DE2160464B2 - Infrarotabsorbierende tinte zum strahldrucken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tinte, die sich zur Anwendung beim Strahldruckverfahren eignet und charakterisiert ist durch eine hohe Infrarotabsorption. Sie enthält in einem wäßrigen Medium eine weitgehend IR-absorbierende, farbliefernde Komponente und ein Feuchthaltesystem in Form eines aliphatischen Polyols und/oder dessen Alkyläther.

In dem Technical Report Nr. 1722-1 des Stanford University Electronics Research Laboratory vom März 1964 »High Frequency Oscillography with Electrostatically Deflected Ink Jets« findet sich eine Beschreibung der ersten Strahldruckverfahren »jet printing«; die Grundlage der Aufbringung der Informationen nach dem Strahldrucken ist die Anwendung von einer oder mehreren Tintenstrahlen in entsprechender Anordnung und verbunden mit einem Tintenvorratsgefäß, welches unter Druck steht. Der Tintenstrahl tritt aus einer sehr kleinen Düse, im allgemeinen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 61 μπι, die durch magnetorestriktive oder piezoelektrische Vorrichtung elektromagnetisch bestätigt wird, so daß ein kontinuierlicher Strahl von gleichmäßigen Tintentröpfchen mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 33 bis 75 kHz austreten kann. Der Tröpfchenstrom wird auf die Oberfläche einer sich vorschiebenden Bahn, z. B. aus Papier, gerichtet, der für die aufzudruckenden Informationen aufgrund eines Videosignals, welches aus einem elektronische Schriftzeichen liefernden Gerät und aufgrund eines elektrostatischen Ablenksystems gesteuert wird.

Bei diesen ersten Strahldruckverfahren wurden verschiedene handelsübliche Füllfedertinten angewandt. Es zeigte sich jedoch, daß die allgemein verfügbaren Tinten für das Strahldrucken ungeeignet sind, da sie häufig Feststoffteilchen des Farbstoffs enthalten, die oft zu einem Verstopfen der sehr kleinen Düse führen.

Handelsübliche Tinten haben die Tendenz einzutrocknen, wenn sie kurze Zeit (z. B. über Nacht) in der Strahlvorrichtung verbleiben oder wenn das Druckwerk nicht in Verwendung steht; eingetrocknete Feststoffe verstoDfen die Düsen, so daß ein Nachfließen der Tinte

bei Wiederinbetriebnahme des Druckwerks verhindert

^W'S ist bekannt, daß Feuchthaltemittel, wie Glycerin, im allgemeinen zur Verringerung des unerwünschten Trocknens der Tinte zugesetzt werden. Jedoch ist diese Methode bei Strahldrucktinten nicht anwendbar, da Glycerin eine hohe Viskosität, und zwar in der Größenordnung von 90OcP besitzt und damit nicht als Feuchthaltemittel in ausreichenden Mengen angewandt werden kann, um das unerwünschte Eintrocknen in den Düsen und Zuleitungen der Tinte ohne nennenswerte Erhöhung der Tintenviskosität bis zu einem solchen Ausmaß gestattet, daß sie nicht mehr durch die Düsen des Druckwerkes in der benötigten Weise ausströmen kann Dieses Problem ist weiters verbunden mit der Tatsache daß Strahldrucktinten im allgemeinen in das Strahldru'ckwerk zurückgeleitet werden, so daß die Tinte fortlaufend einem Wasserverlust durch Verdunsten unterliegt, wodurch die Viskosität weiter ansteigt

Es sind die verschiedensten Druckfarben oder Tinten bekannt, die in einem flüssigen Medium neben den Farbkomponenten noch ein Feuchthaltesystem besitzen Als Feuchthaltesystem kommen Polyole und deren Alkyläther in Frage. Bei den Anwendungsgebieten dieser bekannten Tinten und Druckfarben handelt es sich jedoch nicht um das Strahldrccken, *o daß es auch in diesem Stand der Technik nicht um die Lösung von speziellen Problemen, die nur beim Strahldrucken auftreten, geht. .

Es ist manchmal wünschenswert, eine Tinte fur das Strahldruckverfahren zu haben, welche stark Infrarot-Strahlung absorbiert Bei der Herstellung von mehreren Kopien von thermisch mit Informationen versehenen Vervielfältigungsvorlagen ist es erforderlich, daß der thermisch auf dem Träger gedruckte Informationsgehalt zumindest 50% der IR-Strahlung im Bereich von etwa 700 bis llOOnm absorbiert und Strahlung im längeren Wellenlängenbereich in Form von Wärme reemittiert, wodurch die Informationen von der Vervielfältigungsvorlage übertragen werden.

Für manche Anwendungsgebiete ist es wünschenswert, daß das aufkopierte Bild oder der Informationsgehalt mit IR-Abtastgeräten feststellbar ist. Für Strichcode-Auswertungen wird die Kopie IR-Strahlung im Bereiche von 800 bis llOOnm ausgesetzt, wobei die Information derart sein soil, daß die Reflexion aus den Bildbereichtn gegenüber der Hintergrundreflexion (< 50%) zur Bestimmung mit Hilfe von IR-Detektoren ausreicht.

Aufgabe der Erfindung ist nun eine Tinte für das Strahldrucken, mit deren Hilfe man Kopien herstellen kann, deren Informationsgehalt hohe IR-Absorption besitzt. Dabei soll die Reflexion oder Remission weniger als 50% gegen den Hintergrund betragen. Die Tinte soll die gewünschte Viskosität über längere Anwendungszeiten beibehalten und im wesentlichen verhindern oder zumindest stark verringern das Eintrocknen in den Düsen des Strahldruckwerks.

Die erfindungsgemäße Tinte für das Strahldruckverfahren enthält ein IR-absorbierendes, färbendes Material und zumindest ein Feuchthaltemittel in wäßrigem Medium. Damit lassen sich Vervielfältigung herstellen, deren Informationsinhalt eine IR-Reflexion von weniger als 50% gegen Hintergrund besitzen.

Bei der erfindungsgemäßen IR-absorbierenden Tinte für das Strahldrucken wird ausgegangen von einem wäßrigen Medium, enthaltend eine farbgebende Substanz und als Feuchthaltemittel 1 bis 30 Gew.-%

aliphatischs Polyole und/oder deren Alkyläther sowie ionisierbare Substanzen. Die Viskosität der Tinte soll bei 25° C 1 bis 10 cP und der spezifische Widerstand 50-5000 Ω · cm betragen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 8 Gew.-% einer IR-absorbierenden Substanz enthalten sind, die zumindest 50% zwischen 700 und 1100 nm absorbiert

Die Viskosität der erfindungsgemäßen Tinte bleibt über lange Arbeitsbereiche gleichmäßig trotz eines gewissen Wasserverlusts durch Verdampfen. Die in den erfindungsgemäßen Tinten zur Anwendung gelangenden Feuchthaitemittel dienen neben einer relativ gleichmäßigen Viskosität während der Anwendung zur Verhinderung oder zumindest wesentlichen Herabsetzung des Antrocknens der Tinte in der Düse, wodurch ein Verstopfen der Düse und damit eine Betriebsunterbrechung des Druckwerks verhindert wird.

Als IR-absorbierende Komponente bevorzugt man wasserlösliche Nigrosin-Farbstoffe, modifizierte Nigrosin-Farbstoffe (wie Calcocid Schwarz SR), alkohollösli- _M ehe Nigrosin-Farbstoffe, die wasserlöslich gemacht werden, wäßrige Rußdispersionen und deren Gemische. Die alkohollöslichen Nigrosine kann man in Wasser solubilisieren, indem der Nigrosinfarbstoif zuerst in dem organischen Lösungsmittel, welches mit Wasser mischbar ist, gelöst wird, woraufhin diese Lösung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Tinte verwendet wird. Als organisches Lösungsmittel bevorzugt man N-Methyl-2-pyrrolidin.

Wäßrige Rußdispersionen können in der erfindungsgemäßen Tinte angewandt werden und besitzen im allgemeinen besonders hohe IR-Absorption. Aus diesem Grund ist es möglich und häufig auch wünschenswert, ein Gemisch aus Farbstoff der genannten Art oder ein solubiiise· tes Nigrosin mit einer wäßrigen Rußdispersion anzuwenden. Wäßrige Rußdispersionen sind allgemein bekannt und verfügbar.

Normalerweise enthalten die erfindungsgemäßen IR-absorbierenden Tinten genügend ionisierte Verunreinigungen, daß das wäßrige System die gewünschte Leitfähigkeit hat. So enthalten z. B. die obenerwähnten hoch IR-absorbierenden Farbstoffe genügend ionisierbare anorganische Salze, wie Glaubersalz oder Natriumchlorid, welche während der Farbstoffherstellung zur Standardisierung der Farbstoffprobe dienten.

In ähnlicher Weise können Nigrosin-Farbstoffe und wäßrige Rußdispersionen ionisierbare organische Substanzen aufweisen. Wird jedoch eine reine IR-absorbierende Verbindung ohne ionisierbarem Anteil angewandt, so erreicht man die gewünschte Leitfähigkeit durch Zusatz einer ionisierbaren Substanz wie eines Salzes. Normalerweise wird bei einem Gehalt an Salz bis zu etwa 2% die gewünschte Leitfähigkeit sichergestellt.

Die IR-absorbierenden Substanzen insgesamt sollen 1 bis 8 Gew.-% der Tinte aufmachen. Wird eine wäßrige Rußdispersion allein oder zusammen mit einer anderen IR-absorbierenden Substanz angewandt, so ist es im allgemeinen wünschenswert, daß der Rußgehalt unter 1 Gew.-% liegt, da höhere Anteile zu einer Erhöhung der Viskosität der Tinte und zu einer steigenden Gefahr der Düsenverstopfung führen können. Wird eine Kombination von Ruß und einem löslichen und/oder solubilisierbaren Farbstoff angewandt, so wurde festgesielt, daß gute Ergebnisse erreicht werden, wenn die Kombinution 0,1 bis 0,75 Gew.-% Ruß und 1 bis 3 Gew.-% lösliche und/oder solubilisierbare Farbstoffe enthält Werden nur lösliche und/oder solubilisierbare Farbstoffe ohne Ruß angewandt, so liegt der bevorzugte Farbstoffgehalt zwischen 2 und 5 Gew.-%.

Als Feuchthaltemittel kann man aliphatische Polyole, vorzugsweise Alkylenglykole anwenden, deren Alkylengruppe vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält Außer den monomeren Alkylenglykolen können auch Oligo- oder Polyalkylenglykole angewandt weiden, wie Diäthylen-, Dipropylen-, Triäthylen-, Tripropylen- oder TetraäthylengiykoL Man kann handelsübliche Polyalkylenglykole anwenden wie Polyäthylenglykole mit mittleren Molekulargewichten von etwa 200 bzw. 300. Werden Polyäthylenglykole angewandt, so sollen diese vorzugsweise ein mittleres Molekulargewicht unter 600 besitzen, da höhermolekulare Polyäthylenglykole häufig zu einem unerwünschten Ansteigen der Viskosität der Tinte führen.

Polyalkylenglykole anwenden wie Polyäthylenglykole mit mittleren Molekulargewichten von etwa 200 bzw. 400. Werden Polyäthylenglykole angewandt, so sollen diese vorzugsweise ein mittleres Molekulargewicht unter 600 besitzen, da höher molekulare Polyäthylenglykole häufig zu einem unerwünschten Ansteigen der Viskosität der Tinte führen.

Für die erfindungsgemäße Tinte kann man aber auch die Alkyläther der obigen Polyole als Feuchthaltemittel anwenden. Als bevorzugte Glykoläther können die Alkyläther von Alkylenglykolen erwähnt werden, deren Alkylgruppe 1 bis 6 Kohlenstoffatome und die Alkylengruppe 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, z. B. Äthylenglykol-methyl, -äthyl-, -butyl, -hexyläther, Diäthylenglykol-methyl-.-äthyl-, -butyläther, Propylen-, Dipropylen- oder Tripropylenglykol-methyläther, Äthoxy-(Triäthylenglykol-Äthyläther) oder Methoxytriglykol (Triäthylenglykol-methyläther). Auch lassen sich häufig in vorteilhafter Weise Gemische obiger Glykole und Glykoläther anwenden.

Der Gesamtanteil an Feuchthaitemittel in der erfindungsgemäßen Tinte kann über weite Grenzen variiert werden, und zwar im Hinblick auf die erforderliche Viskosität. Wie ersichtlich, hängt der Anteil an Feuchthaitemittel in gewissem Ausmaß von dem Molekulargewicht der Glykole und/oder Glykoläther ab. Im allgemeinen macht jedoch der Anteil an Feuchthaitemittel der erfindungsgemaßen Tinte 5 bis 30 Gew. % aus.

Die Tinte kann auch ein bakteriostatisches Konservierungsmittel, wenn sie länger gelagert werden soll, enthalten, damit keine Bakterienzusammenballungen zu einem Verstopfen der Düsen führen können. Die Bakterien könnten auch zu einem Agglomerieren von Harz oder löslicher Tinte führen. Für diesen Zweck eignen sich eine ganze Anzahl bekannter Konservierungsmittel in einer Menge bis etwa 1%, wie Dioxin (2^-Dimethyl-6-acetoxy-dioxan-l,3).

Zur weiteren Verbesserung der Tinte bei langer Lagerzeit kann sie auch ein solubilisierendes oder lösendes Mittel enthalten, um die wasserlöslichen Farbstoffe in dem wäßrigen Medium sicher in Lösung zu halten. Bevorzugt als solubilisierendes Mittel oder Dispersionsmittel wendet man N-Methyl-2-pyrrolidon an.

Der Anteil an solubilisierendem Mittel ist nicht kritisch und hängt in gewissem Ausmaß von dem Anteil an wasserlöslichem Farbstoff sowie in geringerem Umfang von der Art des Farbstoffs ab. Im allgemeinen wird man solubilisierende Mittel in Mengen bis zu etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf Tinte, anwenden. Wird z. B. ein alkohollöslicher

Nigrosinfarbstoff angewandt und dieser z.B. mit Methylpyrrolidon soiubilisiert, wird vorgezogen, das Sclubilisierungsmittel in einer Menge von zumindest 5 Gew.-% vorzusehen.

Bei der Herstellung der erfindurigsgemäßen Unten werden die Ausgangskomponenten gleichmäßig gemischt und die Masse filtriert, damit ein Verstopfen der Düse des Druckwerks weitgehend verhindert wird; insbesondere sollen Feststoffe mit einer Korngröße > 10 μΐη, vorzugsweise 3 um, entfernt werden.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen noch näher erläutert

Beispiel 3

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

IO

Beispiel	1	2%
»Calcocid Black SR«		0,5%
(C. J. 20 470)	(Trockengew.)
Wäßrige Rußdispersion
	15%
Polyädiylenglykol	80,5%
(mittLMG)
Wasser

Diese Ausgangsprodukte werden gleichmäßig gemischt, dann filtriert, und zwar unter Abscheidung der Feststoffe mit. einem Durchmesser über ΙΟμπι. Die erhaltene Tinte eignet sich hervorragend für das Strahldrucken.

35

Wasserlöslichem Nigrosin- Farbstoff (Acid Black II) Methylpyrrolidon Diäthylenglykol-methyläther Äthoxytriglykol

Wasser

2,5%

5%

5% 10% 77,5%

hergestellt

Beispiel 4

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

AikohoIlösUchem Nigrosin- Farbstoff(20%in N-Methyl-2-pyrroJidon) Poh/äthylenglykol

(mittLMG 200)

Wasser

10%

15% 75%

hergestellt *3 Beispiel 5

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

Wäßriger Ruß-Dispersion Diäthylenglykol-äthyläther

Wasser 1%

5%

94%

Beispiel 2

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

»Calcocid Black SR«

(C. J. 20 470) 2%

N-Methylpyrrolidon 2% Diäthylenglykol-methyläther 5% Äthoxytriglykol 10%

Wasser 81%

hergestellt.

hergestellt

Beispiel 6

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

»Calcocid Black SR«

(C J. 20 470) 3%

Diäthylenglykol 7%

Dioxin 0,1%

Wasser 89,9%

hergestellt

Claims (3)

Patentansprüche:

1. IR-absorbierende Time für das Strahldrucken, enthaltend in einem wäßrigen Medium eine farbgebende Substanz, aliphatische Polyole und/oder deren Alkyläther als Feuchthaltemittel in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% sowie ionisierbare Substanzen, mit einer Viskosität von 1 bis 10 cP bei 25°C und einem spezifischen Widerstand von 50 bis ic 5000Ω · cm, gekennzeichnet durch den Gehalt an einer IR-absorbierenden Substanz, die zumindest 50% zwischen 700 und llOOnm absorbiert, in einer Menge von 1 bis 8 Gew.-%.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-absorbierende Substanz ein oder mehrere wasserlösliche Nigrosin-Farbstoffe, alkohollösliche Nigrosin-Farbstoffe solubilisiert in Wasser und/oder eine wäßrige Ruß-Dispersion ist

3. Tinte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der alkohollösliche Nigrosin-Farbstoff mit einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel solubilisiert ist