DE69201931T2

DE69201931T2 - Zerflussverminderung durch Verwendung zwitterionischer Tenside und kationischer Farbstoffe.

Info

Publication number: DE69201931T2
Application number: DE69201931T
Authority: DE
Inventors: John R Moffatt; James P Shields
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2012-08-18
Also published as: JP3656126B2; US5106416A; HK142495A; EP0532185A3; CA2059213A1; CA2059213C; EP0532185A2; JPH05194893A; EP0532185B1; DE69201931D1

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf die Europäische Patentanmeldung Nummer 92302957.3, [PD-189534], die eine Zerlaufminderung bei Tintenstrahltinten, die anionische Farbstoffe verwenden, offenbart und beansprucht. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltinten, die kationische Farbstoffe verwenden.

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tinten, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden, im wesentlichen beim thermischen Tintenstrahldrucken, und insbesondere auf gefärbte Farbzusammenstellungen, bei denen das Farbzerlaufen im wesentlichen reduziert oder sogar ausgeschlossen ist.

Stand der Technik

Schwere Farbstoffbelastungen auf Banknotenpapier mit verschieden gefärbten Tinten können zu einem Zerlaufen und zu einer Reduzierung der Wasserechtheit führen. Zerlaufen, wie es hier verwendet wird, ist das Eindringen einer Farbe in eine andere Farbe auf dem Papier, was ein Oberflächenphänomen darstellt. Dies steht im Gegensatz zu den Verwendungen dieser Bezeichnung im Stand der Technik, der dazu tendiert, "Zerlaufen" im Zusammenhang mit Tinte einer einzelnen Farbe zu definieren, die den Fasern des Papiers folgt; dies ist ein Unter-Oberflächenphänomen.
Grenzflächenaktive Stoffe (Tenside) wurden als Anti-Verstopfungsagenz in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nummer 63-165465 zur Verwendung bei Tintenstrahlaufzeichnungstinten verwendet. Die Tenside, die in dieser Anmeldung verwendet werden, sind auf solche beschränkt, die eine Oberflächenspannung zwischen 0,02 und 0,05 N/m (20 und 50 dyne/cm) aufweisen. Die Menge der Tenside liegt im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 25 Gewichtsprozent. Spezielle offenbarte Beispiele schließen Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumlaurat und Polyethylenglykolmonooleylether ein.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nummer 01-203,483 bezieht sich auf Tintenstrahlaufzeichnungszusammensetzungen. Eine Zerlaufsreduzierung wird in Verbindung mit dem Drucken unter Verwendung der Tinten erwähnt. Die Zusammensetzungen erfordern jedoch Pektin (0,01 bis 2 Gewichtsprozent), das wahrscheinlich als Eindicker verwendet wird. Pektin ist jedoch für Tinten, die in thermischen Tintenstrahldruckern verwendet werden, aufgrund seiner thermischen Instabilität (bei höheren Temperaturen geht es in ein Gel über) nicht sinnvoll.
Das japanische Patent JO 1215-875-A bezieht sich auf Tinten, die zum Tintenstrahldrucken geeignet sind, die eine gute Aufnahme mit schneller Trocknung ohne Zerlaufen aufweisen. Die Zusammensetzungen erfordern alle Triglycerid. Solche Verbindungen sind bezüglich eines längeren Patronenlebens, das für käuflich erwerbliche Tinten notwendig ist, nicht stabil.
Das japanische Patent JO 1230-685-A bezieht sich auf Tinten, die zum Tintenstrahldrucken geeignet sind, die eine schnelle Absorption auf der Oberfläche von herkömmlichem Büropapier ohne Verschmierung oder Verschmutzung aufweisen. Die Zusammensetzungen umfassen Farbstoffe und flüssige Lösungsmittel und/oder Dispergensien und sind durch das Vorhandensein von Copolymeren aus Ethylenoxid und Propylenoxid mit der Formel HO(C&sub2;H&sub4;O)a-C&sub3;H&sub6;O(C&sub2;H&sub4;O)bH gekennzeichnet, wobei a + b bis zu 50 und b wahlweise 0 sein kann. Diese Copolymere werden als "PLURONICS" bezeichnet. In den meisten Fällen wurde herausgefunden, daß diese das Zerlaufen nicht stoppen.
Thermische Tintenstrahldrucker bieten die Möglichkeit geringer Kosten, hoher Qualität und vergleichsweise geringem Lärm gegenüber anderen Arten von Druckern, die herkömmlich mit Computern verwendet werden. Solche Drucker verwenden ein Widerstandselement in einer Kammer, die mit einem Ausgang für die Tinte, die aus einem vollständig ausgefülltem Raum eintritt, versehen ist. Der vollständig ausgefüllte Raum ist mit einem Reservoir zum Speichern der Tinte verbunden. Eine Mehrzahl solcher Widerstandselemente sind in einer bestimmten Struktur, die eine Grundform genannt wird, in einem Druckkopf angeordnet. Jedem Widerstandselement ist eine Düse in einer Düsenplatte zugeordnet, durch die Tinte in Richtung eines Druckmediums ausgeworfen wird. Die gesamte Anordnung des Druckkopfes und des Reservoirs umfaßt einen Tintenstrahlstift.
Im Betrieb ist jedes Widerstandselement über eine leitfähige Spur mit einem Mikroprozessor verbunden, wobei stromtragende Signale bewirken, daß sich eines oder mehrere ausgewählte Elemente erwärmen. Die Erwärmung erzeugt eine Tintenblase in der Kammer, die durch die Düse in Richtung des Druckmediums ausgeworfen wird. Auf diese Art bildet das Abfeuern einer Mehrzahl solcher Widerstandselemente in einer bestimmten Reihenfolge in einer gegebenen Grundform alphanumerische Zeichen, führt Bereichsauffüllungen durch und schafft andere Druckfähigkeiten auf dem Medium.
Viele Tinten, die zur Verwendung beim Tintenstrahldrucken beschrieben sind, sind normalerweise dem nicht-thermischen Tintenstrahldrucken zugeordnet. Ein Beispiel eines solchen nicht-thermischen Tintenstrahldruckens ist das piezoelektrische Tintenstrahldrucken, das ein piezoelektrisches Element verwendet, um Tröpfchen auf das Medium auszuwerfen. Tinten, die in solchen nicht-thermischen Anwendungen geeignet verwendet werden, können aufgrund der Auswirkung der Erwärmung auf die Tintenzusammensetzung beim thermischen Tintenstrahldrucken nicht verwendet werden.
Es verbleibt ein Bedarf an Tintenzusammensetzung für die Verwendung beim Tintenstrahldrucken, insbesondere beim thermischen Tintenstrahldrucken, die kein Zerlaufen, wie es hier definiert wurde, aufweisen, und die dennoch eine relativ lange Patronenlebenszeit und andere erwünschte Eigenschaften solcher Tinten aufweisen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird ein Farbzerlaufen auf Papiermedien, die durch einen Tintenstrahl bedruckt werden, durch Verwendung von nicht-ionischen, pH-empfindlichen oder unempfindlichen zwitterionischen (amphoteren) Tensiden oder ionischen Tensiden (Amphiphile oder Detergensien) gelindert. Die Tinte umfaßt (a) 0,5 bis 20 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck, (b) einen oder mehrere wasserlösliche katiodische Farbstoffe, (c) eine oder mehrere selbst-anhäufende oder vorgeformte mizellulare, blasenartige Verbindungen (bestimmte Beispiele und Konzentrationen werden im Folgenden genannt) und (d) einen Füllstoff, wie zum Beispiel Wasser und ein Biozid, Fungizid und/oder Slimizid (Mittel gegen Schimmel). Die Bezeichnung "Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck" wie sie hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Lösungsmittel das einen Dampfdruck aufweist, der niedriger ist als derjenige von Wasser, und die Bezeichnung "wasserlöslicher Farbstoff" bezieht sich auf einen Farbstoff, dessen Löslichkeitsgrenze in Wasser 2 Gewichtsprozent überschreitet.
Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck können Folgende einschließen, sind aber nicht auf diese beschränkt: Glykole, wie zum Beispiel Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Derivate davon; Diole, wie zum Beispiel Butandiol, Pentandiol, Hexandiol und homologe Diole; Glykolester, wie zum Beispiel Propylenglykollaurat; Mono- und Di-Glykolether, wie zum Beispiel Cellosolve-Ether, die Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolether, wie zum Beispiel die Carbitole, Diethylenglykolmonoethyl, Butyl, Hexylether, Propylenglykolether, Dipropylenglykolether und Triethylenglykolether einschließen; langkettige Alkohole, wie zum Beispiel Butylalkohol, Pentylalkohol und homologe Alkohole; und andere Lösungsmittel, wie zum Beispiel Sulfolan, Ester, Ketone, Laktone, wie zum Beispiel γ-Butyrollaktone, Laktame, wie zum Beispiel N-Pyrrolidon und N-(2-Hydroxiethyl)Pyrolidon, und Glycerole und deren Derivate.
Mikrobielle Reagenzien schließen Folgende ein, sind aber nicht auf diese beschränkt: NUOSEPT (Nudex Inc., eine Abteilung von Huls America), UCARCIDE (Union Carbide), VANCIDE (RT Vanderbilt Co.) und PROXEL (ICI Americas).
Farbstoffe schließen Folgende ein, sind aber nicht auf diese beschränkt: kationische wasserlösliche Arten, wie zum Beispiel C.I. Basis-Violet 7 (#48020), C.I. Basis-Blau 3 (#51004) und Fastusol-Gelb 32L und deren Gegenionen, wie zum Beispiel Cl&supmin;, Br&supmin;, ZnCl&sub4;&supmin; und NO&sub3;&supmin;, wobei sich C.I. und die gegebene Nummer auf den Farbindex des Farbstoffes beziehen. Der (die) Farbstoff(e) ist (sind) mit 0,1 bis 10 Gewichtsprozent in der Tinte vorhanden. Zusätzliche kationische Farbstoffe schließen C.I. Basis-Rot 1 (#45160) C.I. Basis- Violet 10 (#45170), C.I. Basis-Rot 3 (#45210), C.I. Mordant-Grün 13 (#42005), C.I. Basis-Violet 23 (#42557), C.I. Bais-Gelb 9 (#46040), C.I. Basis-Gelb 11 (#48055), C.I. Mordant-Blau 14 (#51050) und C.I. Basis-Blau 9 (#52015).
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß einige Inhaltsstoffe duale Funktionen aufweisen. So kann n-Butylkarbitol zum Beispiel als ein Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck und als eine selbst-anhäufender Verbindung wirksam sein. Eine weitere Beschreibung, die die kritische Rolle der Anhäufung und Konzentration von Tensiden bei der Vermeidung des Zerlaufens betrifft, folgt unten. Es ist ausreichend hier anzumerken, daß kritische Konzentrationen eines Tensides notwendig sind, um ein Zerlaufen beim Drucken in einem Punkt-auf-Punktmodus, der hier verwendet wird, um die Druckbeispiele zu erzeugen, wirksam und vollständig zu vermeiden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in Koordinaten der Textdruckqualität (linke Abszisse) oder des Zerlaufens (rechte Abszisse) und der Tensidkonzentration die qualitative Auswirkung auf die Druckqualität und das Zerlaufen als eine Funktion der Konzentration eines Tensides;
Fig. 2a und 2b sind, in Koordinaten der Farbstoffkonzentration und der Gesamtdetergenskonzentration (Tensid) ([D]T) Darstellungen der Farbstoffadsorption bezüglich der Mizellen, wobei Fig. 2a die Auswirkung einer schwachen Adsorption von Farbstoff zu einer Mizelle zeigt, und wobei Fig. 2b die Auswirkung einer starken Adsorption von Farbstoff zu einer Mizelle zeigt, wobei [D]m die Detergenskonzentration (Tensid) in den Mizellen ist, und [D)w die Detergenskonzentration (Tensid) in Wasser ist;
Fig. 3 ist eine Strichzeichnung, die das Drucken einer Mehrzahl von Farben, die ein Zerlaufen aufweisen, darstellt; und
Fig. 4 ist eine Strichzeichnung ähnlich derjenigen aus Fig. 3, bei der das Zerlaufen im wesentlichen reduziert wurde.

Beste Arten zur Ausführung der Erfindung

Bei der praktischen Umsetzung der Erfindung wird das Farbzerlaufen, das aus der Verwendung von Tintenstrahltinten in thermischen Tintenstrahldruckern resultiert, durch Verwenden von zwitterionischen Tensiden oder nicht-ionischen Amphiphilen gelindert. Die zwitterionischen Tenside, die bei der praktischen Umsetzung der Erfindung verwendet werden, können pH-empfindlich oder pH-unempfindlich sein.
Alle hier angegebenen Konzentrationen sind in Gewichtsprozent, so lange es nicht anders angegeben ist. Die Reinheit aller Komponenten ist derart, wie sie bei der normalen kommerziellen praktischen Anwendung thermischer Tintenstrahltinten verwendet wird.
Der Einfachheit halber werden Beispiele von Zerlauflinderungstensiden in zwei Kategorien unterteilt: (1) nicht-ionische und amphotere und (2) ionische. Die erste Klasse ist ferner in drei Klassen unterteilt: (a) wasserlösliche amphiphile Larvierungen, wie zum Beispiel STARBURST-Dendrimer, die verzweigte Polyethylenamine sind, die von der Polysciences, Inc. erhältlich sind, und ähnliche, (b) Polyether, wie zum Beispiel Ethylenglykol-n-Butylether, Diethylenglykol-n- Butylether, Diethylenglykol-n-Hexylether, Triethylenglykol- n-Butylether, Propylenglykolisobutylether, die TRITONS, die Nonylphenylpolyethylenoxid-Tenside sind, die von Rohm und Haas Co. erhältlich sind, die PLURONICS und PLURAFACS, die Polyethylenoxid- und Polypropylenoxid-Block-Copolymere sind, die von BASF erhältlich sind, und die SURFYNOLS, die Acetylenpolyethylenoxid-Tenside sind, die von Air Products & Chemicals, Inc. erhältlich sind, und (c) amphotere Moleküle, wie zum Beispiel NDAO, NTAO, NHAO, OOAO, NOAO und SB3-16; weitere Informationen bezüglich dieser Verbindungen folgen unten. Die ionische Klasse, die sowohl kationische als auch anionische Tenside umfaßt, ist ebenfalls durch Gallesalze (Natrium, Lithium, Ammonium oder substituiertes Ammoniumcholat) und wasserlösliche Farbstoffe dargestellt.
Ein Beispiel eines pH-empfindlichen zwitterionischen Tensides ist N,N-Dimethyl-N-Dodecylaminoxid (NDAO), das in Wasser eine pka von etwa 2.3 aufweist:
Diese Verbindung hat ein Molekulargewicht von 229 und eine kritische Mizellenkonzentration (cmc; wird im Folgenden genauer beschrieben) von 13 mM.
Anstelle des C&sub1;&sub2;H&sub2;&sub5;-Anteils kann auch irgendein R Anteil verwendet werden. Die folgenden Anteile, ihr Name, Abkürzung, Molekulargewicht (mw) und cmc sind bei der praktischen Umsetzung der Erfindung verwendbar:
N,N-Dimethyl-N-Tetradecylaminoxid (NTAO);
mw = 257; cmc = 6-8 mM;
N,N-Dimethyl-N-Hexadecylaminoxid (NHAO);
mw = 285; cmc = 0,8 mM;
N,N-Dimethyl-N-Octadecylaminoxid (NOAO);
mw = 313; cmc = klein;
N,N-Dimethyl-N-(Z-9-Octadecenyl)-N-Aminoxid (OOAO);
mw = 311; cmc = klein.
Ein weiteres Beispiel ist N-Dodecyl-N,N-Dimethylglycin, das in Wasser ein pka von etwa 5 aufweist:
Wiederum andere Beispiele schließen Phosphate, Phosphite, Phosphonate, Lectine oder ähnliches und Phosphatester ein, wie zum Beispiel Phosphomyelin, das in Wasser ein pka von etwa 2 bis 3 aufweist:
Andere ähnliche Verbindungen schließen Phosphoglycerid, wie zum Beispiel Phosphatidylethanolamine, Phosphatidylcholine, Phosphatidylserine, Phosphatidylinosite und B'-O-Lysylphosphatidylglycerole, ein.
Zusätzliche Beispiele von Verbindungen, die bei der praktischen Umsetzung der Erfindung verwendbar sind, schließen die Sulfobetaine ein, die zwitterionisch aber pH-unempfindlich sind:
Ist n = 11, wird die Verbindung als SB3-12 bezeichnet; ist n = 15, wird die Verbindung als SB3-16 bezeichnet.
Beispiele für ionische Tenside, die zur Verwendung bei der praktischen Umsetzung der Erfindung geeignet sind, schließen solche kationischen Verbindungen ein, wie zum Beispiel
Cetyltrimethylammoniumbromid (CTABr),
und solche anionischen Tenside, wie zum Beispiel
CH&sub3;-(CH&sub2;)&sub1;&sub1;-O-SO&sub3;&supmin;Na+
Natriumdodecylsulfat (SDS)
CH&sub3;-(CH&sub2;)n-SO&sub3;&supmin;Na&spplus;
Natriumsulfanat
Beispiele für nicht-ionische, nicht amphotere Tenside, die bei der praktischen Umsetzung der Erfindung verwendbar sind, schließen Verbindungen ein, die unter den Warenzeichen TERGITOL erhältlich sind, die Alkylpolyethylenoxide sind, die von Union Carbide erhältlich sind, und BRIJ, die ebenfalls Alkylpolyethylenoxide sind, die von ICI Americas erhältlich sind, mit folgender Formel:
CH&sub3;-(CH&sub2;)n(-O-CH&sub2;-CH&sub2;-)m-OH
(mit n = 3 und m = 2 ist dies n-Butylcarbitol, ein Cellosolve-Ether).
In dieser Kategorie sind ebenfalls PLURONICS und die PLURAFACS (BASF) mit der allgemeinen Formel:
HO-(-CH&sub2;-CH&sub2;-O-)n(-CH&sub2;-CH(CH&sub3;)-O-)m-CH&sub2;-CH&sub2;-OH
enthalten.
Die TRITONS (Rohm & Haas Co.) sind im allgemeinen wie folgt dargestellt:
R-Ph-O (CH&sub2;-CH&sub2;-O)yR'
wobei R, R' irgendein Alkan, Alken, Aryl oder eine Alkynyl Gruppe oder H ist, pH ist Phenyl, y = 1 bis 50, und R ist Para zu der Etherverbindung auf dem Benzolring.
Die SURFYNOLE (Air Products und Chemicals, Inc.) sind wie folgt dargestellt
mit n + m = 0 bis 50.
Die Zerlaufslinderungstenside haben alle dieselben Merkmale, die Tensiden gemeinsam sind: lange Kohlenwasserstoff (hydrophobe) Schwänze mit polaren (hydrophilen) Kopfgruppen. Andere solche Detergensien mit ähnlichen Strukturen können in Tinten formuliert werden, um das Zerlaufen zu lösen, vorausgesetzt sie haben strukturelle Merkmale, die diesen gleich sind. Dies heißt nicht, daß das Zerlaufungslinderungsverhalten allen Detergensien eigen ist.
Die Erfassung des cmc oder des Einsetzens der Mizellisierung in einer Tinte kann durch eine Anzahl von Verfahren bestimmt werden. Typischerweise werden scharfe Änderungen in den Zeichnungen der Oberflächenspannung gegenüber der Tensidkonzentration (in der Tinte) oder des osmotischen Drucks gegenüber der Tensidkonzentration (in der Tinte) beobachtet. Diese scharfen Änderungen werden dem cmc zugerechnet. Andere Verfahren, wie zum Beispiel Leitfähigkeit, Trübung, Bestimmung der äquivalenten Konduktanz sind in wässrigen Tinten ausgeschlossen.

Zerlaufslinderung - möglicher Mechanismus

Fig. 1 zeigt eine hypothetische Konzentration eines oberflächenaktiven Reagenz gegenüber Zerlaufs- und Textdruckqualitäts-Skalenprofilen. Grundsätzlich stellt diese Figur die Zerlaufs- und Textqualitäts-Antworten dar, die für alle untersuchten Tenside beobachtet wurden. Fig. 1 nimmt an, daß andere Komponenten des Tintenträgers und die Farbstoffkonzentrationen fest sind, und daß die Tensidkonzentration die abhängige Variable ist. Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß beim Hinzufügen einer geringen Menge von Tensid eine kleine Änderung der Zerlaufssteuerung und der Schärfe der Textdruckqualität existiert. Bei weiteren Hinzufügungen des Tensids führt eine Verschlechterung der Textdruckqualität zu einer geringen oder keinen Verbesserung beim Zerlaufen (vielleicht tritt sogar eine geringe Verschlechterung der Zerlauflinderung in einigen Fällen auf). Abschließend wird eine Tensidkonzentration erreicht, bei der die Qualität des Textes beginnt sich zu verbessern und das Zerlaufen reduziert wird. Weitere Abnahmen des Zerlaufens und eine weitere Verbesserung der Textqualität kann mit einer zunehmenden Tensidkonzentration in der Tinte auftreten. Die niedrigste Tensidkonzentration, bei der die Zerlaufslinderung und die Verbesserung der Textdruckqualität erkennbar wirksam wird, wird in der Nähe der kritischen Mizellenkonzentration (cmc) oder der kritischen Monomerkonzentration der meisten Tenside gefunden. (Die cmc ist die Konzentration an Tensid, bei der die einfache Elektrolyt- oder Nicht-Elektrolytchemie gegenüber der Cholloid-Chemie an Wichtigkeit verliert. Für die einfachen Tenside, die im Vorhergehenden beschrieben wurden, ist dies die Konzentration an Tensid, bei der Mizellen oder angehäufte Tensidmoleküle beginnen zu erscheinen.)
Die Mizellesierung wird durch Entropiebeschränkungen getrieben - die Kohlenwasserstoffketten werden in das Innere der Mizelle getrieben, wobei die hydrophilen, wasserlöslichen Gruppen nach außen getrieben werden. Das sich ergebende Dominal Fluid schafft Bereiche von öl-reichen und wasser-reichen Taschen, die organische gelöste Stoffe, wie zum Beispiel Farbstoffe, Co-Tenside und Co-Lösungsmittelmoleküle, abhängig von ihrer Hydrophobie einteilen können. Zusätzlich wechselwirken die Mizellen und finden Regionen in der Lösung, in denen ihre positionsmäßig (potentielle) Energie miminal ist. Es ist denkbar, daß Mizellen, die geladene Farbstoffmoleküle enthalten, sich auf eine ähnliche Art verhalten.
Tabelle 1 listet die cmc von verschiedenen Tensiden auf, die bei der praktischen Umsetzung der Erfindung verwendbar sind. Die angegebenen cmc gelten für reines Wasser. Der aufgelistete cmc wird sich von denjenigen der Tinte unterscheiden, da hinzugefügte Salze und Hydrophobe die Mizellenstruktur stören. Tabelle I cmc Daten für Tenside Klasse Tensid Molekulargewicht [cmc]¹, M cmc¹, Gew.-% zwitterionisch: ionisch: nicht-ionisch: SURFYNOL 465 TRITON CF-21 N-42 Butylcarbitol Bemerkung: ¹ cmc in reinem Wasser 25ºC.
Der Einbau von Farbstoffen in Mizellen ist das geeignete Verfahren, durch das Tensid-enthaltende Tinten das Zerlaufen steuern. Mizellen mit einem Farbstoff einer Farbe, die aus einem Tintenstrahlstift herausgeschossen werden, werden sich nicht mit einem Farbstoff einer weiteren Farbe in einer benachbarten Mizelle auf dem Papiermedium austauschen, da die Rate, mit der das bewegliche Medium verdampft oder in das Papier adsorbiert viel größer ist als die Desorptionsrate der Farbstoffmoleküle aus den Mizellen oder die Rate, mit der die Farbstoffmoleküle durch das Mizellenmedium defundieren. Es resultiert eine Zerlaufslinderung.
Die Wirksamkeit dieser Zerlaufslinderung hängt von dem Pegel der Adsorption der Farbstoffe in die Mizellen, der Konzentration der Anzahl von Mizellen in der Tinte und der Diffusion des Farbstoffes und der Mizellen auf der Papieroberfläche ab. Fig. 2a und 2b zeigen hypothetisch die Größenordnung der Adsorption von Farbstoff in die Mizellen als eine Funktion der Tensidkonzentration für Farbstoffmoleküle, die stark in Mizellen adsorbieren (Fig. 2b) und für Farbstoffmoleküle, die schwach adsorbieren (Fig. 2a). Es wird darauf hingewiesen, daß bei dem schwach adsorbierenden Farbstoff eine viel höhere Tensidkonzentration notwendig ist, um die gleiche Menge Farbstoff zu binden, als in dem Fall des stark adsorbierenden Farbstoffes. Die Neigung des Farbstoffes zu den Mizellen zu adsorbieren ist offensichtlich eine Funktion der Struktur (Hydrophobie) und der Wechselwirkungen der Farbstoffmoleküle, des Tensids, des Co-Lösungsmittels und des Co-Tensids, das vorhanden ist (wenn überhaupt).
Folglich beeinflußt die Tensidkonzentration die Zerlaufssteuerung. Höhere Konzentrationen von Mizellen absorbieren mehr Farbstoffmoleküle und verlangsamen ihre Diffusionsrate.

Industrielle Anwendbarkeit

Von den Tintenzusammensetzungen der Erfindung wird angenommen, daß sie ihre Verwendung in Tintenstrahltinten finden, die bei thermischen und piezoelektrischen Tintenstrahldrukkern verwendet werden, besonders bei Farbtinten, bei denen das Zerlaufen von einer Farbe in eine andere ein Nachteil ist. Die Tintenzusammensetzungen der Erfindung reduzieren ein solches Farbzerlaufen oder schließen es sogar aus.

Beispiele

(a) Tinten wurden aus den folgenden Formeln hergestellt:
5,5% Diethylenglykol
ungefähr 3% kationischer Farbstoff (BB3 oder BV7 oder FY32L)
der Rest deionisiertes Wasser.
Dieser Satz von drei Tinten (cyan, magenta, gelb) wurde aus Vergleichsgründen verwendet, um die Auswirkung des Nichteinschließens eines Amphiphiles zu zeigen.
(b) Eine Tinte wurde mit der folgenden Formel hergestellt:
5,5% Diethylenglykol
0,9% OOAO
2% SURFYNOL 465
ungefähr 3% kationischer Farbstoff (BB3, BV7, FY32L)
der Rest deionisiertes Wasser.
Die Ergebnisse des Druckens sind in Fig. 3 und 4 gezeigt. Jede kuchenförmige Scheibe stellt eine unterschiedliche Farbe dar. Aufgrund der Schwierigkeiten der Darstellung der Farbe ist die Karte willkürlich in schwarze und weiße Segmente unterteilt. Der Grad des Zerlaufens ist jedoch dem farbigen Original getreu nachgebildet.
Der Druckmodus, der in beiden Figuren verwendet wurde, war ein Punkt-auf-Punkt Modus. Der verwendete Drucker war ein DeskJet Drucker (DeskJet ist ein eingetragenes Warenzeichen der Hewelett-Packard Company, Palo Alto, CA) und der verwendete Stift, um die Tinte zuzuführen, war ein Dreikammerstift, der cyane, gelbe und magentafarbige Farbe enthielt.
Es kann gesehen werden, daß für die Tinten ohne das Tensid (Fig. 3) ein erheblichs Farbzerlaufen (Eindringen einer Farbe in eine andere) existiert; dies trifft besonders dort zu, wo eine Primärfarbe (wie zum Beispiel gelb) zu einer Sekundärfarbe (wie zum Beispiel rot) benachbart ist. Das Hinzufügen des Tensids reduziert das Farbzerlaufen erheblich (Fig. 4).
Folglich wurde ein Prozeß zum Reduzieren des Farbzerlaufs bei Tinten, die bei Tintenstrahldruckern verwendet werden und kationische Farbstoffe verwenden, offenbart. Es ist für Fachleute ohne weiters offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen offensichtlicher Natur durchgeführt werden können, und daß alle diese Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist, fallen.

Claims

1. Ein Prozeß zum Reduzieren des Farbzerlaufens bei Tinten, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden, der das Drucken auf einem Medium mit einer Tinte umfaßt, die die folgende Zusammensetzung aufweist:

(a) einen Träger; und

(b) 0,1 bis 10 Gewichtsprozent zumindest eines wasserlöslichen kationischen Farbstoffes, der darin gelöst ist,

wobei der Träger (1) zumindest einen Teil, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus zwitterionischen Tensiden besteht, wobei die zwitterionischen Tenside aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus nicht-ionischen Verbindungen und ionischen Verbindungen, und aus nicht-ionischen Amphiphilen besteht, die in einer Menge vorhanden sind, die zumindest gleich ihrer kritischen Mizellenkonzentration ist; (2) 0,5 bis 20 Gewichtsprozent von zumindest einem organischen Lösungsmittel, das die Mizellenbildung des zumindest einen Teils unterstützt; und (3) den Rest Wasser umfaßt.

2. Der Prozeß nach Anspruch 1, bei dem die nicht-ionischen Verbindungen aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus (a) wasserlöslichen Amphiphillarvierungen, (b) Polyether, Polyethylenoxiden, Nonyl- und Octyl-Polyethylenoxiden und Acetylen-unterstützten Polyethylenoxiden und (c) amphoteren Verbindungen besteht.

3. Der Prozeß nach Anspruch 2, bei dem die Larvierungen verzweigte Polyethylenamine sind.

4. Der Prozeß nach Anspruch 2, bei dem die Polyether aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ethylenglykol-n-Butylether, Diethylenglykol-n-Butylether, Diethylenglykol-n-Hexylether, Triethylenglykol-n-Butylether und Propylenglykolisobutylether besteht.

5. Der Prozeß nach Anspruch 2, bei dem die amphoteren Tenside entweder pH-empfindliche Tenside sind, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus N,N-Dimethyl-N-Dodecylaminoxid, N,N-Dimethyl-N-Tetradecylaminoxid, N,N-Dimethyl-N-Hexadecylaminoxid, N,N-Dimethyl-N-Octadecylaminoxid, N,N-Dimethyl-N-(Z-9-Octadecenyl)-N-Aminoxid, N-Dodecyl-N,N-Dimethylglycin, Phosphaten, Phosphiten, Phosphonaten, Lecithinen, Phosphatestern, Phosphatidylethanolaminen, Phosphatidylcholinen, Phosphatidylserinen, Phosphatidylinositen und B'-O-Lysylphosphatidylglycerolen besteht, oder pH-unempfindliche Tenside sind, die Sulfobetaine umfassen.

6. Der Prozeß nach Anspruch 1, bei dem ionische Tenside aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Cetyltrimethylammoniumbromid, Natriumdedecylsulfat, Natriumsulfonaten und Cellosolve-Ether besteht.

7. Der Prozeß nach Anspruch 1, bei dem das organische Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Glykolen, Diolen, Glykolestern, Glykolethern, Mono- und Di-Glykolethern, Cellosolve-Ethern, Carbitolen, langkettigen Alkoholen, Estern, Ketonen, Laktonen und Glycerolen und deren Derivaten und Mischungen besteht.

8. Der Prozeß nach Anspruch 7, bei dem das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und deren Derivate; Butandiol, Pentandiol, Hexandiol und homologen Diolen; Propylenglykollaurat; Ethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Dietylenglykolinonobutylether, Diethylenglykolmonohexylether, Propylenglykolether, Dipropylenglykolether und Triethylenglykolether; Butylalkohol, Pentylalkohol und homologe Alkohole; Sulfolan, v-Butyrollakton, N-Pyrrolidon und N-(2-Hydroxyethyl)Pyrrolidon und Glycerolen und deren Derivaten besteht.

9. Der Prozeß nach Anspruch 1, bei dem der kationische Farbstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C.I. Basis-Violett 7, C.I. Basis-Blau 3, Fastusol-Gelb 32L, C.I. Basis-Rot 1, C.I. Basis-Violett 10, C.I. Basis-Rot 3, C.I. Mordant-Grün 13, C.I. Basis-Violett 23, C.I. Basis-Gelb 9, C.I. Basis-Gelb 11, C.I. Mordant-Blau 14, und C.I. Basis-Blau 9 besteht.

10. Der Prozeß nach Anspruch 9, bei dem der kationische Farbstoff einem Anion zugeordnet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cl&supmin;, Br&supmin;, ZnCl&sub4;&supmin; und NO&sub3;&supmin; besteht.