DE60300973T2

DE60300973T2 - Waesserige Tintenzusammensetzungen

Info

Publication number: DE60300973T2
Application number: DE60300973T
Authority: DE
Inventors: Carl Michael New Egypt Hesler; Eric Alvin Lansdale Johnson
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: JP2004176057A; EP1420052B1; EP1420052A1; DE60300973D1; US20040092623A1; ES2243865T3; JP3937170B2; US7338988B2; TW200422357A; TWI302557B

Description

Diese Erfindung betrifft die Verwendung einer wässrigen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung zum Drucken auf einer hydrophoben Oberfläche, die ein wässriges Emulsionspolymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von –40°C bis 150°C, ein Pigment und ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Bilds auf einer hydrophoben Oberfläche, welches das Spritzen der Tintenzusammensetzung auf die hydrophobe Oberfläche und das Trocknen oder das Ermöglichen des Trocknens der Tintenzusammensetzung umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Bild auf einer hydrophoben Oberfläche, welches durch das Verfahren gebildet worden ist.
Diese Erfindung betrifft insbesondere eine wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, die zum Drucken eines dauerhaften Bilds auf der Oberfläche eines hydrophoben Substrats geeignet ist, ohne dass eine zusätzliche Verarbeitung wie z.B. ein Laminieren, eine Vorbehandlung der Oberfläche und das Aufbringen eines Überdrucklacks oder einer anderen Beschichtung erforderlich ist. Solche Bilder können für viele Anwendungen effektiv sein. Sie sind jedoch insbesondere zur Etikettierung, für Banner bzw. Spruchbänder, zur Werbung am Verkaufsort, für Werbeplakate, für Bus-Werbefolien, Reklamewandplakate und andere Anwendungen für dauerbeständige Drucke geeignet. Die gedruckten Bilder sind typischerweise für verschiedene Formatgrößen geeignet, wie z.B. von einem kleinformatigen Etikettendruck mit einem Tischgerät, einem breitformatigen Drucken von Bannern oder Plakaten bis zu einem großformatigen Drucken von Reklamewandplakaten.
Beim Tintenstrahldrucken wird die wässrige Tinte in Form von Tröpfchen von einer kleinen Öffnung durch ein elektronisches Signal, das einen Impuls anregt, der entweder thermisch (Thermo) oder mechanisch (Piezo, kontinuierlich) gebildet wird, ausgestoßen. Als Reaktion auf diesen Impuls wird die Tinte von der Düse unter Bildung eines Tröpfchens ausgestoßen, das zu einer spezifischen Position auf der Substratoberfläche geschleudert wird. Sobald es sich auf der Oberfläche befindet, muss das Tröpfchen seine Position und seine Abmessungen in ausreichender Weise beibehalten, so dass das Bild mit einer angemessenen Auflösung gebildet wird, worauf das Tröpfchen trocknen und ausreichend an der Oberfläche haften muss. Es ist schwierig, ein Bild mit einer wässrigen Tinte an einer hydrophoben Oberfläche anhaften zu lassen. Es ist bekannt, die Oberfläche durch Beschichten der Oberfläche mit einer Tintenstrahlempfangsschicht vor der Bildung des Bilds vorzubehandeln. Während eine solche Beschichtung die Bildqualität und die Haftung an der Oberfäche verbessern kann, Das US-Patent 6,087,416 beschreibt eine Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, die zur Verwendung beim direkten Drucken auf hydrophobe Substrate geeignet ist, wobei die Tinte ein wässriges Vehikel, ein unlösliches Farbmittel, ein polymeres Dispergiermittel, ein Silizium-enthaltendes oder fluoriertes grenzflächenaktives Mittel und gegebenenfalls ein Pfropfcopolymer-Bindemittel, das in dem wässrigen Vehikel löslich ist, umfasst. Da das Pfropfcopolymer-Bindemittel jedoch in dem wässrigen Vehikel der Tinte löslich ist, beeinflussen das Molekulargewicht und die Konzentration des Pfropfcopolymer-Bindemittels die Viskosität der Tinte wesentlich. In der Praxis ist der umgekehrte Fall relevanter, d.h. die erforderliche niedrige Tintenviskosität beschränkt das Molekulargewicht und die Konzentration des Pfropfcopolymer-Bindemittels. Daher ist es erwünscht, eine Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung bereitzustellen, die ein wässriges Emulsionspolymer enthält, das in dem Tintenvehikel unlöslich ist und das in dem Tintenvehikel dispergiert ist, wodurch die Viskosität der Tinte durch das Molekulargewicht und die Konzentration der polymeren Bindemittelkomponente relativ unbeeinflusst bleibt. Es wurde gefunden, dass eine wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, die ein wässriges Emulsionspolymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von –40°C bis 150°C, ein Pigment und ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel umfasst, diesen Bedarf deckt.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung einer wässrigen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, die ein wässriges Emulsionspolymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von –40°C bis 150°C, ein Pigment und ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel umfasst, zum Bereitstellen eines Bilds auf einer hydrophoben Oberfläche bereitgestellt.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines Bilds auf einer hydrophoben Oberfläche bereitgestellt, umfassend das Bilden einer wässrigen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, die ein wässriges Emulsionspolymer mit einer Tg von –40°C bis 150°C, ein Pigment und ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel umfasst, das Spritzen der Tintenzusammensetzung auf die hydrophobe Oberfläche und das Trocknen oder das Ermöglichen des Trocknens der Tintenzusammensetzung.
In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bild auf einer hydrophoben Oberfläche bereitgestellt, das durch das Verfahren des zweiten Aspekts der Erfindung gebildet worden ist.
Die wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieser Erfindung umfasst ein wässriges Emulsionspolymer. Mit "wässrig" ist hier gemeint, dass ein Medium oder eine einzelne Phase vorliegt, das bzw. die mindestens 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Mediums, Wasser umfasst. Das wässrige Emulsionspolymer wird durch ein Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt und umfasst mindestens ein copolymerisiertes, ethylenisch ungesättigtes nicht-ionisches Monomer. Mit "nicht-ionisches Monomer" ist hier ein Monomer gemeint, das im pH-Bereich von 1 bis 14 elektrisch neutral ist. Ethylenisch ungesättigte nicht-ionische Monomere umfassen z.B. (Meth)acrylsäureestermonomere, einschließlich Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat und Hydroxypropyl(meth)acrylat; (Meth)acrylamid, (Meth)acrylnitril; Styrol und substituierte Styrole, Butadien; Vinylacetat, Vinylbutyrat und andere Vinylester; und Vinylmonomere wie z.B. Vinylchlorid, Vinylidenchlorid. Bevorzugt sind alle Acryl- und Styrol/Acryl-Polymere. Bevorzugt ist ein vorwiegend Acryl-enthaltendes wässriges Emulsionspolymer. Mit "vorwiegend Acryl-enthaltend" ist hier gemeint, dass das Polymer mehr als 50 Gew.-% copolymerisierte Einheiten enthält, die von (Meth)acrylmonomeren wie z.B. (Meth)acrylatestern, (Meth)acrylamiden, (Meth)acrylnitril und (Meth)acrylsäure abgeleitet sind. Die Verwendung des in dieser Beschreibung verwendeten Begriffs "(Meth)", auf den ein anderer Begriff, wie z.B. Acrylat oder Acrylamid, folgt, bezieht sich sowohl auf Acrylate oder Acrylamide als auch auf Methacrylate und Methacrylamide.
In manchen Ausführungsformen enthält das wässrige Emulsionspolymer 0 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Monomergewicht, eines copolymerisierten, monoethylenisch ungesättigten Säuremonomers, auf der Basis des Gewichts des Polymers, wie z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Monomethylitaconat, Monomethylfumarat, Monobutylfumarat, Maleinsäureanhydrid, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Vinylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure, 1-Allyloxy-2-hydroxypropansulfonsäure, Alkylallylsulfobernsteinsäure, Sulfoethyl(meth)acrylat, Phosphoalkyl(meth)acrylate, wie z.B. Phosphoethyl(meth)acrylat, Phosphopropyl(meth)acrylat und Phosphobutyl(meth)acrylat, Phosphoalkylcrotonate, Phosphoalkylmaleate, Phosphoalkylfumarate, Phosphodialkyl(meth)acrylate, Phosphodialkylcrotonate und Allylphosphat.
Das wässrige Emulsionspolymer, das in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet wird, enthält 0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Monomergewicht, copolymerisierte, mehrfach ethylenisch ungesättigte Monomere, wie z.B. Allylmethacrylat, Diallylphthalat, 1,4-Butylenglykoldimethacrylat, 1,2-Ethylenglykoldimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat und Divinylbenzol.
Die Glasübergangstemperatur (hier als "Tg" bezeichnet) des wässrigen Emulsionspolymers liegt im Bereich von –40°C bis 150°C, vorzugsweise von –20°C bis 100°C und mehr bevorzugt von 40°C bis 80°C. Die Monomere und Mengen der Monomere, die ausgewählt werden, um den gewünschten Tg-Bereich des Polymers zu erreichen, sind bekannt. Die "Tg"'s, die hier verwendet werden, sind diejenigen, die unter Verwendung der Fox-Gleichung (T. G. Fox, Bull. Am. Physics Soc., Band 1, Ausgabe Nr. 3, Seite 123 (1956)) berechnet werden, d.h. zur Berechnung der Tg eines Copolymers mit den Monomeren M1 und M2 gilt 1/Tg (berechnet) = w(M1)/Tg(M1) + w(M2)/Tg(M2)worin
Tg (berechnet) die Glasübergangstemperatur ist, die für das Copolymer berechnet worden ist,
w(M1) der Gewichtsanteil des Monomers M1 in dem Copolymer ist,
w(M2) der Gewichtsanteil des Monomers M2 in dem Copolymer ist,
Tg(M1) die Glasübergangstemperatur des Homopolymers von M1 ist,
Tg(M2) die Glasübergangstemperatur des Homopolymers von M2 ist,
wobei alle Temperaturen in °K angegeben sind.
Die Glasübergangstemperaturen von Homopolymeren finden sich z.B. in "Polymer Handbook", herausgegeben von J. Brandrup und E. H. Immergut, Interscience Publishers.
Das wässrige Emulsionspolymer weist einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 bis 1000 nm, vorzugsweise von 70 bis 300 nm auf, der mit einem Teilchengrößenbestimmungsgerät Brookhaven Modell BI-90, das von Brookhaven Instruments Corporation, Holtsville NY, hergestellt wird, bestimmt worden ist und als "effektiver Durchmesser" angegeben wird. Es sind auch Emulsionspolymere mit multimodaler Teilchengröße vorgesehen, bei denen zwei oder mehr verschiedene Teilchengrößen oder sehr breite Verteilungen bereitgestellt sind, wie es in den US-Patenten 5,340,858, 5,350,787, 5,352,720, 4,539,361 und 4,456,726 gelehrt wird.
Die Polymerisationsverfahren, die zur Herstellung des wässrigen Emulsionspolymers verwendet werden, sind bekannt. Es können herkömmliche grenzflächenaktive Mittel für die Emulsionspolymerisation verwendet werden, wie z.B. entweder anionische oder nichtionische grenzflächenaktive Mittel oder Kombinationen davon. Geeignete grenzflächenaktive Mittel umfassen z.B. Alkalimetall- oder Ammoniumsalze von Alkyl-, Aryl- oder Alkylarylsulfa ten, -sulfonaten oder -phosphaten; Alkylsulfonsäuren; Sulfosuccinatsalze; Fettsäuren; ethylenisch ungesättigte Monomere grenzflächenaktiver Mittel; und ethoxylierte Alkohole oder Phenole. Es können auch copolymerisierbare grenzflächenaktive Mittel verwendet werden. Bevorzugte polymerisierbare Monomere grenzflächenaktiver Mittel sind polyethoxyliertes Nonylphenoxypropenylsulfat (z.B. als Hitenol von Dai-ichi Corp.); Natriumalkylallylsulfosuccinat (z.B. als Trem LF-40 von Henkel Corp.); Ammoniumdi-(tricyclo(5.2.1.0 2,6)dec-3-en-(8 oder 9)oxyethyl)sulfosuccinat; und Ammoniumdi-(tricyclo(5.2.1.0 2,6)dec-3-en-(8 oder 9)sulfosuccinat. Zusätzlich können die Ammonium- und Metallsalze ungesättigter organischer C₆- bis C₃₀-Säuren allein oder in einer Kombination mit den vorstehend angegebenen grenzflächenaktiven Mitteln verwendet werden. Beispiele für diese Säuren sind: alpha-Methylzimtsäure, alpha-Phenylzimtsäure, Ölsäure, Linolsäure (gemäß der Beschreibung in der US 5,362,832 ), Ricinolsäure, die ungesättigte Fraktion von Tallölharz und -fettsäuren, disproportionierte Kolophoniumsäure, Sojabohnenölfettsäuren, Olivenölfettsäuren, Sonnenblumenölfettsäuren, Leinölfettsäuren, Saflor-ölfettsäuren, Sorbitanmonooleat, Abietinsäure, Poly(oxyethylen)sorbitolsesquioleat und Empol 1010-Dimersäure. Geeignete polymerisierbare Monomere für grenzflächenaktive Mittel umfassen auch z.B. Maleatderivate (gemäß der US 4,246,387 ) und Allylderivate von Alkylphenolethoxylaten (gemäß der JP-62227435). Die Menge des verwendeten grenzflächenaktiven Mittels beträgt gewöhnlich 0,1 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Monomers. Alternativ kann bei der Emulsionspolymerisation ein Schutzkolloid wie z.B. Polyvinylalkohol, partiell acetylierter Polyvinylalkohol, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Poly-N-vinylpyrrolidon, Carboxymethylcellulose und Gummi arabicum entweder einzeln oder zusammen mit einem grenzflächenaktiven Mittel verwendet werden. Die Reaktionstemperatur wird im Verlauf der Reaktion typischerweise bei einer Temperatur von unter 100°C gehalten. Bevorzugt ist eine Reaktionstemperatur zwischen 30°C und 95°C, mehr bevorzugt zwischen 50°C und 90°C. Es kann ein thermisches Startverfahren oder ein Redoxstartverfahren verwendet werden. Das Monomergemisch kann rein oder als Emulsion in Wasser zugesetzt werden. Das Monomergemisch kann in einer oder mehreren Zugabe(n) oder kontinuierlich, linear oder nicht, während des Reaktionszeitraums oder in Kombinationen davon zugesetzt werden. Geeignete wässrige Emulsionspolymere sind in der EP 1108758 und der EP 1108759 beschrieben.
Ferner wird in bestimmten Ausführungsformen ein Kettenübertragungsmittel wie z.B. Isopropanol, halogenierte Verbindungen, n-Butylmercaptan, n-Amylmercaptan, n-Dodecylmercaptan, t-Dodecylmercaptan, Alkylthioglykolat, Mercaptopropionsäure und Alkylmercaptoalkanoat in einer Menge von 0 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Monomergewicht, verwendet, um das Molekulargewicht des wässrigen Emulsionspolymers zu regulieren.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das wässrige Emulsionspolymer durch ein mehrstufiges Emulsionspolymerisationsverfahren hergestellt, bei dem mindestens zwei Stufen, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, in einer aufeinander folgenden Weise polymerisiert werden. Ein solches Verfahren führt üblicherweise zur Bildung von mindestens zwei gegenseitig unverträglichen Polymerzusammensetzungen, was zur Bildung von mindestens zwei Phasen innerhalb der Polymerteilchen führt. Solche Polymerteilchen sind aus zwei oder mehr Phasen mit verschiedenen Geometrien zusammengesetzt, wie z.B. Kern/Schale- oder Kern/Hülle-Teilchen, Kern/Schale-Teilchen, bei denen die Schalenphasen den Kern unvollständig umschließen, Kern/Schale-Teilchen mit einer Mehrzahl von Kernen und Durchdringungsnetzwerk-Teilchen. In allen diesen Fällen wird der größte Teil der Oberfläche des Teilchens von mindestens einer äußeren Phase eingenommen und das Innere der Teilchen wird von mindestens einer inneren Phase eingenommen. Jede der Stufen des mehrstufigen Emulsionspolymers umfasst bestimmte der Monomere, der grenzflächenaktiven Mittel, des Schutzkolloids, des Startersystems, der Kettenübertragungsmittel, usw., wie sie vorstehend beispielhaft für das wässrige Emulsionspolymer angegeben worden sind. Im Fall eines mehrstufigen Polymerteilchens muss die Zusammensetzung für die Zwecke dieser Erfindung ungeachtet der Anzahl der Stufen oder der darin vorliegenden Phasen unter Verwendung der Gesamtzusammensetzung des Emulsionspolymers berechnet werden. Die Polymerisationstechniken zur Herstellung solcher mehrstufiger Emulsionspolymere sind bekannt, wie z.B. aus den US-Patenten 4,325,856, 4,654,397 und 4,814,373.
Das wässrige Emulsionspolymer kann mittels Chargenverfahren, Halbchargenverfahren, Verfahren mit schrittweiser Zugabe oder kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden, was dem Fachmann bekannt ist.
Die Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst typischerweise das wässrige Emulsionspolymer in einer Konzentration von 0,1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tintenzusammensetzung.
Die wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieser Erfindung umfasst ein Pigment. Das Pigment ist alternativ ein organisches Pigment, ein anorganisches Pigment, ein organisch/anorganisches Mischpigment oder es handelt sich um Gemische davon. Mit "organisches Pigment" ist hier ein Pigment gemeint, das vorwiegend eine organische Verbindung oder ein Gemisch organischer Verbindungen ist, wobei Ruß explizit umfasst ist.
Geeignete organische Pigmente umfassen z.B. Anthrachinone, Phthalocyaninblaupigmente, Phthalocyaningrünpigmente, Diazopigmente, Monoazopigmente, heterocyclische Gelbpigmente, Pyranthrone, Chinacridonpigmente, Dioxazinpigmente, Indigo, Thioindigopigmente, Perynonpigmente, Perylenpigmente, Isoindolen, Polymerteilchen mit mindestens einem Hohlraum und dergleichen. Ruß ist die generische Bezeichnung für Kohlenstoffteilchen mit geringer Teilchengröße, die in der Gasphase durch die thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen gebildet werden, und umfassen z.B. Materialien, die in dem Fachgebiet als Ofenruß, Lampenruß, Kanalruß, Acetylenruß bekannt sind. Ruß umfasst zusätzlich behandelten, modifizierten und oxidierten Ruß. Geeignete anorganische Pigmente umfassen Titandioxid, Eisenoxid und andere Metallpulver. Im Allgemeinen beträgt die Menge des Pigments bzw. der Pigmente, das bzw. die verwendet wird bzw. werden, 1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Die Pigmentteilchengröße muss ausreichend gering sein, so dass Pigmentteilchen nicht die Düsen an der Druckvorrichtung, in der die Tinte verwendet werden soll, verstopfen. Typische Düsenöffnungen an Tintenstrahldruckern weisen einen Durchmesser von 10 bis 60 μm auf. Vorzugsweise haben die Pigmentteilchen einen Durchmesser von 0,02 bis 2, mehr bevorzugt von 0,02 bis 1 und insbesondere von 0,02 bis 0,3 μm.
Die wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieser Erfindung umfasst ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel. Mit "grenzflächenaktives Mittel" ist hier ein Material gemeint, das mit der hydrophoben Oberfläche, auf der die Tintenzusammensetzung zum Drucken geeignet ist, in Wechselwirkung tritt. Die Wechselwirkung mit der Oberfläche wird durch Anordnen eines Tropfens des Mittels auf der Oberfläche für eine Stunde unter einer Lupe bei Raumtemperatur und durch visuelles Untersuchen des kontaktierten Bereichs der Oberfläche sofort nach der Entfernung des Mittels bestimmt. Eine Oberflächenverformung oder ein Verlust von Glanz oder beides wird als Wechselwirkung mit der Oberfläche angesehen und das Mittel ist deshalb ein grenzflächenaktives Mittel. Bevorzugte wasserlösliche grenzflächenaktive Mittel sind die Monoalkylether bestimmter Alkylenglykole, wobei der Alkylrest aus C1- bis C4-Alkyl und das Alkylenglykol aus Mono-, Di- und Triethylenglykol und Mono-, Di- und Tripropylenglykol; 2-Pyrol; N-Methylpyrrolidon; Sulfolan und Gemischen davon ausgewählt sind. Die Menge des wasserlöslichen grenzflächenaktiven Mittels in der Tinte beträgt typischerweise 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-% und mehr bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
Die wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieser Erfindung kann ein polymeres Pigmentdispergiermittel enthalten. Das polymere Pigmentdispergiermittel wird so ausgewählt, dass es beim Dispergieren und Stabilisieren des Pigments unterstützt, um eine Tinte mit einem zuverlässigen Spritzvorgang bereitzustellen. Geeignete polymere Pigmentdispergiermittel umfassen statistische Polymere und Block- oder Pfropfpolymere, vorzugsweise anionisch geladene Polymere. Solche Dispergiermittel enthalten typischerweise einen hydrophilen und hydrophoben Charakter im gleichen Molekül. In einigen Ausführungsformen wird ein vordispergiertes Pigment verwendet, bei dem es sich um eine im Vorhinein hergestellte Pigmentdispersion handelt, vorzugsweise um eine wässrige Dispersion, wodurch das polymere Pigmentdispergiermittel, oder alternativ ein grenzflächenaktives Mittel, zusammen mit dem Pigment für die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung bereitgestellt wird. Die Menge des polymeren Pigmentdispergiermittels beträgt typischerweise 1:1 bis 1:10, bezogen auf das Gewicht relativ zu dem Pigmentgewicht.
Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung kann ein grenzflächenaktives Mittel enthalten, das bei der Steuerung der Tröpfchenbildung, der Oberflächenbenetzung und dem Verlaufen von Tröpfchen in dem gedruckten Bild unterstützt. Anionische und nicht-ionische grenzflächenaktive Mittel sind bevorzugt. Typischerweise ist die Menge des grenzflächenaktiven Mittels dahingehend effektiv, eine Oberflächenspannung der Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung von 22 dyn/cm bis 36 dyn/cm bereitzustellen.
Die Tintenzusammensetzung kann auch mit Wasser mischbare oder wasserlösliche Materialien wie z.B. Feuchthaltemittel, Komplexbildner, Entschäumer, Puffer, Biozide, Fungizide, Viskositätsmodifiziermittel, Bakterizide, grenzflächenaktive Mittel, Antikräuselmittel, Antiausblutmittel und Oberflächenspannungsmodifiziermittel umfassen, wie es in dem Fachgebiet bekannt ist. Geeignete Feuchthaltemittel umfassen Ethylenglykol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,2-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2,3-Butandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Polyethylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 200, 300, 400, 600, 900, 1000, 1500 und 2000, Dipropylenglykol, Polypropylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 425, 725, 1000 und 2000, Glycerin, 1,2,6-Hexantriol, Sorbit, 2-Pyrrolidon, 1-Methyl-2-pyrrolidon, 1-Methyl-2-piperidon, N-Ethylacetamid, N-Methylpropionamid, N-Acetylethanolamin, N-Methylacetamid, Formamid, 3-Amino-1,2-propandiol, 2,2-Thiodiethanol, 3,3-Thiodipropanol, Tetramethylensulfon, Butadiensulfon, Ethylencarbonat, Butyrolacton, Tetrahydrofurfurylalkohol, Glycerin, 1,2,4-Butentriol, Trimethylpropan, Pantothenol, Liponic EG-1. Bevorzugte Feuchthaltenmittel sind Polyethylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 200 bis 1000, Glycerin, 1,2,6-Hexantriol und Sorbit.
Die Menge des in der Tinte verwendeten Feuchthaltemittels liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte.
Die Menge des Entschäumers in der Tinte liegt typischerweise im Bereich von 0 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Entschäumer, die zur Bildung wässriger Dispersionen von Pigmenten geeignet sind, sind bekannt und käufliche Beispiele umfassen SURFYNOL^TM 104E und SURFYNOL^TM DF-37 (Air Products Corp., Allentown, PA).
Die wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung der Erfindung weist typischerweise eine Viskosität von 1,5 cps bis 60 cps und eine bevorzugte Viskosität von 1,5 cps bis 5 cps, insbesondere für bestimmte Niedrigenergie-Piezodruckköpfe, auf.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung eines Bilds auf einer hydrophoben Oberfläche wird die hier beschriebene wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung auf eine hydrophobe Oberfläche gespritzt und getrocknet oder es wird ermöglicht, dass sie trocknet. Die für diese Anwendungen verwendete hydrophobe Oberfläche kann in vielen Formen bereitgestellt werden. Diese umfassen einen trüben und einen transparenten Polyesterfilm oder einen geformten Polyester wie z.B. Polyethylenterephthalat, eine gegossene Vinylfolie, eine extrudierte Vinylfolie, ein Scrim-Vinyl und vinylbeschichtete Papiersubstrate. "Vinyl" bezieht sich hier auf weichgemachtes oder nicht-weichgemachtes Polyvinylchlorid, einschließlich Copolymere oder Blends davon. Darüber hinaus können diese Substrate ein mattes Finish oder ein Glanzfinish aufweisen und es kann sich um selbstklebende freie Folien handeln.
Die aufgebrachte Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung wird getrocknet oder das Trocknen der Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung wird ermöglicht. In Ausführungsformen, bei denen die wässrigen Emulsionspolymere eine Tg aufweisen, die höher ist als die Umgebungstemperatur, kann die Oberfläche und/oder das Bild, das darauf wiedergegeben ist, erhitzt werden, um eine Filmbildung sowie eine Verdampfung des Vehikels zu fördern. Zusätzlich zur Bildung des Films verbessert das Erhitzen auch die Fixierung des Bilds, was dessen Auflösung verbessert, die Zeit, die für das Trocknen des Bilds erforderlich ist, verkürzt, und die Haftung des Films an der Oberfläche verbessern kann. Vorzugsweise kann das Erhitzen auf dem Drucker durchgeführt werden, jedoch kann es auch in einem Ofen durchgeführt werden, nachdem der Druckvorgang abgeschlossen ist. Ein zusätzlicher Nutzen bei der Haftung und der Bildqualität ergibt sich typischerweise, wenn die Oberfläche vor dem Spritzen der Bildtröpfchen auf die Oberfläche vorgeheizt wird.
In alternativen Ausführungsformen, bei denen die wässrigen Emulsionspolymere eine Tg über der Umgebungstemperatur aufweisen, wird in die wässrige Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung ein Verlaufmittel einbezogen, um die Filmbildungstemperatur des Polymers zu vermindern und bei der Benetzung der Oberfläche zu unterstützen.
Testverfahren, die in den Beispielen verwendet werden:
Druckverfahren
Drucktests wurden auf einem HP 890 oder einem Lexmark 2070 unter Verwendung des Druckkopfs für die schwarze Tintenpatrone durchgeführt. Die Oberfläche war ein glänzendes Vinyl mit selbstklebender Rückseite von Avery, Modell Nr. MP1005. Die Proben wurden vor dem Testen 1 min in einem Ofen bei 150°C getrocknet.
Abriebhaftungstestverfahren
Abriebmessgerät-Testeinheit („Crock-o-meter"-Testeinheit), 2500er Sandpapier, 10 Zyklen, wobei die Differenzen des Außendurchmessers vor und nach dem Abriebtest gemessen wurden.
Kratzhaftungstestverfahren
Die Haftung der Tinte wurde durch Reiben der verfestigten Tinte mit einem Gewebe mit mäßigem Druck getestet. Die Haftung wurde durch Untersuchen der Menge an Tinte, die auf das Gewebe übertragen worden ist, und der Menge an Tinte, die zu angrenzenden, nichtbedruckten Bereichen verschmiert worden ist, qualitativ bewertet. Die Haftung wurde ferner durch Kratzen des Bilds mit einem Fingernagel mit mäßigem Druck getestet.
Beispiele 1 bis 3. Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen und Bewertung
Die folgenden Bestandteile wurden in der angegebenen Reihenfolge gemischt.
Anmerkung: SURFYNOL^TM ist eine Marke von Air Products Co., Allentown, PA;
ACRYJET^TM ist eine Marke von Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA;
CARBITOL^TM ist eine Marke von Union Carbide Corp., Danbury, CT;
ZONYL^TM ist eine Marke von DuPont Chemicals Co., Wilmington, DE.
Tabelle 1.1 Bewertung der Haftung in Drucken der Beispiele 1 bis 3
Die Tinten der Beispiele 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung, die auf Vinyl gedruckt worden sind, zeigten eine gute Gewebereibbeständigkeit. Die Tinte der Beispiele 2 und 3, die ein wässriges Emulsionspolymer mit einer mehr bevorzugten Tg umfasste, zeigte auch eine hohe Beständigkeit in dem Fingernagelkratztest. Die Tinte von Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigte auch eine gute Druckqualität von 3 bis 4 (5 = Bestwert).
Beispiele 4 bis 7. Herstellung von Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen und Bewertung
Die Tinten der Beispiele 4 bis 7 wurden unter Verwendung der nachstehend angegebenen Bestandteile hergestellt.
Die Tinten der Beispiele 4 bis 7 der vorliegenden Erfindung, die für ein Thermo-Tintenstrahldrucken geeignet sind, wurden unter Verwendung eines Encad NovaJet 500 gedruckt. Diese Tinten weisen eine hervorragende Druckqualität auf (4 bis 5) und sind thermisch stabil. Die erneute Verwendung dieser Tinten im nicht verschlossenen Zustand ist hervorragend (2 Monate in der Patrone, aus dem Drucker entnommen). Es wird erwartet, dass die Haftung an hydrophoben Oberflächen gut ist.
Beispiele 8 bis 11. Bildung von Tintenstrahl-Tinten und Piezo-Tintenstrahldrucken
Die Tinten der Beispiele 8 bis 11 der vorliegenden Erfindung, die für Piezo-Tintenstrahldrucken geeignet sind, wurden auf einem Epson 3000-Drucker gedruckt. Die Druckqualität war auf glänzendem Vinyl gut und auf einem Scrim-Vinyl am besten.
Die K-, Y- und C-Tinten waren nach einer Wärmealterung für 5 Tage bei 60°C („HA PS") stabil. Die Teilchengrößen wurden unter Verwendung eines MICROTRAC^TM UPA-150-Teilchengrößenanalysegeräts (Microtrac Co., North Largo, FL) gemessen, wie es in der Tabelle 8.1 gezeigt ist. 100% PS bedeutet, dass keine Teilchen gefunden wurden, die größer waren als diese Größe.
Tabelle 8.1 Stabilität von Tinten (alle Teilchengrößen sind in nm angegeben)

Claims

Verwendung einer wässrigen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, umfassend ein wässriges Emulsionspolymer mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von –40°C bis 150°C, ein Pigment und ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel, zum Drucken auf einer hydrophoben Oberfläche.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das wässrige Emulsionspolymer einen Tg von 40°C bis 80°C aufweist.
Verfahren zum Bereitstellen eines Bildes auf einer hydrophoben Oberfläche, umfassend das Bilden einer wässrigen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, umfassend ein wässriges Emulsionspolymer mit einer Tg von –40°C bis 150°C, ein Pigment und ein wasserlösliches grenzflächenaktives Mittel, das Spritzen der Tintenzusammensetzung auf die hydrophobe Oberfläche und das Trocknen oder das Ermöglichen des Trocknens der Tintenzusammensetzung.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das wässrige Emulsionspolymer einen Tg von 40°C bis 80°C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die hydrophobe Oberfläche Polyvinylchlorid umfasst.
Bild auf einer hydrophoben Oberfläche, gebildet durch das Verfahren von Anspruch 3.