PT2451648E

PT2451648E - Processo de impressão de tinta sensível ao calor de elevada viscosidade

Info

Publication number: PT2451648E
Application number: PT107979080T
Authority: PT
Inventors: Ming Xu
Original assignee: Sawgrass Technologies Inc
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2015-03-11
Also published as: EP2451648A4; AU2010271253A1; AU2010271253A8; ES2620018T3; PL2837665T3; MX2012000529A; US8425029B2; US20160230031A1; CA2767783C; ES2529415T3; JP2012532774A; PL2451648T3; PT2837665T; EP3205510A1; HUE024542T2; DK2451648T3; WO2011006057A3; US20140168334A1; WO2011006057A2; EP2451648A2

Description

DESCRIÇÃO "Processo de impressão de tinta sensível ao calor de elevada viscosidade"

CAMPO DO INVENTO

Este invento refere-se a um método de impressão por jacto de tinta de corantes activáveis por calor. A impressão digital por jacto de tinta tem sido amplamente utilizada em muitas aplicações. A sua qualidade de imagem refinada, em comparação com as tecnologias analógicas convencionais, tais como as tecnologias de impressão "offset", serigrafia, impressão litográfica, impressão por jacto de tinta digital geram resultados mais convenientes, eficientes e ambientalmente limpos.

No entanto, a impressão digital aquosa sobre materiais para além do papel pode ser inferior a outros processos devido à falta de intensidade e velocidade da cor, devido a alguns inconvenientes dos métodos digitais de impressão por jacto de tinta. Entre esses, a baixa viscosidade, as tintas aquosas com baixo teor de corante com um tamanho de gota especialmente pequeno precisam de muitos mais materiais de tinta para gerar uma saida de imagem final comparável. Isto é um problema maior quando os corantes utilizados na tinta de jacto de tinta não são materiais corantes solúveis, mas são pigmentos ou outros corantes insolúveis. A elevada saturação de cor e a chamada super saturação da imagem colorida podem ser difíceis de conseguir quando se utilizam estas tintas de jacto de tinta.

Uns meios de criar tinta aquosa consistem em adicionar agentes de controlo de viscosidade que são polímeros sintéticos naturais de elevado peso molecular, glicóis solúveis ou miscíveis em água de viscosidade mais elevada, álcoois superiores, acompanhados por concentrações mais elevadas de corantes. Vários problemas estão associados a tal abordagem simples. A utilização de polímeros de elevado peso molecular pode resultar num sistema aquoso que se desvia dos requisitos de propriedade física da impressora de jacto de tinta utilizada para imprimir a tinta, tal como o comportamento do fluido Newtoniano. Por conseguinte, a tinta responde impropriamente ao mecanismo de produção de jacto. 0 polímero de elevado peso molecular em combinação com os níveis aumentados de corantes, especialmente o tipo não solúvel de corantes, pode criar entupimento dos bicos da cabeça de impressão, mesmo quando se utiliza nova tecnologia de cabeças de impressão concebida para tintas de viscosidade mais elevada, uma vez que tais impressoras não estão especificamente concebidas para utilizar com corantes que sejam sólidos quando impressos.

Os corantes activáveis por calor foram utilizados na impressão digital por jacto de tinta. A qualidade da imagem está dependente de como efectivamente e eficientemente os corantes activáveis por calor são transferidos ou fixos ao substrato. Hale et al. , Patente U. S. No. 5 642 141 e Xu et al., Patente U. S. No. 5 488 907, explicam os métodos de impressão por jacto de tinta que utilizam sólidos de materiais corantes activáveis por calor finamente divididos. Estes métodos incorporam uma tinta que tem uma viscosidade geralmente à volta de 2 a 4 mPa.s (cP) à temperatura ambiente. Estas patentes não explicam especificamente como criar uma tinta de elevada eficiência de transferência ao utilizar materiais corantes activáveis por calor e tendo uma viscosidade relativamente mais elevada. O documento US 6284004 BI revela um processo de impressão por jacto de tinta que utiliza tintas que compreendem um material corante disperso. As tintas utilizadas não são adequadas para produzir imagens de elevada qualidade numa cabeça de impressão por jacto de tinta moderna de grande formato.

As tintas de jacto de tinta de elevada viscosidade podem impor outros problemas às tintas activáveis por calor quando estiver presente uma elevada concentração de corante. Os agentes para controlarem ou modificarem as propriedades físicas da tinta podem prejudicar a eficiência da activação pelo calor do corante, devido aos pontos de elevada ebulição, afinidade para o material corante activável por calor à temperatura de activação, ou aprisionamento/encapsulamento da partícula de material corante devido à estrutura de cadeia polimérica comprida do químico/agente. Estas questões podem ser mais pronunciadas quando os tamanhos de partícula dos corantes utilizados nas tintas forem muito pequenos. Por exemplo, uma elevada concentração de glicerina pode alterar a eficiência da activação pelo calor de uma pequena partícula de material corante sob uma temperatura e duração de activação por calor normais. Além disso, um agente de espessamento, tal como carboximetilcelulose (CMC), pode criar um sistema não Newtoniano, enquanto também prejudica a activação ou sublimação do material corante activado pelo calor.

As cabeças de impressão de impressora de jacto de tinta, incluindo as cabeças de impressão piezoeléctrica "Drop on Demand" (DOD), têm bicos e orifícios de tamanhos variados. Estes bicos e orifícios ditam o tamanho da gota, velocidade da impressão e a viscosidade da tinta que se pode transformar em jacto, e também a tolerância aos corantes ou partículas poliméricas não solúveis. Uma gama apropriada de tamanhos de partícula de material corante baseada no tamanho do bico ou orifício é importante quando se formulam as tintas activadas por calor de viscosidade mais elevada.

Existe uma necessidade de uma tinta de viscosidade mais elevada que compreenda sólidos de material corante activáveis por calor para impressão digital, incluindo impressão por transferência ou impressão directa, que não irá entupir a cabeça de impressão, irá render uma elevada eficiência de activação por calor, e será segura para o ambiente, e que é adequada para impressoras de tinta de elevada viscosidade, que são impressoras que precisam de tintas líquidas que têm uma viscosidade de 5,0 mPa.s (centipoise) ou maior à temperatura ambiente.

SUMÁRIO DO PRESENTE INVENTO

Num primeiro aspecto, o presente invento é um método de imprimir um desenho de acordo com a reivindicação 1. É proporcionada uma tinta de jacto de tinta de elevada viscosidade que é útil para imprimir imagens activáveis por calor utilizando impressoras de jacto de tinta tais como impressoras piezoeléctricas "Drop on Demand". A tinta compreende sólidos corantes activáveis por calor que não são activados durante o processo de impressão por jacto de tinta, e são impressos em cima de um substrato na forma de uma imagem que pode ser activada e transferida para um substrato subsequente ou final ao aplicar calor e contacto íntimo entre os dois substratos. A tinta também pode ser activada por calor em cima do substrato sem mais transferência ao aplicar calor a uma temperatura que seja adequada para a activação do corante.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS É proporcionada uma tinta de jacto de tinta líquida que tem uma viscosidade preferida de não menos do que 6,0 mPa.s (cP) , e podendo ter uma viscosidade desde 6 até 100 mPa.s (cPs) , com um teor de água total de não menos do que 30% em peso da formulação de tinta total. Uma gama de viscosidade preferida será desde 7 mPa.s (cP) a 30 mPa.s (cP). Um corante activável por calor está presente na tinta conforme impressa na forma de partículas ou particulados sólidos. A quantidade específica do(s) corante (s) é fornecida para alcançar uma intensidade de cor e uma qualidade de imagem adequadas quando da activação pelo calor. É preferido que o corante vá de 1% a 15% em peso da formulação de tinta total.

Numa concretização, a tinta contém uma quantidade substancial de solventes/co-solventes de controlo de viscosidade tais como diol, triol, glicóis, poliol, álcool superior, aminas, poliamina, amino-óxido, etc. quer sozinhos quer em mistura, incluindo mas não limitado a: glicerina, etilenoglicol, dietilenoglicol, trietilenoglicol, propilenoglicol, dipropilenoglicol, caprolactama, polietilenoglicol, polipropilenoglicol, ureia, sorbitol, 2-pirrolidinona, N-metilpirrolidinona, polivinilpirrolidinona (PVP), poli (álcool vinílico) (PVA), gama-butirolactona (GBL), 2-metil-l,3-propanodiol, polietileno poliaminas, etc. Estes são solventes/co-solventes solúveis em água ou miscíveis em água de elevada viscosidade que não irão mudar substancialmente a hidrofilicidade do sistema de tinta, mas que aumentam a viscosidade da tinta. Estes materiais têm de pouca a nenhuma tendência para solubilizar os corantes activáveis por calor. Além do mais, estes solventes, co- solventes, ou agentes de controlo de viscosidade não irão alterar substancialmente o comportamento do fluido Newtoniano (incompressível) do sistema aquoso. Este comportamento pode ser expresso pela equação que se segue:

com o tensor de esforço decorrido P (também escrito como σ)

onde,

Tij é a tensão de corte na i- face de um elemento de fluido na j- direcção ui é a velocidade na ia direcção xj é a j- coordenada de direcção

Outros materiais que podem ser utilizados para ajustar a viscosidade são os polipéptidos tais como polipéptido abietoílo de soja, polipéptido undecilenoílo de soja, prolamina solúvel em álcool/glicol, álcool gordo etoxilado, amina gorda etoxilada, amina acrílica, homopolimeros, copolímero e/ou terpolímeros de 2-etil-oxazolina.

Dependendo do requisito de viscosidade específica da impressora e/ou cabeça de impressão, os solventes/co-solventes de controlo de viscosidade podem pesar pelo menos três vezes tanto quanto, e até vinte vezes tanto quanto os sólidos corantes activáveis pelo calor do peso de formulação total da tinta, de modo a manter tanto uma viscosidade elevada como uma capacidade de emitir jacto. Os solventes/co-solventes de controlo de viscosidade total podem compreender entre 15% e 60% da formulação total em peso.

Podem ser utilizados outros ingredientes para estabilizar o corante e para um ajustamento fino das propriedades físicas da tinta tais como tensão superficial, valor de pH, condutividade e densidade. Além disso, podem ser utilizados corantes activáveis não pelo calor e outros corantes em combinação com os corante (s) activável (eis) pelo calor para melhorar a qualidade da imagem e as propriedades em certas aplicações. Também podem ser utilizados corantes de auto-dispersão e/ou corantes pré-estabilizados.

As tintas de jacto de tinta aquosas que têm a viscosidade desejada podem ter diferentes requisitos de estabilização devido às mudanças de propriedade física, tais como a densidade da tinta, movimento de Brownian dos particulados e condutividade eléctrica. Estas mudanças provocam impacto no perfil de distribuição de tamanho de particulado e, especialmente, o limite superior do requisito de distribuição de tamanho de partícula. A equação empírica que se segue pode ser utilizada para ajudar na selecção do limite de distribuição de tamanho de partícula superior, se a distribuição do tamanho de partícula não se desviar substancialmente de um modelo de distribuição normal:

onde, Φ é o percurso de tinta mais estreito dentro da cabeça de impressão tal como o diâmetro de bico/orifício (em micron) D é o tamanho de partícula apresentado como 95% da distribuição de tamanho de partícula total (em micron) fé a fracção de peso de corante do peso de formulação total (<1)

Por exemplo, uma cabeça de impressão que tem 35 ym (micron) de diâmetro de bico/orifício indica um tamanho de partícula, numa distribuição a 95%, igual a ou menor do que 0,62 ym (micron) de diâmetro, se os corantes tiverem 5% do peso total. Esta fórmula ajuda a criar uma tinta que não irá entupir o percurso estreito dentro da cabeça de impressão.

Os corantes activáveis por calor adequados para utilizar podem incluir vários materiais corantes dispersos ou materiais corantes de sublimação que são activados ou sublimados ao aplicar calor ao substrato impresso ou substrato de transferência. Em geral, a temperatura de activação por calor não excede 505K (4502F) e, mais de preferência, não excede 483K (4102F) . Exemplos de corantes, em razões variáveis, incluem mas não se limitam ao Laranja Disperso C.I. 13, 29, 31:1, 33, 49, 54, 55, 66, 73, 119 e 163; Vermelho Disperso C.I. 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 e 356; Violeta Disperso C.I. 33; Azul Disperso C.I. 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, Castanho Disperso 26, 27; e Amarelo Disperso 5, 42, 54, 64, 79, 82, 83, 93, 99, 100, 119, 122, 124, 126, 160, 184:1, 186, 198, 199, 204, 224 e 237. Dependendo da aplicação específica, também podem ser utilizados outros pigmentos orgânicos e inorgânicos, e materiais corantes solúveis e insolúveis, tais como materiais corantes directos, materiais corantes ácidos, materiais corantes reactivos, materiais corantes de cuba, materiais corantes catiónicos, materiais corantes básicos, materiais corantes luco, corantes termocromáticos e fotocromáticos. O corante irá permanecer como um particulado de modo a ser activado ou sublimado por calor. Esta não é uma questão significante para corantes insolúveis em água, tais como materiais corantes de sublimação, em aplicações de viscosidade mais baixa, onde estejam presentes desde pouco a nenhum glicol ou outros agentes de aumento de viscosidade. A diferença entre o ponto de ebulição da água e a temperatura de activação por calor da tinta, a qual é tipicamente maior do que 27,8K (502F), indica que a activação ou sublimação dos sólidos de tinta irá ocorrer depois dos componentes aquosos vaporizarem, de modo que a activação ou sublimação não seja prejudicada materialmente por estes componentes da tinta. A concentração relativamente elevada de glicóis, poliol e outros ingredientes de controlo de viscosidade de elevado ponto de ebulição pode criar um sistema de elevada ebulição que torne a activação ou sublimação dos corantes muito difícil. 0 ponto de ebulição pode estar perto ou mesmo acima da temperatura de activação por calor do material corante, tal como dentro de 11,1 K (202F) da temperatura de activação por calor. As partículas com diâmetros mais pequenos podem temporariamente, ou mesmo permanentemente, ligar-se a estes ingredientes e não activar, devido à ligação ao hidrogénio, o aprisionamento, ou a formação de um sistema de co-ebulição de elevado ponto de ebulição. A solvência da porção não polar destes ingredientes também pode contribuir para prejudicar o corante, especialmente a porção externa dos particulados de corante a uma temperatura perto do ponto de ebulição destes solventes ou agentes. Apenas as porções do lado de dentro das partículas de corante, as quais não estejam em contacto com os ingredientes "a granel" da tinta, podem activar ou sublimar.

Numa concretização do presente invento, o tamanho do particulado dos corantes activáveis por calor está limitado de modo que sejam activadas ou sublimadas com sucesso moléculas de corante suficientes. 0 modelo que se segue é indicador dos tamanhos das partículas do material corante:

onde, d é o tamanho de partícula mínimo em diâmetro (em

micron) para assegurar a eficiência da activação pelo calor K K é a eficiência da activação pelo calor (K < 1)

Ts é o tamanho molecular do corante activado pelo calor na dimensão mais extensa (em nanómetros, geralmente Ts = 1,25) a é o parâmetro de impacto que prejudica a solvência, para tintas aquosas de elevada viscosidade, all

Para tintas de viscosidade relativamente elevada, que têm mais do que 20% em peso de solvente de elevada viscosidade, a = 3, significa que cerca de três camadas de moléculas do particulado de corante podem ser prejudicadas. Por conseguinte, a relação entre o tamanho de partícula e a eficiência da activação pelo calor podem ser definidas por:

onde,

d é o tamanho de partícula mínimo em diâmetro (em microns) para assegurar a eficiência da activação pelo calor K K é a eficiência da activação pelo calor (K < 1)

Uma concretização do invento tem uma eficiência de activação pelo calor mais alta do que 65% (K) para os particulados corantes. Substancialmente todas as partículas do corante que tenham um diâmetro de menos do que 50 nanómetros ficam excluídas da tinta. A baixa eficiência de transferência provocada pela elevada concentração dos solventes/co-solventes de controlo de viscosidade para estes particulados é, deste modo, substancialmente eliminada. O presente invento pode ser utilizado com tintas de jacto de tinta para sistemas de distribuição de cabeça de impressão por jacto de tinta contínuo, por jacto de tinta térmico "drop-on-demand" ou bolha, por jacto de tinta piezoeléctrico "drop-on-demand", ultrasónico ou mecânico. As propriedades físicas da tinta podem ser ajustadas para requisitos de cabeça de impressão específicos. Uma impressora preferida para imprimir uma tinta de acordo com o invento é uma impressora de jacto de tinta RICOH GELSPRINTER®, a qual está concebida para imprimir tintas OEM que têm uma viscosidade de cerca de 7. Esta impressora é conhecida na indústria como uma impressora para tintas de elevada viscosidade. São preferidas as impressoras de jacto de tinta concebidas para tintas que tenham uma viscosidade de 5,0 ou maior. A activação por calor de acordo com os processos conhecidos é para a activação por calor dos materiais corantes. Por exemplo, pode ser utilizada uma prensa térmica para activar e/ou transferir as tintas que compreendem materiais corantes de sublimação de acordo com as técnicas da Patente U.S. 5 488 907 de Hale.

Os exemplos a seguir ilustram a composição geral da tinta activável por calor de elevada viscosidade.

Exemplo 1:

Uma tinta para utilizar com uma impressora de jacto de tinta Ricoh GelSprinter®, tamanho de bico 35pm (microns), e com uma viscosidade de cerca de 7,5 mPa.s (cPs):

A tinta de acordo com o exemplo ins é produzida com um limite superior (95%) de partículas em 0,3 pm (micron) e um limite inferior em 0,05 pm (micron). A impressão por transferência de uma imagem impressa com a tinta em tecido de poliéster ao utilizar 478K (4002F), com um tempo de activação por calor de 35 segundos, produz uma imagem que tem uma densidade óptica (ciano) de 1,25 ou maior conforme medida por um densímetro X-Rite.

Exemplo 2:

Uma tinta para utilizar com uma impressora de jacto de tinta Spectra Skywalker, tamanho de bico 45 microns, e com uma viscosidade de cerca de 15 cPs:

Esta tinta tem um limite superior de partícula (95%) em 0,6 pm (microns) e um limite superior em 0,05 pm (microns). A impressão directa em poliéster/algodão (50/50) com activação por calor do corante em 483K (4101F), durante 30 segundos, produz uma imagem com uma densidade óptica de 1,30 ou maior conforme medida por um densímetro X-Rite.

Lisboa, 2015-03-05 1

Claims

REIVINDICAÇÕES 1 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, que compreende os passos de: preparar uma tinta liquida adequada para utilizar numa impressora de jacto de tinta que utiliza tinta liquida, compreendendo a referida tinta liquida água, partículas de sólidos corantes activáveis por calor, e um agente de controlo de viscosidade, em que a tinta líquida tem uma viscosidade de não menos do que 6,0 mPa.s (centipoise), em que os sólidos corantes activáveis por calor são moderadamente solúveis no agente de controlo de viscosidade; abastecer a impressora de jacto de tinta que imprime tinta líquida com a referida tinta líquida; imprimir a referida tinta líquida numa imagem desejada por meio da referida impressora de jacto de tinta sobre um substrato para formar uma imagem, em que as partículas dos sólidos corantes activáveis por calor são sólidas no momento da impressão; e activar por calor os sólidos corantes activáveis por calor, em que, depois da activação por calor, a imagem tem uma densidade óptica de não menos do que 1,25 quando medida por um densímetro X-Rite, caracterizado por o agente de controlo de viscosidade compreender não menos do que 15% em peso da tinta líquida, e por não menos do que 95% das partículas de sólidos corantes activados por calor terem um diâmetro de 0,05 microns ou maior. 1 1 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta, ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com a reivindicação 1, em que um limite superior de uma distribuição de tamanhos de partícula de partículas dos sólidos corantes activáveis por calor é uma função do percurso de tinta mais estreito dentro de uma cabeça de impressão de uma impressora de jacto de tinta utilizada para imprimir a tinta líquida, e do peso total dos sólidos corantes activáveis por calor para o peso total da tinta líquida, de acordo com a fórmula que se segue:

onde, Φ é o percurso de tinta mais estreito dentro da cabeça de impressão tal como o diâmetro de bico/orificio D é o tamanho de partícula apresentado como 95% da distribuição de tamanho de partícula total; e fé a fracção de peso de corante do peso de formulação total (<1).
3 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, em que o peso do agente de controlo de viscosidade presente num volume de tinta activável por calor é pelo menos três vezes o peso do corante activável por calor presente no volume de tinta activável por calor.
4 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, em que o agente de controlo de viscosidade é glicol e o peso do glicol presente num volume de tinta activável por calor é pelo menos três vezes o peso do corante activável por calor presente no volume de tinta activável por calor.
5 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, em que o peso do agente de controlo de viscosidade presente num volume de tinta activável por calor é 15-60% do peso total do volume de tinta activável por calor.
6 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, em que a temperatura de activação por calor do corante não é substancialmente mais elevada do que o ponto de ebulição do agente de controlo de viscosidade.
7 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, em que a temperatura de activação por calor do corante é não mais do que 11,1 K (20 graus Fahrenheit) mais elevada do que o ponto de ebulição do agente de controlo de viscosidade.
8 - Método de imprimir um desenho por meio de uma impressora de jacto de tinta ao utilizar sólidos corantes activáveis por calor, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, em que substancialmente todas as partículas do corante que têm um diâmetro de menos do que 50 nanómetros ficam excluídas da tinta. Lisboa, 2015-03-05