DE69216901T2

DE69216901T2 - Tintenzusammensetzung

Info

Publication number: DE69216901T2
Application number: DE69216901T
Authority: DE
Inventors: Julia A Kohlmeier
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1991-04-29
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2012-04-28
Also published as: JPH05117562A; EP0511804A1; EP0511804B1; JP3095874B2; US5221332A; DE69216901D1

Description

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf flüssige Tinten-Zubereitungen. Noch genauer gesagt, ist die vorliegende Erfindung gerichtet auf Tinten-Zubereitungen auf Wasser-Basis, die insbesondere geeignet sind zur Verwendung in Tintenstrahl-Druckverfahren.
Es gibt Tintenstrahl-Drucksysteme zweier Typen, nämlich solche Systeme, die unter Zuführung eines kontinuierlichen Tinten-Stroms ablaufen, und solche Systeme, die unter Zuführung eines Tropfens auf Anforderung (drop-on-demand) ablaufen. Bei Tintenstrahl- Systemen des Typs mit Zufuhr eines kontinuierlichen Tintenstroms wird Tinte in einem kontinuierlichen Strom unter Druck durch wenigstens eine Ausflußöffnung oder Düse emittiert. Der Strom wird gestört, was dazu führt, daß er in einer fixierten Entfernung von der Ausflußöffnung in Tröpfchen aufbricht. Am Aufbruch-Punkt werden die Tröpfchen in Übereinstimmung mit digitalen Datensignalen geladen und durch ein elektrostatisches Feld geführt, das die Flugbahn jedes Tröpfchens einstellt und dieses zur Rückführung in eine Rinne oder auf eine spezielle Stelle auf einem Aufzeichnungsmedium richtet. Bei den Systemen, die unter Abgabe eines Tropfens auf Anforderung ablaufen, wird ein Tröpfchen direkt aus einer Ausflußöffnung auf eine Stelle auf einem Aufzeichnungsmedium in Übereinstimmung mit digitalen Datensignalen ausgestoßen. Ein Tröpfchen wird nicht gebildet oder ausgestoßen, solange es nicht auf das Aufzeichnungsmedium aufgebracht werden soll.
Da die unter Zuführung von Tinte auf Anforderung ablaufenden Systeme keine Tinten- Rückführung, Ladung oder Ablenkung benötigen, ist das System viel einfacher als dasjenige des Typs, der unter Zuführung eines kontinuierlichen Stroms abläuft. Es gibt zwei Arten von Tintenstrahl-Systemen der Zufuhr von Tropfen auf Anforderung. Eines der Typen des Systems der Zufuhr von Tropfen auf Anforderung weist als seine Hauptkomponenten einen mit Tinte gefüllten Kanal oder Durchgang auf, der eine Düse an einem Ende und einen piezoelektrischen Meßwandler nahe dem anderen Ende aufweist, der die Druck-Impulse produziert. Die relativ ausgedehnte Größe des Meßwandlers verhindert eine enge räumliche Anordnung der Düsen, und physikalische Beschränkungen des Meßwandlers führen zu einer niedrigen Tintentropfen-Geschwindigkeit. Niedrige Tropfen-Geschwindigkeiten verringern in ernsthaftem Maße die Toleranzen für die Tropfengeschwindigkeits-Schwankung und Tropfen-Bündelung, wodurch sie die Fähigkeit des Systems beeinträchtigen, Drucke hoher Qualität zu produzieren. Systeme, bei denen die Tintenzuführung einer Anforderung des Tropfens unterliegt und die piezoelektrische Vorrichtungen zum Ausstoßen der Tröpfchen verwendet werden, haben außerdem den Nachteil einer langsamen Druckgeschwindigkeit.
Der andere Typ des Systems mit Zufuhr von Tropfen auf Anforderung ist bekannt als Thermotintenstrahl-System oder Blasenstrahl-System, produziert Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit und erlaubt eine sehr enge räumliche Anordnung der Düsen. Die Haupt komponenten dieses Typs des Systems mit Zufuhr der Tropfen auf Anforderung bestehen in einem mit Tinte gefüllten Kanal, der eine Düse an einem Ende und einen hitzeerzeugenden Resistor bzw. Widerstand nahe der Düse aufweist. Drucksignale, die eine digitale Information wiedergeben, erzeugen einen elektrischen Stromimpuls in einer Widerstands- Schicht innerhalb jedes Tinten-Durchgangs nahe der Ausflußöffnung oder Düse, was dazu führt, daß die Tinte in der unmittelbaren Nachbarschaft fast augenblicklich verdampft und eine Blase erzeugt. Die Tinte an der Ausflußöffnung wird als vorwärtsgetriebenes Tröpfchen ausgestoßen, sobald sich die Blase ausdehnt. Wenn die hydrodynamische Bewegung der Tinte gestoppt wird, ist die Verfahrensfolge für einen erneuten Ablauf bereit. Mit der Einführung eines Tröpfchen-Ausstoßsystems auf der Basis thermisch erzeugter Blasen, das allgemein als "Blasenstrahl"-System bezeichnet wird, haben die Tintenstrahldrucker mit Zuführung der Tropfen auf Anforderung einfachere und bei niedrigeren Kosten betreibbare Vorrichtungen als die unter kontinuierlicher Tintenzuführung arbeitenden Systeme bereitgestellt und haben dazu noch im wesentlichen dasselbe bei hoher Geschwindigkeit ablaufende Druckvermögen.
Die Betriebssequenz des Blasenstrahl-Systems beginnt mit einem Stromimpuls durch die Widerstands-Schicht in dem mit Tinte gefüllten Kanal, wobei die Widerstands-Schicht in enger Nachbarschaft zu der Ausflußöffnung oder Düse für den betreffenden Kanal angeordnet ist. Hitze wird von dem Widerstand auf die Tinte übertragen. Die Tinte wird auf eine Temperatur weit oberhalb ihres normalen Siedepunkts supererhitzt und erreicht - bei Tinten auf Wasser-Basis - am Ende die kritische Temperatur zur Blasenbildung oder Nukleierung von etwa 280 ºC. Sobald die Nukleierung bzw. Blasenbildung erfolgt ist, isoliert die Blase oder der Wasserdampf die Tinte thermisch gegenüber der Heizvorrichtung, und keine weitere Hitze kann auf die Tinte übertragen werden. Diese Blase dehnt sich aus, bis alle Hitze, die in der Tinte über den normalen Siedepunkt hinaus gespeichert ist, abdiffundiert ist oder dafür verwendet wurde, die Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln, was Hitze aufgrund der Verdampfungshitze verbraucht. Die Ausdehnung der Blase treibt ein Tintentröpfchen aus der Düse aus. Sobald die überschüssige Hitze entfernt wurde, fallt die Blase auf dem Widerstand zusammen. An diesem Punkt wird der Widerstand nicht länger erhitzt, da der Stromimpuls vorbei ist und - gleichzeitig mit dem Zusammenfallen der Blase - das Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung auf ein Aufzeichnungsmedium ausgestoßen wird. Die Widerstands-Schicht erfährt eine starke Kavitationskraft durch das Zusammenfallen der Blase, welche dazu führt, daß die Widerstands-Schicht erodiert wird. Danach füllt sich der Tintenkanal wieder durch Kapillarwirkung. Diese gesamte Sequenz der Blasenbildung und des Zusammenfallens der Blase läuft in etwa 10 Mikrosekunden (µs) ab. Der Kanal kann nach einer Mindest-Ruhezeit von 100 bis 500 µs erneut aktiviert werden, was es möglich macht, daß der Kanal erneut gefüllt wird, und was es möglich macht, daß die dynamischen Nachfüll-Faktoren etwas gedämpft werden. Thermische Tintenstrahlverfahren sind wohlbekannt und sind beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 4,601,777; 4,251,824; 4,410,899; 4,412,224 und 4,532,530. Die Offenbarung jedes der genannten Dokumente wird durch die Inbezugnahme in die vorliegende Beschreibung vollständig übernommen.
Bekannte Tintenstrahl-Tinten umfassen allgemein einen wasserlöslichen Farbstoff, der in einem Tinten-Träger wie beispielsweise Wasser oder einer Mischung löslich ist, die Wasser und ein in Wasser lösliches oder mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel umfaßt. Heterophasen-Tintenstrahl-Tinten sind ebenfalls bekannt.
Das US-Patent 4,877,451 (Winnik et al.), dessen Offenbarung durch die Inbezugnahme vollständig in die vorliegende Beschreibung übernommen wird, offenbart Tintenstrahl- Tintenzubereitungen, die Wasser, ein Lösungsmittel und eine Mehrzahl von gefärbten Teilchen umfassen, die hydrophile poröse Siliciumoxid-Teilchen umfassen, an deren Oberflächen Farbstoffe kovalent über Silan-Kupplungsmittel gebunden sind.
Das US-Patent Nr.3,945,957 (Noshiro et al.) offenbart eine trockene Flachdruck-Drucktinten-Zubereitung, die einen Träger für eine Tinte, ein Pigment und ein Lösungsmittel umfaßt und die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Teilmenge des Trägers 1 bis 40 Gew.-% % eines Silicon-modifizierten Alkydharzes verwendet werden, das 5 bis 50 Gew.-% Organopolysiloxane einer speziellen Formel enthält.
Das US-Patent Nr.3,948,827 (Noshiro et al.) offenbart eine trockene Flachdruck-Drucktinten-Zubereitung, die einen Träger für eine Tinte, ein Pigment und ein Lösungsmittel umfaßt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Teilmenge des Vehikels 1 bis 40 Gew.-% eines Silicon-modifizierten Alkydharzes verwendet werden, das 5 bis 50 Gew.-% wenigstens eines Organopolysiloxans umfaßt, das durch Aminogruppen einer speziellen Formel substituiert ist.
Das US-Patent Nr.4,765,243 (Schiefer et al.) offenbart ein Flexodruck- oder Tiefdruck- Verfahren zum Drucken auf ein Kunststoff-Substrat unter Verwendung einer Tinte auf Wasserbasis, wobei die Verbesserung den Zusatz von etwa 0,005 bis etwa 5 Gew.-% einer Siliconverbindung mit niedrigem Molekulargewicht zu der Tinte umfaßt. Die Einarbeitung dieser Siliconverbindung führt zu einer guten Befeuchtung des Substrats durch die Tinte und führt zu verbesserten charakteristischen Druck-Eigenschaften.
Das US-Patent Nr.4,836,852 (Kairsch et al.) offenbart eine Tinte, die gebildet wird durch eine Lösung eines Direktfarbstoffs in einer Mischung aus Wasser und Glykol-Befeuchtungsmitteln. Dieser Tinte wird ein Pigment, das zu Teilchen einer Größe von nicht mehr als 1.000 Å feingemahlen ist, in Dispersion zugesetzt, und zwar in einer Konzentration von zwischen 0,1 und 2 %. Die Pigmentteilchen dienen als Anker der gasförmigen Gaskerne, die in der Tinte mit dem Zweck gelöst werden, den Siedepunkt der Tinte zu stabilisieren. Die Tinte ist insbesondere geeignet für einen Tintenstrahldrucker des Typs, in dem ein Ausstoß der Tröpfchen dadurch erzeugt wird, daß man eine augenblickliche Verdampfung eines Teils der Tinte in einer Düse hervorruft.
Obwohl bekannte Zubereitungen und Verfahren für die intendierten Zwecke geeignet sind, bleibt ein Bedarf nach verbesserten Tintenzubereitungen, die zur Verwendung in Tintenstrahl-Druckprozessen geeignet sind. Außerdem bleibt ein Bedarf nach Tintenzubereitungen, die ein erhöhtes Tropfenvolumen ermöglichen, wenn sie in Tintenstrahl-Druckprozessen eingesetzt werden. Außerdem besteht ein Bedarf nach Tintenzubereitungen, die eine erhöhte Tropfengeschwindigkeit ermöglichen, wenn sie in Tintenstrahl-Druckprozessen eingesetzt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Tinten zu schaffen, die speziell für Tintenstrahl-Druckprozesse geeignet sind, einschließlich thermischer Tintenstrahl-Druckprozesse, und die ein erhöhtes Tropfenvolumen und eine erhöhte Tropfengeschwindigkeit zeigen, wenn sie in Tintenstrahl-Prozessen eingesetzt werden.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung können gelöst werden durch Schaffung einer Tintenzubereitung, wie sie im beigefügten Patentanspruch 1 definiert ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist gerichtet auf ein Druckverfahren, das die Aufbringung einer Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat in bildweiser Form umfaßt. In einer speziellen Ausführungsform schließt die vorliegende Erfindung ein Verfahren ein, das die Einführung einer Tintenzubereitung gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung und das Erzeugen von in einem bildweisen Muster auf ein Substrat auszustoßenden Tröpfchen der Tinte umfaßt, wodurch Bilder auf dem Substrat erzeugt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung ein Thermo-Tintenstrahldrucker, und die Tinte wird selektiv in bildweiser Form erhitzt, wodurch das Ausstoßen der Tröpfchen unter Bildung eines Bildes auf dem Substrat hervorgerufen wird.
Der flüssige Träger der Tinten der vorliegenden Erfindung kann aus Wasser bestehen, oder er kann eine Mischung aus Wasser und einer mischbaren organischen Komponente umfassen, z.B. Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykole, Glycerin, Dipropylenglykole, Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, Amide, Ether, Carbonsäuren, Ester, Alkohole, Organosulfide, Organosulfoxide, Sulfone, Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Alkohol-Derivate, Carbitol, Butylcarbitol, Cellosolve, Etherderivate, Aminoalkohole, Ketone und andere mit Wasser mischbare Materialien sowie deren Mischungen. Wenn die Mischungen aus Wasser und mit Wasser mischbaren organischen Flüssigkeiten als flüssiger Träger gewählt werden, kann das Verhältnis Wasser zu organischer Komponente in irgendeinem wirksamen Bereich liegen und liegt typischerweise bei etwa 100 : 0 bis etwa 30 : 70, vorzugsweise von etwa 97 : 3 bis etwa 50 : 50. Jedenfalls kann das Verhältnis auch außerhalb dieser Bereiche liegen. Die nicht wäßrige Komponente des flüssigen Trägers dient allgemein als Feuchthaltemittel, das einen Siedepunkt über demjenigen von Wasser (100 ºC) aufweist. In Tinten, die für das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist der flüssige Träger in irgendeiner wirksamen Menge zugegen, typischerweise in einer Menge von etwa 85 bis etwa 99,5 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge von etwa 90 bis etwa 99 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Tinten der vorliegenden Erfindung enthalten ein Färbemittel. Allgemein kann jedes beliebige wirksame Färbemittel wie eines aus der Gruppe Direktfarbstoffe oder saure Farbstoffe als Färbemittel verwendet werden, vorausgesetzt, daß es mit den anderen Komponenten der Tinte verträglich ist und in dem flüssigen Träger löslich ist. Beispiele geeigneter Farbstoffe schließen ein: Anthrachinone, Monoazo-Farbstoffe, Bisazo-Farbstoffe, Phthalocyanine, Aza[18]annulene, Formazan-Kupfer-Komplexe, Triphenodioxazine, Bernacid-Rot 2BMN; Pontamine Brilliant-Bindungsblau A; Pontamine; Lebensmittelschwarz (Food Black) 2; Karodirekt-Türkis FBL Supra Conc. (Direktblau 199), erhältlich von der Firma Carolina Color and Chemical; Speziell Fast Türkis 8GL flüssig (Direktblau 86), erhältlich von der Firma Mobay Chemical; Intrabond Flüssig Türkis GLL (Direktblau 86), erhältlich von der Firma Crompton and Knowles; Cibracron Brilliant-Rot 38-A (Reaktiv-Rot 4), erhältlich von der Firma Aldrich Chemical; Drimaren Brilliant-Rot X-2B (Reaktiv-Rot 56), erhältlich von der Firma Pylam, Inc.; Levafix Brilliant-Rot E-4B, erhältlich von der Firma Mobay Chemical; Levafix Brilliant-Rot E-6BA, erhältlich von der Firma Mobay Chemical; Procion-Rot H8B (Reaktiv-Rot 31), erhältlich von der Firma ICI America; Pylam Certified D&C-Rot #28 (Sauer-Rot 92), erhältlich von der Firma Pylam; Direkt Brill Pink B Ground Crude (grob gemahlen), erhältlich von der Firma Crompton & Knowles; Cartasol-Gelb GTF Presscake, erhältlich von der Firma Sandoz, Inc.; Tartrazine Extra Conc. (FD&C- Gelb #5; Sauer-Gelb 23), erhältlich von der Firma Sandoz; Carodirect-Gelb RL (Direkt- Gelb 86), erhältlich von der Firma Carolina Color and Chemical; Cartasol-Gelb GTF Liquid Special 110, erhältlich von der Firma Sandoz, Inc.; D&C-Gelb #10 (Sauer-Gelb 3), erhältlich von der Firma Tricon; Schatten-Gelb (Yellow Shade) 16948, erhältlich von der Firma Tricon; Basacid-Schwarz X34, erhältlich von der Firma BASF; Carta-Schwarz 2GT, erhältlich von der Firma Sandoz, Inc.; Neozapon-Rot 492, erhältlich von der Firma BASF; Orasol-Rot G, erhältlich von der Firma Ciba-Geigy; Direct Brilliant-Rosa B, erhältlich von der Firma Crompton & Knowles; Aizen Spilon-Rot C-BH, erhältlich von der Firma Hodogaya Chemical Company; Kayanol-Rot 3BL, erhältlich von der Firma Nippon Kayaku Company; Levanol Brilliant-Rot 3BW, erhältlich von der Firma Mobay Chemical Company; Levaderm-Zitronengelb, erhältlich von der Firma Mobay Chemical Company; Spirit Fast-Gelb 3G; Aizen Spilon-Gelb C-GNH, erhältlich von der Firma Hodogaya Chemical Company; Sirius Supra-Gelb GD 167; Cartasol Brilliant-Gelb 4GF, erhältlich von der Firma Sandoz; Pergasol-Gelb CGP, erhältlich von der Firma Ciba-Geigy; Orasol-Schwarz RL, erhältlich von der Firma Ciba-Geigy; Orasol-Schwarz RLP, erhältlich von der Firma Ciba-Geigy; Savinyl-Schwarz RLS, erhältlich von der Firma Sandoz; Dermacarbon 2GT, erhältlich von der Firma Sandoz; Pyrazol-Schwarz BG, erhältlich von der Firma ICI; Morfast-Scharz Conc A, erhältlich von der Firma Morton-Thiokol; Diazol-Schwarz RN Quad, erhältlich von der Firma ICI; Orasol-Blau GN, erhältlich von der Firma Ciba-Geigy; Savinyl-Blau GLS, erhältlich von der Firma Sandoz; Luxol-Blau MBSN, erhältlich von der Firma Morton-Thiokol; Sevron-Blau 5GMF, erhältlich von der Firma ICI; Basacid-Blau 750, erhältlich von der Firma BASF; Bernacid-Rot, erhältlich von der Firma Berncolors, Poughkeepsie, NY; Pontamine Brilliant Bond-Blau; Berncolor A. Y. 34; Telon Fast-Gelb 4GL-175; BASF Basacid-Schwarz SE 0228; die Pro-Jet-Farbstoffreihe, die erhältlich ist von der Firma ICI, einschließlich Pro-Jet-Gelb I (Direkt-Gelb 86), Pro-Jet-Magenta I (Sauer-Rot 249), Pro-Jet-Cyan I (Direkt-Blau 199), Pro-Jet-Schwarz I (Direkt-Schwarz 168), Pro-Jet-Gelb 1G (Direkt-Gelb 132); Aminyl Brilliant-Rot F-B, erhältlich von der Firma Sumitomo Chemical Company (Japan); die Duasyn-Reihe der "salzfreien" Farbstoffe, die erhältlich ist von der Firma Hoechst, wie beispielsweise Duasyn Direkt-Schwarz HEF-SF (Direkt-Schwarz 168), Duasyn-Schwarz RL-SF (Reaktiv-Schwarz 31), Duasyn Direkt-Gelb 6G-SF VP 216 (Direkt-Gelb 157), Duasyn Brilliant-Gelb GL-SF VP220 (Reaktiv-Gelb 37), Duasyn Sauer-Gelb XX-SF LP413 (Sauer-Gelb 23), Duasyn Brilliant- Rot F3B-SF VP218 (Reaktiv-Rot 180), Duasyn-Rhodamin B-SF VP353 (Sauer-Rot 52), Duasyn Direkt-Türkisblau FRL-SF VP368 (Direkt-Blau 199), Duasyn Sauer-Blau AE-SF VP344 (Sauer-Blau 9) und dergleichen sowie deren Mischungen. Der Farbstoff ist in der Tintenzubereitung in irgendeiner wirksamen Menge vorhanden, typischerweise in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 15 Gew.-% und bevorzugt von etwa 3 bis etwa 6 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung können auch Siliciumoxid-Teilchen enthalten. Es sind beliebige Siliciumoxid-Teilchen geeignet, die in der Lage sind, in einer wäßrigen Tinte dispergiert zu werden. Die für die Tinten in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Siliciumoxid-Teilchen sind allgemein farblos. Bevorzugt haben die Siliciumoxid-Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als etwa 0,1 µm (Mikron). Beispiele von geeigneten Siliciumoxid-Teilchen schließen wäßriges MOX 80 (K342), eine wäßrige Dispersion von Siliciumoxid-Teilchen, die von der Firma Degussa erhältlich ist; wäßriges MOX 170 (K315), eine andere wäßrige Dispersion von Siliciumoxid-Teilchen, die von der Firma Degussa erhältlich ist, und dergleichen ein. Die Siliciumoxid-Teilchen sind in den Tinten in irgendeiner wirksamen Menge zugegen, typischerweise in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% und noch mehr bevorzugt von etwa 1 bis etwa 1,5 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Andere Zusätze können ebenfalls in den Tinten der vorliegenden Erfindung zugegen sein. Beispielsweise können dann, wenn die Siliciumoxid-Teilchen für die Tintenzubereitungen nicht in Form einer im Handel erhältlichen wäßrigen Dispersion erhalten werden, oberflächenaktive Mittel (Tenside) oder Befeuchtungsmittel der Tinte zugesetzt werden. Diese Zusätze können vom kationischen Typ, vom anionischen Typ oder vom nicht-ionischen Typ sein. Geeignete Tenside und Befeuchtungsmittel schließen ein: Tamol SN; Tamol LG; diejenigen der Triton -Reihe, die erhältlich ist von der Firma Rohm und Haas Company; diejenigen der Marasperse -Reihe; diejenigen der Igepal -Reihe, die erhältlich sind von der Firma GAF Company; diejenigen der Tergitol -Reihe; diejenigen der Duponol -Reihe, die erhältlich sind von der Firma E.I. Du Pont de Nemours & Company; Emulphor ON 870 und ON 877, erhältlich von der Firma GAF, und andere im Handel erhältliche Tenside. Diese Tenside und Befeuchtungsmittel sind in wirksamen Mengen zugegen, allgemein in einer Menge von 0 bis etwa 15 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 8 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Polymere Zusätze können den Tinten der vorliegenden Erfindung ebenfalls zugesetzt werden, um die Viskosität der Tinte zu erhöhen, einschließlich wasserlöslicher Polymere wie beispielsweise Gummi arabicum, Polyacrylat-Salze, Polymethacrylat-Salze, Polyvinylalkohole, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Polyvinylpyrrolidinon, Polyvinylether, Starke, Polysaccharide und dergleichen. Polymere Zusätze können in der Tinte der vorliegenden Erfindung in irgendeiner wirksamen Menge zugegen sein, typischerweise von 0 bis etwa 10 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 5 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Andere wahlfreie Zusätze zu den Tinten der vorliegenden Erfindung schließen Biozide wie beispielsweise Dowicil 150, 200 und 75, Benzoat-Salze, Sorbat-Salze und dergleichen ein. Diese sind typischerweise zugegen in einer Menge von etwa 0,0001 bis etwa 4 Gew.-% und vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann; Feuchthaltemittel und die Penetration steuernde Additive wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, N-Methylpyrrolidinon, Propylenglykol, Hydroxyether, Ether, Amide, Sulfoxide, Ketone, Lactone, Ester, Alkohole, Butylcarbitol, Benzylalkohol, Cyclohexylpyrrolidinon, 1,2-Hexandiol und dergleichen, die typischerweise zugegen sind in einer Menge von 0 bis etwa 50 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 40 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann, den pH-Wert steuernde Mittel wie beispielsweise Säuren oder Basen, Phosphat-Salze, Carboxylat-Salze, Sulfit-Salze, Amin-Salze und dergleichen, die typischerweise zugegen sind in einer Menge von 0 bis etwa 1 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.-%, obwohl die Menge auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann, oder dergleichen.
Tinten der vorliegenden Erfmdung können hergestellt werden nach irgendeinem Verfahren, das zur Herstellung von Tinten auf Wasserbasis geeignet ist. Beispielsweise können die Tinten-Komponenten in den gewünschten Mengen gemischt und gerührt werden, bis daraus eine einheitliche Tinten-Zubereitung resultiert (typischerweise etwa 30 min, obwohl die Misch- bzw. Rühr-Zeit entweder länger oder kürzer als diese Zeit sein kann). Wenn dies auch nicht erforderlich ist, so können doch die Tinten-Komponenten wänrend des Mischens erhitzt werden, sofern dies erwünscht ist. Im Anschluß an den Schritt des Mischens und Rührens wird die Tintenzubereitung allgemein filtriert, um irgendwelches festes oder teilchenartiges Material zu entfernen. In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Tinte hergestellt durch Zusatz der flüssigen Träger-Komponenten, die für die Tinte erwünscht sind, wie beispielsweise Wasser und ein Feuchthaltemittel, zu einer wäßrigen Farbstoff-Lösung, Mischen der Komponenten bei Raumtemperatur, Filtrieren der Mischung über einen 3 µm (Mikron)-Filter und anschließendes Zusetzen einer wäßrigen Dispersion von Siliciumoxid-Teilchen zu der Mischung und Mischen der Komponenten. Beliebige andere geeignete Verfahrensweisen zur Herstellung der Tinten können ebenfalls angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist auch gerichtet auf ein Druckverfahren, das das Aufbringen einer Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Substrat in bildweiser Form umfaßt. In einer speziellen Ausführungsform schließt die vorliegende Erfindung ein Verfahren ein, das das Einfüllen einer Tintenzubereitung gemäß der vorliegenden Erfindung in eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung und das Erzeugen von Tröpfchen der Tinte, die in einem bildweisen Muster auf ein Substrat ausgestoßen werden sollen, umfaßt, wodurch Bilder auf dem Substrat erzeugt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung ein Thermo-Tintenstrahl-Drucker, und die Tinte wird selektiv in bildweiser Form erhitzt, wodurch ein Ausstoß der Tröpfchen unter Erzeugung eines Bildes auf dem Substrat verursacht wird. Die Tintenzubereitungen der vorliegenden Erfindung können zur Erzeugung von Bildern auf einer großen Vielfalt von Substraten verwendet werden, einschließlich unbeschichtetes Papier wie beispielsweise Xerox 4024-Papiere, Xerox 4200- Papiere, Papier der Xerox 10-Reihe, gelbes Linienpapier, liniertes Notizbuch-Papier, Banknoten-Papier wie beispielsweise Gilbert 25 % Baumwoll-Banknotenpapier, Gilbert 100 % Baumwolle-Banknotenpapier und Strathmore-Banknotenpapier, Siliciumoxid-beschichtete Papiere wie beispielsweise Siliciumoxid-beschichtetes Papier der Firma Sharp Company, JuJo-Papier und dergleichen, transparente Materialien wie beispielsweise Xerox 3R3351, Tetronix-Tintenstrahl-Transparentmaterialien, Arkright Tintenstrahl-Transparentmaterialien und dergleichen, Stoffe, Textilprodukte, Kunststoffe, Polymerfilme und dergleichen.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen beschrieben. Diese Beispiele sind als veranschaulichend gedacht, und die Erfindung wird nicht auf die Materialien, Bedingungen und Verfahrensparameter beschränkt, die in diesen Ausführungsformen angegeben sind. Alle Teile und Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogene Angaben, solange nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

Eine Tinten-Zubereitung wurde wie folgt hergestellt: Der Farbstoff Lebensmittel-Schwarz (Food Black) #2 (0,75 g) wurde in einen ersten Becher gegeben, und eine Mischung aus Diethylenglykol (1,31 g) und destilliertem Wasser (22,94 g) wurde in einen zweiten Becher gegeben. Danach wurde die Wasser-Diethylenglykol-Mischung unter Mischen in den Becher gegeben, der den Farbstoff enthielt. Die resultierende Mischung wurde etwa 5 min lang gerührt und anschließend durch ein 5 µm (Mikron)-Filter filtriert. Danach wurden 0,297 g einer MOX 80 (K342) Siliciumoxid-Dispersion in Wasser (erhalten von der Firma Degussa) zu 24,7 g der filtrierten Mischung aus Farbstoff, Wasser und Diethylenglykol zugegeben. Die resultierende Mischung wurde etwa 1 min lang gerührt. So wurde eine Tintenzubereitung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten.
Zu Vergleichszwecken wurde eine weitere Tinte nach demselben Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, daß keine Siliciumoxid-Teilchen der Tinte zugesetzt wurden.
Die so hergestellten Tinten wurden dann in eine Thermo-Tintenstrahl-Druck-Testvorrichtung eingefüllt und die Tinten wurden durch die Düsen bei Raumtemperatur (Tinte erhitzt auf 280 ºC durch die Heizvorrichtung zum Ausstoßen der Tröpfchen) mit einer Impulsbreite von 3 µs, einer Frequenz von 1.000 Hz und einer Spannung von 32,3 V ausgestoßen (dies lag 10 % oberhalb der Schwellenspannung, die zum Ausstoß von Tropfen der Tinte erforderlich war). Die Tropfen-Volumina, die über eine Anzahl von Impulsen für jede Tinte erhalten wurden, waren wie folgt: Keine Siliciumoxid-Teilchen enthaltende Tinte Tinte, enthaltend MOX 80 (K342)-Siliciumoxid-Teilchen
Wie die Daten zeigen, zeigte die keine Siliciumoxid-Teilchen enthaltende Tinte ein maximales Tropfenvolumen von 88,1 pl und ein mittleres Tropfenvolumen von 83,3 pl, während die MOX 80 (K342)-Siliciumoxid-Teilchen enthaltende Tinte ein maximales Tropfenvolumen von 130,6 pl und ein mittleres Tropfenvolumen von 119,9 pl zeigte. Die MOX 80 (K342)-Siliciumoxid-Teilchen enthaltende Tinte zeigte also ein um 43,9 % erhöhtes mittleres Tropfenvolumen.

Beispiel II

Eine Tintenzubereitung wurde wie folgt hergestellt: Der Farbstoff Lebensmittel-Schwarz #2 (0,75 g) wurde in einen ersten Becher gegeben, und eine Mischung aus Diethylenglykol (1,31 g) und destilliertem Wasser (22,94 g) wurde in einen zweiten Becher gegeben. Danach wurde die Wasser-Diethylenglykol-Mischung unter Rühren in den den Farbstoff enthaltenden Becher geschüttet. Die resultierende Mischung wurde etwa 5 min lang gerührt und anschließend durch ein 5 µm (Mikron)-Filter filtriert. Danach wurden 0,83 g MOX 170 (K315)-Siliciumoxid-Dispersion in Wasser (erhalten von der Firma Degussa) zu 24,17 g der filtrierten Mischung aus Farbstoff, Wasser und Diethylenglykol gegeben. Die resultierende Mischung wurde etwa 1 min lang gerührt. So wurde eine Tinten-Zubereitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten.
Die so hergestellte Tinte wurde anschließend in eine Thermo-Tintenstrahl-Druck-Testvorrichtung gefüllt, und die Tinte wurde durch die Düsen bei Raumtemperatur (Tinte erhitzt auf 280 ºC durch die Heizvorrichtung, um Tröpfchen auszustoßen) bei einer Pulsbreite von 3 µs, einer Frequenz von 1.000 Hz und einer Spannung von 32,3 V ausgestrahlt (dies lag 10 % über der Schwellenspannung, die zum Ausstoßen von Tropfen der Tinte erforderlich ist). Die erhaltenen Tropfen-Volumina über eine Zahl von Impulsen für die Tinte waren die folgenden: Tinte, enthaltend MOX 170 (K315)-Siliciumoxid-Teilchen
Wie die Daten zeigen, zeigte die MOX 170 (K315)-Siliciumoxid-Teilchen enthaltende Tinte ein maximales Tropfenvolumen von 103,9 pl und ein mittleres Tropfenvolumen von 99,3 pl. Die MOX 170 (K315)-Siliciumoxid-Teilchen enthaltende Tinte zeigte ein um 19,2 % höheres Tropfenvolumen gegenüber der Tinte (Daten in Beispiel 1), die keine Siliciumoxid-Teilchen enthielt.
Andere Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung können Fachleuten in diesem Bereich im Anschluß an eine Durchsicht der Informationen der vorliegenden Beschreibung klar sein. Diese Ausführungsformen und Modifikationen sowie deren Äquivalente sind ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims

1. Tintenzubereitung, die im wesentlichen aus Wasser, einer mit Wasser mischbaren organischen Flüssigkeit, einem Färbemittel, einem wahlfreien oberflächenaktiven Mittel bzw. Tensid, einem wahlfreien Biozid, einem wahlfreien pH-Wert-Steuerungsmittel und Siliciumoxid-Teilchen in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% besteht.

2. Tintenzubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wasser mischbare organische Komponente gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykolen, Glycerin, Dipropylenglykolen, Polyethylenglykolen, Polypropylenglykolen, Amiden, Ethern, Carbonsäuren, Estern, Alkoholen, Organosulfiden, Organosulfoxiden, Sulfonen, Dimethylsulfoxid, Sulfolan, Alkoholderivaten, Carbitol, Butylcarbitol, Cellosolve, Etherderivaten, Aminoalkoholen, Ketonen und deren Mischungen.

3. Tintenzubereitung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wasser mischbare organische Flüssigkeit in einer Menge von etwa 3 bis etwa 70 Gew.-% zugegen ist.

4. Tintenzubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wasser mischbare organische Flüssigkeit Diethylenglykol ist.

5. Tintenzubereitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Diethylenglykol in einer Menge von etwa 4,5 bis etwa 6,5 Gew.-% zugegen ist.

6. Tintenzubereitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Färbemittel der Farbstoff Lebensmittel-Schwarz 2 (Food Black 2) ist.

7. Tintenzubereitung nach einem der Arsprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumoxid-Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 0,1 µm aufweisen.

8. Tintenzubereitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumoxid-Teilchen in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% zugegen sind.

9. Tintenzubereitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumoxid-Teilchen farblos sind.

10. Druckverfahren, welches die Schritte umfaßt, daß man

(1) in eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung eine Tintenzubereitung einfüflt, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist; und

(2) veranlaßt, daß Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster auf ein Substrat ausgestoßen werden, wodurch man Bilder auf dem Substrat erzeugt.