DE60307644T2

DE60307644T2 - Tinte

Info

Publication number: DE60307644T2
Application number: DE60307644T
Authority: DE
Inventors: Mairi Elizabeth Summertown RAGGATT
Original assignee: Fujifilm Imaging Colorants Ltd
Current assignee: Fujifilm Imaging Colorants Ltd
Priority date: 2002-07-27
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: CN1671808A; CN1293153C; EP1527142A1; KR20050026001A; JP2005533900A; HK1081583A1; MXPA05001008A; US20050264628A1; AU2003227950A1; WO2004011562A1; EP1527142B1; DE60307644D1; ATE336554T1; ES2271581T3; KR100755016B1; US7270406B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Tinten und deren Verwendung beim Tintenstrahldruck. Dabei handelt es sich um ein aufschlagfreies (non-impact) Druckverfahren, bei dem Tröpfchen von Tinte durch Herausschießen aus einer feinen Düse auf ein Substrat aufgebracht werden, ohne daß die Düse dabei mit dem Substrat in Berührung kommt.
Im Tintenstrahldruck eingesetzte Tinten müssen zahlreiche anspruchsvolle Anforderungen erfüllen. So sollten sie zum Beispiel wünschenswerterweise zu scharfen, unverschwommenen Bildern mit guter Wasserfestigkeit, Lichtechtheit und optischer Dichte führen. Oft verlangt man von den Tinten, daß sie nach dem Aufbringen auf ein Substrat schnell trocknen, um ein Verschmieren zu vermeiden, dabei dürfen sie aber nicht schon an der Spitze einer Tintenstrahldüse verkrusten, da dies den Drucker außer Gefecht setzt. Die Tinten sollten ferner eine lange Lagerstabilität aufweisen, wobei sie sich bei der Lagerung weder zersetzen noch dabei womöglich die feine Düse verstopfende Abscheidungen bilden dürfen.
Die Schrift WO 01/48090 betrifft Metallchelatazoverbindungen, enthaltend eine Naphtholkomponente und bestimmte heterocyclische Gruppen. Der WO 01/48090 sind keine derartigen Verbindungen mit einem Triazolring als weiteren Substituenten zur Verwendung in Tintenformulierungen zu entnehmen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum einen eine Tinte, enthaltend:

(a) eine Metallchelatverbindung der Formel (1) oder ein Salz davon, wobei M Nickel bedeutet,
Formel (1) sowie (b) ein flüssiges Medium.

Besonders bevorzugt sind die die Verbindung der Formel (1) enthaltenden Tinten, magenta im Farbton.
Die die Verbindung der Formel (1) enthaltenden Tinten ergeben insbesondere im Tintenstrahldruck Drucke mit hoher Lichtechtheit, guter Echtheit gegenüber oxidierenden Gasen wie Ozon und guter optischer Dichte. Die erfindungsgemäßen Tinten sind ferner hoch löslich, was bei Verwendung von die Verbindung enthaltenden Tinten in einem Tintenstrahldrucker zu verbesserter Gebrauchstüchtigkeit und reduzierten Düsenverkrustungen und -verstopfungen führt.
Besonders bevorzugt liegt die Verbindung der Formel (1) als Natrium-, Lithium-, Kalium-, Ammonium- oder substituiertes Ammoniumsalz vor, denn nach eigenen Untersuchungen ergeben diese Salze bei Einarbeitung in eine Tintenstrahldrucktinte Drucke mit hoher Lichtechtheit.
Die Metallchelatverbindung der Formel (1) oder ein Salz davon gemäß der vorliegenden Erfindung und die Tinten enthaltend die Verbindung der Formel (1) umfassen auch deren Tautomere, insbesondere Tautomere des Triazolrings.
Die Überführung der Verbindung der Formel (1) in ein Salz kann nach bekannten Verfahren erfolgen. So kann man beispielsweise ein Alkalimetallsalz einer Verbindung in ein Salz mit Ammoniak oder einem Amin überführen, indem man ein Alkalimetallsalz des Farbstoffs in Wasser löst und die Lösung durch eine Kolonne eines entsprechend modifizierten Ionenaustauscherharzes laufen läßt.
Vor Einarbeitung in Tinten für den Tintenstrahldruck kann man die erfindungsgemäßen Tinten bevorzugt durch Reinigung von unerwünschten Verunreinigungen befreien. Die Reinigung kann nach herkömmlichen Verfahren erfolgen, wie zum Beispiel durch Ultrafiltration, Umkehrosmose und/oder Dialyse.
Das flüssige Medium besteht vorzugsweise wenigstens teilweise aus

(i) Wasser,
(ii) einer Mischung von Wasser und einem organischen Lösungsmittel oder
iii) einem wasserfreien organischen Lösungsmittel.

Die Anzahl der Gewichtsteile der Komponente (a) der Tinte beträgt bevorzugt 0,01 bis 30, besonders bevorzugt 0,1 bis 20, insbesondere 0,5 bis 15 und insbesondere bevorzugt 1 bis 5 Teile. Die Anzahl der Gewichtsteile der Komponente (b) beträgt bevorzugt 99,99 bis 70, besonders bevorzugt 99,9 bis 80, insbesondere 99,5 bis 85, und insbesondere bevorzugt 99 bis 95 Teile. Die Anzahl der Teile (a) + (b) summiert sich auf 100, wobei es sich bei allen in dieser Schrift genannten Teile um Gewichtsteile handelt.
Bevorzugt liegt die Komponente (a) vollständig gelöst in der Komponente (b) vor. Bevorzugt hat die Komponente (a) eine Löslichkeit in Komponente (b) von mindestens 10% bei 20°C. Dies erlaubt die Herstellung von Konzentraten, die sich zu Tinten verdünnen lassen und vermindert bei Verdunsten des flüssigen Mediums bei der Lagerung die Gefahr von Ausscheidungen der Verbindung bzw. Verbindungen der Komponente (a) in der Tinte.
Besteht das flüssige Medium wenigstens teilweise aus einer Mischung von Wasser und einem organischen Lösungsmittel, so liegt das Gewichtsverhältnis von Wasser zu organischem Lösungsmittel bevorzugt bei 99:1 bis 1:99, besonders bevorzugt bei 99:1 bis 50:50 und insbesondere bei 95:5 bis 80:20.
Bevorzugt verwendet man bei einer Mischung von Wasser und organischem Lösungsmittel als organisches Lösungsmittel ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel oder eine Mischung solcher Lösungsmittel. Zu bevorzugten mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln zählen C_1-6-Alkanole, bevorzugt Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, sek.-Butanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, Cyclopentanol und Cyclohexanol; lineare Amide, bevorzugt Dimethylformamid oder Dimethylacetamid; Ketone und Ketonalkohole, bevorzugt Aceton, Methyletherketon, Cyclohexanon und Diacetonalkohol; wassermischbare Ether, bevorzugt Tetrahydrofuran und Dioxan; Diole, bevorzugt Diole mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel 1,5-Pentandiol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Pentylenglykol, Hexylenglykol und Thiodiglykol und Oligo- und Polyalkylenglykole, bevorzugt Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykol und Polypropylenglykol; Triole, bevorzugt Glycerin und 1,2,6-Hexantriol; Mono-C_1-4-alkylether von Diolen, bevorzugt Mono-C_1-4-alkylether von Diolen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere 2-Methoxyethanol, 2-(2-Methoxyethoxy)ethanol, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethanol, 2-[2-(2-Methoxyethoxy)ethoxy]ethanol, 2-[2-(2-Ethoxyethoxy)ethoxy]ethanol und Ethylenglykolmonoallylether; cyclische Amide, bevorzugt 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2- pyrrolidon, N-Ethyl-2-pyrrolidon, Caprolactam und 1,3-Dimethylimidazolidon; cyclische Ester, bevorzugt Caprolacton; Sulfoxide, bevorzugt Dimethylsulfoxid und Sulfolan. Bevorzugt besteht das flüssige Medium wenigstens teilweise aus Wasser und 2 und mehr, insbesondere 2 bis 8, wassermischbaren organischen Lösungsmitteln.
Besonders bevorzugte wassermischbare organische Lösungsmittel sind cyclische Amide, insbesondere 2-Pyrrolidon, N-Methylpyrrolidon und N-Ethylpyrrolidon; Diole, insbesondere 1,5-Pentandiol, Ethylenglykol, Thiodiglykol, Diethylenglykol und Triethylenglykol; und Mono-C_1-4-alkyl- und C_1-4-alkylether von Diolen, besonders bevorzugt Mono-C_1-4-alkylether von Diolen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere 2-Methoxy-2-ethoxy-2-ethoxyethanol.
Besteht das flüssige Medium wenigstens teilweise aus einem wasserfreien, d.h. weniger als 1 Gew.-% Wasser enthaltenden, organischen Lösungsmittel, so hat das Lösungsmittel bevorzugt einen Siedepunkt von 30° bis 200°C, besonders bevorzugt von 40° bis 150°C und insbesondere von 50 bis 125°C. Als organisches Lösungsmittel kommt dabei ein nicht mit Wasser mischbares, ein mit Wasser mischbares oder eine Mischung solcher Lösungsmittel in Frage. Bevorzugte mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel sind die zuvor beschriebenen mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel und deren Mischungen. Zu bevorzugten mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln zählen beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe, Ester, bevorzugt Ethylacetat, chlorierte Kohlenwasserstoffe, bevorzugt CH₂Cl₂, und Ether, bevorzugt Diethylether, sowie deren Mischungen.
Besteht das flüssige Medium wenigstens teilweise aus einem mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmittel, dann ist es zweckmäßig, als solches ein polares Lösungsmittel zu wählen, da dies die Löslichkeit der Verbindung im flüssigen Medium erhöht. Zu Beispielen geeigneter polarer Lösungsmittel zählen C_1-4-Alkohole. Es ist dabei angesichts der vorstehend genannten Bevorzugungen besonders bevorzugt, daß ein aus einem wasserfreien organischen Lösungsmittel bestehendes flüssiges Medium wenigstens teilweise aus einem Keton, (insbesondere Methylethylketon), und/oder einem Alkohol, (insbesondere einem C_1-4-Alkanol und besonders bevorzugt Ethanol oder Propanol) besteht.
Bei dem wasserfreien organischen Lösungsmittel kann es sich um ein einzelnes organisches Lösungsmittel oder um eine Mischung aus zwei oder mehr organischen Lösungsmitteln handeln. Bevorzugt kommt bei einem aus einem wasserfreien organischen Lösungsmittel bestehenden Medium dafür eine Mischung aus 2 bis 5 unterschiedlichen organischen Lösungsmitteln in Betracht. Dies ermöglicht die Auswahl eines Mediums, mit dem man das Trocknungsverhalten und die Lagerstabilität der Tinte gezielt beeinflussen kann.
Ein wasserfreies organisches Lösungsmittel enthaltende flüssige Medien eignen sich besonders zur Erzielung von schnellen Trocknungszeiten und insbesondere für den Druck auf hydrophobe und nicht absorbierende Substrate, wie beispielsweise Kunststoffe, Metall und Glas.
Eine besonders bevorzugte Tinte enthält:

(i) insgesamt 1 bis 10 Teile der Verbindung der Formel (1) oder eines Salzes davon,
(ii) 2 bis 60, und besonders bevorzugt 5 bis 40 Teile an wasserlöslichem organischen Lösungsmittel und
(iii) 30 bis 97, und besonders bevorzugt 40 bis 85 Teile Wasser, wobei es sich bei allen Teilen um Gewichtsteile handelt, und die Summe der Teile (i) + (ii) + (iii) = 100.

Besteht das flüssige Medium in der Tinte wenigstens teilweise aus einer Mischung von Wasser und einem organischen Lösungsmittel oder aus einem wasserfreien organischen Lösungsmittel, kann die Komponente (i) der Tinte eine Verbindung der Formel (1) oder ein Salz davon, wie oben definiert, enthalten.
Niedrigschmelzende feste Medien besitzen bevorzugt einen Schmelzpunkt im Bereich von 60°C bis 125°C. Zu geeigneten niedrigschmelzenden Feststoffen zählen langkettige Fettsäuren oder Alkohole, bevorzugt mit C_18- ₂₄-Ketten, sowie Sulfonamide. Eine Verbindung der Formel (1) kann man in dem niedrigschmelzenden Feststoff lösen oder fein verteilen.
Den erfindungsgemäßen Tinten kann man noch herkömmliche Zusatzstoffe für Tintenstrahldrucktinten zusetzen, so beispielsweise Viskositäts- und Oberflächenspannungsregulatoren, Korrosionsinhibitoren, Biozide, Kogationverminderer, das Einrollen von Papier reduzierenden Antikräuselmitteln und sowohl ionische als auch nichtionische Tenside.
Der pH-Wert der Tinte beträgt bevorzugt 4 bis 11, und besonders bevorzugt 7 bis 10.
Die Viskosität der Tinte bei 25°C beträgt bevorzugt weniger als 50 cP, besonders bevorzugt weniger als 20 cP und insbesondere weniger als 5 cP.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum zweiten ein Verfahren zur druckmäßigen Bebilderung eines Substrats, bei dem man mit dem Tintenstrahldrucker eine Tinte gemäß dem ersten Erfindungsgegenstand auf das Substrat aufbringt. Für die in diesem Verfahren eingesetzte Tinte gelten die am ersten Erfindungsgegenstand definierten Bevorzugungen.
Die Tinte wird von dem Tintenstrahldrucker bevorzugt in Form von Tröpfchen aus einer kleinen Öffnung auf das Substrat geschossen. Bevorzugte Tintenstrahldrucker sind piezoelektrische Tintenstrahldrucker und thermische Tintenstrahldrucker. Bei thermischen Tintenstrahldruckern werden auf die im Vorratsspeicher enthaltene Tinte durch einen öffnungsnahen elektrischen Widerstand programmierte Pulse thermischer Energie ausgeübt und dadurch die Tinten in Form von kleinen Tröpfchen direkt in Richtung des Substrats aus der Öffnung im Laufe einer relativen Bewegung zwischen Substrat und Öffnung herausgeschossen. Bei piezoelektrischen Tintenstrahldruckern wird das Herausschießen der Tinte aus der Öffnung durch das Oszillieren eines kleinen Kristalls bewirkt.
Als Substrat wählt man bevorzugt Papier, Kunststoff, Textil, Metall oder Glas, besonders bevorzugt Papier, eine Overheadprojektorfolie oder ein Textilmaterial, insbesondere Papier.
Bevorzugte Papiere sind gegebenenfalls behandelte oder bestrichene Papiere, welche einen sauren, einen alkalischen oder einen neutralen Charakter haben können. Zu Beispielen für hergestellte Papiere zählen HP Premium Coated Paper, HP Photopaper (jeweils bei Hewlett Packard Inc. zu beziehen), Stylus Pro 720 dpi Coated Paper, Epson Photo Quality Glossy Film, Epson Photo Quality Glossy Paper (bei Seiko Epson Corp. zu beziehen), Canon HR 101 High Resolution Paper, Canon GP 201 Glossy Paper, Canon HG 101 High Gloss Film (jeweils bei Canon Inc. zu beziehen), Wiggins Conqueror Paper (bei Wiggins Teape Ltd zu beziehen), Xerox Acid Paper und Xerox Alkaline Paper, Xerox Acid Paper (bei Xerox zu beziehen).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum dritten ein Substrat, bevorzugt ein Papier, eine Overheadprojektorfolie oder ein Textilmaterial, bedruckt mit einer Tinte gemäß dem ersten Erfindungsgegenstand oder nach dem Verfahren gemäß dem zweiten Erfindungsgegenstand.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum vierten eine Tintenstrahldruckerpatrone, enthaltend eine Kammer und Tinte, bei der die Tinte in der Kammer vorliegt und dem ersten Erfindungsgegenstand entspricht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist zum fünften ein Tintenstrahldrucker, enthaltend eine Tintenstrahldruckerpatrone, bei dem die Tintenstrahldruckerpatrone dem vierten Erfindungsgegenstand entspricht.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert, wobei alle Teile und Prozentsätze, soweit nicht anders vermerkt, Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozentsätze sind.
Beispiel 1 – Verbindung (1) mit M gleich Nickel
Verbindung (1)
Stufe (a): Herstellung der 3-Hydroxynaphthalin-2,6-disulfonsäure
Eine Mischung von konzentriertem H₂SO₄ (950g) und Wasser (50 g) wurde mit 7-Hydroxynaphthalin-2-sulfonsäure (250g, 1,16 mol) in Portionen versetzt. Das Gemisch wurde 3 Stunden lang bei 110–120°C gerührt, auf Raumtemperatur abgekühlt, auf eine Mischung von Eis und Wasser (5000 ml) gegeben und das Produkt durch Zugabe von Natriumchlorid ausgefällt. Die entstandene Suspension wurde auf 90°C erhitzt, um das Produkt zu lösen, 1 Stunde lang bei dieser Temperatur gerührt und dann abgekühlt. Das Produkt wurde abfiltriert und feucht in Wasser (3000 ml) bei pH 10 durch Zugabe konzentrierter Natriumlauge gelöst. Anschließend wurde die Lösung filtriert, um eine kleine Menge Unlösliches zu entfernen. Der pH-Wert des Filtrats wurde mit konzentriertem HCl auf 7 gesenkt und das Produkt durch Zugabe von Natriumchlorid ausgefällt. Das Produkt wurde abfiltriert und in einem Vakuumofen getrocknet, wobei 117 g eines cremefarbenen Feststoffs erhalten wurden (Ausbeute 68%).
Stufe (b)
3-Amino-1,2,4-triazol-5-carbonsäurehydrat (3,84 g, 0,03 mol) wurde in Wasser (180 ml) suspendiert und durch Zugabe von 2M NaOH bei pH 8 gelöst. Nach Zugabe von Natriumnitrit (2,27 g, 0,033 mol) wurde die Lösung solange gerührt, bis das Natriumnitrit in Lösung gegangen war.
Dann wurde das Gemisch einem gekühlten Gemisch von Eiswasser (150 g) und konzentriertem HCl (10 ml) bei 0–5°C zugetropft, 30 Minuten lang bei 0–5°C nachgerührt und anschließend die überschüssige Nitrosesäure durch Zugabe von Sulfamsäure zerstört. Die Diazo-Suspension wurde langsam auf eine Lösung von 3-Hydroxynaphthalin-2,6-disulfonsäure (13,4 g, 0,03 mol) in Wasser (300 ml) bei pH 7–8 (2N NaOH) gegeben und auf unter 5°C abgekühlt. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch eine weitere Stunde lang bei 0–5°C nachgerührt, und das Produkt durch Säuern auf pH 4 mit 2N HCl ausgefällt und abfiltriert. Das Produkt wurde mit 15 prozentiger Salzlösung nachgewaschen und anschließend in einem Vakuumexsikkator getrocknet, wobei 20 g eines orangen Feststoffs erhalten wurden (Ausbeute 60%).
Stufe (c): Herstellung der Verbindung (1)
Das Produkt aus Stufe (b) (7,43 g, 0,01 mol), gelöst in Wasser (100 ml) bei pH 7–8 (2N NaOH), wurde mit einer Lösung von Nickelacetattetrahydrat (2,5 g, 0.01 mol) in Wasser (20 ml) tropfenweise versetzt. Das Reaktionsgemisch wurde 2 Stunden lang bei 20°C nachgerührt und mit dem Membranschlauch SpectraPor (Molekulargewicht Ausschluß 3500) wenig leitend (< 100 μs) dialysiert. Durch Verdampfen in Vakuum wurde Verbindung (1) als dunkler Feststoff (5 g) erhalten. Eine massenspektrometrische Analyse ergab m/z 499 (M-H)^–. Sollwert M⁺= 500.
Beispiel 2 – Tinten
Die in den Tabellen I und II beschriebenen Tinten kann man mit der in Beispiel 1 hergestellten und in der ersten Spalte angegebenen Verbindung herstellen. Bei den Angaben ab Spalte 2 handelt es sich um die Anzahl der Teile des betreffenden Einsatzstoffs, wobei es sich bei allen Teilen um Gewichtsteile handelt. Die Tinten lassen sich sowohl im thermischen als auch im piezoelektrischen Tintenstrahldruck auf Papier aufbringen.
In Tabelle I und II bedeuten:

Claims

Tinte, enthaltend: (a) eine Metallchelatverbindung der Formel (1) oder ein Salz davon, wobei M Nickel bedeutet,
Formel (1) sowie (b) ein flüssiges Medium.
Tinte nach Anspruch 1, bei der das flüssige Medium wenigstens teilweise aus einer Mischung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel besteht.
Tinte nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend (i) 1 bis 10 Teile der Verbindung der Formel (1) oder eines Salzes davon, (ii) 2 bis 60 Teile an wasserlöslichem organischen Lösungsmittel und (iii) 30 bis 97 Teile Wasser, wobei es sich bei allen Teilen um Gewichtsteile handelt und die Summe der Teile (i) + (ii) + (iii) = 100 ist.
Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Viskosität von weniger als 20 cP bei 25°C.
Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Viskosität von weniger als 5 cP bei 25°C.
Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem pH-Wert von 7 bis 10.
Verfahren zur druckmäßigen Bebilderung eines Substrats, bei dem man mit dem Tintenstrahldrucker eine Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auf das Substrat aufbringt.
Substrat, bedruckt mit einer Tinte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7.
Tintenstrahldruckerpatrone, enthaltend eine Kammer und Tinte, bei der die Tinte in der Kammer vorliegt und einem der Ansprüche 1 bis 6 entspricht.
Tintenstrahldrucker, enthaltend eine Tintenstrahldruckerpatrone, bei dem die Tintenstrahldruckerpatrone Anspruch 9 entspricht.