ES2620018T3 - Tinta sensible al calor de alta viscosidad - Google Patents

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Abstract

Tinta de impresora de inyección de tinta que comprende: agua; partículas de sólidos colorantes activados por calor; y un agente de control de la viscosidad, donde la tinta líquida tiene una viscosidad de no menos de 6,0 centipoise, donde los sólidos colorantes activados por calor son moderadamente solubles en el agente de control de la viscosidad, caracterizada por el hecho de que no menos del 95% de las partículas de sólidos colorantes activados por calor tienen un diámetro de ,05 micras o superior, y de que el agente de control de la viscosidad comprende no menos del 15%, en peso de la tinta líquida.

Description

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Tinta sensible al calor de alta viscosidad Campo de la invencion
[0001] Esta invencion se refiere a una tinta que comprende colorantes activados por calor.
Antecedentes de la invencion
[0002] La impresion digital por inyeccion de tinta ha sido ampliamente usada en muchas aplicaciones.
Su calidad de imagen refinada, en comparacion con tecnologfas analogas convencionales tales como la impresion offset, serigraffa, impresion litografica, tecnologfas de impresion digital por inyeccion de tinta, genera resultados muy convenientes, eficaces y limpios medioambientalmente.
[0003] Sin embargo, la impresion digital acuosa en materiales diferentes del papel puede ser inferior a otros procesos debido a la faltar de intensidad del color y velocidad debido a algunos defectos de los metodos de impresion digital por inyeccion de tinta.
Entre estos, las tintas acuosas con una viscosidad baja y contenido de colorante bajo con tamano de gota especialmente pequeno requieren muchos mas materiales de tinta para generar un resultado de imagen final comparable.
Este es un problema mayor cuando los colorantes usados en la tinta de inyeccion no son tintes solubles, sino que son pigmentos u otros colorantes insolubles.
Una saturacion de color alta y la llamada supersaturacion de la imagen de color pueden ser diffciles de conseguir cuando se usan estas tintas de inyeccion.
[0004] Un modo de crear tinta acuosa es anadir agentes de control de la viscosidad que son polfmeros sinteticos naturales de alto peso molecular, glicoles de viscosidad mas alta solubles en agua o mezclables, alcoholes de alto grado, acompanados por concentraciones mas altas de colorantes.
Diferentes problemas se asocian a este simple metodo. El uso de polfmeros de alto peso molecular puede resultar en un sistema acuoso que se desvfa de los requisitos de propiedades ffsicas de la impresora de inyeccion de tinta usada para imprimir la tinta, tal como un comportamiento de fluido newtoniano. Por lo tanto, la tinta responde indebidamente al mecanismo de inyeccion.
El polfmero de alto peso molecular en combinacion con niveles aumentados de colorantes, especialmente de colorantes de tipo no soluble, puede crear un atasco de las boquillas de los cabezales de impresion, incluso cuando se usa una tecnologfa de cabezal de impresion nueva disenada para tintas de viscosidad mas alta, ya que dichas impresoras no estan especfficamente disenadas para usarse con colorantes que son solidos cuando se imprimen.
[0005] Los colorantes activados por calor se han usado en la impresion digital con inyeccion de tinta.
La calidad de la imagen depende de la eficacia y efectividad con la que los colorantes activados por calor se transfieren o se fijan al sustrato.
Hale et al., Patente de EE. UU. n° 5,642,141 y Xu et al., Patente de EE. UU. n° 5,488,907 muestran metodos de impresion de tinta de que usan solidos de tinte finamente divididos activados por calor.
Estos metodos incorporan una tinta con una viscosidad generalmente alrededor de 2 a 4 mPa.s (cP) a temperatura ambiente.
Estas patentes no ensenan especfficamente como crear una tinta con una alta eficiencia de transferencia usando tintes activados por calor y con una viscosidad relativamente mas alta.
[0006] Las tintas de inyeccion de alta viscosidad pueden presentar otros problemas para las tintas activadas por calor cuando esta presente una elevada concentracion de colorante.
Los agentes para controlar o modificar las propiedades ffsicas de la tinta pueden obstaculizar la eficiencia de activacion por calor del colorante, debido a los altos puntos de ebullicion, afinidad para el tinte activado por calor a la temperatura de activacion, o atrapamiento/encapsulacion de la partfcula de tinte debido a la larga estructura de cadena polimerica de la sustancia qufmica/agente.
Estos problemas pueden ser mas pronunciados cuando los tamanos de partfcula de los colorantes usados en las tintas son muy pequenos. Por ejemplo, una alta concentracion de glicerina puede alterar la eficiencia de la activacion por calor de una pequena partfcula de tinte bajo una temperatura de activacion por calor y una duracion normales. Ademas, un agente espesante, como por ejemplo carboximetilcelulosa (CMC), puede crear un sistema no newtoniano, a la vez que obstaculiza la activacion o sublimacion del tinte activado por calor.
[0007] Los cabezales de impresion de impresoras de inyeccion de tinta, incluyendo cabezales de impresion piezoelectricos de tipo drop on demand (DOD) o gota a demanda, tienen boquillas y orificios de tamanos variables. Estas boquillas y orificios determinan el tamano de las gotas, la velocidad de impresion y la viscosidad de la tinta inyectable, y tambien la tolerancia a colorantes no solubles o materiales particulados polimericos.
Un rango apropiado de tamanos de partfcula de tinte basados en el tamano de la boquilla u orificio es importante cuando se formulan las tintas activadas por calor de viscosidad mas alta.
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El documento US 6284004B1 describe tintas que utilizan un colorante disperso. Las tintas descritas no son adecuadas para producir imagenes de alta calidad en un cabezal de impresion moderno de inyeccion de tinta de formato grande.
El documento WO 2008/103424A1 describe tintas que no contienen colorantes solubilizables activables por calor.
El documento US 20 05/1991 52A1 describe tintas en las que los tamanos de partfcula de los componentes no se describen.
[0008] Existe una necesidad de una tinta de viscosidad mas alta que comprenda solidos de tinte activados por calor para impresion digital, incluyendo impresion por transferencia o impresion directa, que no atasque el cabezal de impresion, produzca una alta eficiencia de activacion por calor, y sea segura para el medio ambiente, y que sea adecuada para impresoras de tinta de alta viscosidad, que son impresoras que requieren tintas lfquidas con una viscosidad de 5,0 mPa.s (centipoise) o superior a la temperatura ambiente.
Resumen de la presente invencion
[0009] La presente invencion proporciona una tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1.
[0010] La presente invencion es una tinta de inyeccion de alta viscosidad que es util para imprimir imagenes activables por calor usando impresoras de inyeccion de tinta tales como impresoras piezoelectricas de tipo Drop on Demand.
La tinta comprende solidos colorantes activados por calor que no se activan durante el procedimiento de impresion de inyeccion de tinta, y son impresos sobre un sustrato en forma de una imagen que se puede activar y transferidos sobre un sustrato posterior o final mediante la aplicacion de calor y la puesta contacto entre los dos sustratos.
La tinta tambien puede ser activada por calor sobre el sustrato sin mas transferencias mediante la aplicacion de calor a una temperatura que es adecuada para la activacion del colorante.
Descripcion detallada de formas de realizacion preferidas
[0011] La presente invencion es una tinta de inyeccion lfquida que tiene una viscosidad preferida de no menos de 5 mPa.s (cP), y puede tener una viscosidad de 6 a 100 mPa.s (cP), con un contenido total de agua de no menos del 30% en peso de la formulacion total de tinta. Un rango de viscosidad preferido es de 7 mPa.s (cP) a 30 mPa.s (cP). Un colorante activado por calor esta presente en la tinta impresa en forma de partfculas solidas o material particulado.
La cantidad especffica de colorante(s) se suministra para conseguir una intensidad de color y una calidad de la imagen apropiadas mediante la activacion por calor. Se prefiere que el colorante varfe de 1% a 15% en peso de la formulacion de tinta total.
[0012] En una forma de realizacion, la tinta contiene una cantidad sustancial de solventes/cosolventes de control de la viscosidad tales como diol, triol, glicoles, poliol, alcohol de alto grado, aminas, poliamina, aminoxido, etc. o bien solos o en mezcla incluyendo pero sin limitarse a: glicerina, etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, propilenglicol, dipropilenglicol, caprolactum, polietilenglicol, polipropilenglicol, urea, sorbitol, 2-pirrolidinona, N-metilpirrolidinona, polivinilpirrolidinona (PVP), polivinilalcohol (PVA), gamma-butirolactona (GBL), 2-metil-1,3-propanodiol, poliaminas de polietileno, etc. Estos son solventes/cosolventes de alta viscosidad solubles en agua o mezclables en agua que no cambiaran sustancialmente la hidrofilicidad del sistema de tinta, pero que aumentan la viscosidad de la tinta.
Estos materiales tienen poca o ninguna tendencia a solubilizar los colorantes activados por calor.
Ademas, estos solventes, cosolventes, o agentes de control de la viscosidad no alteraran sustancialmente el comportamiento de fluido newtoniano (incompresible) del sistema acuoso.
Este comportamiento se puede expresar por la ecuacion siguiente:
dui dui
p
con el tensor de tension comovil (escrito tambien como a)
P ij = -Pfiij + P
f, <hiJ
\ dxj dxi
donde,
Tj es la tension de cizallamiento en la cara ith de un elemento fluido en la direccion jth Ui es la velocidad en la direccion ith Xj es la coordenada de la direccion jth
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[0013] Otros materiales que se pueden usar para ajustar la viscosidad son polipeptidos tales como polipeptido de soja abietoilo, polipeptido de soja undecilenoilo, prolamina soluble de alcohol/glicol, alcohol graso etoxilado, amina grasa etoxilada, amida acrflica, homopolfmeros de 2-etil-oxazolina, copolfmero y/o terpolfmeros.
[0014] Dependiendo del requisito de viscosidad especffico de la impresora y/o cabezal de impresion, los solventes/cosolventes de control de la viscosidad pueden pesar al menos tres veces tanto, y hasta veinte veces tanto, como los solidos colorantes activados por calor del peso total de la formuladon del tinte para mantener tanto una alta viscosidad como una alta inyectabilidad.
Los solventes/cosolventes de control de la viscosidad totales pueden comprender entre 15% y 60% de la formulacion total en peso.
[0015] Otros ingredientes se pueden utilizar para estabilizar el colorante, y para realizar un ajuste preciso de las propiedades ffsicas de la tinta tales como tension superficial, valor de pH, conductividad y densidad.
Ademas, los tintes activados sin calor y otros colorantes se pueden utilizar en combinacion con el/los colorante(s) activado(s) por calor para mejorar la calidad de imagen y las propiedades en determinadas aplicaciones.
Tambien pueden usarse colorantes autodispersantes y/o colorantes preestabilizados.
[0016] Las tintas de inyeccion de tinta acuosa que tienen la viscosidad deseada pueden tener requisitos de estabilizacion diferentes, debido a cambios de las propiedades ffsicas, tal como densidad de tinta, movimiento browniano de las partfculas, y conductividad electrica.
Estos cambios tienen un impacto en el perfil de distribucion del tamano de las partfculas, y especialmente en el lfmite superior del requisito de distribucion del tamano de las partfculas.
La siguiente ecuacion empfrica se puede utilizar para ayudar a seleccionar el lfmite superior de distribucion del tamano de las partfculas, si el tamano de distribucion de las partfculas no se desvfa sustancialmente de un modelo de distribucion normal:
([> £ ( 50 )3
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donde,
O es la vfa de tinta mas estrecha dentro del cabezal de impresion, tal como el diametro de la boquilla/orificio (en micras)
D es el tamano de partfcula presentado como 95% de la distribucion del tamano total de las partfculas (en micras)
F es la fraccion de peso de colorante del peso total de la formulacion (<1)
[0017] Por ejemplo, un cabezal de impresion que tiene un diametro de boquilla/orificio de 35 pm (micras) indica un tamano de partfcula, en una distribucion del 95%, de igual a o menos de 0,62 pm (micra) de diametro, si los colorantes son 5% del peso total. Esta formula contribuye a la creacion de una tinta que no atascara el estrecho conducto del interior del cabezal de impresion.
[0018] Los colorantes activados por calor adecuados para el uso pueden incluir varios tintes dispersos o tintes de sublimacion que son activados o sublimados aplicando calor al sustrato impreso o sustrato de transferencia. Generalmente, la temperatura de activacion por calor no excede los 505 K (450° F), y de la forma mas preferible, no excede los 483 K (410° F).
Los ejemplos de colorantes, en proporciones variables, incluyen pero no se limitan a C.I. Disperse Orange 13, 29, 31:1,33, 49, 54, 55, 66, 73, 119 y 163; C.I. Disperse Red 4, 11,54, 60 72, 73, 86, 88, 91,92, 93, 111, 126, 127, 134, 135, 143, 145, 152, 153, 154, 159, 164, 167:1, 177, 181,204, 206, 207, 221,258, 278, 283, 288, 311,323, 343, 348 y 356; C.I. Disperse Volet 33; C.I. Disperse Blue 4, 13, 56, 73, 113, 128, 148, 154, 158, 165, 165:1, 165:2, 183, 197, 201,214, 224, 225, 257, 266, 267, 287, 358, 359, 360, 379, Disperse Brown 26, 27; y Disperse Yellow 5, 42, 54, 64, 79, 82, 83, 93, 99, 100, 119, 122, 124, 126, 160, 184:1, 186, 198, 199, 204, 224 y 237. Dependiendo de la aplicacion especffica, tambien pueden usarse otros pigmentos organicos e inorganicos, y tintes solubles e insolubles, tales como tintes directos, colorantes acidos, tintes reactivos, colorantes a la tina, tintes cationicos, tintes basicos, tintes leucos, colorantes termocromaticos y fotocromaticos.
[0019] El colorante permanecera como un material particulado para ser sublimado o activado por calor.
Esto no es un problema significativo para los colorantes insolubles de agua, tales como tintes de sublimacion, en aplicaciones de viscosidad inferior donde poco o nada de glicol u otros agentes de aumento de la viscosidad esta presente.
La diferencia entre el punto de ebullidon del agua y la temperatura de activacion por calor de la tinta, que tfpicamente es mayor de 27,8 K (50° F), indica que la activacion o sublimacion de los solidos de tinta ocurrira despues de que los componentes acuosos se vaporicen, de modo que la activacion o sublimadon no se ve
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obstaculizada materialmente por estos componentes de la tinta.
[0020] La concentracion relativamente elevada de puntos de ebullicion altos de glicoles, poliol, y otros ingredientes de control de la viscosidad puede crear un sistema de ebullicion elevada que hace que la activacion o sublimacion de los colorantes sea muy diffcil.
El punto de ebullicion puede estar cerca, o incluso por encima, de la temperatura de activacion por calor del tinte, como por ejemplo dentro de 11,1 K (20° F) de la temperatura de activacion por calor.
Las partfculas con diametros menores pueden unirse temporalmente, o incluso permanentemente, a estos ingredientes y no activarse, debido a una union con hidrogeno, atrapamiento, o formacion de un sistema de co- ebullicion con un punto de ebullicion elevado.
La solubilidad de la porcion no polar de estos ingredientes tambien puede contribuir a la obstruccion del colorante, especialmente la porcion exterior de las partfculas de colorante a una temperatura cercana al punto de ebullicion de estos solventes o agentes.
Solo las partes internas de las partfculas colorantes, que no estan en contacto con los ingredientes de la "masa interior" de la tinta, pueden activarse o sublimarse.
[0021] En una forma de realizacion de la presente invencion, el tamano del material particulado de los colorantes activados por calor estan limitado de modo que se activen o sublimen con exito suficientes moleculas de colorante.
El siguiente modelo es indicativo de los tamanos de partfculas del tinte:
imagen1
donde,
d es el tamano mfnimo de partfcula en diametro (en micras) para asegurar la eficiencia de activacion por calor K K es la eficiencia de activacion por calor (K < 1)
Ts es el tamano molecular del colorante activado por calor en la dimension mas larga (en nanometros, generalmente Ts = 1,25)
a es el parametro de impacto de obstruccion de la solubilidad, para tintas acuosas de alta viscosidad, a > 1 Para tintas de viscosidad relativamente alta con mas del 20% en peso de solvente de alta viscosidad, a = 3, s ignifica que alrededor de tres capas de moleculas del material particulado colorante pueden ser obstaculizadas.
Por lo tanto, la relacion entre el tamano de partfcula y la eficiencia de activacion por calor se puede definir como:
imagen2
donde,
d es el tamano mfnimo de partfcula en diametro (en micras) para asegurar la eficiencia de la activacion por calor K
K es la eficiencia de activacion por calor (K < 1)
[0022] Una forma de realizacion de la invencion tiene una eficiencia de activacion por calor superior al 65% (K) para las partfculas de colorante.
Sustancialmente todas las partfculas del colorante con un diametro inferior a 50 nanometros se excluyen de la tinta. De este modo, se elimina la baja eficiencia de transferencia provocada por la alta concentracion de los solventes/cosolventes de control de la viscosidad para estos materiales particulados.
[0023] La presente invencion se puede utilizar con tintas de inyeccion de tinta para inyeccion de tinta continua, inyeccion de tinta de tipo drop on demand termico o de burbuja, drop on demand piezoelectrico, sistemas de entrega de cabezal de impresion de inyeccion de tinta piezoelectricos, ultrasonicos o mecanicos.
Las propiedades ffsicas de la tinta se pueden ajustar para ser adecuadas a requisitos de cabezal de impresion especfficos.
Una impresora preferida para la impresion de una tinta segun la invencion es una impresora de inyeccion de tinta RICOH GELSPRINTER®, que esta disenada para imprimir tintas OEM con una viscosidad de aproximadamente 7. Esta impresora se conoce en el sector como una impresora para tintas de alta viscosidad.
Las impresoras de inyeccion de tinta disenadas para tintas con una viscosidad de 5,0 mPa.s o superior son preferidas.
[0024] La activacion por calor es segun procesos conocidos para la activacion por calor de los tintes.
Por ejemplo, se puede utilizar una prensa de calor para activar y/o transferir tintas que comprenden tintas de sublimacion segun las instrucciones de Hale, patente de EEUU 5,488,907.
[0025] Los siguientes ejemplos ilustran la composicion general de la tinta activada por calor de alta viscosidad. Ejemplo 1:
5 [0026] Una tinta para usar con una impresora de inyeccion de tinta Ricoh GelSprinter®, tamano de boquilla 35 pm
(micras), y con una viscosidad de aproximadamente 7,5 mPa.s (cps):
Ingrediente % en peso
Tinte de azul disperso (preestabilizado) 3,5% Glicerina 40%
Poli(2-etil-oxazolina) 2%
Tensioactivo no ionico 3,5%
Proxel® GXL 0,1%
Otros agentes 2,0%
Agua desionizada resto
[0027] La tinta segun el ejemplo se produce con un lfmite superior (95%) de partfculas a 0,3 pm (micras) y un lfmite
10 inferior a 0,05 pm (micras).
La impresion de transferencia de una imagen impresa con la tinta en tejido de poliester utilizando 478K (400° F), con un tiempo de activacion por calor de 35 segundos produce una imagen con una de densidad optica (cian) de 1,25 o mas medida por un densitometro X-Rite.
15 Ejemplo 2:
[0028] Una tinta para usar con una impresora de inyeccion de tinta Spectra Skywalker, con un tamano de boquilla de 45 micras, y con una viscosidad de aproximadamente 15 cPs:
Ingrediente
% en peso
Mezcla de tinte disperso (preestabilizado)
5,6%
Dispersion de pigmento Negro acuosa CAB-O-JET®
1,5%
Dietilenglicol
20%
e-caprolactama
15%
Tensioactivo no ionico
3,5%
Proxel® GXL
0,1%
Otros agentes
2,0%
Agua desionizada
resto
20
[0029] Esta tinta tiene un lfmite superior de partfcula (95%) en 0,6 pm (micras), y un lfmite inferior en 0,05 pm (micras).
La impresion directa sobre poliester/algodon (50/50) con activacion por calor del tinte a 483K (410° F), en 30 segundos, produce una imagen con una densidad optica de 1,30 o superior medida por un densitometro X-Rite.

Claims (8)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACI ONES
    1. Tinta de impresora de inyeccion de tinta que comprende:
    agua;
    partfculas de solidos colorantes activados por calor; y
    un agente de control de la viscosidad, donde la tinta lfquida tiene una viscosidad de no menos de 6,0 centipoise, donde los solidos colorantes activados por calor son moderadamente solubles en el agente de control de la viscosidad, caracterizada por el hecho de que no menos del 95% de las partfculas de solidos colorantes activados por calor tienen un diametro de ,05 micras o superior, y de que el agente de control de la viscosidad comprende no menos del 15%, en peso de la tinta riquida.
  2. 2. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde el peso del agente de control de la viscosidad presente en un volumen de tinta activada por calor es al menos tres veces el peso del colorante activado por calor presente en el volumen de la tinta activada por calor.
  3. 3. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde el agente de control de la viscosidad es glicol y el peso del glicol presente en un volumen de tinta activada por calor es al menos tres veces el peso del colorante activado por calor presente en el volumen de la tinta activada por calor.
  4. 4. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde el peso del agente de control de la viscosidad presente en un volumen de tinta activada por calor es de un 15-60% del peso total del volumen de la tinta activada por calor.
  5. 5. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde la temperatura de activacion por calor de las partfculas de solidos colorantes activados por calor no es sustancialmente superior al punto de ebullicion del agente de control de la viscosidad.
  6. 6. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde la temperatura de activacion por calor de las partfculas de solidos colorantes activados por calor no es de mas de 20 grados Fahrenheit superior al punto de ebullicion del agente de control de la viscosidad.
  7. 7. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde sustancialmente todas las partfculas de solidos colorantes activados por calor con un diametro inferior a 50 nanometros se excluyen de la tinta.
  8. 8. Tinta de impresora de inyeccion de tinta segun la reivindicacion 1, donde las partfculas de solidos colorantes activados por calor son solidos de tinte de sublimacion.
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