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In
einem herkömmlichen
Kugelschreiber stößt eine
Reservoirsäule
aus dicker Tinte gegen die Rückseite
der Schreibkugel. Wenn die Kugel in ihrem Sitz gedreht wird, wird
die dicke Tinte in Kontakt mit dem Ball auf der Balloberfläche transportiert,
um auf dem Papier oder anderem Substrat abgeschieden zu werden. Wenn
Tinte abgezogen wird, wird die Reservoirsäule aus Tinte nach unten fließen, um
den Kontakt mit der Kugel aufrechtzuerhalten. Dies ist lebenswichtig,
da, wenn der Kontakt verloren geht und die Tinte nicht von selbst fließen wird,
um erneut Kontakt mit der Kugel herzustellen, der Stift unbrauchbar
wird.
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In
den früheren
Tagen der Kugelschreiber waren die Tinten ölbasiert. Sie litten an einer
Reihe von Nachteilen, einschließlich
Ausbluten in das Papier, Punktausblutung (Öltrennung) und Unsauberkeit.
Die anschließende
Einführung
von farbstoffbasierten Glykoltinten, die Harze enthielten, um das
Verschmieren zu verringern und die Temperaturstabilität zu verbessern,
ergaben eine wichtige Leistungsverbesserung. Gegenwärtig beruhen
die meisten Kugelschreibertinten auf organischen Lösemitteln,
wie etwa Phenylglykolen, Diethylenglykolethylether, Dipropylenglykol
oder Benzylalkohol oder Mischungen von zwei oder mehr derselben.
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Vor
kurzem ist eine Familie von wäßrigen pigmentierten
Tinten entwickelt worden, von denen viele helle und attraktive Farben
zeigen. Um diese Tinten in Kugelschreibern bereitzustellen, sind
die Pigmente als wäßrige Suspensionen
formuliert worden, die ein Verdickungsmittel enthalten, wie etwa
Xanthangummi, Carageenangummi, Guargummi, Johannisbrotgummi oder
Hydroxyethylcellulose. Diese Suspensionen zeigen Scherfluidisierung
und können
als Tinten in Kugelschreibern dienen. Im Gebrauch tauchen jedoch
eine Reihe von Problemen auf. Die wäßrige Suspension schmiert zum
Beispiel nicht die Kugel in ihrem Sitz und als ein Ergebnis kann
schwerwiegende Abnutzung über
einen Gebrauchszeitraum auftreten und die Stifte schreiben nicht
sehr glatt.
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Eine
der wichtigsten Anforderungen an eine Kugelschreibertinte ist, daß sie sehr
glatt schreiben sollte. Die organisch-basierten Kugelschreibertinten
schreiben im allgemeinen (aber nicht gleichbleibend) sehr viel glatter
als die vor kurzem entwickelten wäßrig-basierten Tinten, aber
sogar die organisch-basierten Tinten sind nicht immer so glatt im
Gebrauch, wie es erwünscht
wäre, und
zusätzlich
haben sie den Nachteil, etwas klebrig zu sein.
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Wir
haben nunmehr einen Weg gefunden, die Glattheit von organisch-basierten
Kugelschreibertinten zu verbessern. Wir haben überdies einen Weg gefunden,
pigmentierte Tinten bereitzustellen, durch die glattes Schreiben
erreicht werden kann, ebenso wie eine verringerte Kugel/Sitz-Abnutzung,
verglichen mit bekannten wäßrig-basierten
Kugelschreibertinten. Erfindungsgemäß beziehen wir ein Fett in
eine Kugelschreibertinte ein.
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In
einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Tinte für einen
Kugelschreiber bereit, wobei die Tinte eine Dispersion eines organischen
Lösemittels
mit einem darin gelösten
Färbemittel
und einem Fett umfaßt.
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Die
Tinte kann hergestellt werden, indem ein Fett in einem organischen
Lösemittel
mit einem darin gelösten
Färbemittel
dispergiert wird. Das Fett kann vorgebildet sein oder es kann in
situ hergestellt werden, indem eine Mischung seiner Komponenten
(mobile Phase und Strukturphase) hoher Scherung unterworfen wird.
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Gemäß diesem
ersten Aspekt der Erfindung können
Kugelschreibertinten, die eine Lösung
eines Färbemittels
in einem organischen Lösemittel
umfassen, durch Einbeziehung eines Fettes darin beträchtlich
verbessert werden. Das Fett fördert
glatteres Schreiben. Das Vorhandensein des Fettes wird normalerweise
die Tinte eindicken, aber sein Vorhandensein verleiht der Tinte
die Qualität
der Scherfluidisierung, so daß,
unter den hohen Scherbedingungen um die Kugel herum (bei Gebrauch
des Stiftes), die Tinte fluidisiert wird, um eine elastohydrodynamische
Schicht, üblicherweise
etwa 500 nm dick, auf der Kugel bereitzustellen. Eine elastohydrodynamische
Schicht ist eine strukturierte Schicht, die sich an der Grenzfläche zwischen
zwei Körpern trotz
des Vorhandenseins von hohen Scher- und Kompressionskräften abscheidet.
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Die
Natur des organischen Lösemittels
und des Färbemittels
sind nicht kritisch. Das Lösemittel
ist vorzugsweise ein Phenylglykol, Diethylenglykolethylether, Dipropylenglykol
oder Benzylalkohol oder irgendeine Mischung von zwei oder mehr derselben.
Das Färbemittel
kann jeder geeignete Kugelschreibertintenfarbstoff sein. Wir haben
herausgefunden, daß Solvent
Blue 38, Basic Blue 7 und Solvent Violet 8 sehr geeignet sind, aber
andere Färbemittel
können
verwendet werden.
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Die
Natur des Fettes ist nicht kritisch. Wir bevorzugen, seifen-basierte
Mineralölfette
zu verwenden, aber andere Fette können verwendet werden. Vorzugsweise
ist die Seife im Fett ein höheres
(d.h. C12 und darüber) Carbonsäuresalz
eines Alkali- oder Erdalkalimetalles oder eine Aluminium-Seife,
eine gemischte Aluminium/Magnesium-Seife oder eine Komplexseife.
Wie angegeben, ist die bevorzugte mobile Phase Mineralöl, aber
Rizinusöl-
und Silikonölfette
können
zum Beispiel verwendet werden. Es ist auch möglich, andere Fette zu verwenden,
wie etwa Perfluorpolyether-Fette, z.B. Krytox® (von
DuPont).
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Die
bevorzugten Mineralöle
für die
Fette sind 65/75-Mineralöl
(d.h. Öl
mit einer Viskosität
von 65 bis 75 Centipoise) und Öle
aus der Gravex-Reihe, z.B. Gravex 21 (erhältlich von Shell Oils) und ähnliche Öle aus der
Enerthene-Reihe (erhältlich
von BP Oil). Mineralölseifenbasierte
Fette sind natürlich
kommerziell erhältlich (z.B.
Gilugel von Giulini GmbH), aber sie können durch Schmelzen der Seife
im Öl und
anschließendes
Abkühlen
hergestellt werden, wie im Stand der Technik bekannt ist.
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Die
Mengen der drei Hauptkomponenten der Tinte sind nicht besonders
kritisch, werden aber üblicherweise
sein (in Gewichts-%, bezogen auf das Gewicht der Tinte):
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Die
Tinten der Erfindung können
natürlich
weitere Inhaltsstoffe enthalten, wie gewünscht und wie üblich im
Stand der Technik sein kann.
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Die
Erfindung schließt
weiter einen Kugelschreiber oder ein Refill dafür ein, wobei die Tinte eine
Tinte der Erfindung ist. Um geeignet zu sein als Kugelschreibertinten,
sind die Tinten der Erfindung mit einer geeigneten Viskosität (wenigstens
500 Centipoise) formuliert, wie von den Fachleuten gut verstanden
werden wird.
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Die
Verwendung, gemäß der vorliegenden
Erfindung, eines Fettes in Kugelschreibertinten hat die Formulierung
bestimmter neuer Tinten ermöglicht.
Diese Tinten umfassen ein in Fett suspendiertes Pigment und sie
haben sich als sehr befriedigende Kugelschreibertinten erwiesen.
Insbesondere sind sie sehr glatt im Gebrauch, wobei das Fett die
Kugel schmiert und ein hervorragendes Suspensionsmedium für das Pigment
bereitstellt.
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Drucktinten,
die in einem Fett (oder in fettbildenden Komponenten) suspendiertes
Pigment umfassen, sind aus zum Beispiel den U.S.-Patenten 1237126
und 5158606 bekannt. In U.S.- Patent
1237126 besteht eine Drucktinte aus einem Aluminiumsalz einer Fettsäure, einem
Kohlenwasserstoff-Mineralöl
und einem Pigment. Die Tinte wird beim Walzendruck verwendet. In
U.S. 5372635 ist eine Drucktinte beschrieben, die eine Dispersion
eines Pigments in einem Öl
und eine Tallölfettsäureseife
umfaßt.
Die Tinte ist insbesondere für
die Verwendung in lithographischem Druckverfahren unter Verwendung
von Leitungswasser. Diese Tinten sind nicht als zur Verwendung in
Kugelschreibern beschrieben, noch wären sie es, da ihre Viskositäten normalerweise oberhalb
des akzeptablen Maximums in herkömmlichen
Kugelschreibern liegen würden.
Somit würden
die Drucktinten, wenn man sie in herkömmliche Kugelschreiber gäbe, nicht
schreiben, weil sie zu viskos wären.
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Die
bevorzugte Kugelschreiberpigmenttinte der vorliegenden Erfindung
umfaßt
ein Pigment, ein Fett, eine organische Flüssigkeit, die dieselbe ist
wie die mobile Phase des Fettes oder damit kompatibel ist, und ein
Dispergiermittel.
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Jedes
Fett kann verwendet werden, aber wir bevorzugen das Mineralöl und andere
Fette, die hierin zuvor unter Bezugnahme auf den ersten Aspekt der
Erfindung beschrieben sind. Für
Details sollte darauf Bezug genommen werden.
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Die
Pigmenttinten der Erfindung können
hergestellt werden, indem ein Pigment in einer organischen Flüssigkeit
mit einem Dispergiermittel dispergiert wird, ein Fett zugegeben
wird und gemischt wird, wobei die organische Flüssigkeit dieselbe ist wie die
mobile Phase im Fett oder kompatibel damit.
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Alternativ
können
die Tinten hergestellt werden, indem ein Pigment in einer organischen
Flüssigkeit mit
einem Dispergiermittel und den Komponenten der mobilen Phase und
Strukturphase eines Fettes dispergiert wird; und die Mischung hoher
Scherung unterworfen wird, um das Fett zu bilden; wobei die organische Flüssigkeit
dieselbe ist wie die mobile Phase des Fettes oder kompatibel damit
ist.
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Es
ist bevorzugt, daß die
organische Flüssigkeit
dieselbe ist wie die mobile Phase des Fettes. Wenn sie nicht identisch
ist, dann sollte sie sicher damit kompatibel sein. Mit „kompatibel
damit" meinen wir,
daß die Mischung,
nachdem das Fett und die organische Flüssigkeit vermischt sind, stabil
ist und die Mikrostruktur des Fettes intakt ist, wenn zum Beispiel
ein Mineralölfett
verwendet wird, könnte
ein kompatible organische Flüssigkeit
ein unterschiedliches Mineralöl
sein.
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Die
Mengen der Komponenten der Pigmenttinte der Erfindung können im
breiten Umfang variieren. Im allgemeinen werden die Mengen (nach
Gewicht der Tinte) sein:
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Um
das Pigment im Fett zu dispergieren und eine stabile Dispersion
bereitzustellen, wird es üblicherweise
notwendig sein, ein oder mehrere Dispergiermittel zu verwenden.
Geeignete Dispergiermittel werden in der organischen Flüssigkeit
oder mobilen Phase löslich
sein und werden somit normalerweise eine langkettige Kohlenwasserstoffeinheit
enthalten, z.B. eine Stearyl- oder Oleylgruppe mit einer funktionellen
Kopfgruppe. Als die funktionelle Kopfgruppe können die Dispergiermittel zum
Beispiel Polyol-Derivate besitzen, wie etwa Glycerol- oder Sorbitan-Derivate,
um die geeignete Polarität
bereitzustellen, um sich an das Pigment zu binden. Geeignete Dispergiermittel
werden den Fachleuten gut bekannt sein. Wir bevorzugen, Solsperse-Hyperdispergiermittel
zu verwenden, z.B. Solsperse 13940 und Solsperse 17000, fakultativ
mit Solsperse 5000, von Zeneca („Solsperse" ist eine Marke). Die Wirksamkeit von
Solsperse 17000 wird durch die Verwendung von Solsperse 5000 als
einem Synergisten damit signifikant verbessert. Solsperse 5000 ist
im wesentlichen ein Pigment- Derivat,
das eine starke Affinität
für den
bestimmten Pigmenttyp aufweist und die Oberfläche mit Verankerungsstellen
für das
herkömmliche
polymere Solsperse-Hyperdispergiermittel versorgt. Die Menge an Dispergiermittel
wird in Abhängigkeit
vom System, in dem es verwendet wird, variieren, aber die Gesamtmenge
wird normalerweise etwa 5 Gewichts-% der Tinte nicht übersteigen.
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Die
in den Tinten der Erfindung verwendeten Pigmenten müssen von
kleiner Teilchengröße sein,
um ein Zusetzen der Stiftkugel zu verhindern. Wir bevorzugen, Drucktintenpigmente
zu verwenden, die im Gebrauch ein Kolloid oder Sol bilden. Im allgemeinen
sollte die Pigmentgröße nicht
größer als
5 μm, vorzugsweise 0,1
bis 2,0 μm,
am bevorzugtesten 0,2 bis 1,0 μm
sein. Bei der Herstellung der Tinten der Erfindung bevorzugen wir,
die endgültige
Tinte zu behandeln, um jegliche Teilchenagglomeration zu entfernen.
Dies kann zum Beispiel durch geeignetes Verarbeiten der Tinte in
einer Dreifachmühle
oder durch Filtrieren durchgeführt
werden. Filtration kann zum Beispiel mit einer Einheit aus rostfreiem
Stahl bewirkt werden, die mit Kissen mit 5 bis 30 Mikrometern ausgestattet
ist. Die Einheit wird mit einer Luftleitung mit maximalem Druck
von etwa 70 psi (480 kPa) verbunden. Die Auswahl der Kissengröße und des
Drucks wird von der gewünschten
Filtrationsgeschwindigkeit und der Pigmentteilchengröße abhängen.
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Obgleich
die Natur des Pigments nicht kritisch ist, bevorzugen wir, Pigmente
zu verwenden, die für
die Verwendung in organischen Lösemitteln
konzipiert sind, z.B. die Pigmente der Heliogen- oder Paliotol-Reihen von
BASF.
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Die
Pigmenttinten der Erfindung werden in herkömmlicher Art und Weise in Kugelschreiber
oder Refill-Reservoirs eingefüllt.
So wird zum Beispiel 1 g einer Pigmenttinte der Erfindung in den
Reservoirzylinder unter Verwendung einer Spritze und einer geeigneten
Abgabenadel eingespritzt. Die Kugelspitze wird eingepaßt und der
Stift (oder das Refill) dann mit der Spitze nach unten in eine Zentrifuge
eingesetzt, die für
5 Minuten auf 4000 UPM eingestellt wird. Dies stellt sicher, daß kein Spalt
zwischen der Tintensäule
und der Rückseite
der Kugel auftritt.
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Die
Tinten der Erfindung können
in derselben Art und Weise wie herkömmliche Kugelschreibertinten verwendet
werden oder sie können
in einem Reservoir verwendet werden, das eine Druckerzeugungszusammensetzung
enthält,
wie vollständiger
beschrieben in unser U.K.-Patentanmeldung Nr. 9715123.7, am gleichen
Datum hiermit eingereicht und mit dem Titel „Fluid Dispensation". In dieser Anordnung
wird die Tinte in ein herkömmliches
Reservoir oberhalb einer herkömmlichen
Kugel eingefüllt
und dann wird eine Druckerzeugungszusammensetzung oberhalb der Tinte
bereitgestellt. Das Reservoir wird dann geschlossen und die Zusammensetzung
erzeugt einen Gasdruck auf der Tintensäule, um sie kontinuierlich
in gutem Kontakt mit der Kugel zu halten.
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Die
Druckerzeugungszusammensetzung, die mit einer Fetttinte verwendet
wird, sollte vorzugsweise auf wäßriger Basis
sein, damit sie mit der Fetttinte der Erfindung unmischbar ist.
Wenn eine organisch-basierte Zusammensetzung verwendet wird, könnte eine
Sperrschicht zwischen der Tinte und dem Druckerzeugungsmaterial
vorgesehen werden, um Kontakt dazwischen zu verhindern.
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Die
Verwendung einer Druckerzeugungszusammensetzung mit den Tinten der
vorliegenden Erfindung macht es möglich, die Tinten verläßlich aus
dem Reservoir abzugeben, ohne die Notwendigkeit eines Hochdruckpermanentgases.
Dies ermöglicht,
daß das
Reservoir preiswerter hergestellt werden kann, weil es nicht solche
hohen Drücke
aushalten muß.
Zusätzlich
muß das
Reservoir während
des Herstellungsverfahrens nicht unter Druck gesetzt werden: die
Tinte und das Druckerzeugungsmaterial können in das Reservoir bei atmosphärischem
Druck eingebracht werden, unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsverfahren,
und dann kann das Reservoir verschlossen werden. Nach dem Verschließen wird
sich der Reservoirdruck über
die Zeit bis zum erforderlichen Arbeitsdruck aufbauen. Obgleich
die tatsächliche
Zeit von allen Umständen
abhängen wird,
wird es normalerweise eine Sache von Minuten sein, z.B. 8 bis 12
Minuten.
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Es
wird nunmehr Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
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1 ein
schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Schreibgerätes ist,
das eine Tinte gemäß dem Stand
der Technik enthält;
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2 eine
SEM-Photographie eines Kugelschreibersitzes mit entfernter Kugel
ist, wobei der Stift mit einer Tinte der Erfindung geladen ist;
und
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3 eine
SEM-Photographie eines Kugelschreiberkugelsitzes mit entfernter
Kugel ist, wobei der Stift mit einer Tinte beladen ist, die nicht
der Erfindung entspricht.
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4 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines mit Ventil versehenen
Fluidreservoirs, das einen ausdehnbaren Behälter mit einer Druckerzeugungszusammensetzung
darin enthält;
und
-
5 ist
dasselbe wir 4, nachdem ein Teil des Fluids
aus dem Reservoir abgegeben worden ist.
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Bezugnehmend
auf 1 der Zeichnungen ist ein Schreibgerät allgemein
mit 10 bezeichnet. Das Schreibgerät 10 umfaßt ein Gehäuse 12,
eine Spitze 14 und eine Flüssigkeitsabgabevorrichtung
in der Form eines Reservoirs 16, das in Gehäuse 12 angeordnet
ist. Das Reservoir 16 enthält eine Tinte 18 der
Erfindung und einen Pfropfen 21 aus einer Druckerzeugungszusammensetzung.
Wie dargestellt, gibt es auch einen Sperrpfropfen 20, der
die Tinte 18 vom Pfropfen 21 trennt. Ein Sperrpfropfen 20 wird normalerweise
nur vorhanden sein, wenn die Tinte 18 und der Druckerzeugungspfropfen 21 beide
auf organischer Basis sind.
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Die
Druckerzeugungszusammensetzung enthält eine flüchtige Komponente, die aus
der Druckerzeugungszusammensetzung bei Raumtemperatur verdampfen
kann. Sie wurde gemäß Beispiel
3 unten hergestellt.
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Auslaßdurchgang 16a geht
axial durch Spitze 14 hindurch, wobei sie Reservoir 16 mit
einer Kugel 14a verbindet, so daß die Tinte 18 aus
dem Reservoir zur Kugel 14a fließen kann. Kugel 14a ist
angepaßt,
um mit einer Oberfläche 22 in
Kontakt gebracht zu werden, wie etwa einem Blatt Papier, um auf
der Oberfläche 22 zu schreiben
oder diese in anderer Weise zu markieren. Die Struktur der Spitze 14 ist
vollkommen herkömmlich.
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Ein
Ende 16b des Reservoirs 16, das der Spitze 14 gegenüberliegt,
ist mit einem Falz 16c versehen; die Falz 16c versieht
Reservoir 16 mit einem luftdichten Verschluß. Während der
Herstellung der Flüssigkeitsabgabevorrichtung
werden die Tinte 18 und die Pfropfen 20 und 21 in
das Reservoir 16 bei atmosphärischen Druck eingebracht,
dann wird das Ende 16b zusammengeklemmt, um den Falz 16c bereitzustellen.
(Reservoir 16 kann auf andere Weise verschlossen werden,
zum Beispiel durch Verwendung eines Pfropfens.)
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Es
gibt ein Volumen 16d innerhalb des Reservoirs 16,
zwischen dem Pfropfen 21 und dem Ende 16b des
Reservoirs 16. Das Volumen 16d enthält ein Gas,
das durch Verdampfung der flüchtigen
Komponente der Druckerzeugungszusammensetzung 21 gebildet
wird; das Gas im Volumen 16d liegt typischerweise bei einem Druck
von 1 bis 4 psig (5 bis 129 kPa). Der Druck des Gases in Volumen 16d drückt Pfropfen 21 und
die Tinte 18 zum Auslaß 16a.
Dies hilft bei der Abgabe der Tinte 18 zur Rollkugel 14a und
von der Rollkugel 14a zur Oberfläche 22.
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Wenn
die Tinte 18 aus dem Reservoir 16 abgegeben wird,
wird das Volumen 16d größer. Gleichzeitig verdampft
mehr von der flüchtigen
Komponente, um den Druck innerhalb des Reservoirs 16 auf
einem ausreichenden Niveau zu halten, um die Abgabe der Tinte 18 zu
unterstützen.
-
Das
Reservoir 16, die Spitze 14 und die Inhalte 18, 21 und
(falls vorhanden) 22 stellen ein Refill für das Schreibgerät da und
können
hergestellt und zum Einsetzen in ein Gehäuse 12 vertrieben
werden.
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Nunmehr
bezugnehmend auf 2 und 3 der Zeichnungen,
in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile angeben, ist dort eine
SEM-Photographie dargestellt, aufgenommen axial des Kugelsitzes
eines Kugelschreibers, wobei die Kugel entfernt worden ist. Der
Kugelsitz umfaßt
ein als konkaven Becher ausgeformtes Teil 1 mit fünf Radialnuten 2 darin,
die um das Teil 1 herum in gleichem Abstand angeordnet
sind. Zentral in Teil 1 befindet sich eine Öffnung 3,
die mit dem Tintenreservoir und mit den Nuten 2 kommuniziert,
um Tinte dorthin zuzuführen.
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Die
Kugel (nicht dargestellt) sitzt auf dem becherförmigen Teil 1. Im
Gebrauch des Stiftes fließt
Tinte aus Öffnung 3 in
die Nuten 2. Die Kugel kommt in Kontakt mit der Tinte,
die in den Nuten 2 zugeführt wird, und, wenn die Kugel
im Gebrauch gedreht wird, geht die Tinte auf ihre Oberfläche über und
wird auf dem Papier oder anderen Substrat abgeschieden, auf dem
die Kugel rollt. Kleine Mengen Tinte werden auch auf das als konkaven
Becher ausgeformte Teil 1 übergehen, um darauf zwischen
der Kugel und der becherförmigen
Teiloberfläche
zu liegen, wodurch die Kugel/Sitz geschmiert wird. Die Kugel wird
in ihrem Sitz auf dem becherförmigen
Teil 1 durch eine obere Kante gehalten, die nicht dargestellt
ist, aber die auf diesem technischen Gebiet gut verstanden werden
wird.
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2 zeigt
einen Stift, bei dem das becherförmige
Teil
1 aus Nickel-Silber ist und mit dem für 2200 m geschrieben
worden war. Das Reservoir des Stifts enthielt eine Tinte der Erfindung
mit der folgenden Zusammensetzung:
| Diethylenglykolethylether | 4,87
g |
| 2-Phenoxyethanol | 4,87
g |
| Dipropylenglykol | 2,41
g |
| Ölsäure | 0,48
g |
| Harz
PVP-90 (von BASF) | 0,073
g |
| Solvent
Violet 8 | 1,18
g |
| Basic
Blue 7 | 1,30
g |
| Solvent
Blue 38 | 7,66
g |
| Gilugel
Min | 2,74
g |
-
Der
Stift von
3 ist identisch mit demjenigen
von
2 und mit ihm war ebenfalls für 2200 m geschrieben worden.
Die Tinte im Stift von
3 war jedoch eine Tinte der
folgenden Zusammensetzung:
| Diethylenglykolethylether | 5,05
g |
| 2-Phenoxyethanol | 5,05
g |
| Dipropylenglykol | 2,5
g |
| Ölsäure | 0,5
g |
| Harz
SK | 3,43
g |
| Harz
PVP-90 (von BASF) | 0,08
g |
| Solvent
Violet 8 | 0,98
g |
| Basic
Blue 7 | 1,08
g |
| Solvent
Blue 38 | 6,35
g |
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Somit
enthielt die im Stift von 3 verwendete
Tinte keinerlei Fett.
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Wie
man in 3 sehen kann, ist die Oberfläche des becherförmigen Teils 1 benachbart
zur Öffnung 3 stark
abgenutzt mit der Bildung von Graten, z.B. in den Bereichen 4.
Eine derartige Beschädigung
ist jedoch im Stift von 2 nicht zu sehen. Das Fehlen
einer solchen Schädigung
in 2 beruht auf dem Vorhandensein des Fettes in der
Tinte. Die Tinte der Erfindung bildet eine elastohydrodynamische
Schicht zwischen der Kugel und dem Sitz, wodurch jegliche signifikante
Schädigung
bei Gebrauch des Stiftes verringert oder sogar eliminiert wird.
Dies manifestiert sich für
den Benutzer als sehr glattes Schreiben über die Lebensdauer des Stiftes.
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Damit
die Erfindung vollständiger
verstanden werden kann, werden die folgenden Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken
gegeben.
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Beispiel 1
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Mineralöl 65/75
(20 g) und ein Dispergiermittel Solsperse 17000 (1,40 g) wurden
für 10
min in einem Hochgeschwindigkeitsscherungsmischer gemischt. Ein
Synergist (Solsperse 5000 (0,16 g)) wurde zugegeben und das Mischen
für weitere
10 min fortgesetzt. Ein Pigment, BASF Heliogen Blue D 7084 DD (9,35
g), wurde anschließend
zugegeben und für
10 Stunden eingemischt, um effektive Dispersion sicherzustellen.
Der Behälter
wurde dann in ein Wasserbad bei 70°C gegeben und ein Mineralölfett Gilugel
MIN (9 g) und Mineralöl
65/75 (8,2 g) wurden zugegeben und für 2 Stunden unter Verwendung
desselben Hochgeschwindigkeitsscherers gemischt. (Gilugel MIN ist
erhältlich
von Giulini Chemie GmbH, Deutschland, und ist ein Fett, das aus
Mineralöl und
Aluminiummagnesiumhydroxidstearat als die Seife gebildet ist.)
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Die
resultierende Tinte wurde in ein längliches Zylinderreservoir
eines Kugelschreibers mit einer Kugelspitze am unteren Ende eingefüllt. Ein
Pfropfen aus Druckerzeugungszusammensetzungsgel wurde dann über der
Tinte in das Reservoir eingebracht und das Reservoir zusammengeklemmt,
um es am oberen Ende dicht zu verschließen. Das Gel war wie hergestellt
in Beispiel 3 unten.
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Der
Stift schrieb sehr glatt mit hervorragender Tintenabscheidung. Nach
längerem
Gebrauch gab es keinen Hinweis auf irgendeine Diskontinuität in der
Tintensäule,
die in hervorragendem Kontakt mit der Kugel blieb.
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Beispiel 2
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Eine
kommerziell verfügbare
Dispersion (10 g) eines schwarzen Pigments in Mineralöl („Gravex
21", erhältlich von
Industrial Dispersions Ltd., Manningtree, Essex) wurde mit Mineralölfett Gilugel
MIN (10 g) bei Raumtemperatur unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsrührers Ultra
Turrax 25 gemischt. Rühren wurde
für 30
Minuten fortgesetzt. Die resultierende Tinte der Erfindung wurde
in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben in Beispiel
1. Eine Pfropfen der Druckerzeugungszusammensetzung wurde ebenfalls verwendet
in Beispiel 1. Der resultierende Stift funktionierte sehr gut.
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Beispiel 3
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Eine
Druckerzeugungszusammensetzung wurde aus den folgenden Komponenten
hergestellt:
| | Gew.-% |
| Palmitinsäure | 10,57 |
| Triethanolamin | 7,69 |
| Kokosnußfettsäure | 7,5 |
| Mineralöl | 6 |
| Propylenglykol | 4,11 |
| Isopentan | 4 |
| Methylparaben | 0,2 |
| Propylparaben | 0,1 |
| Wasser | 59,83 |
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Das
in der Zusammensetzung verwendete Wasser wurde zunächst auf
95°C erhitzt,
um Luft daraus zu entfernen.
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Alle
Fettsäuren
und das Propylenglykol, Methylparaben, Propylparaben und Wasser
wurden in einen Behälter
gegeben und mit Rühren
unter einem Vakuum auf 75°C
erhitzt. Mit der Mischung bei dieser Temperatur wurde das Triethanolamin
zugegeben und das Rühren
fortgesetzt. Die Mischung wurde viskos, als sich die Seife bildete,
und man ließ sie
abkühlen.
Als sie 20°C
erreichte, wurden das Isopentan und Mineralöl zugegeben. Das Abkühlen wurde
mit langsamen Rühren
bis 10°C
fortgesetzt. Das resultierende Gel wurde unter 10°C aufbewahrt,
bis es zur Verwendung gebraucht wurde.
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Weitere
Zusammensetzungen wurden hergestellt, in denen die Menge an Mineralöl bis zu
16% variiert wurde und die Menge an Isopentan bis zu 10% variiert
wurde, wobei das Volumen Wasser entsprechend q.s. 100% eingestellt
wurde.
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Alle
Zusammensetzungen waren sehr befriedigend als Druckerzeuger, wenn
sie in einem verschlossenen Raum eingeschlossen wurden und man sie
auf Umgebungstemperatur (z.B. etwa 20° bis 25°C) erwärmen ließ. Insbesondere waren sie befriedigend,
wenn sie als kleine Pfropfen in Kugelschreibertintenreservoirs verwendet
wurden, die Tinten der vorliegenden Erfindung enthielten.
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Beispiel 4
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Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus
Papermate Blue-Kugelschreibertinte (28,8
g)
2-Phenoxyethanol >99%
(3,00 g) von Fluka
Gilugel MIN (6,90 g) von Giulini Chemie
GmbH.
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Die
Tinte wurde in ein 50ml-Becherglas gegeben und das 2-Phenoxyethanol
wurde zugegeben. Ein Mischer Ultra-Turrax T25 wurde in das Becherglas
bis gerade über
dem Boden abgesenkt. Dünne
Kunststofffolie wurde um das Becherglas und den Rührer gewickelt,
um die Verdampfung zu verringern, und die Mischung wurde bei 8000
UPM für
eine Stunde gerührt.
Während
dieser Zeit wurde die Mischung warm.
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Am
Ende der einen Stunde wurde das Gilugel MIN zugegeben und die Mischung
bei derselben Geschwindigkeit für
weitere 4 Stunden gerührt,
um die Kugelschreibertinte zu bilden.
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Ein
Reservoirrohr wurde mit Tinte (etwa 1 ml) durch Absaugen von Luft
von einem Ende des Rohres her mit einer Spritze gefüllt. Das
Rohr wurde dann bei 3000g für
10 Minuten zentrifugiert, um jegliche eingeschlossene Luft zu entfernen.
Dann wurde eine Kugelspitze fest an einem Ende des Rohres befestigt
und eine Menge (etwa 1,5 cm lang) einer Druckerzeugungszusammensetzung
wurde mit einer Spritze in das offene Ende des Rohres eingebracht.
Schließlich
wurde das offene Ende des Rohres mit einem Spund der Größe 5 fest
verschlossen.
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Bei
Gebrauch des Stiftes floß die
Tinte sehr glatt und lieferte hervorragende Abscheidung, selbst
wenn sie von oben nach unten verwendet wurde, ohne jegliche Diskontunität im Schreiben.
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Die
Druckerzeugungszusammensetzung bestand aus:
| Wasser | 58,14% |
| Triethanolamin | 7,69% |
| Kokosnußfettsäure | 7,5% |
| Hampsoyl
L | 11,16% |
| PEG
150-Distearat | 0,1
% |
| Empilan
MAA | 2,0% |
| Isopentan | 3,0% |
| Mineralöl | 6,0% |
| Propylenglykol | 4,11
% |
| Methylparaben | 0,2% |
| Propylparaben | 0,1
% |
-
Der
aus dieser Formulierung entwickelte Druck betrug 4,8 psi.
-
Beispiel 5
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Papermate
blue-Kugelschreibertinte | 19,64
g |
| 2-Phenoxyethanol | 2,01
g |
| Gilugel
SIL5 | 4,74
g (von Giulini Chemie GmbH) |
-
Die
Kugelschreibertinte und 2-Phenoxyethanol wurden bei 8000 UPM für 1 Stunde
unter Verwendung eines Hochscherungsmischer Ultra-Turrax T25 gerührt. Gilugel
SIL5 wurde zugegeben und das Mischen für 4 Stunden fortgesetzt, wobei äußere Kühlung an
den Mischbehälter
angelegt wurde. Die resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 50000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Ein Pfropfen der Druckerzeugungszusammensetzung wurde
ebenfalls verwendet wie in Beispiel 4. Der Kugelschreiber schrieb
extrem glatt. (Gilugel SIL5 ist ein Fett auf Silikonöl-Basis
mit Aluminiummagnesiumhydroxidstearat-Seife als Verdickungsmittel).
-
Beispiel 6
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Papermate
blue-Kugelschreibertinte | 10
g |
| 2-Phenoxyethanol | 2
g |
| Albida
R2 | 2,12
g (von Shell U.K. Ltd) |
-
Das
Albida R2 wurde zur Kugelschreibertinte zugegeben und bei 8000 UPM
unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. 2-Phenoxyethanol
wurde sofort zugegeben und das Rühren
für 2 Stunden
fortgesetzt. Die resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 40000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Der Stift schrieb glatt, sowohl mit als auch ohne Zugabe
des Pfropfens aus Druckerzeugungszusammensetzung, wie beschrieben
in Beispiel 4. (Albida R2 ist ein Fett auf Mineralöl-Basis
mit einer Lithiumhydroxystearat-Komplexseife als Verdickungsmittel.)
-
Beispiel 7
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Papermate
black-Kugelschreibertinte | 19,61
g |
| 2-Phenoxyethanol | 2,0
8 |
| Gilugel
Min | 4,73
g (von Giulini Chemie GmbH) |
-
Die
Kugelschreibertinte und 2-Phenoxyethanol wurden bei 8000 UPM für 1 Stunde
unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. Gilugel
Min wurde zugegeben und das Mischen für 4 Stunden fortgesetzt, wobei äußere Kühlung an
den Mischbehälter
angelegt wurde. Die resultierende Tinte der Erfindung wurde in einen
Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben in Beispiel 4. Ein Pfropfen
der Druckerzeugungszusammensetzung wurde ebenfalls verwendet wie
in Beispiel 4. Der Kugelschreiber schrieb extrem glatt. (Gilugel
Min ist ein Fett auf Mineralöl-Basis
mit Aluminiummagnesiumhydroxidstearat-Seife als Verdickungsmittel.)
-
Beispiel 8
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Papermate
blue-Kugelschreibertinte | 19,6
g |
| 2-Phenoxyethanol | 2,0
g |
| Aluminiummagnesiumhydroxidstearat | 0,94
g |
| 65/75
Mineralöl | 3,7
g |
-
Die
Kugelschreibertinte, 2-Phenoxyethanol und Aluminiummagnesiumhydroxidstearat
wurden bei 8000 UPM für
1 Stunde unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. Äußere Kühlung wurde
angelegt. Mineralöl
wurde zugegeben und das Mischen für 5 Stunden fortgeführt. Die
resultierende Tinte der Erfindung wurde in einen Kugelschreiber
eingebracht, wie beschrieben in Beispiel 4. Ein Pfropfen der Druckerzeugungszusammensetzung
wurde ebenfalls verwendet wie in Beispiel 4. Der Kugelschreiber schrieb
extrem glatt.
-
Beispiel 9
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Diethylenglykolethylether | 4,87
g |
| 2-Phenoxyethanol | 4,87
g |
| Dipropylenglykol | 2,41
g |
| Ölsäure | 0,48
g |
| Harz
PVP-90 (von BASF) | 0,073
g |
| Solvent
Violet 8 | 1,18
g |
| Basic
Blue 7 | 1,30
g |
| Solvent
Blue 38 | 7,66
g |
| Gilugel
Min | 2,74
g |
-
Die
vereinigten Lösemittel
wurde bei 75°C
gerührt.
Harz wurde zugegeben und, wenn gelöst, wurden die Farbstoffe eingebracht.
Rühren
wurde für
2 Stunden bei 75-80°C
fortgesetzt, woraufhin man die Tinte abkühlen ließ. Gilugel Min wurde zugegeben
und die Mischung bei 8000 UPM für
4 Stunden unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax
T25 gerührt,
wobei äußere Kühlung an
den Mischbehälter
angelegt wurde. Die resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 12000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Der Stift schrieb glatt sowohl mit als auch ohne
Zugabe des Pfropfens aus Druckerzeugungszusammensetzung, wie beschrieben
in Beispiel 4.
-
Beispiel 10
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Diethylenglykolethylether | 4,38
g |
| 2-Phenoxyethanol | 4,38
g |
| Dipropylenglykol | 2,17
g |
| Ölsäure | 0,43
g |
| Harz
PVP-90 (von BASF) | 0,065
g |
| Solvent
Violet 8 | 1,06
g |
| Basic
Blue 7 | 1,17
g |
| Solvent
Blue 38 | 6,88
g |
| Gilugel
Min | 4,93
g |
-
Die
vereinigten Lösemittel
wurden bei 75°C
gerührt.
Harz wurde zugegeben und, wenn gelöst, wurden die Farbstoffe in
die Mischung eingebracht. Rühren
wurde für
2 Stunden bei 75-80°C
fortgesetzt, woraufhin man die Tinte abkühlen ließ. Gilugel Min wurde zugegeben
und die Mischung bei 8000 UPM für
4 Stunden unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra Turrax
T25 gerührt,
wobei äußere Kühlung an
den Mischbehälter
angelegt wurde. Die resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 50000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Ein Pfropfen der Druckerzeugungszusammensetzung wurde
ebenfalls verwendet wie in Beispiel 4. Der Kugelschreiber schrieb
extrem glatt.
-
Beispiel 11
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Heliogen
blue D7084DD | 2,44
g von BASF |
| 65/75
Mineralöl | 7,36
g |
| Solsperse
17000 | 0,7
g |
| Solsperse
5000 | 0,021
g |
| Gilugel
CAO | 2,3
g |
-
Das
Mineralöl
und das Dispergiermittel Solsperse 17000 wurden bei 8000 UPM für 10 Minuten
unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. Synergist
Solsperse 5000 wurde anschließend
zugegeben und das Rühren
für weitere
10 Minuten fortgesetzt. Pigment wurde dann über 20 Minuten mit minimalem
Rühren
zugegeben und dann die Mischung für weitere 10 Stunden bei hoher
Scherung gerührt.
Gilugel CAO wurde anschließend
zugegeben und Rühren
für 2 Stunden
fortgesetzt. Diese resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 10000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Der Stift schrieb glatt, sowohl mit als auch ohne
Zugabe des Pfropfens aus Druckerzeugungszusammensetzung, wie beschrieben
in Beispiel 4.
-
Beispiel 12
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Heliogen
blue D7084DD | 2,44
g von BASF |
| 65/75
Mineralöl | 7,36
g |
| Solsperse
17000 | 0,7
g |
| Solsperse
5000 | 0,021
g |
| Gilugel
Min | 1,0
g |
-
Das
Mineralöl
und das Dispergiermittel Solsperse 17000 wurden bei 8000 UPM für 10 Minuten
unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. Synergist
Solsperse 5000 wurde anschließend
zugegeben und Rühren
für weitere
10 Minuten fortgesetzt. Pigment wurde dann über 20 Minuten mit minimalem
Rühren
zugegeben und anschließend
die Mischung für
weitere 10 Stunden bei hoher Scherung gerührt. Gilugel Min wurde anschließend zugegeben
und Rühren
für 2 Stunden
fortgesetzt. Diese resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 20000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Der Stift schrieb glatt, sowohl mit als auch ohne
Zugabe des Pfropfens aus Druckerzeugungszusammensetzung, wie beschrieben
in Beispiel 4.
-
Beispiel 13
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Heliogen
blue D7084DD | 2,44
g von BASF |
| 65/75
Mineralöl | 9,2
g |
| Solsperse
17000 | 0,7
g |
| Solsperse
5000 | 0,021
g |
| Aluminiummagnesiumhydroxidstearat | 1,0
g |
-
Das
Mineralöl
und Dispergiermittel Solsperse 17000 wurden bei 8000 UPM für 10 Minuten
unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. Synergist
Solsperse 5000 wurde anschließend
zugegeben und Rühren
für weitere
10 Minuten fortgesetzt. Pigment wurde dann über 20 Minuten mit minimalem
Rühren
zugegeben und anschließend
die Mischung für
weitere 10 Stunden bei hoher Scherung gerührt. Aluminiummagnesiumhydroxidstearat
wurde anschließend
zugegeben und Rühren
für 1 Stunde
fortgesetzt. Diese resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 20000
cpoise) wurde in einen Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben
in Beispiel 4. Der Stift schrieb glatt, sowohl mit als auch ohne
Zugabe des Pfropfens aus Druckerzeugungszusammensetzung, wie beschrieben
in Beispiel 4.
-
Beispiel 14
-
Eine
Kugelschreibertinte gemäß der Erfindung
wurde hergestellt aus:
| Ruß | 7,44
g |
| 65/75
Mineralöl | 28,2
g |
| Solsperse
13940 | 0,45
g |
| Gilugel
Min | 4,5
g |
-
Das
Mineralöl
und Dispergiermittel Solsperse 17000 wurden bei 8000 UPM für 10 Minuten
unter Verwendung eines Hochscherungsmischers Ultra-Turrax T25 gerührt. Ruß wurde
zugegeben und Rühren
bei 25°C/30
Minuten und 70°C/3,5
Stunden fortgesetzt. Gilugel Min wurde zugegeben und Rühren für 1,5 Stunden fortgesetzt.
Die resultierende Tinte der Erfindung (Viskosität 40000 cpoise) wurde in einen
Kugelschreiber eingebracht, wie beschrieben in Beispiel 4. Ein Pfropfen
der Druckerzeugungszusammensetzung wurde ebenfalls verwendet, wie
beschrieben in Beispiel 4. Der Kugelschreiber schrieb glatt.
