MXPA99000762A - Composicion de tinta - Google Patents

Abstract

Novedosas composiciones de tinta mejoradas son tintas basadas en agua, resistentes a impacto, de adelgazamiento con cizalla para instrumentos de escritura, que tienen uníndice de cizalla mayor a 0.6. Las tintas son una dispersión substancialmente uniforme incluyendo colorantes, un material de adelgazado con cizalla, polimérico, dispersable en agua, selecciona del grupo que consiste de goma rhamsan, goma rhamsan y sus combinaciones y un modificador de viscosidad polimérico soluble substancialmente en agua en sistema solvente polar. Mientras que las composiciones de tinta tienen alta viscosidad a bajas velocidades de cizalla, se someten a adelgazado con cizalla y son fácilmente fluíbles en respuesta a velocidades de cizalla producidas al escribir, para proporcionar una tinta de escritura que tiene una combinación especialmente conveniente de características de desempeño.

Description

COMPOSICIÓN DE TINTA ANTECEDENTES 1. Campo Técnico Esta descripción se refiere a composiciones de tinta novedosas, mejoradas y a instrumentos de escritura que incluyen dichas composiciones de tinta. De manera más precisa, aquí se describen composiciones de tinta acuosas que comprenden materiales poliméricos que proporcionan adelgazado con cizalla o esfuerzo cortante, dispersables en agua e instrumentos de escritura que incluyen las composiciones de tinta. 2. Descripción de la Técnica Relacionada Composiciones de tinta que incluyen materiales poliméricos, que proporcionan adelgazamiento con cizalla, dispersables en agua, son líquidos espesados en reposo. Tratándose de líquidos no Newtonianos, estas cintas exhiben un comportamiento de flujo con adelgazamiento-cizalla o características de flujo de adelgazamiento-cizalla en uso. En otras palabras, se vuelven líquidos fácilmente fluibles delgados, a las velocidades de cizalla que se producen al escribir tales como con un bolígrafo. Las composiciones de tinta incluyen un material que proporciona adelgazado con cizallado polimérico dispersable en agua, disperso en un sistema de solvente polar. Otros materiales, tales como materiales colorantes, surfactantes, conservadores, inhibidores de corrosión, humectantes y semejantes, también pueden incluirse en las tintas. Estas tintas se han descrito por ejemplo en las patentes de los E.U.A. Nos. 4,671,691 y 5,048,992, las descripciones de las cuales se incorporan aquí por referencia. Un material común empleado para proporcionar características de adelgazamiento por cizalla a las tintas, es goma xantano. Sin embargo, la goma xantano no es estable a altas temperaturas tales como aquéllas que puedan encontrarse durante procesamiento, almacenamiento o transporte de las tintas o las plumas que contienen las tintas. Sería conveniente el proporcionar composiciones de tinta acuosa que exhiben características de flujo de adelgazamiento por cizalla y que son estables a temperaturas relativamente altas a las cuales la tinta podrá exponerse; por ejemplo durante procesamiento, almacenado, transporte o por el usuario. COMPENDIO Las composiciones de tinta novedosas, mejoradas, descritas aquí, son tintas de adelgazamiento por cizalla-resistentes a impacto, de base acuosa para instrumentos de escritura. Las composiciones de tinta exhiben características de flujo no Newtoniano y tienen un índice de cizalla mayor a 0.6. Las tintas comprenden una dispersión substancialmente uniforme de colorante (s) , un material de adelgazamiento por cizalla polimérico, dispersable en agua, seleccionado del grupo que consiste de goma welan, goma rhamsan y sus combinaciones y un modificador de viscosidad polimérico substancialmente soluble en agua en un sistema solvente polar. Mientras que las composiciones de tinta tienen alta viscosidad a bajas proporciones de cizalla, se someten a adelgazado por cizalla y son fácilmente fluíbles en respuesta a velocidades de cizalla producidas al escribir, a fin de proporcionar una tinta de escritura que tiene una combinación especialmente conveniente de características de desempeño. En los instrumentos de escritura de la invención, las composiciones de tinta están contenidas en tubos o depósitos huecos, que no están sometidos a presión y la tinta se alimenta directamente al bolígrafo de una pluma. La tinta puede emplearse en combinación con una composición seguidora para ayudar a asegurar un flujo uniforme, continuo de tinta a la bola conforme se consume el suministro de tinta. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE MODALIDADES PREFERIDAS Las presentes composiciones de tinta incluyen gomas particulares que son estables a superiores temperaturas (por ejemplo mayores a 100°C) , un modificador de viscosidad polimérico soluble en agua, un sistema solvente polar y un colorante. Otros ingredientes convencionales (por ejemplo biocidas, anticorrosivos, secuestrantes, surfactantes, etc.) también pueden incluirse en las presentes composiciones de tinta.

Las composiciones de tinta tienen un índice de cizalla de 0.6 o mayor. El índice de adelgazamiento por cizalla (n) se calcula al ajustar valores de esfuerzo de cizalla (t) y de velocidad de cizalla (y) que se obtienen de mediciones reológicas en un viscómetro a la ecuación de la Ley de potencias empírica t = K?n (en donde K y n son constantes calculadas) . Adicionalmente, el índice de adelgazamiento por cizalla se obtiene por mediciones de una solución acuosa del material de adelgazamiento por cizalla a velocidades de cizalla entre aproximadamente 0 a aproximadamente 500 seg"1. Las presentes composiciones de tinta de preferencia tienen el siguiente perfil reológico: Velocidad de Cizalla íses.'1) Viscosidad (cps) 0.01 Menor que aproximadamente 10,000 0.1 Menor que aproximadamente 6,000 1.0 Menor que aproximadamente 2,000 30 Menor que aproximadamente 200 2,000 Menor que aproximadamente 50 Otras composiciones de tinta útiles tienen el siguiente perfil reológico: Velocidad de Cizalla (sea."1) Viscosidad (cps) 0.01 Menor que aproximadamente 5,000 0.1 Menor que aproximadamente 3,000 Velocidad de Cizalla (sea.'1) Viscosidad (cps) 1.0 Menor que aproximadamente 2,000 30 Menor que aproximadamente 200 2,000 Menor que aproximadamente 100 Todas las viscosidades reportadas aquí se midieron utilizando un aparato Haake RS 100 con modo de esfuerzo controlado utilizando programas de esfuerzo uniforme. Las composiciones de tinta acuosas descritas aquí contienen goma welan o goma rhamsan o una combinación de las mismas para proporcionar características de flujo de adelgazamiento por cizalla a la tinta. La goma welan es el nombre genérico del polisacárido S-130, un polisacárido microbiano. La goma welan está comercialmente disponible por ejemplo bajo las designaciones Welan K1A96 y Welan Ex 7389 de Kelco Co., San Diego, California. La goma rhamsan es una resina heteropolisacárida compuesta por ácido glucorónico, glucosa y rhamnosa y es un fermentado de un microorganismo alcaligenes. La goma rhamsan está comercialmente disponible por ejemplo bajo la designación K1A112 de Kelco Co., San Diego, California. Las gomas welan y rhamsan mantendrán la viscosidad de las composiciones de tinta a temperaturas mayores a 100°C. Esta estabilidad a temperatura es inalcanzable en tintas de adelgazado por cizalla convencionales elaboradas utilizando la goma xantano. La cantidad de gomas welan y/o rhamsan en las composiciones de tinta, variará dependiendo de una cantidad de factores incluyendo el colorante empleado y la naturaleza del modificador de viscosidad polimérico empleado. Normalmente sin embargo, las gomas welan y/o rhamsan estarán presentes en una cantidad de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 1.0 por ciento en peso de toda la composición, de preferencia aproximadamente 0.1 a 0.3 por ciento en peso . Las presentes composiciones de tinta también incluyen un modificador de viscosidad. El modificador de viscosidad es un material polimérico substancialmente soluble en agua que incrementa la alta viscosidad de cizalla de la tinta. Adecuados modificadores de viscosidad incluyen alginatos (por ejemplo Kelgin MV de Kelco Co.), polímeros y copolímeros de óxido de alquileno (por ejemplo Poliox N-10 de Union Carbide) y polivinilpirrolidona (por ejemplo PVP K-90 de GAF Corp.). Combinaciones de los anteriores también pueden emplearse. El modificador de viscosidad está presente en la composición de tinta en una cantidad de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10 por ciento en peso con base en el peso de toda la composición. De preferencia, se emplea de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 1.0 por ciento en peso del modificador de viscosidad.

Las presentes composiciones de tinta se basan en el uso de un sistema solvente que contiene líquidos no polares acuosos y agua. El agua puede emplearse a niveles inferiores a 50% del sistema solvente. Líquidos no acuosos convenientes incluyen: (1) mono-, di-, tri- y alcoholes superiores, (2) glicol éteres, (3) glicol éter acetatos y (4) glicol acetatos. Para una tinta basada en colorante, el sistema solvente constituye de aproximadamente 40 a aproximadamente 90 por ciento en peso de la tinta, de preferencia aproximadamente 50 a aproximadamente 75 por ciento en peso de la tinta. Ejemplos no limitantes de alcoholes adecuados para utilizar en el sistema solvente son hexilen glicol, octilen glicol, 1, 4-butandiol, tiodiglicol, 2,3-butilen glicol, trietilen glicol, dietilen glicol, etilen glicol, propilen glicol, glicerina, trimetiloletano, trimetilolpropano, diglicerina, alcohol isopropílico y sorbitol. Ejemplos no limitantes de los glicol éteres adecuados para utilizar en el sistema solvente son monometiléter de etilen glicol, monobutiléter de etilen glicol, monoisopropiléter de dietilen glicol, monometiléter de propilen glicol, monometiléter de dietilen glicol, feniléter de propilen glicol, dietil éter de etilen glicol y fenil éter de propilen glicol . Ejemplos no limitantes de glicol éter acetatos adecuados para utilizar en el sistema solvente son monoetil éter acetato de propilen glicol; monoetiléter de etilen glicol; monofeniléter acetato de etilen glicol, monoetiléter acetato de dietilen glicol, monoetiléter acetato de dietilen glicol, monobutiléter acetato de dietilen glicol, monofeniléter acetato de dietilen glicol, monoisopropiléter acetato de dietilen glicol, dietiléter acetato de etilen glicol, dimetiléter acetato de dietilen glicol y monometil éter acetato de propilen glicol . Ejemplos no limitantes de glicol acetatos adecuados para utilizar en el sistema solvente son monoacetato de etilen glicol, diacetato de etilen glicol y diacetato de dietilen glicol . Los colorantes a utilizarse en las presentes composiciones de tinta pueden ser cualquiera de los colorantes o pigmentos solubles o dispersables en agua o sus mezclas conocidos útiles en tintas de escritura. De aproximadamente 2 a 10% y de preferencia de aproximadamente 1 a 6% de un colorante y/o de aproximadamente 12 a 35%, de preferencia aproximadamente 18 a 22% de una dispersión de pigmento, se agrega a la formulación de tinta para obtener el color deseado. Colorantes adecuados están disponibles bajo la designación Bayer Special Black HF de Bayer, Pittsburgh, PA. , Violet 204-2 de Miliken Chemicals y Blue 204-3 de Miliken Chemicals. Pueden agregarse secuestrantes para los componentes estabilizantes de la tinta, por ejemplo el componente de goma.

Un secuestrante liga cationes multivalentes en la solución, mejorando solubilidad y estabilidad de la goma. Agentes convenientes para este propósito son sales de sodio de EDTA, tales como EDTA tetrasódico o Versene 220 de Dow Chemical, fosfato trisódico, hexametafosfato de sodio o glucoheptanato de sodio. Estos secuestrantes se agregan normalmente en la cantidad de 1 a 5 partes en peso de la goma. Muchos componentes de tinta están sujetos a degradación por microorganismos tales como bacterias, levaduras y hongos. Esta degradación se evita por la adición de un biocida. Biocidas adecuados se conocen por aquéllos con destreza en la especialidad e incluyen Methyl Parasept y Ethyl Parasept disponibles de Bayer y Kathon PFM disponible de Rohm & Haas. Combinaciones de estos materiales también pueden emplearse. En general de 0.10 a 0.20%, de preferencia aproximadamente 0.10% a aproximadamente 0.5% de bactericida (que puede contener algo de agua) se agrega a la formulación de tinta para controlar el crecimiento de microorganismos. Estas tintas contienen agua y líquidos no acuosos polares tales como glicol, pueden ser corrosivas para metales empleados en el enchufe y bolígrafo de las plumas . Esta corrosividad puede controlarse o eliminarse por la adición de un inhibidor de corrosión, por ejemplo benzotriazol, tolitriazol, nitrato de diciclohexil amonio y fosfato esteres orgánicos, Cobratec 99 disponible de PMC Specialties. En general, de aproximadamente 0.10 a 1.0%, de preferencia de 0.13 a 0.20% en peso de un inhibidor de corrosión, se agrega a la formulación de tinta para evitar corrosión de la punta por la tinta. Para asegurar que la tinta sea capaz de humectar el metal empleado en la punta de la pluma para proporcionar una aceptable velocidad de suministro de tinta a la superficie de escritura, pueden agregarse agentes humectantes o lubricantes a las tintas aquí descritas. Agentes humectantes convenientes incluyen pero no están limitados a surfactantes tales como lauril sulfato de sodio y alquil esteres fluorados. Surfactantes convenientes están disponibles por ejemplo bajo la designación Ethomeen C-15 de Akzo, Dobbs Ferry, NY; Lubriphos LB 400 de Rhone Poulenc, Inc.; y Atlas G-711 de ICI Ame. Inc. Una persona con destreza en la técnica apreciará que la selección del agente humectante apropiado deberá basarse en pruebas actuales de escritura en el tipo de pluma que tiene el tipo de punta de escritura en donde la tinta se va a emplear. En general sin embargo, en una tinta basada en pigmento o colorante, la cantidad de agente humectante es de aproximadamente 0.10 a 1.0% y de preferencia 0.14 a 0.16% en peso. Las presentes tintas también pueden contener un aditivo soluble en agua para mejorar la firmeza al agua de la tinta. Por ejemplo, una resina acrílica que es soluble en álcali al secar, ligará el colorante en el texto escrito y por lo tanto proporcionará un texto firme al agua. El aglutinante de resina acrílica también puede mejorar la rehumectabilidad del residuo en la punta de la pluma y por lo tanto prolongar enormemente el tiempo de destapado y facilidad de inicio de la tinta en la pluma. Un copolímero acrílico modificado con amina conveniente está disponible bajo la designación G-Cryl 5006 de Henkel Corp . El pH de la tinta terminada de preferencia es superior a 5.0 y en general amoníaco o una amina tal como trietanolamina, morfolina, dietanolamina, etilamina o monoetilamina, se agrega a la formulación para obtener el valor de pH deseado. En general, una tinta basada en colorante o pigmento, la cantidad de agente de control del pH agregado es de aproximadamente 0.05 a 0.50%, de preferencia de aproximadamente 0.09 a 0.11% en peso. Las composiciones de tinta de esta descripción se preparan fácilmente al combinar los ingredientes deseados en una licuadora o mezclar con un agitador con propulsor, hasta que se logra homogeneidad. De preferencia, el material que proporciona adelgazado por cizalla polimérico primero se agrega al agua destilada y esta combinación se mezcla por aproximadamente dos horas. Los otros ingredientes, de estar presentes se agregan en el siguiente orden: otros solventes polares, agentes secuestrantes, conservadores, surfactantes, inhibidores de corrosión y colorantes y/o pigmentos. En algunos casos, es recomendable pre-humectar el material que proporciona adelgazado por cizalla con un material tal como etilen glicol, propilen glicol o glicerol. La Tabla l a continuación muestra los rangos porcentuales de los componentes de tinta con base en el peso total de la tinta. TABLA 1 EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se presentan para ilustrar modalidades específicas de las presentes composiciones. Estos ejemplos no habrán de interpretarse como limitaciones ante el alcance de la invención. EJEMPLO 1 Se prepara como composición de tinta específica con la formulación dada a continuación. Rangos por cada ingrediente también se enlistan. EJEMPLO 1 EJEMPLOS 2-5 La siguiente Tabla II proporciona formulaciones de tinta de acuerdo con esta descripción: TABLA II EJEMPLOS 6-10 Las formulaciones de tinta en la Tabla III se preparan de acuerdo con la presente descripción. TABLA III @ TABLA 4 TABLA 4 (CONTINUA) Se comprenderá que diversas modificaciones pueden practicarse a las modalidades aquí descritas. Por lo tanto, la descripción anterior no habrá de considerarse como limitante, sino simplemente como ejemplificaciones de modalidades preferidas. Aquéllos con destreza en la especialidad preverán otras modificaciones dentro del alcance y espíritu de las reivindicaciones anexas .

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Una composición de tinta caracterizada porque comprende: a) al menos un polisacárido de adelgazamiento con cillaza seleccionado del grupo que consiste de goma welan, goma rhamsan y sus mezclas; b) al menos un modificador de viscosidad polimérico soluble en agua, adelgazante sin cizalla esencialmente; c) colorante,- y d) un sistema solvente que contiene uno o más líquidos no acuosos polares y la tinta tiene un índice de cizalla mayor a aproximadamente 0.6.

2. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque presenta el siguiente perfil reológico: Velocidad de Cizalla (seg,"1) Viscosidad (cps) 0.01 Menor que aproximadamente 10,000 0.1 Menor que aproximadamente 6,000 1.0 Menor que aproximadamente 2,000 30 Menor que aproximadamente 200 2,000 Menor que aproximadamente 50.

3. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el modificador de viscosidad se elige del grupo que consiste de alginatos, polímeros y copolímeros de óxido de polialquileno, polivinil pirrolidona y sus mezclas.

4. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el colorante es un colorante polimérico.

5. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polisacárido para adelgazado con cizalla está presente en la composición en una cantidad en la gama de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.3 por ciento en peso.

6. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación l, caracterizada porque el modificador de viscosidad está presente en la composición en una cantidad que está en la gama de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.5 por ciento en peso.

7. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un aglutinante polimérico soluble en agua que se vuelve insoluble en agua cuando la composición está seca.

8. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el aglutinante polimérico es un copolímero acrílico modificado con amina.

9. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque el aglutinante polimérico está presente en la composición en una cantidad de hasta aproximadamente 8 por ciento en peso.

10. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende al menos un componente seleccionado del grupo que consiste de un amortiguador de pH, surfactante, biocida, agente anticorrosivo, agente secuestrante y sus mezclas.

11. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el sistema solvente incluye uno o más solventes seleccionados del grupo que consiste de etilen glicol, glicerina, alcohol benzílico y sus mezclas.

12. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque posee un índice de adelgazado con cizalla de aproximadamente 0.6 a aproximadamente 0.8.

13. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque posee el siguiente perfil reológico: Velocidad de Cizalla (se .'1) Viscosidad (cps) 0.01 Menor que aproximadamente 5,000 0.1 Menor que aproximadamente 3,000 1.0 Menor que aproximadamente 2,000 30 Menor que aproximadamente 200 2,000 Menor que aproximadamente 100

14. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polisacárido adelgazador con cizalla es goma welan y el modificador de viscosidad es alginato de sodio.

15. La composición de tinta de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polisacárido adelgador con cizalla es goma rhamsan.

16. Una composición de tinta, caracterizada porque comprende: un sistema solvente que contiene agua y al menos un co-solvente polar; goma welan; alginato; y un colorante.

17. Una composición de tinta, caracterizada porque comprende: un sistema solvente que contiene agua y al menos un co-solvente polar; goma rhamsan; alginato; y un colorante.

18. Una pluma que contiene una composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 1.

19. Una pluma que contiene una composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 16.

20. Una pluma que contiene una composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 17.