DE10200291A1

DE10200291A1 - Phosphoriszierende Tintenzusammensetzung

Info

Publication number: DE10200291A1
Application number: DE10200291A
Authority: DE
Inventors: Yi-Jing Leu; Yu-Chang Shen; In-Shan Sir; Chia-Hsin Chien
Original assignee: BenQ Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2002-10-10

Abstract

Eine neue Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung mit einem mikroeingekapselten Phosphoreszenzpigment zum Tintenstrahldrucken wird offenbart. Die Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung fördert nicht nur die Druckqualität, verbessert die Lichtechtheit von Färbemitteln und fördert einen Glanz der Farbe, sondern zeigt auch die einzigartigen Lumineszenzfarben in der Dunkelheit. Die Tintenzusammensetzung umfasst mindestens ein Phosphoreszenzpigment, mindestens ein Färbemittel, das eine Tintenfarbe bereitstellt, und einen Träger mit einem organischen Lösungsmittel mit einer vorbestimmten Konzentration und mindestens einem Tensid. Das Phosphoreszenzpigment ist in einen Harzfilm mikroeingekapselt und ist in dem Träger dispergiert. Das Phosphoreszenzpigment wird im Voraus auf einen Durchmesser von weniger als 1 Mikrometer vermahlen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Phosphoreszenz-Tintenzusam mensetzungen zur Verwendung beim Tintenstrahldrucken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Lumineszenzpigmente werden im Allgemeinen als entweder fluo reszierend oder phosphoreszierend kategorisiert. Typischer weise wird die Lumineszenz für das bloße Auge sichtbar, wenn Lumineszenzpigmente durch geeignete Strahlung aktiviert oder angeregt werden. In den vergangenen paar Jahren gab es folg lich eine Entwicklung von Pigmenttinte mit guter Wasserbestän digkeit und Lichtbeständigkeit und eine Forschung dahingehend, wie der Lumineszenzeffekt beim Farbtintenstrahldrucken zu zei gen ist. Diese Zusammensetzungen von Pigmenttinte umfassen mindestens eine Kategorie von Pigmenten, Wasser, ein organi sches Lösungsmittel und andere Additive. Die Wasserbeständig keit und Lichtbeständigkeit von Bildern, die durch diese Pig menttinte hergestellt werden, ist gegenüber jener von Tinte mit einem Farbstoff auf Wasserbasis weit überlegen.

Keine der Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzungen des Standes der Technik und keines der Verfahren des Standes der Technik schlägt jedoch eine Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung vor, die sich zur Verwendung bei Tintenstrahldruckvorgängen eignet, oder lehrt eine solche. Es bestehen verschiedene Probleme für die Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzungen des Standes der Technik, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden sollen, wie z. B. dass die Druckerstrahldüsen auf Grund der Teilchen größe der Phosphoreszenzpigmente verstopfen.

Im Gedanken daran zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Tintenzusammensetzung mit einem Phosphoreszenzpigment zum Farbtintenstrahldrucken bereitzustellen. Das Pigment kann nicht nur die Druckqualität fördern, die Lichtechtheit von Färbemitteln verbessern und einen Glanz von Farben fördern, sondern auch die speziellen Lumineszenzfarben in der Dunkel heit zeigen.

Dies wird durch eine Tintenzusammensetzung für Tintenstrahl druckvorgänge nach Anspruch 1 erreicht. Die abhängigen Ansprü che betreffen entsprechende Weiterentwicklungen und -verbesse rungen.

Wie aus der nachstehend folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher zu sehen ist, verbessert die neue Phosphoreszenz- Tintenzusammensetzung die Lichtechtheit eines Phosphoreszenz musters auf einem Schreibmedium, das mit einem Tintenstrahl drucker bedruckt wird, signifikant. Außerdem ermöglicht die Zusammensetzung auch, dass die einzigartigen Lumineszenzfarben in der Dunkelheit zu sehen sind. Indem der Durchmesser des Phosphoreszenzpigments unter 1 Mikrometer gehalten wird, be steht schließlich keine Befürchtung, dass die Druckerstrahl düse verstopft wird.

Lumineszenzpigmente werden im Allgemeinen gemäß ihren Lumines zenzeigenschaften in zwei Kategorien unterteilt: fluoreszie rend und phosphoreszierend. Typischerweise wird die Lumines zenz für das bloße Auge sichtbar, wenn Lumineszenzpigmente durch geeignete Strahlung aktiviert oder angeregt werden. Die Absorption von Energie von Lichtstrahlung aktiviert die Pig mentmoleküle in einen angeregten Zustand und dann beginnen die Pigmentmoleküle, Fluoreszenzlicht zu emittieren, um ihren Energiezustand zu stabilisieren.

Phosphoreszenzpigmente können Energie absorbieren, nachdem sie mit Tageslicht bestrahlt wurden. Im Unterschied zu Fluores zenzpigmenten können Phosphoreszenzpigmente die absorbierte Energie speichern und sie in der Dunkelheit in einer Form von sichtbarem Licht freisetzen. Die Emission von Licht von Phos phoreszenzpigmenten hält an einem dunklen Ort nach einem Zeit intervall an.

Der Unterschied zwischen Lumineszenzpigmenten und gewöhnlichen Pigmenten besteht darin, dass die gewöhnlichen Pigmente die gesamte absorbierte Energie in Wärmeenergie ändern können oder selektiv Licht in den Frequenzbereichen von sichtbarem Licht oder nahezu sichtbarem Licht reflektieren können. Stoßstrah lung oder eine additive Wirkung von Stoßstrahlung und Refle xionsstrahlung erzeugt die Farbe der Lumineszenzpigmente. Das Ergebnis besteht darin, dass Lumineszenzpigmente im additiven Farbbereich liegen und kein offensichtliches Absorptionsphäno men im sichtbaren Lichtspektrum aufweisen. Auf Grund der Tatsache, dass Phosphor die Energie von Licht von einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle absorbieren und speichern kann, wird ferner in der Dunkelheit durch Freisetzen der Energie im Bereich von sichtbarem Licht eine Lumineszenzwirkung erzielt.

Im Allgemeinen ist Tinte zum Farbtintenstrahldrucken in magen tafarbene Tinte, zyanfarbene Tinte, gelbe Tinte und schwarze Tinte unterteilt, wobei hauptsächlich ein Farbstoff auf Was serbasis verwendet wird. In letzter Zeit wurden Tintenfarben weiter in magentafarbene Tinte, zyanfarbene Tinte, gelbe Tinte, schwarze Tinte, hellmagentafarbene Tinte, hellzyanfar bene Tinte und hellgelbe Tinte unterteilt. Diese Zusammenset zungen von Tinte umfassen mindestens einen Farbstoff auf Was serbasis, Wasser, ein organisches Lösungsmittel und andere Ad ditive. Die Wasserbeständigkeit und Lichtbeständigkeit von Bildern, die durch diese Tinte mit einem Farbstoff auf Wasser basis hergestellt werden, ist jedoch nach dem Drucken sehr schlecht.

Daher gab es in den vergangenen paar Jahren eine Entwicklung von Pigmenttinte mit guter Wasserbeständigkeit und Lichtbe ständigkeit und eine Forschung dahingehend, wie die Lumines zenzwirkung beim Farbtintenstrahldrucken zu zeigen ist. Diese Zusammensetzungen von Pigmenttinte umfassen mindestens eine Kategorie von Pigmenten, Wasser, ein organisches Lösungsmittel und andere Additive. Die Wasserbeständigkeit und Lichtbestän digkeit von Bildern, die durch diese Pigmenttinte hergestellt werden, ist gegenüber jener von Tinte mit einem Farbstoff auf Wasserbasis weit überlegen.

Um den Kontrast zwischen der Tinte und den Schreibmedien wie z. B. Papier zu verbessern, ist es erwünscht, dass die Tinte zur Verwendung in bestimmten Anwendungen, wie z. B. einem opti schen Lesesystem, fluoreszierend ist. O'Brien et al. beschrieb im US-Pat. Nr. 2 940 937 die Formulierung eines Farbstoffs, welche das Härten eines harzartigen Materials, gefolgt vom Vermahlen der Masse zu einem Pulver beinhaltete.

Verschiedene Formationen von Tinte für Tintenstrahldruckvor gänge sind auf den Fachgebieten bekannt, wie z. B. US-Pat. Nr. 3 994 736, herausgegeben an Hertz et al. am 30. Nov. 1976, mit dem Titel "Ink Composition for Ink Jet Writing", US-Pat. Nr. 3 846 141, herausgegeben an Ostergren am 5. Nov. 1974, mit dem Titel "Jet Printing Ink Composition", und US-Pat. Nr. 4 150 997, herausgegeben an Hayes am 24. Apr. 1979, mit dem Titel "Water Base Fluorescent Ink for Ink Jet Printing".

Phosphoreszenzpigmente werden auch verwendet, um verschiedene Lumineszenzprodukte herzustellen, die für Jahre lumineszieren. Einige Beispielprodukte sind Schalter, Lichter zum Tragen, Ge genstände zur Verwendung in Dunkelkammern, Geländer, Leuchtan zeigen wie z. B. Wandanzeigen, Führungszeichen, Rettungswerk zeuge, andere phosphoreszierende Anzeigen wie z. B. phosphores zierende Sicherheitsmarkierungen, dekorative Gegenstände wie z. B. Aschenbecher, Ohrringe und Tischdecken, Spielzeuge, Briefpapier und dergleichen. Die Zubereitungen dieser Phospho reszenzpigmente sind z. B. im US-Pat. Nr. 5 783 108, herausge geben an Simon am 21. Juli 1998, mit dem Titel "Ink Composi tion", und US-Pat. Nr. 5 885 483, herausgegeben an Qinglong et al. am 23. März 1999, mit dem Titel "Long Afterglow Phosphor and A Process for the Preparing Thereof", offenbart.

Keine der Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzungen des Standes der Technik und keines der Verfahren des Standes der Technik schlägt jedoch die Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung vor, die zur Verwendung bei Tintenstrahldruckvorgängen geeignet ist, oder lehrt eine solche. Es gibt verschiedene Probleme für die Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzungen des Standes der Technik, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden sollen. Ein Hauptproblem besteht darin, dass die Druckerstrahldüsen auf Grund der Teilchengröße der Phosphoreszenzpigmente verstopfen. Um die Düse eines Druckers nicht zu verstopfen, muss die Teilchengröße von Phosphoreszenzpigmenten so klein wie möglich gemacht werden. Typischerweise beträgt der Druckerdüsendurchmesser 30 bis 50 Mikrometer. Daher sollte eine geeignete Teilchengröße von Phosphoreszenzpigmenten geringer als 1 Mikrometer (Durchmesser) sein. Große teilchenförmige Materialien in der Tintenzusammensetzung könnten die Öffnung verstopfen, wenn der Drucker nicht in Gebrauch ist. Das zweite Problem der Tintenzusammensetzungen des Standes der Technik ist die unzureichende Lichtechtheit und/oder Lichtbeständigkeitsfähigkeit. Ferner begrenzte die hydrophile Eigenschaft der früheren Phosphoreszenzpigmente auch ihre Anwendung beim Tintenstrahldrucken.

Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Phosphoreszenz-Tin tenzusammensetzung bereit, die sich zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucksystem eignet. Die erfindungsgemäße Tintenzu sammensetzung umfasst ein Färbemittel, einen flüssigen Träger und ein Phosphoreszenzpigment, das mit einem Harzfilm mikro eingekapselt ist und in dem flüssigen Träger dispergiert ist.

Der Träger umfasst ein organisches Lösungsmittel wie z. B. Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, 2-Pyrrolidon, Propylenglycol, Butylenglycol, Pentylenglycol, N-Methyl-2-Pyrrolidon und dergleichen. Bei einem anderen er findungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst der Träger ferner Wasser mit einem Gehalt, der vorzugsweise im Bereich von 65 bis 85 Gewichts-% auf der Basis der Tintenzusammensetzung liegt.

Das Färbemittel kann ein in Wasser oder Lösungsmittel lösli cher Farbstoff wie z. B. magentafarbener Farbstoff, zyanfarbe ner Farbstoff, gelber Farbstoff, schwarzer Farbstoff, hellma gentafarbener Farbstoff, hellzyanfarbener Farbstoff, hellgel ber Farbstoff usw. sein. Andere Bestandteile, die gegebenen falls verwendet werden können, umfassen Polybutylharze, Cellu losederivate, Styrol/Acryl-Copolymerharze, Maleinsäure/Styrol- Copolymere, oder ein Polymer umfasst ein hydrophiles Segment und ein hydrophobes Segment. Diese zusätzlichen Komponenten können verwendet werden, um entweder die Oberflächenspannungs eigenschaft oder die Haftfähigkeit der Tinte zu verbessern.

Das Phosphoreszenzpigment kann aus Zinkcadmiumsulfid, Kalzium strontiumsulfid, Seltenerdmetall-Verbindungen und dergleichen bestehen. Ein bevorzugtes Zinkcadmiumsulfid wird durch eine allgemeine Formel nZnS(1-n)CdS : Cu ausgedrückt, wobei n 0,781,0 ist und die Zusammensetzung von Cu etwa 0,01 Ge wichts-% beträgt. Ein bevorzugtes Kalziumstrontiumsulfid wird durch eine allgemeine Formel nCaS(1-n)SrS : Bi, Cu, ausgedrückt, wobei n 0~1,0 ist (die Farbe verschiebt sich von Blau zu Grün), die Zusammensetzung von Bi etwa 0,04 Gewichts-% beträgt und die Zusammensetzung von Cu etwa 0,01 Gewichts-% beträgt. Man beachte, dass das Phosphoreszenzpigment mit einem Harzfilm mikroeingekapselt ist und einen Pigmentteilchendurchmesser von weniger als 1 Mikrometer zeigt. Das mikroeingekapselte Phos phoreszenzpigment wird in dem flüssigen Träger unter Verwen dung eines auf dem Fachgebiet bekannten Dispersionsmittels dispergiert.

Entweder eine Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung auf Wasser basis oder eine Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung auf der Basis eines organischen Lösungsmittels kann für Tintenstrahl drucken mit hoher Geschwindigkeit gemäß der vorliegenden Er findung übernommen werden. Die Phosphoreszenz-Tintenzusammen setzung auf Wasserbasis umfasst 0,1~20% Phosphoreszenzpigmente und der bevorzugte Bereich beträgt 3% bis 5%, 5,0% Färbemit tel, 5,0% Tenside, 1,0~20% organisches Lösungsmittel, 65~85% Wasser, einen Säure-Base-Puffer, einen Chelatbildner, ein Bak terizid und ein Konservierungsmittel. Die Phosphoreszenz-Tin tenzusammensetzung auf der Basis eines organischen Lösungsmit tels umfasst 0,1~20% Phosphoreszenzpigmente, 5,0% Färbemittel, 5,0% Tenside, 65~90% organisches Lösungsmittel, einen Säure- Base-Puffer, einen Chelatbildner, ein Bakterizid und ein Kon servierungsmittel.

Die Herstellung von Phosphoreszenztinten gemäß der vorliegen den Erfindung kann durch die folgenden Beispiele weiter ge zeigt werden. Diese Beispiele sollen jedoch den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht begrenzen. Alle Prozentein heiten sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht anders ange geben.

BEISPIEL 1

Eine Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung auf Wasserbasis um fasst 0,1~20% mikroeingekapseltes Phosphoreszenzpigment, 5,0% Färbemittel, 5,0% Tensid, 5,0% organisches Lösungsmittel, 65~85% Wasser, einen Säure-Base-Puffer, einen Chelatbildner, ein Bakterizid und ein Konservierungsmittel. Aus Umweltgründen wird vorgeschlagen, dass die Konzentration des organischen Lö sungsmittels in der Phosphoreszenz-Tintenzusammensetzung auf Wasserbasis unterhalb 10%, vorzugsweise zwischen 5% und 7% liegt.

Die Phosphoreszenzpigmente dieser Erfindung weisen einen mitt leren Durchmesser von weniger als 1,0 µm auf. Die Phosphores zenzpigmente werden zuerst durch auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren auf weniger als 1,0 µm vermahlen und dann mit Harz angemischt, um Mikrokapseln zu bilden. Der zugehörige Stand der Technik, der sich auf eine Mikrokorn-Dispersion bezieht, ist im US-Pat. Nr. 4 150 997 zu finden. Da die Phosphoreszenz pigmente dieser Erfindung Durchmesser von weniger als 1,0 µm aufweisen, können sie die erwähnten Düsenverstopfungsprobleme überwinden.

Ein Lumineszenztest für die Tinte auf Wasserbasis wird auch gemäß einem unterschiedlichen Gewichtsprozentsatz der Phospho reszenzpigmente ausgeführt, wie z. B. 0,1%, 0,5%, 1,0%, 2,5%, 5,0%, 7,5%, 10%, 15% und 20% usw. Die Ergebnisse zeigen eine gute Lumineszenzfähigkeit der Phosphoreszenztinte, dass, nach dem sie für Minuten einer geeigneten Strahlung ausgesetzt wird, die Lumineszenz für eine Stunde oder noch mehr andauert. Die neue erfindungsgemäße Phosphoreszenztinte zeigt auch gute Lichtechtheit und ist sehr lichtbeständig. Da die Phosphores zenzpigmente mit Harz mikroeingekapselt sind, zeigt die Tin tenzusammensetzung überlegene chemische Stabilität. Nach einer Langzeitverwendung wird der Düsenstrahl des Druckers nicht verstopft.

BEISPIEL 2

Die zweite Phosphoreszenz-Pigmenttintenzusammensetzung dieser Erfindung ist eine Tinte auf Lösungsmittelbasis, die 0,1~20% Phosphoreszenzpigmente, 5,0% Färbemittel, 5,0% Tenside, 65~90% organisches Lösungsmittel, einen Säure-Base-Puffer, einen Che latbildner, ein Bakterizid, ein Konservierungsmittel und an dere Additive umfasst. Kein Wasser wird zugegeben.

Claims

1. Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruckvorgänge, wobei die Tintenzusammensetzung umfasst:
mindestens ein Phosphoreszenzpigment;
mindestens ein Färbemittel, das eine Tintenfarbe bereit stellt; und
einen Träger mit einem organischen Lösungsmittel und min destens einem Tensid;
dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphoreszenzpigment in einem Harzfilm mikroeingekapselt ist und in dem Träger dispergiert ist.

2. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Träger eine Lösung auf Wasserbasis ist.

3. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der Wassergehalt in der Tintenzusammensetzung 65 bis 85 Gewichts-% beträgt.

4. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Träger eine Lösung auf Lösungsmittelbasis ist.

5. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass der Gehalt an organischem Lösungsmittel in der Tintenzusammensetzung 65 bis 90 Gewichts-% beträgt.

6. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Färbemittel Pigmente umfasst.

7. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Färbemittel einen Farbstoff umfasst.

8. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Phosphoreszenzpigment einen Durchmesser aufweist, der geringer als 1,0 µm ist.

9. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Träger ferner ein Additiv umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Säure-Base-Puffern, Che latbildnern, Bakteriziden und Konservierungsmitteln be steht.

10. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Gehalt des Phosphoreszenzpigments innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 20 Gewichts-% liegt, der Gehalt des Färbemittels innerhalb des Bereichs von 1 bis 20 Ge wichts-% liegt, der Gehalt des organischen Lösungsmittels innerhalb des Bereichs von 1 bis 20 Gewichts-% liegt und der Gehalt des Tensids innerhalb des Bereichs von 1 bis 20 Gewichts-% liegt.

11. Verfahren zum Tintenstrahldrucken, welches umfasst:
Vorsehen einer Tintenstrahltinte mit:
mindestens einem Phosphoreszenzpigment;
mindestens einem Färbemittel, das eine Tintenfarbe bereit stellt; und
einem Träger mit einem organischen Lösungsmittel und min destens einem Tensid;
Ausspritzen der Tinte auf ein Medium;
dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphoreszenzpigment in einen Harzfilm eingekapselt ist, um eine Mikrokapsel mit einem Durchmesser von weniger als 1 µm zu bilden, die im Träger verteilt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Färbemittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ma gentafarbenen Färbemitteln, zyanfarbenen Färbemitteln, gel ben Färbemitteln, schwarzen Färbemitteln, hellmagentafarbe nen Färbemitteln, hellzyanfarbenen Färbemitteln und hell gelben Färbemitteln besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Lösung auf Wasserbasis ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassergehalt in der Tintenzusammensetzung 65 bis 85 Ge wichts-% beträgt.

15. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Lösung auf Lösungsmit telbasis ist.

16. Tintenzusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an organischem Lösungsmit tel in der Tintenzusammensetzung 65 bis 90 Gewichts-% be trägt.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Färbemittel Pigmente umfasst.

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Färbemittel einen Farbstoff umfasst.

19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Phosphoreszenzpigments einen Durchmesser aufweisen, der geringer als 1,0 µm ist.

20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ferner ein Additiv umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Säure-Base-Puffern, Chelatbildnern, Bakteriziden und Konservierungsmitteln besteht.

21. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des Phosphoreszenzpigments innerhalb des Be reichs von 0,1 bis 20 Gewichts-% liegt, der Gehalt des Fär bemittels innerhalb des Bereichs von 1 bis 20 Gewichts-% liegt, der Gehalt des organischen Lösungsmittels innerhalb des Bereichs von 1 bis 20 Gewichts-% liegt und der Gehalt des Tensids innerhalb des Bereichs von 1 bis 20 Gewichts-% liegt.