DE3537724C2 - Wässrige Strahldrucktinte - Google Patents
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Abstract
Eine wäßrige Strahldrucktinte enthält eine wäßrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der folgenden Formel und ein Feuchthaltemittel, gelöst in Wasser: $F1 in der R1 und R2 Wasserstoff- oder Halogenatome, Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen sind; R3 und R4 Halogenatome, Hydroxyl-, Alkoxy- oder substituierte oder unsubstituierte Aminogruppen sind; X -O-, -CH2-, -C2H4-, -CH=CH-, -S-, -SO2- oder - bedeutet; Ar1 und Ar2 substituierte oder unsubstituierte Phenyl- oder Naphthylgruppen sind; M Wasserstoff oder ein Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumkation ist und n den Wert 1, 2 oder 3 hat. rch gekennzeichnet, daß in der wäßrigen Phase D mindestens ein wasserlösliches
Description
Die Erfindung betrifft eine wässrige Strahldrucktinte, die gedruckte Bilder von hoher Qualität, z.B. hoher Klarheit und Schärfe, ergibt und eine stabile Tintenejektion ohne Verstopfen der Düsen der Druckvorrichtung selbst bei kontinuierlichem Drucken über längere Zeit oder bei zwischenzeitigem Abschalten der Druckvorrichtung ermöglicht.
Wässrige Tinten enthalten im allgemeinen einen Farbstoff, Wasser und ein Feuchthaltemittel als Hauptkomponenten. Spezielle Tinten für den Tintenstrahldruck sollten den folgenden Bedingungen genügen, damit ein guter Druck erzielt wird:
(1) Um eine Tintentröpfchenbildung und Richtungskontrolle der ejizierten Tintentröpfchenströme zu ermöglichen, müssen die Viskosität, Oberflächenspannung, spezifische elektrische Leitfähigkeit und Dichte innerhalb bestimmter Bereiche liegen;
(2) Während längerer kontinuierlicher Verwendung oder Lagerung oder während längerem Abschalten der Druckvorrichtung dürfen sich keine Niederschläge aufgrund von Koagulation, Präzipitation, chemischer Veränderung von geringlöslichen Komponenten oder aufgrund anderer Ursachen aus der Tinte abscheiden.
Ferner sollten sich die physikalischen Eigenschaften der Tinte unter diesen Verhältnissen nicht anderweitig ändern. Wenn sich nämlich feste oder viskose Materialien aus der Tinte um die Düsen herum ablagern oder wenn die physikalischen Eigenschaften der Tinte von denen zum Zeitpunkt der Herstellung abweichen, lassen sich die gewünschte Druckqualität, Tintenejektionsstabilität und Tintenejektions-Empfindlichkeit nicht erzielen;
(3) Insbesondere bei der Verwendung in Vollfarbendruckern muß die Tinte gedruckte Bilder mit geeignet hohem Kontrast, hoher Klarheit und der gewünschten Farbe ergeben;
(4) Die Strahldrucktinte muß wasser-, licht- und abriebbeständige Druckbilder ergeben;
(5) Die mit der Tinte gedruckten Bilder müssen schnell trocknen.
Es sind zwar bereits zahlreiche Strahldrucktinten entwickelt worden, jedoch steht noch keine zufriedenstellende Tinte zur Verfügung, die in der Praxis den obengenannten Anforderungen voll genügt.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine wässrige Strahldrucktinte bereitzustellen, die den obengenannten Anforderungen gerecht wird, d.h. die Düsen nicht verstopft, bei längerer Lagerung keine Qualitätsänderung erfährt oder Niederschläge abscheidet, sondern eine ausgezeichnete Tintenejektionsstabilität und Tintenejektionsempfindlichkeit aufweist, allenfalls eine geringfügige Änderung der physikalischen Eigenschaften erfährt, wenn sie längere Zeit kontinuierlich rezirkuliert oder intermittierend angewandt wird, und gedruckte Bilder ergibt, die hohe Schärfe und Bilddichte aufweisen und nicht verlaufen.
Gegenstand der Erfindung ist eine wässrige Strahldrucktinte, die eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der folgenden Formel, ein in Wasser gelöstes Feuchthaltemittel und gegebenenfalls weitere Additive enthält:
Die erfindungsgemäße wässrige Tinte enthält einen wasserlöslichen Farbstoff der obengenannten Formel, Wasser und ein Feuchthaltemittel.
In der folgenden Tabelle 1 sind repräsentative Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare wasserlösliche Farbstoffe genannt:
Tabelle 1
<Tabelle Fortsetzung> |
< Tabelle Fortsetzung> |
Die genannten Farbstoffe können nach herkömmlichen Methoden hergestellt werden. Beispielsweise erhält man den Farbstoff (5) folgendermaßen: 1 Mol 4,4´-Diaminostilben-2,2´-disulfonsäure wird in Wasser gelöst. Zu der Lösung werden (1) 2 Mol Cyanursäurechlorid, gelöst in Aceton, und (2) eine wässrige Lösung von Natriumcarbonat gleichzeitig bei einer Temperatur unter 0°C gegeben, wobei man das Gemisch unalkalisch hält und die zugesetzten Komponenten 2 Stunden reagieren lässt. Anschließend gibt man einen Monoazofarbstoff zu, der durch Umsetzen von H-Säure und o-Toluidin erhalten wurde. Der Monoazofarbstoff wird in dem Reaktionsgemisch gelöst, worauf man eine wässrige Lösung von Natriumcarbonat zugibt und das unalkalisch gehaltene Reaktionsgemisch 10 Stunden bei Raumtemperatur reagieren lässt. Anschließend erhöht man die Temperatur des Reaktionsgemischs allmählich auf 60°C und setzt die Reaktion 1 Stunde fort. Nach Zusatz von Anilin und Natriumcarbonat erhöht man die Temperatur des Reaktionsgemischs auf 90°C und setzt die Reaktion weitere 3 Stunden fort. Das Reaktionsgemisch wird dann abgekühlt und der Farbstoff (5) wird durch Aussalzen mit einer 20% wässrigen Natriumchloridlösung erhalten.
Erfindungsgemäß beträgt der Farbstoffgehalt vorzugsweise 0,1 bis 20, insbesondere 0,5 bis 6 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Tintenzusammensetzung.
Das erfindungsgemäß zusammen mit Wasser angewandte Feuchthaltemittel dient zum Einstellen der gewünschten physikalischen Eigenschaften der Tintenzusammensetzung, zum Regeln der Trocknungsgeschwindigkeit der Tinte und zur Erhöhung der Löslichkeit des Farbstoffs in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung.
Beispiele für verwendbare Feuchthaltemittel sind mehrwertige Alkohole, Alkylether von mehrwertigen Alkoholen, Aminderivate, wie Triethanolamin, Amide, wie Dimethylformamid, und stickstoffhaltige Heterocyclen, wie N-Methyl-2-pyrrolidon, 2-Pyrrolidon und 1,3-Dimethylimidazolidinon.
Spezielle Beispiele für mehrwertige Alkohole sind Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Glycerin.
Spezielle Beispiele für Alkylether von mehrwertigen Alkoholen sind Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether und Triethylenglykolmonoethylether.
Unter diesen Feuchthaltemitteln sind Diethylenglykol, Polyethylenglykol (200 bis 600), Triethylenglykol, Ethylenglykol, Glycerin und N-Methyl-2-pyrrolidon besonders bevorzugt. Durch sie lässt sich die Löslichkeit des verwendeten Farbstoffs in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung erhöhen und das Abdampfen von Wasser aus der Tinte kann geeignet kontrolliert werden, so dass die anfänglichen Eigenschaften der Tinte selbst bei längerer kontinuierlicher Verwendung oder Lagerung oder während längerem Abschalten der Druckvorrichtung bewahrt bleiben. Hierdurch erzielt man eine zuverlässige Tintentröpfchenstabilität und Tintentröfpchen-Ejektionsempfindlichkeit, insbesondere nach längerer Nichtverwendung der Druckvorrichtung.
Zur Erzielung einer geeigneten Viskosität und Trocknungsgeschwindigkeit der Tinte beträgt der Feuchthaltemittelgehalt vorzugsweise 5 bis 80, insbesondere 10 bis 40 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Tintenzusammensetzung.
Erfindungsgemäß können gegebenenfalls zusätzlich zu den Feuchthaltemitteln andere Additive eingesetzt werden, z.B. wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel, pH-Regler, Mittel zum Einstellen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit, Chelatbildner und Korrosionsschutzmittel.
Als wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel eignen sich z.B. Natriumdehydroacetat, Natriumsorbat, 2-Pyridinthiol-1-oxid-Natriumsalz, Natriumbenzoat und Natriumpentachlorphenol.
Als pH-Regler können beliebige Materialien verwendet werden, solange sie die Tintenzusammensetzung nicht negativ beeinflussen und den pH der Tinte im Bereich von 9,0 bis 11,0 halten. Spezielle Beispiele für derartige pH-Regler sind Amine, wie Diethanolamin und Triethanolamin; Alkalimetallhydroxide, wie Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid; Ammoniumhydroxid; und Alkalimetallcarbonate, wie Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat.
Als Mittel zum Einstellen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit eignen sich z.B. anorganische Salze, wie Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid, Natriumsulfat und Natriumcarbonat, sowie wasserlösliche Amine, wie Triethanolamin.
Als Chelatbildner eignen sich z.B. Natriummethylendiamintetraacetat, Trinatriumnitrilotriacetat, Hydroxyethylethylendiamintrinatriumacetat, Diethylentriaminopentanatriumacetat und Uramildinatriumacetat.
Als Korrosionsschutzmittel für die Düsen können z.B. saure Sulfite, Natriumthiosulfat, Ammoniumthioglykolat, Diisopropylammoniumnitrit, Pentaerythrittetranitrat und Dicyclohexylammoniumnitrit verwendet werden.
Für spezielle Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wässrigen Strahldrucktinte können gegebenenfalls weitere Additive eingesetzt werden, z.B. wasserlösliche UV-Absorptionsmittel, wasserlösliche IR-Absorptions-
mittel, wasserlösliche polymere Verbindungen, Löslichkeitsverbesserer für den in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung gelösten Farbstoff und Tenside.
In den folgenden Beispielen sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen wässrigen Strahldrucktinte erläutert.
Beispiel 1
Eine Mischung der folgenden Komponenten wird auf etwa 50°C erhitzt und bis zur vollständigen Lösung gerührt. Hierauf filtriert man zweimal durch ein 0,22-µm-Membranfilter und erhält eine erfindungsgemäße Strahldrucktinte Nr. 1:
Gewichtsprozent
Farbstoff (1) von Tabelle 1 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Die erhaltene Tinte hat folgende Eigenschaften:
pH = 9,9 (25°C)
Viskosität = 1,92 cP (25°C)
Oberflächenspannung = 56,8 dyn/cm (25°C)
Wasserbeständigkeit (ausgedrückt als Verblassungsgrad) = 7,8%
Lichtbeständigkeit (ausgedrückt als Verblassungsgrad) = 11,6%
Die durch den Verblassungsgrad ausgedrückte Wasserbeständigkeit der Tinte wird folgendermaßen ermittelt:
Die wässrige Strahldrucktinte Nr. 1 wird mit ionenausgetauschtem Wasser derart verdünnt, dass die Konzentration des Farbstoffs (1) in der Tinte 1 Gewichtsprozent beträgt. Die verdünnte Tinte wird mit einer Rakel auf ein Blatt Qualitätspapier aufgetragen und dann 1 Tag bei Raumtemperatur getrocknet, um eine Testprobe herzustellen. Hierauf wird mit einem Macbeth-Densitometer die Dichte d[tief o] der auf das Papier aufgetragenen Tinte gemessen.
Die Testprobe wird dann 1 Minute in Wasser von 30°C getaucht. Unmittelbar nach der Entnahme wird die Dichte d[tief 1] der auf dem eingetauchten Papier befindlichen Tinte mit einem Macbeth-Densitometer gemessen. Aus den Werten d[tief o] und d[tief 1] errechnet sich die Wasserbeständigkeit der Tinte nach folgender Formel:
Es wird festgestellt, dass die Wasserbeständigkeit der Tinte, ausgedrückt als Verblassungsgrad 7,8% beträgt.
In ähnlicher Weise wird die Lichtbeständigkeit der Strahldrucktinte Nr. 1 folgendermaßen bestimmt:
Eine Testprobe mit einer Tintendichte d[tief o] wird wie oben beschrieben hergestellt. Die erhaltene Testprobe wird mit einem Fadeometer 3 Stunden bei 63°C Licht aus einer Kohlebogenlampe ausgesetzt, worauf man die Dichte d[tief 2] der Tinte auf der Testprobe mit einem Macbeth-Densitometer misst. Aus den Werten von d[tief o] und d[tief 2] errechnet sich die Lichtbeständigkeit der Strahldrucktinte Nr. 1 nach folgender Formel:
Es wird festgestellt, dass die Lichtbeständigkeit der Strahldrucktinte Nr. 1, ausgedrückt als Verblassungsgrad, 11,6% beträgt.
Die wässrige Strahldrucktinte Nr. 1 wird dann den folgenden Tintenstrahldrucktests unterzogen:
Bildklarheit und Bildtrocknung
Die Tinte tritt aus einer Düse mit einem Innendurchmesser von 30µm bei einer Schwingungsfrequenz von 100 kHz aus. Durch die Schwingungen wird die Tinte als Strom von Einzeltröpfchen ejiziert und prallt dann auf ein Blatt handelsübliches Qualitätspapier. Hierbei entstehen auf dem Blatt klare Bilder. Die zum Trocknen des gedruckten Bildes erforderliche Zeit beträgt bei normaler Raumtemperatur und Feuchtigkeit nicht mehr als 10 Sekunden.
(2) Haltbarkeit
Proben der Tinte werden in Glasbehältern dicht verschlossen und den folgenden Lagerungstests unterzogen:
a) 1 Monat bei - 20°C;
b) 1 Monat bei 4°C;
c) 1 Jahr bei 20°C;
d) 1 Woche bei 90°C.
Während der Lagerung ist keinerlei Abscheidung von Niederschlägen aus der Tinte zu beobachten. Ferner wird keine Änderung der Eigenschaften oder der Farbe der Tinte festgestellt.
(3) Tintentröpfchen-Ejektionsstabilität
Der Tintenstrahldruck wird wie beim Bildklarheits- und Bildtrocknungstest kontinuierlich 1000 Stunden durchgeführt. Hierbei erfolgt kein Verstopfen der Düse oder eine Änderung der Ejektionsrichtung der Tintentröpfchen; vielmehr ist eine stabile Aufzeichnung möglich.
(4) Tintentröpfchen-Ejektionsempfindlichkeit
Nachdem der Tintenstrahldruck wie in Abschnitt (1) durchgeführt wurde, lässt man die Vorrichtung und die Tinte 1 Monat bei Raumtemperatur und -feuchtigkeit stehen und benutzt sie dann wieder zum Tintenstrahldruck unter denselben Bedingungen wie in Abschnitt (1). Wie in Abschnitt (3) ist keine Änderung der Tintentröpfchen-Ejektionsstabilität feststellbar. Der Test wird auf die beschriebene Weise wiederholt, jedoch lässt man die Vorrichtung und die Tinte 1 Woche bei 40°C und 30% rF anstelle von 1 Monat bei Raumtemperatur und -feuchtigkeit stehen. Auch hier ist keine Änderung der Tintentröpfchen-Ejektionsstabilität zu beobachten.
Beispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 2:
Gewichtsprozent
Farbstoff (3) von Tabelle 1 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Beispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 3:
Gewichtsprozent
Farbstoff (5) von Tabelle 1 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Beispiel 4
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 4:
Gewichtsprozent
Farbstoff (9) von Tabelle 1 3,0
Triethylenglykol 10,0
2,2´-Thiodiethanol 10,0
Natriumbenzoat 0,2
Ionenausgetauschtes Wasser 76,8
Beispiel 5
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Strahldrucktinte Nr. 5:
Gewichtsprozent
Farbstoff (12) von Tabelle 1 3,0
Polyethylenglykol 200 5,0
Triethylenglykolmonomethylether 15,0
Natriumbenzoat 0,2
Ionenausgetauschtes Wasser 76,8
Vergleichsbeispiel 1
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte Nr. 1:
Gewichtsprozent
C.I. Acid Red 35 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Vergleichsbeispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte Nr. 2:
Gewichtsprozent
C.I. Acid Red 17 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Vergleichsbeispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch verwendet man die folgende Formulierung zur Herstellung einer Vergleichs-Strahldrucktinte Nr. 3:
Gewichtsprozent
C.I. Direct Red 37 3,0
Diethylenglykol 15,0
Glycerin 5,0
Natriumdehydroacetat 0,1
Ionenausgetauschtes Wasser 76,9
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Strahldrucktinten Nr. 1 bis 5 und der Vergleichs-Strahldrucktinten Nr. 1 bis 3 sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Die erfindungsgemäßen Strahldrucktinten Nr. 2 bis 5 und die Vergleichs-Strahldrucktinten Nr. 1 bis 3 werden ferner dem Tintentröpfchen-Ejektionsempfindlichkeitstest von Beispiel 1 unterzogen.
Hierbei werden mit den erfindungsgemäßen Strahldrucktinten Nr. 2 bis 5 dieselben ausgezeichneten Ergebnisse wie in Beispiel 1 erhalten. Wendet man jedoch die Vergleichs-Strahldrucktinten Nr. 1 bis 3 an, so werden die Düsen teilweise verstopft, wenn man die Vorrichtung und die Tinte 1 Woche bei normaler Raumtemperatur und -feuchtigkeit stehen lässt bzw. 3 Tage bei 40°C und 30° rF stehen lässt, wodurch die Richtung der ejizierten Tintentröpfchen extrem instabil wird und ein normaler Tintenstrahldruck unmöglich ist.
Claims (9)
1. Wässrige Strahldrucktinte, enthaltend eine wässrige Lösung eines wasserlöslichen Farbstoffs der Formel I und ein Feuchthaltemittel, gelöst in Wasser:
in der R[hoch 1] und R[hoch 2] Wasserstoff- oder Halogenatome, Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen sind: R[hoch 3] und R[hoch 4] Halogenatome, Hydroxyl-, Alkoxy- oder substituierte oder unsubstituierte Aminogruppen sind: X-O-, -CH[tief 2] -, -C[tief 2] H[tief 4] -, -CH = CH-, -S-, -SO[tief 2] - oder - bedeutet; Ar[hoch 1] und Ar[hoch 2] substituierte oder unsubstituierte Phenyl- oder Naphthylgruppen sind; M Wasserstoff oder ein Alkalimetall-, Amin- oder Ammoniumkation ist und n den Wert 1, 2 oder 3 hat.
2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoffgehalt 0,1 bis 20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der wässrigen Strahldrucktinte beträgt.
3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchthaltemittel mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der mehrwertigen Alkohole und deren Ethern ist und der Feuchthaltemittelgehalt 5 bis 80 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der wässrigen Strahldrucktinte beträgt.
4. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchthaltemittel mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Triethanolamin, Dimethylformamid, N-Methyl-2-pyrrolidon, 2-Pyrrolidon und 1,3-Dimethylimidazolidinon ist und der Feuchthaltemittelgehalt 5 bis 80 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der wässrigen Strahldrucktinte beträgt.
5. Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem ein wasserlösliches Konservierungsmittel und Antischimmelmittel enthält.
6. Tinte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrwertige Alkohol ausgewählt ist unter Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Glycerin.
7. Tinte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ether von mehrwertigen Alkoholen ausgewählt ist unter Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether und Triethylenglykolmonoethylether.
8. Tinte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Konservierungsmittel und Antischimmelmittel ausgewählt ist unter Natriumdehydroacetat, Natriumbenzoat, 2-Pyridinthiol-1-oxid-Natriumsalz und Natriumpentachlorphenol.
9. Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Farbstoff ausgewählt ist unter:
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