ES2246852T3 - Composiciones de tinta para chorro de tinta y de tinta que contienen productos de carbono de elevada area superficial. - Google Patents
Composiciones de tinta para chorro de tinta y de tinta que contienen productos de carbono de elevada area superficial.Info
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Abstract
Una composición de tinta que comprende: a) al menos un vehículo de tinta y b) al menos un producto de carbono que tiene un área superficial BET de 900 a 2200 m2/g.
Description
Composiciones de tinta para chorro de tinta y de
tinta que contienen productos de carbono de elevada área
superficial.
La presente invención se refiere a composiciones
de tinta, y en especial a composiciones de tinta para chorro de
tinta, y a los productos de carbono y productos de carbono
modificado usados en las composiciones de tinta.
La impresión por chorro de tinta es un proceso de
no impacto en el que se producen gotas de tinta y se depositan
sobre un sustrato tal como papel, lámina transparente, o material
textil en respuesta a una señal electrónica. Los sistemas de
impresión por chorro de tinta típicos son de corriente continua o
del tipo gota por demanda
(drop-on-demand). En los sistemas de
chorro de tinta continuos, se emite la tinta en una corriente
continua a presión a través de al menos un orificio o boquilla. La
corriente es perturbada provocando que se rompa en gotas a una
distancia fijada desde el orificio. En el punto de ruptura las
gotas se cargan de acuerdo con señales de datos digitales y pasan a
través de un campo electrostático. El campo ajusta la trayectoria
de cada gota para dirigirla a una ranura para recirculación o para
una localización específica en un medio de grabación para crear
imágenes. En los sistemas de gota por demanda se expele una gota
desde un orificio directamente a una posición sobre un medio de
grabación mediante presión generada de acuerdo con señales de datos
digitales. No se forma o expele una gota a menos que se vaya a
colocar sobre el medio de grabación. El sistema de gota por demanda
tiene varias ventajas frente al sistema continuo en cuanto a que no
requiere recuperación de tinta, carga o deflexión.
En general, hay tres tipos básicos de sistemas de
chorro de tinta de gota por demanda. El primer tipo se conoce como
un sistema piezoeléctrico. En un tipo de impresora piezoeléctrica,
la tinta llena un canal con una boquilla en un extremo y un
transductor piezoeléctrico produce pulsos de presión cerca del otro
extremo.
Un segundo tipo de sistema de gota por demanda se
conoce como chorro de tinta térmico o inyección de tinta. Los
componentes principales son un canal lleno de tinta con una
boquilla en un extremo y un resistor que genera calor cerca de la
boquilla. Las señales de impresión generan un pulso de corriente
eléctrica en una capa resistiva dentro de cada paso para la tinta,
provocando que la tinta se vaporice en la proximidad inmediata
creando una burbuja. Se fuerza algo de tinta para que salga del
canal a través del orificio como una gota propulsada debido a la
expansión de burbuja. Las impresoras de chorro de tinta térmico o
de inyección de tinta producen gotas a una velocidad elevada y
permiten un espaciamiento muy próximo de boquillas, lo que da lugar
a una gran calidad de impresión.
El tercer tipo de dispositivo de chorro de tinta
de gota por demanda se conoce como una impresora de tinta acústica.
Esta impresora usa un haz acústico focalizado formado por una lente
esférica iluminada por una onda plana de sonido creada por un
transductor piezoeléctrico. El haz acústico focalizado ejerce
presión sobre la superficie del líquido, dando lugar a la eyección
de pequeñas gotas de tinta sobre un sustrato para generación de
ima-
gen.
gen.
Las tintas convencionales para impresoras por
chorro de tinta comprenden por lo general un colorante tal como
tinte que es soluble en un vehículo de agua o una mezcla que
comprende agua y un disolvente orgánico soluble en agua o miscible
con agua. Sin embargo, los tintes tienen varias desventajas cuando
se usan en tintas para chorro de tinta. Los tintes, que son
solubles en agua o solubles en una mezcla de agua y compuesto
orgánico, pueden redisolverse y fluir cuando se exponen a humedad o
agua. Las imágenes de tinte se pueden emborronar y borrar en
contacto con marcadores de rotulador o tras ser frotados con un
dedo. Los tintes puede también mostrar estabilidad pobre a la luz,
incluyendo fluorescente, luz solar y luz ultravioleta. Las tintas
que comprenden tintes solubles pueden presentar también obstrucción
de los canales de chorro debido a evaporación del disolvente y
cambios en la solubilidad del tinte, cristalización del tinte, y la
presencia de impurezas. La tinta basada en tinte puede presentar
también pobre estabilidad térmica y química lo que podría dar lugar
a una pobre calidad de impresión. El tinte también puede correrse o
difundir en poros o a lo largo de fibras del papel, provocando así
una pobre calidad de impresión y baja densidad óptica de la
imagen.
Se han usado también pigmentos como colorantes en
tintas para chorro de tinta, bien como sustitutos para, o en
combinación con tintes. Los pigmentos ofrecen propiedades
superiores a los tintes en áreas tales como la solidez frente a
agua, solidez frente a luz, densidad de imagen, estabilidad
térmica, estabilidad a la oxidación y química, compatibilidad con
otros colorantes, y compatibilidad tanto con papeles
recubiertos/tratados como papeles normales. Pigmentos usados en
tintas para chorro de tinta incluyen negro de carbono, dióxido de
titanio, azul de cobalto (CoO-Al_{2}O_{3}),
amarillo de cromo (PbCrO_{4}), azul de ftalocianina, y otros
pigmentos orgánicos. Otros pigmentos incluyen pigmentos inorgánicos
y poliméricos, en los que estos pigmentos y pigmentos orgánicos
puede tener tintes absorbidos y/o incorporados en ellos. Se puede
usar negro de carbono, que absorbe en la región del infrarrojo,
para lectura de código de barras.
El principal problema con el uso de tales
pigmentos en sistemas de chorro de tinta es la dispersibilidad
inicial y la estabilidad a la dispersión. Las partículas de
pigmento tales como negro de carbono comienzan generalmente en un
estado coagulado o aglomerado. Para preparar tintas para chorro de
tinta, sin embargo, el negro de carbono se debe dispersar y
estabilizar en esa forma porque la extensión de la dispersión afecta
directamente las características de impresión por chorro de tinta
tales como eyectabilidad, calidad de impresión, densidad óptica, y
similares. De forma adicional, debido a que las aperturas de la
boquilla de impresoras por chorro de tinta de tipo térmico o
inyección de tinta están típicamente en torno a
10-16 micrómetros de diámetro, es crítico asegurar
que las tintas para chorro de tinta no obstruyan o taponen estas
aperturas. Por tanto, es necesario hacer las partículas de pigmento
tan pequeñas como sea posible. Preferiblemente se reduce el negro
de carbono a agregados individuales. Las partículas de pigmento
pequeñas son también menos proclives a sedimentar durante el
almacenamiento y por lo tanto contribuyen adicionalmente a la
estabilidad de la dispersión de pigmento.
A la luz de estos requerimientos las tintas para
chorro de tinta basadas en pigmento acuosas convencionales
contienen en general un vehículo de tinta acuoso, un pigmento, un
dispersante, y un humectante para evitar el secado de la tinta o la
obstrucción de los orificios. También se pueden incluir otros
aditivos tales como biocidas, aglutinantes, sales, desecantes,
penetrantes, agentes tensoactivos y similares.
Las tintas convencionales, que bien contienen un
colorante que es un tinte, un pigmento o bien una combinación de los
mismos, requieren mejora en un número de propiedades. En particular
es deseable disminuir el tiempo de secado de la tinta, aumentar la
resistencia al agua y al emborronamiento de las imágenes, aumentar
la densidad óptica y el brillo de la impresión, y proporcionar
imágenes de mejor calidad con menor corrimiento de colores.
Una característica de la presente invención es
proporcionar composiciones de tinta en las que se mejoren una o más
propiedades.
Otra característica de la presente invención es
proporcionar composiciones de tinta, a saber, composiciones de
tinta para chorro de tinta, en las que se mejore al menos una o más
propiedades.
Una característica más de la presente invención
es proporcionar composiciones de tinta que tengan mejor densidad
óptica y/o propiedades de brillo cuando se genera una imagen a
partir de las composiciones de tinta.
Una característica adicional de la presente
invención es proporcionar procedimientos de fabricación de estas
composiciones de tinta.
Se describirán características y ventajas
adicionales de la presente invención en parte en la descripción que
sigue, y en parte serán evidentes a partir de la descripción o se
puede aprender mediante la práctica de la presente invención. Se
realizarán y obtendrán los objetivos y otras ventajas de la
presente invención por medio de los elementos y combinaciones
puestos de manifiesto de forma particular en la descripción escrita
y reivindicaciones adjuntas.
Para conseguir estas y otras ventajas y de
acuerdo con el propósito de la presente invención, tal como se
realiza y se describe ampliamente en este documento, la presente
invención se refiere a una composición de tinta, preferiblemente,
una composición de tinta para chorro de tinta, que comprende al
menos un vehículo de tinta, y al menos un producto de carbono que
tiene un área superficial BET de 900 a 2200 m^{2}/g.
La presente invención se refiere además a una
composición de tinta, preferiblemente una composición de tinta para
chorro de tinta, que comprende al menos un vehículo de tinta, y al
menos un producto de carbono modificado que comprende un producto de
carbono que tiene unido al menos un grupo orgánico, en el que el
área superficial BET del producto de carbono es de 900 a 2200
m^{2}/g. De forma opcional, el grupo orgánico está sustituido con
al menos un grupo iónico, grupo ionizable, o ambos.
Además, la presente invención se refiere a
productos de carbono modificados que comprenden al menos un producto
de carbono que tiene unido al menos un grupo orgánico, en el que el
producto de carbono tiene un área superficial BET de al menos 900
m^{2}/g. De forma opcional, el grupo orgánico está sustituido con
al menos un grupo iónico, grupo ionizable, o ambos.
La presente invención se refiere además a
procedimientos para aumentar la densidad óptica, resistencia a
corrimiento de colores, y/o brillo de una imagen impresa. El
procedimiento conlleva la incorporación en una tinta de un producto
de carbono que tiene un área superficial BET de al menos 625
m^{2}/g. El procedimiento también conlleva la incorporación en
una tinta de un producto de carbono modificado que comprende un
producto de carbono que tiene unido al menos un grupo orgánico, en
el que el producto de carbono tiene un área superficial BET de al
menos 900 m^{2}/g. De forma opcional el grupo orgánico está
sustituido con al menos un grupo iónico, grupo ionizable, o
ambos.
También, la presente invención se refiere a
procedimientos de grabación por chorro de tinta que incluyen la
etapa de aplicación a un medio de grabación de gotas de tinta
descargadas por orificios de un cabezal de grabación por chorro de
tinta. Las gotas de tinta están formadas por la formulación de
tinta para chorro de tinta descrita anteriormente.
Se ha de entender que tanto la descripción
general anterior y la siguiente descripción detallada son
únicamente a título de ejemplo y de explicación y se pretende que
proporcionen explicación adicional de la presente invención, como se
reivindica.
La presente invención se refiere a composiciones
de tinta que comprenden al menos un vehículo de tinta y al menos un
producto de carbono que tiene un área superficial BET de al menos
900 m^{2}/g a 2200 m^{2}/g. En otra realización los productos de
carbono son productos de carbono modificados que tienen unido al
menos un grupo orgánico. El grupo orgánico está sustituido además
preferiblemente con al menos un grupo iónico, grupo ionizable, o
ambos. Finalmente, la presente invención se refiere a los productos
de carbono modificados en si mismos que tienen un área superficial
BET de al menos 900 m^{2}/g. Se ha encontrado que esta área
superficial más bien elevada conduce a beneficios de propiedades
inesperados para las composiciones de tinta, tales como pero sin
limitarse a composiciones de tinta para chorro de tinta. El área
superficial BET se determina mediante la capacidad de adsorción de
nitrógeno usando el procedimiento de
Brunauer-Emmet-Teller.
Intervalos preferidos de área superficial BET
para el producto de carbono incluyen de 900 a aproximadamente 2000
m^{2}/g; y de aproximadamente 1000 a aproximadamente 2000
m^{2}/g. Otros intervalos dentro de amplios intervalos descritos
en este documento son también parte de la presente invención y se
pueden usar. El área superficial descrita anteriormente es el área
superficial para el agregado del producto de carbono. Ejemplos de
tales productos de carbono incluyen negro de carbono Black Pearls®
2000 disponible en Cabot Corporation y negros de carbono
disponibles en Mitsubishi Chemical Corporation and Columbian. Otros
ejemplos incluyen Printex XE2 de Degussa.
El producto de carbono que se usa tiene un área
superficial elevada como se describió anteriormente y
preferiblemente tiene una morfología que se puede caracterizar como
partículas que tienen macroporos, microporos y mesoporos, que
contribuyen todos ellos a la formación de áreas superficiales
elevadas.
Los productos de carbono, mediante medida de los
agregados primarios, usados en la presente invención también tienen
preferiblemente un DBP (valor de absorción de aceite medido
mediante ASTM-2414 usando ftalato de dibutilo) de al
menos aproximadamente 50 cc/100 g. Más preferiblemente, los
productos de carbono tienen un DBP de aproximadamente 50 a
aproximadamente 400 cc/100 g y más preferiblemente de
aproximadamente 100 a aproximadamente 360 cc/100 g.
Como se estableció anteriormente, se puede usar
un producto de carbono modificado en la presente invención. El
producto de carbono que se modifica para formar el producto de
carbono modificado es cualquier producto de carbono capaz de tener
unido al menos un grupo orgánico. En particular, el producto de
carbono es preferiblemente capaz de reaccionar con una sal de
diazonio para formar el producto de carbono modificado
anteriormente mencionado. El producto de carbono puede ser de tipo
cristalino o amorfo. Ejemplos incluyen, pero sin limitarse a estos,
grafito, negro de carbono, carbono vítreo, carbón vegetal activado,
carbono activado y combinaciones de los mismos. Se prefieren formas
finamente divididas de los anteriores. También es posible utilizar
mezclas de diferentes productos.
Para los fines de la presente invención el
producto de carbono también puede ser un agregado que comprende al
menos una fase de carbono y al menos una fase de especie que
contiene silicio. El producto de carbono también puede ser un negro
de carbono recubierto parcialmente con sílice; o puede ser un
agregado que comprende al menos una fase de carbono y una fase de
especie que contiene metal. Para cada uno de estos productos de
carbono se puede unir también al menos un grupo orgánico. Una
descripción adicional de estos pigmentos se puede encontrar en la
patente de Estados Unidos nº 5.830.930; 5.863.323; 5.747.562;
5.622.557; y publicación internacional número WO 98/13428.
Para los fines de la presente invención el grupo
orgánico que está unido al producto de carbono para formar el
producto de carbono modificado contiene preferiblemente al menos un
grupo aromático y/o grupo alquilo, tal como grupo alquilo
C_{1}-C_{20}. Preferiblemente, el grupo orgánico
es un -C_{6}H_{4}COO^{-}X^{+} o
-C_{6}H_{4}SO_{3}^{-}X^{+}, en el que X^{+} es un
contraión como el Na^{+}. Los grupos orgánicos que pueden estar
unidos al producto de carbono pueden ser cualquiera de los grupos
orgánicos descritos en las patentes de EstadosUnidos números
5.851.280; 5.837.045; 5.803.959; 5.672.198; 5.571.311; 5.630.868;
5.707.432; 5.803.959; 5.554.739; 5.698.016; 5.713.988; y en las
publicaciones internacionales números WO 96/18688; WO 97/47697; WO
99/07794; y WO 97/47699, y la solicitud de patente de Estados Unidos
pendiente de tramitación presentada el 2 de abril de 1999, titulada
"Pigmentos modificados que tienen propiedades de dispersión
mejoradas". Además estas patentes, publicaciones, y solicitud
proporcionan procedimientos preferidos para unir el grupo orgánico
sobre el producto de carbono.
Preferiblemente, la cantidad de tratamiento sobre
el producto de carbono para formar el producto de carbono modificado
que tiene unido al menos un grupo orgánico es cualquier cantidad
que se pueda unir sobre el producto de carbono e incluye niveles de
tratamiento de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5,0
micromoles/m^{2} del producto de carbono. Preferiblemente se usan
niveles de tratamiento de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 4,0
micromoles/m^{2} de producto de carbono cuando el grupo orgánico
es un grupo ácido para-aminobenzoico u otro grupo
similar. El nivel de tratamiento está preferiblemente por debajo de
3 micromoles/m^{2} cuando el grupo orgánico unido es un grupo
amonio cuaternario o similar. Preferiblemente el producto de carbono
no tiene cobertura completa de grupos orgánicos unidos. En otras
palabras, menos de la totalidad de todos los sitios reactivos se
usan sobre el producto de carbono para unir grupos orgánicos.
Los productos de carbono modificados de la
presente invención se pueden usar en composiciones acuosas o basadas
en disolvente que contienen de forma opcional pigmentos
convencionales. Lo siguiente en referencia a composiciones de tinta
puede ser aplicable de forma similar a otros sistemas líquidos,
incluyendo, por ejemplo, recubrimientos, papeles, tintas, tóners,
adhesivos, látices, textiles y fibras.
Además las patentes de Estados Unidos números
5.851.280; 5.837.045; 5.803.959; 5.672.198; 5.571.311;
5.630.868; 5.707.432; 5.803.959; 5.554.739; 5.698.016; 5.713.988 y las publicaciones internacionales números WO 97/47697; WO 97/47699 y WO 99/05575, describen la incorporación de negro de carbono y/o otros pigmentos en recubrimientos, papel, tintas, textiles y/o tóners, y similares que se pueden aplicar igualmente aquí para los productos de carbono modificados de la presente invención.
5.630.868; 5.707.432; 5.803.959; 5.554.739; 5.698.016; 5.713.988 y las publicaciones internacionales números WO 97/47697; WO 97/47699 y WO 99/05575, describen la incorporación de negro de carbono y/o otros pigmentos en recubrimientos, papel, tintas, textiles y/o tóners, y similares que se pueden aplicar igualmente aquí para los productos de carbono modificados de la presente invención.
Además, preferiblemente los productos de carbono
modificados contienen más de un tipo de grupo orgánico. En
particular, se prefiere para los fines de la presente invención que
los productos de carbono tengan unidos al menos dos tipos diferentes
de grupos orgánicos. Más preferiblemente, los productos de carbono
tienen unido al menos un grupo orgánico que es no iónico tal como
4-benzoato de
tripropilenglicol-monometil-éter y también tienen
unido al menos un grupo orgánico que contiene también al menos un
grupo iónico o ionizable, o ambos. Se demuestra que tales productos
de carbono que tienen al menos dos tipos diferentes de grupos
orgánicos tienen mejores propiedades de chorro para una imagen
impresa que resulta de la composición de tinta que contiene este
tipo de producto de carbono modificado.
Se han encontrado adecuadas composiciones de
tinta que contienen los productos de carbono o los productos de
carbono modificado de la presente invención para uso en
aplicaciones de generación de imagen, en particular para uso en
tintas para chorro de tinta. Tales composiciones de tinta o tinta
para chorro de tinta muestran preferiblemente mejores propiedades
de formulación y estabilidad de almacenamiento.
Los productos de carbono o los productos de
carbono modificado de la presente invención están presentes en la
composición de tinta o tinta para chorro de tinta acuosa o basada
en disolvente en una cantidad efectiva para proporcionar la calidad
de imagen deseada, por ejemplo, densidad óptica, sin que vaya en
detrimento de la prestación de la tinta. De forma típica, los
productos de carbono o productos de carbono modificado pueden estar
presentes en una cantidad que varía de aproximadamente el 1% a
aproximadamente el 20%, preferiblemente de aproximadamente el 2% a
aproximadamente el 10%, basado en el peso de la composición de
tinta. Además los productos de carbono o productos de carbono
modificado son típicamente tan pequeños como sea posible para
permitir una suspensión coloidal estable del pigmento en el
vehículo líquido y para evitar la obstrucción de los canales y
boquillas de tinta cuando se usan en la aplicación de impresión
deseada. Por ejemplo, un tamaño medio de partícula preferido del
producto de carbono o producto de carbono modificado para uso en
una impresora por chorro de tinta térmica está por lo general por
debajo de 1,0 micrómetro, preferiblemente en un intervalo de
aproximadamente 0,01 micrómetros a aproximadamente 0,3
micrómetros.
Las composiciones de tinta de la presente
invención se pueden preparar usando técnicas convencionales
conocidas por los especialistas en la técnica, tales como
combinación o mezcla del componente deseado en un vehículo de tinta
adecuado, es decir, un medio acuoso o basado en agua o en
disolvente. Cuando las composiciones de tinta y de tinta para
chorro de tinta son sistemas basados en agua, se usa típicamente una
cantidad significativa de agua, preferiblemente agua desionizada o
destilada. Por ejemplo, la cantidad de agua o medio similar está
por lo general presente en una cantidad que varía de
aproximadamente el 50% a aproximadamente el 95%, preferiblemente de
aproximadamente el 60% a aproximadamente el 80%, basado en el peso
de la composición de tinta o de tinta para chorro de tinta.
Las composiciones de tinta y de tinta para chorro
de tinta de la presente invención pueden estar tamponadas en el pH
deseado mediante la adición de una base adecuada, tal como
hidróxido de sodio, hidróxido de amonio, trietilamina,
dimetiletanolamina y similares, o un ácido adecuado, tal como
ácidos minerales, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y similares.
Además se puede añadir un polímero que es soluble en la composición
de tinta o tinta para chorro de tinta para mejorar la solidez frente
a agua, resistencia al frotado y/o resistencia al emborronamiento
de las imágenes generadas a partir de estas composiciones. Por
"soluble" se entiende que el polímero se disolverá en el
vehículo de tinta para formar una fase o sistema de emulsión
estable. Estos polímeros incluyen, por ejemplo, poli(alcohol
vinílico), poliéster, poliestermelamina, copolímeros de estireno -
ácido acrílico, copolímeros de estireno - ácido maleico,
copolímeros de estireno - ácido maleico - acrilato de alquilo,
copolímeros de estireno - ácido metacrílico - acrilato de alquilo,
copolímeros de estireno - hemiéster de ácido maleico, copolímeros de
vinilnaftaleno - ácido acrílico, copolímeros de vinilnaftaleno -
ácido maleico y sales de los mismos. Polímeros adicionales
incluyen, polivinilimidazol, derivados de polivinilimidazol,
copolímeros de vinilimidazol, copolímeros de derivados de
vinilimidazol, polivinilpiridina, derivados de polivinilpiridina,
copolímeros de vinilpiridina, copolímeros derivados de
vinilpiridina, polietilenimina, derivados de polietilenimina y
mezclas de los mismos, como se describe en la publicación PCT número
WO 96/18688.
Se pueden incorporar también en general aditivos
adecuados en la composición de tinta o de tinta para chorro de tinta
para dar un número de propiedades deseadas mientras se mantiene la
estabilidad de las composiciones. Por ejemplo, se puede usar un
agente tensoactivo o polímero adecuado para mejorar más la
estabilidad coloidal de la composición de tinta. Son bien conocidos
en la técnica otros aditivos e incluyen humectantes, biocidas,
aglutinantes, aceleradores del secado, penetrantes y similares.
Ejemplos de humectantes incluyen etilenglicol, propilenglicol,
dietilenglicol, glicerina, dipropilenglicol, polietilenglicol,
polipropilenglicol, alcanodioles, amidas, éteres, ácidos
carboxílicos, ésteres, alcoholes, organosulfuros, organosulfóxidos,
sulfonas, derivados de alcohol, 2-pirrolidona,
derivados de éter, aminoalcoholes y cetonas. La cantidad de un
aditivo determinado variará dependiendo de una variedad de factores
pero por lo general está presente en una cantidad que varía entre
el 0% y el 40%, preferiblemente entre el 0,1% y el 10%, si bien la
cantidad puede estar fuera de este intervalo. Ciertos contraaniones,
tales como ácidos polihidroxilados, pueden servir como el humectante
también cuando se asocia con el pigmento. Esta ventaja evita el uso
de humectantes libres en las composiciones.
Las imágenes impresas se pueden generar a partir
de composiciones de tinta o de tinta para chorro de tinta de la
presente invención mediante la incorporación de tales composiciones
en un aparato de impresión adecuado y se genera una imagen sobre un
sustrato. Impresoras por chorro de tinta adecuadas incluyen, por
ejemplo, impresoras térmicas, impresoras piezoeléctricas,
impresoras continuas, impresoras de válvula, y similares. De forma
similar, se puede usar cualquier sustrato adecuado incluyendo
papeles normales, papeles aglomerados, papeles recubiertos,
materiales para transparencia, materiales textiles, plásticos,
láminas poliméricas, sustratos inorgánicos y similares.
Las composiciones de tinta que contienen los
productos de carbono o productos de carbono modificado de la
presente invención tienen preferiblemente mejor densidad óptica
para la imagen impresa con composiciones de tinta de este tipo. Los
productos de carbono o productos de carbono modificado pueden
mejorar también la resistencia al corrimiento de colores y/o
proporcionar un mayor brillo de la imagen impresa.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado, bien como pre-dispersión o como un
sólido, se pueden incorporar en una composición de tinta usando
técnicas estándar. El uso de un producto de carbono modificado
dispersable en agua o dispersable en disolvente de la invención
puede proporcionar una ventaja significativa y ahorros de coste por
la reducción o eliminación de las etapas de molienda usadas por lo
general con otros pigmentos convencionales.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la invención se pueden usar además en tintas nuevas.
Por ejemplo, una composición de tinta nueva puede comprender un
vehículo de tinta (por ejemplo, agua), los productos de carbono o
productos de carbono modificado de la invención, una resina, y
aditivos convencionales opcionales tales como aditivos
antiespumantes o un agente tensoactivo.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la invención se pueden usar también en tintas de
cambio de fase (fusión en caliente). Las tintas de cambio de fase
incluyen por lo general al menos un colorante y al menos un portador
de cambio de fase o ceroso (por ejemplo, un material que contenga
amida grasa como una mezcla de un compuesto de
tetra-amida y un compuesto de
mono-amida, o una mezcla de alcanolamidas y
polietilenglicol). La tinta de cambio de fase está en una fase
sólida a temperatura ambiente y en una fase líquida a una
temperatura de operación elevada de la impresora. Cuando la tinta
se calienta se funde para formar un fluido de baja viscosidad que se
puede eyectar como gotas. Tras la inyección a chorro, las gotas
calientes impactan sobre un sustrato, y se enfrían hasta
temperatura ambiente formando películas de grosor uniforme. Puede
tener lugar también impacto subsiguiente de las gotas sobre el
sustrato, dependiendo del tipo de impresora usada. El uso de
productos de carbono o productos de carbono modificado puede
proporcionar una ventaja significativa en la estabilidad de la
dispersión y compatibilidad del portador respecto a pigmentos
convencionales y en solidez frente a luz respecto a tintes.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la presente invención se pueden usar también en la
fabricación de placas de impresión litográfica o flexográfica. Por
ejemplo, la tinta o solución fuente usada en el proceso de
impresión puede contener los productos de carbono o productos de
carbono modificado de la presente invención. Las tintas
flexográficas incluyen por lo general un colorante, un aglutinante,
y un disolvente. Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la invención son útiles como colorantes para tinta
flexográfi-
ca.
ca.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la presente invención se pueden usar también en la
fabricación de placas para impresión litográfica, tales como placas
para impresión que pueden generar imagen por láser en el infrarrojo
o infrarrojo próximo. De forma típica, la generación de imagen tiene
lugar cuando la placa se expone a radiación que tiene longitudes de
onda entre 800 y 1100 nm. En general una placa para impresión
litográfica que puede generar imagen por láser en el infrarrojo o
infrarrojo próximo incluye al menos las siguientes capas: una placa
de metal de grano fino o de poliéster o sustrato tipo hoja y una
capa de absorción de radiación recubierta sobre la misma. Se pueden
usar también en la presente invención capas protectoras para el
sustrato o la superficie de la placa recubierta. Cuando se recubre
sobre el sustrato, la capa protectora puede servir también como un
cebador de activación de la adhesión. Se pueden usar otras capas,
por ejemplo, para mejorar la adhesión entre capas y durabilidad de
la placa para impresión. La capa de absorción de radiación contiene
los productos de carbono o productos de carbono modificado de la
presente invención junto con otros ingredientes convencionales,
tales como resinas y aglutinantes. En el proceso de generación de
imagen, se expone selectivamente una placa para impresión
litográfica a una salida láser u otra fuente capaz de eliminar o
modificar químicamente la capa absorbente de radiación o capas
adyacentes a la misma. La salida láser definirá un modelo sobre la
placa para impresión y eliminará o modificará sólo aquellas partes
de la capa de adsorción de radiación que definen el modelo. Después
de esto, la placa para impresión se puede desarrollar
adicionalmente sometiéndola a un disolvente capaz de eliminar
la(s) capa(s) donde se genera la imagen, si queda
alguna, lo que define el mismo patrón. Los detalles de los distintos
componentes convencionales y técnicas para tales placas para
impresión se describen en la patente de Estados Unidos número
5.493.971; documentos EP 0803771 A1; EP 0770494 A2; EP 0770495 A1;
así como también en la publicación PCT WO-98/31550 y
las patentes y publicaciones referencias en esta invención.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la invención se pueden usar también en composiciones
para recubrimiento tales como pinturas o acabados, o similares. Así
pues, una realización de la invención es una composición para
recubrimiento que comprende un vehículo acuoso o no acuoso, resina o
aglutinante, y un producto de carbono o producto de carbono
modificado. Se pueden incorporar otros aditivos de recubrimiento
conocidos en las composiciones de recubrimiento. Véase, por
ejemplo, Encyclopedia of Science & Technology de
McGraw-Hill, quinta edición,
(McGraw-Hill, 1982), incorporado a esta invención
como referencia. Véanse también las patentes de Estados Unidos
números 5.051.464; 5.319.044; 5.204.404; 5.051.464; 4.692.481;
5.356.973; 5.314.945; 5.266.406; y 5.266.361.
Los productos de carbono o productos de carbono
modificado de la invención, bien como predispersión o como un
sólido, se pueden incorporar en una composición para recubrimiento
usando técnicas estándar. El uso de un producto de carbono
modificado dispersable en agua o disolvente proporciona una ventaja
significativa y ahorros de coste por la reducción o eliminación de
las etapas de molienda usadas por lo general con otros pigmentos
convencionales.
Como se señaló anteriormente, los productos de
carbono o productos de carbono modificado de la presente invención
se pueden usar en otros sistemas acuosos o basados en disolvente
que incluyen, pero sin limitarse a estos, recubrimientos, pinturas,
papeles, adhesivos, látices, tóners, textiles y fibras. Por ejemplo,
los sistemas acuosos o basados en disolvente se pueden preparar
mediante combinación o mezcla de los productos de carbono o
productos de carbono modificado con resinas adecuadas, tales como
alquidos, acrílicos, poliésteres, silicatos, uretanos, epóxidos y
similares.
La presente invención se clarificará
adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que se pretende
sean puramente a título de ejemplo de la presente invención.
Se combinó una solución de 49,4 g de ácido
p-aminobenzoico (PABA) en 1000 ml de agua en un
mezclador adecuado con 600 g de negro de carbono A (área
superficial: 200 m^{2}/g y DBP: 117 ml/100 g) y se calentó la
mezcla resultante a 70ºC. A esto se añadió 24,8 g de nitrito de
sodio disuelto en 200 g de agua desionizada y se continuó la mezcla
a 70ºC durante 2 a 3 horas. Durante este tiempo se liberaron
burbujas cuando se formó la sal de diazonio
N_{2}^{+}C_{6}H_{4}COO^{-} y reaccionó con el negro de
carbono. La dispersión resultante se centrifugó en primer lugar con
una centrífuga Carr continua a una fuerza G de aproximadamente
15.000 y a una velocidad de flujo de aproximadamente 600 ml/minuto,
y luego se purificó mediante ultrafiltración/diafiltración hasta que
el permeado era incoloro y se filtró a 0,5 micrómetros. El producto
de carbono modificado de la dispersión 1A tenía unidos grupos
-C_{6}H_{4}COO^{-} y el contraión correspondiente era
Na^{+}. Se usó el mismo procedimiento para preparar la dispersión
1B, excepto que se usó el negro de carbono B (área superficial:
1500 m^{2}/g y DBP: 330 ml/100 g). Se muestran en la tabla 1 las
cantidades correspondientes de reactivos que se usaron. Las
cantidades de negro de carbono A y B usadas fueron diferentes
cuando se llevaron a cabo las modificaciones químicas en el mismo
mezclador de la misma forma. Esto es debido principalmente a la
diferencia de densidad de los dos negros de carbono. En este caso,
el negro de carbono A tiene una densidad de 0,304 Kg/l (19
lbs/ft^{3}) y el negro de carbono B tiene una densidad de 0,143
Kg/l (9 lbs/ft^{3}).
\vskip1.000000\baselineskip
| Negro de carbono | Otros reactivos | ||||||
| ID de la | Área | DBP | Negro de | Cantidad | PABA | NaNO_{2} | Agua |
| dispersión | superficial | (ml/100 g) | carbono | (g) | (g) | (g) | (g) |
| 1A | 200 | 117 | A | 600 | 49,4 | 24,8 | 1200 |
| 1B | 1500 | 330 | B | 200 | 109,6 | 55,2 | 966 |
Este ejemplo muestra que la dispersión preparada
a partir de negro de carbono B de DBP elevado, área superficial
elevada, tiene mayor densidad óptica. Se diluyeron las dispersiones
1A y 1B al 5% con agua y se extendieron sobre papel Xerox 4024
usando un aplicador Bird de 3 milímetros con un dispositivo de
extendido automático Byk-Gardner. Se midió la
densidad óptica de las películas resultantes usando un densitómetro
óptico 915 de MacBeth. Se indican los resultados en la tabla 2.
| ID de la Dispersión | Densidad óptica |
| 1A | 1,66 |
| 1B | 1,84 |
Este ejemplo muestra que las tintas preparadas a
partir de dispersiones que contienen negro de carbono modificado B,
que tienen elevado DBP y elevada área superficial, exhiben mayor
densidad óptica. Se formularon las dispersiones 1A y 1B en una tinta
con pirrolidinona al 10%, 1,4-butanodiol al 10% e
IPA (alcohol isopropílico) al 4% a una carga de pigmento del 5% (en
base seca), siendo agua el equilibrio. Se identifican las tintas
correspondientes como 3A y 3B respectivamente. Se imprimieron usando
un Lexmark Color Jetprinters Serie 7000 sobre tres papeles
diferentes: Springhill Relay DP, Comp USA y HP Multipurpose. Se
indican los resultados en la tabla 3.
| Papel | 3A | 3B |
| Springhill Relay DP | 1,25 | 1,49 |
| Comp USA | 1,57 | 1,77 |
| HP Multipurpose | 1,52 | 1,75 |
Este ejemplo muestra que las tintas preparadas a
partir de dispersiones que contienen negro de carbono modificado B,
que tienen DBP elevado y elevada área superficial, muestran mejores
propiedades de corrimiento negro a color cuando se imprime junto
con colores. Ambas tintas 3A y 3B se imprimieron en papel Champion
Laser como un gráfico coloreado junto con tinta Lexmark Black
12A9170 para fines comparativos. Se compararon las tres impresiones
en cuanto a las prestaciones en corrimiento negro a color mediante
examen con una lupa de 10 aumentos. Se estableció una escala de 0 a
10, designando mayores números cuanto mejor comportamiento al
corrimiento negro a color. Como se muestra en la tabla 4, la tinta
Lexmark Black 12A9170 daba la peor prestación mientras que la tinta
3B era la mejor.
| Tinta | Calificación |
| Lexmark Black 12A9170 | 5 |
| 3A | 6 |
| 3B | 9 |
Este ejemplo describe la síntesis de TPMN, que es
el precursor del reactivo de tratamiento TPMA. Se equipó un matraz
de fondo redondo de tres bocas de 250 ml con un termómetro, un
embudo de goteo de igualación de presión, una barra de agitación
magnética, y un condensador de reflujo con un tubo de secado de KOH.
Se colocó el matraz en un baño de hielo sobre un agitador
magnético. Se añadieron cloruro de 4-nitrobenzoílo
(9,3 g) y 50 ml de tolueno al matraz en primer lugar. Luego se
añadió al matraz gota a gota a través del embudo de goteo la mezcla
de tripropilenglicol-monometil-éter (TPM, 10,31 g)
y trietilamina en tolueno (aproximadamente 100 ml). Después de la
adición se retiró el baño de hielo y se dispuso una manta
calefactora, y se sometió la reacción a reflujo a
90-100ºC durante 4 a 5 horas. Se enfrió la mezcla de
reacción hasta temperatura ambiente y se pasó a través de un embudo
Buchner (con papel de filtro cualitativo, Whatman nº 10). Se
dispuso el filtrado dentro de un embudo de separación, se lavó dos
veces con carbonato de potasio al 5% (en relación peso/peso) y
cloruro de sodio al 5% una vez, y luego se secó sobre sulfato de
sodio durante 0,5 horas. Se separó por filtración el agente de
secado mediante filtración por gravimetría a través de un embudo de
vidrio con una pieza de algodón. Se colocó el filtrado en un
evaporador rotativo para eliminar el tolueno, quedando un sólido
(4-nitrobenzoato de
tripropilenglicol-monometil-éter (TPMN)). Se
determinó la identificación del nitroéster mediante RMN (usando un
instrumento de RMN Varian a 400 MHz, modelo 400VXR con CDCl_{3}
como disolvente).
Se disolvió TPMN en metanol (100 ml) en un matraz
de hidrogenación que contiene óxido de platino (0,1 g). Se dispuso
el matraz en un aparato de hidrogenación (Parr. Corp.) y se redujo
la muestra (como se evidenció por la ausencia de más cambios en la
presión de hidrógeno y un cambio de color de amarillo a rojo hasta
amarillo pálido), formándose 4-aminobenzoato de
tripropilenglicol-monometil-éter (TPMA). La
identificación del aminoéster se determinó usando procedimiento de
RMN y las condiciones descritas anteriormente.
Este ejemplo ilustra la preparación de una
dispersión que contiene negro de carbono B modificado con PABA y
TPMA juntos. Se combinaron ácido nítrico diluido (100 g, al 10% en
relación peso/peso)) y 32,5 g de TPMA en un mezclador adecuado con
123,4 g de PABA, 200 g de negro de carbono B y se calentó la mezcla
resultante a 70ºC. Se añadió a esto 69 g de nitrito de sodio
disuelto en 400 g de agua desionizada y se continuó agitando a 70ºC
durante 2 a 3 horas. Durante este tiempo se liberaron burbujas
cuando se formaron las sales de diazonio
N_{2}^{+}C_{6}H_{4}COO^{-} y
N_{2}^{-}C_{6}H_{4}COO(C_{3}H_{6}O)_{3}CH_{3}
y reaccionaron con el negro de carbono. La dispersión resultante se
centrifugó en primer lugar con una centrífuga continua Carr a una
fuerza G de aproximadamente 15.000 y a una velocidad de flujo de
aproximadamente 600 ml/minuto, y luego se purificó mediante
ultrafiltración/diafiltración hasta que el perneado era incoloro y
se filtró a 0,5 micrómetros. El producto de carbono modificado de
esta dispersión (6B) tenía unidos grupos
-C_{6}H_{4}COO(C_{3}H_{6}O)_{3}CH_{3} y
grupos -C_{6}H_{4}COO^{-} con un contraión de Na^{+}
correspondiente.
Este ejemplo contrasta la prestación de una tinta
preparada a partir de la dispersión 6B que contiene negro de
carbono B modificado con PABA y TPMA con una tinta preparada a
partir de la dispersión 1B que contiene negro de carbono B
modificado sólo con PABA. Se formularon las dispersiones 1B y 6B en
una tinta con pirrolidinona al 10%, 1,4-butanodiol
al 10% e IPA al 4% a una carga de pigmento del 5% (en base seca),
siendo agua el equilibrio. Las tintas correspondientes son 3B y 7B
respectivamente. Estas se imprimieron usando un Lexmark Color
Jetprinters Series 7000 sobre tres papeles diferentes: Springhill
Relay DP, Comp USA y HP Multipurpose. Se indican los resultados en
la tabla 5.
\vskip1.000000\baselineskip
| Papel | 3A | 7B |
| Springhill Relay DP | 1,49 | 1,19 |
| Comp USA | 1,77 | 1,7 |
| HP Multipurpose | 1,75 | 1,48 |
Este ejemplo muestra que la tinta 7B tiene una
densidad óptica menor, presumiblemente debido a la mayor penetración
en el papel. Además, la tinta 7B mostró mejores propiedades de
inyección a chorro evidenciado porque no se observaron líneas
blancas cuando se imprimió un cuadrado sólido. Por otra parte la
tinta 3B mostró algunas estrías blancas, lo que indica gotas de
tinta perdidas o mal direccionadas.
Este ejemplo contrasta la dispersión 1B que
contiene negro de carbono B modificado sólo con PABA y la
dispersión 6B que contiene negro de carbono B modificado con PABA y
TPMA. Se diluyeron las dispersiones 1B y 6B hasta el 5% con agua y
se extendieron sobre papel Xerox 4024 usando un aplicador Bird de 3
milímetros con un dispositivo de extendido automático
Byk-Gardner. Se midió la película resultante en
cuanto a densidad óptica usando un densitómetro óptico MacBeth 915.
Se indican los resultados en la tabla 6.
| ID de la dispersión | Densidad óptica |
| 1B | 1,84 |
| 6B | 1,77 |
La dispersión 6B tiene una densidad óptica
inferior en comparación con 1B, posiblemente debido a que es más
penetrante en el papel.
Serán aparentes para los especialistas en la
técnica otras realizaciones de la presente invención a partir de la
consideración de la memoria descriptiva y práctica de la presente
invención descrita en este documento. Se pretende que la memoria
descriptiva y ejemplos sean considerados sólo a título de ejemplo,
estando indicado el verdadero alcance y espíritu de la presente
invención en las siguientes reivindicaciones.
Claims (19)
1. Una composición de tinta que comprende a) al
menos un vehículo de tinta y b) al menos un producto de carbono que
tiene un área superficial BET de 900 a 2200 m^{2}/g.
2. La composición de tinta de la reivindicación
1, en la que dicha área superficial BET es de aproximadamente 1000
a aproximadamente 2000 m^{2}/g.
3. La composición de tinta de la reivindicación
1, en la que dicha composición de tinta es una composición de tinta
para chorro de tinta.
4. Una composición de tinta que comprende a) al
menos un vehículo de tinta y b) al menos un producto de carbono
modificado que comprende un producto de carbono que tiene unido al
menos un grupo orgánico, y en el que dicho producto de carbono
tiene un área superficial BET de 900 a 2200 m^{2}/g.
5. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicha área superficial BET es de aproximadamente 1000
a aproximadamente 2000 m^{2}/g.
6. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho grupo orgánico comprende al menos un grupo
alquilo C_{1}-C_{20}.
7. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho grupo orgánico comprende al menos un grupo
aromático.
8. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho grupo orgánico es polimérico.
9. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho grupo orgánico comprende al menos un grupo
alquilo C_{1}-C_{20} o al menos un grupo
aromático, en el que cualquier grupo está unido directamente al
producto de carbono.
10. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho grupo orgánico está sustituido con al menos un
grupo iónico, grupo ionizable o ambos.
11. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho producto de carbono es negro de carbono,
grafito, carbono vítreo, carbono finamente dividido, carbón vegetal
activado, carbono activado o mezclas de los mismos.
12. La composición de tinta de la reivindicación
11, en la que dicho producto de carbono es negro de carbono.
13. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicho producto de carbono tiene un DBP de al menos
aproximadamente 50 a aproximadamente 400 cc/100 g.
14. La composición de tinta de la reivindicación
13, en la que dicho producto de carbono tiene una DBP de
aproximadamente 100 a aproximadamente 360 cc/100 g.
15. La composición de tinta de la reivindicación
4, en la que dicha composición de tinta es una composición de tinta
para chorro de tinta.
16. Un procedimiento de grabación con chorro de
tinta, que comprende la etapa de aplicar a un medio de grabación
gotas de tinta descargadas desde orificios de una grabación por
chorro de tinta, en el que dichas gotas de tinta se forman a partir
de la composición de tinta para chorro de tinta de la
reivindicación 3 o la reivindicación 15.
17. Un procedimiento para aumentar la densidad
óptica, la resistencia al corrimiento de colores, o el brillo de
una tinta para chorro de tinta, que comprende la etapa de
incorporar en la tinta para chorro de tinta un producto de carbono
que tiene un área superficial BET de 900 a 2200 m^{2}/g.
18. Un procedimiento para aumentar la densidad
óptica, la resistencia al corrimiento de colores, o el brillo de
una tinta para chorro de tinta, que comprende la etapa de
incorporar en la tinta para chorro de tinta un producto de carbono
modificado que comprende un producto de carbono que tiene unido al
menos un grupo orgánico, en el que dicho producto de carbono tiene
un área superficial BET de 900 a 2200 m^{2}/g.
19. El procedimiento de la reivindicación 18, en
el que dicho grupo orgánico está sustituido con al menos un grupo
iónico, grupo ionizable o ambos.
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