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DE69512251T2 - Tintenzusammensetzung, die sich eignet für düsenstrahldruckverfahren - Google Patents

Tintenzusammensetzung, die sich eignet für düsenstrahldruckverfahren

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DE69512251T2
DE69512251T2 DE69512251T DE69512251T DE69512251T2 DE 69512251 T2 DE69512251 T2 DE 69512251T2 DE 69512251 T DE69512251 T DE 69512251T DE 69512251 T DE69512251 T DE 69512251T DE 69512251 T2 DE69512251 T2 DE 69512251T2
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DE
Germany
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ink
present
ink composition
printing
pigment
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DE69512251T
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Adrian Loria
Lily Tai
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Videojet Technologies Inc
Original Assignee
Videojet Systems International Inc
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Publication date
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/30—Inkjet printing inks
    • C09D11/32—Inkjet printing inks characterised by colouring agents
    • C09D11/322—Pigment inks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M7/00—After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock
    • B41M7/009—After-treatment of prints, e.g. heating, irradiating, setting of the ink, protection of the printed stock using thermal means, e.g. infrared radiation, heat

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf das Tintenstrahldrucken von Substraten, welche hohen Temperaturen, nachdem sie so bedruckt wurden, ausgesetzt werden, wie keramischen Gegenständen und solchen aus Glas hergestellten Gegenständen.
  • Das Tintenstrahldrucken ist eine wohlbekannte Technik, mittels derer das Drucken ohne Kontakt zwischen der Druckvorrichtung und dem Substrat, auf welchem die gedruckten Zeichen abgelagert werden, durchgeführt wird. Kurz gesagt, Tintenstrahldrucken umfaßt die Technik des Richtens einer Strömung von Tintentröpfchen auf eine Oberfläche und die elektronische Steuerung der Richtung des Stromes, so daß die Tröpfchen dazu gebracht werden, die gewünschte gedruckte Abbildung auf dieser Oberfläche auszubilden. Diese Technik des kontaktlosen Druckens ist besonders für den Auftrag von Zeichen auf unregelmäßig geformten Oberflächen einschließlich beispielsweise dem Boden von Getränkebehältern geeignet.
  • Im allgemeinen muß eine Tintenstrahlzusammensetzung bestimmte strenge Anforderungen erfüllen, damit sie bei Tintenstrahldruckvorgängen brauchbar ist. Diese beziehen sich auf die Viskosität, den spezifischen Widerstand, die Löslichkeit, die Verträglichkeit von Komponenten und die Benetzbarkeit des Substrates. Weiterhin muß die Tinte rasch trocknen und schmierfest sein, sie muß in der Lage sein, durch die Tintenstrahldüse ohne Verstopfen durchzutreten und sie muß ein rasches Reinigen der Maschinenkomponenten bei minimalem Aufwand erlauben.
  • Trotz der zahlreichen Vorteile des Tintenstrahldruckens wurde es jedoch bislang nicht kommerziell zum Drucken von Abbildungen auf Keramikmaterialien, Glas oder anderen Substraten, die nach dem Bedrucken hohen Temperaturen ausgesetzt werden, angewandt. Mehrere Patente und Veröffentlichungen haben jedoch auf Tintenstrahlzusammensetzungen für eine solche Verwendung Bezug genommen. Das US-Patent No. 5 273 575 bezieht sich beispielsweise auf Tintenstrahlformulierungen zum Drucken auf Keramikmaterialien, wobei die Formulierung ein metallisches Salz, welches farblos ist, in Verbindung mit einem farbgebenden Mittel umfaßt. Nach dem Drucken auf das Substrat und dem nachfolgenden Hitzeaushärten wird das metallische Salz in ein gefärbtes Oxid umgewandelt. Die verwendeten Salze sind in dem Träger, welcher verwendet wird, löslich.
  • Entsprechend der PCT-Veröffentlichung PCT/GB92/00342 sind Tintenstrahlformulierungen zum Drücken auf Substrate wie Keramikmaterialien und Glas beschrieben, welche nach dem Drucken erhitzt werden sollen. Die Tintenzusammensetzungen dieser Veröffentlichung umfassen Pigmentdispersionen, in welchen die mittlere Größe der Pigmentteilchen von 0,2 bis 2 Mikron beträgt, wobei weniger als 20% der Teilchen geringer als 0,2 Mikron in der Größe sind. Ein signifikantes Problem mit solchen Formulierungen ist jedoch die Instabilität der Formulierungen als Folge des Absetzens während der Lagerung. Nach dem Absetzen ist eine Redispersion solcher Pigmentteilchen sehr schwierig, falls nicht sogar unmöglich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Drucken von Abbildungen auf ein Substrat bereitgestellt, umfassend das Tintenstrahldrucken auf dieses Substrat von einer Tintenzusammensetzung, welche synthetische Pigmentteilchen, einen Träger und ein Bindemittel umfaßt, wobei die synthetischen Pigmentteilchen eine Teilchengröße von 0,02 bis 0,20 Mikron (um) haben und wenigstens 90% dieser Teilchen Durchmesser von weniger als 0,1 Mikron (um) haben, und anschließend das Unterziehen dieses Substrates einer Temperatur von wenigstens 260ºC (500ºF).
  • Wie oben beschrieben, umfassen die Tintenzusammensetzungen, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die Pigmentteilchen, einen Träger und ein Bindemittel. Andere wahlweise Komponenten können in sorgfältig ausgeglichenen Anteilen vorhanden sein, um bevorzugten Betrieb der Tinte in einer Tintenstrahldruckvorrichtung zu erreichen.
  • Bei einer Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine Tintenzusammensetzung, welche für das Tintenstrahldrucken von gedruckten Abbildungen geeignet ist, worin der Träger Wasser oder eine Mischung von Wasser und einem mischbaren Kolösungsmittel ist. Solche Tintenstrahlformulierungen sind zum Drucken auf poröse Substrate brauchbar. Bei einer anderen Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine Tintenzusammensetzung, welche zum Drucken auf nicht poröse Substrate geeignet ist, worin der Träger ein organisches Lösungsmittel ist.
  • Im allgemeinen weisen die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Tintenzusammensetzungen die folgenden Merkmale zur Verwendung in Tintenstrahldrucksystemen auf:
  • (1) eine Viskosität von etwa 1 bis 10 Centipoise (cps) bei 25ºC, (2) einen elektrischen spezifischen Widerstand von etwa 40 bis etwa 2000 Ohm-cm&supmin;¹, (3) eine Schallgeschwindigkeit von etwa 1200 bis etwa 1700 m/sec und (4) eine Oberflächenspannung unterhalb 70 dyn/cm.
    • PIGMENTE
  • Die Pigmente zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind solche mit Teilchen innerhalb des Größenbereiches von 0,02 bis 0,20 Mikron (um), wobei wenigstens 90% dieser Teilchen Durchmesser von weniger als 0,1 Mikron (um), bevorzugt weniger als 0,05 Mikron (um) besitzen. Bevorzugt beträgt die mittlere Teilchengröße von etwa 0,01 bis etwa 0,10 Mikron (um). Die Pigmentteilchen sind daher im wesentlichen frei von Pigmentteilchen, welche größer als etwa 0,1 Mikron (um) sind, und hierunter ist zu verstehen, daß nicht mehr als 90% und bevorzugt nicht mehr als 98% der Pigmentteilchen größer als 0,1 Mikron (um) sind. Für die Zwecke der Bestimmung der mitt leren Teilchengröße und der absoluten Teilchengröße sollte die folgende Arbeitsweise angewandt werden.
  • Die Analyse der Teilchengröße des Pigmentes wird unter Verwendung eines von Joyce-Loebl Co. entwickelten Photosedimentometers durchgeführt.
  • Das Instrument benutzt eine zentrifugale Methode der Analyse. Die Testprobe wird in eine rotierende Scheibenzentrifuge injiziert. Wenn die Pigmentteilchen als Folge der Zentrifugalkraft sich zu bewegen beginnen, mißt ein an einem Punkt des Instrumentes fixierter Lichtstrahl die Teilchenwanderung und zeichnet die Zentrifugenzeit elektronisch auf. Je größer die Teilchengröße ist, um so niedriger ist die erforderliche Zentrifugenzeit, wobei kleinere Teilchen länger Zentrifugenzeiten haben. Basierend auf diesem Prinzip wird eine Analyse der computerisierten Daten und eine graphische Analyse der Teilchen erhalten.
  • Die Pigmente zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind solche, welche synthetisch sind, im Gegensatz zu solchen von natürlichem Ursprung. Synthetische Pigmente zeichnen sich teilweise durch die Tatsache aus, daß sie im wesentlichen frei von Schwermetallen sind. Die Kristallstruktur von synthetischen Pigmenten ist ebenfalls gleichförmiger und näher bei einer perfekten Kristallstruktur, als sie in Pigmenten von natürlichem Ursprung gefunden wird. Kristalliner Quarz, welcher oft in natürlichen Pigmenten vorgefunden wird, ist in synthetischen Pigmenten, wie solchen aus Eisenoxid hergestellten, nicht vorhanden.
  • Synthetische Pigmente können nach einer beliebigen einer Anzahl von verschiedenen Arbeitsweisen hergestellt werden, einschließlich der in den US-Patenten Nos. 4 404 254, 4 919 727 und 5 085 706 beschriebenen Arbeitsweisen.
  • Die kleine Größe der Pigmentteilchen ist erforderlich, um eine Tintenstrahlformulierung zu erhalten, welche stabil und druckfähig ist. Die kleine Teilchengröße kann durch eine Anzahl von unterschiedlichen Techniken zur Verminderung der Teilchengröße erreicht werden, beispielsweise durch Walzenmahlen, Mahlen und Mikronisierung, falls erforderlich in Kombination mit einer auf der Größe basierenden Klassifizierungs- oder Trennmethode wie Zentrifugieren, Absieben oder dergleichen.
  • Es ist besonders wichtig, Pigmentteilchen vorliegen zu haben, welche die gewünschte mittlere Teilchengröße besitzen, jedoch ebenfalls, daß die Formulierungen im wesentlichen frei von Teilchen sind, wie zuvor angegeben, welche größer als 0,2 Mikron (gm) sind.
    • BETRACHTUNGEN ZUR FORMULIERUNG
  • Wie angegeben, liegen sowohl wäßrige Tinten als auch Tinten auf Lösungsmittelbasis im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
  • Die in einer beliebigen besonderen Tintenformulierung verwendete Pigmentmenge hängt von zahlreichen unterschiedlichen Faktoren ab, wie der Größe und der Gestalt der Pigmentteilchen wie auch von der Natur der speziellen Formulierungen, welche variiert werden können. Unter anderen Betrachtungen kann die Menge der Pigmentbeladung, welche verwendet werden kann, für solche Formulierungen höher sein, welche eine höhere Viskosität besitzen, als allgemeiner Vorschlag gilt, daß bei um so höherer Viskosität die Pigmentbeladung, welche ohne unzulässiges Absetzen verwendet werden kann, um so größer sein kann.
  • In wäßrigen Formulierungen kann der Träger mit höherer Dichte (Wasser) und hohe Viskosität des Trägers höhere Pigmentbeladung ohne unzulässiges Absetzen der Teilchen aufnehmen. Typische Pigmentbeladungen in wäßrigen Formulierungen betragen von 3 bis 12 Gew.-%.
  • In Formulierungen auf Lösungsmittelbasis kann der Träger mit niedriger Dichte (Keton oder Alkohol) und Träger mit niedriger Viskosität höhere Pigmentbeladungen nicht aufneh men. Typische Pigmentbeladungen in Formulierungen auf Lösungsmittelbasis betragen von 3 bis 8 Gew.-%.
    • SEDIMENTATION
  • Die Tintenformulierungen sollten in Dispersion stabil sein. Dispersionseigenschaften sollten bei Temperaturen bis zu etwa 110ºF (43,3ºC) konstant bleiben, und die Dispersion sollte überhaupt keine Anzeichen der Sedimentation für wenigstens 18 Monate zeigen. Zusätzlich sollte keine Agglomeration von Pigmentteilchen in der Dispersion vorliegen.
  • Die Sedimentationsgeschwindigkeit des Pigmentes wird mittels eines DYNOMETERS von BYK-Chemie durchgeführt, welches eine in 100 Milliliter des Testfluids eingetauchte Pfanne zum Auffangen benutzt. Das Absetzen der Teilchen wird aufgefangen, und die Pfanne werden elektrisch registriert und auf Diagrammpapier als Funktion von Gewicht und Zeit aufgezeichnet.
    • EIGENSCHAFTEN UND VORTEILE
  • Die Formulierungen auf wäßriger Basis der vorliegenden Erfindung sind besonders brauchbar zum Drucken auf keramische Substrate. Solche Substrate können nach dem Drucken bei erhöhten Temperaturen wie bis zu 816ºC (1500ºF) bis sogar auf 1093ºC (2000ºF) oder mehr gebrannt werden. Dementsprechend sind die Tinten der vorliegenden Erfindung dazu fähig, gedruckte Abbildungen zu bilden, welche auf solche Temperaturen erhitzt werden können und dennoch lesbar sind.
  • Die auf Lösungsmittel basierenden Tinten der vorliegenden Erfindung sind besonders brauchbar zum Drucken auf glatte Oberflächen wie Glas, und daher finden sie besondere Anwendung zum Drucken auf Lampenkolben. Tinten für eine solche Verwendung müssen ebenfalls in der Lage sein, hohe Temperaturen wie bis zu 260ºC bis 316ºC (500 bis 600ºF) auszuhalten. Daher sind die auf Lösungsmittel basierenden Tinten der vorliegenden Erfindung in der Lage, gedruckte Abbildungen auszu bilden, welche auf solche Temperaturen erhitzt werden können und dennoch lesbar bleiben.
    • DER TRÄGER
  • Wasser wird als Träger für die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung benutzt, wenn die Formulierung zum Drucken auf Keramikmaterialien verwendet werden soll. Entionisiertes Wasser ist aus Gründen der Reinheit und zur Minimierung des Störens von Fremdionen während des Druckvorganges bevorzugt. Typischerweise liegt Wasser in einer Menge von etwa 70 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vor, und bevorzugt liegt es in einer Menge von etwa 74% bis etwa 84% vor. Kolösungsmittel können ebenfalls vorhanden sein, beispielsweise kurzkettige Alkohole einschließlich Methanol, Ethanol und Isopropanol.
  • Wenn die Tintenstrahlformulierung zum Drucken auf nicht poröse Substrate wie Glas verwendet werden soll, wird ein organisches Lösungsmittel verwendet. Brauchbare Lösungsmittel für die vorliegenden Formulierungen schließen Ketone, Alkohole und Ester ein.
    • BINDEMITTEL
  • Beliebige filmbildende Harze können zugesetzt werden, um Haftung des Tintentröpfchens auf dem Substrat zu ergeben und ein Maß des Schutzes des getrockneten Tröpfchens gegen Abrieb und die Einwirkung von Wasser oder anderen Lösungsmitteln, welche mit dem getrockneten Tröpfchen in Kontakt kommen, zu liefern. Typischerweise sind solche Harze organische Harze, wie sie üblicherweise in Tintenzusammensetzungen für Tintenstrahldrucker verwendet werden, und sie schließen beispielsweise acrylartige Copolymere, Siliconharze, Kolophoniumester, Polyvinylester, Ketonharze, Harnstoff-Formaldehydharze, Vinylchlorid/Vinylether- oder -Vinylacetatcopolymere, Polyamidharze, Styrol/Maleatharze, Polyvinylpyrrolidonharze, Vinylpyrrolidon/Vinylacetatcopolymere, Polystyrolharze, Mela minharze, hitzehärtende Acrylharze, Polyurethanharze und durch Strahlung aushärtbare Acrylatharze ein. Solche Harze können in ihren kommerziell erhältlichen Formen eingesetzt werden.
    • DISPERGIERMITTEL
  • Es kann ebenfalls nützlich sein, ein Dispergiermittel zu verwenden, um die Pigmentteilchen in Dispersion zu halten. Brauchbare Dispergiermittel schließen Surfynol 104 und Nopcosphere 44 ein.
    • DAS FEUCHTHALTEMITTEL
  • Ein Feuchthaltemittel kann verwendet werden, um die Tintenstrahlspitze vor dem Austrocknen zu schützen und das Verstopfen von Düse/Ventil zu verhindern. Es kann ebenfalls als Viskositätsregler wirken. Verschiedene Molekulargewichte von Polyethylenglycolen haben unterschiedliche Lösungsviskositäten. Die Tintenviskosität kann unter Ausnutzung dieser Eigenschaft maßgeschneidert werden. In den Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung brauchbare Feuchthaltemittel schließen Glycerin, Propylenglycol und Polyethylenglycole ein wie Carbowax 200, Carbowax 300, Carbowax 400, Carbowax 600 und Carbowax 3350, alle erhältlich von Union Carbide. Propylenglycol ist bevorzugt.
  • Das Feuchthaltemittel sollte in einer Menge von etwa 2 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorhanden sein, wobei eine Menge von etwa 4 bis etwa 8 bevorzugt ist.
    • WAHLWEISE KOMPONENTEN
  • Andere Komponenten können ebenfalls in die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden, um für Tintenstrahldruckanwendungen erwünschte Merkmale zu ergeben.
  • Harze können ebenfalls zugesetzt werden, um die Viskosität der Tintenzusammensetzungen zu erhöhen. Brauchbare Harze schließen Polyesteremulsionen, Acrylemulsionen, Acrylharze, Polyvinylalkohol, Celluloseacetatharz, Polyvinylpyrrolidon, styrolbehandelte Schellakemulsionen und acrylbehandelte Schellakemulsionen ein. Bevorzugte Harze sind erhältlich als Airvol 205 S von Air Products oder die Produkte Joncryl von Johnson Wax. Das Harz, falls verwendet, sollte in einer Menge von etwa 0,2 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorliegen. Die bevorzugte Harzmenge, falls Harz verwendet wird, beträgt von etwa 0,5 Gew.-% bis 4,5 Gew.-% der Zusammensetzung.
  • Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können ebenfalls Mittel für die Leitfähigkeit enthalten. Falls vorhanden, sind sie in Mengen von etwa 0,2% bis etwa 2,0% vorhanden. Beispiele von geeigneten Mitteln für die Leitfähigkeit schließen Dimethylaminhydrochlorid, Diethylaminhydrochlorid, Lithiumnitrat und Hydroxylaminhydrochlorid ein. Es wird bevorzugt, eßbare oder für Lebensmittel geeignete Ammonium-, Natrium- oder Kaliumsalze von organischen Säuren, wie Essigsäure, Milchsäure oder Propionsäure, oder von anorganischen Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure, zu verwenden. Die Ammoniakbehandlung einer Komponente der Tintenzusammensetzung kann ebenfalls benutzt werden, um wenigstens einen Teil der in der Zusammensetzung erforderlichen Leitfähigkeit bereitzustellen. Solch eine mit Ammoniak behandelte Komponente ist oft leicht in dem Lösungsmittel löslich, wandelt sich jedoch in eine wasserunlösliche Form als Folge des Verlustes des Ammoniaks aus den gedruckten Tröpfchen um, wodurch die Komponente das gedruckte Tröpfchen mit verbesserten Eigenschaften der Wasserfestigkeit versieht.
  • Andere wahlweise Komponenten schließen Antischaummittel ein, welche die Herstellung der Tinte und die Druckerleistungsfähigkeit verbessern. Geeignete Antischaummittel schließen acetylenartige Diole (kommerziell erhältlich als Surfynol 104 von Air Products und Chemicals), Petroleummischungen (kommerziell erhältlich als Napco NDW, Dehydran C und Foamaster NS, alle von Henkel Corp.), auf Silicon basierende Antischaummittel (kommerziell erhältlich als Dow Corning 150 von Dow Corning und Silwet 1-77, Silwet 720, Silwet 722 und Silwet 7002, alle erhältlich von Union Carbide) und XRM-3588E, Dee Fo PI-29 und Dee Fo 2020E/50, alle erhältlich von Ultra Additives ein. Das Antischaummittel, falls verwendet, sollte in einer Menge von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,10 Gew.-%, bezogen auf die Tintenzusammensetzung, vorliegen, wobei eine Menge von etwa 0,03 bis etwa 0,06 bevorzugt ist.
  • Ebenfalls kann es erwünscht sein, ein Bakterizid zuzusetzen. Tinten auf Wasserbasis sind gegenüber bakteriellem Angriff, Schimmelbildung in Tintenherstellungsreinrichtungen und Schimmelbildung bei Druckern anfällig. Geeignete Bakterizide schließen Methylparahydroxybenzoat, erhältlich als Methylparaben von Aldrich Chemicals, und Metadioxan, erhältlich als Giv-Gard DXN von Givudan Corp. ein. Das Bakterizid, falls eines verwendet wird, sollte in einer Menge von etwa 0,10 Gew.-% bis etwa 0,20 Gew.-%, bezogen auf die Tintenzusammensetzung, vorliegen. Ein pH-Regler kann ebenfalls in der Tintenzusammensetzung eingesetzt werden, um sicherzustellen, daß die Komponenten der Tintenzusammensetzung über den Bereich von Wasser und über die Lagerperiode und Anwendungszeit löslich bleiben. Die Verwendung eines pH-Reglers ist ebenfalls erwünscht, um Korrosion der Metallkomponenten des Tintenstrahldruckers zu verhüten. Für diesen Zweck ist es wünschenswert, den pH der Tinte auf etwa 5,0 bis etwa 10,5 zu halten. Der pH hängt von den Komponenten ab, welche in der Zusammensetzung verwendet werden. Obwohl anorganische Basen verwendet werden können, wie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, führt ihre Anwesenheit in dem gedruckten Zeichen zu geringer Wasserfestigkeit nach dem Trocknen. Es wird bevorzugt, eine organische Base zu verwenden, welche durch Verdampfen entfernt werden kann. Die beste Verwendung ergibt ein pH-Regler, welcher rasch verdampft, um die Entwicklung der Wasserbeständigkeit bei der Alterung zu beschleunigen. Obwohl von organischen Aminen Gebrauch gemacht werden kann, wird es bevorzugt, Ammoniumhydroxid oder Ammoniumchlorid zur Regelung des pH innerhalb des gewünschten bereiches zu verwenden. Morpholin kann ebenfalls für die Langzeitstabilität während der Lagerung der Tintenzusammensetzung benutzt werden. Triethanolamin kann ebenfalls benutzt werden.
  • Typischerweise liegt der pH-Regler in einer Menge von etwa 0,10 Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-%, bezogen auf die Tintenzusammensetzung, vor. Die optimale Menge variiert in Abhängigkeit von den spezifischen Komponenten der Tintenzusammensetzung.
  • Die vorliegende Erfindung kann weiterhin andere Zusätze umfassen, wobei dies eine beliebige Substanz sein kann, welche die Tinte verbessert hinsichtlich (i) verbesserte Löslichkeit von anderen Komponenten, (ii) verbesserter Druckqualität, (iii) verbesserter Haftung der Tinte an den Medien und (iv) Steuerung der Benetzungseigenschaften, welche mit solchen Eigenschaften wie Oberflächenspannung und Viskosität zusammen mit anderen Eigenschaften in Beziehung stehen.
    • HERSTELLUNG
  • Die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung für die folgenden Beispiele können mit konventionellen Einrichtungen hergestellt werden. Ein Verfahren ist wie folgt: Der Träger sollte in einen Mischtank zugesetzt werden. Dann sollten die Feuchthaltemittel, falls vorhanden, zugesetzt und mit dem Träger vermischt werden. Nach Abschluß des Mischens sollte das/die Dispergiermittel zugesetzt und ebenfalls gründlich in die Zusammensetzung eingemischt werden. Wenn diese Mischstufe abgeschlossen ist, sollte ein pH-Regler in die Zusammensetzung eingegeben werden. Die Harzkomponente sollte dann zugesetzt und in die Zusammensetzung eingemischt werden, bis sie vollständig aufgelöst ist. Schließlich sollte das Pigment zugesetzt werden, und die Zusammensetzung sollte gründlich gemischt werden. Die erhaltene Tintenzusammensetzung sollte dann filtriert werden.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung.
    • Vergleichsbeispiele
  • Gew. -%
  • Joncryl 50 (S. C. Johnson)¹ 20,0
  • N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0
  • Ammoniumhydroxid (30%) 1,5
  • XRM 3588E Antischaummittel (Ultra Additives) 0,1 Giv-Gard DXN² 0,2
  • Synthetisches Eisenoxid, rot (50-9451)³ 20,0
  • Entionisiertes Wasser 56,3
  • 100, 0
  • ¹ Joncryl 50 ist eine Acrylharzlösung in Wasser.
  • ² Giv-Gard DXN ist ein Bakterizid.
  • ³ erhältlich von RBH Dispersions, Inc.
  • Nach der Formulierung wurde bestimmt, daß die Tinte folgende Eigenschaften besaß:
  • Viskosität (cps) 2,73
  • Spezifisches Gewicht 1,106
  • Spezifischer Widerstand (Ohm-cm) 52,0
  • PH 9,64
  • Sedimentationsgeschwindigkeit&sup4; 34,6 mg/h.
  • &sup4; Gemessen in allen Beispielen unter Verwendung der Analysenarbeitsweise für die Sedimentationsgeschwindigkeit, wie sie zuvor in der Beschreibung erläutert wurde.
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen die folgenden Eigenschaften haben:
  • Mittlere Teilchengröße 0,335 um
  • 98% weniger als 1,056 um
  • Probleme des Absetzens und der Redispersion der Pigmentteilchen in der Tinte führen Instabilität der Lagerfähigkeit, Schwierigkeiten beim Drucken und Veränderung der Druckdichte herbei.
  • Die folgenden Beispiele 1-4 erläutern Tintenstrahlformulierungen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung beim Druck auf poröse Substrate wie keramische Fliesen. Bei jedem der folgenden Beispiele war die Tinte mittels der zuvorgenannten allgemeinen Arbeitsweise hergestellt worden.
    • Beispiel 1
  • Gew.-%
  • Joncryl 50 (S. C. Johnson) 20,0
  • N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0
  • Ammoniumhydroxid (30%) 1,5
  • XRM Antischaummittel 3588E (Ultra Additives) 0,1
  • Giv-Gard DXN 0,2
  • Synthetisches Eisenoxid, Midas Gold (50-9430) 20,0
  • Entionisiertes Wasser
  • 100, 0
    • Eigenschaften:
  • Viskosität (cps) 3,54
  • Spezifisches Gewicht 1,065
  • Spezifischer Widerstand (Ohm-cm) 60,7
  • Sedimentation 00,0 (setzte sich nicht ab)
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen die folgenden Eigenschaften besaßen:
  • Mittlere Teilchengröße 0,0236 um
  • 98% weniger als 0,0398 um
    • Beispiel 2
  • Gew.-%
  • Polyvinylpyrrolidon (PVP) 4,0
  • N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0
  • Ammoniumhydroxid (30% 1,5
  • XRM 3588E Antischaummittel 0,1
  • Giv-Gard DXN 0,1
  • Synthetisches Eisenoxid, Midas Gold (50-9430) 20,0
  • Entionisiertes Wasser 68,3
  • 100, 0
  • Es wurde bestimmt, daß die Tinte nach der Formulierung die folgenden Eigenschaften besaß:
  • Viskosität (cps) 4,00
  • pH 10,44
  • Spezifischer Widerstand (Ohm-cm) 49,0
  • Spezifisches Gewicht 1,055
  • Sedimentationsgeschwindigkeit 0, 00
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen die folgenden Eigenschaften besaßen:
  • Mittlere Teilchengröße 0,025 um
  • 98% weniger als 0,034 um
    • Beispiel 3
  • Gew.-%
  • Nopcospere 44¹ 10,0
  • N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0
  • Ammoniumhydroxid (30%) 1,5
  • XRM 2588E Antischaummittel 0,1
  • Giv-Gard DXN 0,1
  • Synthetisches Eisenoxid, Midas Gold (50-9430) 20,0
  • Entionisiertes Wasser 66,3
  • 100, 0
  • ¹ Nopcosphere 44 ist von Air Products erhältlich
  • Es wurde nach der Formulierung festgestellt, daß die Tinte folgende Eigenschaften besaß:
  • Viskosität (cps) 2,83
  • pH 9,80
  • Spezifischer Widerstand (Ohm-cm) 65,0
  • Spezifisches Gewicht 1,052
  • Sedimentationsgeschwindigkeit 0,00
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen folgende Eigenschaften besaßen:
  • Mittlere Teilchengröße 0,027 um
  • 98% weniger als 0,047 um
    • Beispiel 4
  • Gew.-%
  • Dimethylhydantoin-Formaldehydharz 8,0
  • Glycerol 2,0
  • N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0
  • Ammoniumhydroxid (30%) 1,5
  • XRM 3588E Antischaummittel 0,1
  • Giv-Gard DXN 0,1
  • Synthetisches Eisenoxid, Midas Gold (50-9430) 20,0
  • Entionisiertes Wasser 66,3
  • 100,0
  • Es wurde nach der Formulierung bestimmt, daß die Tinte folgende Eigenschaften besaß:
  • Viskosität (cps) 2,15
  • pH 8,82
  • Spezifischer Widerstand (Ohm-cm) 171,0
  • Spezifisches Gewicht 1,063
  • Sedimentationsgeschwindigkeit 0,00
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen die folgenden Eigenschaften besaßen:
  • Mittlere Teilchengröße 0,027 um
  • 98% weniger als 0,038 um
  • Die folgenden Beispiele 5-7 erläutern Tintenstrahlformulierungen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung beim Drucken auf nicht-poröse Substrate wie Glas oder Kolben von elektrischen Lampen.
    • Beispiel 5
  • Gew.-%
  • Glasharz GR 9081 12,0
  • Midas Gold (40% in n-Propylacetat) 20,0
  • Ethanol 36,2
  • Methylethylketon 31,0
  • Lithiumnitrat 0,5
  • FC 430 10% in MEK² 0.3
  • 100,0
  • ¹ erhältlich von Owens-Illinois
  • ² FC 430 ist ein Oberflächenspannungs-Regler
  • Nach der Formulierung wurde bestimmt, daß die Tinte folgende Eigenschaften besaß:
  • Viskosität (cps) 1,14
  • pH 5,88
  • Spezifisches Gewicht 0,890
  • Spezifischer Widerstand (Ohm-cm) 900
  • Sedimentationsgeschwindigkeit 2,5 mg/h
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen die folgenden Eigenschaften besaßen:
  • Mittlere Teilchengröße 0,038 um
  • 98% weniger als 0,180 um
  • ¹ erhältlich von Owens-Illinois
  • Nach der Formulierung wurde bestimmt, daß die Tinte folgende Eigenschaften besaß:
  • Es wurde bestimmt, daß die Pigmentteilchen die folgenden Eigenschaften haben:
  • Die Tinten der Beispiele 1-4 wurden auf keramische Fliesen gedruckt und für 15 Minuten bei einer Temperatur von 871ºC (1600ºF) gebrannt, und sie überlebten ohne Ausbleichen. Die Tinten der Beispiele 5-7 wurden ebenfalls auf Lampenkolben (40, 60, 75 und 100 Watt gedruckt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Drucken von Abbildungen auf ein Substrat, umfassend das Tintenstrahldrucken auf dieses Substrat von einer Tintenzusammensetzung, welche synthetische Pigmentteilchen, einen Träger und ein Bindemittel umfaßt, wobei die synthetischen Pigmentteilchen eine Teilchengröße von 0,02 bis 0,20 Mikron.(um) haben und wenigstens 90% dieser Teilchen Durchmesser von weniger als 0,1 Mikron (um) haben, und anschließend das Unterziehen dieses Substrates einer Temperatur von wenigstens 260ºC (500ºF).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem wenigstens 90% dieser Teilchen weniger als 0,05 Mikron (um) Größe haben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Träger Wasser oder ein organisches Lösungsmittel umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend ein Feuchthaltemittel.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem dieses Pigment in einer Menge von 3 Gew.-% bis 12 Gew.-% dieser Tintenzusammensetzung vorhanden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem dieses Pigment in einer Menge von 3 Gew.-% bis 8 Gew.-% dieser Tintenzusammensetzung vorhanden ist.
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