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Die
vorliegende Erfindung betrifft wässrige
Tinten, die Pigmente oder Farbstoffe als Farbmittel verwenden und
für Tintenstrahldruckanwendungen
verwendbar sind. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Additive
für Tintenstrahltinten,
die die Tropfenbildungs- und Tropfenverschmelzungseigenschaften
verbessern, wenn mehrere Tröpfchen
gleichzeitig während
der Drop-on-Demand-Aufbringung von Tinte auf einem Empfangselement
ausgestoßen
werden.
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Die
Tintenformulierungen der vorliegenden Erfindung werden in Bebilderungsprozessen
verwendet, die die pixelweise Aufbringung von flüssigen Tintentröpfchen auf
ein Tintenempfangselement umfassen. Es gibt zahlreiche Schemata,
die zur Steuerung der Ablagerung von Tintentröpfchen auf dem Bildaufzeichnungselement
verwendbar sind, um das gewünschte
Bild zu erzeugen. In einem als kontinuierliches Tintenstrahlverfahren
bezeichneten Verfahren wird ein kontinuierlicher Strom von Tröpfchen geladen
und bildweise auf die Oberfläche
des Bildaufzeichnungselements abgelenkt, während nicht bilderzeugende
Tröpfchen
abgefangen und in den Tintensumpf zurückgeführt werden. In einem anderen,
als Drop-on-Demand-Tintenstrahlverfahren bezeichneten Verfahren,
werden einzelne Tintentröpfchen
nach Bedarf auf das Bildaufzeichnungselement projiziert, um das
gewünschte
Bild auszubilden. Gängige
Verfahren zur Steuerung der Projektion von Tintentröpfchen im
Drop-on-Demand-Verfahren umfassen piezoelektrische Wandler und thermische
Blasenbildung.
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Die
in verschiedenen Tintenstrahldruckern verwendeten Tinten lassen
sich nach farbstoffbasierenden Tinten und nach pigmentbasierenden
Tinten klassifizieren. Ein Farbstoff ist ein Färbemittel, das molekular dispergiert
oder in dem Trägermedium
gelöst
ist. Das Trägermedium
kann bei Raumtemperatur flüssig
oder fest sein. Ein gängiges
Trägermedium
ist Wasser oder eine Mischung aus Wasser und organischen Co-Lösemitteln.
In farbstoffbasierenden Tinten ist jedes einzelne Farbstoffmolekül von Molekülen des
Trägermediums
umgeben, d.h. unter einem Mikroskop sind keine Partikel erkennbar.
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In
pigmentbasierenden Tinten sind die Färbemittel als einzelne Teilchen
vorhanden. Diese Pigmentteilchen werden normalerweise mit Zusätzen behandelt,
die als Dispergiermittel oder Stabilisatoren bekannt sind und verhindern
sollen, dass sich die Pigmentteilchen zusammenballen und absetzen.
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Neben
dem Färbemittel
werden den pigmentierten Tintenstrahltinten üblicherweise weitere Inhaltsstoffe
zugesetzt. Beispielsweise werden Co-Lösemittel zugegeben, um zu verhindern,
dass die Tinte in den Öffnungen
des Druckkopfes austrocknet oder verkrustet, oder um ein Eindringen
der Tinte in das Empfangssubstrat zu unterstützen, insbesondere, wenn das
Substrat ein stark gestrichenes Papier ist. Beispiele für Co-Lösungsmittel,
die in Tintenstrahltinten Verwendung finden, sind unter anderem.
Glycole, einschließlich
Propylenglycol, Polypropylenglycol, Ethylenglycol, Polyethylenglycol,
Diethylenglycol, Tetraethylenglycol und Mischungen sowie Derivate
davon.
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In
Tintenstrahltinten, die durch Drop-on-Demand-Thermodruckköpfe ausgestoßen werden,
sollte die Menge des Feuchtmittels minimiert werden, um zu verhindern,
dass die Tintenviskosität
zu hoch wird, wodurch die Tinte nicht mehr ausgestoßen werden
kann. Hohe Feuchtmittelkonzentrationen können eine schlechte Bildqualität und schlechte
Trocknungszeiten verursachen. In Tintenstrahltinten, die durch bestimmte
Arten von piezoelektrischen Drop-on-Demand-Wandlern ausgestoßen werden,
ist die Viskosität
der Tinten tendenziell höher
als die der Tinten für
thermische Drop-on-Demand-Anwendungen. Typischerweise beträgt die Viskosität von Tintenstrahltinten
zur Verwendung in piezolektrischen Druckköpfen zwischen 4 und 20 mPa·s (Centipoise). In
der Vergangenheit wurde dies durch Hinzufügen von hohen Feuchtmittelzugaben
erreicht, typischerweise im Bereich von 30–70 Gew.-%. Dies kann zu einer
schlechten Bildqualität,
Pigment- und/oder Farbstoffstabilität und zu Problemen mit Zersetzung
sowie schlechten Trocknungszeiten führen.
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Beim
Drop-on-Demand-Tintenstrahldrucken wäre es wünschenswert, mehrere Tröpfchen gleichzeitig an
einer gegebenen Pixelposition auszustoßen und diese Tröpfchen dann
zu verschmelzen, wodurch sich vor Erreichen des Empfangselements
ein einzelner Tropfen bildet. Wie bereits beschrieben, ist eine
einzelne Tinteneinheit, die aus einer Düse austritt, als „Tröpfchen" definiert. Durch
das Verschmelzen von zwei oder mehr Tröpfchen bildet sich ein „Tropfen". Nach Ausstoßen aus
der Düse
kann sich ein Tröpfchen
in kleinere Partikel aufteilen und ein Aerosol bilden. Diese kleineren
Partikel sind „Untertröpfchen".
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Die
Bildqualität
ließe
sich deutlich verbessern, wenn man die Möglichkeit hätte, an einer gegebenen Pixelposition
eine beliebige Zahl von Tröpfchen
auszustoßen,
etwa zwischen 0 und 16 Tröpfchen,
und diese Tröpfchen
zur Bildung eines einzelnen Tropfens vor Erreichen des Empfangselements
zu verschmelzen. Derzeit erzeugt das gleichzeitige Ausstoßen von
mehr als einem Tröpfchen
aus einer gegebenen Düse
Bilder mit schlechter Bildqualität.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass
sich die Tintentröpfchen
vor Erreichen des Empfangselements nicht verschmelzen. Es ist möglich, eine
kleine Zahl von Tröpfchen
zu verschmelzen, etwa 1–5 Tröpfchen,
indem man die niedrige Scherviskosität der Tintenstrahltinte erhöht. Die
Erhöhung
der Viskosität erfolgt üblicherweise
durch Erhöhung
des Feuchtmittelanteils in der Tinte. Es wäre jedoch wünschenswert, eine größere Zahl
von Tröpfchen
verschmelzen zu können,
ohne die zuvor genannten Nachteile hinnehmen zu müssen, die
hohe Feuchtmittelkonzentrationen in der Tintenstrahltinte mit sich
bringen.
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EP 0 787 778 A1 beschreibt
die Verwendung von Polyacrylamiden und Polyvinylpyrrolidonen mit
einer Molmasse von 10.000 bzw. 30.000.
„Um die Bildung von Aerosol
wirksam zu verringern, wird die viskoelastische Polymerkomponente
mit einem Anteil von 5 bis 10 ppm verwendet. Es wurde durch Versuche
festgestellt, dass eine Tintenstrahltintenzusammensetzung, die nur
2 ppm eines Polyacrylamids enthält,
nicht von der reduzierten Aerosolbildung profitiert. Andererseits
weisen Tintenstrahlzusammensetzungen, die mehr als 10 ppm eines
Polyacrylamids enthalten, pseudoplastische Effekte auf (d.h. „Rubberbanding/Streifenbildung"), die für das Tintenstrahldrucken
kontraproduktiv sind. Außerdem
kann es bei Konzentrationen von mehr als 10 ppm zur Ausfällung kommen.
Vorzugsweise wird das viskoelastische Polymer mit 10 ppm verwendet."
Seite 3, Zeilen
48–53.
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Zwar
können
die in
EP 0 787 778
A1 beschriebenen Bedingungen dazu beitragen, zu vermeiden,
dass sich ein einzelnes Tröpfchen
in Untertröpfchen
teilt (und damit ein Aerosol bildet) (
1E),
aber die Molmasse der bevorzugten, exemplarischen Polymere ist zu
niedrig, um die Verschmelzung mehrerer Tröpfchen zu Tropfen zu ermöglichen,
wie es in der vorliegenden Erfindung gewünscht ist.
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Es
besteht Bedarf nach einer Tintenstrahltintenformulierung oder nach
einem Verfahren, das keine hohen Feuchtmittelkonzentrationen verwendet
und das das Verschmelzen von Tintentropfen ermöglicht, bevor diese auf das
Empfangselement auftreffen.
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Es
wurde unerwartet festgestellt, dass ein verbessertes Verschmelzen
der Tintenstrahltropfen und der Tropfenanordnung durch Zugabe sehr
kleiner Mengen eines wasserlöslichen
Polymers mit hoher Molmasse erzielbar ist. Die Vorteile sind besonders
deutlich, wenn die Molmasse des Polymers kleiner als 200.000 (g/Mol)
beträgt.
Die Konzentration des Polymers mit hoher Molmasse sollte in dem
Bereich von 1 ppm bis 500 ppm liegen.
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Indem
es die Erfindung ermöglicht,
eine größere Zahl
von Tintentropfen vor Erreichen des Empfangselements durch Zugabe
einer kleinen Menge gelösten
Polymers verschmelzen zu lassen, ist diese Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik, bei der hohe Feuchtmittelkonzentrationen verwendet
werden, von Vorteil. Die Menge des Feuchtmittels lässt sich
also auf einen Wert reduzieren, der keine schlechte Bildqualität oder Trocknungsprobleme
verursacht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
mit einem Vehikel, einem Pigment und einem Polymer von einer Molmasse
zwischen 200.000 und 40 Mio. g/Mol bereit, wobei das Polymer Poly(ethylenoxid)
ist.
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Die
für Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren
geeigneten Tinten umfassen mindestens eine Mischung aus einem Vehikel
und einem Färbemittel.
Das Vehikel kann wässrig
oder nicht wässrig
sein und das Färbemittel
kann entweder ein Pigment oder ein Farbstoff sein. Das bevorzugte
Vehikel ist wässrig,
vorzugsweise deionisiertes Wasser.
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Die
erfindungsgemäßen Tinten
sind wässrige
Tintenstrahltinten, die aus einem Farbmittel und Poly(ethylenoxid)
bestehen. Die Molmasse des Polymers kann zwischen 200.000 und 40
Mio. (g/Mol) betragen, vorzugsweise zwischen 5 und 40 Mio. und
am besten zwischen 400.000 und 1 Mio. (g/Mol). Die Konzentration des
Polymers in der Tinte kann zwischen 1 ppm und 500 ppm betragen,
vorzugsweise zwischen 1 und 4,5 und zwischen 10,5 und 50 und am
besten zwischen 5 und 50 ppm.
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Pigmentierte
Tinten werden üblicherweise
in zwei Stufen hergestellt:
- 1. einem Pigment-Mahlschritt,
in dem das Pigment in seine primäre
Teilchengröße zerlegt
wird, und
- 2. einem Verdünnungsschritt,
in dem das Pigmentmahlgut in eine verwendbare Tinte umgewandelt
wird.
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Verfahren
zur Herstellung pigmentierter Tintenstrahltinten umfassen das Mischen
des Pigments, das Zusetzen eines Stabilisators oder Dispergiermittels,
eines flüssigen
Trägermediums,
Mahlmittels oder anderer optionaler Zusätze, wie Surfactants und Schaumhemmer.
Dieser Pigmentschlamm wird dann mit einer beliebigen Mühle gemahlen,
beispielsweise einer Kugelmühle,
einer Mittelmühle,
Hochgeschwindigkeits-Dispergatoren oder einer Walzenmühle. Derartige
Verfahren werden ausführlich
in US-A-5,651,813 beschrieben, die durch Nennung als hierin aufgenommen
betrachtet wird.
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In
der praktischen Verwertung der vorliegenden Erfindung ist jedes
der bekannten Pigmente verwendbar. Die genaue Auswahl von Pigmenten
hängt von
der jeweiligen Farbreproduktion und den Bildstabilitätsanforderungen
des Druckers und der Anwendung ab. Eine Liste der in Tintenstrahltinten
verwendbaren Pigmente ist in US-A-5,085,698, Spalte 7, Zeile 10
bis Spalte 8, Zeile 48, aufgeführt.
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Ein
Dispergiermittel kann in dem Mahlgut ein wichtiger Inhaltsstoff
sein, insbesondere wenn das Farbmittel ein Pigment ist. Es sind
in der Technik zwar viele Dispergiermittel bekannt, aber die Wahl
des am besten geeigneten Dispergiermittels ist von dem Trägermedium
und dem verwendeten Pigment abhängig.
Bevorzugte Dispergiermittel für
wässrige
Tintenstrahltinten umfassen Natriumdodecylsulfat, Acryl- und Styrol-Acryl-Copolymere,
wie die in US-A-5,085,698
und US-A-5,172,133 beschriebenen, sowie sulfonierte Styrole, wie
die in US-A-4,597,794
beschriebenen. Die meistbevorzugten Dispergiermittel sind Salze
von Oleylmethyltaurid.
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In
der praktischen Verwertung der vorliegenden Erfindung ist jeder
der bekannten Farbstoffe verwendbar. Die genaue Auswahl von Farbstoffen
hängt von
den jeweiligen Farbreproduktions- und Bildstabilitätsanforderungen
des Druckers und der Anwendung ab. Eine Liste der in Tintenstrahltinten
verwendbaren Farbstoffe ist in US-A-5,605,566, Spalte 2, Zeile 37
bis Spalte 3, Zeile 38, aufgeführt.
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Das
Vehikel (flüssiges
Trägermedium)
kann sehr unterschiedlich sein und hängt von der Art des Tintenstrahldruckers
ab, für
den die Tinten vorgesehen sind. Für Drucker, die wässrige Tinten
verwenden, ist Wasser oder eine Mischung von Wasser mit mischbaren
organischen Co-Lösemitteln
das bevorzugte Vehikel.
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Üblicherweise
werden Tintenstrahltinten weitere Inhaltsstoffe zugesetzt. Co-Lösemittel
(0–70
Gew.-% der gesamten Tintenzusammensetzung), die als Feuchtmittel
dienen, können
zugesetzt werden, um zu vermeiden, dass die Tinte eintrocknet oder
dass die Tinte in den Öffnungen
im Druckkopf verkrustet, oder um dazu beizutragen, dass die Tinte
in das Empfangssubstrat eindringt. Beispiele für Co-Lösungsmittel, die in Tintenstrahltinten
als Feuchtmittel Verwendung finden, sind u.a. Diole, wie Ethandiole,
Propandiole, Propantriole, Butandiole, Pentandiole und Hexandiole,
Glycole, einschließlich
Propylenglycol, Polypropylenglycol, Ethylenglycol, Polyethylenglycol,
Diethylenglycol, Tetraethylenglycol und Mischungen sowie Derivate
davon. Bevorzugte Co-Lösemittel
für erfindungsgemäße Tinten
sind Glycerol, Ethylenglycol und Diethylenglycol sowie Mischungen
daraus, und zwar mit Gesamtkonzentrationen von 5 bis 70 Gew.-% der
gesamten Tintenzusammensetzung.
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Um
unerwünschtes
mikrobielles Wachstum zu vermeiden, das sich in der Tinte im Laufe
der Zeit einstellen kann, ist ein Biozid (0,0005–0,5 Gew.-% der Tintenzusammensetzung)
zusetzbar. Ein bevorzugtes Biozid für die erfindungsgemäßen Tinten
ist ProxelTM GXL (von Zeneca Colours) mit
einer Endkonzentration von 0,0005 bis 0,5 Gew.-% der Zusammensetzung.
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Weitere
wahlweise Additive, die in Tintenstrahltinten vorhanden sein können, sind
u.a. Verdickungsmittel, Mittel zur Verbesserung der Leitfähigkeit,
Antikogationsmittel, Trocknungsmittel und Schaumhemmer.
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Ein
besonders wichtiges Additiv ist in der vorliegenden Erfindung Poly(ethylenoxide).
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
umfasst somit:
- a) ein flüssiges Vehikel;
- b) 0,25 bis 10,00 Gew.-% eines Farbmittels;
- c) 1 bis 500 ppm eines in dem Vehikel gelösten Polymers; und
- d) 0 bis 10 Gew.-% Dispergiermittel.
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Weitere
Additive sind:
- a) 5 bis 70 Gew.-% Feuchtmittel;
- b) 0,0005 bis 0,5 Gew.-% Biocid; und
- c) 0,05 bis 1,0 Gew.-% Surfactant.
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Unerwartet
wurde festgestellt, dass sich Tröpfchenverschmelzung
und Tropfenpositionierung verbessern lassen, wenn Tintenstrahltinten
lösliches
Poly(ethylenoxid) mit hoher Molmasse des Polymers zwischen 200.000
und 40 Mio. zugesetzt wird und die Konzentration zwischen 1 ppm
und 500 ppm beträgt.
Am meisten bevorzugt wird Poly(ethylenoxid) mit einer Molmasse zwischen
400.000 und 1.000.000 bei Konzentrationen zwischen 5 und 50 ppm.
Im Allgemeinen umfasst eine sehr geeignete Zusammensetzung Polyethylenoxid
mit einer Molmasse zwischen 1 Mio. und 5 Mio. g/Mol in einer Konzentration
zwischen 10,5 und 50 ppm. Beispiele
| Materialien: | |
| Chemikalie | Firma |
| Quinacridone
Magenta P.R. 122 | Sun
Chemical |
| Oleoylmethyltaurin
(OMT) | Eastman
Kodak |
| ProxelTM GXL Biocid | Zeneca |
| Diethylenglycol | Aldrich
Chemicals |
| Glycerol | Aldrich
Chemicals |
| Pro-JetTM FAST BLACK 2 | Zeneca |
| SurfynolTM 485 Surfactant | Air
Products |
| Polyacrylamid
10k MW (CAS#9003-05-6 Katalog-Nr. 43,493-9) | Aldrich
Chemicals |
| Polyvinylpyrrolidone
29k MW(CAS#9003-39-8, Katalog-Nr. 23,425-7) | Aldrich
Chemicals |
| Poly(ethylenoxid)
917k MW (CAS#25322-68-3, Katalog-Nr. 343) | Scientific
Polymer Products |
| 2-Hydroxyethylcellulose
1.300k MW (CAS#9004-62-0, Katalog-Nr. 43,498-1) | Aldrich
Chemicals |
| DNA
(27-4564-01, Los: 4124564011) | Pharmacia
Biotech |
Vergleichsbeispiel
A
| Mahlgut | |
| Polymerperlen,
mittlerer Durchmesser 325,0 g (Mahlmittel) | von
50 μm |
| Quinacridone
Magenta P.R. 122 Hergestellt von Sun Chemical | 30,0
g |
| Oleoylmethyltaurin,
(OMT) Natriumsalz | 9,0
g |
| Entsalztes
Wasser | 208,0
g |
| ProxelTM GXL (Biozid von Zeneca) | 0,2
g |
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Die
genannten Komponenten wurden mit einer Hochleistungsmühle des
Herstellers Morehouse-Cowles Hochmeyer gemahlen. Die Mühle lief
für ca.
10 Stunden bei Raumtemperatur. Ein aliquoter Teil der o.g. Dispersion
zur Erzeugung von 1,45 g Pigment wurde mit 6,00 g Diethylenglycol
und zusätzlichem
entsalztem Wasser gemischt, um eine Gesamtmenge von 50,0 g zu erhalten.
Diese Tinte wurde durch ein 3-μm
Filter gefiltert und in eine leere piezoelektrische Druckpatrone
gefüllt.
Es wurde eine schlechte Platzierung ohne Tröpfchenmischung beobachtet.
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Vergleichsbeispiel B
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Es
wurde eine ähnliche
Tinte wie in Vergleichsbeispiel A hergestellt, mit dem Unterschied,
dass 20,0 g Glycerol sowie entsalztes Wasser auf insgesamt 50,0
g zugegeben wurden.
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Es
wurde eine sehr gute Tropfenplatzierung mit teilweiser Verschmelzung
von bis zu 10 Tröpfchen
beobachtet.
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Vergleichsbeispiel C
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Es
wurde eine Tinte ähnlich
wie in Vergleichsbeispiel A hergestellt, mit dem Unterschied, dass
das purpurrote Pigment durch 26,4 g einer 3,60% Lösung aus
Zeneca Pro-JetTM Black-Farbstoff ersetzt
wurde, und dass 0,50 g Air Products Surfynol® 485
sowie entsalztes Wasser auf insgesamt 50,0 g zugegeben wurden.
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Es
wurde eine schlechte Platzierung ohne Tröpfchenmischung beobachtet.
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Beispiele für Polymeradditive
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In
jedem der folgenden Beispiele wurde das Polymeradditiv zunächst in
Lösungen
aus 10.000 ppm (Gew./Vol.) in entsalztem, destilliertem Wasser zubereitet.
In jedem Fall ließ man
das Polymer vollständig
ohne Rühren
auflösen,
so dass keine Scherung entstand, die ausreichend groß hätte sein
können,
um einen mechanischen Abbau der Polymerketten zu bewirken. Nach
vollständiger
Lösung
wurden die Lösungen
auf 1.000 ppm verdünnt.
Der Lösung
wurde schließlich
zu 1 Teil je 100 Teilen eine entsprechend konzentrierte Tintenformulierung
zugegeben, um Versuchstinten mit der gewünschten Polymeradditivkonzentration
zu erzeugen.
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Vergleichsbeispiel D (PAM
10k Molmasse –10
ppm)
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Polyacrylamid
(10k MW) von Aldrich Chemical wurde wie geliefert in der Tintenformulierung
von Vergleichsbeispiel A verwendet. Die Konzentration des zugegebenen
Polyacrylamids in der Tinte betrug 10 ppm. Es wurde eine schlechte
Platzierung ohne Tröpfchenmischung
beobachtet.
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Vergleichsbeispiel E (PAM
10k Molmasse –100
ppm)
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Es
wurde Polyacrylamid (10k MW) aus derselben Ausgangslösung wie
in Vergleichsbeispiel D verwendet, jedoch in höherer Konzentration in der
Tintenformulierung des Vergleichsbeispiels A. Die Konzentration
des zugegebenen Polyacrylamids in der Tinte betrug 100 ppm. Es wurde
eine schlechte Platzierung ohne Tröpfchenmischung beobachtet.
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Vergleichsbeispiel F (PVP
29k Molmasse –10
ppm)
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Polyvinylpyrrolidon
(29k Molmasse) von Aldrich Chemical wurde wie geliefert in der Tintenformulierung von
Vergleichsbeispiel A verwendet. Die Konzentration des zugegebenen
Polyvinylpyrrolidons betrug in diesem Beispiel 10 ppm. Es wurde
eine schlechte Platzierung ohne Tröpfchenmischung beobachtet.
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Vergleichsbeispiel G (PVP
29k Molmasse –100
ppm
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Polyvinylpyrrolidon
(29k Molmasse) wurde aus derselben Ausgangslösung in der Tintenformulierung von
Vergleichsbeispiel A verwendet, jedoch in höherer Konzentration. Die Konzentration
des Polyvinylpyrrolidons betrug in diesem Beispiel 100 ppm. Es wurde
eine schlechte Platzierung ohne Tröpfchenmischung beobachtet.
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Beispiel 1. (PEO 917k
Molmasse
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Poly(ethylenoxid)
(PEO (917k Molmasse) von Scientific Polymer Products wurde wie geliefert
in der Tintenformulierung von Vergleichsbeispiel A verwendet. Die
Konzentration des Polyethylenoxids betrug in diesem Beispiel 10
ppm. Es wurde eine sehr gute Tropfenplatzierung mit Tröpfchenverschmelzung
für alle
diskreten Tröpfchenzahlen
beobachtet.
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Beispiel 2. (Vergleichsbeispiele
B +10 ppm PEO 917k)
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Polyethylenoxid
(PEO) (917k Molmasse) aus derselben Ausgangslösung wie in Beispiel 1 wurde
in der Tintenformulierung mit höherer
Viskosität
aus Vergleichsbeispiel B verwendet. Die Konzentration des Polyethylenoxids
betrug in diesem Beispiel 10 ppm. Es wurde eine sehr gute Tropfenplatzierung
mit Verschmelzung bei allen diskreten Tröpfchenzahlen beobachtet.
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Vergleichsbeispiel 3
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Polyethylenoxid
(PEO) (917k Molmasse) aus derselben Ausgangslösung wie in Beispiel 1 wurde
in der farbstoffbasierenden Tintenformulierung aus Vergleichsbeispiel
C verwendet. Die Konzentration des Polyethylenoxids betrug in diesem
Beispiel 10 ppm. Es wurde eine sehr gute Tropfenplatzierung mit
Verschmelzung bei Tröpfchenzahlen
von bis zu 4 beobachtet. Eine gute Tropfenplatzierung mit teilweiser
Verschmelzung wurde bei Tröpfchenzahlen
von bis zu 10 beobachtet.
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Vergleichsbeispiel 4.
(HEC 1,3 M Molmasse)
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2-Hydroxyethylcellulose
(1.300k Molmasse) von Aldrich Chemical wurde wie geliefert in der
Tintenformulierung von Vergleichsbeispiel A verwendet. Die Konzentration
der Hydroxyethylcellulose betrug in diesem Beispiel 100 ppm. Eine
gute Tropfenplatzierung mit Tröpfchenverschmelzung
wurde bei Tröpfchenzahlen
von bis zu 4 beobachtet, bei Tröpfchenzahlen
bis zu 10 wurde eine teilweise Verschmelzung beobachtet.
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Vergleichsbeispiel 5.
(DNA 40 M Molmasse)
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DNA
von Pharmacia Biotech wurde wie geliefert in der Tintenformulierung
von Vergleichsbeispiel A verwendet. Die Probe wurde durch Gelelektrophorese
charakterisiert und enthielt einen weiten Bereich von Molmassen,
einschließlich
eines signifikanten Teils von ca. 40 Mio. (g/Mol). Die Konzentration
der DNA betrug in diesem Beispiel 100 ppm. Eine gute Tropfenplatzierung
mit Tröpfchenverschmelzung
wurde bei Tröpfchenzahlen
von bis zu 4 beobachtet, bei Tröpfchenzahlen
bis zu 10 wurde eine teilweise Verschmelzung beobachtet.
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Tintencharakterisierung
und Bewertung
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Zur
Charakterisierung der Tropfenbildung diente folgende Versuchsanordnung:
Tintenstrahlkopf mit Tintenbehälter,
Kopfträgerelektronik,
Mikroskopobjektiv mit Zoomfunktion an einer Videokamera befestigt, Blitzlicht,
Videoanzeige und Drucker. Das Subsystem aus Kopf/Tintenbehälter ermöglichte
die Einbringung verschiedener Tintenformulierungen für Versuchszwecke.
Das Subsystem aus Videokamera/Anzeige/Drucker ermöglichte
die Betrachtung und Erfassung der Tröpfchenbildungen. Das Mikroskopobjektiv
(mit Zoom), das an der Videokamera befestigt war, ermöglichte
eine entsprechende Vergrößerung (200–1000 ×) zur Betrachtung
der Tröpfchen
aus dem Arbeitsabstand von üblicherweise
1 mm. Die Beleuchtung für
die Videoerfassung der Tropfenbildungen erfolgte mithilfe eines
Blitzlichtes. Zudem ermöglichte
die Trägerelekronik
für das
Blitzsystem dem Benutzer, die Flugdauer oder indirekt die Tropfengeschwindigkeit
zu ermitteln. Die Trägerelektronik
für den
Tintenstrahldruckkopf erlaubte dem Benutzer die Veränderung
der Treiberspannung, der Ausstoßfrequenz,
der Kopftemperatur und der Anzahl der Tropfen je Ausstoßzyklus.
Diese Testeinrichtung erlaubte die Charakterisierung der verschiedenen
Tintenformulierungen, insbesondere der Tropfenbildung und der mittleren
Tropfengeschwindigkeit.
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Die
Bewertung jedes Beispiels umfasste die Befüllung des Behälters mit
der Tintenformulierung, das Aktivieren einer einzelnen Düse mit einer
Wellenformamplitude, die über
alle Proben gleich blieb, und das Beobachten des Verhaltens der
Tintenproben, wenn sie mit diskreten Tröpfchenzahlen von 2, 4 und 10
ausgestoßen
wurden.
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Die
Tröpfchenplatzierung
wurde anhand der Stabilität
der Tröpfchenbahn
aus einer gegebenen Düse ermittelt.
Eine leichte Streuung eines Tröpfchens
erscheint als Linie von höherer
Intensität
in dem Abbildungssystem, wobei die Zahl und Zeitabhängigkeit
ein Maß der
Tropfenplatzierung ist. Tinten wurden mit schlechter, guter oder
sehr guter Stabilität
bewertet, wobei eine schlechte Stabilität eine starke Zeitabhängigkeit
aufweist, eine gute Stabilität
eine gelegentliche Abweichung von einer zeitunabhängigen Bahn
und eine sehr gute Stabilität
eine einzelne Bahn aufweist, der alle Tröpfchen und Tropfen folgen.
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Das
Verschmelzen wurde im Abstand von 1 mm zur Düse bewertet. Einzelne Tröpfchen verschmolzen auf
1 mm entweder nicht (N), verschmolzen teilweise (PM) oder verschmolzen
vollständig
(M). Eine teilweise Verschmelzung zeigt an, dass die Zahl der einzelnen
Tintenuntertröpfchen,
Tröpfchen
und Tropfen aller Größen, die
den Markierungspunkt in 1 mm Abstand passieren, kleiner ist als
die Zahl der von der Düse
ausgestoßenen
Tröpfchen.
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Die
Beispiele 1 bis 5 sowie die Vergleichsbeispiele A bis G sind in
der folgenden Tabelle zusammengefasst.
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Legende:
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- M
- – verschmolzen,
- PM
- – teilweise verschmolzen,
- N
- – nicht verschmolzen
- P
- – schlecht,
- G
- – gut,
- E
- – sehr gut
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Die
Ergebnisse zeigen, dass mit der Zugabe eines Polymers mit hoher
Molmasse zur Tintenstrahltinte erhebliche Verbesserung der Tröpfchenverschmelzung
und der Tropfenplatzierung erzielbar sind.
