmentteilchen innerhalb der Tinte sollten auch in einem stabilen Dispersionszustand sein; die Pigmentteilchen sollten nicht agglomerieren oder ausflocken, was dazu führt, dass sich die Pigmentteilchen aus der Tintendispersion abscheiden. Im Fall von thermischen Tintenstrahlsystemen leiden pigmentierte Tintendispersionen zudem unter der Tendenz der Materialien, sich auf den Heizelementen im Inneren der Druckkopfdüsen abzuscheiden und diese zu beschichten. Dies führt zu einem reduzierten thermischen Wirkungsgrad des Druckkopfes, was in der Bildung kleinerer Tintentröpfchen, niedrigerer Tropfengeschwindigkeit und geringerer Bildqualität resultiert. Dieser Effekt wird gewöhnlich als "Kogation" bezeichnet.
Während diese Eigenschaften häufig wünschenswert oder sogar notwendig sind, kann es in pigmentierten Tinten schwierig sein, sie zu erzielen. Pigmentdispersionen sind von Natur aus thermodynamisch instabil. Suspendierte Pigmentteilchen können aufgrund anziehender Wechselwirkungen (z. B. van-der-Waals-Kräfte) zwischen ihnen zum Agglomerieren tendieren.
Dispergiermittel werden typischerweise in pigmentierten Tintenstrahltinten eingesetzt, um die Dispersion zu stabilisieren, um Agglomeration oder Ausflockung der Pigmentteilchen und folgendes Abscheiden der Pigmentteilchen aus der Dispersion zu verhindern. Es wird theoretisiert, dass Dispergierverbindungen durch Adsorbieren an eine Pigmentoberfläche, um eine Schutzschicht um jedes Pigmentteilchen zu erzeugen, um den Anziehungskräften zwischen den Teilchen entgegen zu wirken und dabei Agglomeration und Ausflockung zu verhindern, fungieren.
Typischerweise werden vier oder mehr Farben zum Tintenstrahldrucken verwendet. Die verschiedenen Farbtinten und die Komponenten davon sind vorzugsweise miteinander kompatibel, wenn sie vor dem Trocknen in Kontakt sind. Verschiedene Farben und Pigmenttypen tendieren jedoch dazu, verschiedene Oberflächeneigenschaften aufzuweisen, und es kann daher schwierig sein, Tinten verschiedener Farben in stabilen Dispersionen unter Verwendung des gleichen Dispergiermittels zu bilden. Ein Satz mehrfarbiger Tinten kann mehrere verschiedene Dispergiermittel erfordern. Ein Problem besteht, wenn die verschiedenen Dispergiermittel für verschiedene Farbpigmente optimal sind, was zu einem hohen Inkompatibilitätsrisiko führt. Zum Beispiel werden verschiedene Farbtinten als inkompatibel angesehen, wenn nach dem Mischen eine Komponente einer Tinte (z. B. ein Dispergiermittel) Ausflockung der Pigmentteilchen einer anderen Tinte verursachen würde, was dazu führt, dass Teile des Farbbildes ungenau oder anderweitig inakzeptabel sind.
Es besteht ein Bedarf an Dispergiermitteln, die in Tintenstrahltinten nützlich sind und die eine oder mehrere der oben beschriebenen Eigenschaften aufweisen, umfassend: die Fähigkeit ein Pigment in einer stabilen Dispersion, die nicht unter Agglomeration, Ausflockung oder Kogation leidet, zu dispergieren; vorzugsweise die Fähigkeit, mit einer Reihe von verschiedenen Farbpigmenten, die ein breites Spektrum von Farben umfassen, die keine signifikante Ablagerung von Substanzen auf Heizelementen während des Ausspritzens verursachen, die eine Tinte mit schnell trocknenden Eigenschaften bereitstellen und die eine Tinte passenden Charakters (z. B. Viskosität, Oberflächenspannung usw.) zur Verwendung beim Tintenstrahldrucken bereitstellen, verwendet zu werden. Es besteht gleichzeitig ein Bedarf an Tintenstrahldruckertinten, die frei oder im Wesentlichen frei von organischen Lösungsmitteln sind.
Die Erfindung stellt Tinten zur Verwendung bei Tintenstrahldruckanwendungen bereit, wobei die Tinten ein Polyurethan-Dispergiermittel umfassen. Die Polyurethan-Dispergiermittel sind nützlich, um eine Vielfalt von verschiedenen Farbpigmenten mit verbesserter Beständigkeit gegen Agglomeration oder Ausflockung der Pigmentteilchen und Kogation zu dispergieren. Die Tinten können formuliert werden, um einen breiten Bereich an gewünschten Eigenschaften, wie Oberflächenspannung und Viskosität, aufzuweisen, schnelles Trocknen des Druckbildes aufzuweisen und eine Tinte bereitzustellen, die über nützliche Zeiträume stabil ist.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft eine pigmentierte Tinte, umfassend ein flüssiges Medium und ein Pigment, wobei das Pigment in dem flüssigen Medium dispergiert und durch ein Polyurethan-Dispergiermittel in dem flüssigen Medium stabilisiert ist, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel eine Polyurethan-Hauptkette, die eine anhängende Dispergiergruppe umfasst, wobei die Dispergiergruppe ausgewählt ist aus Carboxylat in Kombination mit einem fluorierten Rest, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gewichtsprozent des Pigments vorliegt und die Tinte zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist, mit der Maßgabe, dass die Tinte keine Zusammensetzung aus

a) 0,1 bis 70 Gew.-% eines Pigments,
b) 10 bis 99 Gew.-% Wasser, jeweils auf die Zusammensetzung bezogen,
c) 0,1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Pigment der Komponente a), eines wasserlöslichen hydrophilen Polyisocyanat-Additionsproduktes mit Polyetherketten, das einen maximalen Gehalt an Isocyanatgruppen von 1 Gew.-% und einen Gehalt an Ethylenoxideinheiten (MW = 44 g/mol), gebildet durch den monofunktionellen Alkohol B) innerhalb der Polyetherketten, von 30 bis 95 Gew.-% und einen Gehalt an ionischen Gruppen von 0 bis 200 Milliäquivalenten/100 g Polyisocyanat-Additionsprodukt aufweist, wobei das Polyisocyanat-Additionsprodukt gebildet wird durch Umsetzen von
A) einer Polyisocyanatkomponente mit einer NCO-Funktionalität von 1,7 bis 6 und einem NCO-Gehalt von 5 bis 65 Gew-%; mit mindestens einer der folgenden Komponenten:
B) 5 bis 100 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Alkoholkomponente, die aus mindestens einem einwertigen Polyetheralkohol mit einem Molekulargewicht im Bereich von 150 bis 10.000 g/mol und einem Gehalt an Ethylenoxideinheiten von 40 bis 99,5 Gew.-%, der durch Alkoxylierung eines einwertigen Ausgangsmoleküls hergestellt worden ist, besteht;
C) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Komponente, die aus mindestens einer einwertigen Verbindung mit einer Gruppe, die mit Isocyanat reaktiv ist, und mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 5.000 g/mol, besteht, die von den Alkoholen der Komponente B) verschieden ist;
D) 0 bis 50 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer Aminokomponente, die aus mindestens einem tertiären Amin mit einem Molekulargewicht im Bereich von 88 bis 250 g/mol besteht und die eine Gruppe, die mit den Isocyanatgruppen im Sinne einer NCO-Additionsreaktion reaktiv ist, aufweist und
E) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), von mindestens zweiwertigen Aufbaukomponenten im Sinne der NCO-Additionsreaktion mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 3.000 g/mol;

Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren einer pigmentierten Tinte, die zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist, wobei die Tinte ein flüssiges Medium und ein Pigment umfasst und das Verfahren den Schritt des Zugebens einer effektiven Menge eines Polyurethan-Dispergiermittels umfasst,
wobei das Polyurethan-Dispergiermittel eine Polyurethan-Hauptkette, die eine anhängende Dispergiergruppe umfasst, wobei die Dispergiergruppe ausgewählt ist aus einem Carboxylat in Kombination mit einer fluorierten Gruppe, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst und das Polyurethan-Dispergiermittel in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gewichtsprozent des Pigments vorliegt,
mit der Maßgabe, dass die Tinte keine Zusammensetzung aus

a) 0,1 bis 70 Gew.-% eines Pigments,
b) 10 bis 99 Gew.-% Wasser, jeweils auf die Zusammensetzung bezogen,
c) 0,1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Pigment der Komponente a), eines wasserlöslichen hydrophilen Polyisocyanat-Additionsproduktes mit Polyetherketten, das einen maximalen Gehalt an Isocyanatgruppen von 1 Gew.-% und einen Gehalt an Ethylenoxideinheiten (MW = 44 g/mol), gebildet durch den monofunktionellen Alkohol B) innerhalb der Polyetherketten, von 30 bis 95 Gew.-% und einen Gehalt an ionischen Gruppen von 0 bis 200 Milliäquivalenten/100 g Polyisocyanat-Additionsprodukt aufweist, wobei das Polyisocyanat-Additionsprodukt gebildet wird durch Umsetzen von
A) einer Polyisocyanatkomponente mit einer NCO-Funktionalität von 1,7 bis 6 und einem NCO-Gehalt von 5 bis 65 Gew.-%; mit mindestens einer der folgenden Komponenten:
B) 5 bis 100 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Alkoholkomponente, die aus mindestens einem einwertigen Polyetheralkohol mit einem Molekulargewicht im Bereich von 150 bis 10.000 g/mol und einem Gehalt an Ethylenoxideinheiten von 40 bis 99,5 Gew.-%, der durch Alkoxylierung eines einwertigen Ausgangsmoleküls hergestellt worden ist, besteht;
C) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Komponente, die aus mindestens einer einwertigen Verbindung mit einer Gruppe, die mit Isocyanat reaktiv ist, und mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 5.000 g/mol, besteht, die von den Alkoholen der Komponente B) verschieden ist;
D) 0 bis 50 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer Aminokomponente, die aus mindestens einem tertiären Amin mit einem Molekulargewicht im Bereich von 88 bis 250 g/mol besteht und die eine Gruppe, die mit den Isocyanatgruppen im Sinne einer NCO-Additionsreaktion reaktiv ist, aufweist und
E) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), von mindestens zweiwertigen Aufbaukomponenten im Sinne der NCO-Additionsreaktion mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 3.000 g/mol;

Noch ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine pigmentierte Tinte, wie oben beschrieben, die ein flüssiges Medium und ein Pigment umfasst, wobei das Pigment durch ein Polyurethan-Dispergiermittel stabilisiert ist und die Tinte zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist und die Tinte im Wesentlichen frei von organischem Lösungsmittel, d. h. im Wesentlichen wässrig, ist.
In einem anderen Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine pigmentierte Tinte, die ein flüssiges Medium und ein Pigment umfasst, wobei das Pigment in dem flüssigen Medium dispergiert und durch ein Polyurethan-Disperiermittel in dem flüssigen Medium stabilisiert ist, das Polyurethan-Dispergiermittel eine Dispergiergruppe und eine fluorierte Gruppe umfasst und in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gew.-% des Pigments vorliegt, wobei die Tinte zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Begriff „stabilisiert" oder „stabil", z. B., wenn er verwendet wird, um sich auf eine stabilisierte Dispersion, die ein in einem flüssigen Medium dispergiertes Pigment enthält, zu beziehen, auf eine solche Dispersion, wobei Pigmentteilchen eine reduzierte Neigung, zu agglomerieren oder auszuflocken, aufweisen, wie z. B. durch einen reduzierten Anstieg der Teilchengröße oder eine reduzierte Neigung sich mit der Zeit aus der Dispersion abzuscheiden, gezeigt werden kann.
Die Tinten der Erfindung umfassen ein flüssiges Medium mit einem darin dispergierten Pigment. Das flüssige Medium kann ein flüssiges Medium sein, in dem (in Kombination mit einem Polyurethan-Dispergiermittel wie nachstehend beschrieben) Pigmentteilchen dispergiert werden können. Das flüssige Medium kann gänzlich Wasser sein, Wasser in Kombination mit einem oder mehreren organischen Lösungsmitteln enthalten oder gänzlich organisches Lösungsmittel sein.
Vorzugsweise enthält das flüssige Medium Wasser, z. B. mindestens 20 Gewichts-% Wasser, insbesondere 75 bis 100 Gew.-% Wasser.
Ein organisches Lösungsmittel kann in dem flüssigen Medium enthalten sein, zum Beispiel um die Trocknungsgeschwindigkeit der Tinte zu steuern, die Oberflächenspannung der Tinte zu steuern, die Auflösung eines Bestandteils zu ermöglichen (z. B. eines grenzflächenaktiven Stoffes) oder als eine Nebenkomponente eines beliebigen der Bestandteile, z. B. kann ein organisches Lösungsmittel in einem grenzflächenaktiven Stoff, der als ein Bestandteil zu der Tinte zugegeben wird, vorliegen.
Bei dem organischen Lösungsmittel kann es sich um ein beliebiges einer Reihe von organischen Lösungsmitteln, die dafür bekannt sind, bei pigmentierten Tinten oder Pigmentdispersionen nützlich zu sein, handeln. Repräsentative Beispiele geeigneter organischer Lösungsmittel umfassen: Alkohole, wie Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, t-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, usw.; Ketone oder Ketoalkohole, wie Aceton, Methylethylketon, Diacetonalkohol, usw.; Ester, wie Ethylacetat und Ethyllactat; mehrwertige Alkohole, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, 1,4-Butandiol, 1,2,4-Butantriol, 1,5-Pentandiol, 1,2,6-Hexantriol; Hexylenglycol, Glycerin, Glycerinethoxylat, Trimethylolpropanethoxylat; niedere Alkylether, wie Ethylenglycolmonomethyl- oder -monoethylether, Diethylenglycolmethyl- oder -ethylether und Triethylenglycolmonomethyl- oder -monoethylether; stickstoffhaltige Verbindungen, wie 2-Pyrrolidinon und N-Methyl-2-pyrrolidinon; schwefellhaltige Verbindungen, wie Dimethylsulfoxid, Tetramethylensulfon und Thioglycol.
Die Menge des organischen Lösungsmittels und/oder Wassers in dem flüssigen Medium kann von einer Reihe von Faktoren, wie den besonders gewünschten Eigenschaften der Tintendispersion, wie Viskosität, Oberflächenspannung, Trocknungsgeschwindigkeit, usw., abhängen, die wiederum von Faktoren, wie der Typ der Tintenstrahldrucktechnologie, der mit der Tinte verwendet werden soll, wie Piezo- oder thermische Druckköpfe, sowie der Substrattyp, auf den die Tinte gedruckt werden soll, abhängen können. Für einige Anwendungen kann das flüssige Medium eine wässrige Lösung, die eine Mischung aus Wasser und Lösungsmittel enthält, umfassen. Bevorzugte Lösungsmittel für solche wasserbasierenden Medien umfassen mehrwertige Alkohole, insbesondere Alkylenglycole, wie Diethylenglycol. Für solche wasserbasierenden Medien können bevorzugte Mengen an organischem Lösungsmittel im Bereich von 0 bis 80 Gewichtsteile organisches Lösungsmittel, bezogen auf 100 Gewichtsteile des flüssigen Mediums (definiert als Wasser plus organisches Lösungsmittel), liegen, wobei der Bereich von 2 bis 25 Gewichtsteile organisches Lösungsmittel pro 100 Teile flüssiges Medium bevorzugt ist.
Bei dem Pigment kann es sich um ein beliebiges Pigment handeln, das in der Lage ist, in Kombination mit einem Polyurethan-Dispergiermittel in dem flüssigen Medium dispergiert zu werden. Viele geeignete Pigmente verschiedener Farben, Teilchengrößen, chemischer Zusammensetzungen (z. B. organisch oder anorganisch), Oberflächencharakteristiken, usw. sind bekannt. Die Pigmentteilchen sollten von einer Größe sein, die hinreichend klein ist, um freies Strömen der Teilchen durch eine Tintenstrahldruckvorrichtung zu erlauben, insbesondere an der Düse (die typischerweise einen Durchmesser von 10 bis 80 Mikrometer aufweist). In Bezug auf die Pigmentteilchengrößenverteilung werden schmalere Verteilungen im Allgemeinen bevorzugt.
Pigmentfarben umfassen zum Beispiel Schwarz, Cyan, Gelb und Magenta. Diese Farben sind typisch, ein anderes beliebiges Farbpigment kann jedoch auch verwendet werden. Im Allgemeinen wird eine einzelne Pigmentfarbe in einer einzelnen Tinte verwendet. Falls gewünscht, könnte dennoch mehr als eine Farbe in einer einzelnen Tinte verwendet werden.
Beispiele für Schwarzpigmente umfassen Ruß, wie die Pigmente Special Black 4, Special Black 5, Special Black 6, Special Black 4A, Color Black FW 200 und Color Black FW2 (alle von Degussa Corporation aus Ridgefield, NJ hergestellt); die Pigmente RAVEN 1200 Ruß, RAVEN 1170 Ruß, RAVEN 3500 Ruß und RAVEN 5750 Ruß (alle von Colombian Chemical Corp. aus Atlanta, Georgia erhältlich); die Pigmente MOGUL L Ruß und STERLING NS Ruß (beide von Cabot Corp. aus Boston, MA erhältlich) und das Pigment Carbon Black MA-100 (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp. aus Tokyo, Japan). Die Auswahl eines geeigneten Schwarzpigments kann auf Erwägungen der Oberflächenoxidation (hoher Gehalt an „flüchtigen Stoffen" bevorzugt) und dem Schwärzegrad des Pigments basiert werden. Pigmente mit einem hohen Gehalt an Oberflächenoxid sind hydrophiler und dadurch viel leichter zu dispergieren. Pigmente mit hohem Grad an Schwärze liefern ein gedrucktes Bild von hoher Qualität.
Beispiele für Gelbpigmente umfassen die Pigmente FANCHON Fast Y-5700 PY 139 und FANCHON Fast Yellow Y-5688 C.I. Pigment Yellow 150 (erhältlich von Bayer Corp. aus Rock Hill, SC); die Pigmente SUNBRITE Yellow 14 Filterkuchen und SPECTRA PAC Yellow 83 (beide von Sun Chemical Corp. aus Cincinnati, OH erhältlich); SANDORIN Yellow 6GL (erhältlich von Clariant Corp. aus Charlotte, NC) und die Pigmente IRGAZIN Yellow 2RLT PY 110, IRGAZIN Yellow 2GLTN PY 109, IRGAZIN Yellow 2GLTE PY 109 und IRGAZIN Yellow 3RLTN PY 110 (alle von Ciba Geigy of Newport, DE erhältlich). Eine primäre Erwägung für die Auswahl von Gelbpigment ist Lichtbeständigkeit, da es sehr wünschenswert ist, Graphiken zu produzieren, die für Außenanwendungen geeignet sind. Eine andere Erwägung ist die Farbtönung des Pigments. Es kann im Allgemeinen bevorzugt werden, bei dieser Art von Anwendungen ein Gelbpigment mit einer grünen Farbtönung zu besitzen. Von allen oben aufgelisteten Beispielen werden FANCHON Fast Yellow Y-5688 C.I. Pigment Yellow 150 und SANDORIN Yellow 6GL am meisten bevorzugt, da sie die zwei Erwägungen befriedigen.
Für magentafarbene Tinten ist die Lichtbeständigkeit auch die primäre Erwägung. Chinacridon-Magentapigment ist dafür bekannt, ausgezeichnete Lichtbeständigkeit aufzuweisen und daher ein bevorzugtes Magentapigment. Beispiele für Magentapigmente umfassen die Pigmente QUINDO Magenta RV-6828 Pigment Red 122, QUINDO Magenta RV-6831 Pigment Red 122 Filterkuchen, QUINDO Red R-6713 PV 19 und QUINDO Magenta RV-6843 Pigment Red 202 (alle von Bayer Corp. erhältlich) und die Pigmente SUNFAST Magenta 122 und SUNFAST Magenta 202 (beide von Sun Chemical Corp. erhältlich).
Für cyanfarbene Tinten treffen die obigen Erwägungen auch zu (d. h. Lichtbeständigkeit, Haltbarkeit, usw.). Da eine Vielfalt von befriedigenden Eigenschaften unter Verwendung von Kupferphthalocyanin als ein Cyanpigment gefunden werden können, können Tinten, die solche Pigmente umfassen, bevorzugt werden. Beispiele für Cyanpigmente umfassen die Pigmente PALOMAR Blue B-4810 PB 15 : 3, 5 PALOMAR Blue B-4710 PB 15 : 1 und PALOMAR Blue B-4900 (alle von Bayer Corp. erhältlich) und SUNFAST Blue 15 : 3 Filterkuchen und SUNFAST Blue 15 : 3 Pulver (erhältlich von Sun Chemical Corp.).
Eine wichtige Erwägung beim Formulieren eines Satzes von gefärbten Tintenstrahltinten zum Drucken von Farbbildern ist die Kompatibilität der Tinten mit Tinten anderer Farben und mit Bestandteilen davon. Dies kann wichtig sein, da während der Verwendung Tinten von mehr als einer Farbe gemischt werden oder zumindest miteinander in Kontakt kommen können. Wenn inkompatible Tinten oder Bestandteile einander kontaktieren, können sie ineinanderfließen und ein geflecktes, ungleichmäßiges gedrucktes Bild bieten. Wenn mehr als eine Tinte in einem Mehrfarben-Druckprozess verwendet wird, ist es somit wünschenswert, zu dem größtmöglichen Ausmaß die verschiedenen Tinten mit kompatiblen oder vorzugsweise identischen Bestandteilen zu formulieren. (Natürlich unterscheidet sich das Pigment in jeder Tinte). Da verschiedene Pigmente dazu tendieren, verschiedene Oberflächeneigenschaften aufzuweisen, werden verschiedene Farbpigmente jedoch leider im Allgemeinen nicht durch ein einzelnes Dispergiermittel stabilisiert. Dessen ungeachtet ist gefunden worden, dass einige der nachstehend beschriebenen individuellen Dispergiermittel mit mindestens einem Pigment in jedem der vier primären Druckfarben kompatibel sind.
Das Polyurethan-Dispergiermittel umfasst eine Polymerhauptkette, die eine oder mehrere Urethanbindungen aufweist und eine anhängende Dispergiergruppe umfasst, wobei die Dispergiergruppe ausgewählt ist aus einem Carboxylat in Kombination mit einem fluorierten Rest, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon. Das Polyurethan-Dispergiermittel liegt in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gewichtsprozent des Pigments vor. Der Begriff „Polyurethan", wie er in der gesamten Beschreibung mit Bezug auf die Erfindung verwendet wird, betrachtet Urethanverbindungen, die nur eine einzelne Urethanbindung enthalten sowie die, die mehrere Urethanbindungen enthalten, d. h. das Polyurethan-Dispergiermittel weist eine Hauptkette auf, die eine oder mehrere Urethaneinheiten enthält: -N(R1)C(O)O-, wobei R1 Wasserstoff, ein Alkyl oder ein Aryl umfasst. Jede Urethaneinheit verbindet zwei organische Gruppen, wie die, die nachstehend als R2 oder R2' gezeigt sind; die Urethanbindungen sind hier als X dargestellt: R2'-(X-R2)_n-XR2' (1)
In der Formel kann R2 oder R2' jeweils gleich oder verschieden sein, wobei eine oder mehrere der Gruppen R2 oder R2' eine ionische Gruppe, ausgewählt aus einem Carboxylat in Kombination mit einer fluorierten Gruppe, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst, wobei n Null oder größer sein kann und die Urethanbindung X jeweils die gleiche oder eine verschiedene Orientierung bezüglich anderen Urethanbindungen aufweist, dass heißt, die lineare Orientierung von X kann unabhängig entweder -OC(O)N(R1)- oder -(R1)N(O)CO- sein und kann innerhalb einer beliebigen einzelnen Urethanverbindung gleich oder verschieden sein.
R2 und R2' stellen mehrwertige beziehungsweise einwertige organische Gruppen dar. R2 kann eine mehrwertige, z. B. zweiwertige, dreiwertige, usw., organische Verbindungsgruppe sein und R2' kann eine einwertige organische Endgruppe sein. Obwohl nicht durch Formel 1 gezeigt, sind für verzweigte Polymere, bei denen eine oder mehrere der Gruppen R2 eine Wertigkeit von drei oder mehr aufweist, zusätzliche Endgruppen R2' notwendig.
R2 kann innerhalb eines einzelnen Polyurethan-Dispergiermittels jeweils gleich oder verschieden sein und kann unabhängig eine mehrwertige organische Gruppe, wie eine substituierte oder unsubstituierte, geradlinige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Aryl- oder aliphatische Gruppe, z. B. Alkylen, Cycloalkylen, substituiertes Alkylen, substituiertes Cycloalkylen, polymerisiertes Vinylmonomersegment, usw., umfassen, wobei R2 jeweils unabhängig gegebenenfalls mit Halogen (z. B. Fluor) substituiert sein kann und gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige chemische Einheiten enthalten kann, wobei das Heteroatom z. B. als zweiwertiger Sauerstoff, Carbonylsauerstoff, dreiwertiger Stickstoff oder zweiwertiger Schwefel untergebracht ist und es sich bei der chemischen Einheit um z. B. einen Ether oder Polyether, einen Ester oder Polyester, ein Carbonat oder Polycarbonat, eine oder mehrere Urethaneinheiten, usw. handelt.
Das Polyurethan-Dispergiermittel kann zwei oder mehr endständige Gruppen R2' (mehr, wenn die Polyurethan-Hauptkette verzweigt ist, z. B. durch eine oder mehrere dreiwertige Gruppen R2) umfassen, wobei R2' jeweils gleich oder verschieden ist. R2' kann jeweils eine einwertige organische Gruppe sein, die analog zu einer beliebigen der mehrwertigen organischen Gruppen, die in der Definition von R2 aufgezeigt sind, ist, wobei der Unterschied darin besteht, dass R2' einwertig ist. Speziell kann R2' jeweils unabhängig eine einwertige organische Gruppe, wie eine substituierte oder unsubstituierte, geradlinige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Aryl- oder aliphatische Gruppe, z. B. Alkyl, Cycloalkyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Cycloalkyl, polymerisiertes Vinylmonomersegment, usw., umfassen, wobei R2' jeweils unabhängig gegebenenfalls mit Halogen (z. B. Fluor) substituiert sein und gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige chemische Einheiten enthalten kann, wobei das Heteroatom z. B. als ein zweiwertiger Sauerstoff, Carbonylsauerstoff, dreiwertiger Stickstoff oder zweiwertiger Schwefel untergebracht ist und es sich bei der chemischen Einheit um z. B. einen Polyether, Polyester, ein Polycarbonat, usw. handelt.
Das Polyurethan-Dispergiermittel umfasst eine oder mehrere ionische oder nichtionische Dispergier- oder Stabilisierungsgruppen, z. B. dispergierende oder stabilisierende chemische Gruppen innerhalb des Polyurethans oder an dem Polyurethan anhängend, zum Beispiel als ein Teil der einen oder mehreren Gruppen R2 oder R2' oder daran anhängend. Obwohl gewünscht wird, nicht durch eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, glaubt man, dass eine Dispergiergruppe durch einen von mindestens zwei chemischen Mechanismen effektiv sein kann. Man denkt, dass eine nichtionische (z. B. hydrophile) Dispergiergruppe ein Pigment in einer Dispersion durch Orientieren der nichtionischen Gruppe in das flüssige Medium hinein, um Entropie- oder sterische Stabilisation bereitzustellen, stabilisiert. Man glaubt, dass ionische Dispergiergruppen ein Pigment in einer Dispersion durch Bereitstellen einer geladenen Schicht um ein Pigmentteilchen, die anziehende Kräfte zwischen den Teilchen überwindet, stabilisiert. Ionische Dispergiergruppen können typischerweise in Kombination mit einer nichtionischen Dispergiergruppe, um eine kombinierte dispergierende und/oder stabilisierende Wirkung zu erzielen, verwendet werden.
Beispiele für nichtionische Dispergiergruppen umfassen zum Beispiel ein nichtionisches Dispergiersegment, das in R2 oder R2' vorliegt, das lösungsmittellöslich ist und das Dispersion des Polyurethans in einem ausgewählten Lösungsmittel fördert. Wenn das ausgewählte Lösungsmittel Wasser umfasst, kann ein bevorzugtes nichtionisches Dispergiersegment zum Beispiel ein hydrophiles Dispergiersegment sein, wie ein Alkylenoxid- oder Polyoxyalkylenoxidsegment, z. B. -((CH₂)_n-O)_m-, wobei n vorzugsweise für 2 bis 4 stehen kann und m für etwa 1 bis 400, vorzugsweise etwa 5 bis 200, stehen kann.
R2 oder R2' kann ferner gegebenenfalls eine oder mehrere Dispergier- oder Stabilisierungsgruppen, die an der Hauptkette des organischen Polymers anhängen, enthalten, zum Beispiel eine oder mehrere Dispergiergruppen einer Art, die die Stabilität eines dispergierten Pigments erhöht.
Beispiele für ionische Dispergiergruppen umfassen Carboxylatgruppen (-COOM), Phosphatgruppen (-OPO₃M₂), Phosphonatgruppen (-PO₃M₂), Sulfonatgruppen (-SO₃M), quaternäre Ammoniumgruppen (-NR₃Y, wobei Y für ein einwertiges Anion, wie Chlor oder Hydroxyl, steht) oder eine beliebige andere effektive ionische Gruppe. M steht für ein Kation, wie ein einwertiges Metallion (z. B. Na⁺, K⁺, Li⁺, usw.) , H⁺, NR₄ ⁺ und R kann jeweils unabhängig für Alkyl, Aralkyl, Aryl oder Wasserstoff stehen. Diese ionischen Dispergiergruppen sind typischerweise an der Polyurethan-Hauptkette anhängend untergebracht.
Das Dispergiermittel kann ferner eine fluorierte Gruppe umfassen. Eine fluorierte Gruppe kann an dem Polyurethan-Dispergiermittel enthalten sein, um die Stabilität der Dispersion zu verbessern und verbessertes Verhalten beim Tintenstrahldrucken bereitzustellen. Fluorierte Gruppen liegen an dem Polyurethan-Dispergiermittel typischerweise als eine anhängende fluorierte Gruppe vor, z. B. an eine oder mehrere Gruppen R2 oder R2' anhängend. Nützliche fluorierte Gruppen um fassen fluorierte aliphatische Gruppen, wie verzweigte oder unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, substituierte oder unsubstituierte Fluoralkyl-, Fluorcycloalkyl-, Fluorarylgruppen usw. Eine fluorierte Gruppe kann ein oder mehrere Heteroatome, wie ein zweiwertiger Sauerstoff, Carbonylsauerstoff, dreiwertiger Stickstoff oder zweiwertiger Schwefel, usw., enthalten.
Die fluorierte Gruppe kann teilweise oder im Wesentlichen fluoriert (z. B. perfluoriert) sein. Die fluorierte Gruppe kann Segmente, die entweder vollständig fluoriert oder vollständig Kohlenwasserstoff sind, enthalten. Spezifische Beispiele von anhängenden fluorierten Gruppen umfassen Fluoralkylgruppen, die mit der Polyurethan-Hauptkette durch eine nichtfluorierte Verbindungsgruppe verbunden sind: -R3-R_f, wobei -R3- eine nichtfluorierte Verbindungsgruppe und R_f eine fluorierte chemische Einheit umfasst. R3 kann zum Beispiel eine Alkylgruppe, wie -CH₂CH₂-, oder eine Alkylsulfonamidgruppe, wie -CH₂CH₂(C₂H₅)NSO₂-, umfassen. Rf kann zum Beispiel einen Fluorkohlenstoff, wie C_pF_p+1, wobei p im Bereich von etwa 1 bis 18 liegt, z . B. C₂F₅, C₃F₇, C₄F₉, usw., umfassen.
Im Allgemeinen kann das polymere Dispergiermittel von einem beliebigen Molekulargewicht, das sich als nützlich beim Dispergieren von Pigmentteilchen erweist, um eine stabilisierte Dispersion bereitzustellen, sein. Wenn das Molekulargewicht des Polyurethan-Dispergiermittels zu niedrig ist, kann es nicht zum Dispergieren und Stabilisieren der Pigmentteilchen beitragen. Andererseits kann ein zu hohes Molekulargewicht dazu tendieren, einer Tinte, die das Dispergiermittel enthält, eine relativ höhere Viskosität zu geben, was die Fähigkeit, die Tinte unter Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfes aufzutragen, negativ beeinflussen kann.
Bevorzugte Molekulargewichte des Polyurethan-Dispergiermittels liegen typischerweise im Bereich von zwischen 1.000 und 100.000 (Zahlenmittel des Molekulargewichts), wobei der Bereich von etwa 2.000 bis 10.000 besonders bevorzugt ist.
Dispergiergruppen können an dem Polyurethan-Dispergiermittel in einer beliebigen Menge, die effektiv ist, um es dem Dispergiermittel zu ermöglichen, in einer Tintenstrahltintendispersion richtig effektiv zu sein, vorliegen, d. h. in einer Menge, die ausreichend ist, um Dispersion des Pigments und Stabilisierung der Tintendispersion zu ermöglichen. Die angemessenen Menge der Dispergiergruppe kann von Faktoren, wie dem Pigment, das dispergiert werden soll, und der Identität des flüssigem Mediums, zum Beispiel ob das flüssige Medium hauptsächlich ein polares Lösungsmittel wie Wasser oder ein unpolares organisches Lösungsmittel umfasst, abhängen. Als ein Beispiel können in wässrigen Systemen anhängende Carboxylat-Dispergiergruppen vorzugsweise an dem Polyurethan-Dispergiermittel vorliegen, um ein Äquivalentgewicht (Gesamtmenge in Gramm an Polyurethan-Dispergiermittel pro Mol Dispergiergruppe) im Bereich von 150 bis 5.000, noch bevorzugter 200 bis 2.500, insbesondere 200 bis 1.500, bereitzustellen.
Die Menge an anhängenden fluorierten Gruppen, die an einem bestimmten Polyurethan-Dispergiermittel vorliegt, kann eine beliebige nützliche Menge sein und kann in der Form von den Gewichtsprozenten an Fluor in Bezug auf das Gesamtgewicht des Polyurethan-Dispergiermittels gemessen werden. Typische Werte für die Gewichtsprozente an Fluor in dem Polyurethan-Dispergiermittel können bei bis zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% an Fluor in dem Polyurethan-Dispergiermittel, liegen.
Das Polyurethan-Dispergiermittel kann durch eine Vielfalt von Verfahren, die die umfassen, die in den Fach gebieten Chemie und Polymerwissenschaften dafür bekannt sind, zum Synthetisieren solcher Polyurethane nützlich zu sein, hergestellt werden. Typischerweise kann ein Polyurethan durch Polymerisation von einer oder mehreren Isocyanatverbindungen mit einer oder mehreren Alkoholverbindungen hergestellt werden. Obwohl sowohl monofunktionelle als auch polyfunktionelle Isocyanat- und Alkoholverbindungen verwendet werden können, liegt vorzugsweise zumindest etwas polyfunktionelles Monomer vor.
Die Zusammensetzung der Isocyanat- und Alkoholverbindungen kann eine beliebige chemische Zusammensetzung sein, die die Herstellung eines Polyurethans, wie oben beschrieben und in Übereinstimmung mit den Definitionen von R2 und R2' und den beschriebenen stabilisierenden, dispergierenden und fluorierten Komponenten, ermöglicht. Die Isocyanat- und Alkoholverbindungen können gegebenenfalls mit einer oder mehreren anderen isocyanatreaktiven Verbindungen, wie einem mono- oder polyfunktionellen Amin oder Mercaptan, wie in dem Polyurethan-Fachgebiet bekannt, umgesetzt werden. Eine beliebige oder eine Kombination der Isocyanat-, Alkohol- oder anderen isocyanatreaktiven Verbindungen kann ein oder mehrere Stabilisierungssegmente oder Dispergier- oder fluorierte Gruppen umfassen.
Bei der Isocyanatverbindung kann es sich um eine beliebige einer breiten Vielfalt von Isocyanatverbindungen, die dafür bekannt sind, für die Produktion von Polyurethanen wie denen, die oben beschrieben sind, nützlich zu sein, handeln. Die Isocyanatverbindung kann in Bezug auf die Isocyanatgruppe entweder monofunktionell oder polyfunktionell sein. In der nachstehenden allgemeinen Isocyanatformel kann n für eins, zwei oder mehr stehen: Z-[NCO]_n
"Polyisocyanat" bezieht sich auf organische Verbindungen mit zwei oder mehr Isocyanatgruppen an einem einzelnen Molekül, d. h., wobei n für zwei oder mehr steht. Diese Definition umfasst Diisocyanate, Triisocyanate, Tetraisocyanate, usw. und Gemische davon. Vorzugsweise wird mindestens ein Diisocyanat verwendet, entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Polyisocyanaten. Die Isocyanatverbindung kann auch vorzugsweise ein relativ niedriges Molekulargewicht, z. B. weniger als etwa 500 Mn (die, die typischerweise als Monomere bezeichnet werden) aufweisen.
Der Nichtisocyanat-Teil Z der Isocyanatverbindung kann von einer beliebigen chemischen Beschaffenheit sein, die bei der Herstellung der oben beschriebenen Polyurethane von Nutzen ist. Z entspricht im Allgemeinen den Definitionen von R2 und R2'. Bei Z kann es sich um eine ein-, zwei- oder dreiwertige, usw., chemische Einheit, wie eine substituierte oder unsubstituierte, geradlinige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Aryl- oder aliphatische Gruppe, z. B. Alkyl, Alkylen, Cycloalkyl, Cycloalkylen, substituiertes Alkyl oder Alkylen, substituiertes Cycloalkyl oder Cycloalkylen, polymerisiertes Vinylmonomersegment, usw., handeln. Z kann gegebenenfalls mit Halogen (z. B. Fluor) substituiert sein und gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige chemische Einheiten enthalten, wobei das Heteroatom z. B. als zweiwertiger Sauerstoff, Carbonylsauerstoff, dreiwertiger Stickstoff oder zweiwertiger Schwefel untergebracht ist und es sich bei der chemischen Einheit um z. B. einen Polyether, einen Polyester, ein Polycarbonat, usw. handelt. Z kann eine oder mehrere nichtionische oder ionische Dispergiergruppen oder eine fluorierte Gruppe, wie oben beschrieben, umfassen.
Beispiel für nützliche Monoisocyanate umfassen Alkylisocyanate, wie Octadecylisocyanat, und Arylisocyanate, wie Phenylisocyanat.
Beispiele für nützliche Polyisocyanate umfassen Diisocyanate, wie Diphenylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Toluendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Tetramethylxylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, hydriertes Diphenylmethandiisocyanat und Gemische davon.
Beispiele für Isocyanatverbindungen, die eine anhängende Dispergiergruppe enthalten, umfassen sulfoniertes Toluendiisocyanat und sulfoniertes Diphenylmethandiisocyanat.
Die Alkoholverbindung kann im Allgemeinen einen oder mehrere einer Reihe von verschiedenen Alkoholen (einwertig oder mehrwertig), die im Allgemeinen dafür bekannt sind, bei der Produktion von Polyurethanen, wie den oben beschriebenen Polyurethanen, nützlich zu sein, umfassen. Allgemein kann der Alkohol als Z2-[OH]_m, gezeigt werden.
In der Formel beträgt m mindestens eins (wenn m zwei oder mehr beträgt, kann die Verbindung als ein Polyol bezeichnet werden). Z2 kann von einer beliebigen chemischen Beschaffenheit sein, die bei der Herstellung der beschriebenen Polyurethane von Nutzen ist, wobei Z2 im Allgemeinen den Definitionen von R2 und R2' entspricht. Bei Z2 kann es sich um eine ein-, zwei- oder dreiwertige, usw., chemische Einheit, wie eine substituierte oder unsubstituierte, geradlinige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Aryl- oder aliphatische Gruppe, z. B. Alkyl, Alkylen, Cycloalkyl, Cycloalkylen, substituiertes Alkyl oder Alkylen, substituiertes Cycloalkyl oder Cycloalkylen, polymerisiertes Vinylmonomersegment, usw., handeln. Z2 kann gegebenenfalls mit Halogen (z. B. Fluor) substituiert sein und gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige chemische Einheiten enthalten, wobei das Heteroatom z. B. als zweiwertiger Sauerstoff, Carbonylsauerstoff, dreiwertiger Stickstoff oder zweiwertiger Schwefel untergebracht ist und es sich bei der chemischen Einheit um z. B. einen Polyether, einen Polyester, ein Polycarbonat, usw. handelt. Z2 kann eine oder mehrere nichtionische oder ionische Dispergiergruppen oder eine fluorierte Gruppe, wie oben beschrieben, umfassen.
Obwohl ein polymerisiertes Vinylmonomersegment in entweder der Isocyanatverbindung oder der Alkoholverbindung vorliegen kann, sind in der Praxis polymerisierte Vinylmonomersegmente im Allgemeinen in Alkoholverbindungen üblicher. Polymerisierte Vinylmonomersegmente können von Monomeren, die Styren, halogenierte Styrene, alkylierte Styrene, Methoxystyrene, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Methylmethacrylat, Methylacrylat, Ethylacrylat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Isobornylacrylat, Glycidylacrylat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylacetat, Vinylidenfluorid, N-Ethylperfluoroctansulfonamidoethylacrylat, N-Ethylperfluoroctansulfonamidoethylmethacrylat, N-Butylperfluoroctansulfonamidoethylacrylat, N-Butylperfluoroctansulfonamidoethylmethacrylat, N-Methylperfluoroctansulfonamidoethylacrylat, N-Methylperfluoroctanesulfonamidoethylmethacrylat, andere Acrylsäureester und -amide, andere Methacrylsäureester und -amide und Gemische davon umfassen, abgeleitet sein.
Eine bevorzugte Klasse von Polyolen umfasst Diole, die niedermolekulare Diole, oligomere Diole und Gemische davon umfassen. Niedermolekulare Polyole (Polyole mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von nicht mehr als etwa 500) können verwendet werden, um das Polymer mit bevorzugten Härte- oder Verzweigungscharakteristiken auszustatten. Repräsentative Beispiele umfassen Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,2-Hexade candiol, 1,2-Dodecandial, Glycerinmonoester oder -diester von Fettsäuren (wie Glycerinmonooleat, Glycerinmonostearat und desgleichen), Neopentylglycol, Diethylenglycol, Dipropylenglycol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Ethylenoxid- und/oder Propylenoxidaddukte von Bisphenol A und Ethylenoxid- und/oder Propylenoxidaddukte von hydriertem Bisphenol A, Trimethylolpropan, Trimethylolethan und Gemische davon.
Oligomere Polyole können verwendet werden, um ein Polyurethan-Dispergiermittel mit Zähigkeit und hydrophoben oder hydrophilen Charakteristiken auszustatten. Oligomere Polyole sind als Polyole mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts zwischen 500 und 5.000 definiert. Bevorzugte Mitglieder dieser Klasse sind Polyesterdiole, Polyetherdiole und Polycarbonatdiole.
Hydrophobe oligomere Diole können verwendet werden, um Zähigkeit und verbesserte Wechselwirkung mit hydrophoben Pigmentoberflächen bereitzustellen. Bevorzugte hydrophobe oligomere Diole umfassen Polypropylenoxide, Polytetramethylenoxide, Polyesterdiole, wie Polycaprolactondiole, und aliphatische Polycarbonatdiole, wie Ravecarb^TM 106 von Enichem America, Inc. aus Houston TX.
Hydrophile oligomere Polyole können Hydrophilie und zusätzliche Dispersionsstabilisation bereitstellen. Bevorzugte oligomere hydrophile Polyole umfassen Polyethylenoxidalkohole und -diole, die lösungsmittellösliche (z. B. wasserlösliche) Segmente bereitstellen, die dazu in der Lage sind, dispergierte Teilchen mit einer Schutzschicht gegen Ausflockung (sterische Stabilisation) auszustatten. Es ist in einigen Fällen vorteilhaft, Polyethylenoxidmonoether-Segmente von einem Molekulargewicht von 500 bis 5.000 an den Enden von einigen oder allen der Ketten eines Polyurethan-Dispergiermittels zu inkorporieren. Dies kann einen nichtionischen Stabilisationsmechanismus bereitstellen, der die ionische Stabilisation, die mit ionischen Dispergiergruppen, wie einer Carboxylatgruppe erhalten wird, verstärkt.
Einige bevorzugte Alkoholverbindungen umfassen Alkohole oder Polyole, die eine oder mehrere ionische Dispergiergruppen, wie die, die oben definiert sind (Carboxylat, Phosphat, Phosphonat, usw.), umfassen. Eine Klasse von besonders bevorzugten Polyolen umfasst Carbonsäurepolyole, wie die, die der allgemeinen Formel
entsprechen, wobei mindestens eine und vorzugsweise zwei der Gruppen R6, R7 und R8 unabhängig für eine hydroxyfunktionelle organische Gruppe, z. B. -C_nH_2nOH, wobei, n jeweils unabhängig im Bereich von 1 bis 6 liegt, steht. Die verbleibenden der Gruppen R6, R7 und R8 können für Wasserstoff oder eine Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen stehen. M steht für ein einwertiges Metallion, Ammoniumsalz NR₄ ⁺ (wobei R für Alkyl, Aryl, Aralkyl oder Wasserstoff oder Kombinationen davon steht) oder H⁺.
Ein Beispiel für ein besonders bevorzugtes Carbonsäurediol ist Dimethylolpropionsäure (DMPA):
Eine andere bevorzugte Klasse von Alkoholverbindungen kann eine anhängende Sulfonat-Dispergiergruppe enthal ten. Beispiele für solche Verbindungen umfassen die Klasse der allgemeinen Formel:
wobei R9 eine organische Gruppe, die aus linearen und verzweigten aliphatischen Gruppen, z. B. Alkylen, Oxyalkylen, Polyoxyalkylen, usw., ausgewählt ist, umfasst, wobei R9 vorzugsweise 2 bis 500 Kohlenstoffatome und insbesondere 10 bis 100 Kohlenstoffatome aufweist.
R10 umfasst eine Alkyl- Aryl- oder Aralkylgruppe und M steht für ein Kation, das wie oben gekennzeichnet ist. Ein Beispiel für eine Klasse von besonders bevorzugten sulfonathaltigen Alkoholverbindungen sind Sulfoisophthalatdiester der allgemeinen Formel:
Ein zweites Beispiel für besonders bevorzugte sulfonathaltige Alkoholverbindungen sind die der allgemeinen Formel:
wobei m und n jeweils unabhängig vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 liegen. Diese Alkoholverbindungen sind zum Beispiel in der der Vereinigte Staaten Patentschrift Nummer 4,652,466 beschrieben.
Nützliche Alkoholverbindungen, die quaternäre Ammoniumgruppen enthalten, umfassen die der allgemeinen Formel:
wobei eine oder mehrere der Gruppen R11, R12, R13 und R14 jeweils unabhängig hydroxyfunktionelle organische Gruppen, wie Hydroxyethyl, umfassen und die verbleibenden Gruppen jeweils unabhängig Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppen umfassen. In der Formel steht Y für ein einwertiges Anion, wie ein Cl^–, Br^–, I^–, OH^–, Actetat, usw. Eine besonders bevorzugte solche Alkoholverbindung ist das Polyol Bis(hydroxyethyl)dimethylammoniumchlorid.
Eine andere Klasse von bevorzugten Alkoholverbindungen umfasst fluoraliphatische Alkohole, z. B. Alkohole mit einer oder mehreren Alkohol- (Hydroxy-) Gruppen und einer fluorierten Gruppe, wie einer fluoraliphatischen Einheit. Besonders bevorzugte fluoraliphatische Alkohole umfassen die, die einen Sulfonamid-Teil umfassen, z. B. mit der Struktur: C_nF_(2n+i)SO₂N(R4)(R5) wobei n im Bereich von 1 bis 18 liegt; eine oder beide der Gruppen R4 und R5 eine hydroxyfunktionelle organische Gruppe, wie -(CH₂)p-OH, wobei p für 1 bis 5 stehen kann, umfasst und eine nichthydroxyfunktionelle organische Gruppe R4 oder R5 zum Beispiel ein Alkyl, Aryl, Aralkyl, usw. und CnF_(2n+i)(CH₂)_mCH₂OH sein kann, wobei n und m unabhängig im Bereich von 1 bis 18 liegen. Beispiel für besonders bevorzugte fluoraliphatische Alkohole umfassen C₈F₁₇SO₂N(C₂H₄OH)(CH₂CH₃), C₈F₁₇SO₂N(C₂H₄OH)₂, C₆F₁₃CH₂CH₂OH, C₈F₁₇CH₂CH₂OH und C₁₀F₂₁CH₂CH₂OH .
Nützliche monofunktionelle Alkohole neben den beschriebenen fluorhaltigen Alkoholen umfassen Kohlenwasserstoffalkohole und Polyethylenoxidmonoether. Bevorzugte Monoalkohole umfassen Oleylalkohol, Stearylalkohol und Polyethylenoxidmonoether mit einem Molekulargewicht von 750 bis 2.000, z. B. wie sie von Union Carbide Corporation unter der Handelsbezeichnung „Carbowax" erhältlich sind.
In der vorliegenden Erfindung können andere isocyanatreaktive Verbindungen zusätzlich in dem Polyurethan-Dispergiermittel inkorporiert werden, selbst wenn sie keine Alkohole sind. Beispiele umfassen Monoamine, Diamine, Polyamine (um Harnstoffbindungen zu bilden) und Thiole (z. B. um Thiocarbamatbindungen zu bilden). Eine bevorzugte Verbindung dieses Typs ist Ethylendiamin.
Bei der Herstellung der Polyurethan-Dispergiermittel kann die Polyisocyanatverbindung, die Alkoholverbindung und/oder beliebige wahlweise polyisocyanatreaktive Verbindungen kombiniert und vorzugsweise in solch einem Verhältnis umgesetzt werden, dass die Alkohole und isocyanatreaktiven Verbindungen die Isocyanatgruppen auf einer molaren Basis zahlenmäßig übertreffen. Ferner, und obwohl Mengen außerhalb dieses Bereiches auch nützlich sein können, kann es bevorzugt werden, dass anhängende Dispergier- und fluorierte Gruppen bis zu etwa 50 Gewichtsprozent des Polyurethan-Dispergiermittels umfassen.
Die Isocyanatverbindung kann mit dem Alkohol und/oder anderen wahlweisen isocyanatreaktiven Verbindungen durch Verfahren und unter Bedingungen, die in dem Polyurethan-Fachgebiet dafür bekannt sind, nützlich zu sein, umgesetzt werden. Vorzugsweise sind die Reaktionsbedingungen dafür geeignet, ein Polymer zu bilden, während sie nicht hinreichend hart sind, um zu Schaden an oder einer Reaktion von anderen Komponenten der Reaktionspartner zu führen; z. B. sollten die Reaktionsbedingungen nicht dazu führen, dass sich Gruppen, wie anhängende Carboxylgruppen eines Carbonsäurealkohols mit einem Isocyanat umsetzen; diese spezielle Nebenreaktion kann durch Beschränken der Temperatur der Reaktion auf unter etwa 100°C verhindert werden.
Beispielhafte Herstellungsverfahren umfassen die Polymerisation der Reaktionspartner in einem organischen Lösungsmittel. In einem typischen Verfahren kann ein Alkohol (z. B. ein Diol), ein Isocyanat (z. B. ein Polyisocyanat, wie ein Diisocyanat) und beliebige andere wahlweise isocyanatreaktive Verbindungen in einem trockenen Lösungsmittel, wie 2-Butanon, gelöst werden, vorzugsweise in solchen relativen Mengen, dass die Molmengen von Alkohol- und isocyanatreaktiven Gruppen größer sind als die Molmengen der Isocyanatgruppen. Ein Katalysator, wie Dibutylzinndilaurat, kann zugegeben werden und das Gemisch auf etwa 75°C erwärmt werden, bis die Isocyanatgruppen umgesetzt worden sind, um eine Lösung zu produzieren, die ein Polyurethan-Dispergiermittel enthält.
Im Anschluss an die Polymerisation kann es bevorzugt sein, jegliche sauren oder basischen Gruppen, die an dem Polyurethan anhängen, teilweise oder vollständig zu neutralisieren. Anhängende saure Gruppen können unter Verwendung einer beliebigen einer Vielfalt von organischen oder anorganischen Basen, die tertiäre Amine, quaternäre Amine, Alkalimetallsalze oder andere einwertige Salze umfassen, neutralisiert werden. Bevorzugte Basen umfassen Triethanolamin, Dimethylethanolamin, Methyldiethanolamin, Triethylamin, Ammoniak, Natrium hydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid und Tetrabutylammoniumhydroxid. Besonders bevorzugte Basen umfassen flüchtige Amine, wie Ammoniak, Triethylamin und Dimethylethanolamin. Die Lösung, die das Polyurethan-Dispergiermittel enthält, kann zu Wasser, das eine Base enthält, die in der Lage ist, die meisten oder alle der basischen oder sauren Gruppen zu neutralisieren, zugegeben werden. Die resultierende wässrige Dispersion kann dann erwärmt werden, um jegliches organisches Lösungsmittel abzudestillieren. Anhängende basische Gruppen können unter Verwendung einer beliebigen einer Vielfalt von organischen oder anorganischen Säuren, wie in dem chemischen Fachgebiet bekannt ist, neutralisiert werden.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Dispergiermitteln besteht darin, ein Polyurethan-Vorpolymer, das gegebenenfalls die gewünschten Dispergier- und/oder fluorierten Gruppen und das einen Überschuss an Isocyanatgruppen aufweist, herzustellen. Lösungsmittel kann gegebenenfalls verwendet werden. Das isocyanatterminierte Polyurethan-Vorpolymer kann dann zu Wasser, das ein Diamin enthält, oder zu Wasser, zu dem später ein Diamin zugegeben wird, zugegeben werden, wobei das Wasser solch einen pH-Wert aufweist, dass das Polyurethan dispergierbar ist. Das Diamin kann sich mit den offenen Isocyanaten umsetzen und die Dispergiergruppen können zur Dispersion des Polymers in dem Wasser führen, um eine Polyurethan-Dispersion ohne verbleibendes Isocyanat zu produzieren. Jegliches Lösungsmittel kann durch Destillation entfernt werden.
Während gewünscht wird, nicht auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu werden, glaubt man, dass die Verwendung eines Polyurethan-Dispergiermittels in einer Tintenstrahltinte die Teilchenausflockung minimiert, sogar bei den hohen Temperaturen, die mit thermischen Tintenstrahldruckprozessen verbunden sind. Man denkt, dass dies, zum Beispiel mit Bezug auf ionische Disper giergruppen, aufgrund einer molekularen Anordnung, die elektrostatische Abstoßungskräfte zwischen den stabilisierten Teilchen bereitstellt, geschieht. Man glaubt, dass diese elektrostatischen Abstoßungskräfte auf der Teilchenoberfläche durch die anhängenden Dispergiergruppen der Polyurethanmoleküle, die an dem Pigment adsorbiert sind, generiert werden. wie oben besprochen, ist eine Reduktion der Teilchenausflockung aufgrund der hohen thermischen Energie, die während des Ausspritzens generiert wird und die zu häufigen und energetischen Teilchenwechselwirkungen führt, wünschenswert. Die Reduktion von Teilchenausflockung ist ferner wünschenswert, da sie in Tinten mit erhöhter Dispersionsstabilität und Lagerbeständigkeit resultiert.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung können gegebenenfalls ein beliebiges einer Reihe von verschiedenen Additiven und Bestandteilen, die dafür bekannt sind, beim Herstellen von pigmentierten Dispersionen und insbesondere Tintenstrahltinten nützlich zu sein, umfassen. Zum Beispiel können ionische und nichtionische grenzflächenaktive Stoffe enthalten sein, um das Benetzen zu verbessern und die Oberflächenspannung des Tintensystems zu steuern. Nichtbeschränkende Beispiele für ionische grenzflächenaktive Stoffe umfassen den grenzflächenaktiven Stoff AEROSOL OT (erhältlich von American Cyanamid aus West Paterson, NJ) und die grenzflächenaktiven Stoffe DARVAN Nr. 1 und DARVAN Nr. 7 (beide von T. T. Vanderbilt Co. aus Norwalk, CT erhältlich) und den grenzflächenaktiven Stoff Fluorad^® FC-120 (erhältlich von 3M Company aus St. Paul, MN). Nichtbeschränkende Beispiele für nichtionische grenzflächenaktive Stoffe umfassen die grenzflächenaktiven Stoffe TRITON X-100, TRITON X-102, TRITON X-114, TRITON X-101, and TRITON CF-10 (alle von Union Carbide Corp. erhältlich); die grenzflächenaktiven Stoffe SURFYNOL CT-136 (der in Wirklichkeit ein Gemisch aus anionischen und nichtionischen grenzflächenaktiven Stoffen ist), SURFYNOL 104, SURFYNOL 465 und SURFYNOL TG (alle von Air Products and Chemicals aus Allentown, PA erhältlich) und die grenzflächenaktiven Stoffe Tergitol^® NP-9 und Tergitol^® NP-10 (beide von Union Carbide Chemicals and Plastics Co. aus Danbury, CT erhältlich).
Grenzflächenaktive Stoffe können in der Tinte in bekannten Mengen vorliegen, wobei bevorzugte Mengen im Bereich von 0,01 bis 6 Gewichtsprozent des flüssigen Mediums und vorzugsweise 0,05 bis 4 Gewichtsprozent liegen.
Die Fähigkeit der Tintenstrahltinten, aus einer Tintenstrahlpatrone zu drucken, nachdem die Patrone aufgemacht und der Luft ausgesetzt worden ist, wird als „Aufmachzeit" bezeichnet. Um lange Aufmachzeiten zu begünstigen, können ein oder mehrere Feuchthaltemittel in der Tinte enthalten sein. Beispiele für nützliche Feuchthaltemittel umfassen Polyethylenglycole, ethoxylierte Alkohole und andere.
Die Formel (2) stellt sulfonierte Polyethylenoxide dar, die in der vorliegenden Erfindung als Feuchthaltemittel besonders nützlich sind. Diese sind in der gleichzeitig anhängigen Vereinigte Staaten Patentanmeldung des Anmelders mit dem Aktenzeichen 08/757897, eingereicht am 27.11.1996, beschrieben. Es ist gefunden worden, dass solche Feuchthaltemittel die Aufmachzeit verlängern und die Steuerung der Trocknungsgeschwindigkeit der Tinten unterstützen. Bevorzugte Feuchthaltemittel können die folgende Struktur aufweisen, wobei „a" im Bereich von 8 bis 25 liegt.
Andere nützliche Additive, die auch die Steuerung der Trocknungsgeschwindigkeit unterstützen, umfassen Trimethylolpropan, Harnstoff und seine Derivate, Amide, Hydroxyetherderivate, wie Butylcarbitol oder Cellosolve^®, Aminoalkohole und andere wasserlösliche oder wassermischbare Materialien, sowie Gemische davon.
Andere Tintenadditive, die im Fachgebiet allgemein bekannt sind, umfassen Biozide, Fungizide, Antischaummittel, Korrosionshemmstoffe, Mittel zur Veränderung der Viskosität, pH-Puffer, Penetriermittel, Maskierungsmittel und desgleichen.
Im Allgemeinen sind die Mengen der Bestandteile, wie Pigment, Lösungsmittel, Wasser und Additive, die in den Tintenstrahlen enthalten sind, im Fachgebiet der Tintenstrahltintendispersionen bekannt und verstanden. Die Mengen der jeweiligen Bestandteile, die in einer bestimmten Tinte der Erfindung vorliegen, können von einer Reihe von Faktoren, die zum Beispiel die Identität der Bestandteile (Pigment, Lösungsmittel, Dispergiermittel), die beabsichtigte Anwendung der Tintenstrahltinte (z. B. den beabsichtigten Rezeptor), neben anderen Faktoren, umfassen, abhängen. Obwohl Mengen der Bestandteile, die außerhalb der folgenden Bereiche liegen, auch nützlich sein können, können Beispiel nützlicher Mengen wie folgt sein: Pigment kann in der Tinte z. B. in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 10 Gewichts-% der Tintenstrahltintendispersion enthalten sein. Die Menge des Polyurethan-Dispergiermittels kann eine beliebige effektive Menge sein, d. h. eine Menge, die effektiv ist, um das Pigment zu dispergieren und die Dispersion zu stabilisieren. Im Allgemeinen liegt das Polyurethan-Dispergiermittel in der Tinte in einer Menge vor, die von der Menge des Pigments abhängt, wobei die Menge des Polyurethan-Dispergiermittels im Bereich von 1 Gew.-% bis 200 Gew.-% liegt.
Die Tinten der Erfindung können aus den obigen Bestandteilen unter Verwendung von Compoundierungsprozessen, die im Allgemeinen dafür bekannt sind, beim Verarbeiten von Pigmentdispersionen nützlich zu sein, hergestellt werden. Einige Verfahren nutzen Ultraschallenergie, um Mischen und Teilchenentflockung zu erzielen, während andere Verfahren Medienmühlen, wie Kugelmühlen, Sandmühlen oder Rührwerkskugelmühlen verwenden. Medienmühlen ereichen eine akzeptable Pigmentdispersion durch Aussetzen eines Pigmentgemischs zu Hochintensitätsmikroscheren und -abrollen, welches die Agglomerationen der Pigmentteilchen aufspaltet. Homogenisatoren und Emulgatoren können auch zum Compoundieren der Tinte verwendet werden. Die herkömmlichen Zweiwalzenmühlen- und Dreiwalzenmühlen-Verarbeitungstechnologien können effektive Verfahren zum Dispergieren von Pigmentteilchen sein, wenn die Materialien zu einer hochviskosen Paste zum Verarbeiten formuliert werden können, gefolgt dann von einem Fertigmischprozess, um die endgültige Tinte zu produzieren.
In noch einem anderen Verarbeitungsverfahren kann eine Pigmentdispersion durch eine Reihe von kleinen Düsen mit Durchmessern in der Größenordnung von 150 Mikrometern bis 1.000 Mikrometern gepresst werden. Solche Systeme müssen in der Lage sein, sehr hohen Drücken bei hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten standzuhalten. Drei verschiedene Konfigurationen können für solche Systeme verwendet werden. a) eine "Keil"-Konfiguration mit Öffnungen von abnehmendem Durchmesser, b) eine „Keil"-Konfiguration, in der die Öffnungen Kavitationsverbesserungsvorrichtungen aufweisen und c) eine „Gegenstrahl"-Konfiguration, bei der der Dispersionsstrom in mindestens zwei Elemente geteilt wird, wobei jeder Strom durch eine Öffnung geleitet wird, um einen Strahl zu erzeugen, und die Strahlströme wieder kombiniert werden, indem sie aufeinander aufprallen gelassen werden. Es ist gefunden worden, dass jedes dieser Systeme befriedigende Ergebnisse liefert, wenn es pigmentierte Tinten auf Wasserbasis verarbeitet. Beispiele für diese Prozesse können in der US-Pat. Nr. 5,482,077 (Serafin u. a.), den US-Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen 08/555,671 und 08/693,552 (beide Serafin u. a.) und WO96/14925 und WO96/14941 (beide Serafin u. a.) gefunden werden.
Nachdem eine Tinte verarbeitet worden ist, kann sie unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Filters, zum Beispiel eines 5 Micrometer Whatman Polycap 36 HD Filters vom Patronentyp (erhältlich von Arbor Technology, Ann Arbor, MI) filtriert werden. Eine Pumpe, wie eine Masterflex Peristaltik-Pumpe (erhältlich von Barnant Co., Barrington, IL) kann verwendet werden, um die Tinte durch den Filter zu speisen. Eine Fließgeschwindigkeit von etwa 120 Milliliter pro Minute mit einem Gegendruck von etwa 20,7 kPa (3 psi (0,21 kg/cm² metrisch)) wird bevorzugt.
Die Tinten der Erfindung sind in Tintenstrahldruckanwendungen nützlich. Dabei fließen Tinten vorzugsweise frei durch eine Tintenstrahldruckerpatrone, einschließlich die Düse. Die Tinten weisen auch vorzugsweise eine reduzierte Neigung zur Pigmentagglomeration, reduziertes Ausscheiden des Pigments aus der Tintendispersion und reduziertes Verstopfen der Tintenstrahldruckkopfdüsen (im Gegensatz zu Tinten, die zur Verwendung in Tintenstrahlanwendungen nicht geeignet sind) auf. Obwohl Werte außerhalb der folgenden Bereiche nützlich sein können, können die Tintenstrahltinten im Allgemeinen eine Viskosität im Bereich von 1 bis 20 mPa·s (Centipoise), vorzugsweise 1 bis 10 mPa·s (Centipoise), und eine Oberflächenspannung im Bereich von 20 bis 70 mN/m (Dyn pro Zentimeter), vorzugsweise 25 bis 60 mN/m (Dyn pro Zentimeter), aufweisen.
Spezielle nichtbeschränkende Ausführungsformen der Erfindung erscheinen in den folgenden Beispielen.
BEISPIELE
I. MATERIALHERSTELLUNG
(Die Urethanpolymere der Herstellung 1, 2 und 5 fallen nicht in den Rahmen der Ansprüche.)
Herstellung 1 – Carboxylgruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 5-Liter-Kolben wurden Dimethylolpropionsäure (7,537 Äquivalente, 505,0 g), 2-Butanon (2.100 g), Diphenylmethandiisocyanat (MDI, 7,160 Äquivalente, 895,0 g) und Dibutylzinndilaurat (0,25 g) gegeben. Das Gemisch wurde unter Rühren für 4 Stunden bei 80°C erwärmt, bis bei Analyse durch Infrarot- (IR) Spekroskopie kein Isocyanat vorlag.
50 g dieser Lösung wurden in einen 500-ml-Kolben eingetragen, gefolgt von Triethanolamin (8 g, 0,055 Äquivalente) und Wasser (72 g). Das Lösungsmittel wurde destilliert, um 93 g eines wässrigen Urethans bei 28,1% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 2 – Carboxylgruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 500-ml-Kolben wurden Glycerinmonooleat (0,065 Äquivalente, 23,2 g, erhältlich von Pfaltz & Bauer, Inc., Waterbury, CT), Oleylalkohol (0,026 Äquivalente, 6,9 g) und 2-Butanon (175 g) eingetragen. Ein Teil (100 g) des 2-Butanons wurde destilliert, um das Reaktionsgemisch zu trocknen. Isophorondiisocyanat (IPDI, 0,310 Äquivalente, 34,5 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) wurden zu der Reaktion zugegeben, die dann auf 80°C erwärmt und bei dieser Temperatur für 4 Stunden gehalten wurde. Die Reaktion wurde durch IR-Spektroskopie, die keine verbleibende Hydroxyl-Extinktion zeigte, als beendet eingeschätzt. Dimethylolpropionsäure (0,155 Äquivalente, 10,4 g) wurde zugegeben und die Reaktion auf 80°C erwärmt, bis bei Analyse durch IR kein Isocyanat vorlag.
Zu 7.5 g dieser Lösung wurde Triethanolamin (5,5 g), gefolgt von 165 g Wasser und 2 Tropfen Tergitol^® 15-S–5, erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury, CT, zugegeben. Das 2-Butanon wurde abdestilliert, was eine wässrige Urethandispersion hinterlies, die bestimmt wurde, 19% an Feststoffen zu enthalten.
Herstellung 3 – Carboxyl- und fluorhaltige Gruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 1-Liter-Dreihalsrundkolben wurden Neopentylglycol (0,249 Äquivalente, 13,0 g), N,N-Bis(2-hydroxyethyl)perfluoroctansulfonamid (0,088 Äquivalente, 25,7 g, beschrieben in US-Patentschrift 4,540,765, Verbindung B), Dimethylolpropionsäure (0,565 Äquivalente, 37,9 g), 2-Butanon (341 g), Diphenylmethandiisocyanat (0,857 Äquivalente, 107,2 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) eingetragen. Die Reaktion wurde für ungefähr 6 Stunden bei 75°C erwärmt, wonach kein rückständiges Isocyanat durch IR-Spektroskopie beobachtet wurde. Das Urethanlösungsprodukt enthielt 38,4% an Feststoffen.
In einen 250-ml-Kolben wurden ein Teil dieser Urethanlösung (50 g, 0,027 Äquivalente), 5%-ige wässrige KOH-Lösung (38,0 g, 0,034 Äquivalente) und Wasser (62 g) gegeben. Das Lösungsmittel 2-Butanon wurde destilliert, um 122,5 g des Produkts bei 15,1% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 4 – Carboxyl- und fluorhaltige Gruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 3-Liter-Kolben wurden fluorhaltiger Alkohol der Handelsmarke FC-10 FLUORAD^TM (0,204 Äquivalente, 112,0 g, erhältlich von 3M Company, St. Paul), Neopentylglycol (0,877 Äquivalente, 45,6 g), Trimethylolpropan (0,224 Äquivalente, 10,1 g) und 2-Butanon (1.928 g) eingetragen. Die Polyole wurden durch Destillieren von 772 g 2-Butanon getrocknet. Diphenylmethandiisocyanat (0,3681 Äquivalente, 460,1 g), Dibutylzinndilaurat (0,02 Gewichts-%) und 2-Butanon (66,24 g) wurden zu der Reaktion zugegeben, die dann bei 80°C erwärmt wurde. Die Vorpolymer-Reaktion wurde durch IR-Spektroskopie nach 1¼ Stunde als beendet eingeschätzt. Dimethylolpropionsäure (2,570 Äquivalente, 172,2 g) wurde zugegeben und das Erwärmen fortgesetzt, bis kein Isocyanat bei Analyse durch IR-Spektroskopie vorlag. Es wurde bestimmt, dass das Urethanlösungsprodukt 46,6% an Feststoffen enthielt.
In einen 5-Liter-Kolben wurden ein Teil dieser Urethanlösung (408,2 g, 0,305 Äquivalente), 5%-ige wässrige KOH-Lösung (308,8 g, 0,274 Äquivalente) und Wasser (452 g) gegeben. Das Lösungsmittel 2-Butanon wurde von dem Reaktionsgemisch durch Erwärmen destilliert, um 952,4 g des wässrigen Urethanprodukts bei 18,4% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 5 – Carboxylgruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 500-ml-Dreihalsrundkolben wurden Dimethylolpropionsäure (0,668 Äquivalente, 44,8 g), 2-Butanon (150 g), Toluen-2,4-diisocyanat (TDI, 0,635 Äquivalente, 55,2 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) eingetragen. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur gerade unter Rückfluss erwärmt, bis kein Isocyanat bei Analyse durch IR-Spektroskopie vorlag, was ungefähr 18 Stunden erforderte. Das Urethanlösungsprodukt enthielt 40% an Feststoffen.
Zu 100 g dieser Urethanlösung wurden Triethanolamin (20 g, 0,134 Äquivalente) und 250 g Wasser zugegeben. Das Lösungsmittel 2-Butanon wurde von dem Gemisch destilliert, was ein wässriges Urethan mit 28% an Feststoffen hinterließ.
Herstellung 6 – Carboxyl- und fluorhaltige Gruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 500-ml-Kolben wurden fluorhaltiger Alkohol der Handelsmarke FC-10 FLUORAD^TM (0,034 Äquivalente, 19,5 g), Trimethylolpropan (0,024 Äquivalente, 1,08 g), 2-Butanon (209 g), Toluen-2,4-diisocyanat (0,796 Äquivalente, 69,27 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) eingetragen. Nach Erwärmen bei 80°C für 1 Stunde wurde die Reaktion durch IR als beendet eingeschätzt. Dimethylolpropionsäure (0,738 Äquivalente, 49,45 g) wurde zugegeben und die Reaktion für 18 Stunden bei 74°C gerührt, wonach durch IR kein Isocyanat nachgewiesen wurde.
Ein Teil dieses Produkts (92,1 g) wurde in einen 1-Liter-Kolben eingetragen, gefolgt von Triethanolamin (17,4 g, 0,117 Äquivalente) und Wasser (142,6g). Das Lösungsmittel 2-Butanon wurde destilliert, um 232,22 g des wässrigen Produkts bei 23,7% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 7 – Methylmethacrylat/Methacrylsäure-Makromonomer-Diol
In einen 1-Liter-Kolben wurden Methylmethacrylat (80 g), Methacrylsäure (120 g), Mercaptopropandiol (5 g), VAZO-64 (0,4 g, erhältlich von DuPont, Wilmington, DE) und Tetrahydrofuran (300 g) eingetragen. Nach Spülen mit Stickstoff wurde die Reaktion für 1,5 Stunden auf 55°C erwärmt. Es wurde auf 30°C gekühlt und mehr VAZO-64 (0,4 g) zugegeben, mit Stickstoff gespült und bei 55°C für 24 Stunden erwärmt.
Herstellung 8 – Carboxylat, Makromonomer und fluorhaltige Gruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 500-ml-Kolben wurden fluorhaltiger Alkohol der Handelsmarke FC-10 FLUORAD^TM (0,0245 Äquivalente, 14,0 g), Dimethylolpropionsäure (0,301 Äquivalente, 20,2 g), Tetrahydrofuran (243 g), Toluen-2,4-diisocyanat (0,337 Äquivalente, 29,3 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) eingetragen. Die Reaktion wurde für ½ Stunde bei 65°C erwärmt. Makromonomer-Diol von Herstellung 7 (25 g, 0,0166 Äquivalente) und Tetrahydrofuran (110 g) wurden zugegeben und die Reaktion für 6 Stunden bei 65°C gehalten.
125 g dieser Lösung wurden zu einer Lösung aus 6,5 g Natriumhydroxid in 200 g Wasser unter Rühren zugegeben. Das Lösungsmittel wurde abdestilliert, was ein Urethandispersionsprodukt mit 15% an Feststoffen hinterließ.
Herstellung 9 – Phosphatgruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 250-ml-Kolben wurden eine Toluenlösung mit 75% an Feststoffen von monophosphoryliertem Polypropylenoxidtriol mit einem Molekulargewicht von 1.100 (beschrieben in US-Pat. Nr. 4,889,895) (0,038 Hydroxyläquivalente, 15,77 g Feststoffe, 20,5 g Lösung) und 2-Butanon (87,4 g) eingetragen. Das Gemisch wurde durch Destillieren von 34,5 g 2-Butanon getrocknet und dann gekühlt. Diphenylmethandiisocyanat (0,034 Äquivalente, 4,23 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) wurden zugegeben und die Reaktion für 3 Stunden bei 79°C erwärmt. Die Reaktion wurde als beendet eingeschätzt, wenn kein Isocyanat bei Analyse durch IR-Spektroskopie vorlag. Es wurde bestimmt, dass das Urethanlösungsprodukt 23,0% an Feststoffen enthielt.
Ein Teil der Urethanlösung (35 g) wurde in einen 500-ml-Kolben gegeben, gefolgt von Natriumhydroxidlösug (0,48 g, 0,0125 Äquivalente) und Wasser (31 g). Das Lösungsmittel 2-Butanon wurde unter Verwendung eines Büchi ROTAVAPOR^® Modell RE-111 (erhältlich von Büchi Laboratoriums-Technik AG Postfach CH-9230 Flawil/Schweiz) mit einem Wasserbad mit einer Temperatur von 35°C destilliert, um 38 g einer Urethandispersion bei 20,0% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 10 – Quaternäre Ammoniumgruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 250-ml-Kolben wurden Bis(2-hydroxyethyl)dimethylammoniumchlorid, erhältlich von Kodak, Rochester, NY, (0,1065 Äquivalente, 9,0 g) und Dimethylformamid (53,9 g) eingetragen. Das Diol wurde durch Destillieren von 28 g Lösungsmittel getrocknet. Isophorondiisocyanat (0,1012 Äquivalente, 11,2 g) und Dibutylzinndilaurat (0,2 g) wurden zu der Reaktion zugegeben. Die Reaktion wurde für 3 Stunden bei 80°C erwärmt, wonach gemäß IR-Spektroskopie kein Isocyanat vorlag. Das resultierende Polymer wurde in Aceton (500 g) ausgefällt und auf einem Büchner-Trichter filtriert. Das Polymer wurde in Wasser auf 14,1% an Feststoffen verdünnt.
Herstellung 11 – Natriumsulfonatgruppen enthaltendes Polyol
In einen Reaktionsapparat, der mit einem mechanischen Rührer, Stickstoffspülung und Destillationsapparat ausgestattet war, wurden Dimethyl-5-sulfoisophthalat Mononatriumsalz (6,0 kg, 40,51 Äquivalente), erhältlich von DuPont Chemicals; Wilmington, Delaware, und Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 600 (48,5 kg, 161,67 Äquivalente), erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury, Connecticut, eingetragen. Der Reaktionsapparat wurde auf 175°C erwärmt und ein Vakkum wurde an den Reaktionsapparat angelegt. Nach 1,5 Stunden wurde das Vakuum mit Stickstoff gebrochen. Zinkacetat (80,0 g) wurde zugegeben und das Gemisch auf 221°C erwärmt und für 3 Stunden bei Destillieren von Methanol bei dieser Temperatur gehalten. Die Temperatur wurde dann auf 175°C reduziert und für eine Stunde ein Vakuum an das Reaktionsgemisch angelegt. Der Inhalt wurde anschließend unter Stickstoff auf 93°C gekühlt und abgelassen, um ein klares, farbloses flüssiges Polyol zu ergeben. Es wurde gefunden, dass das OH-Äquivalentgewicht dieses Polyols 433 g/mol OH beträgt.
Das theoretische Sulfonat-Äquivalentgewicht des Polyolgemischs beträgt 2.570 g Polymer/mol Sulfonat.
Herstellung 12 – Natriumsulfonatgruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 500-ml-Kolben wurden das Polyol von Herstellung 11 (0,1314 Äquivalente, 55,9 g), Poly(ethylenglycol)methylether mit einem Molekulargewicht von 750 (0,0146 Äquivalente, 11 g), erhältlich von Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, WI, Glycerylmonostearat, erhältlich von Pfaltz & Bauer, Inc., Waterbury, CT, (0,0584 Äquivalente, 10,5 g) und 2-Butanon (253,1 g) eingetragen. Die Polyole wurden durch Destillieren von 137,8 g 2-Butanon getrocknet. Isophorondiisocyanat (0,2045 Äquivalentes, 22,7 g), Dibutylzinndilaurat (0,2 g) und 2-Butanon (33,5 g) wurden zu der Reaktion zugegeben, die dann für 32 Stunden bei 78°C erwärmt wurde. IR-Spektroskopie zeigte, dass das gesamte Isocyanat verbraucht worden war. Es wurde bestimmt, dass das Urethanlösungsprodukt 42,3% an Feststoffen enthielt.
In einen 500-ml-Kolben wurden ein Teil dieser Urethanlösung (47,27 g) und Wasser (80 g) eingetragen. Das Lösungsmittel 2-Butanon wurde abdestilliert, um 100,29 g des wässrigen Produkts bei 20,1% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 13 – Butylmethacrylat-Makromonomer-Diol
In eine bernsteinfarbene Quartflasche wurden n-Butylmethacrylat (200 g), Mercaptopropandiol (3 g), VAZO-64 (3 g) und Tetrahydrofuran (300 g) gegeben. Stickstoff wurde für 4 Minuten durch die Lösung hindurchperlen gelassen und ein mit Teflon ausgefütterter Deckel auf die Flasche geschraubt. Die Flasche wurde für 48 Stunden unter Rühren in ein Wasserbad bei 65°C gestellt.
Herstellung 14 – Sulfonat, Makromonomer und fluorhaltige Gruppen enthaltendes Urethanpolymer
In einen 500-ml-Kolben wurden das Polyol der Herstellung 11 (0,141 Äquivalente, 59,7 g), Butylmethacrylat-Makromonomer von Herstellung 13 (0,006 Äquivalente, , 50,8 g bezogen auf Feststoffe), Oleylalkohol (0,011 Äquivalente, 3,0 g) und 2-Butanon (237,8 g) eingetragen. Das Gemisch wurde durch Destillieren von 177,9 g Lösungsmittel getrocknet und dann gekühlt. Isophorondiisocyanat (0,156 Äquivalente, 17,3 g), Dibutylzinndilaurat (0,2 g) und 2-Butanon (89,1 g) wurden zu der Reaktion zugegeben, die bei 79°C erwärmt wurde, bis gemäß IR-Spektroskopie kein Isocyanat vorlag. (18 Stunden). Das Urethanlösungsprodukt enthielt 39,7% an Feststoffen.
Ein Teil der Urethanlösung (50,4 g) und Wasser (80,35 g) wurden in einen 500-ml-Kolben eingetragen. Das Lösungsmittel wurde unter Verwendung eines Büchi ROTAVAPOR^® Modell RE-111 mit einem Wasserbad mit einer Temperatur von 35°C destilliert, um ein Probengewicht von 98,0 g bei 18,9% an Feststoffen zu erzeugen.
Herstellung 15 – Natriumsulfonatgruppen enthaltendes Polyol
In einen 1-Gallonen-Druckkessel, der mit Stickstoffspülung, mechanischer Rührung, Destillationsgeräten und Vakuumfähigkeit ausgerüstet war, wurden Dimethyl-5-sulfoisophthalat-Mononatriumsalz (692,5 g, 4,67 Äquivalente) und Carbowax^TM 600 (2.807,5 g, 9,358 Äquivalente), erhältlich von Union Carbide Chemical and Plastics Company, Inc., Danbury, CT, eingetragen. Das gerührte Gemisch wurde für 90 Minuten bei 175°C unter einem Teilvakuum von 1,5 Torr erwärmt. Atmosphärischer Druck wurde mit einer Stickstoffspülung wiederhergestellt und die Temperatur auf 220°C erhöht. Zinkacetat (3,1 g), erhältlich von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, WI, gelöst in 20 g Methanol, wurde zugegeben. Nach 2 Stunden wurde die Temperatur auf 175°C reduziert und der Druck auf 2,0 Torr gesenkt. Nach weiteren zwei Stunden wurde der atmosphärische Druck mit einer Stickstoffspülung wiederhergestellt. Die klare, farblose Charge wurde auf 140°C gekühlt und als eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität abgelassen. Theoretisches Molekulargewicht: 1.432; theoretisches Sulfonat-Äquivalentgewicht: 1.432 g Polymer/mol Sulfonat.
Herstellung 16 – Sulfonat enthaltendes Polyurethan
Herstellung 15 (177,0 g, 0,248 Äquivalente) wurde mit Octadecylisocyanat (73,0 g, 0,247 Äquivalente), erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI, in einem 500-ml-Dreihalskolben, ausgestattet mit mechanischer Rührung, Thermometer und Stickstoffspülung, gemischt. Das Gemisch wurde unter Rühren auf 70°C erwärmt. Dibutylzinndilaurat (0,08 g) wurde zugegeben; eine exotherme Reaktion, die zu einer Temperatur der Charge von 85°C führte, wurde beobachtet und dauerte ungefähr 30 Minuten an. Die Temperatur der Charge wurde für weitere 5 Stunden bei 70°C gehalten. Die Charge wurde als eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität abgelassen, die sich beim Abkühlen zu einem wachsartigen Feststoff verfestigte. Theoretisches Molekulargewicht: 2.023 g/mol. Theoretisches Sulfonat-Äquivalentgewicht: 2.023 g Polymer/mol Sulfonat.
Herstellung 17 – Natriumsulfonatgruppen enthaltendes Polyol
Herstellung 17 wurde nach dem Verfahren, das für die Herstellung 15 verwendet wurde, unter Verwendung der folgenden Reaktionseintragungen hergestellt: Dimethyl-5-sulfoisophthalat-Mononatriumsalz (945,3 g, 6,38 Äquivalente) und Carbowax^TM 400 (2.554,7 g, 12,77 Äquivalente), erhältlich von Union Carbide Chemical and Plastics Company, Inc., Danbury, CT, und Zinkacetat (4,3 g), gelöst in 25 g Methanol. Die klare, farblose Charge wurde auf 140°C gekühlt und als eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität abgelassen. Theoretisches Molekulargewicht: 1.032; theoretisches Sulfonat-Äquivalentgewicht: 1.032 g Polymer/mol Sulfonat.
II. Dispersionsherstellung (Beispiele 1–31 und Vergleichsbeispiele 1–4)
Tintenstrahltintendispersionen wurden unter Verwendung der oben beschriebenen wässrigen Dispergiermittelmaterialien hergestellt. Diese Materialien wurden mit Pigmenten, Feuchthaltemitteln, grenzflächenaktiven Stoffen und Wasser unter Verwendung der in TABELLE 1 zusammengefassten Eintragungen kombiniert. Die Gemische wurden nach den aufgeführten Mahlverfahren, die in TABELLE 1 gekennzeichnet und nachstehend beschrieben sind, gemahlen.
Bei den verwendeten grenzflächenaktiven Stoffen handelte es sich um TRITON X-100, erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury, CT; FC-120 "FLUGRAD^®" fluorhaltiger grenzflächenaktiver Stoff FC-120, erhältlich von 3M Company, St. Paul, MN, und SURFYNOL 465, erhältlich von Air Products and Chemicals Inc., Allentown, PA.
MAHLVERFAHREN VON TABELLE 1
Verfahren A
In eine 5 ½-Unzen (0,16 l)-Edelstahlmühle wurden 100 g Edelstahlmahlmittel (3 mm), Pigment, Dispergiermittel und Wasser eingetragen. Es wurde für 1 Stunde in einem Farbenmischer von Red Devil gemahlen, für 10 Minuten stehen gelassen und eine weitere Stunde gemahlen. Grenzflächenaktiver Stoff, Trimethylolpropan (TMP) und Diethylenglycol (DEG) wurden zugegeben. Es wurde eine weitere Stunde gemahlen. Die Mahlmittel wurden von der Tinte durch Filtration mit Hilfe eines Seihtuchs getrennt.
Verfahren B
In eine 5 ½-Unzen (0,16 l)-Edelstahlmühle wurden 100 g Edelstahlmahlmittel (3 mm), Pigment, Dispergiermittel, grenzflächenaktiver Stoff und Wasser eingetragen. Es wurde für 1 Stunde in einem Farbenmischer von Red Devil gemahlen, für 15 Minuten stehen gelassen und dieses einmal wiederholt. TMP und DEG wurden zugegeben und noch eine Stunde gemahlen. Die Mahlmittel wurden von der Tinte durch Filtration getrennt.
Verfahren C
In eine 5 ½-Unzen (0,16 l)-Edelstahlmühle wurden 100 g Edelstahlmahlmittel (3 mm), Pigment, Dispergiermittel, Herstellung 11, Wasser und 2 Tropfen Triethanolamin eingetragen. Es wurde für 45 Minuten in einem Farbenmischer von Red Devil gemahlen, für 15 Minuten stehen gelassen und für weitere 45 Minuten gemahlen. Die verbleibenden Tintenkomponenten (grenzflächenaktiver Stoff, TMP und DEG) wurden zugegeben und für 45 Minuten gemahlen. Die Mahlmittel wurden von der Tinte durch Filtration getrennt.
Verfahren D
In eine 5 ½-Unzen (0,16 l)-Edelstahlmühle wurden 100 g Edelstahlmahlmittel (3 mm), Pigment, Dispergiermittel, Herstellung 11, TMP, Ethylenglycol oder DEG und Wasser eingetragen. Es wurde für 1 Stunde in einem Farbenmischer von Red Devil gemahlen, für 15 Minuten stehen gelassen und dieses zweimal wiederholt. Die Mahlmittel wurden von der Tinte durch Filtration getrennt.
Verfahren E
Pigment, Dispergiermittel, DEG und Wasser wurden in ein 9-Dram-Glasfläschchen, das bis zur Hälfte mit Keramikmahlmitteln (0,3 – 0,6 mm) gefüllt war, eingetragen. Es wurde verschlossen und über das Wochenende auf ein Walzwerk bei ~60 U/min gelegt.
Verfahren F
In eine 5 ½-Unzen (0,16 l)-Edelstahlmühle wurden zugleich 100 g Edelstahlmahlmittel (3 mm), Pigment, Dispergiermittel, grenzflächenaktiver Stoff, TMP, DEG und Wasser eingetragen. Es wurde für 1 Stunde in einem Farbenmischer von Red Devil gemahlen, für 15 Minuten stehen gelassen und dieses zweimal wiederholt, wobei die Gesamtzeit bei 3 Stunden lag. Die Mahlmittel wurden von der Tinte durch Filtration getrennt.
Verfahren G
In ein 4-Unzen- (0,12 l) Glasgefäß wurden Dispergiermittel, grenzflächenaktiver Stoff, Wasser und Ethylenglycol eingetragen. Es wurde gemischt und dann Pigment zugegeben. Das Mischen erfolgte behutsam, um Schaumbildung zu vermeiden. Der pH-Wert wurde mit 1 N NaOH auf 8,5 eingestellt. Dispergiert wurde unter Verwendung eines Ultraschallmischers (Misonix Modell XL2020 Sonicator, erhältlich von Misonix Inc., Farmingdale, NY) für 4 Minuten bei 176 Watt. Es wurde unter Verwendung einer Sorvall GLC-2B Laborzentrifuge bei 2.800 U/min für 30 Minuten zentrifugiert, um große Teilchen zu entfernen.
Verfahren H
Genau wie Verfahren G, es wurde jedoch Filterkuchen-Pigment verwendet und nach der Pigmentzugabe auf einem Walzenmischer gerollt, bis alle Filterkuchenklumpen verschwanden. Nach der Beschallung wurde nicht zentrifugiert.
Verfahren I
Dispergiermittel (10 g) wurde in entionisiertem Wasser (75 g) gelöst und in einen Silverson^®-Hochgeschwindigkeitshomogenisator (Silverson Machine Inc., East Longmeadows, MA) eingetragen. Dieses Konzentrat wurde durch einen 30-Mikrometer-Teflon^®-Membranfilter filtriert und in einen M-110F MICROFLUIDIZER (erhältlich von MicroFluidics Inc., aus Newton, MA), ausgestattet, um durch einen Wärmeaustauscher im Kreislauf zurückzuführen, eingetragen. Das Konzentrat wurde kontinuierlich für 60 Minuten bei einem Druck von 65,5 MPa (9.500 psi) bei einer Temperatur von 60–70°C verarbeitet.
Ein anderes Gemisch aus Dispergiermittel (3,3 g), Wasser (25 g) und Feuchthaltemittel (40 g) wurde zu dem Konzentrat zugegeben. Das Konzentrat wurde in dem M-110F für weitere 30 Minuten bei einem Druck von 65,5 MPa (9.500 psi), gefolgt von 5 Minuten bei 124,1 MPa (18.000 psi) verarbeitet. Das Endkonzentrat wurde abgelassen und durch einen 1-Mikrometer-Teflon^®-Membranfilter filtriert, um eine Dispersion, die 13,4% an Feststoffen enthielt, zu ergeben. Das Tintenkonzentrat wurde auf 3% an Feststoffen (bezogen auf Pigment plus Dispergiermittel) mit entionisiertem Wasser unter Verwendung von moderater Homogenisierung mit einem Silverson^®-Homogenisiermischer verdünnt und grenzflächenaktiver Stoff zugegeben.
Die in Tabelle 1 beschriebenen Tintenstrahltinten wurden anschließend nach Druckeignung und Stabilität bewertet. Diese Tinten wurden durch Einfüllen der Tinte in Hewlett Packard HP51626A Patronen nach Evakuieren der Kammer mittels einer Spritze bewertet. Diese Patronen wurden dann in einen HP Deskjet 500^® Drucker eingebaut und der Druck geprüft. Patronen, die das Beispiel 31 enthielten, wurden zum Druckprüfen in einen HP Deskjet 600^® Drucker eingebaut.
Die Stabilität wurde bei Raumtemperatur und bei einer erhöhten Temperatur (65°C) bestimmt. Proben der Tintenstrahltintendispersionen von aliquoten Teilen von 1 Milliliter wurden in 2-Dram-Fläschchen eingetragen, verschlossen und für eine Woche in einen Umluftofen mit einer Temperatur von 65°C gestellt. Langzeitstabilität, wie in Tabelle 2 definiert, wurde bei Raumtemperatur bestimmt . Es wurde bestimmt , dass die Proben stabil sind, wenn es keinen Hinweis auf Ausflockung, Gelbildung oder Phasentrennung gab. Die Ergebnisse dieser Bewertungen sind in Tabelle 2 beschrieben.
TABELLE 2

Claims

Pigmentierte Tinte, umfassend ein flüssiges Medium und ein Pigment, wobei das Pigment in dem flüssigen Medium dispergiert und durch ein Polyurethan-Dispergiermittel in dem flüssigen Medium stabilisiert ist, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel eine Polyurethan-Hauptkette, die eine anhängende Dispergiergruppe umfasst, wobei die Dispergiergruppe ausgewählt ist aus einem Carboxylat in Kombination mit einem fluorierten Rest, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gewichtsprozent des Pigments vorliegt und die Tinte zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist, mit der Maßgabe, dass die Tinte keine Zusammensetzung aus a) 0,1 bis 70 Gew.-% eines Pigments, b) 10 bis 99 Gew.-% Wasser, jeweils auf die Zusammensetzung bezogen, c) 0,1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Pigment der Komponente a), eines wasserlöslichen hydrophilen Polyisocyanat-Additionsproduktes mit Polyetherketten, das einen maximalen Gehalt an Isocyanatgruppen von 1 Gew.-% und einen Gehalt an Ethylenoxideinheiten (MW = 44 g/mol), gebildet durch den monofunktionellen Alkohol B) innerhalb der Polyetherketten, von 30 bis 95 Gew.-% und einen Gehalt an ionischen Gruppen von 0 bis 200 Milliäquivalenten/100 g Polyisocyanat-Additionsprodukt aufweist, wobei das Polyisocyanat-Additionsprodukt gebildet wird durch Umsetzen von A) einer Polyisocyanatkomponente mit einer NCO-Funktionalität von 1,7 bis 6 und einem NCO-Gehalt von 5 bis 65 Gew.-%; mit mindestens einer der folgenden Komponenten: B) 5 bis 100 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Alkoholkomponente, die aus mindestens einem einwertigen Polyetheralkohol mit einem Molekulargewicht im Bereich von 150 bis 10.000 g/mol und einem Gehalt an Ethylenoxideinheiten von 40 bis 99,5 Gew.-%, der durch Alkoxylierung eines einwertigen Ausgangsmoleküls hergestellt worden ist, besteht; C) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Komponente, die aus mindestens einer einwertigen Verbindung mit einer Gruppe, die mit Isocyanat reaktiv ist, und mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 5.000 g/mol, besteht, die von den Alkoholen der Komponente B) verschieden ist; D) 0 bis 50 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer Aminokomponente, die aus mindestens einem tertiären Amin mit einem Molekulargewicht im Bereich von 88 bis 250 g/mol besteht und die eine Gruppe, die mit den Isocyanatgruppen im Sinne einer NCO-Additionsreaktion reaktiv ist, aufweist und E) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), von mindestens zweiwertigen Aufbaukomponenten im Sinne der NCO-Additionsreaktion mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 3.000 g/mol; durch Beibehalten einer NCO-Charakteristik von 100 bis 600 durch Bilden eines Urethans und gegebenenfalls einer Harnstoffbindung, wobei gegebenenfalls in dem Überschuss vorliegende NCO-Gruppen durch gleichzeitige oder nachfolgende sekundäre Reaktionen bis zu einem Restgehalt von maximal 1,0 Gew.-% weiter umgesetzt werden, enthält.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel, mit den Urethanbindungen als X dargestellt, der Formel: R2'-(X-R2)_n-XR2' entspricht, wobei n Null oder größer sein kann, R2 jeweils unabhängig eine mehrwertige organische Gruppe, umfassend eine substituierte oder unsubstituierte, geradlinige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Aryl- oder aliphatische Gruppe, die unabhängig und gegebenenfalls mit Halogen substituiert ist und gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige chemische Einheiten enthält, umfassen kann und R2' jeweils unabhängig eine einwertige organische Gruppe, umfassend eine substituierte oder unsubstituierte, geradlinige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Aryl- oder aliphatische Gruppe, die unabhängig und gegebenenfalls mit Halogen substituiert ist und gegebenenfalls eine oder mehrere heteroatomhaltige chemische Einheiten enthält, umfassen kann, wobei eine oder mehrere der Gruppen R2 oder R2' eine ionische Gruppe, ausgewählt aus einem Carboxylat in Kombination mit einer fluorierten Gruppe, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst.
Tinte nach Anspruch 2, wobei eine oder mehrere der Gruppen R2 oder R2' ein nichtionisches hydrophiles Segment umfasst.
Tinte nach Anspruch 3, wobei das nichtionische hydrophile Segment ein Polyoxyalkylenoxid-Segment umfasst.
Tinte nach Anspruch 3, wobei das nichtionische hydrophile Segment der allgemeinen Formel: -((CH₂)_n-O)_m- entspricht, wobei n 2 bis 4 und m 5 bis 400 ist.
Tinte nach Anspruch 4, wobei eine oder mehrere der Gruppen R2 oder R2' eine anhängende fluorierte Gruppe umfasst.
Tinte nach Anspruch 6, wobei die anhängende fluorierte Gruppe eine fluorierte aliphatische Gruppe, die gegebenenfalls einen oder mehrere von zweiwertigem Sauerstoff, Carbonylsauerstoff, dreiwertigem Stickstoff oder zweiwertigem Schwefel enthält, umfasst.
Tinte nach Anspruch 6, wobei die anhängende fluorierte Gruppe eine nichtfluorierte Gruppe, die die fluorierte Gruppe an die Polyurethan-Hauptkette bindet, umfasst: -R3-R_f, wobei -R3- eine nichtfluorierte Verbindungsgruppe und Rf eine Fluoralkylgruppe umfasst.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel ein Zahlenmittel des Molekulargewichts im Bereich von 1.000 bis 100.000 aufweist.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel ein Dispergiergruppen-Äquivalentgewicht im Bereich von 150 bis 5.000 aufweist.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel monomere Einheiten, abgeleitet von Monomeren, umfassend ein Isocyanat und einen Alkohol, umfasst.
Tinte nach Anspruch 11, wobei das Isocyanat ein oder mehrere Isocyanate, ausgewählt aus einem Alkylisocyanat, einem Arylisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Toluol-diisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Tetramethylxylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, hydriertem Diphenylmethandiisocyanat, sulfoniertem Toluoldiisocyanat, sulfoniertem Diphenylmethandiisocyanat und Gemischen davon, umfasst.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol ausgewählt ist aus Ethylenglykol; Propylenglykol; 1,3-Propandiol; 1,4-Butandiol; 1,5-Pentandiol; 1,6-Hexandiol; 1,2-Hexadecandiol; 1,2-Dodecandiol; Glycerinmonoestern oder -diestern von Fettsäuren; Neopentylglykol; Diethylenglykol; Dipropylenglykol; 2,2,4-Trimethyl-l,3-pentandiol; 1,4-Cyclohexandimethanol; Ethylenoxid- und/oder Propylenoxidaddukten von Bisphenol A; Ethylenoxid- und/oder Propylenoxidaddukt von hydriertem Bisphenol A, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, einem Polyesterdiol, einem Polyetherdiol, einem Polycarbonatdiol, einem Polypropylenoxid, einem Polytetramethylenoxid, einem Polycaprolactondiol, einem aliphatischen Polycarbonatdiol und Gemischen davon.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol eine anhängende Dispergiergruppe, ausgewählt aus einem Carboxylat, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst.
Tinte nach Anspruch 14, wobei der Alkohol einen Carbonsäurealkohol der allgemeinen Formel:
umfasst, wobei mindestens eine der Gruppen R6, R7 oder R8 unabhängig für eine hydroxyfunktionelle organische Gruppe steht und M für ein einwertiges Metallion, Ammoniumsalz NR4⁺ oder H⁺ steht.
Tinte nach Anspruch 15, wobei der Alkohol Dimethylolpropionsäure umfasst.
Tinte nach Anspruch 14, wobei der Alkohol eine Verbindung der allgemeinen Formel:
umfasst, wobei R9 eine lineare oder verzweigte aliphatische Gruppe umfasst, R10 eine Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe umfasst und M ein Kation umfasst.
Tinte nach Anspruch 14, wobei der Alkohol eine Verbindung der allgemeinen Formel:
umfasst, wobei R11 und R12 unabhängig hydroxyfunktionelle organische Gruppen umfassen, R13 und R14 unabhängig Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppen umfassen und Y für ein einwertiges Anion steht.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol einen fluoraliphatischen Alkohol umfasst.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol ein Fluoralkylsulfonamid umfasst.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol die allgemeine Struktur: C_nF_(2n+1)SO₂N(R4)(R5) aufweist, wobei n im Bereich von 1 bis 18 liegt und eine oder beide der Gruppen R4 und R5 einen Alkohol umfasst.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol die allgemeine Struktur: C_nF_(2n+1)(CH₂)_mCH₂OH aufweist, wobei n und m unabhängig im Bereich von 1 bis 18 liegen.
Tinte nach Anspruch 11, wobei der Alkohol ausgewählt ist aus C₈F₁₇SO₂N(C₂H₄OH)(CH₂CH₃), C₈F₁₈SO₂N(C₂H₄OH)₂, C₆F₁₃CH₂CH₂OH, C₈F₁₇CH₂CH₂OH, C₁₀F₂₁CH₂CH₂OH und Gemischen davon.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das flüssige Medium im Wesentlichen frei von organischem Lösungsmittel ist.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das flüssige Medium 75 bis 100 Gew.-% Wasser umfasst.
Tinte nach Anspruch 1, wobei das flüssige Medium im Wesentlichen aus Wasser besteht.
Tintenabgabesystem, umfassend eine Tintenstrahlpatrone und Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 26.
Verfahren zum Stabilisieren einer Tinte, die zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist, wobei die Tinte ein flüssiges Medium und ein Pigment umfasst und das Verfahren den Schritt des Zugebens einer effektiven Menge eines Polyurethan-Dispergiermittels umfasst, wobei das Polyurethan-Dispergiermittel eine Polyurethan-Hauptkette, die eine anhängende Dispergiergruppe umfasst, wobei die Dispergiergruppe ausgewählt ist aus einem Carboxylat in Kombination mit einer fluorierten Gruppe, einem Phosphat, einem Phosphonat, einem Sulfonat, einem quaternären Ammonium und Gemischen davon, umfasst und das Polyurethan-Dispergiermittel in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gewichtsprozent des Pigments vorliegt, mit der Maßgabe, dass die Tinte keine Zusammensetzung aus a) 0,1 bis 70 Gew.-% eines Pigments, b) 10 bis 99 Gew.-% Wasser, jeweils auf die Zusammensetzung bezogen, c) 0,1 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Pigment der Komponente a), eines wasserlöslichen hydrophilen Polyisocyanat-Additionsproduktes mit Polyetherketten, das einen maximalen Gehalt an Isocyanatgruppen von 1 Gew.-% und einen Gehalt an Ethylenoxideinheiten (MW = 44 g/mol), gebildet durch den monofunktionellen Alkohol B) innerhalb der Polyetherketten, von 30 bis 95 Gew.-% und einen Gehalt an ionischen Gruppen von 0 bis 200 Milliäquivalenten/100 g Polyisocyanat-Additionsprodukt aufweist, wobei das Polyisocyanat-Additionsprodukt gebildet wird durch Umsetzen von A) einer Polyisocyanatkomponente mit einer NCO-Funktionalität von 1,7 bis 6 und einem NCO-Gehalt von 5 bis 65 Gew.-%; mit mindestens einer der folgenden Komponenten: B) 5 bis 100 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Alkoholkomponente, die aus mindestens einem einwertigen Polyetheralkohol mit einem Molekulargewicht im Bereich von 150 bis 10.000 g/mol und einem Gehalt an Ethylenoxideinheiten von 40 bis 99,5 Gew.-%, der durch Alkoxylierung eines einwertigen Ausgangsmoleküls hergestellt worden ist, besteht; C) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer einwertigen Komponente, die aus mindestens einer einwertigen Verbindung mit einer Gruppe, die mit Isocyanat reaktiv ist, und mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 5.000 g/mol, besteht, die von den Alkoholen der Komponente B) verschieden ist; D) 0 bis 50 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), einer Aminokomponente, die aus mindestens einem tertiären Amin mit einem Molekulargewicht im Bereich von 88 bis 250 g/mol besteht und die eine Gruppe, die mit den Isocyanatgruppen im Sinne einer NCO-Additionsreaktion reaktiv ist, aufweist und E) 0 bis 20 Äquivalent-%, bezogen auf die Isocyanatgruppen von A), von mindestens zweiwertigen Aufbaukomponenten im Sinne der NCO-Additionsreaktion mit einem Molekulargewicht im Bereich von 32 bis 3.000 g/mol; durch Beibehalten einer NCO-Charakteristik von 100 bis 600 durch Bilden eines Urethans und gegebenenfalls einer Harnstoffbindung, wobei gegebenenfalls in dem Überschuss vorliegende NCO-Gruppen durch gleichzeitige oder nachfolgende sekundäre Reaktionen bis zu einem Restgehalt von maximal 1,0 Gew.-% weiter umgesetzt werden, enthält.
Pigmentierte Tinte, umfassend ein flüssiges Medium und ein Pigment, wobei das Pigment in dem flüssigen Medium dispergiert und durch ein Polyurethan-Dispergiermittel in dem flüssigen Medium stabilisiert ist, das Polyurethan-Dispergiermittel eine Dispergiergruppe und eine fluorierte Gruppe umfasst und in der Tinte in einer Menge im Bereich von 1 bis 200 Gew.-% des Pigments vorliegt, wobei die Tinte zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker geeignet ist.