DE69706005T2 - Wasserfeste IR-abtastbare Tinten für den Tintenstrahldruck - Google Patents
Wasserfeste IR-abtastbare Tinten für den TintenstrahldruckInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft wässrige flüssige Tinten, die, wenn appliziert, wasserfest sind und, noch genauer, das Erhöhen der Wasserfestigkeit von Tintenstrahl-Tinten durch Zusatz spezifischer Ammonium-Salze zur Tinte.
- Im kontinuierlichen Tintenstrahl-Drucken wird Tinte unter Druck einer Verteilerregion zugeführt, die die Tinte an eine Mehrzahl von Öffnungen verteilt, die üblicherweise in einer linearen Anordnung angeordnet sind. Die Tinte tritt aus den Öffnungen in Flüssigkeitsfäden aus, die in Tröpfchen-Ströme zerfallen. Zum Drucken mit diesen Tröpfchen-Strömen werden bestimmte Tropfen selektiv aufgeladen und von ihrer normalen Trajektorie abgelenkt. Eine graphische Wiedergabe wird erreicht durch das selektive Aufladen und Ablenken von Tropfen aus den Tröpfchen-Strömen und anlagern zumindest einiger der Tropfen auf einem zu bedruckenden Medium, während andere Tropfen auf einem Tropfenfänger-Mittel auftreffen. Das Tintenstrahl-Drucken mit kontinuierlichen Strömen wird beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 4,255,754; 4,698,123 und 4,751,517, deren Offenbarungsgehalt durch Verweis vollständig übernommen wird.
- Beim herkömmlichen Tintenstrahl-Druck sind wasserlösliche Farbstoffe wegen ihrer Lauffähigkeit (runnability) wünschenswert. Wasserfeste Tinten sind jedoch sehr wünschenswert zum Herstellen dauerhafter Bilder. Verringern der Löslichkeit des Farbstoffs erhöht die Wasserfestigkeit, und umgekehrt. Verbesserungen der Wasserfestigkeit von Tintenstrahl-Tinten zu erzielen bleibt eine vordringliche Aufgabe. Eine wasserfeste Tinte ist höchst wünschenswert zum Publizieren und zur Dokumentation, einschließlich der Lotterie-Industrie, um das Abändern der Information auf solchen Dokumenten zu verhindern.
- In EP-A-0743346, die durch Verweis vollständig übernommen wird, wurde eine Verbesserung der Wasserfestigkeit erzielt durch Zusatz spezifischer wasserlöslicher organischer Lösungsmittel zur Tinte. Verbesserungen in der Wasserfestigkeit und der Schwärze (darkness) von Tintenstrahl-Tinten zu erzielen bleibt jedoch weiterhin eine vordringliche Aufgabe. Signifikante Verbesserungen in der Wasserbeständigkeit (water resistance) und Schwärze des Bildes sind notwendig im Verlagswesen, für Barcodes, Geschäftsformulare und in den Lotterie- Industrien. Die Verwendung hydroxyalkylierter Polyethylenimine in Tintenstrahl- Tinten zeigt eine signifikante Verbesserung der Wasserfestigkeit von einem Bereich von 40-60% zu einem Bereich von 70-95% in Abhängigkeit vom Substrat und dem Farbstoff in der Tinte. Nachteiligerweise erreichen Sulphur Black- Farbstoffe, die üblicherweise in Tintenstrahl-Tinten zur Infrarot-(IR-) Abtastbarkeit verwendet werden, nur bescheidene Verbesserungen der Wasserbeständigkeit mit ethoxyliertem Polyethylenimin (EPI), möglicherweise bedingt durch dessen extreme Löslichkeit. Deshalb zeigt eine Tinte, die 3,5% Direct Black 19, 1% Sulphur Black 2 und 4% EPI umfasst, eine Wasserfestigkeit von nur 55% auf 80 lbs. beschichtetem Substrat. In Abwesenheit des Sulphur Black-Farbstoffs ist die Wasserfestigkeit 92% auf gleichem Substrat. Deshalb ist es eine Herausforderung, gleichzeitig Wasserfestigkeit und IR-Abtastbarkeit in einer wässrigen Farbstoffbasis-Tinte zu erzielen.
- Es besteht daher ein Bedarf an verbesserter Wasserfestigkeit dunkler Tinten zur Verwendung in Tintenstrahl-Aufzeichnungsgeräten.
- Erfindungsgemäß wird eine Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung angegeben, umfassend einen flüssigen Träger, einen Farbstoff, ein hydroxyalkyliertes Polyethylenimin und ein Ammoniumsalz zum Verbessern der Wasserfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniumsalz weniger als 1% der Tintenzusammensetzung ausmacht, und dass das Ammoniumsalz Ammoniumsulfat umfasst.
- Es wurde bisher beobachtet, dass die bestlauffähigen Tinten jene sind mit sehr wasserlöslichen Bestandteilen, die frei von wasserdispergierbaren Polymeren oder Harzen sind. Solche polymerischen Materialien neigen dazu, sich in Tinten und an Öffnungen zu sammeln, und dies kann zu ihrem vorzeitigen Aushärten oder zu Wechselwirkungen mit anderen Bestandteilen in der Tinte unter Bildung eines unlöslichen Derivats des Farbstoffs führen. Normalerweise ist es bevorzugt, wenn sich das unlösliche Derivat auf dem Substrat beim Trocknen des Bildes bildet und nicht, während die Tinte im Drucker zirkuliert.
- Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst einen flüssigen Träger, einen Farbstoff, ein hydroxyalkyliertes Polyethylenimin, und ein Ammoniumsalz. Im US-Patent Nr. 5,223,028 ist eine wasserfeste Tinte offenbart, die einen schwarzen Lebensmittelfarbstoff, hydroxyalkyliertes Polyethylenimin und 10% Ammoniumbenzoat besitzt. Wenn jedoch, wie in den folgenden Beispielen gezeigt, 10% Ammoniumbenzoat in der vorliegenden Erfindung benutzt wurde, fiel die Tinte aus und die Teilchengröße erhöhte sich von 0,05 um (Beispiel II - vor Zugabe des Ammoniumsalzes) auf 2,75 um (Beispiel XI - nach Zugabe von 10% Ammoniumbenzoat). Die optische Dichte nahm ebenfalls, bedingt durch das Ausfallen des Farbstoffs, ab von 2.2 auf 1.2. Zusätzlich wurde von der Verwendung einer geringeren Menge an Ammoniumbenzoat, wie 1%, im '028er-Patent wegen ungenügender Wasserfestigkeit abgeraten. Ein anderes, im '028er-Patent beanspruchtes Salz ist Ammoniumchlorid. Dieses Salz zeigt jedoch eine erhebliche Wärmeinstabilität, auch wenn es weniger als 1% der Tinte ausmachte.
- Die Zugabe von weniger als 1% Ammoniumsulfat zu einer Tinte, die einen oder mehrere Farbstoffe umfasst wie Direct Black 19 (DB-19) und Sulphur Black 2, und die ferner ein Polymer wie hydroxyalkyliertes Polyethylenimin und insbesondere ethoxyliertes Polyethylenimin (EPI) umfasst, erhöht die Wasserbeständigkeit der Tinte erheblich, wie in den Beispielen unten gezeigt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Tintenzusammensetzung eine wasserfeste, IR-abtastbare Tinte. Die Tintenzusammensetzung umfasst einen flüssigen Träger, einen Farbstoff, ein hydroxyalkyliertes Polyethylenimin und ein Ammoniumsalz zum Erhöhen der Wasserfestigkeit. Die Tintenzusammensetzung umfasst vorzugsweise weniger als 1% spezifischer Ammoniumsalze wie Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat und Ammoniumcitrat.
- Der flüssige Träger der Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Amin, vorzugsweise alkyl- und alkanolsubstituierte Amine wie Dimethylethanolamin, Triethanolamin, Diethylethanolamin und dergleichen. Andere Zusatzstoffe, die optional vom erfindungsgemäßen Träger umfasst sein können, sind ein Korrosionsinhibitor in einer Menge von 0 bis 0,2 Gew.-% wie beispielsweise ein Alkanolamin, und ein Befeuchtungsagens von 0 bis 1 Gew.-% wie ethoxylierter Glycolether, und ein niederaliphatischer Alkohol mit einer Hydroxygruppe und bis zu fünf Kohlenstoffatomen ein einer geraden oder verzweigten Kette in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-%, und ein Biozid von 0 bis 0,5 Gew.-% wie Dehydroessigsäure. Die Tinte kann auch einen optionalen Entschäumer wie Phosphatester, Silikon- oder Nicht-Silikon-Entschäumer oder Acetylendiol (acetylenic diol) umfassen.
- Der Farbstoff in der Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist wasserlöslich und vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Direktfarbstoffen, Säurefarbstoffen, Lebensmittelfarbstoffen, und reaktiven Farbstoffen. Im allgemeinen sollte die Konzentration des Farbstoffs zwischen 1% und 4 Gew.-% betragen.
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann jeder geeignete Farbstoff zum Herstellen des Farbstoff-Konzentrats verwendet werden, der zum formulieren einer IR-abtastbaren (IR scannable) Tinte verwendet werden kann, einschließlich kommerziell erhältlicher schwarzer Farbstoffe wie Sulphur Black 2 und Direct Black 19 (DB-19), und zahlreiche andere Farbstoffe und Farbstoffkombinationen. Die folgenden Beispiele führen Tintenformulierungen, umfassend verschiedene Prozentanteile von Ammoniumsalz, und dem Effekt auf die Wasserfestigkeit auf.
- 10% flüssiges DB-19 700,00 g
- 11,5% flüssiges Sulphur Black 2 230,00 g
- Dimethylaminoethanol (DMAE) 16,00 g
- deionisiertes Wasser 687,80 g
- Korrosionsinhibitor 2,00 g
- Biozid 2,00 g
- oberflächenaktives Mittel 2,00 g
- Entschäumer 0,20 g
- 18% EPI 160,00 g
- Drawdowns der gemäß den Beispielen II bis VI hergestellten Tinten auf Consolith Gloss 80 lbs. Substraten zeigten eine Verbesserung der Wasserfestigkeit von 55% bei der Tinte gemäß Beispiel II (kein Ammoniumsulfat) auf 90% bei der Tinte gemäß Beispiel Vl, die 0,8% Ammoniumsulfat enthält. Es scheint, dass die Verbesserung der Wasserfestigkeit jenseits von 0,6% Ammoniumsulfat nachlässt. Um die Hitzestabilität der Ammoniumsulfat-enthaltenden Tinten zu prüfen, wurde die Teilchengröße der frischen Tinten vorher und nachdem sie eine Woche bei 70ºC aufbewahrt wurden gemessen. Die oben angegebenen Werte zeigen, dass die Tinten stabil sind. Es trat eine leichte Vergrößerung der Teilchengrößen auf 0,14 um der 0,8% Ammoniumsulfat enthaltenden Tinte auf. Dieser Wert ist jedoch deutlich unterhalb der Grenze von 0,45 um, ab der ein Filtrieren der Tinte notwendig würde.
- Die Verbesserung der Schwärze von Drawdowns der Ammoniumsulfatenthaltenden Tinten war nicht zu erwarten. Die optischen Dichten nahmen zu von 2,2 bei der Tinte ohne Ammoniumsulfat auf 2,4 bei den Tinten, die Ammoniumsulfat enthalten. Der Unterschied in der optischen Dichte ist signifikant wegen des gestiegenen Bedarfs an dunkleren und dauerhaften Drucken im Verlagswesen und der Adressierung.
- In den folgenden Beispielen wurden andere Ammoniumsalze untersucht um herauszufinden, ob diese einen Effekt auf die Wasserfestigkeit ähnlich wie der des Ammoniumsulfats ausüben. Beispiel V wurde wiederholt, außer dass anstelle von 0,6% Ammoniumsulfat 0,6% eines anderen Ammoniumsalzes verwendet wurde. Untersucht wurden Ammoniumchlorid, tribasisches Ammoniumcitrat, Ammoniumnitrat, Ammoniumbenzoat und Ammoniumacetat, wie in den Beispielen VII bis XII aufgeführt. Aufgeführt sind die Ergebnisse der optischen Dichte, Wasserfestigkeit und Teilchengröße der Tinten vor und nach einwöchigem Altern bei 70ºC.
- Im allgemeinen führte die Zugabe von 0.6% anderer Ammoniumsalze zu ähnlicher Wasserfestigkeit wie bei Ammoniumsulfat. Bei Ammoniumchlorid jedoch trat eine signifikante Zunahme der Teilchengröße von 0,05um auf 2,75 um nach einwöchigem Aufheizen der Tinte bei 70ºC auf. Diese Tinte genügte offensichtlich nicht der 0,45 um-Filtrations-Testgrenze. Das gleiche Phänomen wurde beobachtet, wenn 10% Ammoniumbenzoat in Beispiel XI anstelle von 0.6% Ammoniumbenzoat wie in Beispiel X verwendet wurde. Die Tinte zeigte wiederum Instabilität, wie anhand der Zunahme der Teilchengröße von 0,05 um auf 2,75 um, nachdem die Tinte eine Woche lang auf 70ºC aufgeheizt worden war, demonstriert wurde. Eine mögliche Erklärung könnte im niedrigeren pH der Tinte (etwa 9,5 und 9,0) im Vergleich zu dem pH der anderen Tinten 9,7 liegen. Es ist bekannt, dass der kationische Charakter von EPI mit abnehmendem pH steigt, und es ist möglich, dass im Falle der Ammoniumchlorid-Tinte das EPI mehr kationische Ladung zum Wechselwirken mit dem anionischen Farbstoff aufnimmt, wenn die Tinte auf 70ºC aufgeheizt wird.
- Die Entdeckung wird noch wertvoller, wenn es um nicht-schwarze Tinten geht. Im allgemeinen sind Gelb-, Rot- und Blautöne stärker wasserlöslich wegen ihrer im allgemeinen kleineren Moleküle; entsprechend herausfordernd ist es, sie wasserfest zu machen.
- Die erfindungsgemäß formulierten Tinten wie zuvor angegeben wurden in einem kontinuierlichen Tintenstrahldrucker verwendet, wie er hergestellt wird von Scidex Digital Printing, Inc., in Dayton, Ohio, um ihre Wasserfestigkeit zu testen. Die Drucke, die mit in Übereinstimmung hiermit formulierten Tinten hergestellt wurden, erreichten optische Dichten und Wasserfestigkeiten wie oben angegeben, nachdem sie eine Minute lang in Wasser getaucht wurden. Der Farbstoff der erfindungsgemäßen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung verringert die Löslichkeit der Tinte, und kann daher verwendet werden, um wasserfeste schwarze und farbige Tinten für Tintenstrahldrucker herzustellen.
- Die vorliegende Erfindung ist nützlich auf dem Gebiet des Tintenstrahl-Druckens, und hat den Vorteil, eine Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung zur Verwendung im Tintenstrahl-Druck anzugeben, die eine verringerte Löslichkeit und eine verbesserte Wasserfestigkeit besitzt. Die vorliegende Erfindung bietet den weiteren Vorteil, die IR-Abtastbarkeit zu erhöhen, die höchst wünschenswert ist beim Tintenstrahl-Drucken zum Herstellen wasserbeständiger Barcodes und anderer Markierungen.
- Die Erfindung wurde detailliert mit besonderem Bezug zu bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, aber es ist klar, dass Modifikationen und Abweichungen innerhalb des Geistes und des Umfangs der Erfindung vorgenommen werden können.
Claims (8)
1. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, umfassend einen flüssigen Träger,
einen Farbstoff, ein hydroxyalkyliertes Polyethylenimin und ein Ammoniumsalz
zum Verbessern der Wasserfestigkeit,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniumsalz weniger als 1% der
Tintenzusammensetzung ausmacht und dass das Ammoniumsalz Ammoniumsulfat
umfasst.
2. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1 mit erhöhter
optischer Dichte.
3. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das
hydroxyalkylierte Polyethylenimin ethoxyliertes Polyethylenimin umfasst.
4. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das
ethoxylierte Polyethylenimin 1 bis 2 Gew.-% ausmacht.
5. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die
Wasserfestigkeit der Tinte größer ist als 85%.
6. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff
Sulphur Black 2 umfasst.
7. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff
Direct Black 19 umfasst.
8. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff
IR-abtastbar (scannable) ist.
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