DE69220971T2

DE69220971T2 - Zusammensetzung einer tinte

Info

Publication number: DE69220971T2
Application number: DE69220971T
Authority: DE
Inventors: Jurgen M. 16131 West Ridgemoor Avenue Tucson Az 85736 Kruse
Original assignee: Xaar Ltd
Current assignee: Xaar Ltd
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2012-01-11
Also published as: DE69220971D1; GB9100614D0; KR930703405A; KR100215089B1; EP0646156B1; JPH05508883A; BR9205460A; CA2100246C; WO1992012209A1; EP0646156A1; CA2100246A1; ATE155516T1; JP2529154B2; US5663217A; ES2103923T3

Description

Diese Erfindung betrifft Tintenzusammensetzungen und insbesondere Tintenzusammensetzungen zum Druck auf unbehandeltem Papier unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers sowie ein Verfahren zum Drucken mit Tintenstrahl auf Papier. Die Erfindung betrifft insbesondere Zusammensetzungen, die sich zur Verwendung als Tinte in Tintenstrahldruckern eignen, die bei Bedarf Tropfen absondern (drop-on-demand = DOD).
Beim Tintenstrahldrucken wird eine flüssige Tinte unter Druck und manchmal bei erhöhter Temperatur durch eine sehr kleine Düse in einem Druckkopf gepreßt.
In einer Druckerart, die als "kontinuierlicher Drucker" bekannt ist, werden kontinuierlich erzeugte Tintentröpfchen durch einen Beschickungsbereich geleitet, in dem einzelne Tröpfchen auf ein Signal hin elektrisch geladen und zu dem zu bedruckenden Substrat geleitet werden. Die Tröpfchen gehen durch ein elektrisches Feld, wo sie von einer Menge abgelenkt werden, die von der Intensität der Ladung und des Feldes abhängt. Tröpfchen, die nicht zur Erzeugung von Druck auf dem Substrat benötigt werden, werden zu einer Umleitungsrinne geleitet. Tinten, die in solchen Druckern verwendet werden, müssen leiten können.
Bei einer anderen Druckerart, die Tropfen bei Bedarf liefert und deshalb "DOD"-(drop-on-demand)-Drucker genannt wird, werden die Tintentröpfchen nur dann durch die Düse eines Druckkopfs gepreßt, wenn dies während des Druckvorgangs erforderlich ist. DOD-Drucker können einen elektrostatisch beschleunigten Tintenstrahl oder Tröpfchensequenzen verwenden, die durch Druckimpulsauslösung ausgeworfen werden. Bei der letzteren Art DOD- Drucker wird jedes Tintentröpfchen durch Druckpulse, z.B. durch Betätigung eines piezoelektrischen Auslösers, der auf die Tinte in dem die Düse versorgenden Kanal wirkt, oder durch Erzeugung einer Dampfblase auf einen Wärmepuls hin einzeln aus der Düse ausgestoßen. Tinten, die in dieser Art Drucker verwendet werden, brauchen nicht elektrisch leitfähig zu sein. Vorzugsweise sind sie nichtionisch und haben eine sehr geringe Leitfähigkeit, z.B. einen Widerstand von mindestens 10&sup6; Ohm cm.
In Tintenstrahldruckern, die piezoelektrische Auslöser mit Elektroden in direktem Kontakt mit der Tinte verwenden, ist es wichtig, daß die Tinte frei von Komponenten ist, die die Erzeugung von Blasen oder die elektrochemische Entfernung der Elektroden verursachen würden.
EP-A-0 356 349 beschreibt eine Tinte, die eigens für die Verwendung in DOD-Tintenstrahldruckern entwickelt wurde und eine Lösung eines Farbstoffs in einem Lösungsmittel enthält. Doch obwohl diese Tinten auf bestimmten beschichteten Papieren mit Erfolg verwendet werden können, eignen sie sich nicht sehr gut für unbehandeltes Papier, weil das Färbemittel entlang der Fasern und durch die ganze Dicke des Papiers aufgesaugt wird.
Da beschichtetes Papier teuer ist, ist jetzt allgemein akzeptiert, daß Tinten für Tintenstrahldrucker einen klar definierten Druck von guter Farbdichte auf normalen, also unbeschichteten Papiersubstraten erzeugen sollten.
Um ein klar abgegrenztes Druckbild zu erzeugen, benötigt man unter anderem (a) die rasche Bildung eines festen gefärbten Punktes aus der Tintenzusammensetzung, (b) die Konzentration der Tintenfärbemittel auf der Oberfläche des Papiers, (c) eine Kontrolle über die Ausbreitung des Farbpunktes, der sich aus dem Tintentröpfchen auf der Oberfläche des Papiersubstrats gebildet hat, und (d) eine gleichmäßige Farbe und Farbdichte im gesamten Bereich des festen, aus dem Tröpfchen gebildeten Punktes. Vorzugsweise sollte auch die Druckqualität durch Einwirkung von Wasser oder Licht nicht leiden.
Wenn die Tinte in einem DOD-Tintenstrahldrucker verwendet werden soll, ist es vor allem wichtig, daß sie beim Stehen oder Lagern stabil bleibt, nicht durch den Verlust an Lösungsmittel konzentriert wird oder Aggregate in der Düse oder an der Mündung der Düse bildet, weil dies die Düse selbst oder den sie versorgenden Kanal verstopfen könnte, und während des Tröpfchenausstoßes keine Ablagerungen in der Umgebung der Düsenmündung bildet.
Im Tintentröpfchen liegt die farberzeugende Komponente bzw. das Färbemittel im allgemeinen zusammen mit einem flüssigen Trägerstoff vor, der alternativ auch als Lösungsmittel bezeichnet wird. Somit erfordert die rasche Bildung des festen Punktes entweder die schnelle Verfestigung des Lösungsmittels oder seine rasche Entfernung aus dem Punkt auf dem Papier, z.B. durch rasches Aufsaugen des Lösungsmittels in das Papier.
In einem Ansatz für eine geeignete Tintenzusammensetzung für einen DOD-Tintenstrahldrucker wurde die Verwendung von Färbemitteln vorgeschlagen, die aus der Lösung im Lösungsmittel ausgefällt werden, wenn sie in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats treten. Dies ist auf eine Veränderung im pH des Färbemittels zurückzuführen, die durch seine Reaktion mit dem Substrat bewirkt wird. Jedoch wird damit die Wahl des Färbemittels eingeschränkt; außerdem muß Spezialpapier verwendet werden.
Ein alternativer Ansatz bestand in der Entwicklung von Tinten, die als Träger eine bei Raumtemperatur feste Substanz verwenden. Die Tinten werden als Heißschmelzen verwendet; die Verfestigung erfolgt durch Abkühlen. Jedoch erfordern solche Tinten teure Energie, mit der sie in den geschmolzenen Zustand umgewandelt werden, sowie einen ziemlich großen Energieaufwand, um die Tröpfchen aus dem Druckkopf auszustoßen, weil sie selbst im geschmolzenen Zustand sehr zähflüssig sind.
Ein weiterer Ansatz, der in unserer ebenfalls anhängigen EP-A-0 403 272 beschrieben ist, beinhaltet die Entwicklung einer Tinte, die eine Dispersion eines Färbemittels in einem Lösungsmittel enthält. Dieses weist eine polymere Komponente auf, die im Lösungsmittel löslich ist, wenn es warm ist, sich jedoch bei Raumtemperatur nicht löst. Bei diesen Tinten beruht die Bildung des festen Punktes auf der Ausfällung des Polymeren und Färbemittels aus dem Lösungsmittel, wenn das Tintentröpfchen mit der kalten Substratoberfläche in Kontakt tritt, oder während es sich in der Fallkurve vom Druckkopf befindet. Diese Tinten erfordern zwar nicht so hohe Betriebstemperaturen wie die Heißschmelztinten, doch erwärmte Druckköpfe werden nach wie vor benötigt.
Die Formulierung von Tinten, die eine Färbemitteldispersion in einem Lösungsmittel enthalten, zur Verwendung in Tintenstrahldruckern, stellt sich von Natur aus widersprechende Anforderungen. Es ist zwar wünschenswert, daß das Lösungsmittel nur wenig flüchtig ist, um das Risiko der Verdampfung in der Druckkopfdüse minimal zu halten, doch andererseits kann die Geschwindigkeit, mit der die Tinte trocknet, gesteigert werden, wenn man die Flüchtigkeit des Lösungsmittels erhöht. Außerdem liegt auf der Hand, daß bei Verwendung auf unbeschichtetem Papier die Tendenz der Färbemittelteilchen, durch die Zwischenräume zwischen den die Oberfläche des Papiers bildenden Fasern zu sickern, zunimmt, wenn sie zu klein werden. Dädurch nehmen die Farbdichte und/oder die Druckdefinition ab. Wenn man andererseits die Teilchengröße erhöht, wird es schwieriger, eine stabile Dispersion zu erhalten, und es besteht die Gefahr, daß die Düse verstopft, vor allem in DOD-Druckern, wo die Tinte lange in der Düse verbleibt, wenn diese inaktiviert ist.
Ein weiteres Problem liegt in der Viskosität der Tinte, denn es ist zwar eine niedrige Viskosität gefragt, um den Tintenfluß durch den und den Ausstoß der Tintentröpfchen aus dem Druckkopf zu unterstützen, doch eine geringe Viskosität erhöht im allgemeinen die Geschwindigkeit, mit der sich das Tröpfchen auf der Papieroberfläche und in die Poren des Papiers ausbreitet.
Selbst wenn man diese einander widersprechenden Anforderungen zufriedenstellend löst, bleibt das Problem bestehen, wie man eine akzeptable Farbdichte bei einer Färbemittelkonzentration in der Tinte erreicht, die als stabile Dispersion aufrechterhalten werden kann, während die Tinte nach wie vor eine annehmbar geringe Viskosität hat.
Unsere ebenfalls anhängige Europäische Patentanmeldung 90 307 571.1, veröffentlicht als EP 0 408,333, beschreibt eine für unbehandeltes Papier geeignete Tintenformulierung, die ein nichtwäßriges Lösungsmittel und darin dispergiert eine Harzmenge, die bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 35ºC in diesem Lösungsmittel eine Lösung bilden kann, ein Färbemittel, das bei dieser Temperatur an das Harz bindet oder darin löslich, jedoch im Lösungsmittel unlöslich ist, und wahlweise ein Suspendiermittel wie Glycerolmonoester, Phosphatester, Fettsäurepolyamin oder Nonylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol enthält. Der Zweck des Harzes besteht darin, das Färbemittel an die Cellulose des Papiers zu binden. Das Suspendiermittel hat den Zweck, die Teilchen des Färbemittels und das Harz daran zu hindern, sich aus der Lösung abzusetzen oder zu koagulieren.
Die Wirkung des Harzes beim Binden der Färbemittelteuchen an die Cellulose des Papiers verbessert zwar die effektive Farbe für eine bestimmte Konzentration eines bestimmten Färbemittels, doch eine zusätzliche Verbesserung in der optischen Dichte des Drucks bei akzeptablen Tintenviskositäten wäre wünschenswert. Wenn man jedoch die Konzentration des Färbemittels erhöht, steigt auch die Viskosität.
Die vorstehend aufgeführten Probleme werden verringert oder ganz gelöst und man erhält einen Druck von verbesserter optischer Dichte bei akzeptablen Tintenviskositäten durch die erfindungsgemäße flüssige Tintenzusammensetzung, die als Suspension in einem nicht wäßrigen Lösungsmittel (a) eine disperse Phase (b) mit folgenden Bestandteilen enthält:
( i) einem wasserunlöslichen Färbemittel, das im Lösungsmittel bei der Betriebstemperatur des Tintenstrahldruckers und darunter unlöslich ist;
( ii) einem polymeren Bindemittel, das das Färbemittel auf der Oberfläche des Papiers hält und aus Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren, Aminoharzen, Polyvinylbutyralen, Phenolen, Nitrocellulose und Polyisobutylen ausgewählt ist, und
(iii) einem wasserunlöslichen harzartigen Dispergiermittel für das Färbemittel, das aus anderen Harzen als den Polymeren, aus denen das Bindemittel ausgewählt werden kann, ausgewählt ist und in der verwendeten Menge bei der Betriebstemperatur des Tintenstrahldruckers im Lösungsmittel eine Lösung bilden kann.
Die erfindungsgemäße Tinte umfaßt eine disperse Phase, in der das Färbemittel mit dem harzartigen Dispergiermittel und dem Bindemittel assoziiert ist. Da die Tendenz in Tintenstrahldruckern zu einer Verkleinerung der Düse geht, um die Druckdefinition zu verbessern, und Düsendurchmesser von weniger als 50 µm oder sogar weniger als 20 µm in Erwägung gezogen werden, wird es immer wichtiger, daß nicht nur die Dispersion stabil ist, sondern auch die Teilchen gut dispergiert sind und kaum agglomerieren. Durch die Erfindung wird eine Tinte zur Verfügung gestellt, in der die disperse Phase gut dispergiert und im wesentlichen stabil gegen Ausfällung und Absetzen ist, so daß die Tinte in Tintenstrahldruckern der beschriebenen Art im wesentlichen als gleichmäßige Flüssigkeit fungiert.
Wenn ein Tintentropfen auf die Oberfläche eines Papiersubstrats abgeschieden wird, trennt sich die das Färbemittel, Dispergiermittel und Bindemittel umfassende disperse Phase vom Lösungsmittel und konzentriert sich nahe der Papieroberfläche, während das Lösungsmittel in den Papierkörper diffundiert. Es bilden sich Teilchenaggregate der dispersen Phase, die dazu neigen, die Poren des Papiers zu blockieren und die Feststoffe auf der Papieroberfläche zu halten. Dadurch wird der Farbpunkt gebildet und das Färbemittel im Punkt auf die Oberfläche des Papiers fixiert.
Somit ist es möglich, das Färbemittel in Form von Teilchen zu verwenden, die so klein sind, daß sich die Tinte während des Tropfenausstoßes in einem DOD-Tintenstrahldrucker effektiv als Flüssigkeit verhält, aber dennoch einen gut definierten Druck von guter Farbdichte liefert. Die Tinte ist durch geringe Viskosität bei der während des Tröpfchenausstoßes aus der Düse herrschenden Schergeschwindigkeit gekennzeichnet, ohne daß das Risiko einer unannehmbaren Verbreitung des Farbgehalts des Tröpfchens auf der Papieroberfläche besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Phasentrennung unterstützt, wenn die die Kombination aus Färbemittel, Bindemittel und Dispergiermittel enthaltende disperse Phase durch den Kontakt mit unbehandeltem Papier aus dem gewählten Lösungsmittel ausgefällt wird, z.B. durch die Wirkung der Oberflächengröße oder der im Papier vorhandenen Feuchtigkeit bzw. durch den durch die Absorption des Lösungsmittels mit dem Papierkörper verursachten Konzentrationseffekt. Ein Test für eine geeignete Form dieser bevorzugten Ausführungsform der Tinte besteht darin, daß die disperse Phase der Tinte durch den Kontakt der Tinte mit Wasser ausgefällt wird.
Die Verflüchtigung des Lösungsmittels ist nicht wesentlich für das rasche Trocknen des Punkts, da man die Entfernung des Lösungsmittels auch auf anderem Wege erreichen kann, z.B. durch Absorption in das Substrat.
Da das Färbemittel im Lösungsmittel unlöslich ist und mit dem Dispergiermittel und dem Bindemittel assoziiert bleibt, wird es außerdem nicht mit dem Lösungsmittel ins Papier absorbiert und wird dadurch im wesentlichen daran gehindert, sich lateral über oder durch die Papierfasern auszubreiten. Somit bleibt der Farbgehalt des Färbemittels auf der Papieroberfläche im festen Punkt konzentriert.
Darüber hinaus hat sich unerwartet herausgestellt, daß die Kombination aus dem harzartigen Dispergiermittel und dem Bindemittel einen Druck mit sehr guter Farbdichte bei der niedrigeren Färbemittelkonzentration und damit auch einer geringeren Viskosität erzeugt, als sonst erforderlich wäre. In einigen Fällen stimmt die Farbdichte des aus der erfindungsgemäßen Tinte erhaltenen Drucks mit der Qualität überein, die man sonst durch Offsetdruck erreicht, nämlich eine optische Dichte von bis zu 1,6 (gemessen durch einen Reflexionsdensografen von Macbeth). Ohne daß sich die Erfinder durch diese Theorie einschränken lassen wollen, gehen sie davon aus, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß die einzigartige Kombination aus dem harzartigen Dispergiermittel und dem Bindemittel die Poren zwischen den Fasern füllt, damit das Färbemittel auf der Oberfläche hält und das Verlaufen von Punkten, d.h. die Tendenz der Tintentröpfchen, sich nach dem Abscheiden auf die Substratoberfläche auszubreiten, eingeschränkt wird.
Durch die Erfindung erhält man deshalb Tinten mit einer ausreichend geringen Viskosität zum Tintenstrahldrukken, sogar auf DOD-Tintenstrahldruckern, die über eine angemessen niedrige Flüchtigkeit verfügen und bei der Lagerung stabil sind, jedoch trotzdem auf unbehandeltem Papier einen Druck mit hoher Konturentreue und Farbdichte erzeugen können.
Vorzugsweise weist die Tintenzusammensetzung eine sogenannte Scherentzähung auf, d.h., ihre Viskosität sinkt mit zunehmender Schergeschwindigkeit.
Nachfolgend werden die verschiedenen Komponenten der Tinten im einzelnen erörtert.

Lösungsmittel

Das Lösungsmittel sollte so gewählt werden, daß sich zusammen mit dem gewählten Färbemittel, Harz und Bindemittel eine Dispersion von niedriger Viskosität bildet.
Es kann zwar jedes Lösungsmittel mit geringer Viskosität verwendet werden, in dem das Färbemittel unlöslich ist, das gewählte Dispergiermittel aber eine Lösung in der verwendeten Menge bilden kann, doch bevorzugt sollte es geringe Flüchtigkeit mit niedriger Viskosität kombinieren.
Die Oberflächenspannung des Lösungsmittels sollte nicht zu hoch sein, weil dies einerseits die Diffusion in die Papierfasern verzögern und andererseits in dem bevorzugten Fall, wo die Tinte zur Verwendung in einem durch Druckwellen betätigten Tintenstrahldrucker gedacht ist, den Ausstoß der Tinte aus der Düse stören kann. Allerdings sollte sie auch nicht zu niedrig sein, weil sonst die Trennung des Tropfenligaments von der Düse während des Tropfenausstoßes behindert werden kann.
Vorzugsweise ist die relative Verdampfungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels geringer als 0,1, noch bevorzugter geringer als 0,05 (Butylacetat = 1,0) bei 25ºC und atmosphärischem Druck, und die Viskosität beträgt nicht mehr als 20 cps; bevorzugt nicht mehr als 15 cps und noch bevorzugter nicht mehr als 10 cps bei 25ºC, wenn man sie auf einem Brookfield LV-Viscometer mit einer Spindel Nr. 1 und bei einer Schergeschwindigkeit im Bereich von 8 sec&supmin;¹ bis 80 sec&supmin;¹ mißt. Noch bevorzugter beträgt die Viskosität des Lösungsmittels nicht mehr als 10 cps und am meisten bevorzugt nicht mehr als 6 cps bei Betriebstemperatur.
Die Oberflächenspannung des Lösungsmittels liegt bevorzugt im Bereich von 27 bis 32 Dynes/cm bei 25ºC. Der Siedepunkt liegt bei atmosphärischem Druck vorzugsweise über 150ºC, noch bevorzugter über 180ºC.
Das Lösungsmittel kann aus einer einzigen Komponente oder einer Mischung bestehen.
Lösungsmittel, die man besonders bevorzugt, weil sie sich auch leicht in Cellulosefasern absorbieren lassen und deshalb nicht allein auf ihre Flüchtigkeit angewiesen sind, um aus einem auf ein Papiersubstrat gedruckten Punkt entfernt zu werden, sind Ether von Alkylenglykolen und Ether von Polyalkylenglykolen. Spezifische Beispiele sind unter anderem Polypropylenglykolether und n-Butylether von Ethylenglykol und Poly(ethylen)glykol, vor allem die Ether von Di- und Tripropylenglykol und die n-Butylether von Diethylenglykol und Triethylenglykol. Vor allem bevorzugt werden die Monomethylether von Di- und Tripropylenglykol und die Monon-butylether von Diethylenglykol und Triethylenglykol.
Vorzugsweise besteht das Lösungsmittel überwiegend oder im wesentlichen aus einem solchen Glykolether oder einer Mischung solcher Glykolether. Das heißt, der oder die Ether bilden normalerweise mindestens 75 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-% des Lösungsmittels
Mit "nichtwäßrig" ist gemeint, daß das Lösungsmittel nicht mehr als etwa 5 Gew.-% Wasser einschließlich der aus der Atmosphäre absorbierten Feuchtigkeit enthält. Vorzugsweise ist das Lösungsmittel frei von zugesetztern Wasser. Außerdem ist das Lösungsmittel bevorzugt so beschaffen, daß die Feuchtigkeitsmenge, die es unter normalen Betriebsbedingungen oder Umgebungsbedingungen absorbieren kann, weniger als 4 Gew.-%, noch bevorzugter weniger als 2 Gew.-% ausmacht. Dies liegt daran, daß in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Kombination aus Dispergiermittel, Bindemittel und Färbemittel so gewählt wird, daß sie durch Kontakt mit Wasser aus dem gewählten Lösungsmittel ausgefällt werden kann, z.B. dadurch, daß man einen Tropfen der Tinte mit einer nassen Oberfläche in Kontakt bringt.

Färbemittel

Das Färbemittel (wobei der Begriff bestimmte Pigmente wie Rußschwarz einschließt) wird so gewählt, daß es sowohl wasserunlöslich als auch bei der gewählten Betriebstemperatur und darunter in dem gewählten Lösungsmittel unlöslich ist, aber in Kombination mit dem harzartigen Dispergiermittel und dem Bindemittel bei der gewählten Betriebstemperatur und darunter in dem Lösungsmittel eine im wesentlichen stabile Dispersion bilden kann. Geeignet sind viele verschiedene Färbemittel; im allgemeinen finden sich die bevorzugten Färbemittel unter solchen, die in "The Colour Index" als "Pigmentfarben" gekennzeichnet sind.
Vorzugsweise hat das Färbemittel einen primären subtraktiven Farbton. Das Färbemittel sollte lichtecht und selbst bei wiederholtem Erwärmen wärmestabil sein. Das Färbemittel sollte wasserunlöslich sein, wenn es einmal auf das Substrat aufgebracht wurde, um ein Verschmieren bei Kontakt mit wasserhaltigen Substanzen zu verhindem
Färbemittel, die sich als geeignet erwiesen haben, sind unter anderem Pigmentgrün 7, Pigmentblau 15, Pigmentgelb 17, Pigmentgelb 83, Pigmentgelb 12, Pigmentschwarz 2, Pigmentschwarz 5, Pigmentschwarz 7, Pigmentrot 17, Pigmentrot 23, Pigmentrot 57 und Pigmentrot 112 sowie die Ciba Geigy Microlith Serie, die Schwarz, Rot, Blau, Grün und Gold umfaßt. Pigmentblau 15-6, Pigmentgelb 17 und Pigmentrot 23 werden als Färbemittel bevorzugt.
Weitere geeignete Färbemittel sind Cyan-Blau BNF, Imperial Sacandaga-Gelb und Lithol-Rubin. Diese Färbemittel eignen sich besonders gut in Kombination mit den bevorzugten Lösungsmitteln, Harzdispergiermitteln und Polymerbindemitteln.
Außerdem sind bestimmte Sorten Rußschwarz als Pigmente für die Erfindung geeignet. Bevorzugte Rußschwarzarten sind Continex N234 oder N330 Rußschwarz von Witco Chemical Corp., Regal 250R von Cabot Carbon und Chevron Acetylenschwarz.
Auch Mischungen von Färbemitteln können verwendet werden.
Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß man selbst dann eine gute Konturenschärfe des Drucks und Farbdichte erhält, wenn die Teilchen des Färbemittels so klein sind, daß sie durch die Zwischenräume zwischen Fasern der Oberfläche eines Papiersubstrats passen. Somit kann die Teilchengröße des Färbemittels 1,5 µm oder weniger betragen. Vorzugsweise ist sie nicht größer als 1,0 µm, noch bevorzugter nicht größer als 0,5 µm und am meisten bevorzugt nicht größer als 0,3 µm.
Ferner sollte das spezifische Gewicht des Färbemittels nahe dem des gewählten Lösungsmittels liegen, da dann die Wahrscheinlichkeit geringer ist, daß es beim Stehen zu Ausfällungen kommt.

Harzartiges Dispergiermittel

Das harzartige Dispergiermittel, das aus anderen Harzen als den Polymerklassen stammen muß, aus denen das polymere Bindemittel gewählt werden kann, wird so gewählt, daß bei Betriebstemperatur und in der Konzentration, in der es in der Tinte verwendet wird, eine Lösung im gewählten Lösungsmittel bilden und das gewählte Färbemittel im Lösungsmittel dispergieren kann, um eine im wesentlichen stabile Dispersion herzustellen. Das Dispergiermittel sollte optisch klar sein und haftet vorzugsweise gut an einem Papiersubstrat, da es dann auch dazu beitragen kann, das Färbemittel an das Papiersubstrat zu binden. Vorzugsweise kann das Dispergiermittel bei Raumtemperatur oder auch bei der Betriebstemperatur, wenn diese über der Raumtemperatur liegt, eine Lösung im Lösungsmittel bilden.
Der an dieser Stelle und in der Erörterung des Bindemittels verwendete Begriff "Fähigkeit zur Bildung einer Lösung" bedeutet, daß sich die Substanz entweder im Lösungsmittel auflöst oder dadurch so stark solvatisiert wird, daß das Ergebnis unter den Bedingungen, die in Tintenstrahldruckern mit einem Düsendurchmesser von etwa 20 bis 50 µm oder kleiner herrschen, nicht von einer echten Lösung unterschieden werden kann.
Auch das harzartige Dispergiermittel muß in Wasser unlöslich sein. Vorzugsweise wird es so gewählt, daß die die Kombination aus dem Dispergiermittel, dem gewählten Bindemittel und dem gewählten Färbemittel enthaltende disperse Phase sich vom Lösungsmittel abtrennt, wenn ein Tintentröpfchen in Kontakt mit unbehandeltem Papier kommt, beispielsweise durch die Wirkung des Wassers und/oder der Oberflächengröße, z.B. Ton, im Papier oder wegen des durch die Absorption des Lösungsmittels in das Papier verursachten Konzentrationseffekts. Ein praktischer Test für ein geeignetes Dispergiermittel besteht darin, festzustellen, ob es aus einer Lösung in der erwünschten Konzentration im gewählten Lösungsmittel ausfällt, wenn die Lösung in Kontakt mit unbehandeltem Papier oder Wasser kommt. Also muß das Dispergiermittel zwar löslich im gewählten Lösungsmittel sein und sollte sich auch in Mischungen aus dem Lösungsmittel und kleinen Mengen Wasser, die z.B. beim Stehen aus der Atmosphäre absorbiert werden, lösen, aber in einer Ausführungsform der Erfindung wird es so gewählt, daß es sich bei Zugabe einer größeren Wasserkonzentration aus dem Lösungsmittel abtrennt. Solche Sensibilität gegenüber Wasser reduziert das Risiko eines unerwünschten Verlaufens von Punkten noch weiter.
Das Dispergiermittel kann aus einer einzigen Komponente oder aus einer Mischung bestehen.
Beispiele der Harzklassen, aus denen harzartige Dispergiermittel ausgewählt werden können, sind natürliche Harze wie in Alkohol lösliche Kautschukarten, synthetische Analoge natürlicher Kautschukarten wie synthetische Kolophoniumester und in Alkohol lösliche Polysaccharide sowie Acrylharze. Beispiele für geeignete natürliche Harze sind unter anderem die Kautschuksorten Kaun, Copal, Mastic und Sandarac. Beispiele für synthetische Analoge natürlicher Harze sind unter anderem synthetische Kolophoniumester wie solche, die unter dem Namen "Beckacite" von Reichhold vertrieben werden. Wietere Beispiele sind Celluloseester, z.B. Celluloseacetatpropionat und Celluloseacetatbutyrat; Hydroxyalkylcellulosen und Dispergiermittel, die von BYK- Chemie Deutschland unter den Handelsnamen Anti-Terra 204, 207 und P sowie Disperbyk vertrieben werden, Dispergiermittel, die von Efka Chemical B.V., Holland, unter den Handelsnamen "Efka" vertrieben werden, Dispergiermittel, die von ICI unter dem Handelsnamen "Solsperse" vertrieben werden, und AB-Dispergiermittel, die von Dupont unter dem Handelsnamen "Elvacite" vertrieben werden. Selbstverständlich gilt jedoch, daß nicht alle Harze in den aufgeführten Klassen notwendigerweise geeignete Dispergiermittel für sämtliche Kombinationen von Färbemitteln, Lösungsmitteln und Bindemitteln sind.
Bevorzugte harzartige Dispergiermittel ergeben im gewählten Lösungsmittel eine Lösung, welche bei der in der Tinte verwendeten Konzentration dieses Lösungsmittels eine Viskosität aufweist, die nicht viel größer ist als die des Lösungsmittels allein.
Vorzugsweise ist die Viskosität der Lösung des Dispergiermittels im Lösungsmittel nicht höher als 15 cps.
Sehr gute Ergebnisse erhält man mit "Beckacite" synthetischen Kolophoniumestern und mit thermoplastischen Harzen auf Acrylbasis wie Acryloid DM-55 (auch als Paraloid DM-55 bekannt), das von Rohm und Haas vertrieben wird.

Bindemittel

Das Bindemittel wird so gewählt, daß es auf dem gewählten Substrat, vor allem Cellulosefasern eine gleichmäßige Beschichtung bildet und gut darauf haftet. Es sollte optisch rein sein und das gewählte Färbemittel unter Umgebungsbedingungen auf der Substratoberfläche halten. Vorzugsweise ist das Bindemittel so beschaffen, daß es nicht nur Cellulosefasern beschichtet, sondern auch Zwischenräume zwischen Cellulosefasern auf einer Papieroberfläche überbrückt. In der Tintenzusammensetzung sollte sich das Bindemittel mit der dispersen Phase assozueren und muß in diesem Sinne mit dem harzartigen Dispergiermittel kompatibel sein.
Es ist nicht wesentlich, daß das Bindemittel bei Umgebungstemperatur im Lösungsmittel löslich ist. Tatsächlich wird in einer Form bevorzugt, daß es in der in der Tinte verwendeten Menge bei Umgebungstemperatur unlöslich oder im wesentlichen unlöslich ist, sich jedoch bei erhöhten Temperaturen vorzugsweise ganz oder nahezu ganz löst. Beispielsweise hat es einen Trübungspunkt von knapp über Raumtemperatur (z.B. im Bereich von 25 bis 50ºC). Die Verwendung solcher Bindemittel stellt eine zusätzliche Kontrolle über das Verlaufen von Punkten dar und fördert die Bildung klarer Punkte.
Wenn die Betriebstemperatur des Tintenstrahldruckers über der Umgebungstemperatur liegt, ist das Bindemittel bei dieser Betriebstemperatur zumindest teilweise im Lösungsmittel gelöst, ist jedoch bei Raumtemperatur darin unlöslich oder im wesentlichen unlöslich. Dadurch kann der Temperaturbereich ausgenützt werden, um die Steuerung des Verlaufens von Punkten zu unterstützen.
Alternativ oder zusätzlich ist das Bindemittel vorzugsweise so beschaffen, daß die das Bindemittel, das gewählte Dispergiermittel und den gewählten Farbstoff enthaltende disperse Phase sich vom Lösungsmittel abtrennt, wenn ein Tröpfchen der Dispersion in Kontakt mit einer unbehandelten Papieroberfläche kommt, beispielsweise durch die Wirkung des Wassers oder die Größe im Papier.
Ein einzelnes Polymer oder eine Mischung aus Polymeren kann als Bindemittel verwendet werden.
Als Materialien für das Bindemittel werden Ethylen/Vinylacetat-Copolymere besonders bevorzugt, weil sich herausgestellt hat, daß sie die Sensibilität der zur Verwendung als harzartiges Dispergiermittel bevorzugten Acrylharze gegenüber Wasser erhöhen und damit auch die Geschwindigkeit steigern, mit der die disperse Phase beim Kontakt mit Wasser aus der Lösung ausgefällt wird. Dadurch wird das Verlaufen von Punkten weiter begrenzt, wenn das Tintentröpfchen auf einer Papieroberfläche landet.
Beispiele für geeignete Ethylen/Vinylacetat-Copolymere sind solche, die unter dem Namen Vynathene von Quantum und unter dem Namen Elvax von DuPont verkauft werden und mindestens etwa 40 Gew.-% Vinylacetat enthalten. Im allgemeinen erhöht sich bei einer Steigerung des Ethylengehalts des Copolymeren die Viskosität der Tinte und schränkt auch bei erhöhten Temperaturen die Löslichkeit des Copolymeren im Lösungsmittel ein. Deshalb werden solche mit einem Vinylacetatgehalt von etwa 40 bis 50 Gew.-% bevorzugt. Tinten, die man mit Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren mit diesen Konzentrationen an Vinylacetat in den bevorzugten Polypropylen- oder Polyethylenglykolether-Lösungsmitteln herstellt, haben auch wünschenswerte nicht-Newtonsche Eigenschaften. Sie weisen bei relativ niedrigen Schergeschwindigkeiten eine relativ hohe Viskosität, z.B. 50 cps oder mehr, auf, haben aber bei relativ hohen Schergeschwindigkeiten, z.B. 10&sup4; sec&supmin;¹ und darüber, eine relativ geringe Viskosität und kommen in einigen Fällen sogar der Viskosität des Lösungsmittels nahe. Die hohe Viskosität bei niedrigen Schergeschwindigkeiten trägt dazu bei, das Färbemittel in Suspension zu halten, wenn die Tinte gelagert wird, während die niedrige Viskosität bei hohen Schergeschwindigkeiten die Energie verringert, die zum Ausstoßen des Tintentröpfchens aus dem Druckkopf erforderlich ist.
Weitere Harze, die als Bindemittel verwendet werden können, sind Aminoharze, z.B. Melamin, Harnstoff und Harze auf Benzoguanaminbasis wie diejenigen, die unter dem Handelsnamen "Beetle" von British Industrial Plastics Ltd. vertrieben werden; Poylvinylbutyrale, Phenole, Nitrocellulose und Polyisobutylen. Selbstverständlich sind nicht alle Harze innerhalb dieser Klasse für sämtliche Kombinationen aus Färbemittel, Dispergiermittel und Lösungsmittel geeignet.
Die Wirkung des Bindemittels besteht darin, das Färbemittel auf der Oberfläche zu halten und das Verlaufen von Punkten einzuschränken. Dadurch wird für eine bestimmte Konzentration an Färbemittel ein Druckbild von höherer optischer Dichte möglich. Alternativ kann das gleiche Niveau an optischer Dichte bei einer geringeren Färbemittelkonzentration erreicht und damit die Viskosität der Tinte verringert werden. Beispielsweise erhöht sich die optische Dichte, wenn ein Teil des Färbemittels durch den gleichen Gewichtsanteil des bevorzugten Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren ersetzt wird.

Anteile der Inhaltsstoffe

Die Konzentrationen der verschiedenen Komponenten in der Tinte können variiert werden, damit sie zu bestimmten Anforderungen oder Endanwendungen passen.
Die erforderliche Dispergiermittelmenge hängt von der Wahl des Lösungsmittels und des Färbemittels sowie der Teilchengröße im Färbemittel ab. Wenn man zu wenig verwendet, ist die Dispersion unvollständig und damit auch instabil. Es gibt allerdings eine Dispersionsmittelkonzentration, oberhalb derer kein weiterer dispergierender Effekt möglich ist. Dieses Konzentrationsniveau ist dasjenige, bei dem die Viskosität der Dispersion aus dem gewählten Färbemittel und dem Dispergiermittel im gewählten Lösungsmittel minimal ist. Trotzdem hat sich im Fall einiger harzartiger Dispergiermittel gezeigt, daß dann, wenn das Dispergiermittel in einer Menge verwendet wird, die über das Konzentrationsniveau hinausgeht, bei dem man eine minimale Viskosität erhält, der Überschuß als Bindemittel oder Teil des Bindemittels dienen kann.
Folglich sollten sich Fachleute darüber im klaren sein, daß das als Dispergiermittel gewählte Harz unter bestimmten Umständen auch als Bindemittel dienen kann, wenn es im Überschuß zu der Menge verwendet wird, bei der die Viskosität der Kombination aus Lösungsmittel, Färbemittel und Harz den Minimalwert erreicht.
Die Menge an Dispergiermittel, mit dem man eine minimale Viskosität für eine bestimmte Zusammensetzung aus Färbemittel und Lösungsmittel erreicht, kann dadurch bestimmt werden, daß man die Viskositäten einer Anzahl solcher Zusammensetzungen, die das Dispergiermittel in wechselnden Konzentrationen enthalten, mißt und eine Kurve der gemessenen Viskosität gegenüber der Dispergiermittel konzentration anlegt.
Ähnlich nimmt man an, daß in einigen Fällen auch das als Bindemittel gewählte Harz das Dispergieren unterstützt. Ferner kann es dazu beitragen, die Dispersion gegen ein Absetzen stabil zu machen.
Welche Menge an Dispergiermittel verwendet wird, hängt von der Beschaffenheit, Teilchengröße und Konzentration des Färbemittels ab. Im allgemeinen liegt sie im Bereich von 1 bis 5 Gewichtsteilen pro Gewichtsteil Färbemittel. Wenn das Harz aus natürlichen Harzen und Acrylsubstanzen ausgewählt ist, wird das Dispergiermittel in einer Menge von etwa 2 bis etwa 12 % des Gesamtgewichts der Tinte verwendet. In diesem Bereich liegt die Menge im allgemeinen im Bereich von 2 bis 8 % für rote, gelbe und blaue Färbemittel, doch für Rußschwarz können höhere Mengen, z.B. 4 bis 10 %, erforderlich sein. Wenn man geringere Mengen verwendet, erreicht man möglicherweise keine angemessene dispergierende Wirkung. Wenn jedoch das gleiche Harz auch ganz oder teilweise als Bindemittel fungieren soll, können größere Mengen verwendet werden. Wenn man eine Mischung aus Ethylen/Vinylacetat-Copolymer und Acrylharz oder natürlichem Harz als Dispergiermittel verwendet, gilt als Faustregel, daß 1 Gewichtsteil des Copolymeren 2 Gewichtsteile des Natur- oder Acrylharzes ersetzen kann. Jedoch kann die Menge an Färbemittel, die der Tinte bei gleicher Viskosität beigefügt werden kann, gesteigert werden, wenn das Verhältnis von Natur- oder Acrylharz zum Ethylen/Vinylacetat-Copolymer im Dispergiermittel erhöht wird.
Wenn die Bindemittelkonzentration unter etwa 1 % liegt, kann die optische Dichte beeinträchtigt werden, z.B. dadurch, daß die Fasern durchscheinen. Die verwendete Höchstmenge an Bindemittel wird im allgemeinen durch Viskositätserwägungen gesteuert, da die Viskosität der Tinte im allgemeinen zunimmt, wenn man die Bindemittelmenge erhöht, obwohl das Ausmaß der Zunahme zu einem gewissen Ausmaß auch von der Beschaffenheit des Bindemittels abhängt. Im allgemeinen ist es deshalb nicht erwünscht, mehr als 4 % zu verwenden, obwohl auch größere Mengen von bis zu 10% in einigen Fällen akzeptabel sein können.
Somit liegt die gesamte in der Tinte als Dispergiermittel und Bindemittel verwendete Harzmenge im allgemeinen im Bereich von 3 bis 16 Gew.-% der Tinte.
Die verwendete Färbemittelmenge liegt normalerweise im Bereich von 2 bis 5 Gew.-% der Tinte, obwohl auf Wunsch auch größere oder kleinere Mengen verwendet werden können. Es ist jedoch ein Merkmal der Erfindung, daß selbst bei solchen geringen Konzentrationen ein Druck von ausgezeichneter Farbdichte erreicht werden kann.
Mit dunkleren Farben wie Purpurrot, Rot, Blau und Schwarz können Farbdichten von bis zu 1,6 erzielt werden.
Vorzugsweise bildet das Lösungsmittel mindestens 80 % der Tintenzusammensetzung, noch bevorzugter 95 bis 83 Gew.-%. In den meisten Zusammensetzungen macht das Lösungsmittel 93 bis 84 Gew.-% der Tintenzusammensetzung aus.
Selbstverständlich kann die Tintenzusammensetzung auch noch weitere Komponenten enthalten, die herkömmlich in Tinten enthalten sind, z.B. oberflächenaktive Mittel, Mittel zur Verringerung des Reibungswiderstandes usw.
Während erfindungsgemäße Tinten für den Betrieb bei Umgebungsbedingungen formuliert sein können, kann man sie auch bei erhöhten Temperaturen verwenden. Der Betrieb bei leicht erhöhter Temperatur, z.B. 30 bis 60ºC, vorzugsweise 50 bis 55ºC, hat den Vorteil, daß die Betriebsbedingungen besser gesteuert werden können, ohne daß ein Risiko besteht.
Wenn die Tinten bei solchen erhöhten Temperaturen verwendet werden sollen, können selbstverständlich etwas höhere Konzentrationen an Färbemittel, Dispergiermittel und/oder Bindemittel verwendet werden. Alternativ kann die Viskosität der Tinte bei Betriebstemperatur geringer sein, wodurch der Energieaufwand sinkt und niedrigere Stellspannungen und preiswertere Antriebskreisläufe verwendet werden können.
Wenn man erfindungsgemäße Tinten in Tintenstrahldruckern verwendet, erhält man ein Druckbild mit guter Konturenschärfe und Farbdichte. Vor allem ist das Verlaufen von Punkten gering, besonders wenn das Dispergiermittel ein Natur- oder Acrylharz ist, und die Farbdichte ist höher als man normalerweise mit der gleichen Konzentration von Färbemittel in Abwesenheit des Bindemittels erhält.
Erfindungsgemäße Tinten können durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden. Bei einem Verfahren werden Bindemittel, Dispergiermittel und Färbemittel z.B. durch Vermahlen in einer kleinen Menge Lösungsmittel dispergiert und die resultierende konzentrierte Dispersion dann durch Zugabe von extra Lösungsmittel auf die gewünschte Konzentration gebracht wird.
Die Erfindung wird durch folgende Beispiele veranschaulicht, in denen TPM Tripropylenglykolmonomethylether bedeutet.
Acryloid DM-55 (auch unter dem Namen Paraloid DM-55 vertrieben) ist ein von Rohm und Haas erhältliches Acrylpolymer.
Elvax 170 und Elvax 40-W sind von DuPont erhältliche Ethylen/Vinylacetat-Copolymere.
Elvacite 2013 ist ein von DuPont erhältliches Acrylharz.
Vynathene 90500 ist ein von Quantum erhältliches Ethylen/Vinylacetat-Copolymer.
Beckacite ist ein von Reichhold erhältlicher synthetischer Ester.
Efka 47EA ist ein von Efka Chemicals BV, Holland, erhältliches harzartiges Dispergiermittel.
Alle in den folgenden Beispielen verwendeten Färbemittel hatten Teilchengrößen von 0,5 µm oder weniger. In allen Beispielen wurde das Lösungsmittel vor der Verwendung sorgfältig getrocknet.

Beispiel 1

3 g Acryloid DM-55 wurden durch 30 Minuten Rühren in 20 ml warmem (50 bis 60ºC) wasserfreiem TMP aufgelöst. Zu dieser Lösung gab man 2 g Heliogen Blau L-6700 (BASF) und rührte die Mischung 4 Stunden bei 60ºC. Die auf diese Weise erhaltene Dispersion wurde dann unter Rühren über 45 Minuten auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und dann erneut auf 60ºC erwärmt, um die Aufschlämmung A zu bilden.
0,3 g Vynathene 90500 und 0,8 g Elvax 170 wurden bei 120ºC in 10 ml TPM aufgeschlämmt. Nach 24 Stunden ließ man die auf diese Weise erhaltene trübe Lösung auf 60ºC abkühlen und gab sie dann über den Zeitraum von 10 Minuten zur Aufschlämmung A. Die Mischung wurde weitere 16 Stunden gerührt und dann mit trockenem TPM auf 70 ml verdünnt.
Die resultierende Tinte hatte eine Viskosität von 250 bis 150 cps bei Schergeschwindigkeiten von 8 bis 80 sec&supmin;¹, ergab klare Punkte auf Papier und war stabil. Das bedeutet, daß auch nach mehreren Monaten keine Anzeichen von Sedimentierung oder Absetzen beobachtet wurden.

Beispiel 2

3 g Acryloid DM-55 wurden durch 1 Stunde Rühren in 20 ml warmem (50 bis 60ºC) TPM aufgelöst. Dieser Lösung setzte man 1,75 g Chromophtal Gelb 8G (Ciba Geigy) zu und rührte das ganze 4 Stunden bei etwa 55ºC. Dann ließ man die so erhaltene Dispersion auf Raumtemperatur abkühlen und rührte sie eine Stunde, ehe man sie wieder auf 55ºC erwärmte. Zu dieser Dispersion gab man eine warme Lösung, die man durch Auflösung von 1 g Elvax 40- W in 10 ml TMP bei 120ºC über 3 Stunden und anschließendes Abkühlen auf 60ºC erhalten hatte. Die resultierende Aufschlämmung wurde 72 Stunden gerührt und dann mit trockenem TPM auf 50 ml verdünnt.
Die resultierende Tinte war stabil, ergab klare Punkte auf gebundenem Papier und hatte eine Viskosität von 50 bis 30 cps, wenn die Schergeschwindigkeit von 8 auf 80 sec&supmin;¹ erhöht wurde.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß man 1 g Elvax 170 anstelle des Elvax 40-W verwendete. Die Lösung von Elvax in TPM wurde 24 Stunden bei 120ºC erhitzt und war immer noch trübe, wenn man sie zu der Aufschlämmung des Cromophtal 8G gab. Nachdem man sie mit mehr TPM auf 50 ml verdünnt hatte, lieferte auch diese Tinte sehr klare Punkte, hatte bei Schergeschwindigkeiten von 8 bis 80 sec&supmin;¹ eine Viskosität von 80 bis 30 cps und war stabil.

Beispiel 4

4 g Acryloid DM-55 wurden durch 1 Stunde Rühren in 17 ml trockenem warmen (50 bis 60ºC) TPM aufgelöst. Dieser Lösung setzte man 2,5 g Heliogen Blau L 6700 (BASF) zu und rührte die so erhaltene Aufschlämmung bei 55ºC. Anschließend setzte man der Aufschlämmung 1 g Vynathene 90500, das durch Rühren in 10 ml TPM bei 60ºC aufgelöst worden war, zu und rührte das ganze 24 Stunden bei 60ºC. Anschließend ließ man die Mischung abkühlen und verdünnte sie mit zusätzlichem TPM auf 50 ml.
Diese Tinte zeigte ein Newtonsches Verhalten von 300 bis 3000 sec&supmin;¹ mit einer Viskosität von 43 cps bei diesen Schergeschwindigkeiten. Die Tinte zeigte auch nach 2 Monaten Stehen keine Tendenz, sich abzusetzen, und ergab Druckpunkte von ausgezeichneter Konturenschärfe und Farbdichte. Zum Vergleich würde eine Tinte mit der gleichen Zusammensetzung, aber ohne das Acryloid DM-55 sich innerhalb kurzer Zeit absetzen und außerdem gelieren. Druck aus einer Tinte mit der gleichen Zusammensetzung, aber ohne das Elvax 40-W hätte eine schlechtere Konturenschärfe und eine Tendenz zur Dochtbildung durch das Papier.

Beispiel 5

2,65 g Acryloid DM-55 wurden bei 60ºC durch 1 Stunde Rühren in 16 ml trockenem TPM aufgelöst. 1,5 g Irgalite Rot RBS (Ciba Geigy) wurde zugesetzt und 4 Stunden bei 60ºC aufgeschlämmt. Dieser Aufschlämmung setzte man eine warme Lösung zu, die man durch Auflösen von 0,85 g Elvax 40-W in 10 ml trockenem TPM bei etwa 100ºC erhalten hatte. Die resultierende Aufschlämmung wurde 72 Stunden bei 60ºC gerührt, dann abgekühlt und mit zusätzlichem TPM auf 50 ml verdünnt. Die resultierende Tinte hatte eine Viskosität von 14 cps bei einer Schergeschwindigkeit von 3000 sec&supmin;¹, zeigte über einen Zeitraum von mehr als 2 Monaten nur geringe Tendenz, sich abzusetzen, und ergab Punkte von guter optischer Dichte.

Beispiel 6

Zu 20 ml trockenem TPM gab man bei 60ºC 4 g Acryloid DM-55 und rührte die resultierende Mischung 30 Minuten, um eine Lösung zu bilden.
Man gab 2 g Heliogen Blau L 6700 (BASF) zu und rührte die resultierende Dispersion 16 Stunden bei 60ºC. Unter Rühren wurde die Dispersion auf Raumtemperatur abgekühlt, dann unter Rühren erneut auf 60ºC erwärmt. Man gab 1 g Elvax 40-W zu und rührte die Mischung bei 60ºC weitere 72 Stunden. Anschließend kühlte man sie auf Raumtemperatur ab und verdünnte sie mit zusätzlichem TPM auf 50 ml. Die Tinte hatte eine Viskosität von 22 cps bei einer Schergeschwindigkeit von 3000 sec&supmin;¹, ergab klare Punkte auf Verbundpapier und war stabil.

Beispiel 7

Das Verfahren von Beispiel 6 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß man 1,75 g Irgalite Rot RBS (Ciba Geigy) anstelle von Heliogen Blau verwendete und dann 4 Stunden rührte, ehe man die Temperatur auf 60 ºC senkte. Nach dem Verdünnen auf 50 ml hatte diese Tinte eine Viskosität von 26 cps bei einer Schergeschwindigkeit von 3000 sec&supmin;¹ und ergab ausgezeichnete Punkte auf Verbundpapier. Diese Tinte zeigte auch im Laufe der Zeit kaum Absetztendenzen.

Beispiel 8

Das Verfahren von Beispiel 7 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß man 2 g Rußschwarz N234 (Witco) als Färbemittel verwendete. Die resultierende Tinte hatte eine Viskosität von 19 cps bei einer Schergeschwindigkeit von 3000 sec&supmin;¹, ergab klare Punkte und setzte sich beim Stehen nicht ab.

Beispiel 9

Zu einer Lösung aus 2,5 g Copal A in 12 ml TPM gab man 12 ml trockenes TPM und 1,5 g Irgalite Rot, RBS (Ciba Geigy). Die resultierende Aufschlämmung wurde auf 60ºC erwärmt, auf dieser Temperatur 4 Stunden gerührt, unter Rühren auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und dann unter Rühren erneut auf 60ºC erwärmt. Der resultierenden Aufschlämmung wurde eine Lösung von 1 g Elvax 40-W in 10 ml TPM zugesetzt und die Mischung über Nacht gerührt, dann abgekühlt und mit zusätzlichem TPM auf 50 ml verdünnt.
Die resultierende Tinte ergab klare Punkte, hatte eine Viskosität von 25 cps bei einer Schergeschwindigkeit von 3000 sec&supmin;¹ und zeigte wenig oder gar keine Tendenz zum Absetzen.

Beispiel 10

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde mit einer Lösung aus 3 g Beckacite (Reichhold) in 20 ml TPM anstelle der Copal-A-Lösung wiederholt. Die erzeugte Tinte hatte eine Viskosität von 27 cps bei einer Schergeschwindigkeit von 3000 sec&supmin;¹, ergab klare Punkte und zeigte ebenfalls nur geringe Tendenz zum Absetzen.
Druckbilder aus schwarzer, roter und blauer Tinte von Beispiel 1 und 4 bis 10 zeigten optische Reflexionsdichten im Bereich von 1,4 bis 1,65.

Beispiel 11

0,5 g Vynathene 90500 und 2 g Acryloid DM-55 wurden unter Rühren und Erwärmen auf 60ºC in 20 ml trockenem TPM aufgelöst. Während die Lösung auf dieser Temperatur war, gab man unter fortgesetztem Rühren 1,75 g N330 Rußschwarz (Witco) zu und rührte 48 Stunden. Eine warme (60 bis 80ºC) Lösung von 1,6 g Elvax 40-W in 10 ml TPM wurden dann zugesetzt und die resultierende Mischung 6 Stunden gerührt, abkühlen gelassen und mit zusätzlichem TPM auf 50 ml verdünnt. Die resultierende Tinte wies keine Newtonsche Viskosität auf, ergab klar definierte Punkte von guter optischer Dichte und setzte sich beim Stehen nicht ab.

Beispiel 12

1 g Vynathene 90500 und 2 g Acryloid DM-55 wurden auf die in Beispiel 11 beschriebene Weise in 20 ml TPM aufgelöst. 2 g Heliogen Blau 6700 (BASF) wurden zugesetzt und die Mischung 8 Stunden warm gerührt. Dann gab man 1,75 g Elvax 40-W als Lösung in 10 ml TPM zu und rührte die resultierende Aufschlämmung warm 8 Stunden, kühlte sie ab und verdünnte sie mit zusätzlichem TPM auf 50 ml. Die resultierende Tinte zeigte kein Newtonsches Verhalten, ergab sehr klare Punkte und zeigte in vier Tagen keine Anzeichen von Absetzen.

Beispiel 13

0,5 g Celluloseacetatbutyrat 500.1 (Eastman) und 1 g Acryloid DM-55 wurden in 20 ml warmem trockenem TPM aufgelöst. 1,6 g Irgalite Rot RBS (Ciba Geigy) wurden dann zugesetzt und die Mischung 4 Stunden gerührt. Anschließend gab man eine Lösung von 1,6 g Elvax 40-W in TPM zu und rührte die Mischung 6 Stunden, ließ sie abkühlen und verdünnte sie mit TPM auf 50 ml. Die resultierende Tinte zeigte kein Newtonsches Verhalten, ergab sehr gute Punkte und setzte sich beim Stehen nicht ab.

Beispiel 14

Eine schwarze Tinte wurde dadurch hergestellt, daß man unter Rühren 4 g Acryloid DM-55 in 20 ml warmem (50 bis 60ºC) wasserfreiem Tripropylenglykolmonomethylether (TPM) auflöste und dann unter fortgesetztem Rühren 2 g N330 Rußschwarz (Witco) zusetzte, während die Mischung auf dieser Temperatur war. Zu der so hergestellten Mischung gab man eine warme (60 bis 80ºC) Lösung von 1,75 g Elvax 40-W in 10 ml TPM, rührte sie, ließ sie dann abkühlen und verdünnte sie mit zusätzlichem TPM auf 50 ml.
Auch rote und blaue Tinten wurden hergestellt. Die rote Tinte wurde mit dem gleichen Verfahren wie die schwarze hergestellt mit dem Unterschied, daß man 2 g Acryloid DM-55, 2 g Elvax 40-W und als Färbemittel 1,8 g Irgalite Rot 2BX RBS (Ciba Geigy) verwendete. Die blaue Tinte wurde nach dem gleichen Verfahren und mit den gleichen Mengen an Material wie die rote hergestellt mit dem Unterschied, daß man 2 g Heliogen L6700 (BASF) als Färbemittel verwendete.
Sämtliche Tinten in diesem Beispiel wiesen eine Scherentzähung auf.

Beispiel 15

Es wurde eine Tinte aus TPM hergestellt, die 5 Gew.-% Mogul 1 Rußschwarz (bezogen von Cabot Corporation) und 9 Gew.-% Efka 47EA enthielt. Durch Experimente wurde festgestellt, daß man in dieser Zusammesetzung eine minimale Viskosität erhielt, wenn die Efka-47EA-Konzentration 2,5 bis 0,5 betrug. Somit zeigt dieses Beispiel die Verwendung von Efka sowohl als Dispergiermittel als auch als Bindemittel, wobei etwa 6,5 % die Bindemittelfunktion zur Verfügung stellen. Die Viskosität der Tinte betrug gemessen auf einem Brookfield LV Viskometer 22 cps bei 12 upm. Punkte, die sich aus der Tinte gebildet hatten, hatten eine klar abgegrenzte Kante.

Beispiel 16

Eine Tinte wurde wurde aus TPM hergestellt, die 5 Gew.- % Regal Black 25OR, 2,6 Gew.-% Efka 47EA und 3 Gew.-% Elvacite 2013 enthielt. Experimente zeigten, daß diese Menge Efka 47EA allein nicht ausreichte, um eine gute Dispersion des Färbemittels zu erreichen. Es stellte sich heraus, daß 3,1 % Efka notwendig waren, um die minimale Viskosität zu erreichen. Somit hat in diesem Beispiel ein Teil des Elvacits die Funktion des Dispergiermittels, während der Rest als Bindemittel fungiert, das ein Verlaufen der Punkte begrenzt. Aus der Tinte gebildete Punkte hatten eine klar definierte Kante.

Claims

1. Tintenstrahlzusammensetzung, die als Suspension in einem nicht wäßrigen Lösungsmittel (a) eine disperse Phase (b) mit folgenden Bestandteilen enthält:

( i) einem wasserunlöslichen Färbemittel, das im Lösungsmittel bei der Betriebstemperatur des Tintenstrahldruckers und darunter unlöslich ist;

( ii) einem polymeren Bindemittel, das das Färbemittel auf der Oberfläche des Papiers hält und aus Ethylen/Vinylacetat-Copolymeren, Aminoharzen, Polyvinylbutyralen, Phenolen, Nitrocellulose und Polyisobutylen ausgewählt ist, und

(iii) einem wasserunlöslichen harzartigen Dispergiermittel für das Färbemittel, das aus anderen Harzen als den Polymeren, aus denen das Bindemittel ausgewählt werden kann, ausgewählt ist und in der verwendeten Menge bei der Betriebstemperatur des Tintenstrahldruckers im Lösungsmittel eine Lösung bilden kann.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der das Lösungsmittel bei 25ºC und atmosphärischem Druck eine Verdampfungsgeschwindigkeit von weniger als einem Zehntel des Butylacetats, eine mit einem Brookfield LV Viskosimeter mit einer Spindel Nr. 1 bei einer Schergeschwindigkeit im Bereich von 8 bis 80 sec&supmin;¹ gemessene Viskosität von höchstens 20 cps bei 25ºC, eine Oberflächenspannung im Bereich von 27 bis 32 Dyn/cm bei 25ºC und einen Siedepunkt oberhalb 150ºC hat.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in der das Lösungsmittel im wesentlichen aus mindestens einem, aus Ethern von Alkylenglykolen und Ethern von Polyalkylenglykolen ausgewählten Ether besteht.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, in der dieser mindestens eine Ether aus Monomethylethern von Dipropylenglykol und Tripropylenglykol und n-Butylethern von Diethylenglykol und Triethylenglykol ausgewählt ist.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der das Dispergiermittel von der Art ist, daß es in der verwendeten Konzentration beim Kontakt mit unbeschriebenem Papier aus seiner Lösung im gewählten Lösungsmittel ausfällt.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der das Dispergiermittel von der Art ist, daß es in der verwendeten Konzentration beim Kontakt mit Wasser aus der Lösung im gewählten Lösungsmittel ausfällt.

7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der das Dispergiermittel aus natürlichen Harzen, synthetischen Analogen von natürlichen Harzen, Acrylharzen, Celluloseestern und Hydroxyalkylcellulosen ausgewählt ist.