-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft eine Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, die monodisperse
Polymerteilchen enthält,
um eine deckende Tinte mit verbesserter Farbbrillanz bereitzustellen,
auf dieser Zusammensetzung basierende Tintenstrahl-Tintensätze und
ein Verfahren für
Tintenstrahldruck mit der Tinte und/oder den Tintensätzen.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND DER
ERFINDUNG
-
Tinten
für Tintenstrahldruck
sind dem Fachmann bekannt und sind typischerweise flüssige Zusammensetzungen,
die eine Trägerflüssigkeit,
Färbemittel,
wie z. B. Farbstoffe oder Pigmente, und wahlfreie Zusatzstoffe,
wie z. B. Verdickungsmittel und Konservierungsmittel, aufweisen,
um die gewünschten
Eigenschaften zu erzielen. Für
Tinten können
unterschiedliche Färbemitteltypen
verwendet werden, zum Beispiel einfache Farbpigmente und wasserlösliche Farbstoffe.
-
Es
sind neuartige Pigmente gefunden worden, die natürlichen Opalen ähneln und
in denen die Farbaktivität
durch Braggsche Beugung des einfallenden Lichts an den Gitterebenen
der auf kristallähnliche
Weise auf der Substratoberfläche
angeordneten Kugeln erzeugt wird (die Kugeln beugen das Licht nach
dem Braggschen Gesetz).
-
WO01/88044 beschreibt Pigmente
mit opalisierendem Effekt. Die Pigmentteilchen bestehen aus monodispersen
Kugeln in einer dreidimensionalen, dichtgepackten und regelmäßig angeordneten
Struktur, die auch als dreidimensionale photonische Kristalle bezeichnet
werden, mit einem Durchmesser von 50 nm bis 2 μm. Die Pigmente können durch
Suspendieren der monodispersen Kugeln in einem flüssigen Medium,
Aufbringen der Suspension auf eine Oberfläche, Entfernen des flüssigen Mediums
und Trennen der Teilchen von der Oberfläche hergestellt werden. Die
Pigmente können
zum Beschichten von Substratoberflächen und zur Pigmentierung
von Druckfarben verwendet werden. z. B. wie Pigmentpasten, in Kombination
mit anorganischen oder organischen Färbemitteln.
-
Gemäß
WO03/058299 werden solche
Teilchen zur Verwendung als Pigmentteilchen in Beschichtungszusammensetzungen
in einer Polymermatrix fixiert.
-
EP-A-0955323 beschreibt
Kern/Schale-Teilchen, die als Spezialeffektpigmente zur Verwendung
in Beschichtungen, Anstrichen und Tinten eingesetzt werden können. Bezüglich ihrer
Kerne können
die Teilchen eine regelmäßige Anordnung
aufweisen und basieren im wesentlichen auf hochmolekularen Polymeren.
Die teilchenförmigen
Pigmente können
in Form von festen, flüssigen
oder pastenförmigen
Präparaten
mit Hilfe von Hilfsstoffen und Zusatzstoffen auf die Substrate aufgebracht
werden.
-
In
EP-A-1184195 wird
ein Tintenstrahlverfahren beschrieben, wobei das Tintenstrahlaufzeichnungsmaterial,
wie z. B. Papier oder Kunststoff, eine Deckschicht aufweist, die
Kern-Schale-Teilchen
von lichtbrechender Beschaffenheit enthält.
-
Die
Offenbarungen aller oben angegebenen Veröffentlichungen werden hier
für alle
Zwecke im Sinne einer vollständigen
Darlegung durch Verweis einbezogen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung stellt eine Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck bereit,
die aufweist:
- (a) etwa 30 bis etwa 99,5 Gew.-%
einer Trägerflüssigkeit
und
- (b) etwa 0,5 bis etwa 70 Gew.-% monodisperse Teilchen,
bezogen
auf das Gewicht der Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck.
-
Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
für Tintenstrahldruck
kann als verdünnte
Lösung, Dispersion
und/oder Aufschlämmung
eingesetzt werden. Vorzugsweise sind die monodispersen Teilchen
stabil in der Trägerflüssigkeit
dispergiert. Die Tinten können
mit einem Färbemittel
gefärbt
werden, wie z. B. einem Pigment oder Farbstoff, oder können im
wesentlichen kein zugesetztes Färbemittel
enthalten.
-
Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
für Tintenstrahldruck
bietet hohe Deckfähigkeit,
die sich durch eine gute optische Brillanz und Farbbeständigkeit
des Drucks auszeichnet.
-
Nach
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintensatz
bereitgestellt, der aufweist:
- (1) eine Tinte
für Tintenstrahldruck
mit einer Trägerflüssigkeit
und einem Farbstoff
- (2) eine Tinte für
Tintenstrahldruck gemäß der obigen
Darstellung, die im wesentlichen keinen Farbstoff enthält.
-
Vorzugsweise
weist der Tintensatz mindestens drei verschiedenfarbige Tinten auf,
und die Tinte für Tintenstrahldruck,
wie oben dargelegt, enthält
im wesentlichen kein Färbemittel.
-
Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Tintensatz
bereitgestellt, der mindestens drei verschiedenfarbige Tinten aufweist,
wobei mindestens eine der Tinten eine Tinte für Tintenstrahldruck gemäß der obigen
Darstellung ist.
-
Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
für Tintenstrahldruck
auf ein Substrat bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:
- (a) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers,
der auf digitale Datensignale anspricht;
- (b) Laden des Druckers mit einem zu bedruckenden Substrat;
- (c) Laden des Druckers mit einer Tinte, wie oben dargelegt und
weiter unten ausführlicher
beschrieben, oder einem Tintensatz für Tintenstrahldruck wie oben
dargelegt und weiter unten ausführlicher
beschrieben; und
- (d) Drucken auf das Substrat unter Verwendung der Tinte oder
des Tintensatzes als Reaktion auf die digitalen Datensignale.
-
Bevorzugte
Substrate sind unter anderem beschichtete Papiere (wie z. B. Glanz-
und Fotopapiere) und Kunststoffe (wie z. B. Vinyle).
-
Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann beim Durchlesen der nachstehenden ausführlichen Beschreibung leichter
verständlich.
Man wird erkennen, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die der
Klarheit halber oben und weiter unten im Zusammenhang mit getrennten
Ausführungsformen
beschrieben werden, auch kombiniert in einer einzigen Ausführungsform
bereitgestellt werden können.
Umgekehrt können
verschiedene Merkmale der Erfindung, die der Kürze halber im Zusammenhang
einer einzigen Ausführungsform
beschrieben werden, auch getrennt oder in irgendeiner Unterkombination
bereitgestellt werden. Außerdem
können
im Singular gegebene Verweise auch den Plural einschließen (zum
Beispiel kann "ein(e)" sich auf ein(e)
oder auf ein(e) oder mehrere beziehen) wenn nicht im Kontext ausdrücklich anders
angegeben. Ferner kann die Bezugnahme auf in Bereichen angegebene
Werte jeden einzelnen Wert innerhalb dieses Bereichs einschließen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Monodisperse Teilchen
-
Die
gemäß der Erfindung
verwendbaren monodispersen Teilchen können nach dem Aufbringen auf die
Substratoberfläche
dreidimensionale photonische Kristalle auf der Substratoberfläche bilden,
indem sie sich in dreidimensionalen, dichtgepackten, regelmäßigen und
kugelförmigen
Strukturen auf der Substratoberfläche anordnen.
-
Die
Teilchen haben einen mittleren Durchmesser von etwa 50 nm bis etwa
1500 nm. Monodisperse Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 150
nm bis etwa 800 nm werden bevorzugt verwendet, besonders bevorzugt
mit einem Durchmesser von etwa 200 nm bis etwa 500 nm.
-
In
Bezug auf den mittleren Durchmesser der erfindungsgemäß verwendbaren
monodispersen Teilchen unterscheidet sich die Reflexion der Wellenlängen des
sichtbaren Lichts deutlich voneinander, und die Farbeffekte sind
von besonderer Brillanz.
-
Um
die optischen Eigenschaften der monodispersen Teilchen sicherzustellen,
sollte die Differenz der Brechungsindizes der monodispersen Teilchen
und irgendwelcher anderer Tintenbestandteile für Tintenstrahldruck, wie z.
B. zusätzlicher
Bindemittel und/oder Zusatzstoffe und Pigmente, im Bereich von etwa
0,01 bis etwa 2 liegen, vorzugsweise von etwa 0,02 bis etwa 1,5.
Optimale Brechungsindexdifferenzen liegen zum Beispiel im Bereich
von etwa 0,1 bis etwa 1,5, wobei auch Abweichungen davon möglich sind.
-
Die
erfindungsgemäßen monodispersen
Teilchen können
aus fast jedem Material bestehen, wenn es die Wellenlängen der
erwünschten
Lichtreflexe zulassen kann.
-
Geeignete
Materialien für
die erfindungsgemäßen monodispersen
Teilchen schließen
beispielsweise Metalloxide, Metallchalkogenide und Siliciumdioxid
ein. Die Herstellung von monodispersen Teilchen aus Siliciumdioxid
wird in
US 4911903 beschrieben
(dessen Offenbarung hier für
alle Zwecke durch Verweis im Sinne einer vollständigen Darlegung einbezogen
wird).
-
Monodisperse
Teilchen auf der Basis von Siliciumdioxid können auch mit nicht absorbierenden
Metalloxiden beschichtet sein, wie z. B. mit Titanoxid, Zirconiumoxid,
Zinkoxid, Zinnoxid und/oder Aluminiumoxid, wie in
US 5846310 beschrieben (dessen Offenbarung
hier für
alle Zwecke im Sinne einer vollständigen Darlegung durch Verweis
einbezogen wird), oder mit absorbierenden Metalloxiden, wie z. B.
Eisenoxid.
-
Wie
oben angegeben, können
die monodispersen Teilchen auch auf Metalloxiden basieren, wie z.
B. Titandioxid, Zirconiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid
und deren Gemischen, wie in
EP-A-0644914 erwähnt (dessen
Offenbarung hier für
alle Zwecke im Sinne einer vollständigen Darlegung durch Verweis
einbezogen wird). Diese Teilchen können mit organischen Stoffen
beschichtet werden, z. B. mit Silanen, wie in
DE-A-4316814 erwähnt (dessen
Offenbarung hier für
alle Zwecke im Sinne einer vollständigen Darlegung durch Verweis
einbezogen wird).
-
Monodisperse
Teilchen, die auf Polymeren basieren, z. B. auf Polystyrol, Polyester,
Polyamiden, Polyurethan oder Poly(meth)acrylaten, können gleichfalls
eingesetzt werden. Polymerkugeln dieses Typs können Metalloxideinschlüse enthalten.
-
Monodisperse
Teilchen, die aus fluorierten (Meth)acrylaten, insbesondere aus
fluorierten Alkyl(meth)acrylaten mit C2-C8-Alkylgruppen hergestellt werden, sind besonders
geeignet. Beispiele derartiger fluorierter (Meth)acrylate sind unter
anderem Trifluorethylmethacrylat, Perfluorpropylmethacrylat, Perfluorbutylmethacrylat,
wobei die entstehenden Polymere außer fluorierten Seitenketten
auch Tetrafluorbutylbis(meth)acrylat- oder Pentaerythritoltetra(meth)acrylat-Einheiten
enthalten können.
Diese Polymere können vernetzt
sein, in welchem Falle sie selbstvernetzend sein können oder
durch Verwendung von Vernetzungsmitteln vernetzt werden können. Beispiele
von Vernetzungsmitteln sind unter anderem Cinnamoylalkyl(meth)acrylate,
Tetrafluorbutylbis(meth)acrylate oder Pentaerythritoltetra(meth)acrylate.
-
Monodisperse
Teilchen, die auf fluorierten vernetzten Poly(meth)acrylaten basieren,
werden bevorzugt für
die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
für Tintenstrahldruck
eingesetzt.
-
Polymere
dieses Typs können
durch Suspensionspolymerisation der Monomere erzeugt werden.
-
Die
Herstellung eines Polymethacrylats aus 2,2,2-Trifluorethylmethacrylat
und die Vernetzung mit Pentaerythritoltetramethacrylat (PEMA) wird
nachstehend als Beispiel angeführt:
-
Die
wässrige
Suspension, die bei der Herstellung der monodispersen Teilchen durch
Suspensionspolymerisation erzeugt wird, kann direkt als erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
eingesetzt werden, indem die Suspension auf das zu bedruckende Substrat
gespritzt wird.
-
Als
erfindungsgemäße monodisperse
Teilchen können
auch monodisperse Teilchen eingesetzt werden, die unter Verwendung
photonischer Kristalle erzeugt werden, die zu monodispersen Teilchen
mit einem mittleren Durchmesser von 50 nm bis 1500 nm verkleinert
werden. Die photonischen Kristalle können z. B. durch Suspensionspolymerisation
der oben erwähnten
Monomere oder durch Suspension von monodispersen Teilchen in einem
flüssigen
Medium und Aufsprühen
der Suspension auf eine Oberfläche
erzeugt werden, so dass sich auf der Oberfläche Tropfen bilden, oder die
Suspension wird als Flüssigkeitsfilm
auf ein Substrat abgeschieden. Nach dem Trocknen und Erstarren werden
die entsprechenden photonischen Kristalle erzeugt und können durch
ein Trocken- oder Nassverfahren von der Oberfläche entfernt werden.
-
Nach
dem Trocknen entstehen die entsprechenden photonischen Kristalle
auf der Substratoberfläche.
-
Die
monodispersen Teilchen können
in der erfindungsgemäßen Tinte
in einer Konzentration von etwa 0,1 bis etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise
von etwa 1 bis etwa 50 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 1 bis
etwa 30 Gew.-% und am stärksten
bevorzugt in einer Konzentration von etwa 5 bis etwa 20 Gew.-% enthalten
sein, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck.
-
Eine
Tintenzusammensetzung, welche die monodispersen Teilchen in einer
Menge von etwa 5 bis etwa 20 Gew.-% enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Tintenzusammensetzung, wobei die Teilchen auf fluorierten vernetzten
Poly(meth)acrylaten basieren, ist für eine lange Zeit stabil, z.
B. für
ein halbes Jahr oder noch länger.
-
Die
Oberfläche
der monodispersen Teilchen kann wahlweise so modifiziert werden,
dass nach Zufuhr von Wärme,
Wärmestrahlung
oder UV-Strahlung die Kugeln miteinander vernetzt werden, so dass
eine Verfestigung der Struktur ausgelöst werden kann.
-
Die
monodispersen Teilchen sollten in der Trägerflüssigkeit praktisch unlöslich und
stabil darin dispergiert sein.
-
Dies
kann beispielsweise erreicht werden, indem eine entsprechende Funktionalität in das
Polymer des monodispersen Teilchens eingebaut wird. Dispergierbarkeit
in Wasser kann beispielsweise durch Einbau einer entsprechend neutralisierten
Innenfunktionalität
(wie z. B. von amin-neutralisierten Carboxylgruppen), und/oder von
nichtionischen löslichen
Gruppen (wie z. B. von Polyethylenoxidsegmenten) bereitgestellt
werden.
-
Stabile
Dispersionen können
auch durch Verwendung separater Dispersionsmittel/Tenside erzielt
werden, wie weiter unten ausführlicher
diskutiert wird.
-
Trägerflüssigkeit
-
Die
Trägerflüssigkeit
kann ein wässriges
oder nichtwässriges
Vehikel sein, solange die Bestandteile der Trägerflüssigkeit mit den monodispersen
Teilchen verträglich
sind (d. h. die Teilchen nicht auflösen).
-
Der
Begriff "wässriges
Vehikel" bezieht
sich auf Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem
weiteren wasserlöslichen
organischen Lösungsmittel
(Zusatzlösungsmittel).
Die Auswahl eines geeigneten Gemischs ist von den Bedingungen der
konkreten Anwendung abhängig,
wie z. B. der gewünschten Oberflächenspannung
und Viskosität,
dem ausgewählten
Färbemittel,
der Trocknungszeit der Tinte und dem Typ des Substrats, auf das
die Tinte gedruckt wird. Repräsentative
Beispiele von wasserlöslichen
organischen Lösungsmitteln,
die ausgewählt
werden können,
werden in
US 5085698 offenbart
(dessen Offenbarung hier für
alle Zwecke im Sinne einer vollständigen Darlegung durch Verweis
einbezogen wird).
-
Wenn
ein Gemisch aus Wasser und einem wasserlöslichen Lösungsmittel verwendet wird,
enthält
das wässrige
Vehikel typischerweise etwa 30% bis etwa 95% Wasser, wobei der Rest
(d. h. etwa 70% bis etwa 5%) das wasserlösliche Lösungsmittel ist. Bevorzugte
Zusammensetzungen enthalten etwa 60% bis etwa 95% Wasser, bezogen
auf das Gesamtgewicht des wässrigen
Vehikels.
-
Der
Begriff "nichtwässriges
Vehikel" bezieht
sich auf ein Vehikel, das im wesentlichen aus einem nichtwässrigen
Lösungsmittel
oder Gemischen derartiger Lösungsmittel
besteht, wobei die Lösungsmittel
polar und/oder nichtpolar sein können.
Beispiele von polaren Lösungsmitteln
sind unter anderem Alkohole, Ester, Ketone und Ether, besonders
Mono- und Dialkylether von Gylcolen und Polyglycolen, wie z. B.
Monomethylether von Mono-, Di- und Tripropylenglycolen und die Mono-n-butylether
von Ethylen-, Diethylen- und Triethylenglycolen. Beispielen von
nichtpolaren Lösungsmitteln
sind unter anderem aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe
mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen und deren Gemische einschließlich Raffinationsprodukte
und -nebenprodukte.
-
Auch
wenn dem nichtwässrigen
Vehikel absichtlich kein Wasser zugesetzt wird, kann eine gewisse Menge
zufälliges
Wasser in die Formulierung eingetragen werden, aber diese Menge
beträgt
im allgemeinen nicht mehr als etwa 2-4%. Definitionsgemäß weist
die erfindungsgemäße nichtwässrige Tinte
nicht mehr als etwa 10 Gew.-% und vorzugsweise nicht mehr als etwa
5 Gew.-% Wasser auf bezogen auf das Gesamtgewicht des nichtwässrigen
Vehikels.
-
Der
Anteil der Trägerflüssigkeit
in der Tinte liegt typischerweise im Bereich von etwa 30 bis etwa
99,5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 70 bis etwa 99 Gew.-%, und stärker bevorzugt
von etwa 80 bis etwa 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Tinte.
-
Wahlfreie Bestandteile
-
Der
Tinte für
Tintenstrahldruck können
weitere Bestandteile in dem Maße
zugesetzt werden, als diese weiteren Bestandteile die Stabilität und Spritzfähigkeit
der Tinte oder die monodispersen Teilchen nicht beeinträchtigen,
was leicht durch Routineexperimente ermittelt werden kann. Derartige
weitere Bestandteile sind im allgemeinen Sinne dem Fachmann bekannt.
-
Tinten
auf der Basis von wässrigen
Vehikeln können
durch Beimischen von Tensiden oder Penetriermitteln, wie z. B. Glycolethern
und 1,2-Alkandiolen, schnellpenetrierend (schnelltrocknend) hergestellt
werden. Glycolether sind unter anderem Ethylenglycolmonobutylether,
Diethylenglycolmono-n-propylether,
Ethylenglycolmonoisopropylether, Diethylenglycolmonoisopropylether,
Ethylenglycolmono-n-butylether,
Ethylenglycolmono-t-butylether, Diethylenglycolmono-n-butylether,
Triethylenglycolmono-n-butylether,
Diethylenglycolmono-t-butylether, 1-Methyl-1-methoxybutanol, Propylenglycolmono-t-butylether, Propylenglycolmono-n-propylether,
Propylenglycolmonoisopropylether, Propylenglycolmono-n-butylether, Dipropylenglycolmono-n-butylether,
Dipropylenglycolmono-n-propylether und Dipropylenglycolmonoisopropylether.
1,2-Alkandiole sind vorzugsweise 1,2-C4-C6-Alkandiole, besonders bevorzugt 1,2-Hexandiol.
Geeigneten Tenside sind unter anderem ethoxylierte Acetylendiole
(z. B. die Surfynols®-Serie von Air Products),
ethoxylierte primäre
(z. B. die Neodol®-Serie von Shell) und
sekundäre
(z. B. die Tergitol®-Serie von Union Carbide)
Alkohole, Sulfosuccinate (z. B. die Aerosol®-Serie
von Cytec), Organosilicone (z. B. die Silwet®-Serie
von Witco) und Fluortenside (z. B. die Zonyl®-Serie
von DuPont).
-
Der
zugesetzte Anteil an Glycolether(n) und 1,2-Alkandiol(en) muss geeignet
festgelegt werden, liegt aber typischerweise im Bereich von etwa
1 bis etwa 15 Gew.-%, stärker
bevorzugt von etwa 2 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Tinte. Tenside können
typischerweise in einem Anteil von etwa 0,01 bis etwa 5 Gew.-% und
vorzugsweise etwa 0,2 bis etwa 2 Gew.-% eingesetzt werden, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Tinte.
-
Färbemittel,
wie z. B. Farbstoffe oder Pigmente, die gewöhnlich bei Tintenzusammensetzungen
für Tintenstrahldruck
eingesetzt werden, können
in der erfindungsgemäßen Tinte
verwendet werden. Sie können zusätzlich m
den anderen Bestandteilen der Tinte für Tintenstrahldruck verwendet
werden, oder sie können innerhalb
der monodispersen Teilchen selbst verwendet werden.
-
Herkömmliche
Farbstoffe, wie z. B. ansionische, kationische, amphotere und nichtionische
Farbstoffe, sind in der vorliegenden Erfindung verwendbar. Derartige
Farbstoffe sind dem Durchschnittsfachmann bekannt. Anionische Farbstoffe
sind diejenigen Farbstoffe, die in wässriger Lösung farbige Anionen liefern.
Kationische Farbstoffe sind diejenige Farbstoffe, die in wässriger
Lösung
farbige Kationen liefern. Typischerweise enthalten anionische Farbstoffe
Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen
als ionische Komponente. Kationische Farbstoffe enthalten gewöhnlich quaternäre Stickstoffgruppen.
-
Die
bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Typen anionischer Farbstoffe
sind z. B. Säure-,
Direkt-, Beizen- und Reaktivfarbstoffe. Aasionische Farbstoffe werden
aus der Gruppe ausgewählt,
die aus Nitrosoverbindungen, Nitroverbindungen, Azoverbindungen,
Stilbenverbindungen, Triarylmethanverbindungen, Xanthenverbindungen,
Chinolinverbindungen, Thiazolverbindungen, Azinverbindungen, Oxazinverbindungen, Thiazinverbindungen,
Aminoketonverbindungen, Anthrachinonverbindungen, Indigoidverbindungen
und Phthalocyaninverbindungen besteht.
-
Die
kationischen Farbstofftypen, die bei der vorliegenden Erfindung
besonders gut verwendbar sind, schließen hauptsächlich die basischen Farbstoffe
und einige von den Beizenfarbstoffen ein, die so gestaltet sind,
dass sie saure Stellen auf einem Substrat, wie z. B. Fasern, binden.
Verwendbare Typen derartiger Farbstoffe sind unter anderem die Azoverbindungen,
Diphenylmethanverbindungen, Triarylmethane, Xanthenverbindungen,
Acridinverbindungen, Chinolinverbindungen, Methin- oder Polymethinverbindungen,
Thiazolverbindungen, Indamin- oder Indophenylverbindungen, Azinverbindungen,
Oxazinverbindungen und Thiazinverbindungen und anderen, die alle
dem Fachmann bekannt sind.
-
Zu
den verwendbaren Farbstoffen gehören
(Cyan) Acid Blue 9 und Direct Blue 199; (Magenta) Acid Red 52, Reactive
Red 180, Acid Red 37, CI Reactive Red 23; und (Gelb) Direct Yellow
86, Direct Yellow 132 und Acid Yellow 23. Das schwarze Färbemittel
kann gleichfalls ein Farbstoff sein, wie z. B. der schwarze Farbstoff,
der in
US 5753016 offenbart
wird (dessen Offenbarung hier für
alle Zwecke im Sinne einer vollständigen Darlegung durch Verweis
einbezogen wird).
-
Pigmente
werden traditionell für
eine Dispersion in einem Vehikel durch Dispersionsmittel stabilisiert, wie
z. B. polymere Dispersionsmittel oder Tenside. In letzter Zeit sind
sogenannte "selbstdispergierbare" oder "selbstdispergierende" Pigmente (im folgenden "SDP") entwickelt worden.
Wie der Name impliziert, sind SDP in Wasser oder einem wässrigen
Vehikel ohne Dispersionsmittel dispergierbar. Das schwarze Pigment
kann durch Oberflächenbehandlung,
um es selbstdispergierend zu machen (siehe z. B.
WO01/94476 , dessen Offenbarung hier
für alle
Zwecke im Sinne einer vollständigen
Darlegung durch Verweis einbezogen wird), durch Behandlung mit Dispersionsmittel
auf herkömmliche
Weise oder durch irgendeine Kombination von Oberflächenbehandlung
und Dispersionsmittel für
eine Dispersion stabilisiert werden.
-
Bei
der Verwendung von Dispersionsmitteln sind das oder die Dispersionsmittel
vorzugsweise ein statistisches oder strukturiertes Polymerdispersionsmittel.
Bevorzugte statistische Polymere sind unter anderem Asylpolymer
und Styrol-Acryl-Polymere. Besonders bevorzugt sind strukturierte
Dispersionsmittel, zu denen AB-, BAB- und ABC-Blockcopolymere, verzweigte
Polymere und Pfropfpolymere gehören.
Einige verwendbare strukturierte Polymere werden in
US 5085698 ,
EP-A-0556649 und
US 5231131 offenbart, deren
Offenbarungen hier für
alle Zwecke im Sinne einer vollständigen Darlegung durch Verweis
einbezogen werden.
-
Die
verwendbare Pigmentteilchengröße liegt
typischerweise im Bereich von etwa 0,005 μm bis etwa 15 μm. Vorzugsweise
sollte die Pigmentteilchengröße im Bereich
von etwa 0,005 bis etwa 5 μm
liegen, stärker bevorzugt
von etwa 0,005 bis etwa 1 μm,
und am stärksten
bevorzugt von etwa 0,005 bis etwa 0,3 μm.
-
Zu
den verwendbaren Pigmenten gehören
(Cyan) Pigment Blue 15:3 und 15:4; (Magenta) Pigment Red 122; (Gelb)
Pigment Yellow 128, Pigment Yellow 95, Pigment Yellow 155 und Pigment
Yellow 74; und (Schwarz) Ruß.
-
In
einer farbigen Tinte ist ein Färbemittel
im allgemeinen in Anteilen bis zu etwa 12 Gew.-%, stärker bevorzugt
im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 9 Gew.-% vorhanden, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Tinte. Dispersionsmittel, wenn sie für die Stabilisierung
eines unlöslichen
Färbemittels
benötigt
werden, werden in Anteilen verwendet, die auf dem Anteil des Färbemittels
basieren und gewöhnlich
als Gewichtsverhältnis
ausgedrückt
werden. Im allgemeinen werden Dispersionsmittel in einem Pigment-Dispersionsmittel-Gewichtsverhältnis im
Bereich etwa 1:3 bis etwa 4:1 eingesetzt.
-
Polymere
können
der Tinte zugesetzt werden, um die Haltbarkeit zu verbessern (Bindemittel).
Die Polymere können
in dem Vehikel löslich
sein oder darin dispergiert werden (z. B. "Emulsionspolymer" oder "Latex") und können ionisch oder nichtionisch
sein. Geeignete Bindemittel sind unter anderem Polystyrol, Polyester,
Polyamide, Polyurethane, Poly(meth)acrylate und fluorierte Poly(meth)acrylate,
in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung.
-
Biozide
können
verwendet werden, um das Wachstum von Mikroorganismen zu hemmen.
-
Das
Beimischen von Maskierungsmitteln (oder Chelatbildnern), wie z.
B. Ethylendiamintetraessigsäure
(EDTA), Iminodiessigsäure
(IDA), Ethylendiamin-di(o-hydroxyphenylessigsäure) (EDDHA),
Nitrilotriessigsäure
(NTA), Dihydroxyethylglycin (DHEG), Trans-1,2-cyclohexandiamintetraessigsäure (CyDTA),
Diethylentriamin-N,N,N',N'',N''-pentaessigsäure (DTPA)
und Glycoletherdiamin-N,N,N',N'-tetraessigsäure (GEDTA)
und deren Salzen kann vorteilhaft sein, beispielsweise um nachteilige
Auswirkungen von Schwermetallverunreinigungen zu eliminieren.
-
Diese
anderen Zusatzstoffe (außer
dem Vehikel, monodispersen Teilchen und Färbemitteln) bilden, falls vorhanden,
im allgemeinen einen Gesamtanteil von weniger als etwa 15 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
-
Tinteneigenschaften
-
Tropfgeschwindigkeit,
Trennlänge
der Tröpfchen,
Tropfengröße und Strahlstabilität werden
durch die Oberflächenspannung
und die Viskosität
der Tinte stark beeinflusst. Tinten für Tintenstrahldruck haben typischerweise
eine Oberflächenspannung
im Bereich von etwa 20 Dyn/cm bis etwa 70 Dyn/cm bei 25°C. Die Viskosität kann einen
so hohen Wert wie 30 cP bei 25°C
(30 cP oder weniger) aufweisen, ist aber typischerweise etwas niedriger.
Die Tinte weist physikalische Eigenschaften auf, die auf die Ausstoßbedingungen
und die Druckkopfkonstruktion eingestellt sind. Die Tinten sollten
eine hervorragende Langzeit-Lagerbeständigkeit aufweisen, um eine
Tintenstrahlvorrichtung nicht in erheblichem Umfang zu verstopfen.
Ferner sollte die Tinte Teile der Tintenstrahldruckvorrichtung,
mit denen sie in Kontakt kommt, nicht korrodieren, und sie sollte
praktisch geruchlos und ungiftig sein.
-
Der
erfindungsgemäße Tintensatz
kann für
Anwendungen, wo eine niedrige Viskosität erforderlich ist, besonders
vorteilhaft sein. Daher kann die Viskosität (bei 25°C) der erfindungsgemäßen Tinten
weniger als etwa 7 cP oder weniger als etwa 5 cP und sogar weniger
als etwa 3,5 cP betragen.
-
Tintensatz
-
Einer
der erfindungsgemäßen Tintensätze weist
auf:
- (1) eine Tinte für Tintenstrahldruck, die eine
Trägerflüssigkeit
und ein Färbemittel
aufweist und
- (2) eine monodisperse Teilchen enthaltende Tinte für Tintenstrahldruck,
wie oben dargelegt, die praktisch kein Färbemittel enthält.
-
Die
anderen Tinten des Tintensatzes können Farbstoffe, Pigmente oder
Kombinationen davon als Färbemittel
enthalten. Solche anderen Tinten basieren auf Vehikeln und anderen
Komponenten und Zusatzstoffen, wie oben beschrieben, und können im
allgemeinen Sinne als dem Durchschnittsfachmann bekannt angesehen
werden.
-
Ein
weiterer erfindungsgemäßer Tintensatz
weist vorzugsweise mindestens drei unterschiedlich gefärbte Tinten
(wie z. B. CMY) und vorzugsweise mindestens vier unterschiedlich
gefärbte
Tinten (wie z. B. CMYK) auf und weist ferner eine monodisperse Teilchen
enthaltende Tinte für
Tintenstrahldruck gemäß der obigen
Darlegung auf, die im wesentlichen kein Färbemittel enthält.
-
Ein
weiterer erfindungsgemäßer Tintensatz
weist vorzugsweise mindestens drei unterschiedlich gefärbte Tinten
(wie z. B. CMY) und vorzugsweise mindestens vier unterschiedlich
gefärbte
Tinten auf (wie z. B. CMYK), wobei mindestens eine der Tinten eine
monodisperse Teilchen enthaltende Tinte für Tintenstrahldruck ist, wie
oben dargelegt.
-
Druckverfahren
-
Die
Erfindung stellt außerdem
ein Verfahren für
Tintenstrahldruck auf ein Substrat bereit, das die folgenden Schritte
aufweist:
- (a) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers,
der auf digitale Datensignale anspricht;
- (b) Laden des Druckers mit einem zu bedruckenden Substrat;
- (c) Laden des Druckers mit einer Tinte oder einem Tintensatz
für Tintenstrahldruck,
wie oben dargelegt; und
- (d) Drucken auf das Substrat unter Verwendung der Tinte oder
des Tintensatzes für
Tintenstrahldruck als Reaktion auf die digitalen Datensignale.
-
Bei
der Anwendung der erfindungsgemäßen Tinten
und Tintensätze
kann eine Tinte zuerst auf ein Substrat aufgespritzt werden, wonach
mit einer gewissen Verzögerung
(Sekunden) die anderen aufgespritzt werden, oder die Tinten könnten praktisch
gleichzeitig aufgebracht werden. Die Reihenfolge und die zeitliche Abstimmung
sind von den Bedürfnissen
der Anwendung abhängig.
-
Bei
Verwendung eines Tintensatzes, der eine monodisperse Teilchen enthaltende
Tinte ohne Färbemittel
aufweist, besteht ein bevorzugtes Auftrageerfahren darin, diese
Tinte als Überdruck
auf zumindest einen Teil der farbigen Tinten aufzubringen.
-
Als
Drucker können
herkömmliche
Tintenstrahldrucker verwendet werden, wie z. B. die Drucker von Hewlett
Packard, Canon, Lexmark und Epson.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
für Tintenstrahldruck
können
unterschiedliche Substrattypen bedruckt werden. Das Substrat kann
ein Aufzeichnungsmaterial wie z. B.
-
Normalpapier,
harzbeschichtetes Papier, Kunststoff, Metallmaterial wie z. B. Metallfolie,
Glasmaterial, Holz, Textilien usw. mit einer Dicke von etwa 10 bis
500 μm sein.
-
Bei
Verwendung der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
für Tintenstrahldruck
können
Drucke von optischer Farbbrillanz und Farbstabilität sowie
Tintenaufnahmevermögen
erzeugt werden, insbesondere wegen der hohen Beständigkeit
gegen Lösungsmittel
und Hitze, speziell bei Verwendung von monodispersen Teilchen, die
auf fluorierten (Meth)acrylat-Monomeren basieren.
-
BEISPIELE
-
BEISPIEL 1 – HERSTELLUNG EINER ERFINDUNGSGEMÄßEN TINTENZUSAMMMENSETZUNG
FÜR TINTENSTRAHLDRUCK
-
Die
folgenden Tinten wurden, durch Mischen und Rühren der erwähnten Bestandteile
hergestellt:
| Bestandteile
(Gew.-%) | Tinte
1A | Tinte
1B |
| Polymethylmethacrylat
(30% Feststoffe) | 10
(bezogen auf Feststoffe) | |
| Dowanol
DPM (Dipropylenglycolmethylether) | 10 | |
| Aerosol
OT (Tensid), Cytec Ind. | 1 | |
| Schwarz-Pigmentdispersion
(als 15% Pigment) | | 4,5 |
| Glycerin | | 9 |
| Ethylenglycol | | 6 |
| 1,2-Hexandiol | | 5 |
| BYK
348 | | 0,1 |
| Wasser | Rest | Rest |
| pH-Wert | 3,5 | 8,0 |
| Viskosität, cP bei
25°C | 2,2 | 2,9 |
-
Polymethylmethacrylat
wurde in einem 2000 ml-Kolben mit Stickstoffeinlass und mechanischem
Rührwerk
synthetisiert. Der Kolben wurde in ein Ölbad von 90°C gesetzt, mit 1200 ml entionisiertem
Wasser gefüllt und
mindestens 45 Minuten mit Stickstoff gespült. Nach Unterbrechung des
Stickstoffdurchflusses wurden 100 ml Methylmethacrylat (ohne weitere
Reinigung) zugesetzt. Das Wasser-Monomer-Gemisch
wurde 30 Minuten gerührt,
um das Temperaturgleichgewicht zu erreichen. Dann wurden 40 ml Kaliumperoxodisulfat-Lösung (10 Gew.-%,
10 Minuten unter Stickstoff auf 90°C erhitzt) auf einmal zugesetzt
(< 10 s), um die
Polymerisation zu starten. Die Reaktionslösung wurde 1,5 Stunden kräftig gerührt. Danach
wiesen Proben der Polymerlösung keine
Farbänderung
auf. Daher wurde eine nahezu vollständige Umsetzung angenommen,
und der Kolben wurde geöffnet
(Sauerstoff) um die Polymerisation zu stoppen. Die entstandenen
Polymerteilchen wurden durch Filtration durch einen normalen Papierfilter
von großen
Agglomeraten gereinigt. Anschließend an die Filtration wurde
zentrifugiert, um kleinere Agglomerate und niedermolekulare Verunreinigungen
zu entfernen. Während
des Zentrifugierens wurde Agglomeratniederschlag als weißer Feststoff
am Boden des Zentrifugierglases abgeschieden. Der gewünschte Polymerlatexniederschlag
wurde als opaleszierende Schicht auf der ersten Schicht abgeschieden.
Niedermolekulare Verunreinigungen wie Monomer und Initiatorsalz
blieben in der überstehenden
Flüssigkeit.
Die erste Sedimentschicht wurde ausgeschüttet, und die Flüssigkeit
wurde in drei bis vier Zentrifugierzyklen durch Wasser ersetzt.
Mittlerer
Durchmesser der resultierenden Teilchen: 277 nm
-
sie
Schwarz-Pigmentdispersion war eine polymerstabilisierte Dispersion
von Rußpigment,
die durch Mahlen von 3 Gewichtsteilen Pigment mit 1 Gewichtsteil
Pfropfcopolymer-Dispersionsmittel in Wasser hergestellt wurde. Das
Pfropfcopolymer-Dispersionsmittel war Phenoxyethylacrylat-g-ethoxytriethylenglycolmethacrylat-co-methacrylsäure, 66/4/30.
Das Neutralisationsmittel für
das Dispersionsmittel war N,N-Dimethylethanolamin, und der pH-Wert
wurde im Bereich von 7-8 gehalten.
-
Der
Pigmentgehalt in der Enddispersion wurde mit Wasser auf 15 Gew.-%
eingestellt.
-
BEISPIEL 2
-
Drucktest
-
Der
schwarze Stift eines Epson 3000-Druckers, der im 1440 dpi-Modus
arbeitete, wurde zum Drucken von 100%-Volltonprüfmustern von 2,54 cm × 15,24
cm Breite (1 Zoll × 6
Zoll Breite) auf Hewlett Packard Hochglanzfotopapier (#61831A),
Avery Vinyl (401-42986193) und Epson Fotopapier (S041141) benutzt.
Die Tinte 1A strömte
leicht und zuverlässig
aus.
-
Drucktest 1
-
Die
Tinte 1A wurde einmal auf jedes Substrat gedruckt. In einem weiteren
Versuch ließ man
jedes Substrat dreimal in schneller Aufeinanderfolge durch den Drucker
laufen, um eine dreimal so dicke bedruckte Schicht zu erhalten.
-
Die
gedruckten Proben wurden unter einer Leuchtstoff-Schreibtischlampe
betrachtet, die etwa 45,72 cm (18 Zoll) direkt über der Probe angeordnet war,
und das Aussehen wurde nachstehend aufgezeichnet.
| Substrat | Durchgänge | Aussehen |
| AVERY
VINYL | 1× | Die
gedruckte Schicht erschien als weißliche Schicht bei Beleuchtung und
Betrachtung unter einem Winkel von etwa 90° zur Substratoberfläche; wenn
der Betrachtungswinkel kleiner als 90° war, erschien die Schicht deutlich
rötlich
gefärbt;
wenn der Betrachtungswinkel bezüglich
der Substratebene flacher wurde, nahm die Schicht grünliche Zwischentöne an. Die
grünen
Zwischentöne
wurden verstärkt,
wenn die Probe unter einem Winkel von weniger als 90° beleuchtet
und unter Winkeln von weniger als45° betrachtet wurde. |
| | 3× | Die
Farbeffekte waren nicht erheblich intensiver. |
| HP | 1× | Eine
deutliche blassrosa Farbe wurde beobachtet, wenn die Probe unter |
| GLOSSY | | weniger
als 45° beleuchtet
und betrachtet wurde. |
| | 3× | Die
Farbeffekte waren nicht erheblich intensiver. |
| EPSON | 1× | Unter
einem Betrachtungswinkel von etwa 45° wurde ein deutlicher |
| PHOTO | | grünlicher
Zwischenton beobachtet. |
| | 3× | Die
Farbeffekte waren nicht erheblich intensiver. |
-
Diese
Ergebnisse demonstrieren deutlich, dass die durch Tintenstrahldruck
aufgebrachten farblosen Latexteilchen sich auf der Substratoberfläche angeordnet
und eine Farbe erzeugt haben, die sich in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel änderte.
-
Drucktest 2
-
Die
Tinte 1B wurde in den schwarzen Stift eines weiteren Epson 3000-Druckers
geladen. Eine 100%-Volltontestfläche
der schwarzen Tinte 1B von 2,54 cm × 15,24 cm Breite (1 Zoll × 6 Zoll
Breite) wurde im 1440 dpi-Modus auf HP-Hochglanzfotopapier und Avery
Vinyl gedruckt. Diese Prüfmuster
wurden dann mit der Tinte 1A im 100%-Vollton mit 1440 dpi überdruckt,
so dass drei von den sechs Zoll des ersten gedruckten Musters überdeckt
wurden. Nach dem Trocknen wurden die Proben unter einer Leuchtstoff-Schreibtischlampe beobachtet,
und die Ergebnisse wurden nachstehend aufgezeichnet.
| Substrat | Durchgänge | Aussehen |
| HP
GLOSSY | schwarzes
Prüfmuster | Die
schwarz gedruckte Schicht war glänzend
schwarz; die Farbe war unabhängig
vom Betrachtungswinkel. |
| | überdruckes schwarzes Prüfmuster | Die überdruckte
schwarze Fläche
hatte bei Betrachtung und Beleuchtung unter etwa 90° eine gleichmäßige trübe grauweiße Farbe;
bei Betrachtung unter einem kleineren Winkel zum Substrat hatte
die überdruckte
Fläche
eine dunkelrosa Farbe mit grünlichen
Zwischentönen.
Bei noch kleineren Winkeln wurde die Farbe stärker grünlich. Die überdruckte Probe erschien am
stärksten
grün, wenn
sie unter 45° beleuchtet
und unter 45° betrachtet
wurde. |
| AVERY
VINYL | schwarzes
Prüfmuster | Die
schwarz gedruckte Schicht war glänzend
schwarz; die Farbe |
| | überdrucktes schwarzes Prüfmuster | war
unabhängig
vom Betrachtungswinkel. Bei Beleuchtung unter 90° und Betrachtung unter etwas
kleineren Winkeln zur Substratoberfläche nahm die überdruckte
Flache eine stark irisierende rosa Farbe an. Bei kleineren Betrachtungswinkeln
nahm sie eine stark irisierende grüne Farbe an. Bei Beleuchtung
unter 45° und
Betrachtung unter 45° wies
sie ein starkes grünes
Irisieren auf. |
-
Dieser
Versuch zeigt, dass die im Tintenstrahldruck erzeugten Proben, die
mit Tinten hergestellt wurden, welche diese farblosen Latexteilchen
enthielten, Farbeffekte lieferten, die sich mit dem Beleuchtungs-
und Betrachtungswinkel änderten,
besonders wenn sie über
einem dunklen Hintergrund aufgedruckt wurden.
