DE69917393T2

DE69917393T2 - Verbesserte Tintenzusammensetzungen für Tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE69917393T2
Application number: DE69917393T
Authority: DE
Inventors: Garland J. Ontario Nichols; Min-Hong Webster Fu; Gary R. Canandaigua Fague; James P. Lynden Bareman; Francisco San Mateo Torres
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: EP0982381A1; JP4790099B2; JP2000063724A; DE69917393D1; EP0982381B1; US6124376A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Tintenstrahldrucktechnologie. Spezieller ist die vorliegende Erfindung auf eine Tintenzusammensetzung gerichtet, die spezielle Komponenten zur Verringerung der Stichfleckigkeit, des Nassschmierens oder der Kantenzackigkeit beim Tintenstrahldrucken enthält.
Das Tintenstrahldrucken wird häufig mit einem Druckkopf durchgeführt, der eine Breite hat, die geringer ist als diejenige des zu bedruckenden Substrats. Der Druckkopf wandert typischerweise über das Substrat in einer Verarbeitungsrichtung zum Drucken einer Reihe, und das Substrat wird dann in einer Richtung senkrecht oder quer zu der Verarbeitungsrichtung vorwärts bewegt, wodurch es ermöglicht wird, dass der Druckkopf wieder über das Substrat wandert und eine andere Reihe benachbart zu der bereits gedruckten Reihe druckt. Die Stichfleckigkeit ist ein Phänomen, das beim Tintenstrahldrucken beobachtet wird, wenn ungleichmäßige unbedruckte Flächen (die z. B. weiß erscheinen, wenn auf weißem Papier gedruckt wird) auftreten, wo sich die Zeilen während des Druckverfahrens treffen. Während des Druckverfahrens scheint sich die Tinte von den Stich-/Reihenkanten oder Linien "zurückzuziehen", bevor die Tinte trocknet, was zu ungleichmäßigen Bildern und Bildfehlern führt, insbesondere in festen Bildbereichen, die als unbedruckte (z. B. weiße auf weißem Papier) Linien erscheinen, die über das Bild in einer Richtung parallel zu der Reihe laufen. Das Problem ist besonders auffallend, wenn Pigmentfärbemittel in der Tinte verwendet werden. Ein anderes Problem, welches bei Tintenstrahldruckverfahren häufig auftritt, ist das Nassschmieren. Nassschmieren tritt auf, wenn ein Bild Schmieren zeigt, wenn es der Wirkung eines nassen, dynamischen, abrasiven physikalischen Kontakts unterworfen wird, wie ein befeuchteter Daumen, der über das Bild gezogen wird, ein Markieren mit einer Filzspitze, die über das Bild gezogen wird, oder Ähnliches. Ein noch anderes Problem, das häufig in Tintenstrahldruckverfahren auftritt, ist Kantenzackigkeit (Mittelfrequenzlinie-Kantenrauschen, als MFLEN bezeichnet) des gedruckten Bildes auf dem Substrat, insbesondere, wenn das Substrat Normalpapier ist.
Obwohl bekannte Zusammensetzungen und Verfahren für ihre beabsichtigten Zwecke geeignet sind, verbleibt demgemäß ein Bedürfnis für verbesserte Tintenzusammensetzungen. Zusätzlich verbleibt ein Bedürfnis für Tintenzusammensetzungen, welche verringerte Stichfleckigkeit zeigen, wenn sie in Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden. Ferner verbleibt ein Bedürfnis nach Tintenzusammensetzungen, die Pigmentfärbemittel enthalten, welche eine verringerte Stichfleckigkeit zeigen, wenn sie in Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden. Zusätzlich verbleibt ein Bedürfnis für Tintenzusammensetzungen, welche verringertes Nassschmieren zeigen, wenn sie auf ein Substrat zur Erzeugung eines Bildes aufgebracht werden. Es besteht auch ein Bedürfnis nach Tintenzusammensetzungen, welche verringertes Nassschmieren aufweisen, wenn sie in Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden. Zusätzlich besteht ein Bedürfnis nach Tintenzusammensetzungen, die Pigmentfärbemittel enthalten, welche verringertes Schmieren aufweisen, wenn sie in Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden. Ferner besteht ein Bedürfnis nach Tintenzusammensetzungen, welche verringerte Kantenzackigkeit (MFLEN) aufweisen, wenn sie in Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Tintenzusammensetzung gerichtet, welche umfasst
ein wässriges, flüssiges Vehikel,
ein Färbemittel,
ein Polymer der Formel (1)
worin m, n, x und y jeweils ganze Zahlen sind, welche die Anzahl von Wiederholungsmonomereinheiten bedeuten, worin das Verhältnis von x : y 10 : 90 bis 90 : 10 beträgt, und worin das Polymer in der Tintenzusammensetzung in einer Menge von 0,2 bis 3 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorhanden ist, und
ein polymeres Additiv der Formel (2)
worin R¹ und R² unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und Alkoxygruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und x und y jeweils unabhängig eine Zahl von 10 bis 400 sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung enthalten ein wässriges, flüssiges Vehikel. Das flüssige Vehikel kann ausschließlich aus Wasser bestehen, oder es kann eine Mischung von Wasser und sowohl einer wasserlöslichen oder mit Wasser mischbaren organischen Komponente, wie Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycole, Glycerin, Dipropylenglycole, Polyethylenglycole, Polypropylenglycole, Amide, Ether, Harnstoff, substituierte Harnstoffe, Ether, Carbonsäuren und ihre Salze, Ester, Alkohole, Organosulfide, Organosulfoxide, Sulfone (wie Sulfolan), Alkoholderivate, Carbitol, Butylcarbitol, Cellusolve, Tripropylenglycolmonomethylether, Etherderivate, Aminoalkohole, Ketone, N-Methylpyrrolidinon, 2-Pyrrolidinon, Cyclohexylpyrrolidon, Hydroxyether, Amide, Sulfoxide, Lactone, Polyelektrolyte, Methylsulfonylethanol, Imidazol, Betain und andere wasserlösliche oder mit Wasser mischbare Materialien als auch Mischungen davon umfassen.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung enthalten auch ein Färbemittel. Das Färbemittel kann entweder ein Farbstoff oder ein Pigment sein. Jeder geeignete oder erwünschte Farbstoff, einschließlich anionische Farbstoffe, kationische Farbstoffe, nicht-ionische Farbstoffe, zwitterionische Farbstoffe und Ähnliches, können in der Tinte verwendet werden. Der Farbstoff ist in der Tintenzusammensetzung in jeder erwünschten oder wirksamen Menge vorhanden, typischerweise von 0,05 bis 15 Gew.-% der Tinte, bevorzugt von 0,1 bis 10 Gew.-% der Tinte und bevorzugter von 1 bis 5 Gew.-% der Tinte, obwohl die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Beispiele von geeigneten Pigmenten für die Tinten der vorliegenden Erfindung umfassen verschiedene Ruße, wie Kanalruß, Ofenruß, Lampenruß und Ähnliches. Gefärbte Pigmente umfassen sowohl rote, grüne, blaue, braune, magentafarbene, cyanfarbene und gelbe Teilchen als auch Mischungen davon. Bevorzugt ist die Pigmentteilchengröße so klein wie möglich, um eine stabile kolloidale Suspension der Teilchen in dem flüssigen Vehikel zu ermöglichen, und um ein Verstopfen der Tintenkanäle zu verhindern, wenn die Tinte in einem thermischen Tintenstrahldrucker verwendet wird. Bevorzugte mittlere Teilchendurchmesser betragen gewöhnlich 0,001 bis 5 μm (Mikron) und bevorzugter 0,1 bis 1 μm (Mikron), obwohl die Teilchengröße außerhalb dieser Bereiche liegen kann. In den Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist das Pigment in jeder wirksamen Menge vorhanden, um den erwünschten Färbungsgrad zu erzielen. Typischerweise ist das Pigment in einer Menge von 0,1 bis 8 Gew.-% der Tinte und bevorzugt von 2 bis 7 Gew.-% der Tinte vorhanden, obwohl die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
In einer Ausführungsform sind die Pigmentteilchen in Kombination mit einer Harzemulsion vorhanden, worin die Harzemulsion als Bindemittel für die Pigmentteilchen wirkt. Die Harzemulsion umfasst typischerweise Harzteilchen und löslich gemachtes Harz, das aus der Polymerisation in Wasser einer olefinischen Säure, wie Acrylsäure oder Methacrylsäure, und einem olefinischen Acrylat oder Methacrylat, wie Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Pentylacrylat, Pentylmethacrylat, Hexylacrylat, Hexylmethacrylat, Heptylacrylat, Heptylmethacrylat, Octylacrylat, Octylmethacrylat, Nonylacrylat, Nonylmethacrylat, Decylacrylat, Decylmethacrylat, Laurylacrylat, Laurylmethacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Dodecylacrylat, Dodecylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Polyethylenglycolacrylat, Polyethylenglycolmethacrylat, Polyoxyalkylenacrylat, Polyoxyalkylenmethacrylat oder Ähnlichem, abgeleitet ist. Typische Polyoxyalkylenacrylate und -methacrylate umfassen solche der allgemeinen Formel
worin R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe, typischerweise mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, ist, und n eine Zahl ist, welche die Zahl der Wiederholungsmonomereinheiten wiedergibt und typischerweise 2 bis 100 beträgt.
Das Harz hat typischerweise ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von 1000 bis 15000 Gramm pro mol und ein Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 1500 bis 40000, obwohl die Molekulargewichtswerte außerhalb dieser Bereiche liegen können. Die Harzteilchen haben typischerweise einen mittleren Teilchendurchmesser von 30 bis 300 Nanometer, obwohl der mittlere Teilchendurchmesser außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Die Harzemulsion enthält typischerweise 60 bis 99 Gew.-% Harzteilchen und 1 bis 40 Gew.-% löslich gemachtes Harz und enthält bevorzugt 90 bis 97 Gew.-% Harzteilchen und 3 bis 10 Gew.-% löslich gemachtes Harz, obwohl die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können. Sowohl die Harzteilchen als auch das löslich gemachte Harz können aus einem Radikaltypverfahren in Wasser hergestellt werden, worin eines der Monomere wasserlöslich ist, wie eine Acrylsäure oder eine Methacrylsäure, und das andere Monomer bzw. die anderen Monomere eine niedrige Löslichkeit in Wasser (z. B. von 0,05 bis 2 Gew.-% löslich in Wasser) aufweisen, wie ein Alkylacrylat oder ein Alkylmethacrylat oder ein Polyoxyalkylen(meth)acrylat.
Der Radikalinitiator ist gewöhnlich ein Initiator vom Emulsionstyp, wie ein Persulfat, wie Kalium- oder Ammoniumpersulfat. Kettenübertragungsmittel können verwendet werden, um das Molekulargewicht des Harzes einzustellen, und um das Verhältnis der Harzteilchen zu löslich gemachtem Harz einzustellen. Geeignete Kettenübertragungsmittel umfassen Alkylthiole, wie Dodecanthiol, halogenierte Kohlenwasserstofe, wie Kohlenstofftetrabromid, oder bevorzugt eine Kombination eines Alkylthiols und eines halogenierten Kohlenwasserstoffs. Oberflächenaktive Mittel können auch in die Harzemulsion eingebracht werden, einschließlich anionische, kationische und nicht-ionische oberflächenaktive Mittel. Beispiele von geeigneten oberflächenaktiven Mitteln umfassen Natriumdodecylbenzolsulfonat, Polyethylenoxid, Polyethylenoxidnonylphenylether, Tetraalkylammoniumchlorid, Natriumnaphthalinsulfonat und Ähnliches, die typischerweise in einer Menge von 0,005 bis 20 Gew.-% des Harzes und bevorzugt von 0,1 bis 5 Gew.-% des Harzes vorhanden sind, obwohl die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Gewöhnlich umfasst das olefinische saure Monomer 5 bis 20 Gewichtsteile der Harze, das olefinische Alkyl(meth)acrylatumfasst 40 bis 60 Gewichtsteile der Harze, und das Polyethylenglycolmethacrylat oder allgemeiner ein Polyethylenglycol mit niedrigem Molekulargewicht mit Endkappen eines Methacrylats oder Acrylats umfasst 0 bis 20 Gewichtsteile der Harze. Obwohl sowohl die Harzteilchen als auch das löslich gemachte Harz von den gleichen Monomeren abgeleitet sind, kann der Monomergehalt in den Harzteilchen im Vergleich zu dem löslich gemachten Harz verschieden sein; spezieller kann das löslich gemachte Harz einen höheren Anteil von saurem Monomer als die Harzteilchen enthalten.
Weitere Information betreffend Harzemulsionen, die zum Dispergieren oder zum Binden von Pigmentfärbemitteln geeignet ist, ist z. B. in der US-Patentschrift 5,766,818 beschrieben.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung enthalten auch ein Polymer der Formel (1)
worin m, n, x und y jeweils ganze Zahlen sind, welche die Anzahl von Wiederholungsmonomereinheiten wiedergeben. Der Wert von x liegt typischerweise im Bereich von 8 bis 60, bevorzugt von 10 bis 50 und bevorzugter von 12 bis 45, obwohl der Wert von x außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Der Wert von y liegt typischerweise im Bereich von 2 bis 20, bevorzugt von 3 bis 18 und bevorzugter von 5 bis 16, obwohl der Wert außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Das Verhältnis von x : y beträgt typischerweise 10 90 bis 90 : 10, bevorzugt 12 : 88 bis 80 : 20 und bevorzugter 14 : 86 bis 75 : 25, obwohl das Verhältnis außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Der Wert von n liegt typischerweise im Bereich von 3 bis 60, bevorzugt von 4 bis 40 und bevorzugter von 5 bis 30, obwohl der Wert von n außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Der Wert von m liegt typischerweise im Bereich von 10 bis 98, bevorzugt von 15 bis 70 und bevorzugter von 20 bis 50, obwohl der Wert von m außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Das Verhältnis von n : m beträgt typischerweise 2 : 98 bis 10 : 90, bevorzugt 3 : 97 bis 15 : 85 und bevorzugter 5 : 95 bis 20 : 80, obwohl das Verhältnis außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Die Werte von x, y, n und m sind derart, dass das Polymer typischerweise ein Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 1200 bis 60000, bevorzugt von 3000 bis 55000 und bevorzugter von 6000 bis 50000 hat, obwohl das Molekulargewicht außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Polymere der vorstehenden Formel sind im Handel z. B. erhältlich sowohl als TEGOPREN^® 5883 und 5884, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corp., Hopewell, VA der vorstehenden Formel, worin das Verhältnis von Ethylenoxid- zu Propylenoxid-Wiederholungseinheiten, bezogen auf das Gewicht, etwa 77 : 23 beträgt, das Verhältnis von n : m etwa 1 : 6 ist, und das Molekulargewicht-Gewichtsmittel etwa 50000 beträgt, als auch andere Mitglieder der TEGOPREN^®-Familie, wie 5851, 5863, 5852, 5857 und Ähnliches, als auch einige Mitglieder der SILWET^®-Familie, erhältlich von Witco Corp., Greenwich, CT, wie L-7210, L-7220, L-7230, L-7002, L-7500, L-7001, L-7200, L-7280, L-7087 und Ähnliches. Das Polymer ist in der Tinte in einer Menge von 0,2 bis 3 Gew.-% der Tinte, bevorzugt von 0,3 bis 2 Gew.-% der Tinte und bevorzugter von 0,5 bis 1,5 Gew.-% der Tinte vorhanden.
Ohne auf eine besondere Theorie beschränkt zu sein, wird angenommen, dass die Anwesenheit des Siloxancopolymers helfen kann, Pigmentaggregate auf dem Drucksubstrat aufrechtzuerhalten, so dass eine geringere Beweglichkeit der Pigmente eintritt, wodurch die Stichfleckigkeit verringert wird. Zusätzlich wird angenommen, dass das Siloxancopolymer das Drucksubstrat überzieht und hilft, eine Sperre bereitzustellen, welche die weitere Wanderung des Pigments in dem gedruckten Bild verhindert, wodurch die Stichfleckigkeit verringert wird. Bezüglich des Nassschmierens wird angenommen, dass Pigmentfärbemittel in Tinten Nassschmieren als Ergebnis einer ungenügenden Bindung der Pigmentteilchen aneinander und an das Drucksubstrat aufweisen; es wird angenommen, dass die Anwesenheit des Siloxancopolymers hilft, die Pigmentteilchen auf dem Drucksubstrat zu halten, wodurch Nassschmieren verringert wird. Mit Bezug auf Kantenzackigkeit und MFLEN wird angenommen, dass die Anwesenheit des Siloxancopolymers, indem es hilft, die Pigmentteilchen auf dem Drucksubstrat zu halten, das Eindringen der Tinte und das Auslaufen des Bildes verringert.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung enthalten ferner ein polymeres Additiv der Formel (2)
worin R¹ und R² unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl, Propyl und Ähnliches, und Alkoxygruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Methoxy, Ethoxy, Butoxy und Ähnliches, R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und x und y jeweils unabhängig eine Zahl von 10 bis 400 und bevorzugt von 100 bis 200 sind. Gewöhnlich beträgt das Molekulargewicht des Polyalkylenoxidpolymers 14000 bis 22000 und bevorzugt 15000 bis 20000, obwohl das Molekulargewicht außerhalb dieses Bereiches liegen kann. Materialien dieser Formel sind im Handel erhältlich, z. B. ist Carbowax M20, ein Polyethylenoxid/Bisphenol-A-Polymer der vorstehenden Formel mit einem Molekulargewicht von ungefähr 18000, erhältlich von Union Carbide Corporation, Danbury, CT, ein geeignetes polymeres Additiv für die Tinten der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich können Verbindungen der vorstehenden Formel nach den Verfahren hergestellt werden, die in Polyethers, N. G. Gaylord, John Wiley & Sons, New York (1963) und "Laboratory Snythesis of Polyethylene Glycol Derivatives", J. M. Harris, J. Molecular Science – Rev. Macromol. Chem. Phys., C25(3), 325–373 (1985) beschrieben sind. Das Polyalkylenoxid-Additiv ist gewöhnlich in der Tinte in einer Menge von wenigstens 1 Teil pro Million, bezogen auf das Gewicht der Tinte, vorhanden. Typischerweise ist das Polyalkylenoxid-Additiv in Mengen von bis zu 1 Gew.-% der Tinte und bevorzugt in Mengen von bis zu 0,5 Gew.-% der Tinte vorhanden; größere Mengen des Additivs können die Viskosität der Tinte über den erwünschten Wert erhöhen, aber größere Mengen können in Anwendungen verwendet werden, worin eine erhöhte Tintenviskosität kein Problem ist. Diese Additive enthaltende Tinten sind in der US-Patentschrift 5,207,825 beschrieben.
Andere optionale Additive für die Tinten umfassen Biozide, wie DOWICIL^® 150, 200 und 75, Benzoatsalze, Sorbatsalze, PROXEL^® GXL und BD20, erhältlich von Zeneca, PARADYME^®, erhältlich von Zeneca, und Ähnliches, die in einer Menge von 0,0001 bis 4 Gew.-% der Tinte und bevorzugt von 0,01 bis 2,0 Gew.-% der Tinte vorhanden sind, pH-Regelungsmittel, wie Säuren oder Basen, Phosphatsalze, Carboxylatsalze, Sulfitsalze, Aminsalze und Ähnliches, die in einer Menge von 0 bis 1 Gew.-% der Tinte und bevorzugt von 0,01 bis 1 Gew.-% der Tinte vorhanden sind, oder Ähnliches.
Die Tintenzusammensetzungen haben gewöhnlich eine Viskosität, die zur Verwendung in thermischen Tintenstrahldruckverfahren geeignet ist. Bei Raumtemperatur (d. h. etwa 25°C) beträgt die Tintenviskosität typischerweise nicht mehr als 10 mPa·s (Centipoise) und bevorzugt 1 bis 5 mPa·s (Centipoise), bevorzugter 1 bis 5 mPa·s (Centipoise), obwohl die Viskosität außerhalb dieses Bereichs liegen kann.
Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können jeden geeigneten oder erwünschten pH haben. Für einige Ausführungsformen, wie thermische Tintenstrahldruckverfahren, betragen typische pH-Werte 3 bis 11, bevorzugt 5 bis 10 und bevorzugter 6 bis 8, obwohl der pH außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Für das Tintenstrahldrucken geeignete Tintenzusammensetzungen können nach jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden. Typischerweise werden die Tinten durch einfaches Vermischen der Bestandteile hergestellt. Ein Verfahren umfasst das Vermischen sämtlicher Tintenbestandteile miteinander und das Filtrieren der Mischung zum Erhalt einer Tinte. Tinten können hergestellt werden durch Vermischen der Bestandteile, Erwärmen, falls erwünscht, und Filtrieren, gefolgt von der Zugabe sämtlicher erwünschter zusätzlicher Additive zu der Mischung und Vermischen bei Raumtemperatur unter mäßigem Schütteln, bis eine homogene Mischung erhalten ist, typischerweise von 5 bis 10 Minuten. Alternativ können die optionalen Tintenadditive mit den anderen Tintenbestandteilen während des Tintenherstellungsverfahrens vermischt werden, welches nach jedem erwünschten Verfahren abläuft, wie durch Vermischen sämtlicher Bestandteile, Erwärmen, falls erwünscht, und Filtrieren.
Die Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann in einem Verfahren verwendet werden, welches das Einbringen der Tinte in eine Tintenstrahldruckvorrichtung und das Ausstoßen von Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster auf ein Aufzeichnungsblattumfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet die Druckvorrichtung ein thermisches Tintenstrahlverfahren, worin die Tinte in den Düsen selektiv in einem bildweisen Muster erwärmt wird, wodurch Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster ausgestoßen werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform verwendet die Druckvorrichtung ein akustisches Tintenstrahlverfahren, worin Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster durch akustische Strahlen ausgestoßen werden. Jedes geeignete Substrat oder Aufzeichnungsblatt kann verwendet werden, einschließlich Normalpapiere, wie Xerox^® 4024-Papiere, Xerox^® Image Series-Papiere, Courtland 4024 DP-Papier, liniertes Notizbuchpapier, gebundenes Papier, mit Siliciumdioxid beschichtete Papiere, wie mit Siliciumdioxid beschichtetes Papier von Sharp Company, JuJo-Papier und Ähnliches, transparente Materialien, Gewebe, textile Produkte, Kunststoffe, Polymerfilme, anorganische Substrate, wie Metalle, und Holz und Ähnliches. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren das Drucken auf ein poröses oder Tinte absorbierendes Substrat, wie Normalpapier.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Einzelnen beschrieben. Sämtliche Teile und Prozentangaben in den Beispielen beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.
VERGLEICHSBEISPIEL A
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 22 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers der Formel
mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile werden 5 bis 10 Minuten gerührt, um eine homogene Mischung zu erhalten.
Eine Harze enthaltende Acrylharzemulsion war von 23,6 Gew.-% Methacrylsäure, 55,4 Gew.-% Benzylmethacrylat, 21 Gew.-% Polyethylenglycolmethacrylat (M_w = 246), 3 Gew.-% Dodecanthiol und 1 Gew.-% Kohlenstofftetrabromid abgeleitet. Ein 1-Liter-Gefäß, das mit einem mechanischen Rühren ausgerüstet war, wurde mit 240 Gramm Wasser, 1,8 Gramm Natriumdodecylbenzolsulfonat, erhalten von Rhone-Poulenc als Rhodacal Ds-10) und 2 Gramm Triton X-100 (Alkylphenoxypolyethanol, erhalten von Aldrich Chemical Co.) beschickt, und die Mischung wurde 2 Stunden bei etwa 100 Upm gerührt. Zu dieser Lösung wurden dann 1,8 Gramm Ammoniumpersulfat zugesetzt, gefolgt von der Zugabe einer Mischung, die 28,3 Gramm Methacrylsäure, 66,5 Gramm Benzylmethacrylat, 25,2 Gramm Polyethylenglycolmethacrylat (M_w = 246), 3,6 Gramm Dodecanthiol und 1,2 Gramm Kohlenstofttetrabromid enthält. Die Mischung wurde 6 Stunden auf 80°C erwärmt. Danach wurde die Harzemulsion auf Raumtemperatur abgekühlt, und eine Probe (etwa 10 Gramm) wurde gefriergetrocknet und durch GPC analysiert. Das Harz hatte ein Molekulargewicht-Zahlenmittel von etwa 20580 und ein Molekulargewicht-Gewichtsmittel von etwa 8193 mit einer Polydispersität von 2,5.
Zu der Mischung des flüssigen Vehikels wurde tropfenweise eine Lösung zugesetzt, die etwa 1,48 Prozent Feststoffäquivalent der Acrylharzemulsion enthält, und die Mischung wurde etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 2,5 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
VERGLEICHSBEISPIEL B
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 29,95 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers der Formel
mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden 5 bis 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie in Vergleichsbeispiel A beschrieben, etwa 1,48 Prozent Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 3,34 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL I
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 22 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5884 (erhalten von Goldschmidt) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie in Vergleichsbeispiel A beschrieben, etwa 1,48 Gew.-% Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 2,5 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL II
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 22 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5884 (erhalten von Goldschmidt) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 2,5 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL III
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 22 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhal ten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. Danach wurden 0,54 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5884 (erhalten von Goldschmidt) zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie im Vergleichsbeispiel A, etwa 0,50 Prozent Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 2,65 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL IV
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 29,95 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5884 (erhalten von Goldschmidt) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie im Vergleichsbeispiel A, etwa 0,68 Prozent Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 3,34 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL V
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 29,95 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser.
Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5884 (erhalten von Goldschmidt) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 3,34 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL VI
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 29,95 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5851 (erhalten von Goldschmidt) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie im Vergleichsbeispiel A, etwa 0,68 Prozent Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 3,34 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL VII
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 29,95 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymers mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Tegopren 5863 (erhalten von Goldschmidt) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie im Vergleichs beispiel A, etwa 0,68 Prozent Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 3,34 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tintenmischung wurde 5 bis 10 Minuten gerührt und dann durch ein 1 μm (Mikron) Glasfaserfilter filtriert.
BEISPIEL VIII
Eine schwarz gefärbte Tintenstrahltintenzusammensetzung wurde hergestellt durch Vermischen von 29,95 Gew.-% Sulfolan (erhalten von BASF), 6 Gew.-% 2-Pyrrolidinon (erhalten von Aldrich Chemical Co.), 0,05 Gew.-% eines Polyethylenoxid/Bisphenol A-Polymer mit einem Molekulargewicht von 18500 (erhalten von Polysciences) und Wasser. Die Bestandteile wurden zum Erhalt einer homogenen Mischung 5 bis 10 Minuten gerührt. 1 Gew.-% des Polysiloxan-Polyether-Copolymers Silwet L7230 (erhalten von OSI Group, Witco Corporation) wurde zu der Mischung zugesetzt und etwa 10 Minuten zum Erhalt einer homogenen Mischung gerührt. Eine Acrylharzemulsion, hergestellt wie im Vergleichsbeispiel A, etwa 0,68 Prozent Feststoffäquivalent, wurde tropfenweise zu der Mischung des flüssigen Vehikels zugesetzt und etwa 5 Minuten gerührt. Die erhaltene Mischung wurde zu einer Lösung zugesetzt, die 3,34 Gew.-% Cabojet 300 Rußfärbemittel (erhalten von Cabot Corporation) enthält. Die Tinte wurde 5 bis 10 Minuten gerührt.
BEISPIEL IX
Die Eigenschaften der in den Vergleichsbeispielen A und B und in den Beispielen 1 bis VIII hergestellten Tintenzusammensetzungen wurden in der folgenden Weise bewertet:
A) Physikalische Eigenschaften:
Die Viskosität der Tinte wurde bei 25°C unter Verwendung eines Brookfield-Viskosimeters Modell DV-11 gemessen.
Die Oberflächenspannung der Tinte wurde bei 25°C unter Verwendung eines Kruss-Plattenspannungsmessgeräts Modell K10T gemessen.
Der pH wurde bei 25°C unter Verwendung eines Corning pH-Messgeräts Modell 345 gemessen.
B) Optische Dichte:
Tinte wurde in eine gereinigte Hewlett-Packard 51645A Patrone gefüllt. Ein Bild wurde mittels eines Hewlett-Packard 850C Tintenstrahldruckers auf Xerox Courtland 4024DP-Papier und Xerox Images Series LX-Papier gedruckt. Die optische Dichte des gedruckten Bildes wurde mit einem X-Rite-Densitometer gemessen.
C) Nassschmierbeständigkeit:
Ein Maß der Bildqualität und -dauerhaftigkeit ist die Beständigkeit des gedruckten Bildes gegen Nassschmieren. Die Nassschmierbewertung wurde ausgelegt, um die Dauerhaftigkeit eines Bildes hinsichtlich seiner Empfindlichkeit, durch die Wirkung eines feuchten, dynamischen, abrasiven physikalischen Kontakts (wie ein feuchter Daumen, der über das Bild gezogen wird, "Feuchtdaumenprüfung") verschmiert zu werden, zu messen. Das für die Nassschmierprüfung verwendete Prüfmuster war ein Satz von 22 Linien einer speziellen Tinte mit 50 Millimeter Länge und 1,2 Millimeter Dicke, wobei die Linien durch einen Abstand von 6 Millimeter getrennt waren. Tinte wurde in eine gereinigte HP51645A Patrone gefüllt. Ein eine Reihe von senkrechten Linien enthaltendes Bild wurde mit einem HP850C Tintenstrahldrucker auf Xerox Images Series LX-Papier gedruckt. Dieses Muster wurde gedruckt und für eine spezifizierte Zeit (z. B. 1 Tag, aber nicht länger als 4 Tage) vor der Nassschmierprüfung "gealtert". Ein Filzdocht [Dri Mark Products Market Teile: Füllstoff (Teil # 600F) und Breitmeisel-Schreibspitze (Teil # 600N)] wurde mit destilliertem Wasser vorbefeuchtet und in den Schreibstift der Nassschmier-Prüfvorrichtung eingesetzt. Die Anordnung wurde dann abgesenkt, bis sie die Oberfläche eines weißen Kunststoffstreifens mit 100 Gramm Masselast berührte. Der Schreibstift wurde dann über das Linienmuster auf einem Prüfdokument in Bewegung gesetzt. Das Verfahren wurde mit neuen Filzschreibern über verschiedene Segmente des Prüfmusters wiederholt. Das Papier wurde dann entfernt, und die optische Dichte der verschmierten Bereiche (zwischen den Linien) wurde mit einem Densitometer, X-Rite 428 oder einem Äquivalent, gemessen. Die optische Dichte wurde an wenigstens vier Stellen entlang dem Nassschmierweg (in der Mitte der Reihe, die unmittelbar den 6., 10., 14. und 18. Bändern auf dem Dokument folgt, für die ersten und zweiten Nassschmierreihen) gemessen. Die durchschnittliche OD in der Schmierübertragungsfläche von 8 Messungen wurde aufgezeichnet, und die Hintergrund-OD wurde abgezogen, um die "Schmier-OD", durchschnittliches Schmieren (minus Hintergrund) zu ergeben.
D) Stichfleckigkeit:
Tinte wurde in eine gereinigte Patrone gefüllt. Ein in einem Einzeldurchgangmodus gedrucktes festes Fleckbild wurde mit einem HP850C Tintenstrahldrucker auf Xerox Images Series LX-Papier gedruckt. Der Druckkopf wurde durch Standarddruckerverfahren justiert. Die Stichfleckigkeit wurde an der Grenzfläche der ersten Reihe und der zweiten Reihe des Festbereichflecks beobachtet. Ein Bewertungssystem von 1 bis 5 wurde für jeden Druck vergeben, worin 1 schlecht war, was vollständig weiße Abstände zwischen Reihen zeigte, 3 eine Gradation in dem Stichbereich wiedergab, was eine gefleckte oder hellere Dichte als der Rest des Festbereichs zeigte, und 5 war ausgezeichnet, was vollständige Bedeckung der Stichlinie mit minimal sichtbaren Unterschieden in dem Festbereich zeigte.
E) MFLEN:
Tinte wurde in eine gereinigte Patrone gefüllt. Ein Bild mit horizontalen Linien wurde mit einem HP855C Tintenstrahldrucker auf Xerox Images LX-Papier gedruckt. Die Zackigkeit der Linienkante wurde mit einer hochauflösenden Kamera gemessen und Software wurde verwendet, um das Mittelfrequenzrauschen der Linie zu messen. Niedrige Werte zeigten scharfe Linien an, und hohe Werte zeigten das Auslaufen der Linie an.
Physikalische Eigenschaften der Tinten:
Leitungsdaten: Stichfleckigkeit (SM), Nassschmieren (WS), Zackigkeit der Linienkanten (ER), optische Dichte (OD)

*: nicht gemessen

Bewertung der Zackigkeit der Linienkanten: < 5 ausgezeichnet, 5 bis 15 annehmbar, > 15 schwaches Auslaufen

Claims

Tintenzusammensetzung, welche umfasst ein wässriges, flüssiges Vehikel, ein Färbemittel, ein Polymer der Formel (1)
worin m, n, x und y jeweils ganze Zahlen sind, welche die Anzahl von Wiederholungsmonomereinheiten bedeuten, worin das Verhältnis von x : y 10 : 90 bis 90 : 10 beträgt, und worin das Polymer in der Tintenzusammensetzung in einer Menge von 0,2 bis 3 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorhanden ist, und ein polymeres Additiv der Formel (2)
worin R¹ und R² unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und Alkoxygruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und x und y jeweils unabhängig eine Zahl von 10 bis 400 sind.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, worin das wässrige, flüssige Vehikel Wasser oder eine Mischung von Wasser und einer wasserlöslichen oder mit Wasser mischbaren organischen Komponente ist.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Färbemittel ein Farbstoff oder ein Pigment ist.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 3, worin das Färbemittel ein Pigment ist, und die Tintenzusammensetzung weiter eine Harzemulsion enthält, die Harzteilchen und löslich gemachtes Harz umfasst.
Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Polymer der Formel (1) ein Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 1200 bis 60000 hat.
Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Verhältnis von x : y in der Formel (1) etwa 77 : 23 beträgt, das Verhältnis von n : m etwa 1 : 6 beträgt, und das Molekulargewicht-Gewichtsmittel des Polymers etwa 50000 beträgt.
Verfahren zum Tintenstrahldrucken, welches das Einbringen der Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in eine Tintenstrahldruckvorrich tung und das Ausstoßen von Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster auf ein Aufzeichnungsblatt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Tintenstrahldruckvorrichtung ein thermisches Tintenstrahlverfahren verwendet, worin die Tinte in den Düsen selektiv in einem bildweisen Muster erwärmt wird, wodurch Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster ausgestoßen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die Tintenstrahldruckvorrichtung ein akustisches Tintenstrahlverfahren umfasst, worin Tröpfchen der Tinte in einem bildweisen Muster durch akustische Strahlen ausgestoßen werden.
Verwendung der Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Verringerung der Stichfleckigkeit, des Nassschmierens oder der Kantenzackigkeit beim Tintenstrahldrucken.