DE69608851T2

DE69608851T2 - Wasserfeste Tinten für den Tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE69608851T2
Application number: DE1996608851
Authority: DE
Inventors: Raouf Botros; Sunita Chavan
Original assignee: Kodak Versamark Inc
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: CA2176862A1; EP0743346A3; DE69608851D1; EP0743346A2; EP0743346B1

Description

Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft wäßrige Flüssigtinten, die nach dem Auftrag wasserfest sind, und insbesondere die Verbesserung der Wasserfestigkeit von Tintenstrahltinten durch Zusatz wasserlöslicher organischer Lösungsmittel zu der Tinte.

Stand der Technik

Beim Tintenstrahldruck wird Tinte unter Druck einem Verteilerbereich zugeführt, von wo sie auf mehrere Öffnungen verteilt wird, die normalerweise in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Die Tinte tritt aus den Öffnungen in Fäden aus, die in Tröpfchenstrahlen zerfallen. Das Drucken mit diesen Tröpfchenstrahlen erfolgt in der Weise, daß einzelne Tropfen selektiv aufgeladen und aus ihrer normalen Bahn abgelenkt werden. Die graphische Wiedergabe wird durch selektives Aufladen und Ablenken von Tropfen aus den Tropfenstrahlen und Absetzen von wenigstens einigen der Tropfen auf einem Druckbildträger bewirkt, während die anderen Tropfen auf einer Tropfenfängervorrichtung auftreffen. Der kontinuierliche Tintenstrahldruck ist beispielsweise in den US-Patenten 4,255,754 und 4,698,123 sowie 4,751,517 beschrieben.
Für den Tintenstrahldruck sind wegen der Fließfähigkeit wasserlösliche Druckfarben erwünscht. Zur Erzeugung dauerhafter Abbildungen sind jedoch wasserfeste Tinten erwünscht. Durch Verringerung der Löslichkeit des Farbmittels erhöht sich die Wasserfestigkeit und umgekehrt. Die Verbesserung der Wasserfestigkeit von Tintenstrahltinten bleibt ein Hauptanliegen. Wasserfeste Tinten sind für Veröffentlichungs- und Dokumentationszwecke, gerade auch im Lotteriegewerbe, höchst erwünscht, damit eine Veränderung der Angaben auf den Dokumenten verhindert wird.
Ein Mittel zur Verbesserung der Wasserfestigkeit ist der Zusatz von Polymeren und Harzen zu Tinten, um die Haftung der Farbe auf dem Substrat zu verbessern. Allerdings beeinträchtigt das Vorhandensein von Harzen in der Tinte die Einsatzfähigkeit der Maschine durch Bildung von Ablagerungen auf der Öffnungsplatte und der Aufladeplatte. Bei der gleichzeitig abgetretenen und anhängigen Anmeldung mit dem Titel "Wasserfeste Farbmittel für beständige Tintenstrahltinten", die am 12. Dezember 1994 eingereicht wurde, ist das Polymer Bestandteil der Molekülstruktur des Farbmittels. Daher fixiert das Polymer die Farbe auf der Oberfläche, wenn es aushärtet, und die Tinte wird wasserfest. Das kationische Polymer tritt in Wechselwirkung mit den anionischen Farbstoff unter Bildung eines weniger gut löslichen Farbderivats.
In dem gleichzeitig abgetretenen US-Patent 08/204,479, das am 20. Juni 1995 erteilt wird, wird eine wasserfeste Tinte offenbart, die einen flüssigen Träger, einen Farbstoff und ein verzweigtes N-Hydroxyalkylpolyethyleniminpolymer, von dessen verfügbaren Stickstoffatomen etwa 80% substituiert sind, enthält. Die Verwendung von hydroxyethyliertem Polyethylenimin und dergleichen in der Tinte ergab eine deutliche Verbesserung der Wasserfestigkeit von 40 bis 60% auf 70 bis 95% je nach Substrat und Farbstoff in der Tinte. Ein Nachteil dieser Technik besteht jedoch darin, daß der Anteil an hydroxyethyliertem Polymer mindestens 2% betragen muß, damit diese Wasserfestigkeit erreicht wird.
Am besten fließfähig sind grundsätzlich Tinten mit sehr gut wasserlöslichen Bestandteilen, die frei von Polymeren oder Harzen sind. Polymere Stoffe neigen zur Konzentrierung in Tinten und an Öffnungen, was zu ihrem vorzeitigen Aushärten oder zu einer Wechselwirkung mit anderen Tintenbestandteilen unter Bildung eines unlöslichen Farbstoffderivats führen kann. Obwohl hydroxyethyliertes Polyethylenimin gut wasserlöslich ist, neigt beispielsweise ein kleiner Teil davon zu vorzeitigen Wechselwirkungen mit dem anionischen Farbstoff unter Bildung eines unlöslichen Rückstands.
Damit wird ein Bedarf an einer verbesserten wasserfesten Tinte für Tintenstrahlaufzeichnungsgeräte erkennbar.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Bedarf wird gedeckt durch die erfindungsgemäße wasserfeste Tintenzusammensetzung, wobei die Verbesserung der Wasserfestigkeit der Tintenstrahltinte durch Zusatz bestimmter wasserlöslicher organischer Lösungsmittel zu der Tinte erreicht wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Tintenzusammensetzung einen flüssigen Träger, ein Farbmittel, ein Polymer und mindestens ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel zur Verbesserung der Wasserfestigkeit. Die Tinte enthält vorzugsweise 1% hydroxyethyliertes Polyethylenimin, dem 2% N- Methylpyrrolidon zugesetzt worden sind, um die Wasserfestigkeit der Tinte auf über 90% zu erhöhen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die die Wirkung des erfindungsgemäßen Zusatzes eines wasserlöslichen Lösungsmittels auf die Beständigkeit des Bildes zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung für den Tintenstrahldruck enthält einen flüssigen Träger, ein Farbmittel, ein Polymer und mindestens ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel. Es wurde bereits erwähnt, daß am besten fließfähig die Tinten sind, die sehr gut wasserlösliche Bestandteile und keine Polymere oder Harze enthalten. Polymere Stoffe neigen zur Konzentration in der Tinte und an Öffnungen, was zu ihrem vorzeitigen Aushärten oder zu einer Wechselwirkung mit anderen Tintenbestandteilen unter Bildung eines unlöslichen Farbstoffderivats führen kann. Vorzugsweise sollte die Bildung der unlöslichen Substanz auf dem Substrat nach dem Trocknen des Bildes erfolgen und nicht, während die Tinte durch den Drucker zirkuliert.
Obwohl hydroxyethyliertes Polyethylenimin sehr gut wasserlöslich ist, neigt ein kleiner Teil davon zu vorzeitigen Wechselwirkungen mit dem anionischen Farbstoff unter Bildung eines unlöslichen Rückstands. Dies wird durch einen etwa 5-prozentigen Abfall der dekadischen Extinktion nach Zusatz von 2% Polymer zu der Farbstofflösung bestätigt. Wird nur 1% Polymer zugesetzt, ist der Abfall der dekadischen Extinktion nur unbedeutend. Jedoch vermindert sich die Wasserfestigkeit der Tinte entsprechend um etwa 20%. Die Tinte mit 1% Polymer hat im Tintenstrahldrucker eine hervorragende Fließfähigkeit.
Nach Zusatz von 2% N-Methylpyrrolidon (NMP) zu der Tinte, die nur 1% Polymer enthielt, erhöhte sich die Wasserfestigkeit auf über 90% im Vergleich zur selben Tintenzusammensetzung ohne NMP. Das bedeutet, daß der Zusatz von NMP die Wasserfestigkeit der Tinte wesentlich erhöht. Das ist ein gänzlich unerwartetes Ergebnis, weil das organische Lösungsmittel NMP als gut wasserlöslich bekannt ist. Seine Verwendung als Farbstofflösungsmittel und Anfeuchter in Tintenstrahltinten ist in der Patentliteratur, z. B. in den US-Patenten 4,842,646 und 5,100,471 sowie 5,296,023 und 5,389,131, dokumentiert. Es wurde auch festgestellt, daß der Zusatz von NMP zu Tinten, die kein Polymer enthalten, sich nicht auf die Wasserfestigkeit ausgewirkt hat, was besagt, daß die Kombination eines Polymers mit einem was erlöslichen organischen Lösungsmittel zu der deutlichen Zunahme der Wasserfestigkeit führt.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Wirkung des Zusatzes eines wasserlöslichen Lösungsmittels, speziell von NMP, zu einer Tinte, die 1% Polymer enthält, auf die Wasserlöslichkeit. Das Polymer ist vorzugsweise ein hydroxyethyliertes Polyethylenimin (PEI). Wie der Graph zeigt, lag die Beständigkeit bei einem NMP-Zusatz zur Tinte von 0%, angezeigt mit Punkt 10, bei etwa 75%. Bei Zusatz von NMP bis zu einer Konzentration von gerade eben 1%, angezeigt mit Punkt 12, erhöhte sich die Wasserfestigkeit merklich auf ungefähr 87%. Eine NMP-Konzentration von 2% jedoch erhöhte die prozentuale Beständigkeit auf nahezu 95%, angezeigt mit Punkt 14. Eine weitere Erhöhung der NMP-Konzentration erhöht die Wasserfestigkeit weiter, wie mit Punkt 16 und 18 angezeigt, jedoch nicht in dem frappierenden Grad wie er bei einem Zusatz von NMP zwischen 0 und 2% beobachtet wurde.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Tintenzusammensetzung 1% hydroxyethyliertes Polyethylenimin, dem 2% N-Methylpyrrolidon zugesetzt werden, um die Wasserfestigkeit der Tinte auf über 90% zu erhöhen.
Der flüssige Träger der erfindungsgemäßen Tintenstrahltintenzusammensetzung enthält ein Amin, vorzugsweise ein alkyl- und alkanolsubstituiertes Amin wie Dimethylethanolamin, Triethanolamin, Diethylethanolamin und dergleichen. Weitere wahlweise Zusätze zu dem erfindungsgemäßen Träger sind beispielsweise Korrosionsinhibitoren wie Alkanolamin in einer Menge zwischen 0 und 0,2 Gew.-% und ein Netzmittel wie ethoxylierter Glykolether mit 0 bis 1 Gew.-% sowie ein niedrigwertiger aliphatischer Alkohol mit einer Hydroxygruppe und bis zu fünf Kohlenstoffatomen in einer geraden oder einer verzweigten Kette in einer Menge von 0 bis 10 Gew.-% und ein Biozid wie Dehydroessigsäure mit 0 bis 0,5 Gew.-%. Die Tinte kann wahlweise auch einen Entschäumer wie einen Phosphatester, einen silikonhaltigen oder silikonfreien Entschäumer oder Acetylendiol enthalten.
Der Farbstoff in der erfindungsgemäßen Tintenstrahltintenzusammensetzung ist wasserlöslich und vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Direktfarbstoffen, Säurefarbstoffen und Lebensmittelfarbstoffen. Grundsätzlich sollte die Farbstoffkonzentration zwischen etwa 2 und 4 Gew.-% liegen.
Es wurden auch andere Lösungsmittel wie Sulfolan, N,N-Dimethylformamid (DMF) und Dimethylsulfoxid in Kombination mit dem hydroxyethylierten PEI probiert. Es wurde eine gewisse Zunahme der Wasserfestigkeit beobachtet, jedoch nicht in dem durch den Zusatz von NMP erreichten Grad.
Erfindungsgemäß kann jeder geeignete Farbstoff zur Herstellung des Farbstoffkonzentrats verwendet werden, das zur Formulierung einer IR-abtastbaren Tinte verwendet werden kann, beispielsweise Schwefelschwarz 2, sonstige schwarze Tinten wie Direktschwarz 19 (DB-19), Primärfarbstoffe wie die im Handel erhältlichen Farbstoffe PRO-JET CYAN 1 LIQUID, PRO-JET MAGENTA 1 LIQUID, PRO- JET YELLOW 1 LIQUID, PRO-JET FAST CYAN 2 LIQUID, PRO-JET FAST MAGEN- TA 2 LIQUID und PRO-JET FAST YELLOW 2 LIQUID sowie verschiedene andere Farbstoffe und Kombinationen von Farbstoffen. Bei den nachfolgenden Beispielen sind verschiedene wasserlösliche organische Lösungsmittel und ihre Wirkung auf die Wasserfestigkeit aufgeführt.

Beispiel 1

Herstellung eines Farbstoffkonzentrats:

10% flüssiges DB-19 375,0 g
Surfynol 465 4,5 g
Dimethylaminethanol (DMAE) 15,0 g
demineralisiertes Wasser 955,5 g
Nachdem die Tintenzusammensetzungen erfindungsgemäß wie vorstehend formuliert worden waren, wurde die sich ergebende Tinte in einem kontinuierlichen Tintenstrahldrucker, beispielsweise einem von der Scitex Digital Printing, Inc., Dayton, Ohio, hergestellten Gerät, verwendet, um sie auf ihre Wasserfestigkeit zu prüfen. Die mit der erfindungsgemäß formulierten Tinte hergestellten Drucke wiesen nach etwa einminütigem Einweichen in Wasser die bei den Beispielen angegebene Wasserfestigkeit auf. Der Farbstoff in der erfindungsgemäßen Tintenstrahlzusammensetzung vermindert die Löslichkeit der Tinte und kann daher zur Formulierung wasserfester schwarzer und subtraktiver Primärfarbentinten für Tintenstrahldrucker verwendet werden.

Gewerbliche Anwendbarkeit und Vorteile

Die Erfindung eignet sich für den Tintenstrahldruck und hat den Vorteil der Formulierung eines modifizierten Farbstoffs zur Verwendung in Tintenstrahldruckfarben von verringerter Löslichkeit und erhöhter Wasserfestigkeit. Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß die Fließfähigkeit verbessert ist, weil der Polymergehalt von 2% auf 1% verringert wurde.
Die Erfindung wurde ausführlich anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, es versteht sich jedoch von selbst, daß im Rahmen des Schutzumfangs Abwandlungsmöglichkeiten gegeben sind.

Claims

1. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck umfassend einen flüssigen Träger, ein Farbmittel, 1 Gew.-% eines hydroxyethylierten Polyethyleniminpolymers und 2 Gew.-% N-Methylpyrrolidon.

2. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck nach Anspruch 1, worin die Wasserechtheit der Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck größer als 90% ist.

3. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Farbmittel Schwefelschwarz 2 umfaßt.

4. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin das Farbmittel IR-abtastbar ist.

5. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin das Farbmittel einen Tetraazofarbstoff umfaßt.

6. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck nach Anspruch 5, worin das Farbmittel Direktschwarz 19 umfaßt.

7. Zusammensetzung für den Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin das Farbmittel einen subtraktiven primären Farbstoff umfaßt.