WO1990001053A1 - Elektrisch leitfähige tinte für tintenstrahldrucker - Google Patents

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organic additives
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Lutz Vite
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/30—Inkjet printing inks
    • C09D11/36—Inkjet printing inks based on non-aqueous solvents

Definitions

  • the invention relates to an ink for inkjet printers, which consists of at least one organic solvent, at least one highly purified dye and optionally other auxiliaries.
  • the color transfer is achieved by ejecting fine ink droplets from the nozzles of a print head onto the medium to be printed, which is usually paper.
  • the nozzles which are usually arranged in matrix form in the print head, are connected via fine ink channels to an ink jet generating device and further to an ink reservoir.
  • the ink jet or the spinning off of an ink droplet is generated by a piezoelectric element which surrounds part of the ink channel in a ring.
  • inks suitable for inkjet printers Corresponding requirements are placed on inks suitable for inkjet printers.
  • the viscosity and surface tension of the inks must reach certain values in order to achieve a good drip flight image and thus a good print image. These values must remain constant so that the print quality does not change even after long use of the ink changed or worsened.
  • the ink solutions must therefore be both chemically and physically stable. There must be no deposits inside the print head that could clog the fine ink channels and nozzles.
  • the ink In the case of bubble jet printers, the ink must also be thermally stable in order to be able to withstand the short-term high temperatures at the thermal converter element.
  • the inks should also not contain any ions which assist the corrosion of these metal parts. Above all, alkali chloride and alkali sulfate are dangerous and should be avoided. As a result of the ever increasing demands, the inks are provided in increasingly better and purer quality, since increasingly purer starting compounds are used.
  • the object of the present invention is therefore to provide an ink, in particular for piezo-jet printers, which has a required electrical conductivity without showing the disadvantages associated with the charge carriers.
  • an ink of the type mentioned above in that, in order to achieve a defined electrical conductivity of the ink, further organic additives are added which generate charge carriers (ions) when dissolved in the at least one solvent.
  • these organic additives are quaternary ammonium compounds of the general formula NH 4-a R a A, where in which the radicals R independently of one another represent alkyl or aryl radicals, a is the number 1, 2 or 3 and A is a suitable anion which is selected such that the ammonium compound in the ink is stable without decomposition.
  • purely organic additives are now used to achieve electrical conductivity. These can be used in inks with a variety of organic solvents and are therefore also suitable for special ink compositions. Compared to the iodides and bromides mentioned above, there is also a significant cost saving for the ink composition.
  • the hydroxides of tetraalkyl or tetraarylammonium compounds are particularly suitable. These also form chemically stable solutions in basic. Monoalkyl, dialkyl and trialkylammonium or corresponding arylammonium compounds are also suitable in less basic ink solutions.
  • ammonium compounds of the general formula are used as organic additives
  • Sulfur atom of the XSO 3 group is an organic radical, for which at least the same selection applies as for R.
  • Organic additives in which X comprises an at least partially halogenated group are also used with good success.
  • X may represent a trifluoromethyl group or a larger group containing such a trifluoromethyl group.
  • Corresponding chlorinated or brominated organic groups are also possible.
  • the following is a small selection of suitable compounds which, according to the invention, can increase the conductivity of inks as organic additives. These are only examples, so that the list cannot be exhaustive.
  • the invention can be carried out in many embodiments in accordance with the general structural formulas given. Good results show, for example:
  • Tetramethylammonium hydroxide Tetraethylammonium hydroxide
  • the electrolytes or conductivity additives given by way of example are on the order of approximately 2 percent by weight mixed with the ink.
  • the electrical that can be achieved are on the order of approximately 2 percent by weight mixed with the ink.
  • the invention provides a way by which the range of dyes possible for ink compositions is significantly expanded. Zuifl example, solvent dyes can now also be used.
  • the inks can be constructed on an anhydrous basis or, like newer ink compositions, can contain up to 10 percent by weight of water. Such more water-containing inks then contain a poly- or diethylene glycol as a viscosity-increasing additive.
  • the ink according to the invention is particularly suitable for printers which operate according to the piezo-jet process, but can also be used for bubble-oet processes and other ink-jet processes.

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Abstract

Es wird eine Tinte für Tintenstrahldrucker vorgeschlagen, die neben mindestens einem organischen Lösungsmittel, mindestens einem hochgereinigten Farbstoff sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen weitere organische Zusätze zum Erzielen einer definierten elektrischen Leitfähigkeit enthält, welche beim Lösen in den mindestens einem Lösungsmittel Ionen erzeugen. Mit quartären Ammoniumverbindungen wie zum Beispiel Tetraalkylammoniumhydroxid oder Tetraarylammoniumhydroxid oder auch anderen in der Tintenlösung stabilen organischen Salzen als Zusätze zur Tinte werden gute elektrische Leitfähigkeiten erzielt. Die Anionen sind dabei so ausgewählt, daß die Tinte bei metallhaltigen Druckerteilen oder metallhaltigen zu bedruckenden Teilen keine Korrosion auslöst. Mit der Erfindung wird die Auswahl der für Tinten einsetzbaren Lösungsmittel und Farbstoffe deutlich vergrößert und auch bei hochgereinigten Ausgangsstoffen bzw. Komponenten der Tinte eine elektrische Leitfähigkeit gewährleistet.

Description

Elektrisch leitfähige Tinte für Tintenstrahldrucker.
Die Erfindung betrifft eine Tinte für Tintenstrahldrucker, welche aus mindestens einem organischen Lösungsmittel, mindestens einem hochgereinigten Farbstoff sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen besteht.
Bei Tintenstrahldruckern wird die Farbübertragung durch Ausstoßen von feinen Tintentrδpfchen aus den Düsen eines Schreibkopfes auf das zu bedruckende Medium, welches üblicherweise Papier ist, erzielt. Die im Schreibkopf meist in Matrixform an geordneten Düsen werden über feine Tintenkanäle mit einer Tintenstrahlerzeugungsvorrichtung und weiter mit einem Tintenvorratsbehälter verbunden. Beim Piezo-Jet-Verfahren wird der Tintenstrahl bzw. das Abschleudern eines Tintentröpfchens durch ein piezoelektrisches Element erzeugt, welches einen Teil des Tintenkanals ringförmig umschließt. Wird ein solches piezoelek trisches Element mit einem elektrischen Impuls angesprochen, kommt es im Bereich dieses Elements zu einer Querschnittsverringerung des Tintenkanals, in dessen Folge ein Tintentrδpfche aus dem in einer Düse endenden Tintenkanal ausgestoßen wird. Beim Bubble-Jet-Verfahren wird die kinetische Energie für das Ausstoßen eines Tintentröpfchens durch Verdampfen einer Tintenkomponente erzeugt. Die dazu nötige Warme wird von einem Thermowandlerelement bereitgestellt, welches in einem bestimmten Bereich des Tintenkanals innerhalb des Schreibkopfes angeordnet ist.
An die für Tintenstrahldrucker geeigneten Tinten werden entspr chende Anforderungen gestellt. Zum Beispiel müssen Viskosität und Oberflächenspannung der Tinten gewisse Werte erreichen, um ein gutes Tropfenflugbild und somit ein gutes Druckbbild zu erzielen. Dabei müssen diese Werte konstant bleiben, damit sich auch nach längerem Gebrauch der Tinte die Druckqualität nicht verändert bzw. verschlechtert. Die Tintenlösungen müssen also sowohl chemisch als auch physikalisch stabil sein. Innerhalb des Druckkopfes darf es zu keinerlei Ablagerungen kommen, welche die feinen Tintenkanäle und Düsen verstopfen könnten. Beim Bubble-Jet-Drucker muß die Tinte außerdem thermisch stabil sei um die kurzfristig auftretenden hohen Temperaturen am Thermowandlerelement unzörsetzt zu überstehen. Da in den mit der Tinte in Kontakt tretenden Teilen des Druckkopfes und des Druckers allgemein auch Metalle enthalten sind, sollen die Tinten auch keine die Korrosion dieser Metallteile unterstützenden Ionen enthalten. Gefährlich und deshalb zu vermeiden sind vor allem Alkalichlorid und Alkalisulfat. Infolge der ständig steigenden Anforderungen werden die Tinten in zunehmend besserer und reinerer Qualität bereitgestellt, da zunehmend reinere AusgangsVerbindungen verwendet werden.
Dadurch entsteht jedoch ein neues technisches Problem. Zur Flüssigkeitsstandkontrolle im Tintenvorratsbehälter wurde bisher die durch die genannten anorganischen Salze erzeugte Leitfähigkeit ausgenützt. Mehrere innerhalb des Tintenvorratsbehälters angebrachte Elektroden zeigen bei Kontakt mit der Tinte durch das Fließen eines Stroms den Füllstand an. Bei neuen
Tinten reicht jedoch deren Leitfähigkeit aufgrund des geringeren Gehaltes an Ladungsträgern bzw. ionischen Verunreinigungen nicht mehr aus, eine exakte Füllstandsanzeige zu gewährleisten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Tinte insbesondere für Piezo-Jet-Drucker anzugeben, welche eine erforde liehe elektrische Leitfähigkeit aufweist, ohne die mit den Ladungsträgern verbundenen Nachteile zu zeigen.
Diese Aufgabe wird durch eine Tinte der obengenannten Art erfindungsgemäß dadurch gelost, daß zum Erzielen einer definierten elektrischen Leitfähigkeit der Tinte weitere organische Zusätze beigemischt sind, die beim Lösen in dem mindestens einen Lösungsmittel Ladungsträger (Ionen) erzeugen. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß diese organischen Zusätze quartäre Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel NH4-aRaA sind, wo bei die Reste R unabhängig voneinander Alkyl- oder Arylreste darstellen, a die Zahl 1, 2 oder 3 bedeutet und A ein passendes Anion ist, welches so ausgewählt ist, daß die Ammoniumverbindung in der Tinte unzersetzt stabil ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gerade bei Tinten für Piezo-Jet-Drucker, welche nahezu wasserfrei sind, war es ein Problem, geeignete organische Verbindungen zu finden, welche mit den übrigen Tintenbestandteilen verträglieh sind, die die Eigenschaften der Tinte bezüglich Stabilität und Druckqualität nicht verschlechtern und die gleichzeitig in der Tintenlδsung eine ausreichend hohe Konzentration an Ladungs trägern liefern, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der Tinte zu erzeugen. Selbst bei Verwendung ionischer Farbstoffe kann die geforderte Leitfähigkeit oft nicht gewährleistet werden.
Aus der DE-OS 34 15 098 ist ein elektrisch leitfähiges Schreiboder Markierungsmittel bekannt, welches auch in Tintenstrahldruckern eingesetzt werden kann. Dieser Tinte werden als elektrolytisch wirksame Substanz Iodide oder Bromide von Alkalioder Erdalkalimetallen zugesetzt. Mit diesen rein anorganischen Zusätzen wird zwar eine gute elektrische Leitfähigkeit der Tinte erreicht und eine Korrosion von metallhaltigen Druckerbestandteilen bzw. bedruckten Materialien vermieden, doch ist man dabei auf eine geringe Auswahl an verwendbaren organischen Lösungsmitteln beschränkt. Um ausreichend Elektrolyt zu lösen, müssen Ketone oder Alkohole allein oder in Mischung enthalten sein. Außerdem handelt es sich insbesondere bei den Iodiden um relativ teuere Verbindungen.
Erfindungsgemäß werden nun zur Erzielung einer elektrischen Leitfähigkeit rein organische Zusätze verwendet. Diese können in Tinten mit einer Vielzahl von organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden und sind daher auch für spezielle Tintenzusammensetzungen geeignet. Gegenüber den obengenannten Iodiden und Bromiden ergibt sich außerdem eine deutliche Kostenersparnis für die Tintenzusammensetzung. In den meist basischen Tintenzusammensetzung sind Insbesondere die Hydroxide von Tetraalkyl- bzw. Tetraarylammoniumverbindungen geeignet. Diese bilden auch im Basischen chemisch stabile Lösungen. In weniger basischen Tintenlösungen sind auch Monoalkyl-, Dialkyl- und Trialkylammonium- bzw. entsprechende Arylammoniumverbindungen geeignet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als organische Zusätze Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel
NR4 +/XSO-3 eingesetzt, wobei die Reste R unabhängig voneinander einwertige Alkyl-, Aryl- oder Arylalkylgruppen sind und X ein an das
Schwefelatom der XSO3-Gruppe gebundener organischer Rest ist, für den zumindest die gleiche Auswahl wie für R gilt. Mit gutem Erfolg werden auch solche organischen Zusätze verwendet, bei denen X eine zumindest zum Teil halogenierte Gruppe umfaßt. So kann X zum Beispiel eine Trifluormethylgruppe oder eine eine solche Trifluormethylgruppe enthaltende größere Gruppe bedeuten. Auch entsprechende chlorierte oder bromierte organische Gruppen sind möglich. Im folgenden wird eine kleine Auswahl an geeigneten Verbindungen genannt, die als organische Zusätze erfindungsgemäß die Leitfähigkeit von Tinten erhöhen können. Es handelt sich nur um exemplarisch aufgeführte Beispiele, so daß die Aufzählung nicht vollständig sein kann. Die Erfindung läßt sich entsprechend den angegebenen allgemeinen Strukturformeln in vielen Ausführungsformen durchführen. Gute Ergebnisse zeigen zum Beispiel:
Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid,
Trimethylphenylammoniumhydroxid, Benzyltrimethylammoniumhydroxid, Tetramethylammoniumtrifluormethylsulfonat, Tetraethylammoniumtrifluormethylsulfonat, TetramethylammoniumToluol-4-sulfonat und Tetraethyiammonium-Toluol-4-sulfonat.
Die beispielhaft angegebenen Elektrolyte bzw. Leitfähigkeitszusätze werden in einer Größenordnung von ca. 2 Gewichtsprozent der Tinte beigemischt . Die dadurch erzielbare elektrische
Leitfähigkeit übertrifft den technisch geforderten Wert von ca. 0 ,2 mS/cm (25ºC) deutlich. Mit der Erfindung wird ein Weg angegeben , mit dem die Palette der für Tintenzusammensetzungen möglichen Farbstoffe deutlich erweitert wird. Zuifl Beispiel lassen sich jetzt auch Solventfarbstoffe einsetzen. Die Tinten können auf wasserfreier Basis aufgebaut sein oder wie neuere Tintenzusammensetzungen bis 10 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Solche stärker wasserhaltigen Tinten enthalten dann ein Poly- oder Diethylenglykol als die Viskosität steigernden Zusatz . Die erfindungsgemäße Tinte eignet sich insbesondere für Drucker, die nach dem Piezo-Jet-Verfahren arbeiten , kann aber auch für Bubble-Oet-Verfahren und andere Ink-Jet-Verfahren eingesetzt werden.
5 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche
1. Tinte für Tintenstrahldrucker, bestehend aus mindestens einem organischen Lösungsmittel, mindestens einem hochgereinigten Farbstoff sowie gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Erzielen einer definierten elektrischen Leitfähigkeit der Tinte weitere organische Zusätze beigemischt sind, die beim Lösen in dem mindestens einen Lösungsmittel Ladungsträger (Ionen) erzeugen.
2. Tinte nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die organischen Zusätze quartäre Ammoniumverbindungen der allgemeinen Formel NH4-a RaA sind, wobei die Reste R unabhängig voneinander Alkyl- oder Arylreste darstellen, a die Zahl 1, 2 oder 3 bedeutet und A ein passendes Anion ist, das so ausgewählt ist, daß die Ammoniumverbindung in der Tinte unzersetzt stabil ist.
3. Tinte nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die organischen Zusätze Tetraalkyl- oder Tetraarylammoniumhydroxide sind.
4. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die organischen Zusätze die allgemeine Formel
NR4 +/XSO3- besitzen, wobei die Reste R unabhängig voneinander einwertige Alkyl-, Aryl- oder Arylalkylgruppen sind und X ein an das Schwefelatom der XSO3-Gruppe gebundener organischer Rest ist, für den zumindest die gleiche Auswahl wie für R gilt.
5. Tinte nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an den organischen Rest X gebundene
H-Atome zumindest teilweise durch die Halogenatome Fluor, Chlor oder Brom ersetzt sind.
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