DE2160464A1 - Infrarotabsorbierende Tinte zum Strahldnicken - Google Patents

Description

Zu der Patentanmeldung

A.B.Dick Company
5700 West Touhy Avenue, Niles, Illinois, U.S.A,

betreffend
Infrarotabsorbierende Tinte zum Strahldrucken

Die Erfindung betrifft eine Tinte, die sich zur Anwendung beim Strahldruckverfahren eignet und charakteri-'siert ist durch eine hohe Infrarotabsorption. Sie enthält eine weitgehend IR-absorbierende, farbliefernde Komponente und ein Feuchthaltesystem in Form eines aliphatischen Polyols, dessen Alkyläther sowie deren Gemische in einem wässrigen Medium.

In dem Technical Report No. 1722-1 des Stanford University Electronics Research Laboratory vom März 1964 "High Frequency Oscillography with Electrostatically Deflected Ink Jets" findet sich eine Beschreibung der anfänglichen Arten zu dem sog. Strahldrucken "jet-printing"; die Grundlage der Aufbringung der Informationen nach dem Strahldrucken ist

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die Anwendung von einer oder mehreren Tintenstrahlen in entsprechender Anordnung und verbunden mit einem Tintenvorratsgefäß, welches unter Druck steht. Der Tintenstrahl tritt aus aus einer sehr kleinen Düse, im allgemeinen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 61/um (2,4 mil), die elektromagnetisch betätigt wird durch magnetorestriktive oder piezoelektrische Vorrichtungen, so daß ein kontinuierlicher Strahl von gleichmäßigen Tintentröpfchen mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 53 bis 75 kHz austreten kann. Der Tröpfchenstrom wird auf die Oberfläche einer sich vorschiebenden Bahn, z.B. aus Papier, gerichtet, der gesteuert wird für die aufzudruckenden Informationen aufgrund eines Videosignals, welches aus einer elektronische Schriftzeichen liefernden Geräts beigestellt wird und aufgrund eines elektrostatischen Ablenksystems.

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

Was jedoch möglicherweise wesentlicher ist, daß handelsübliche Tinten die Tendenz haben, einzutrocknen, wenn sie kurze Zeit, z.B. über Nacht, in der Strahlvorrichtung verbleiben oder wenn das Druckwerk nicht in Verwendung steht, mit dem Ergebnis, daß die in den Düsen eingetrockneten Feststoffe diese verstopfen und ein liachfließen der Tinte bei Wiederinbetriebnahme des Druckwerks verhindern.

Es ist bekannt, daß Feuchthaltemittel, wie Glycerin, im allge-

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- 3-er-

meinen zur Verringerung des unerwünschten Trocknens der Tinte zugesetzt werden. Jedoch ist diese Methode bei Strahldrucktinten nicht anwendbar, da Glycerin eine hohe Viskosität und zwar in der Größenordnung von 900 cP besitzt und damit nicht allein als Feuchthaltemittel in ausreichenden Mengen angewandt werden kann, um das unerwünschte Eintrocknen in den Düsen und Zuleitungen der Tinte ohne nennenswerte Erhöhung der Tintenviskosität bis zu einem solchen Ausmaß gestattet, daß sie nicht mehr durch die Düsen des Druckwerkes in der benötigten Weise ausströmen kann. Dieses Problem ist weiters verbunden mit der Tatsache, daß Strahldrucktinten im allgemeinen in das Strahldruckwerk zurückgeleitet werden, so daß die Tinte fortlaufend einem Wasserverlust durch Verdunsten unterliegt, wodurch die Viskosität weiter ansteigt.

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Die gleichzeitige deutsche Patentanmeldung unser Zeichen lA-40 580 USSN 95 953/1970)betrifft neue und verbesserte Tinten zur Anwendung beim Strahldrucken,für die ein Feuchthaltesystem enthaltend ein Gemisch eines niederen Alkoxytriglykols und eines anderen Feuchthaltemittels, wie eines Polyäthylenglykols,niederem Alkyläther von Diäthylenglykol oder Glycerin.beschrieben ist. Dieses Feuchthaltesystem verhindert oder zumindest verringert weitgehend das Austrocken oder Antrocknen der Tinte in den Düsen des Strahldruckwerks. Es findet keine Erhöhung der Viskosität von 1 bis 10 cP bei 25°C statt, selbst wenn die Tinte durch Verdunsten während des Rückleitens in das Druckwerk Wasser verliert.

Während sich die aus der gleichzeitigen Anmeldung zu entnehmende Tinte ganz allgemein für Strahldrucken eignet, so ist es manchmal wünschenswertjeine Tinte für das Strahldruckverfahren zu haben, welche"stark infrarote Strahlung absorbiert. Bei der Herstellung von mehreren Kopien von thermisch mit Informationen versehenen Vervielfältigungsvorlagen ist es erforderlich, daß der thermisch auf dem Träger gedruckte Informationsinhalt (Thermofax-Papier, Aczofax-Papier, Transofax-Vorlagen, Thermo-Schablonen) zumindest 50 % der IR-Strahlung im Bereiche von etwa 700 bis 1100 nm absorbiert und Strahlung im längeren Wellenlängenbereich in Form von Wärmelimitiert, wodurch die Informationen von der Vervielfältigungsvorlage übertragen werden.

Für manche Anwendungsgebiete ist es wünschenswert* daß das aufkopierte Bild oder^e£nformationsinhalt mit IR-Abtastgeräten feststellbar ist. Für Strichcode-Auswertungen (bar code interpretations) wird die Kopie IR-Strahlung im Bereiche von 800 bis 1100 nm ausgesetzt, wobei die Information derart sein soll, daß die Reflexion aus den Bildbereichen gegenüber der Hintergrundreflexion ^. 50 % oder

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darunter)ausreicht zur Bestimmung mit Hilfe von IR-Detektoren

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

Die erfindungsgemäße Tinte für das Strahldruckverfahren enthält ein IR-absorbierendes, färbendes Material und zumindest ein Feuchthaitemittel in wässrigem Medium. Damit lassen sich Vervielfältigung herstellen, deren Informationsinhalt eine IR-Reflexion von weniger als 50 f> gegen Hintergrund besitzen. Die Viskosität der erfindungsgemäßen .Tinte bleibt über lange Arbeitsbereiche gleichmäßig trotz eines gewissen Wasserverlusts durch Verdampfen. Die in den erfindungsgemäßen Tinten zur Anwendung gelangenden Feuchthaitemittel dienen neben einer relativ gleichmäßiger Viskosität während der Anwendung zur Verhinderung oder zumindest wesentlichen Herabsetzung des Antrocknens der Tinte in der Düse, wodurch ein Verstopfen der Düse und damit eine Betriebsunterbrechung des Druckwerks verhindert wird.

Als IR-absorbierende Komponente wendet man nach der Erfindung stark IR-absorbierende wasserlösliche Farbstoffe, vorzugsweise solche mit einem Absorptionsbereich zwischen 700 und 1100 nm an. Bevorzugt werden wasserlösliche Nigrosin-Farbstoffe, modifizierte Nigrosin-Farbstoffe, wie "Calcocid Schwarz SR", alkohollösliche Nigrosinfarbstoffe, die wasserlöslich gemacht werden, wässrige Rußdispersionen und deren Gemische. Die alkohollöslichen Nigrosine kann man - 5-

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in Wasser solubilisieren, indem der Nigrosinfarbstoff zuerst in dem organischen Lösungsmittel, welches mit Wasser mischbar ist, gelöst wird, woraufhin diese Lösung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Tinte verwendet wird. Als organisches Lösungsmittel bevorzugt man N-Methy1-2-pyrrolidin, jedoch eignen sich die verschiedenen anderen Lösungsmittel ebenso.

Wässrige Rußdispersionen können in der erfindungsgemäßen Tinte angewandt werden und besitzen im allgemeinen besonders hohe IR-Absorption. Aus diesem Grund ist es möglich und häufig auch wünschenswert, ein Qemiseh aus Farbstoff der genannten Art oder eine solubiliserten Nigrosine mit einer wässrigen Rußdispersion anzuwenden. Wässrige Rußdispersionen sind allgemein bekannt und verfügbar.

Für beste Ergebnisse sollen Tinten für das Strahldrucken einen geringen spezifischen Widerstand , wie im Bereich zwischen 50 und 5000UB. cm besitzen. Normalerweise enthalten die erfindungsgemäßen IR-absorbierenden Tinten genügend ionisierbare Verunreinigungen, um die gewünschte Leitfähigkeit des wässrigen Systems zu bewirken. So enthalten z.B. die oben erwähnten hoch IR-absorbierenden Farbstoffe genügend ionisierbare anorganische Salze, wie Glaubersalz oder Natriumchlorid, welche während der Farbstoff herstellung zur Standardisierung der Farbstoffprobe dienten. In ähnlicher Weise können Nigrosin-Farbstoffe und wässrige Rußdispersionen ionisierbare organische Substanzen aufweisen. Wird jedoch eine reine IR-absorbierende Verbindung ohne ionisierbarem Anteil angewandt, so erreicht man die gewünschte Leitfähigkeit durch Zusatz einer ionisierbaren Substanz wie eines Salzes. Normalerweise wird bei einem Gehalt an ionisierbarem Salz bis zu etwa 2 % die gewünschte Leitfähigkeit sichergestellt.

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Die IR-absorbierenden Substanzen insgesamt sollen vorzugsweise 1 bis 8 Gew.-?i der Tinte ausmachen. Wird jedoch eine wässrige Rußdispersion allein oder zusammen mit einer anderen IR-absorbierenden Substanz angewandt, so ist es im allgemeinen wünschenswert, den Rußgehalt unter 1 Gew«-# zu belassen, da höhere Anteile zu einer Erhöhung der Viskosität der Tinte und zu einer steigenden Gefahr der Düsenverstopfung führen können. Wird eine Kombination von Ruß und einem löslichen und/oder soihbilisierbaren Farbstoff angewandt, so wurde festgestellt, daß gute Ergebnisse erreicht werden, wenn die Kombination 0,1 bis 0,75 Gew.-% Ruß und 1 bis 3 Gew.-# lösliche und/oder sulubilisierbare Farbstoffe enthält. Werden nur lösliche und/oder solubilisierbare Farbstoffe ohne Ruß angewandt, so liegt der bevorzugte Färbstoffgehalt zwischen und 5 Gew.-$,

Es ist.wesentlich, daß die erfindungsgemäße Tinte eine Viskosität zwischen 1 und 10 cP, vorzugsweise 1 bis 5 cP, bei 25⁰C besitzt, damit die gewünschten rheologenisehen Eigenschaften aufrechterhalten werden. Wie bereits erwähnt, wird die Viskosität der Tinte - wie üblich - durch Anwehdung eines Feuchthaltemittels eingestellt. Ausser dieser Einstellmöglichkeit der Viskosität dient das Feuchthaltemittel auch zur Verhinderung oder im wesentlichen zur Verminderung unerwünschten Trocknens der Tinte in den Düsen des Druckwerks, wodurch dieses verstopft wird.

Als Feuchthaltemittel kann man aliphatische Polyole, vorzugsweise Alkylenglykole anwenden, deren Alkylengruppe vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält. Ausser den monomeren Alkylenglykolen können augh Oligo- oder Polyalkylenglykole angewandt werden, wie Diäthylen-Jjiprofepylen-.Triäthylen-, Tripropylen- oder Tetraäthylenglykol. Man kann handelsübliche

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Polyälkylenglykole anwenden (Carbowax 200 oder 4-00), das sind Polyäthylenglykole mit mittleren Molekulargewichten von etwa 200 t>zw.400. Werden Polyäthylenglykole angewandt so sollen diese vorzugsweise ein mittleres Molekulargewicht unter besitzen, da höher molekulare Polyäthylenglykole häufig zu einem unerwünschten Ansteigen der Viskosität der Tinte führen.

Für die erfindungsgemäße Tinte kann man aber auch die ÄLkylather der obigen Polyole als Feuchthaltemittel anwenden. Als bevorzugte Glykolather können die Alkylather von Alkylenglykolen erwähnt werden, deren Alkylgruppe 1 bis 6 Kohlenstoffatome und die Alkylengruppe 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, z.B. Äthylenglykol-methy:i,-äthyl-, -butyl·,-hexyläther, Diäthylenglykol-methyl-, -äthyl-, -butylather, Propylen-, Dipropylen- oder Tripropylenglykol-methyläth.er, Äthoxy-(Tr iäthylenglykol-äthy lather) oder Methoxytriglykol (Triäthylenglykol-methylather). Auch lassen sich häufig in vorteilhafter Weise Gemisch obiger Glykole und Glykoläther anwenden.

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

Die Tinte kann auch ein bakteriostatisches Konservierungsmittel, wenn.sie länger gelagert werden soll, aufweisen, um ein Bakterienwachstum zu verhindern oder zu" vermindern, da sonst Bakterienzusammenballungen zu einem Ver— _: - 8 -

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stopfen der Düsen führen können· Die Bakterien könnten auch zu einem Agglomerieren von Harz oder löslicher Tinte führen. Für diesen Zweck eignen sich eine ganze Anzahl bekannter Konservierungsmittel in einer Menge bis etwa 1 #,. wie Dioxin (2,2-Dimethyl-6-aeetoxy-dioxan-l,3)·

Zur weiteren Verbesserung der Tinte bei langer Lagerzeit kann sie auch ein solubilisierendes oder lösendes Mittel enthalten,umu die wasserlöslichen Farbstoffe in dem wässrigen Medium sicher in Lösung zu halten« Bevorzugt als solubilisierendes Mittel oder Dispersionsmittel wendet man N-Methyl-2-pyrrolidon an» jedoch kann man auch alle anderen bekannten solubilisierenden Mittel heranziehen.

Der Anteil an salubilisierendem Mittel ist nicht kritisch und hängt in gewissem Ausmaß von dem Anteil an wasserlöslichem Farbstoff sowie in geringerem Umfang von der Art des Farbstoffs ab· Im allgemeinen wird man solubilisierende Mittel in Mengen bis zu etwa 10 Gew.-^, vorzugsweise 1 "bis 4 Gew.-^, bezogen auf Tinte» anwenden. Wird z.B. ein alkohollöslicher Nigrosinfarbstoff angewandt und dieser z.B. mit Methy!pyrrolidon solubilisiert, wird vorgesogen, das Methylpyrrolidon oder ein ähnliches solubilisierendes Mittel in einer Menge von zumindest 5 Gew.-JJ vorliegen zu haben.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Tinten werden die Ausgangskomponenten gleichmäßig gemischt, die Masse filtriert zur Entfernung von Feststoffen, damit ein Verstopfen der Düse des Druckwerks weitgehend verhindert wird. Es wird besonder bevorzugt, die Masse zu filtrieren, um Feststoffe mit einer Korngröße über 10/um, vorzugsweise 3/um, zu entfernen.

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Die Erfindung wird an folgenden Beispielen noch näher erläutert.

Beispiel 1

. "Caleocid Black SR" 2 Ji

wässrige Rußdispersion 0*5 1» (Trockengew.)

Polyäthylenglykol (mittl. MG) (Garbowax 200) 15 Ji

Wasser 80,5 %

Diese Ausgangsprodukte werden gleichmäßig gemischt, dann filtriert und zwar unter Abscheidung der Feststoffe mit einem Durchmesser über 10/um. Die erhaltene Tinte eignet sich hervorragend für das Strahldrucken·

Beispiel 2

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte

"Calcocid Black SR" 2 %

N-Methy !pyrrolidon 2 #

Diäthylenglykol-methyläther 5 %

Äthoxytriglykol 10 ^

Wasser 8l %

hergestellt.

Beispiel 3

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte

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Wasserlöslicher Nigrosin-Farbstoff

(Säureschwärz.2) 2,5 ί>

Methylpyrrolidon 5 %

Diäthylenglyfcol-methyläther 5 1«

Äthoxytriglykol 10 f>

LWaser 77,5 $

hergestellt.

Beispiel k .

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

Alkohollöslicher Nigrosinfarbstoff . 10 °/_? Polyäthylenglykol (mit-ü. MG 200) 15 ί»

Wasser 75 ⁰A

hergestellt.

Beispiel 5

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

wässrige?Ruß-Dispersion l..#

Diäthylenglykol-äthy lather 5 f»

Wasser 9^f? hergestellt.

Beispiel 6

Nach der Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde eine Tinte aus

"Calcocid Black SR" 3 %

Diäthylenglykol 7 %

Dioxin 0,1 fo

Wasser 89,9 f_a

hergestellt

Patentansprüche

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Claims (12)

Patentansp r ü c h e

1. Tinte, insbesondere für das Strahldruckverfahren, enthaltend in einem wässrigen Medium eine farbgebende.Substanz und zumindest ein Feuchthaltemittel, dadurch g e kennzei ohne t , daß das Feuchthaltemittel aliphatische Polyole und/oder deren Alkyläther ist.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, "daß das Feuchthaltemittel Polyole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondereÄthylenglykole und/oder deren Alkyläther,ist.

3« Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k en η ze i chne t , daß sie 1 bis 30 Gew.-^ Feuchthaltemittel enthält.

^. Tinte nach Anspruch 1 bis 3 ι dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Viskosität zwischen 1 und 10 cP bei 25°C besitzt.

5« Tinte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-absorbierende Substanz zumindest 50 % zwischen 700 und 1100 nm absorbiert.

6. Tinte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-absorbierende Substanz ein oder mehrere wasserlösliche Nigrosin -Farbstoffe, alkohollösliche Nigrosin-Farbstoffe solubilisiert in Wasser und/oder eine wässrige Ruß-Dispersion ist«

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7. Tinte nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η -zeichnet, daß die IR-absorbierende Substanz in einer Menge von 1 bis 8 Gew.-?S enthalten ist·

8. Tinte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der alkohollösliche Nigrosin-Farbstoff mit einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel solubilisiert ist, vorzugsweise N-Methylpyrrolidono

9. Tinte nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie ionisierbare Substanzen aus-? reichender Menge enthält? damit der spezifische Widerstand 50 bis 500QUÜ.cm beträgt,

IQ. Tinte nach Anspruch 9» dadurch g e k e η η. r Z e i c h η e t , dag sich die ionisierbaEe Substanz in dem IR-ab'sorbierenden Material befindet,

He Tinte nach Anspruch 5 bis 10, dadurch ge k Q-n. η -zeichnet, daß das IB-absorbierende Material ein Gemisch vonbuß in wässriger Dispersion und Farbstoff ist, vorzugsweise mit einem Rußgehalt unter 1 Gew,-^, insbesondere 0,1 bis 0,75 Gew.-^, bei einem Farbstoffgehalt von 1 bis 3

12. Tinte nach Anspruch 5 bis 10, dadurch g e kennzeichnet, daß die IRAabsorbierende Material ein Farbstoff ist und in einer Menge von 2 bis 5 ßew.r-^ vorliegt„

13« Tinte nach Anspruch ι bis 12', dadurch § e k e η η zeichnet, daß zusätzlich ein so lubi Ii gierendes, Mittel und gegebenenfalls ein Konservierungsmittel enthalten

BAD ORIGINAL