DE60302623T2 - Kombination aus einer Tintenstrahltinte auf Wasserbasis und einem Empfänger - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kombination aus Tintenstrahltinte und einem Empfänger, worin die Tintenstrahltinte auf Wasserbasis ein Pigment und ein polymeres Bindemittel umfasst, und der Empfänger ein nichtabsorbierendes Substrat, z.B. ein unbehandeltes Polyvinylchlorid.
  • Tintenstrahldruck ist ein berührungsfreies Verfahren zur Herstellung von Bildern durch die Aufbringung von Tintentröpfchen auf ein Substrat (Papier, transparente Folie, Stoff, usw.) in Abhängigkeit von digitalen Signalen. Tintenstrahldrucker haben breite Anwendung auf Märkten gefunden, die von der industriellen Etikettierung bis zu Kleinauflagen und zur Bebilderung von Desktop-Dokumenten bzw. der Schaffung von Bildern als solchen und dem Druck von großen Formaten für Anwendungen im Freien wie beispielsweise Banner, Beschilderungen, Displays, Poster, flächendeckende Folien für Reklametafeln und Busse reichen.
  • Dieses Druckverfahren eignet sich gut für das Bedrucken einer Vielzahl von Oberflächen (Empfängern), einschließlich poröser und nichtporöser Oberflächen. Poröse Tintenstrahlempfänger bieten den Vorteil der Aufnahme großer Flüssigkeitsmengen und damit verbunden hoher Druckgeschwindigkeiten. In einigen Anwendungen jedoch wie beispielsweise Bannern, Beschilderungen, Displays, Postern, flächendeckenden Folien für Reklametafeln und Busse mangelt es diesen porösen Empfängern an Dauerhaftigkeit im Hinblick beispielsweise auf Lichtechtheit, Wasserfestigkeit, Abriebfestigkeit und Wetterbeständigkeit. Um dieser Probleme Herr zu werden, werden die Ausdrucke normalerweise anhand von Methoden wie beispielsweise der Laminierung nachbehandelt, was die Kosten beträchtlich erhöht. Historisch gesehen wurden, um diese Probleme zu überwinden und die angestrebte Haltbarkeit zu erreichen, Tinten auf Lösungsmittelbasis oder durch UV-Strahlung vernetzbare Tinten für das Bedrucken von nichtabsorbierenden Substraten wie beispielsweise Polyvinylchlorid ent wickelt. US-A-4,106,027 beschreibt solch eine Tinte auf Lösungsmittelbasis, die sich für das Drucken von Bildern mit verbesserter Haftung und Dauerhaftigkeit auf nichtabsorbierenden Empfängern eignet. EP 0 882 104 B1 beschreibt eine durch UV-Strahlung vernetzbare Tintenstrahl-Tintenkomposition für eine bessere Haltbarkeit des Drucks auf einem nichtabsorbierenden Substrat. Signifikante Sorgen im Hinblick auf die Umweltbelastung, die Gesundheit und die Sicherheit bereitet bei beiden Tintentypen die Verdampfung von Lösungsmittel oder UV-Monomer während des Druckvorgangs.
  • US-A-6,087,416 beschreibt den Einsatz einer Pigmenttinte auf Wasserbasis für das Drucken auf einem nichtabsorbierenden PVC-Substrat. Diese Tinte enthält ein Bindemittel auf der Grundlage eines Pfropfcopolymers, das in der wasserhaltigen Bindemittellösung löslich ist, nicht aber in Wasser. Wegen der Löslichkeit des Bindemittels in der Bindemittellösung der Tinte ergibt sich daraus für diese Tinte das Problem, dass die Viskosität der Tinte hoch und die Druckverlässlichkeit niedrig ist. Es kommt hinzu, dass die gedruckten Bilder nicht lösungsmittelbeständig sind.
  • US-A-4,762,875 beschrieb eine Drucktinte, die Pigment und Polymeradditive für Kunststoff- und Metalloberflächen enthielt. Mit dieser Tinte ist jedoch das Problem verbunden, dass der Feststoffgehalt in dieser Tinte hoch und daher die Viskosität der Tinte für die Verwendung als Tintenstrahltinte zu hoch ist; es kommt hinzu, dass die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Additive hydrophiler Natur sind und infolgedessen die resultierenden Beschichtungen eine mangelhafte Wasserfestigkeit aufweisen.
  • US-A-6,417,249B1 bezieht sich auf spezifische Kern/Hülle-Bindemittel, und -Additive für den Einsatz in Tintenkompositionen für den Tintenstrahl-Druck werden angegeben. Die allgemeine Tintenformulierung umfasst 5 bis 50 Gewichtsprozent mit Wasser mischbares Lösungsmittel; 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Farbstoff; 0,005 bis 50 Gewichtsprozent Additive und Wasser. US-A-5,407,474 bezieht sich auf eine pigmenthaltige Tinte für die Verwendung in einem Tintenstrahldrucker, in der die maximale Teilchengröße des Pigments ausreichend klein ist, um nicht die Düsen oder die Filter des Druckers zu verstopfen, und der Teilchengrößenbereich ausreichend eng ist und so die Viskosität der Tinte niedrig ist und der Drucker funktionieren kann. Die Tinte soll sich besonders gut für das Bedrucken von Keramik oder Glas eignen. EP 1 219 690 A1 bezieht sich auf ein Tintenstrahl-Druckverfahren, das folgende Schritte umfasst: A) Bereitstellung eines Tintenstrahldruckers, der auf digitale Datensignale anspricht; B) Beladung des Druckers mit Tinte aufnehmenden Elementen, die einen Träger umfassen, auf dem sich eine poröse Tinte aufnehmende Schicht befindet; C) Beladung des Druckers mit einer Tintenstrahl-Tintenkomposition, die einen in Wasser dispergierbaren Polymerlatex und einen wasserlöslichen Farbstoff umfasst, und D) Bedrucken eines Tinte aufnehmenden Substrats mit der Tintenstrahltinte in Erwiderung der digitalen Datensignale. EP 0 412 548 A2 bezieht sich auf eine Tintenkomposition zur Bildaufzeichnung für den Einsatz in einem Drucker für die Aufzeichnung von Briefen und Bildern mit einer flüssigen Tinte, die Wasser und ein Färbemittel umfasst und mindestens eine wasserunlösliche Komponente enthält. Die Tintenkomposition soll im Hinblick auf schnelles Trocknen, auf ihre Fixiereigenschaften, auf das Fehlen von Blockaden in einer Druckmaschine, auf ihre Haltbarkeit und auf die exzellenten Bilder hinsichtlich Schärfe, Dichte, Glanz, Wasserfestigkeit und Lichtechtheit ausgezeichnet sein.
  • Darum existiert ein Bedarf an einer Tintenstrahltinte auf Wasserbasis, mit guter Wasserfestigkeit, Lichtechtheit, Abriebfestigkeit, guter Haftung auf nichtabsorbierenden Substraten einschließlich unbehandeltem PVC, die zuverlässig mit einem Piezodruckkopf oder thermischen Druckkopf aufgedruckt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung liefert eine Tintenstrahltinte auf Wasserbasis, mit guter Wasserfestigkeit, Lichtechtheit, Abriebfestigkeit, guter Haftung auf nichtabsorbierenden Substraten einschließlich unbehandeltem PVC, die zuverlässig mit einem Piezodruckkopf oder thermischen Druckkopf aufgedruckt werden kann. Diese und andere Aufgaben werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die eine Kombination von Tintenstrahltinte und Empfänger umfasst, in welcher die Tinte:
    • – ein organisches Pigment in einer Konzentration von nicht mehr als 20 Gewichtsprozent und mit einer Teilchengröße von unter 0,2 μm,
    • – ein polymeres Bindemittel mit, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers, weniger als 25 Gewichtsprozent an hydrophilem Monomer, das in wässrigen Medien dispergierbar aber unlöslich ist,
    • – mindestens ein Tensid,
    • – und ein Feuchthaltemittel umfasst, die Tinte eine Oberflächenspannung von 20 dyn/cm bis 35 dyn/cm aufweist und der Empfänger ein nichtabsorbierendes Substrat umfasst.
  • Es wurde gefunden, dass die Kolloidstabilität, die Fleckenunempfindlichkeit und die Abriebfestigkeit eines Tintenstrahlbildes bei Verwendung der hier beschriebenen Komposition verbessert wurden.
  • Die Tintenkomposition der vorliegenden Erfindung eignet sich für das Bedrucken zahlreicher Substrate, einschließlich nichtabsorbierender Substrate. Die nichtabsorbierenden Substrate, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, schließen alle Substrate ein, die im Wesentlichen nichtporös sind. Sie werden gewöhnlich nicht speziell für eine vermehrte Flüssigkeitsabsorption ausgerüstet. Aus diesem Grunde weisen diese Materialien ein sehr niedriges oder fehlendes Absorptionsvermögen für Flüssigkeiten auf. Beispiele für solche nichtabsorbierenden Substrate sind Metalle wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, rostfreier Stahl und Legierungen usw.; Kunststoffe wie beispielsweise PVC, Polycarbonat, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Cellulose und andere Substrate wie beispielsweise Keramik und Glas.
  • Um eine gute Haltbarkeit der Bilder zu erreichen, wenn nichtabsorbierende Substrate mit Tinten auf Wasserbasis bedruckt werden, muss das polymere Bindemittel in der Tintenkomposition im Wesentlichen hydrophob sein und dazu befähigt, starke Adhäsionskraft auf das nichtabsorbierende Substrat auszuüben und nach dem Trocknen auch nicht leicht wieder dispergierbar zu sein. Zusätzlich muss für eine gute Lagerstabilität der Tinte und gute Ausstoßbarkeit aus der Düse das hydrophobe polymere Bindemittel sowohl als Dispersion ausreichend stabil als auch mit anderen Tintenkomponenten wie beispielsweise Tensiden, Färbemitteln und Feuchthaltemitteln kompatibel sein. Ein Weg zur Erreichung dieses Ziels besteht darin, das polymere Bindemittel so zu konzipieren, dass es in dem wässrigen Milieu der Tinte dispergierbar, aber in wässrigen Medien unlöslich ist. Dadurch wird eine niedrige Viskosität der Tinte erreicht, und die resultierenden Bildausdrucke weisen Beständigkeit gegenüber Wasser und auch Lösungsmitteln auf. Darüber hinaus sollte die Tinte eine ausreichend niedrige Oberflächenspannung besitzen, damit sie beim Druck auf nichtabsorbierende Substrate diese gut benetzt.
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Pigment kann entweder selbstdispergierbar sein wie die in US-A-5,630,868 beschriebenen Beispiele, eingekapselt wie die in der EP-Veröffentlichung Nr. 1,245,653 beschriebenen Pigmente, oder kann durch ein Dispergiermittel stabilisiert werden. Das Verfahren zur Herstellung von Tinten aus Pigmenten beinhaltet üblicherweise zwei Schritte: (a) einen Dispergier- oder Mahlschritt, um das Pigment bis zu den Primärteilchen herunter zu zerteilen, und (b) einen Verdünnungsschritt, in dem das Konzentrat mit dem dispergierten Pigment mit einem Träger und weiteren Zusatzstoffen zu einer gebrauchsfertigen Tinte verdünnt wird. Im Mahlschritt wird üblicherweise das Pigment zusammen mit harten, inerten Mahlmedien in einem Träger suspendiert (typischerweise derselbe Träger wie der in der fertigen Tinte). Diese Pigmentdispersion wird mit mechanischer Energie beaufschlagt, und die Kollisionen zwischen den Mahlmedien und dem Pigment lassen das Pigment in seine Primärteilchen zerfallen. Gewöhnlich wird ein Dispergiermittel oder ein Stabilisator oder Beides der Pigmentdispersion zugesetzt, um die Desaggregierung des Rohpigments zu erleichtern, um die Stabilität der Kolloidteilchen zu erhalten und um die Reagglomerierung und die Sedimentation der Teilchen zu verzögern.
  • Es gibt viele verschiedene Arten von Materialien, die für Mahlmedien in Betracht kommen, wie beispielsweise Gläser, Keramik, Metalle und Kunststoffe. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Mahlmedien Teilchen umfassen, vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmige, z.B. Perlen, die im Wesentlichen aus einem polymeren Harz bestehen. Im Allgemeinen sind polymere Harze, die sich für den Einsatz als Mahlmedien eignen, chemisch und physikalisch inert, praktisch frei von Metallen, Lösungsmitteln und Monomeren und ausreichend hart beziehungsweise so wenig zerreiblich, dass sie während des Mahlvorgangs nicht zerschlagen oder zerdrückt werden. Geeignete polymere Harze schließen vernetzte Polystyrole ein wie beispielsweise Polystyrol, vernetzt mit Divinylbenzol, Styrolcopolymere, Polyacrylate wie beispielsweise Polymethylmethylacrylat, Polycarbonate, Polyacetale wie beispielsweise DerlinTM, Vinylchloridpolymere und -copolymere, Polyurethane, Polyamide, Polytetrafluorethylene, z.B. TeflonTM und andere Fluorpolymere, Polyethylene hoher Dichte, Polypropylene, Celluloseether und -ester wie beispielsweise Celluloseacetat, Polyhydroxyethylmethacrylat, Polyhydroxyethylacrylat, Silicium enthaltende Polymere wie beispielsweise Polysiloxane und dergleichen. Das Polymer kann biologisch abbaubar sein. Beispiele für biologisch abbaubare Polymere schließen Polylactide, Polyglykolide, Copolymere von Lactiden und Glykoliden, Polyanhydride, Polyiminocarbonate, Poly(N-acylhydroxyprolin)ester, Poly(N-palmitoylhydroxyprolin)ester, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere, Polyorthoester, Polycaprolactone und Polyphosphazene ein. Das polymere Harz kann eine Dichte von 0,9 bis 3,0 g/cm3 aufweisen.
  • Harze höherer Dichte werden bevorzugt, weil angenommen wird, dass diese eine effizientere Teilchengrößereduktion bewirken. Ganz besonders bevorzugt sind vernetzte oder unvernetzte polymere Medien auf der Grundlage von Styrol.
  • Der Mahlvorgang kann in jeder geeigneten Mahlanlage erfolgen. Sich eignende Mühlen schließen Luftstrahlmühlen, Walzenmühlen, Kugelmühlen, Rührwerkskugelmühlen und Perlmühlen ein. Eine Hochgeschwindigkeitsmühle wird bevorzugt. Unter Hochgeschwindigkeitsmühlen verstehen wir Mahlanlagen, die Mahlmedien auf Geschwindigkeiten oberhalb von etwa 5 Meter pro Sekunde beschleunigen können. Ausreichende Geschwindigkeiten der Mahlmedien werden zum Beispiel in Sägezahn-Impellern vom Cowles-Typ mit einem Durchmesser von 40 mm bei 9000 Umdrehungen pro Minute erreicht. Die bevorzugten Verhältnisse von Mahlmedien, Pigment, flüssigem Dispersionsmedium und Dispergiermittel können innerhalb weiter Grenzen variieren und hängen zum Beispiel von dem speziellen Material ab, das gewählt wurde, und der Größe und Dichte der Mahlmedien usw. Nachdem die Mahlung abgeschlossen ist, wird die Dispersion des aktiven Materials durch einfache Siebung oder Filtration von den Mahlmedien abgetrennt. Mit jeder der oben angegebenen Betriebsweisen variieren die bevorzugten Mengen und Mengenverhältnisse der im Mahlgut enthaltenen Stoffe erheblich und hängen von den spezifischen Materialien und den beabsichtigten Anwendungen ab. Der Inhalt des Mahlgemischs umfasst das Mahlgut und die Mahlmedien. Das Mahlgut umfasst Pigment, Dispergiermittel und einen flüssigen Träger wie beispielsweise Wasser. Für wässrige Tintenstrahltinten liegt das Pigment im Mahlgut gewöhnlich in Mengen von 1 bis 50 Gewichtsprozent vor, die Mahlmedien nicht mitgerechnet. Das Gewichtsverhältnis von Pigment zu Dispergiermittel liegt zwischen 20:1 und 1:2. Die Hochgeschwindigkeitsmühle ist ein hochtouriges Rührwerk wie beispielsweise die von Morehouse-Cowles, Hockmeyer et al hergestellten Anlagen.
  • Das Dispergiermittel ist ein anderer Bestandteil des Mahlguts. Es kann entweder ein kleines Molekül oder ein Polymer sein. Bevorzugte, in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Dispergiermittel schließen Natriumdodecylsulfat, Acrylpolymere und Styrol/Acryl-Copolymere wie beispielsweise die in US-A-5,085,698 und US-A-5,172,133 mitgeteilten Beispiele und sulfonierte Polyester und Styrolpolymere wie beispielsweise die in US-A-4,597,794 mitgeteilten Beispiele ein. Andere Patente, auf die weiter oben im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit von Pigmenten Bezug genommen wird, teilen ebenfalls eine große Zahl an Dispergiermitteln mit. Das in den Beispielen eingesetzte Dispergiermittel ist das Kalium-N-methyl-N-oleoyltaurat (K-OMT).
  • Die Mahldauer kann in weiten Grenzen variieren und hängt von der Wahl des Pigments, der mechanischen Mittel und der Verweilzeitbedingungen, der anfänglichen Teilchengröße und der angestrebten finalen Teilchengröße usw. ab. Für wässrige Mahlgüter mit den oben beschriebenen bevorzugten Pigmenten, Dispergiermitteln und Mahlmedien liegen die Mahldauern typischerweise zwischen 1 und 100 Stunden. Das gemahlene Pigmentkonzentrat wird von den Mahlmedien vorzugsweise durch Filtrieren abgetrennt.
  • Die sich in der vorliegenden Erfindung eignenden Pigmentteilchen haben eine mittlere Teilchengröße von weniger als etwa 0,2 μm.
  • Eine große Anzahl von organischen Pigmenten, allein oder in Kombination mit anderen organischen oder anorganischen Pigmenten kann für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden. Färbemittelteilchen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Pigmente ein, wie sie zum Beispiel in US-A-5,026,427; US-A-5,086,698; US-A-5,141,556; US-A-5,160,370 und US-A-5,169,436 mitgeteilt werden. Die genaue Wahl der Pigmente hängt von der spezifischen Anwendung und den Anforderungen wie beispielsweise der Farbwiedergabe und der Bildstabilität ab. Pigmente, die sich für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung eignen, schließen zum Beispiel Azopigmente, Monoazopigmente, Disazopigmente, Azopigmentlacke, β-Naphtholpigmente, Naphthol AS-Pigmente, Benzimidazolon-Pigmente, Disazokondensationspigmente, Metallkomplex-Pigmente, Isoindolinon- und Isoindolin-Pigmente, polycyclische Pigmente, Phthalocyanin-Pigmente, Chinacridonpigmente, Perylen- und Perinonpigmente, Thioindigopigmente, Anthrapyrimidon-Pigmente, Flavanthron-Pigmente, Anthanthron-Pigmente, Dioxazinpigmente, Triarylcarboniumpigmente, Chinophthalon-Pigmente, Diketopyrrolopyrrol-Pigmente, Titandioxid, Eisenoxid und Russ ein. Typische Beispiele für Pigmente, die verwendet werden können, schließen Color Index (C. I.) Pigmentgelb 1, 2, 3, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 62, 65, 73, 74, 75, 81, 83, 87, 90, 93, 94, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 111, 113, 114, 116, 117, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 128, 129, 130, 133, 136, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 165, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 188, 190, 191, 192, 193, 194; C. I. Pigmentorange 1, 2, 5, 6, 13, 15, 16, 17, 17:1, 19, 22, 24, 31, 34, 36, 38, 40, 43, 44, 46, 48, 49, 51, 59, 60, 61, 62, 64, 65, 66, 67, 68, 69; C. I. Pigmentrot 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 31, 32, 38, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 49:1, 49:2, 49:3, 50:1, 51, 52:1, 52:2, 53:1, 57:1, 60:1, 63:1, 66, 67, 68, 81, 95, 112, 114, 119, 122, 136, 144, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 164, 166, 168, 169, 170, 171, 172, 175, 176, 177, 178, 179, 181, 184, 185, 187, 188, 190, 192, 194, 200, 202, 204, 206, 207, 210, 211, 212, 213, 214, 216, 220, 222, 237, 238, 239, 240, 242, 243, 245, 247, 248, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 258, 261, 264; C. I. Pigmentviolett 1, 2, 3, 5:1, 13, 19, 23, 25, 27, 29, 31, 32, 37, 39, 42, 44, 50; C. I. Pigmentblau 1, 2, 9, 10, 14, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 15, 16, 18, 19, 24:1, 25, 56, 60, 61, 62, 63, 64, 66; C. I. Pigmentgrün 1, 2, 4, 7, 8, 10, 36, 45; C. I. Pigmentschwarz 1, 7, 20, 31, 32 und C. I. Pigmentbraun 1, 5, 22, 23, 25, 38, 41, 42 ein. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die Pigmente C. I. Pigmentblau 15:3, C. I. Pigmentrot 122, C. I. Pigmentgelb 155, C. I. Pigmentgelb 74, C. I. Pigmentschwarz 7 oder Bis(phthalocyanylalumino)tetraphenyldisiloxan wie in US-A-4,311,775 beschrieben.
  • Die Tinte kann bis zu annähernd 20 Gewichtsprozent des organischen Pigments enthalten, im Allgemeinen enthält sie aber etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,1 bis 5 Gewichtsprozent der Gesamtkomposition der Tinte für die meisten Anwendungen im Tintenstrahldruck.
  • Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Polymere sind im Wesentlichen hydrophobe Polymere jeglicher Zusammensetzung, die in dem wässrigen Tintenmedium stabilisiert aber nicht gelöst werden können. Es kann sich bei ihnen entweder um Polymerlatex oder in Wasser dispergierbare Polymere handeln. Solche hydrophoben Polymere werden im Allgemeinen entweder Kondensationspolymeren oder Additionspolymeren zugeordnet. Kondensationspolymere schließen zum Beispiel Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyether, Polycarbonate, Polysäureanhydride und Kombinationen der oben aufgeführten Typen ein. Additionspolymere sind Polymere, die durch Polymerisation von Monomeren vom Vinyltyp, gebildet werden, zum Beispiel Allyl-Verbindungen, Vinylether, heterocyclische Vinyl-Verbindungen, Styrole, Olefine und halogenierte Olefine, ungesättigte Säuren und davon abgeleitete Ester, ungesättigte Nitrile, Vinylalkohole, Acrylamid und Methacrylamid, Vinylketone, multifunktionelle Monomere oder Copolymere, die aus unterschiedlichen Kombinationen dieser Monomere gebildet werden. Die meisten Monomereinheiten in dem in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Polymer können hydrophob sein, und der Gehalt an dem hydrophilen Monomer beträgt weniger als 25 Gewichtsprozent des Gesamtpolymers, bevorzugt weniger als 10 Gewichtsprozent des Gesamtpolymers und besonders bevorzugt weniger als 5 Gewichtsprozent des Gesamtpolymers.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Polymerlatex oder dem in Wasser dispergierbaren Polymer um ein Styrol/Acryl-Polymer, einen Polyester oder ein Polyurethan.
  • Das Polymer kann in wässrigen Medien mit wohlbekannten Verfahren der Emulsionspolymerisation mit freien Radikalen hergestellt werden und kann aus Homopolymeren aus nur einem Typ der oben erwähnten Monomere bestehen oder aus Copolymeren aus mehr als einem Typ der oben erwähnten Monomere. Polymere, die Monomere umfassen, die in Wasser unlösliche Homopolymere bilden, werden bevorzugt, ebenso Copolymere aus derartigen Monomeren. Bevorzugte Polymere können auch Monomere umfassen, die wasserlösliche Homopolymere ergeben, wenn das Polymer aufgrund seiner Gesamtzusammensetzung hinreichend wasserunlöslich ist, um einen Latex zu bilden. Das Polymer kann durch Emulsionspolymerisation, Lösungspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Dispersionspolymerisation, ionische Polymerisation (kationische, anionische), Atomübertragungspolymerisation und andere Polymerisationsmethoden, die in der Fachwelt bekannt sind, hergestellt werden.
  • Die erste Klasse von bevorzugten Polymeren schließt die durch Polymerisation von Vinyl-Monomeren mit freien Radikalen in einer wässrigen Emulsion hergestellten Styrol/Acryl-Polymere ein. Der Polymerlatex kann ein Homopolymer oder ein Copolymer sein, oder es handelt sich um vernetzte Polymere, die olefinisch ungesättigte hydrophobe Monomere umfassen, wasserunlösliche Homopolymere werden bevorzugt, ebenso Copolymere von sol chen Monomeren, die auch olefinisch ungesättigte hydrophile Monomere umfassen, die wasserlösliche Homopolymere ergeben, wenn das Polymer durch seine Gesamtzusammensetzung hinreichend wasserunlöslich ist, um einen Latex zu bilden.
  • Die Styrol/Acryl-Polymere können durch Emulsionspolymerisation, Dispersionspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Feinmahlung oder Lösungs-/Massepolymerisation mit nachfolgender Emulgierung hergestellt werden. Eingehende Informationen über das Verfahren und die Stabilisatoren findet man in "Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers" (P. A. Lovell, M. S. El-Aasser, John Wiley & Sons Ltd., England, 1997).
  • Die olefinisch ungesättigten Monomere, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, schließen beispielsweise die folgenden Monomere und deren Gemische ein: Acrylsäure, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, iso-Propylacrylat, iso-Propylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat, Octadecylmethacrylat, Octadecylacrylat, Laurylmethacrylat, Laurylacrylat, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxyhexylacrylat, Hydroxyhexylmethacrylat, Hydroxyoctadecylacrylat, Hydroxyoctadecylmethacrylat, Hydroxylaurylmethacrylat, Hydroxylaurylacrylat, Phenethylacrylat, Phenethylmethacrylat, 6-Phenylhexylacrylat, 6-Phenylhexylmethacrylat, Phenyllaurylacrylat, Phenyllaurylmethacrylat, 3-Nitrophenyl-6-hexylmethacrylat, 3-Nitrophenyl-18-octadecylacrylat, Ethylenglykoldicyclopentyletheracrylat, Vinylethylketon, Vinylpropylketon, Vinylhexylketon, Vinyloctylketon, Vinylbutylketon, Cyclohexylacrylat, 3-Methacryloxypropyldimethylmethoxysilan, 3-Methacryloxypropylmethyldimethoxysilan, 3-Methacryloxypropylpentamethyldisiloxan, 3-Methacryloxypropyltris(trimethylsiloxy)silan, 3-Acryloxypropyldimethylmethoxysilan, Acryloxypropylmethyldimethoxysilan, Trifluormethylstyrol, Trifluormethylacrylat, Trifluormethylmethacrylat, Tetrafluorpropylacrylat, Tetrafluorpropylmethacrylat, Heptafluorbutylmethacrylat, Isobutylacrylat, Isobutylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Isooctylacrylat, Isooctylmethacrylat, N,N-Dihexylacrylamid, N,N-Dioctylacrylamid, N,N-Dimethylaminoethylacrylat, N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat, N,N-Diethylaminoethylacrylat, N,N-Diethylaminoethylmethacrylat, Piperidino-N-ethylacrylat, Vinylpropionat, Vinylacetat, Vinylbutyrat, Vinylbutylether und Vinylpropylether, Ethylen, Styrol, Vinylcarbazol, Vinylnaphthalin, Vinylanthracen, Vinylpyren, Methylmethacrylat, Methylacrylat, Alphamethylstyrol, Dimethylstyrol, Methylstyrol, Vinylbiphenyl, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Glycidylpropylen, 2-Methyl-2-vinyloxiran, Vinylpyridin, Aminoethylmethacrylat, Aminoethylphenylacrylat, Maleinimid, N-Phenylmaleinimid, N-Hexylmaleinimid, N-Vinylphthalimid und N-Vinylmaleinimid, Polyethylenglykolmethyletheracrylat, Polyvinylalkohol, Vinylpyrrolidon, Vinyl-4-methylpyrrolidon, Vinyl-4-phenylpyrrolidon, Vinylimidazol, Vinyl-4-methylimidazol, Vinyl-4-phenylimidazol, Acrylamid, Methacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Methylacrylamid, N-Methylmethacrylamid, Aryloxydimethylacrylamid, N-Methylacrylamid, N-Methylmethacrylamid, Aryloxypiperidin und N,N-Dimethylacrylamidacrylsäure, Methacrylsäure, Chlormethacrylsäure, Maleinsäure, Allylamin, N,N-Diethylallylamin, Vinylsulfonamid, Natriumacrylat, Natriummethacrylat, Ammoniumacrylat, Ammoniummethacrylat, Acrylamidopropantriethylammoniumchlorid, Methacrylamidopropantriethylammoniumchlorid, Vinylpyridinhydrochlorid, Natriumvinylphosphonat und Natrium-1-methylvinylphosphonat, Natriumvinylsulfonat, Natrium-1-methylvinylsulfonat, Natriumstyrolsulfonat, Natriumacrylamidopropansulfonat, Natriummethacrylamidopropansulfonat und Natriumvinylmorpholinsulfonat, Allylmethacrylat, Allylacrylat, Butenylacrylat, Undecenylacrylat, Undecenylmethacrylat, Vinylacrylat und Vinylmethacrylat; Diene wie beispielsweise Butadien und Isopren; Ester von gesättigten Glykolen oder Diolen mit ungesättigten Monocarbonsäuren wie beispielsweise, Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Triethylenglykoldimethacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, 1,3-Butandioldimethacrylat, Pentaerythrittetraacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat und polyfunktionelle aromatische Verbindungen wie beispielsweise Divinylbenzol.
  • Das hydrophile Monomer wird aus der aus den folgenden Verbindungen bestehenden Gruppe ausgewählt: Acrylsäure, Methacrylsäure, Chlormethacrylsäure, Maleinsäure, Allylamin, N,N-Diethylallylamin, Vinylsulfonamid, Natriumacrylat, Natriummethacrylat, Ammoniumacrylat, Ammoniummethacrylat, Acrylamidopropantriethylammoniumchlorid, Methacrylamidopropantriethylammoniumchlorid, Vinylpyridinhydrochlorid, Natriumvinylphosphonat und Natrium-1-methylvinylphosphonat, Natriumvinylsulfonat, Natrium1-methylvinylsulfonat und Natriumstyrolsulfonat. Die hydrophilen Monomere können auch nichtionisch sein, wie beispielsweise Ethoxytriethylenglykolmethacrylat, Methoxypolyethylenoxidmethacrylat, Methoxypropylenoxidacrylat, Polyethylenoxidmethacrylat, Polyethylenoxidacrylat, N-Vinylpyrrolidon und dergleichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die olefinisch ungesättigten Monomere halogeniert. Beispiele sind Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Vinylbromid und Vinylidenbromid, Chlormethacrylsäure und dergleichen.
  • Die zweite in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Klasse von Polymeren können in Wasser dispergierbare Polyester sein. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten ionomeren Polymere in Gestalt von in Wasser dispergierbaren Polyestern weisen die folgende allgemeine Formel auf:
    Figure 00120001
    in der:
    A den Rest einer oder mehrerer Diol-Komponenten darstellt, die zusammen 100 Molprozent der wiederkehrenden Einheiten umfassen, und durch die folgende Struktur wiedergegeben wird: -O-(CHR2CHR3O)m-R1-(OCHR2CHR3)n-O- in der:
    m und n unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 0–4 sind;
    R1 stellt S dar, eine Alkylen-Gruppe mit 1 bis etwa 16 Kohlenstoff-Atomen; eine Cycloalkylen-Gruppe mit 5 bis etwa 20 Kohlenstoff-Atomen; eine Cyclobisalkylen-Gruppe mit etwa 8 bis etwa 20 Kohlenstoff-Atomen, eine Bi- oder Tricycloalkylen-Gruppe mit etwa 7 bis etwa 16 Kohlenstoff-Atomen, eine Bi- oder Tricyclobisalkylen-Gruppe mit etwa 9 bis etwa 18 Kohlenstoff-Atomen, eine Arenbisalkylen-Gruppe mit von 8 bis etwa 20 Kohlenstoff-Atomen oder eine Arylen-Gruppe mit 6 bis etwa 12 Kohlenstoff-Atomen, ein Polydimethylsiloxan-Segment mit Carbinol-Endgruppen; und
    R2 und R3 stellen unabhängig voneinander jeweils H, eine substituierte oder unsubstituierte Alkyl-Gruppe mit etwa 1 bis etwa 6 Kohlenstoff-Atomen oder eine substituierte oder unsubstituierte Aryl-Gruppe mit etwa 6 bis etwa 12 Kohlenstoff-Atomen dar.
    B ist der Rest einer zweiwertigen Säure, die 8 bis 50 Molprozent an wiederkehrenden Einheiten umfasst und durch eine oder mehrere der folgenden Strukturen wiedergegeben wird:
    Figure 00130001
    in denen:
    M+ ein Alkalimetall wie beispielsweise Li, Na und K; Ammonium-Gruppen wie beispielsweise Ammonium, Methylammonium, Triethylammonium, Tetralkylammonium, Aryltrialkylammonium usw.; Phosphonium-Gruppen wie beispielsweise Triphenylphosphonium; Tetrabutylphosphonium; heteroaromatische Ammonium-Gruppen wie beispielsweise Pyridinium, Imidazolium und N-Methylammonium; Sulfonium-Gruppen; Guanidinium-Gruppen; Amidinium-Gruppen, usw. darstellt; und
    D der Rest einer zweiwertigen Säure ist, die 50 bis 92 Molprozent an wiederkehrenden Einheiten umfasst und durch eine oder mehrere der folgenden Strukturen wiedergegeben wird:
    Figure 00140001
    in denen p eine ganze Zahl von 2 bis 12 ist.
  • Einige typische Diole, die durch A in der oben stehenden Formel wiedergegeben werden, schließen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Thiodiethanol, Cyclohexandimethanol, Bisphenol A, trans-1,4-Cyclohexandiol, Dodecandiol, cis-exo-2,3-Norbornandiol, 5-Norbornen-2,2-dimethanol, Hydrochinon-bis(2-hydroxyethylether), Polydimethylsiloxan mit Carbinol-Endgruppen, MW = 1000 (DMS-C15), (Gelest Inc.), usw. ein.
  • Beispiele für in Wasser dispergierbare Polyester, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, schließen Eastman AQ® Polyester, (Eastman Chemical Company) ein. Eastman Polyester AQ 29, AQ 38 und AQ 55 bestehen aus wechselnden Mengen Isophthalsäure, Natriumsulfoisophthalsäure, Diethylenglykol und 1,4-Cyclohexandimethanol. Diese thermoplastischen, amorphen, ionischen Polyester werden durch eine Schmelzphasenkondensation bei hoher Temperatur und niedrigem Druck hergestellt, und das geschmolzene Produkt wird in Form kleiner Pellets extrudiert. Das feste Polymer lässt sich in Wasser bei 70°C unter geringfügigem Rühren ohne Schwierigkeiten dispergieren und ergibt durchscheinende niedrigviskose Dispersionen, die keine Zusätze von Tensiden oder Lösungsmittel enthalten. Durch Variation der Menge der ionischen Monomere, z.B. von Sulfoisophthalsäure, kann die Teilchengröße gesteuert werden. Die Teilchengrößen liegen zwischen 0,02 und 0,1 μm.
  • Die dritte in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Klasse von Polymeren können in Wasser dispergierbare Polyurethane sein. Geeignete Polyurethane werden in US-A-6,268,101 (Yacobucci et al.) mitgeteilt. Diese Materialien können wie in "Polyurethane Handbook," Hanser Verlag, München Wien, 1985, beschrieben, hergestellt werden. Beispiele für in Wasser dispergierbare Polyurethane sind Witcobond® Polyurethandispersionen wie beispielsweise W-240, W-232 und W-254 von Crompton Corp. oder Sancure® Polyurethan von BF Goodrich Company.
  • Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Polymer weist im Allgemeinen einen Tg-Wert von –50 bis 150°C, vorzugsweise von 5 bis 100°C, besonders bevorzugt von 10 bis 80°C auf.
  • Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Polymerlatex hat im Allgemeinen eine durchschnittliche Teilchengröße von unter 2 μm, vorzugsweise von unter 0,5 μm, besonders bevorzugt von unter 0,25 μm.
  • Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Polymerlatex ist in der Tintenstrahltinte im Allgemeinen in Mengen von 0,1% Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 0,5% bis 10 Gewichtsprozent enthalten.
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete polymere Bindemittel enthält vorzugsweise mindestens eine reaktionsfähige funktionelle Gruppe, die mit einem Vernetzungsmittel reagieren kann. Typische Beispiele für solche reaktiven Gruppen sind Epoxy-Gruppen (vorzugsweise Glycidyl), Hydroxyalkyl-Gruppen, Amino-Gruppen, Carboxyl-Gruppen, aktive Carbonylverbindungen wie beispielsweise Aldehyde oder Ketone, Harnstoff- oder Urethan-Gruppen und Alkohole.
  • Vorzugsweise umfasst die in der Kombination der vorliegenden Erfindung verwendete Tinte außerdem ein Vernetzungsmittel, das bei erhöhten Temperaturen oder durch Einwirkung von Licht oder chemisch mit dem polymeren Bindemittel reagieren kann. Typische Vernetzungs mittel für die Carbonylgruppierungen enthaltenden reaktiven Gruppen wie beispielsweise Keto- oder Aldehyd-Gruppen können Di- oder Polyamine wie beispielsweise Melamin, Di- oder Polyhydrazide, Isophorondiamin, 4,7-Dioxadecen-1,10-diamin oder Abkömmlinge zweibasiger Säuren wie beispielsweise Adipinsäuredihydrazid, Bernsteinsäuredihydrazid, Phthalsäuredihydrazid, Dialkylaminderivate von Polyalkylglykolen, Alkyldi- oder triamine sein. Typische Vernetzungsmittel für reaktive Gruppen wie beispielsweise Hydroxy-Gruppen sind Polyisocyanate, Melamin und Glykoluril.
  • Vernetzungsmittel enthaltende Polymerdispersionen können ebenfalls eingesetzt werden. Sie können zum Beispiel im Handel erhältlich sein wie beispielsweise selbstvernetzendes Polyurethan W-240 und W-254 von Crompton Corp. und Acronal D6079, Acronal A603 von der BASF und Esicryl 100XL von Cook Composites & Polymers.
  • Das wässrige Trägermedium für die Tintenkomposition ist Wasser oder ein Gemisch von Wasser und mindestens einem mit Wasser mischbaren Co-Lösungsmittel. Die Wahl eines sich eignenden Gemischs hängt von den Anforderungen der spezifischen Anwendung ab, beispielsweise von der gewünschten Oberflächenspannung und Viskosität, dem gewählten Pigment, der Trocknungszeit der pigmenthaltigen Tintenstrahltinte und dem Papiertyp, der mit der Tinte bedruckt wird. Repräsentative Beispiele für mit Wasser mischbare Cosolventien, die gewählt werden können, schließen (1) Alkohole, wie beispielsweise Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec-Butylalkohol, t-Butylalkohol, iso-Butylalkohol, Furfurylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol ein; (2) Ketone oder Ketoalkohole wie beispielsweise Aceton, Methylethylketon und Diacetonalkohol; (3) Ether, wie beispielsweise Tetrahydrofuran und Dioxan; (4) Ester, wie beispielsweise Ethylacetat, Ethyllactat, Ethylencarbonat und Propylencarbonat; (5) mehrwertige Alkohole wie beispielsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Glycerin, 2-Methyl-2,4-pentandiol, 1,2,6-Hexantriol und Thioglykol; (6) sich von Alkylenglykolen ableitende niedere Alkylmono- oder diether wie beispielsweise Ethylenglykolmonomethyl(oder -ethyl)ether, Diethylenglykolmonomethyl(oder -ethyl)ether, Diethylenglykolmonobutyl(oder -ethyl)ether, Propylenglykolmonomethyl(oder -ethyl)ether, Polyethylenglykolbutylether, Triethylenglykolmonomethyl(oder -ethyl)ether und Diethylenglykoldimethyl(oder -ethyl)ether; (7) stickstoffhaltige cyclische Verbindungen wie beispielsweise Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon und 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon und (8) schwefelhaltige Verbindungen wie beispielsweise Dimethylsulfoxid, 2,2'-Thiodiethanol und Tetramethylensulfon.
  • Die Menge an wässrigem Trägermedium liegt zwischen etwa 70 bis 99 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen etwa 90 und 98 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Ein Gemisch von Wasser und einem mehrwertigen Alkohol, wie beispielsweise Diethylenglykol, eignet sich als das wässrige Trägermedium. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Tinten zwischen etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent an mit Wasser mischbarem organischen Lösungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht des wässrigen Trägermediums.
  • Die Strahlgeschwindigkeit, die Abstände der Tröpfchen, die Tropfengröße und die Stromstabilität werden in hohem Maße durch die Oberflächenspannung und die Viskosität der Tinte beeinflusst. Die sich für den Einsatz in Tintenstrahldrucksystemen eignenden Tintenstrahltinten, die außerdem auf nichtabsorbierende Substrate, insbesondere auf hydrophobe Oberflächen hoher Oberflächenenergie aufgebracht werden sollen, haben gemäß der vorliegenden Erfindung Oberflächenspannungen zwischen 20 dyn/cm und etwa 35 dyn/cm. Die Regelung der Oberflächenspannungen in Tinten auf Wasserbasis erfolgt durch die Zugabe kleiner Mengen von Tensiden. Der zu verwendende Tensidgehalt kann durch einfaches Ausprobieren ermittelt werden und liegt üblicherweise zwischen etwa 0,1 Gewichtsprozent und etwa 6 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 0,5 Gewichtsprozent und etwa 4 Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung der Tinte. Anionische, kationische und nichtionische Tenside können aus den in US-A-5,324,349; US-A-4,156,616 und US-A-5,279,654 mitgeteilten Beispielen und ebenso aus vielen anderen dem Fachmann auf dem Gebiet der Tintenstrahltinten bekannten Tensiden ausgewählt werden. Auf dem Markt erhältliche Tenside schließen die Surfynole® von Air Products; die Zonyle® von DuPont und die Fluorads® von 3M ein. Bevorzugte Tenside können Silicium enthaltende Tenside oder Fluor enthaltende Tenside sein. Bevorzugte Silicium enthaltende Tenside können von der BYK-Chemie als BYK Tenside und von Crompton Corp als Silwet® Tenside bezogen werden. Auf dem Markt erhältliche Fluor enthaltende Tenside können die Zonyle® von DuPont und die Fluorads® von 3M sein, sie können für sich allein oder in Kombination mit anderen Tensiden eingesetzt werden.
  • Ein Feuchthaltemittel wird der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten Komposition zugesetzt, um die Tinte vor dem Austrocknen zu bewahren oder daran zu hindern, die Öffnungen des Tintenstrahl-Druckkopfes zu verkrusten. Mehrwertige Alkohole, die sich für diesen Zweck für die in der vorliegenden Erfindung verwendete Komposition eignen, schließen zum Beispiel Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Propylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol, Glycerin, 2-Methyl-2,4-pentandiol, 1,2,6-Hexantriol und Thioglykol ein. Das Feuchthaltemittel kann in Konzentrationen von etwa 10 bis etwa 50 Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung der Tinte eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Diethylenglykol oder ein Gemisch von Glycerin und Diethylenglykol in Konzentrationen von 10 bis 20 Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung der Tinte eingesetzt.
  • Die Tinte weist physikalische Eigenschaften auf, die mit einem weiten Bereich von Ausstoßbedingungen, d.h. Treibspannungen und Impulsdauern für Vorrichtungen für den thermischen Tintenstrahldruck, Treibfrequenzen des piezoelektrischen Elements für entweder eine Dropon-Demand-Vorrichtung oder eine Vorrichtung mit kontinuierlichem Tintenstrahl und der Gestalt und Größe der Düse kompatibel sind.
  • Ein Penetriermittel (0–10 Gewichtsprozent) kann der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Tintenkomposition ebenfalls zugesetzt werden, um die Penetration des aufnehmenden Substrats durch die Tinte zu fördern, speziell in den Fällen, in denen es sich um hochgeleimte Papiere handelt. Ein bevorzugtes Penetriermittel für die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Tinten ist n-Propanol in einer Endkonzentration von 1–6 Gewichtsprozent.
  • Ein Biozid (0,01–1,0 Gewichtsprozent) kann ebenfalls zugesetzt werden, um unerwünschtes Wachstum von Mikroorganismen zu unterbinden, das mit der Zeit in der Tinte auftreten kann. Ein bevorzugtes Biozid für die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Tinten ist Proxel® GXL (Zeneca Colours Co.) in Konzentrationen von 0,05–0,5 Gewichtsprozent. Weitere Additive, die wahlweise in Tintenstrahltinten enthalten sein können, schließen Verdickungsmittel, die Leitfähigkeit verbessernde Mittel, Antikoaguliermittel, den pH-Wert puffernde Substanzen, Trocknungsmittel und Entschäumungsmittel ein.
  • Tintenstrahltinten, die unter Verwendung von Polymeren hergestellt wurden, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, werden für den Tintenstrahldruck verwendet, in dem flüssige Tintentropfen durch das Herausschleudern von Tintentröpfchen aus einer Vielzahl von in einem Druckkopf eines Tintenstrahldruckers befindlichen Düsen oder Öffnungen in geregelter Weise auf einem für die Aufnahme von Tinte bestimmten Substrat aufgebracht werden.
  • Im Handel erhältliche Tintenstrahldrucker wenden mehrere unterschiedliche Verfahren an, um die Aufbringung der Tintentröpfchen zu steuern. Derartige Verfahren gehören im Allgemeinen zwei Typen an: Kontinuierlicher Strahl und Drop-on-Demand.
  • In Drop-on-Demand-Systemen wird ein Tröpfchen Tinte durch Druck, der zum Beispiel von einer piezoelektrischen Vorrichtung, einer akustischen Vorrichtung oder einem thermischen Vorgang in Abhängigkeit von digitalen Datensignalen erzeugt wird, aus einer Öffnung direkt auf eine Stelle auf der Tintenempfangsschicht geschleudert. Ein Tintentröpfchen wird erst dann erzeugt und durch die Öffnungen des Druckkopfs ausgestoßen, wenn es benötigt wird. Tintenstrahldruck-Verfahren und entsprechende Drucker sind auf dem Markt erhältlich und müssen nicht im Einzelnen beschrieben werden.
  • Um die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen und die Haltbarkeit zu steigern, kann ein zusätzlicher Beheizungsschritt während des Druckvorgangs mit der Tintenkomposition der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden. Dieser Beheizungsschritt kann entweder während des Druckvorgangs oder nach dem Drucken angewendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird während und nach dem Drucken beheizt. Die Beheizung fördert einerseits die Ausbreitung von Flüssigkeiten auf einem nichtabsorbierenden Substrat und beschleunigt andererseits deren Verdampfung. Die Beheizung kann auch das Eindringen der Tintenkomponenten in das nichtabsorbierende Substrat durch Quellvorgänge erleichtern. Der Beheizungsschritt während des Druckvorgangs kann durch Verwendung einer Beheizungsvorrichtung ausgeführt und das nichtabsorbierende Substrat während des Druckvorgangs auf erhöhte Temperatur gebracht werden. Das Substrat wird bevorzugt auf 30°C bis 90°C, besonders bevorzugt auf 40°C bis 70°C erwärmt. Während der Beheizung nach dem Drucken wird das bedruckte Substrat mit einer Beheizungsvorrichtung auf erhöhte Temperaturen zwischen 50°C und 150°C, besonders bevorzugt zwischen 80°C und 120°C gebracht. Für die Beheizung können unterschiedliche Methoden in Frage kommen, beispielsweise kann Lichtstrahlung, eine Heißluftquelle oder eine elektrische Heizung eingesetzt werden. Für die Beheizung während des Druckvorgangs wird eine elektrische Heizung oder eine Infrarotlampe bevorzugt. Für die Beheizung nach dem Drucken wird Lichtstrahlung wie beispielsweise die einer Infrarotlampe bevorzugt. Wahlweise kann in der Tinte der vorliegenden Erfindung Infrarotstrahlen absorbierendes Material eingesetzt werden, um die Beheizung durch eine Infrarotlampe zu unterstützen.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen den Nutzen der vorliegenden Erfindung.
  • BEISPIELE
  • Herstellung der Pigmentdispersion
  • Die Dispersion des Magentapigments enthält: 300 g Polymerperlen, mittlerer Durchmesser 50 μm (Mahlmedien); 30 g Chinacridon-Magentapigment Pigmentrot 122 (Sun Chemicals); 9 g Oleoylmethyltaurin, (OMT), als Kaliumsalz und 208 g entionisiertes Wasser, und 0,2 g Proxel GXL® (Biozid von Zeneca). Die vorstehenden Komponenten wurden in einem 2 Liter fassenden, von BYK-Gardner bezogenen doppelwandigen Gefäß mit einer Hochenergiemühle von Morehouse-Cowles Hochmeyer gemahlen. Die Mühle wurde über einen Zeitraum von etwa 8 Stunden bei Raumtemperatur betrieben. Die Dispersion wurde durch Filtration durch einen von VWR Scientific Products bezogenen 4–8 μm KIMAX® Büchner-Trichter von den Mahlmedien getrennt. Am Ende des Mahlvorgangs wird der Dispersion soviel zusätzliches Wasser zugesetzt, dass das Pigment etwa 10,0 Gewichtsprozent der gesamten am Ende vorliegenden Dispersion ausmacht und das Biozid zu etwa 230 ppm (w/w) in der gesamten am Ende vorliegenden Dispersion enthalten ist. Die Teilchengröße beträgt etwa 30 nm, wie mit einem Partikelanalysator des Typs MICROTRAC II Ultrafine particle analyzer (UPA) von Leeds & Northrup gemessen wurde.
  • Herstellung von Polymerdispersionen
  • Herstellung der Polymerdispersion 1 zu Vergleichszwecken (PC-1: Acrylat)
  • 600 g entionisiertes Wasser und 3,6 g Triton 770®-Tensid wurden in einen 1-L-Dreihalsrundkolben eingefüllt, der mit einem mechanischen Rührer und einem Stickstoffeinlass versehen war. Die Lösung wurde mit Stickstoff 30 min lang gespült und in einem thermostatisierten Temperaturbad auf 60°C erhitzt. 36,0 g Styrol, 90,0 g Butylmethacrylat und 54,0 g Methacrylsäure wurden zugefügt, dann wurde drei Minuten lang gerührt. 16,4 g 10%ige Natriumpersulfatlösung und 5,5 g 10%ige Natriummetabisulfitlösung wurden zugesetzt, um die Polymerisation zu starten. Die Polymerisation wurde eine Stunde lang fortgesetzt, und eine weitere Stunde lang wurde auf 60°C erhitzt. Die Temperatur wurde auf 50°C abgesenkt, und jeweils 1 ml t-Butylhydroperoxid (10%) und Natriumformaldehydbisulfit (10%) wurden nachträglich zugefügt. Der Gehalt an dem hydrophilen Monomer beträgt 30 Gewichtsprozent des gesamten Polymers. Der Latex wurde abgekühlt und abfiltriert. Die Dispersion enthält 22,2 Gewichtsprozent Feststoff.
  • Herstellung der Polymerdispersion 1 zu Vergleichszwecken (PC-2: wasserlöslich)
  • Das wasserlösliche Polymer Jonrez IJ-4655® wurde von Westvaco als Styrol/Acryl-Polymerlösung mit 25% Feststoffgehalt bezogen.
  • Der titrimetrisch ermittelte geschätzte Gehalt der hydrophilen Komponenten in diesem Polymer beträgt etwa 40 Gewichtsprozent.
  • Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerdipersion 1 (P-1)
  • 160 g entionisiertes Wasser wurden in einen 500-mL-Einhalsrundkolben eingefüllt, der mit einem mechanischen Rührer versehen war. Der Kolben wurde zunächst mit Stickstoff 20 Minuten lang gespült, dann in ein thermostatisiertes Temperaturbad von 40°C eingetaucht. Danach wurden 0,25 g Kaliumpersulfat, 0,35 g Natriummetabisufit, 2,0 g Triton 770 (30% aktiv), 4,0 g Ethylacrylat, 36,0 g Vinylidenchlorid dem Kolbeninhalt zugefügt. Die Polymerisationsreaktion wurde weitere 12 Stunden fortgesetzt. Der Latex wurde abgekühlt und abfiltriert. Die am Ende erhaltene Polymerlatex-Dispersion enthielt 13,52 Gewichtsprozent Feststoff, und die durchschnittliche Teilchengröße betrug 0,056 Mikrometer. Dieses Polymer ent hält kein hydrophiles Monomer. Diese Polymerdispersion wird als Polymerdispersion 1 (P-1) bezeichnet.
  • Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerdispersion 2 (P-2: Polyester)
  • Festes AQ-55® Polyester-Ionomer wurde von der Eastman Chemical Company bezogen und dann unter Erwärmen und Rühren in Wasser eingegeben und in eine Dispersion von AQ-55 mit 30% Feststoffgehalt überführt. Der geschätzte Gehalt des ionischen hydrophilen Monomers in diesem Polymer beträgt weniger als 10 Gewichtsprozent. Diese Polymerdispersion wird als Polymerdispersion 2 (P-2) bezeichnet.
  • Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerdispersion 3 (P-3: Polyurethan)
  • W-240® war ein selbstvernetzendes Polyurethan, das von der Crompton Corporation als wässrige Dispersion mit 30% Feststoffgehalt bezogen wurde. Der geschätzte prozentuale Gewichtsanteil des hydrophilen Monomers in diesem Polymer beträgt laut dem Ergebnis der Titration weniger als 10%. Diese Polymerdispersion wird als Polymerdispersion 3 (P-3) bezeichnet.
  • Tintenformulierung
  • Tinte 1 der Erfindung (I-1)
  • Zur Herstellung von Tinte-1 wurden 4,36 g der Magenta-Pigmentdispersion (10% aktiv), 0,2 g Silwet® L-7608 (Crompton Corp.), 2,0 g Diethylenglykol und 1,0 g Dipropylenglykolmethylether (Dowanol® DPM), 0,6 g 2-Pyrrolidon und 3,25 g Polymerdispersion 1 (13,52% aktiv) mit soviel destilliertem Wasser vermischt, dass das Endgewicht der Tinte 20,0 g betrug. Die fertige Tinte enthielt 2,18% Pigmentrot 122, 1,0% Silwet® L-7608, 10,0% Diethylenglykol, 5% Dipropylenglykolmethylether, 3% Pyrrolidon und 2,2% Polymerdispersion-1. Die Lösung wurde durch ein 3 μm-Polytetrafluorethylen-Filter filtriert.
  • Tinte 2 der Erfindung (I-2)
  • Tinte-2 der vorliegenden Erfindung wurde auf die gleiche Weise wie Tinte-1 hergestellt, mit der Abweichung, dass 1,46 g Polymerdispersion 2 (30,0% aktiv) anstelle von Polymerdisper sion 1 eingesetzt wurden und die fertige Tinte 2,2 Gewichtsprozent Polymerdispersion 2, bezogen auf die gesamte Tinte, enthielt.
  • Tinte 3 der Erfindung (I-3)
  • Tinte-4 der vorliegenden Erfindung wurde auf die gleiche Weise wie Tinte-1 hergestellt, mit der Abweichung, dass 1,46 g Polymerdispersion 3 (30,0% aktiv) anstelle von Polymerdispersion 1 eingesetzt wurden und die fertige Tinte 2,2 Gewichtsprozent Polymerdispersion 3, bezogen auf die gesamte Tinte, enthielt.
  • Vergleichstinte 1 (C-1: Acryllatex mit hohem hydrophilen Gehalt)
  • Die Vergleichstinte 1 wurde auf die gleiche Weise wie Tinte-1 der Erfindung hergestellt, mit der Abweichung, dass 1,98 g der Polymerdispersion PC-1 zu Vergleichszwecken (22,2% aktiv) anstelle von Polymerdispersion 1 eingesetzt wurden. Die fertige Tinte enthielt 2,2% der Polymerdispersion PC-1 zu Vergleichszwecken.
  • Vergleichstinte 2 (C-2: wasserlösliches Polymer)
  • Die Vergleichstinte 2 wurde auf die gleiche Weise wie Vergleichstinte-1 hergestellt, mit der Abweichung, dass 1,76 g der Polymerdispersion PC-2 zu Vergleichszwecken (25% aktiv) anstelle von Polymerdispersion 1 eingesetzt wurden. Die fertige Tinte enthielt 2,2% der Polymerdispersion PC-2 zu Vergleichszwecken.
  • Vergleichstinte 3 (C-3: Kein Polymer)
  • Die Vergleichstinte 5 der Erfindung wurde auf die gleiche Weise wie Tinte 1 der Erfindung hergestellt, mit der Abweichung, dass 2,9 g destilliertes Wasser anstelle der Polymerdispersion 1 eingesetzt wurde, so dass die fertige Tinte keinen Polymerlatex enthielt.
  • Test des Ausstoßverhaltens der Tinte
  • Die Tinten der vorliegenden Erfindung wurden in leere Epson 880-Druckerpatronen gefüllt, und das Drucken erfolgte mit den oben aufgeführten Tinten auf einem Epson 880 Tintenstrahldrucker. Alle Tinten der Erfindung wurden erfolgreich im Epson 880-Drucker ausgestoßen, keine Düse wurde verstopft. Die Tinten wurden für mehr als 48 Stunden im Drucker belassen, und der vorstehende Drucktest wurde wiederholt. Alle Düsen feuerten mit einem Minimum an Reinigungscyclen und ohne irgendwelche Probleme für die Tinten der vorliegenden Erfindung.
  • Test der Druckverlässlichkeit der Tinte
  • Die Tinten der vorliegenden Erfindung wurden in einen Tintenbehälter gefüllt und unter Verwendung einer mit einem piezoelektrischen Druckkopf von Brother mit einer beheizbaren Drucktrommel ausgestatteten Spannvorrichtung für die Tintenstrahltinte getestet. Das Tintentropfenvolumen wurde zur Prüfung der Druckverlässlichkeit zeitabhängig gemessen. Ein 1'' mal 10'' großes nichtabsorbierendes PVC-Substrat, eine gegossene Mehrzweck-PVC-Folie für Tintenstrahldruck (MPI 1005 #226 von Avery Graphics), wurde auf die Drucktrommel gespannt. Die Trommel wurde während des Druckvorgangs auf 50°C gehalten. Ein 0,7''mal 4''-Dmax Dichtefeld-Drucktarget wurde bedruckt. Nach dem Druck wurden die Muster mit einer Infrarotlampe 1 Minute lang bei 90°C weiter erhitzt. Erfolgreich war ein Testergebnis, wenn 20 pL-Tintentröpfchen der Tintenkomposition mindestens eine Stunde lang mit einer Geschwindigkeit von 7500 Tropfen/Sekunde, ohne Versagen der Düsen oder Fehllenkung der Tintentröpfchen, kontinuierlich durch den Druckkopf gefeuert wurden.
  • Haltbarkeitstest
  • Probenvorbereitung für den Test
  • Ein nichtabsorbierendes PVC-Substrat, eine gegossene Mehrzweck-PVC-Folie für Tintenstrahldruck (MPI 1005 #226 von Avery Graphics), wurde auf die Maße 14 mal 25 cm beschnitten und auf einem beheizten, auf etwa 40°C befindlichen Beschichtungsblock angebracht. Die oben stehenden Tinten wurden in eine Spritzpistole (Paasche Airbrush Set H-3, erhältlich bei Paasche Airbrush Company, Harwood Heights, IL) eingefüllt, die an die Druckluftleitung angeschlossen war. Der Druck der Spritzpistole wurde auf etwa 20 lb eingeregelt, so dass ein gleichmäßiger Tintenfluss erhalten wurde. Die Tinten wurden auf das oben beschriebene beheizte PVC-Substrat gesprüht. Gleichmäßige Beschichtungen der Tinten wurden erhalten. Die ausgewählten Muster wurden dann 1 Minute lang mit einer Infrarotlampe auf 90°C erhitzt.
  • Prüfung der Trockenabriebfestigkeit
  • Die Prüfung auf Trockenabriebfestigkeit geschah durch viermaliges Reiben der Muster im mit Tinte beaufschlagten Bereich mit einem trockenen Q-Tip bei gleich bleibendem Druck. Der Farbverlust in dem behandelten Bereich des Musters und die Übertragung von Farbe auf den Q-Tip wurden visuell geprüft, und eine Benotung der Trockenabriebfestigkeit erfolgte wie nachstehend angegeben auf einer Skala von 0 bis 5.
    • 0:
    Bester Wert, Kein Farbverlust und/oder Farbtransfer;
    1:
    kaum sichtbarer Farbverlust und/oder Farbtransfer;
    2:
    sichtbarer Farbverlust und/oder Farbtransfer;
    3:
    einiger Farbverlust und Farbtransfer;
    4:
    starker Farbverlust und Farbtransfer;
    5:
    schlechtester Wert, fast vollständiger Farbverlust und Farbtransfer.
  • Prüfung der Nassabriebfestigkeit
  • Eine Prüfung der Nassabriebfestigkeit wurde in der Weise ausgeführt, dass ein Wassertröpfchen von ungefähr 2,54 cm Durchmesser 5 Minuten lang auf der mit Tinte beschichteten Oberfläche des Musters untergebracht wurde, nach dieser Zeit wurde das überschüssige Wasser mit einem Papierhandtuch abgewischt. Auf der obigen behandelten Fläche wurde dann mit einem trockenen Papierhandtuch eine Fläche von 3,5 cm Durchmesser unter einem gleich bleibenden Druck viermal gerieben. Der Farbverlust in dem behandelten Bereich des Musters und die Übertragung von Farbe auf das Papierhandtuch wurden visuell geprüft, und eine Benotung der Nassabriebfestigkeit erfolgte auf die gleiche Weise wie oben angegeben auf einer Skala von 0 bis 5, mit 0 als bestem und 5 als schlechtestem Wert. Die Ergebnisse der Tests auf Trockenabriebfestigkeit und auf Nassabriebfestigkeit werden in Tabelle 1 vorgestellt.
  • Tabelle 1
    Figure 00260001
  • Aus der vorstehenden Tabelle geht klar hervor, dass das Vorliegen von Polymerlatex in der Tinte im Vergleich zu den Tinten ohne Polymerlatex signifikant die Haltbarkeit der Bilder sowohl unter trockenen als auch unter nassen Bedingungen verbessert. Die Tinten der vorliegenden Erfindung lassen, verglichen mit den Vergleichstinten, weitere Vorteile hinsichtlich der Haltbarkeit der Bilder erkennen.

Claims (9)

  1. Kombination aus einer Tintenstrahltinte auf Wasserbasis und einem Empfänger, worin die Tintenstrahltinte auf Wasserbasis umfasst: ein organisches Pigment in einer Konzentration von nicht mehr als 20 Gew.-% und mit einer Teilchengröße von unter 0,2 μm; ein polymeres Bindemittel mit, bezogen auf das gesamte Polymer, weniger als 25 Gew.-% eines hydrophilen Monomers, wobei das Bindemittel in wässrigen Medien dispergierbar, aber unlöslich ist; mindestens eine oberflächenaktive Substanz; und ein Feuchthaltemittel; wobei die Tinte eine Oberflächenspannung von 20 dyn/cm bis 35 dyn/cm aufweist; worin der Empfänger ein nichtabsorbierendes Substrat umfasst.
  2. Kombination nach Anspruch 1, worin das Gewichtsverhältnis von Pigment zu polymerem Bindemittel 1:20 bis 20:1 beträgt.
  3. Kombination nach Anspruch 1, worin das Pigment bis zu 10 Gew.-% der Tintenkomposition umfasst.
  4. Kombination nach Anspruch 1, worin das polymere Bindemittel ein Polyester, ein Acrylpolymer oder ein Polyurethan ist.
  5. Kombination nach Anspruch 1, worin die Tinte ferner ein Vernetzungsmittel umfasst.
  6. Kombination nach Anspruch 1, worin das polymere Bindemittel mindestens eine reaktive Gruppe enthält, die mit einem Vernetzungsmittel reagieren kann.
  7. Kombination nach Anspruch 1, worin das polymere Bindemittel weniger als 5 Gew.-% hydrophiles Monomer, bezogen auf das Gesamtpolymer, enthält.
  8. Kombination nach Anspruch 1, worin alle monomeren Bausteine im polymeren Bindemittel hydrophob sind.
  9. Kombination nach Anspruch 1, worin es sich bei dem nichtabsorbierenden Substrat um ein Kunststoff-, Glas-, Keramik- oder Metallsubstrat handelt.
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