DE69516721T2

DE69516721T2 - Tintenzusammensetzung für den tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE69516721T2
Application number: DE69516721T
Authority: DE
Inventors: E. Adams; A. Belmont; E. Johnson
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: KR970706361A; IL116376A0; AU4378596A; HK1003647A1; EP0797636A1; EP0797636B1; BR9509137A; CN1064696C; EG21107A; CN1160415A; WO1996018695A1; TR199501575A2; PH32041A; DE69516721D1; JPH10510862A; US5630868A; TW364001B; ZA9510667B; JP3510897B2; PE62196A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft wässrige Tintenformulierungen für Tintenstrahldruck, die Kohlenstoff- bzw. Carbonprodukte als Pigmente enthalten.

Diskussion des Standes der Technik

Tintenstrahldruck ist ein anschlagfreies Verfahren, bei dem Tintentröpfchen erzeugt werden und auf einem Substrat wie Papier, einem transparenten Film oder einem Textilmaterial als Antwort auf ein elektronisches Signal abgeschieden werden. Typische Tintenstrahldrucksysteme sind Systeme mit kontinuierlichem Fluss oder vom sogenannten drop-on-demand- Typ. In kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen wird die Tinte in einem kontinuierlichen Strom unter Druck durch mindestens eine Öffnung oder Düse emittiert. Der Strom wird gestört, was bewirkt, dass er in einem festen Abstand von der Öffnung in Tröpfchen aufgespalten wird. Am Aufspaltpunkt werden die Tröpfchen gemäß digitaler Datensignale geladen und durch ein elektrostatisches Feld geleitet. Das Feld stellt die Trajektorie eines jeden Tröpfchens ein, um es in eine Rückführungsrinne oder zur Erzeugung von Bildern an einen speziellen Ort auf dem Aufzeichnungsmedium zu leiten. In drop-on-demand-Systemen wird ein Tröpfchen von einer Öffnung direkt an eine Stelle auf dem Aufzeichnungsmedium unter Druck ausgestoßen, der gemäß digitaler Datensignale erzeugt wurde. Ein Tröpfchen wird nicht gebildet oder ausgestoßen, wenn es nicht auf das Aufzeichnungsmedium aufgebracht werden soll. Das drop- on-demand-System weist mehrere Vorteile gegenüber dem kontinuierlichen System auf, da es keine Wiedergewinnung der Tinte, Aufladung oder Ablenkung erfordert.
Es gibt drei Grundtypen von drop-on-demand-Tintenstrahlsystemen. Ein Typ weist einen tintengefüllten Kanal mit einer Düse an einem Ende und einem piezoelektrischen Transducer nahe dem anderen Ende auf, der Druckpulse erzeugt. Die relativ große Größe des Transdu cers verhindert einen engen Abstand der Düsen, was die Druckqualität einschränken kann. Physikalische Einschränkungen des Transducers führen zu einer geringen Geschwindigkeit der Tintentröpfchen und geringer Druckgeschwindigkeit. Die geringe Tröpfchengeschwindigkeit kann auch die Toleranzen für Geschwindigkeitsvariation und Bündelung der Tröpfchen vermindern.
Ein zweiter Typ von drop-on-demand-Systemen ist als Thermaltintenstrahl- oder Bläschenstrahldrucker bekannt. Die Hauptkomponenten sind ein mit Tinte gefüllter Kanal mit einer Düse an einem Ende und einem wärmeerzeugenden Widerstand nahe der Düse. Drucksignale erzeugen einen elektrischen Strompuls in einer Widerstandsschicht in jedem Tintenstrahlengang, was die Tinte in der unmittelbaren Nachbarschaft verdampfen läßt, wobei ein Bläschen erzeugt wird. Etwas Tinte in dem Kanal wird durch die Öffnung als ein vorwärtsgetriebenes Tröpfchen aufgrund der Bläschenausdehnung herausgedrückt. Thermal- oder Bläschentintenstrahldrucker erzeugen Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit und erlauben einen sehr geringen Abstand der Düsen, was zu einer hohen Druckqualität führt.
Der dritte Typ von drop-on-demand-Tintenstrahlvorrichtungen ist als ein akustischer Tintendrucker bekannt. Bei diesem Drucker wird ein fokusierter akustischer Strahl verwendet, der mit einer sphärischen Linse gebildet wird, die mit einer ebenen Schallwelle bestrahlt wird, die durch einen piezoelektrischen Transducer erzeugt wurde. Der fokusierte Akustikstrahl übt Druck auf die Oberfläche der Flüssigkeit auf, was zum Ausstoß kleiner Tintentröpfchen auf ein Abbildungssubstrat führt.
Herkömmliche Tinten für Tintenstrahldrucker umfassen üblicherweise ein Färbemittel, wie einen Farbstoff, der in einem Vehikel aus Wasser oder einem Gemisch, das Wasser und ein wasserlösliches oder wassermischbares organisches Solvens umfasst. Farbstoffe weisen jedoch mehrere Nachteile auf, wenn sie in Tintenstrahltinten verwendet werden. Farbstoffe, die wasserlöslich sind oder in einem Gemisch aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel löslich sind, können sich wieder auflösen und laufen, wenn sie Feuchtigkeit oder Wasser ausgesetzt sind. Farbstoffbilder können schmieren und sich bei Kontakt mit Filzstiftmarkern oder wenn sie mit einem Finger gerieben werden, abreiben. Farbstoffe zeigen auch eine geringe Lichtstabilität, einschließlich Fluoreszenz, Sonnenlicht und ultraviolettem Licht. Tinten, die lösliche Farbstoffe umfassen, können auch die Strahlenkanäle verstopfen aufgrund der Solvensverdampfung und Änderungen in der Löslichkeit des Farbstoffs, durch Farbstoffkristallisation und in Gegenwart von Verunreinigungen. Tinte auf Farbstoffbasis kann auch eine geringe thermische und chemische Stabilität aufweisen, was zu einer geringen Druckqualität führt. Der Farbstoff kann auch ausbluten oder in Papierporen diffundieren, wodurch eine geringe Druckqualität und eine geringe optische Dichte des Bildes verursacht wird. Für bestimmte Tintenstrahltinten, die einen Farbstoff enthalten, kann Spezialpapier notwendig sein. Zusätzlich sind viele der in Tinten enthaltenen Farbstoffe potentiell mutagen.
Pigmente sind ebenfalls als Färbemittel in Tintenstrahltinten verwendet worden, entweder als Substitute für oder in Kombination mit Farbstoffen. Pigmente weisen Eigenschaften auf, die denjenigen von Farbstoffen auf Gebieten wie Wasserechtheit, Lichtechtheit, Bilddichte, thermische Stabilität, oxidative und chemische Stabilität, Kompatibilität mit anderen Färbemitteln und Kompatibilität mit sowohl beschichteten/behandelten als auch unbeschichteten Papieren überlegen sind. Darüber hinaus sind Pigmente im allgemeinen nicht-mutagen. Pigmente, die in Tintenstrahltinten verwendet werden, enthalten Ruß, Titandioxidweiß, Kobaltblau (CoO-Al&sub2;O&sub3;) und Chromgelb (PbCrO&sub4;). Ruß, der im Infrarotbereich absorbiert, kann zum Lesen von Strichcodes verwendet werden.
Das Hauptproblem bei der Verwendung solcher Pigmente ist die Dispersion. Pigmentpartikel wie Ruß liegen üblicherweise zunächst in einem verklumpten oder agglomerierten Zustand vor. Um Tinten für Tintenstrahldruck herzustellen, muss der Ruß jedoch dispergiert und in dieser Form stabilisiert werden, da das Ausmaß der Dispersion die Eigenschaften des Tintenstrahldrucks, wie Ausstoßfähigkeit, Druckqualität, optische Dichte und dergleichen direkt beeinflusst. Da die Düsenöffnungen von Tintenstrahldruckern vom Thermal- oder Bläschentyp typischerweise etwa 40-60 Mikrometer Durchmesser aufweisen, ist es darüber hinaus entscheidend, zu gewährleisten, dass die Tinte für den Tintenstrahldruck diese Öffnungen nicht verschmutzt oder verstopft. Es ist daher notwendig, die Pigmentpartikel so klein wie möglich zu machen. Vorzugsweise wird Ruß zu einzelnen Aggregaten reduziert. Kleine Pigmentpartikel neigen auch weniger dazu, sich während der Lagerung abzusetzen und tragen daher darüber hinaus zur Stabilität der Rußdispersion bei.
Angesichts dieser Erfordernisse enthalten herkömmliche wässrige Tinten für Tintenstrahldruck auf Pigmentbasis ein wässriges Tintenvehikel, ein Pigment, ein Dispergiermittel und ein Feuchthaltemittel, um ein Austrocknen der Tinte oder das Verstopfen der Öffnungen zu verhindern. Weitere Additive wie Biocide, Bindemittel, Salze, Trockenmittel, Durchdringungsmittel, Surfactants und dergleichen können ebenfalls enthalten sein.
Dispergiermittel sind Materialien, die das Pigment mit einem Teil eines Moleküls binden können, während das andere von dem Vehikel angezogen wird. Ein Dispergiermittel überzieht normalerweise die Pigmentpartikel und zieht dann das Vehikel an, was eine Dispersion der beschichteten Partikel in dem Vehikel erlaubt. Zusammenklumpen und Agglomeration der Pigmentpartikel ist daher aufgrund einer sterischen oder elektrosterischen Abstoßung, die durch den schützenden Überzug verursacht wird, minimiert.
Die herkömmlichen Schritte zur Herstellung einer Tinte für Tintenstrahldruck auf Pigmentbasis, die in der Technik gut bekannt sind, sind wie folgt: Zunächst muss das Pigment in Gegenwart des Solvens und des Dispergiermittels zu einer geringen Größe gemahlen werden, und zwar durch einen beliebigen mechanischen Dispersionsprozess, einschließlich einer Wechselwirkungskammer für einen Flüssigkeitsstrahl (liquid jet interaction chamber), einer sogenannten Mediamühle (media mill), einer Kugelmühle, einer Walzenmühle, einer sogenannten speed line-Mühle (speed line mill), einem Homogenisator und einer Sandmühle. Ohne den Mahlschritt ist das Dispergiermittel unwirksam. Die Pigmentdispersion kann darüber hinaus mit dem Vehikel verdünnt werden, um eine gewünschte Konzentration zu erhalten. Schließlich können einige zusätzliche Tintenkomponenten, wie beispielsweise Feuchthaltemittel, Viskositätskontrolladditive, Biocide, Fungicide, pH-Einstellmittel, Antikorrosionsmittel und dergleichen zu der Pigmentdispersion zugegeben werden. Es kann auch mit dem Vehikel weiter verdünnt werden. Auch kann es notwendig sein, größere Partikel mittels Filtrieren und/oder Zentrifugieren zu entfernen.
Zur allgemeinen Diskussion der Eigenschaften, der Herstellung und der Verwendungen von wässrigen Tinten, siehe The Printing Manual, 5. Ausgabe, Leach et al., Hrsg. (Chapman 8 Hall, 1993).
Der größte Teil der Zeit und der Kosten wird daher für ein adäquates Dispergieren des Pigmentes in dem wässrigen Medium verwendet. Der Wunsch, die Dispersion von Pigmenten zu erleichtern und zu verbessern spiegelt sich in den im folgenden diskutierten Patenten wider.
In dem US-Patent Nr. 5,184,148 wird eine Tinte für Tintenstrahldruck beschrieben, die ein wässriges, flüssiges Medium umfasst, das einen sauren Ruß und ein wasserlösliches Harz enthält, das ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 3 000 bis 30 000 aufweist. Das Harz bewirkt eine Verbesserung der Dispersionsstabilität des Rußes in dem flüssigen Medium. Andere Additive wie Surfactants, Entschäumungsmittel, Konservierungsmittel, Farbstoffe und dergleichen können ebenfalls enthalten sein.
In dem US-Patent Nr. 4,597,794 ist ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren beschrieben, bei dem eine Tinte verwendet wird, die durch Dispersion feiner Partikel eines Pigmentes in einem wässrigen Dispersionsvehikel, das ein Polymer enthält, das sowohl einen hydrophilen als auch einen hydrophoben Strukturbereich aufweist, hergestellt ist. Den hydrophilen Bereich bildet ein Polymer von Monomeren, die hauptsächlich polymerisierbare Vinylgruppen aufweisen, wobei in die hydrophilen Bereiche Carbonsäuregruppen, Sulfonsäuregruppen und Sulfatgruppen eingebaut worden sind. Beispiele für die Monomere, an die hydrophile Gruppen gebunden sind, umfassen Styrol und seine Derivate, Vinylnaphthalin und seine Derivate, α,β-ethylenisch ungesättigte Carboxylate eines aliphatischen C&sub8;-C&sub1;&sub8;-Alkoholes. Der hydrophobe Bereich des Polymers absorbiert an das Pigment und der hydrophile Bereich ragt von dem Pigment weg, um mit Wasser oder einem anderen wässrigen Solvens zu binden. Dieser Mechanismus erzeugt eine verbesserte Dispersion des Pigmentes. Die beschriebenen Tintenzusammensetzungen können auch Additive wie Surfactants, Salze, Harze und Farbstoffe enthalten.
In dem US-Patent Nr. 4,530,961 ist eine wässrige Dispersion von Ruß beschrieben, der mit hydrophilen Monomeren von Alkali oder Ammoniumcarboxylat tragenden Polyacrylaten gepfropft ist, die zur Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck verwendet werden kann. Der Ruß wird in Wasser mit einem wasserlöslichen Peroxid behandelt und nach Peroxidation werden ein wasserlösliches Acrylmonomer und mehr Peroxid zugegeben. Dieses Verfahren führt zu einer gleichzeitigen homogenen Polymerisation freier Radikale des Monomers und einem Pfropfen auf den Ruß. Diese Zusammensetzung kann ebenfalls Surfactants, Benetzungsmittel, Farbstoffe oder andere Additive enthalten.
In dem US-Patent Nr. 5,281,261 wird eine Tinte beschrieben, die Rußpartikel enthält, welche ein polymeres aromatisches Vinylsalz aufweisen, das entweder chemisch aufgepfropft oder auf ihren Oberflächen adsorbiert ist. Das Salz kann einfach auf der Oberfläche des Rußes adsorbiert sein, und zwar aufgrund ähnlicher Hydrophobie des Rußes und der aromatischen Gruppen des Salzes. Wenn das Salz auf den Ruß aufgepfropft ist, ist es nicht der aromatische Teil des Salzes, der direkt auf den Ruß aufgepfropft ist. Statt dessen wechselwirkt eine polymerisierbare olefinische Gruppe auf dem Salz mit dem Ruß, um das Salz aufzupfropfen. Zusätzlich können wie bei typischen Tinten für Tintenstrahldruck Additive wie Surfactants, Benetzungsmittel, Farbstoffe und dergleichen vorliegen.
Die zuvor genannten US-Patente und Artikel werden hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Obwohl die Verwendung von Pigmenten wie Ruß in Tinten für Tintenstrahldruck eine Alternative zu Farbstoffen darstellt, besteht ein Bedürfnis nach einem Pigment, das in seiner kleinsten Teilchenform ohne unmäßige Verarbeitung und Kosten stabil dispergiert werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, umfassend ein wässriges Vehikel und ein modifiziertes Kohlenstoff bzw. Carbonprodukt, das Kohlenstoff enthält, an den mindestens eine organische Gruppe gebunden ist. Der hier verwendete Kohlenstoff ist in der Lage, mit einem Diazoniumsalz unter Bildung des zuvor genannten modifizierten Kohlenstoffproduktes zu reagieren. Der Kohlenstoff kann kristalliner oder amorpher Art sein. Beispiele umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, Graphit, Ruß, glasartigen Kohlenstoff, aktivierte Holzkohle, aktivierten Kohlenstoff und Gemische davon. Fein zerteilte Formen der zuvor genannten sind bevorzugt. Die organische Gruppe umfasst a) mindestens eine aromatische Gruppe und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe oder ein Gemisch einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe. Die organische Gruppe, die eine aromatische Gruppe aufweist, ist durch die aromatische Gruppe direkt an den Kohlenstoff gebunden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine wässrige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, umfassend ein wässriges Vehikel und das zuvor beschriebene modifizierte Kohlenstoffprodukt. Die organische Gruppe des modifizierten Kohlenstoffproduktes umfasst a) mindestens eine C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkylgruppe und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe oder ein Gemisch aus einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe. Die erfindungsgemäßen Tinten für Tintenstrahldruck bieten die erwünschte Dispersionsstabilität, Spritzbarheit, Druckqualität und optische Bilddichte. Die vorliegende Erfindung betrifft zusätzlich ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, das den Schritt aufweist, dass auf Aufzeichnungsmedium Tintentröpfchen aus Öffnungen eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes aufgetragen werden, wobei die erfindungsgemäße Tinte für den Tintenstrahldruck verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Erhöhen der optischen Dichte einer wässrigen Tinte für Tintenstrahldruck, das den Schritt enthält, dass das erfindungsgemäße modifizierte Kohlenstoffprodukt zu der wässrigen Tinte für den Tintenstrahldruck zugegeben oder in diese inkorporiert wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, umfassend ein wässriges Vehikel und ein modifiziertes Kohlenstoffprodukt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kohlenstoffpigmenten sind die modifizierten Kohlenstoffprodukte, die in der erfindungsgemäßen Tinte für Tintenstrahldruck verwendet werden, in einem wässrigen Vehikel nicht schwierig zu dispergieren. Die modifizierten Kohlenstoffprodukte machen nicht notwendigerweise ein herkömmliches Mahlverfahren erforderlich, noch sind Dispergiermittel unbedingt nötig, um eine brauchbare Tinte zu erhalten. Vorzugsweise sind für die modifizierten Kohlenstoffprodukte lediglich Rühren oder Mischen mit geringer Scherkraft erforderlich, um das Pigment in Wasser ohne weiteres zu dispergieren.
Der verwendete Kohlenstoff ist in der Lage, mit einem Diazoniumsalz unter Bildung des zuvor genannten modifizierten Kohlenstoffproduktes zu reagieren. Der Kohlenstoff kann kristalliner oder amorpher Art sein. Beispiele umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Graphit, Ruß, glasartigen Kohlenstoff; aktivierte Holzkohle und aktivierten Kohlenstoff. Fein verteilte Formen der zuvor genannten sind bevorzugt; es ist ebenfalls möglich, Gemische verschiedener Kohlenstoffe zu verwenden. Die Kohlenstoffprodukte können hergestellt werden, indem ein Kohlenstoff wie zuvor definiert mit einem Diazoniumsalz in einem flüssigen Reaktionsmedium umgesetzt wird, um mindestens eine organische Gruppe an die Oberfläche des Kohlenstoffes zu binden. Bevorzugte Reaktionsmedien umfassen Wasser, jedes Wasser enthaltende Medium und jedes Alkohol enthaltende Medium. Wasser ist das am meisten bevorzugte Medium. Diese modifizierten Kohlenstoffprodukte, in denen der Kohlenstoff Ruß ist, und verschiedene Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der US-Patentanmeldung 08/356,660 mit dem Titel "Reaction of Carbon Black with Diazonium Salts, Resultant Carbon Black Products and Their Uses", eingereicht am 15. Dezember 1994, und in der continuation-in-part-Anmeldung, die gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht wurde, beschrieben, die beide hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden. Diese modifizierten Kohlenstoffprodukte, in denen der Kohlenstoff nicht Ruß ist und verschiedene Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der Patentanmeldung Serial Nr. 08/356,653 mit dem Titel "Reaction of Carbon Materials with Diazonium Salts and Resultant Carbon Products", eingereicht am 15. Dezember 1994, die ebenfalls durch Bezugnahme hiermit aufgenommen wird, beschrieben.
Zur Herstellung der zuvor genannten modifizierten Kohlenstoffprodukte braucht das Diazoniumsalz lediglich ausreichend stabil zu sein, um eine Reaktion mit dem Kohlenstoff zu ermöglichen. Die Reaktion kann daher mit einigen Diazoniumsalzen durchgeführt werden, die ansonsten als instabil und der Zersetzung unterliegend angesehen werden. Einige Zerfallsprozesse können mit der Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem Diazoniumsalz konkurrieren und die Gesamtzahl der an den Kohlenstoff gebundenen organischen Gruppen reduzieren. Darüber hinaus kann die Reaktion bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, bei denen viele Diazoniumsalze zum Zerfall neigen können. Erhöhte Temperaturen können auch die Löslichkeit des Diazoniumsalzes in dem Reaktionsmedium vorteilhaft erhöhen und seine Handhabbarkeit während des Verfahrens verbessern. Erhöhte Temperaturen können jedoch zu einem gewissen Verlust an Diazoniumsalz aufgrund anderer Zerfallsprozesse führen.
Ruß kann mit einem Diazoniumsalz angesetzt werden, wenn es als eine verdünnte, leicht zu rührende, wässrige Aufschlämmung oder in Gegenwart der richtigen Menge Wasser zur Bildung eines Rußpellets vorliegt. Falls gewünscht können Rußpellets unter Verwendung einer herkömmlichen Pelletisiertechnik gebildet werden. Andere Kohlenstoffe können auf ähnliche Weise mit dem Diazoniumsalz umgesetzt werden. Zusätzlich sollte, wenn modifizierte Kohlenstoffprodukte unter Verwendung eines anderen Kohlenstoffs als Ruß in Tinten für Tintenstrahldruck verwendet werden, der Kohlenstoff zu einer feinen Partikelgröße gemahlen werden, bevor er mit dem Diazoniumsalz umgesetzt wird, um eine unerwünschte Präzipitation der Tinte zu verhindern. Eine bevorzugte Gruppe organischer Gruppen, die an den Kohlenstoff gebunden sein können, sind organische Gruppen, die mit einer ionischen oder einer ionisierbaren Gruppe als funktioneller Gruppe substituiert sind. Eine ionisierbare Gruppe ist eine Gruppe, die in der Lage ist, in dem verwendeten Medium eine ionische Gruppe zu bilden. Die ionische Gruppe kann eine anionische Gruppe oder eine kationische Gruppe sein und die ionisierbare Gruppe kann ein Anion oder ein Kation bilden.
Ionisierbare funktionelle Gruppen, die Anionen bilden, umfassen beispielsweise saure Gruppen oder Salze von sauren Gruppen. Die organischen Gruppen umfassen daher Gruppen, die von organischen Säuren abgeleitet sind. Wenn eine derartige organische Gruppe eine ein Anion bildende ionisierbare Gruppe enthält, weist sie vorzugsweise a) eine aromatische Gruppe oder eine C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkylgruppe und b) mindestens eine saure Gruppe mit einem pKa von weniger als 11 oder mindestens ein Salz einer sauren Gruppe mit einem pKa von weniger als 11 oder ein Gemisch von mindestens einer sauren Gruppe mit einem pKa von weniger als 11 und mindestens einem Salz einer sauren Gruppe mit einem pKa von weniger als 11 auf. Der pKa der sauren Gruppe bezieht sich auf den pKa der organischen Gruppe als ein Ganzes, nicht nur auf den sauren Substituenten. Bevorzugter ist der pKa weniger als 10 und am meisten bevorzugt weniger als 9. Vorzugsweise ist die aromatische Gruppe oder die Alkylgruppe der organischen Gruppe an den Kohlenstoff direkt gebunden. Die aromatische Gruppe kann darüber hinaus substituiert oder unsubstituiert sein, zum Beispiel mit Alkylgruppen. Die C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkylgruppe kann verzweigt oder unverzweigt sein und ist bevorzugt Ethyl. Bevorzugter ist die organische Gruppe eine Phenyl- oder eine Naphtylgruppe und die saure Gruppe ist eine Sulfonsäuregruppe, eine Sulfinsäuregruppe, eine Phosphonsäuregruppe oder eine Carbonsäuregruppe. Beispiele umfassen -COOH, -SO&sub3;H und -PO&sub3;H&sub2;, -SO&sub2;NH&sub2;, -SO&sub2;NHCOR und ihre Salze, beispielsweise -COONa, -COOK, -COO&supmin;NR&sub4;&spplus;, -SO&sub3;Na, -HPO&sub3;Na, -SO&sub3;&supmin;NR&sub4;&spplus; und PO&sub3;Na&sub2;, wobei R eine Alkyl- oder Phenylgruppe ist. Besonders bevorzugte ionisierbare Substituenten sind -COOH und -SO&sub3;H und ihre Natrium- und Kaliumsalze. Am meisten bevorzugt ist die organische Gruppe eine substituierte oder unsubstituierte Sulfophenylgruppe oder ein Salz davon, eine substituierte oder unsubstituierte (Polysulfo)phenylgruppe oder ein Salz davon, eine substituierte oder unsubstituierte Sulfonaphthylgruppe oder ein Salz davon oder eine substituierte oder unsubstituierte (Polysulfo)naphthylgruppe oder ein Salz davon. Eine bevorzugte substituierte Sulfophenylgruppe ist die Hydroxysulfophenylgruppe oder ein Salz davon.
Spezifische organische Gruppen, die eine ionisierbare funktionelle Gruppe aufweisen, die ein Anion bildet, sind p-Sulfophenyl, 4-Hydroxy-3-sulfophenyl und 2-Sulfoethyl.
Amine stellen Beispiele für ionisierbare funktionelle Gruppen dar, die kationische Gruppen bilden und an dieselben organischen Gruppen gebunden sein können, wie zuvor für die ionisierbaren Gruppen, die Anionen bilden, diskutiert wurden. Beispielsweise können Amine in sauren Medien unter Bildung von Ammoniumgruppen protoniert werden. Bevorzugt weist eine organische Gruppe mit einem Aminsubstituenten einen pKb von weniger als 5 auf. Quaternäre Ammoniumgruppen (-NR3&spplus;) und quaternäre Phosphoniumgruppen (-PR&sub3;&spplus;) sind ebenfalls Beispiele für kationische Gruppen und können an dieselben organischen Gruppen gebunden sein, die zuvor für die ionisierbaren Gruppen, die Anionen bilden, diskutiert worden sind. Vorzugsweise enthält die organische Gruppe eine aromatische Gruppe wie eine Phenyl- oder eine Naphthylgruppe und eine quaternäre Ammonium- oder eine quaternäre Phosphoniumgruppe. Die aromatische Gruppe ist bevorzugt direkt an den Kohlenstoff gebunden. Quaternisierte zyklische Amine und quaternisierte aromatische Amine können ebenfalls als die organische Gruppe verwendet werden. Daher können diesbezüglich N- substituierte Pyridiniumverbindungen, wie N-Methyl-pyridyl verwendet werden. Beispiele für organische Gruppen umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, 3-C&sub5;H&sub4;N(C&sub2;H&sub5;)&spplus;, C&sub6;H&sub4;NC&sub5;H&sub5;&spplus;, C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;, C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;(NC&sub5;H&sub5;)&spplus;, 3-C&sub5;H&sub4;N(CH&sub3;)&spplus; und C&sub6;H&sub4;CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;.
Ein Vorteil der modifizierten Kohlenstoffprodukte, die eine gebundene organische Gruppe aufweisen, die mit einer ionischen oder einer ionisierbaren Gruppe substituiert ist, ist, dass die modifizierten Kohlenstoffprodukte bezüglich des entsprechenden unbehandelten Kohlenstoffs eine erhöhte Wasserdispergierbarkeit aufweisen können. Im allgemeinen steigt die Wasserdispergierbarkeit der modifizierten Kohlenstoffprodukte mit der Anzahl von organischen Gruppen, die an den Kohlenstoff gebunden sind, der eine ionisierbare Gruppe aufweist oder mit der Anzahl von ionisierbaren Gruppen, die an eine gegebene organische Gruppe gebunden sind. Ein Erhöhen der Anzahl ionisierbarer Gruppen, die mit den modifizierten Kohlenstoffprodukten verbunden sind, sollte somit ihre Wasserdispergierbarkeit erhöhen und eine Kontrolle der Wasserdispergierbarkeit bis zu einem bestimmten Grad erlauben. Es ist festzustellen, dass die Wasserdispergierbarkeit von modifizierten Kohlenstoffprodukten, die ein Amin als die organische Gruppe enthalten, die an den Kohlenstoff gebunden ist, durch Ansäuern des wässrigen Vehikels erhöht werden kann.
Da die Wasserdispergierbarkeit des modifizierten Kohlenstoffproduktes in einem gewissen Grad von der Ladungsstabilisierung abhängt, ist es bevorzugt, dass die Ionenstärke des wässrigen Mediums weniger als 0,1 molar ist. Bevorzugter ist die Ionenstärke geringer als 0,01 molar. Es ist bevorzugt, dass das erfindungsgemäße modifizierte Kohlenstoffprodukt keine Nebenprodukte oder Salze enthält.
Wenn erfindungsgemäße in Wasser dispergierbare modifizierte Kohlenstoffprodukte hergestellt werden, ist es bevorzugt, dass die ionischen oder ionisierbaren Gruppen in dem Reaktionsmedium ionisiert werden. Die erhaltene Produktdispersion oder Aufschlämmung kann verwendet werden wie sie ist oder sie kann vor der Verwendung verdünnt werden. Alternativ können die modifizierten Kohlenstoffprodukte mittels für herkömmliche Ruße verwendete Techniken getrocknet werden. Diese Techniken umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, das Trocknen in Öfen und Drehöfen. Übermäßiges Trocknen kann jedoch einen Verlust des Grades der Wasserdispergierbarkeit verursachen. In dem Fall, dass sich die zuvor genannten modifizierten Kohlenstoffprodukte in dem wässrigen Vehikel nicht wie gewünscht ohne weiteres dispergieren, können die modifizierten Kohlenstoffprodukte unter Verwendung konventioneller bekannter Techniken wie Mahlen oder Schleifen dispergiert werden.
Die Bildung einer Tinte für Tintenstrahldruck, die ein wässriges Vehikel und ein stabil dispergiertes modifiziertes Kohlenstoffprodukt als Pigment enthält, kann mit einem Minimum an Komponenten und Verarbeitungsschritten durchgeführt werden, wenn die zuvor genannten Kohlenstoffprodukte verwendet werden. Eine solche Tinte kann in jedem beliebigen in der Technik bekannten Tintenstrahldrucker verwendet werden. In den erfindungsgemäßen Tinten für Tintenstrahldruck liegen die Kohlenstoffprodukte vorzugsweise in einer Menge von weniger als oder gleich 20 Gew.-% der Tinte für den Tintenstrahldrucker vor. Es liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine Tintenformulierung für Tintenstrahldruck zu verwenden, die ein Gemisch aus unmodifiziertem Kohlenstoff mit den erfindungsgemäßen modifizierten Kohlenstoffprodukten enthält. Übliche Additive, wie die im folgenden diskutierten, können zu der Dispersion zugegeben werden, um die Eigenschaften der Tinte für den Tintenstrahldruck weiter zu verbessern.
Insbesondere kann ein Feuchthaltemittel zugegeben werden, um die Geschwindigkeit der Wasserverdampfung in der Tinte zu reduzieren, um ein Verstopfen zu minimieren. Wenn die Tinte auszutrocknen beginnt, steigt die Konzentration des Feuchthaltemittels und die Verdampfung nimmt weiter ab. Feuchthaltemittel können auch andere Eigenschaften der Tinte und der daraus hergestellten Drucke beeinflussen, wie beispielsweise Viskosität, pH, Oberflächenspannung, optische Dichte und Druckqualität. Bevorzugte Feuchthaltemittel umfassen Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycole, Glycerin, Dipropylenglycole, Polyethylenglycole, Polypropylenglycole, Amide, Ether, Carbonsäuren, Ester, Alkohole, Organosulfide, Organosulfoxide, Sulfone, Alkoholderivate, Carbitol, Butylcarbitol, Cellosolve, Etherderivate, Aminoalkohole und Ketone.
Biocide wie Benzoat oder Sorbatsalze sind zur Verhinderung von Bakteriumwachstum von Bedeutung. Bakterien sind oftmals größer als Tintendüsen und können daher ein Verstopfen und andere Probleme verursachen. Bindemittel binden an das Substrat, um das Färbemittel auf dem Papier zu halten. Beispiele umfassen Polyester, Polyestermelanin, Styrol- Acrylsäure-Copolymere, Styrol-Acrylsäure-Alkylacrylatcopolymere, Styrol-Maleinsäure- Copolymere, Styrol-Maleinsäure-Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Methacrylsäure-Copolymere, Styrol-Methacrylsäure-Alkylacrylat-Copolymere, Styrol-Maleinhalbester-Copolymere, Vinylnaphtalin-Acrylsäure-Copolymere, Vinylnaphtalin-Maleinsäure-Copolymere und Salze davon. Trocknungsbeschleunigungsmittel fördern die Verdampfung der Tinte, wenn die Tinte auf dem Papier aufgebracht ist. Diese umfassen Nautriumlaurylsulfat, N,N-Diethyl-m-toluamid, Cyclohexylpyrrolidinon und Butylcarbitol. Durchdringungsmittel wie Alkohole, Natriumlaurylsulfat, Ester und Ketone erlauben es der Tinte, die Papieroberfläche zu durchdringen. Alkohole können ebenfalls verwendet werden, um die Trocknungsgeschwindigkeit der flüssigen Tinte zu erhöhen. Und Surfactants wie Detergenzien und Seife reduzieren die Oberflächenspannung, um es der Tinte zu erlauben, sich auf dem Substrat auszubreiten.
Zusätzlich können die Tinten für Tintenstrahldruck auf der Basis modifizierter Kohlenstoffprodukte etwas Farbstoff aufnehmen, um die Farbbalance zu modifizieren und die optische Dichte einzustellen. Solche Farbstoffe umfassen Lebensmittelfarbstoffe, sogenannte FD & C-Farbstoffe, Derivate von Phthalocyanin-Tetrasulfon-Säuren, einschließlich Kupferphthalocyaninderivaten, Tetranatriumsalzen, Tetraammoniumsalzen, Tetrakaliumsalzen, Tetralithiumsalzen und dergleichen.
Polymere oder Oligomere können zu Tinten zum Tintenstrahldruck auf der Basis der modifizierten Kohlenstoffprodukte zugegeben werden. Die von einer solchen Tinte erzeugten Bilder können nach Polymerisation oder Quervernetzung des zugegebenen Polymers oder Oligomers wasserunlöslich sein.
Bei der Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck, bei der die erfindungsgemäßen modifizierten Kohlenstoffprodukte verwendet werden, kann zusätzlich eine sequentielle Filtration der Tinten durch Filter abnehmender Größe verwendet werden, um ein Endprodukt mit brauchbareren Eigenschaften zu erhalten; beispielsweise zunächst Filtern mit einem 3,0 Mikronfilter und anschließend Filtern mit einem 1,0 Mikronfilter usw., wie gewünscht. Zusätzlich ist die Größe des modifizierten Kohlenstoffprodukts in den Tinten für Tintenstrahldruck vorzugsweise nicht größer als etwa 2 Mikron. Bevorzugter ist die Größe des modifizierten Kohlenstoffproduktes ein Mikro oder weniger.
Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen Tinten für den Tintenstrahldruck eine hervorragende Stabilität gegenüber der Zeit und einem großen Temperaturbereich auf, weisen wünschenswerte Viskositäten und Oberflächenspannungen auf, und wenn sie gedruckt werden, weisen sie eine gute optische Dichte, klaren Druck, Reibebeständigkeit und Wasserechtheit auf. Eine besonders gute Wasserechtheit kann erhalten werden, wenn die Tinte für den Tintenstrahldruck bestimmte styrolisierte Acryle enthält, die diese Eigenschaft verleihen. Ein derartiges styrolisiertes Acryl weist beispielsweise ein Molekular-gewicht von etwa 4200, eine Polydispergierbarkeit von etwa 2 und eine Säurezahl von etwa 215, einen Erweichungspunkt von etwa 128ºC und eine Tg von etwa 67ºC auf. Ein kommerziell erhältliches Beispiel ist JONCRYL 58 Acryl (JONCRYL ist eine eingetragene Marke von Johnson Polymer, Racine WI), das eine Lösung von Joncryl 680 ist.
Mit der Verwendung der erfindungsgemäßen modifizierten Kohlenstoffprodukte in Tintenformulierungen für Tintenstrahldruck kann eine hohe Oberflächenspannung von größer als 70 dyn/cm, eine geringe Viskosität von weniger als 1,9 cP erreicht werden. Die Oberflächenspannung kann, falls gewünscht, durch die Zugabe anderer Komponenten herabgesetzt werden. Diese Flexibilität in der Formulierung erlaubt die Kontrolle der Tröpfchengröße und Gleichförmigkeit. Wie in den folgenden Beispielen ausführlicher widergespiegelt wird, wurde eine hervorragende optische Dichte durch die erfindungsgemäßen Tintenformulierungen für Tintenstrahldruck erreicht.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen, sie jedoch nicht einschränken.

Beispiele:

Verfahren, die zum Bestimmen der Eigenschaften von Kohlenstoff und Tinte verwendet wurden:

Oberfläche:

BET-Stickstoff-Oberflächen wurden gemäß ASTM D-4820 zu Oberflächenmessungen verwendet. CTAB-Flächen wurden gemäß ASTM D-3765 erhalten. DBPA-Daten wurden gemäß ASTM D-2414 erhalten.

Oberflächenspannung:

Die Oberflächenspannungen der Tinten wurden mittels eines CSC-DU NOUY Tensiometers Nr. 70535 von CSC Scientific Co., Inc. Fairfax, VA, gemessen, wobei die Verfahren ASTM D 1331 und D 1590 verwendet wurden.

Viskosität:

Die Tintenviskositäten wurden mittels eines Cannon-Fenske (Reverse-Flow)-Viskometers von Cannon Instrument Co., State College, PA unter Verwendung der ASTM-Verfahren D 445 und D 446 gemessen. Eine Schale Nr. 1 von Norcross Corp., Newton, MA wurde ebenfalls zur Bestimmung der Viskositäten einiger Tinten verwendet, wobei das ASTM- Verfahren D 4212 verwendet wurde. Es wurde eine hervorragende Korrelation zwischen den Ergebnissen beider Verfahren gefunden.

Partikeldurchmesser:

Der mittlere Partikeldurchmesser und der größte nachweisbare Durchmesser wurden mittels eines MICROTRAC Ultrafine Particle Analyzers von Leeds & Northrup Co., St. Petersburg, FL gemessen. Die Bedingungen waren wie folgt: nicht-transparente, nichtsphärische Partikel; Partikeldichte = 1,86 g/m³; mit Wasser als der dispergierenden Flüssigkeit. Die Laufzeit betrug 6 Minuten. (MICROTRAC ist eine eingetragene Marke von Leeds & Northrup Co.).

Optische Dichte:

Die optische Dichte von Filmen, hergestellt mittels eines 3 mil Bird-Applikators zum Auftragen einer flüssigen Tintenbeschichtung und anschließendes Lufttrocknen des Films wurde unter Verwendung eines MACBETH RD918 Densitometers von Macbeth, New Windsor, NY gemäß dem ANSI-Verfahren CGATS.4-1993 gemessen. Die optische Dichte wurde auf einem xerographischen weißen Papier von Nashua, 20#, einem unbeschichteten Ausgangsmaterial von Nashua Corp., Nashua, NH. bestimmt (MACBETH ist eine eingetragene Marke von Kollmorgen Instruments Corp.).

Druckqualität:

Die Druckqualität ist die Schärfe eines durch den Tintenfilm auf einem Substrat gebildeten Bildes (oder Zeichens). Die Bildschärfe, die umfasst, dass der Druck "nicht verschwommen" ist, "nicht ineinander läuft", "nicht ausblutet" und "nicht unterbrochen" ist, wurde visuell bestimmt. Die Ausrichtung der Zeichen, die Verwundenheit bzw. Schiefe, Umgebung, Abstand, Kantenregelmäßigkeit und nicht-verlaufende Tinte tragen sämtlich zur Druckqualität bei. Ein relatives Bewertungsschema von 1 bis 6 wurde für hergestellte Drucke aufgestellt. In der visuellen Bewertungsskala stellt 1 die beste Druckqualität dar. Sämtliche Tinten mit Bewertungen von 1 bis 6 erzeugen einen lesbaren Druck.

Wasserbeständigkeit:

Ein qualitativer Test bestand darin, destilliertes Wasser auf den Druck aufzubringen und dann mit einem Gewebe zu reiben und dann die Änderung der Druckqualität und die Tinte auf dem Gewebe visuell zu beobachten.

Beispiel 1

Herstellung eines Rußproduktes

Eine Lösung von 43 g Sulfanilsäure in 2 Liter Wasser bei etwa 75ºC wurde unter Rühren zu 202 g eines Rußes zugegeben, der eine Oberfläche von 230 m²/g und einen DBPA von 70 ml/100 g aufwies. Man ließ das gerührte Gemisch auf Raumtemperatur abkühlen und gab 26,2 g konzentrierte Salpetersäure zu. Eine Lösung von 20,5 g NaNO&sub2; wurde zugegeben. Es wird inneres 4-Sulfobenzoldiazoniumhydroxidsalz gebildet, das mit dem Ruß reagiert. Die Dispersion wurde gerührt, bis die Blasenbildung aufhörte. Nach Trocknen bei 70ºC wurde das Produkt mit Methanol gewaschen und in einem Ofen bei 90ºC getrocknet. Das Produkt wies gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;-Gruppen auf.

Beispiel 2

Herstellung eines Rußproduktes

Ein sog. Pinpelletizer wurde mit 42,4 g Sulfanilsäure und mit 200 g Ruß, der eine CTAB-Oberfläche von 350 m²/g und einen DBPA von 120 ml/100g aufwies, gefüllt. Nach 30-minütigem Mischen wurde eine Lösung aus 17,4 g NaNO&sub2; in 150 g siedendem Wasser zugegeben und das Gemisch wurde 45 Sekunden lang pelletisiert. Es wurde inneres 4-Sulfobenzoldiazoniumhydroxidsalz gebildet, das mit dem Ruß reagiert. Das Produkt, das dann eine Temperatur von 35ºC aufwies, wurde in einem Ofen bei 120ºC getrocknet. Das Produkt wies bei 325 Mesh einen Rückstand von 0,2% auf, verglichen mit 97% für den nicht umgesetzten Kohlenstoff. Das Produkt wies gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;&supmin;- Gruppen auf.

Beispiel 3

Herstellung eines Rußproduktes

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Rußproduktes zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung. Sulfanilsäure (21 g) wurde in 1 l Wasser unter Erwärmung aufgelöst. Die Lösung wurde mit 100 g eines Rußes gemischt, der eine Oberfläche von 230 m²/g und einen DBPA von 70 ml/100g aufwies und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Eine wässrige Lösung von 10 g in NaNO&sub2; wurde langsam zugegeben und die erhaltene Dispersion wurde zwei Stunden lang gerührt. Inneres 4-Sulfo-benzoldiazoniumhydroxidsalz wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagiert. Das Produkt wurde über Nacht in einem Ofen bei 70ºC getrocknet. Das Produkt wies gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;&supmin;-Gruppen auf.

Beispiel 4

Herstellung eines Rußproduktes

Anthranilsäure (1,58 g) wurde zu einer Lösung von 5,0 g konzentrierter HCl in 5,3 g Wasser bei 5ºC zugegeben. Eine Lösung von 1,78 g NaNO&sub2; in 8,7 g Wasser bei 5ºC wurde zugegeben, wobei die Temperatur durch Rühren in einem Eisbad unter 10ºC gehalten wurde. Nach 15-minütigem Rühren wurde die Lösung zu einer gerührten Suspension von 20 g eines Rußes zugegeben, der eine Oberfläche von 320 m²/g und einen DBPA von 120 ml/100 g aufwies. Nach 15-minütigem Rühren wurde das Produkt mittels Filtration gesammelt, zwei mal mit Wasser gewaschen und in einem Ofen bei 110ºC getrocknet. Das Produkt wies gebundene o-C&sub6;H&sub4;CO&sub2;&supmin;-Gruppen auf.

Beispiel 5

Herstellung eines Rußproduktes

Silbernitrat (1,69 g) wurde zu einer gerührten Lösung von 3,08 g H&sub3;NC&sub6;H&sub4;(CH&sub3;)&sub3;CII in 30 g Wasser gegeben. Der Niederschlag wurde mittels Filtration entfernt und die erhaltene Lösung wurde zu einer gerührten Suspension von 10.0 g eines Rußes, der eine Oberfläche von 230 m²/g und einen DBPA von 70 ml/100g aufwies, in 70 g Wasser zugegeben. Es wurde konzentrierte HCl (2,25 g) zugegeben und dann wurde eine Lösung von 0,83 g NaNO&sub2; in 10 g Wasser zugegeben. Das Diazoniumsalz N&sub2;C&sub6;H&sub4;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;&spplus; wird in situ gebildet, das mit dem Ruß reagiert. Blasen wurden freigesetzt. Nach beendeter Blasenbildung wurde die Dispersion in einem Ofen bei 120ºC getrocknet. Das Produkt wies bei 325 Mesh einen Rückstand von 0,6% auf, verglichen mit 94% für den nicht umgesetzten Kohlenstoff. Das Produkt wies gebundene p-C&sub6;H&sub4;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 6

Herstellung eines Rußproduktes

Sulfanilsäure (43 g) wurde unter Erwärmung in 2 l Wasser aufgelöst. Die Lösung wurde mit 200 g eines Rußes gemischt, der eine Oberfläche von 230 m²/g und einen DBPA von 70 ml/100 g aufwies und abkühlen gelassen. Eine wässrige Lösung von 20,5 g NaNO&sub2; wurde langsam zugegeben und die erhaltene Dispersion wurde eine Stunde lang gerührt. Es wurde inneres 4-Sulfobenzoldiazoniumhydroxidsalz in situ gebildet, das mit dem Ruß reagiert. Die Dispersion wurde durch einen Whatmanfilter #41 filtriert und das Produkt wurde in einem Ofen bei 70ºC getrocknet. Das Produkt wies gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;&supmin;-Gruppen auf. (6958-77) (M900)

Beispiel 7

Herstellung eines Rußproduktes

Es wurde eine Lösung aus 17,0 g Sulfanilamid und 24,7 ml konzentrierter HCl in 100 ml warmem Wasser hergestellt. Die Lösung wurde in einem Eisbad gekühlt und eine Lösung von 7,49 g NaNO&sub2; in 20 ml Wasser wurde über einem Zeitraum von mehreren Minuten zugegeben. Nach 20-minütigem Rühren wurde die Hälfte der Diazoniumlösung zu einer gerührten Suspension von 50 g Ruß mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 ml/100 g in 250 ml Wasser zugegeben. Es wird etwa 5 Minuten lang Gasbildung beobachtet und die Suspension wurde 3 Stunden lang gerührt. Das Rußprodukt wird durch Trocknen der Dispersion in einem Ofen bei 125ºC gewonnen. Das Produkt weist gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub2;NH&sub2;-Gruppen auf.

Beispiel 8

Herstellung einer Tinte für Tintenstrahldruck

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer erfindungsgemäßen Tinte für den Tintenstrahldruck. Sulfanilsäure (4,25 g) wurde in heißem Wasser aufgelöst und noch heiß abfiltriert. Es wurden 25 g eines Rußes mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 ml/100 g zugegeben und das gerührte Gemisch wurde auf 30ºC abgekühlt. Konzentrierte HCl (5,33 g) wurde zugegeben und dann wurden 2,03 g NaNO&sub2;, gelöst in einer geringen Menge Wasser, über einen Zeitraum von einer Stunde zugegeben. Nach beendeter Blasenbildung wies das Rußprodukt in der Dispersion gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;&supmin;-Gruppen auf. Es wurde dann Wasser zum Verdünnen der Rußproduktkonzentration auf 3 Gew.-% zugegeben. Die Dispersion wurde 10 Minuten lang bei 1000 UpM zentrifugiert und durch einen 1, 2 Mikronfilter abfiltriert. Die Dispersion wurde in einem Ofen eingeengt, bis die Konzentration des Rußproduktes 10 Gew.-% erreichte. Die Dispersion wurde durch einen 1, 2 Mikronfilter wieder abfiltriert und durch Zugabe von NaOH-Lösung auf pH 9 eingestellt. Die mittlere Partikelgröße des Rußproduktes in der erhaltenen Tinte für Tintenstrahldruck betrug 0,06 Mikron. Eine Probe der Tinte, die auf einen Rußgehalt von 5 Gew.-% verdünnt wurde, wies eine Viskosität von 1,17 cp und eine Oberflächenspannung von 76,5 dyn/cm auf.
Eine Probe der Tinte, die auf einen Rußgehalt von 5 Gew.-% verdünnt worden war und drei Frost-Tau-Zyklen unterzogen worden war, wies eine Viskosität von 1,20 cp und eine Oberflächenspannung von 76 dyn/cm auf. Das Rußprodukt in dieser Tinte wies eine mittlere Partikelgröße von 0,05 Mikron auf.
Eine Probe der Tinte, die auf einen Rußgehalt von 5 Gew.-% verdünnt worden war und die in einem verschlossenen Behälter eine Woche lang bei 70ºC erhitzt worden war, wies eine Viskosität von 1,13 cp und eine Oberflächenspannung von 76 dyn/cm auf. Das Rußprodukt in dieser Tinte wies eine mittlere Partikelgröße von 0,06 Mikron auf.

Beispiel 9

Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck

Sulfanilsäure (34,3 g) wird in 2 l heißem Wasser aufgelöst. 200 g eines Rußes mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 ml/100 g wurden zugegeben und das Gemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde konzentrierte Salpetersäure (21,2 g) zugegeben. Eine Lösung von 16,5 g NaNO&sub2; in 40 g Wasser wurde langsam zugegeben. Nach Rühren wurde die erhaltene Dispersion, die ein Rußprodukt mit gebundenen p- C&sub6;H&sub4;SO&sub3;-Gruppen enthielt, durch ein 1, 2 Mikronfilter abfiltriert. Diese Dispersion war als Tinte für den Tintenstrahldruck brauchbar und bei Raumtemperatur monatelang stabil. Das Rußprodukt, das in der Tinte enthalten war, wies eine mittlere Partikelgröße von < 0,1 Mikron auf.
Die Zugabe eines gleichen Volumens einer Lösung von 1,5% bis 3% Polyvinylalkohol (99% hydrolysiert, MW 13000) in Wasser zu der Tinte für Tintenstrahldruck ergibt Tinten, die Drucke mit verbessertem trockenem Reibwiderstand ergeben. Die Drucke bluteten nicht aus, wenn sie eine Minute lang in Wasser eingetaucht wurden, sie waren jedoch nicht echt bzw. beständig, wenn sie in nassem Zustand gerieben wurden.

Beispiel 10-26

Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck

Diese Beispiele veranschaulichen die Herstellung von erfindungsgemäßen Tinten für den Tintenstrahldruck. Rußprodukte wurden bei den angegebenen Konzentrationen in Wasser dispergiert. Der pH wurde durch Zugabe von N,N-Dimethylethanolamin auf etwa 9 erhöht, mit Ausnahme von Beispiel 25, bei dem der pH mit NaOH auf 12 eingestellt wurde. Additive wie Feuchthaltemittel, Polymere oder Farbstoffe wurden dann wie angegeben zugegeben. Die Tinten wurden durch ein Papierfilter Fisher Q8, ein Whatman GMF-2 Mikronfilter und dann einen Whatman GMF-1 Mikronfilter abfiltriert, um grobe Verunreinigungen zu entfer nen. Von diesen Tinten wurden Drucke mit einem kommerziellen Tintenstrahldrucker auf unbeschichtetem weißem xerographischem Papier hergestellt. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Vielzahl von Feuchthaltemitteln, Polymeren und Farbstoffen zugegeben werden kann, wobei brauchbare Tinten für Tintenstrahldruck mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden. Mit Tinten der Beispiele 23 und 24 hergestellte Drucke wiesen hervorragende Nassreibeeigenschaften auf. Aus der Tinte von Beispiel 25 hergestellte Drucke wiesen gute Nassreibeeigenschaften auf. Aus der Tinte von Beispiel 26 hergestellte Drucke wiesen gute Nassreibebeständigkeit auf, wenn der Druck bei Raumtemperatur getrocknet wurde und hervorragende Nassreibeeigenschaften, wenn die Drucke eine Minute lang bei 200ºC getrocknet wurden.
EG = Ethylenglycol
PEG = Polyethylenglycol
DEG = Diethylenglycol
DB19 = direkter Ruß 19 (direct black 19)
ACR = JONCRYL 62 Acrylharzlösung. JONCRYL ist eine eingetragene Marke von Johnson Polymer, Racine, WI.
PE = 072-7232 Polyesterlösung, McWhorter Technologies, Chicago Heights, IL
M = 023-2347 Melamine, Cargill Inc. Forest Park, GA
PJB = Projektruß 1/-Farbstofflösung, (Project Black 1 dye solution) Zeneca, Wilminton, DE
ST = Oberflächenspannung (dyn/cm)
MD = mittlerer Durchmesser (um)
LD = größter nachweisbarer Durchmesser (um)
Visc = Viskosität (cP)
PQ = Druckqualität, visuelle Bewertung
OD = optische Dichte (Macbeth Reflexions-Densiometer)

Beispiel 27

Herstellung von behandelten Rußprodukten und Tinten für Tintenstrahldruck

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung mehrerer Rußprodukte und die Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck aus ihnen. Es wurden fünf Ruße verwendet, wie im folgenden angegeben ist. In jedem Fall wurde Sulfanilsäure in etwa 90 g Wasser aufgelöst. In einigen Fällen war zur vollständigen Auflösung Erwärmen notwendig. Es wurden 10 g Ruß zugegeben und das Gemisch wurde gut gerührt. Eine 10%-ige Lösung von Natriumnitrit in Wasser wurde über wenige Minuten zugegeben. In sämtlichen Fällen betrug die Zugabekonzentration der Sulfanilsäure 0,91 mg/m² und die Zugabekonzentration des Natriumnitrits betrug 0,40 mg/m². Gasentwicklung wurde beobachtet und die Dispersion wurde etwa 20 Minuten lang gerührt. Das Rußprodukt wurde durch Trocknen der Dispersion in einem Ofen bei 70ºC gewonnen. Die Rußprodukte wiesen gebundene p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;&supmin;-Gruppen auf.
Tinten für Tintenstrahldruck wurden durch Rühren der Rußprodukte mit Wasser unter Bildung von Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 5% hergestellt. Zeichnungen der Tinten wurden mit einer automatischen BYK-Gardner-Zeichnungsvorrichtung durchgeführt, wobei ein 3 mil Stäbchen-Applikator auf unbeschichtetem 20 lb. Nashua-Doppelzweckpapier (Nashua 20 lb dual purpose uncoated paper) verwendet wurde. Die optischen Dichten wurden gemessen und sind im folgenden angegeben. Diese Ergebnisse zeigen, dass die optische Dichte von aus den Tinten hergestellten Drucken von dem Ruß abhängt, der bei der Herstellung des Rußproduktes in der Tinte verwendet wurde.
* Proben, die oxydiert wurden

Beispiel 28

Herstellung eines behandelten Roßproduktes und Tinten für Tintenstrahldruck

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Rußproduktes und die Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck daraus. Ein Ruß mit einer Oberfläche von 140 m²/g und einem DBPA von 114 ml/100g wurde verwendet. Es wurde eine Lösung aus 1,3 g Sulfanilsäure in etwa 90 g Wasser hergestellt. Zehn Gramm Ruß wurden zugegeben und das Gemisch wurde gut gerührt. Eine Lösung aus 0,56 g Natriumnitrit in etwa 5 g Wasser wurden über ein paar Minuten zugegeben. Es wurde Gasentwicklung beobachtet und die Dispersion wurde etwa 20 Minuten lang gerührt. Das Rußprodukt wurde durch Trocknen der Dispersion in einem Ofen bei 70ºC gewonnen. Das Rußprodukt wies gebundene p- C&sub6;H&sub4;SO&sub3;&supmin;-Gruppen auf.
Tinten für Tintenstrahldruck wurden durch Rühren des Rußproduktes mit Wasser hergestellt, wobei Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von 0,5 bis 15% hergestellt wurden. Die Zeichnungen der Tinten wurden mit einer automatischen BYK-Gardner Zeichnungsvorrichtung gemacht, wobei ein 3 mil Stäb-chen-Applikator auf 20 lb. unbeschichtetem Nashua Doppelzweckpapier verwendet wurde. Die optischen Dichten wurden gemessen und sind im folgenden angegeben. Diese Ergebnisse zeigen, dass die optische Dichte von aus den Tinten hergestellten Drucken von der Konzentration des Rußproduktes in der Tinte abhängt.

Feststoffgehalt in % Optische Dichte

0,5 0,56
1 0,74
2 1,16
3 1,28
4 1,44
5 1,50
6 1,56
8 1,61
10 1,65
12 1,68
15 1,73

Beispiel 29

Herstellung eines Rußproduktes

Zehn Gramm eines Rußes mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 m²/g wurden zu einer gerührten Lösung aus 3,06 g 3-Amino-N-ethylpyridiniumbromid in 72 g Wasser zugegeben. Es wurde konzentrierte Salpetersäure (1,62 g) zugegeben und das Gemisch wurde gerührt und auf etwa 70ºC erhitzt. Eine Lösung von 1,07 g NaNO&sub2; in etwa 5 g Wasser wurde über einige Minuten zugegeben. Das Diazoniumsalz N&sub2;C&sub5;H&sub4;N(C&sub2;H&sub5;)&spplus;&spplus; wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Nachdem das Reaktionsgemisch eine Stunde lang gerührt wurde, wurde die Probe in einem Ofen bei 125ºC getrocknet. Das Produkt wies eine mittlere Volumenteilchengröße von 0,18 Mikron auf. Das Produkt wies gebundene 3- C&sub5;H&sub4;N(C&sub2;H&sub5;)&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 30

Herstellung eines Rußproduktes

3-Amino-N-Methylpyridiniumiodid (3,92 g) wurde in 70 g Wasser aufgelöst. Eine Lösung aus 2,58 g AgNO&sub3; in 6 g Wasser wurde zugegeben. Nach 15-minütigem Rühren wurde der Niederschlag mittels Filtration entfernt und es wurden 10 g eines Rußes mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 m²/g zugegeben. Es wurde konzentrierte Salpetersäure (1,62 g) zugegeben und das Gemisch wurde gerührt und auf etwa 70ºC erwärmt. Eine Lösung von 1,07 g NaNO&sub2; in etwa 5 g Wasser wurde über einige Minuten zugegeben. Das Diazoniumsalz N&sub2;C&sub5;H&sub4;CH&sub2;N(CH&sub3;)&spplus;&spplus; wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Bläschen wurden freigesetzt. Dann wurde das Reaktionsgemisch etwa 40 Minuten lang bei 70ºC gerührt und dann etwa 15 Minuten lang zum Sieden erhitzt. Die Probe wurde in einem Ofen bei 125ºC getrocknet. Das Produkt wies eine mittlere Volumenteilchengröße von 0,23 Mikron auf. Das Produkt hatte einen 325 Meshrückstand von 0,0% verglichen mit 94% für den unbehandelten Ruß. Das Produkt wies gebundene 3-C&sub5;H&sub4;(CH&sub3;)&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 31

Herstellung eines Rußproduktes

Fünfzig Gramm Benzyltrimethylammoniumchlorid wurden über 25 Minuten zu kalter 90 %iger Salpetersäure zugegeben. Das Gemisch wurde 5 Stunden lang unterhalb 10ºC gehalten. Eis (500 g) wurde zugegeben und das Gemisch wurde mit KOH neutralisiert. Der Niederschlag wurde mittels Filtration entfernt. Ethanol (1 l) wurde zugegeben und das Gemisch wurde nochmals filtriert. 3-Nitrobenzyltrimethylammoniumnitrat wurde aus dem Filtrat gewonnen. Dieses Material wies gemäß NMR eine Reinheit von 75% auf. Ein Gemisch aus 10 g 3 Nitrobenzyltrimethylammoniumnitrat, 14 g Fe-Feilspänen, 2 g konzentrierter HCl und 400 g Wasser wurden 2,5 Stunden lang sieden gelassen. Das Gemisch wurde mit KOH neutralisiert und abfiltriert, wobei man eine wässrige Lösung von 3-Aminobenzyltrimethylammoniumnitrat-/chlorid erhielt.
Vierzehn Gramm eines Rußes mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 m²/g wurden zu einer gerührten Lösung von 3,06 g 3-Aminobenzyltrimethylammoniumnitratlchlorid in 72 g Wasser zugegeben. Konzentrierte Salpetersäure (1,62 g) wurde zugegeben und das Gemisch wurde gerührt und auf etwa 70ºC erhitzt. Eine Lösung von 1,07 g NaNO&sub2; in etwa 5 g Wasser wurde über einige Minuten zugegeben. Das Diazoniumsalz 3- N&sub2;C&sub6;H&sub4;CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;&spplus; wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Nachdem das Reaktionsgemisch eine Stunde lang gerührt wurde, wurde die Probe in einem Ofen bei 125ºC getrocknet. Das Produkt wies eine mittlere Volumenteilchengröße von 0,18 Mikron auf. Das Produkt wies gebundene 3-N&sub2;C&sub6;H&sub4;CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 32

Herstellung eines Rußproduktes

Silbernitrit (30,9 g) wurde zu einer Lösung von 41,4 g N-(4-Aminophenyl)pyridiniumchlorid in 700 g Wasser zugegeben und das Gemisch wurde 1¹/&sub2; Stunden lang bei 70ºC gerührt. Das Gemisch wurde abfiltriert und 200 g Ruß mit einer Oberfläche von 200 m²/g und einem DBPA von 122 ml/100 g wurde zugegeben. Ein weiterer Liter Wasser und 20 g konzentrierte HCl wurden zugegeben. Das Diazoniumsalz N&sub2;C&sub6;H&sub4;NC&sub5;H&sub5;&spplus;&spplus; wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Bläschen wurden freigesetzt. Die Dispersion wurde bei 70-80ºC 2¹/&sub2; Stunden lang gerührt und dann in einem Ofen bei 125ºC getrocknet. Das Produkt wies gebundene C&sub6;H&sub4;NC&sub5;H&sub5;&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 33

Herstellung eines Rußproduktes

Ein sog. Pinpelletizer wurde mit 41,2 g 4-Aminobenzoesäure und 300 g Ruß mit einer Oberfläche von 200 m²/g und einem DBPA von 122 ml/100 g beladen. Nach sorgfältigem Mischen wurden 100 g Wasser, eine Lösung von 20,7 g NaNO&sub2; in 50 g Wasser und dann 100 g Wasser zugegeben, während der Pelletizer in Betrieb war. Ein Diazoniumsalz wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Nach weiterem 4-minütigen Mischen wurde die Probe entfernt. Das Produkt wies gebundene C&sub5;H&sub4;CO&sub2; -Gruppen auf.

Beispiel 34

Herstellung eines Rußproduktes

In einer Modifikation eines Verfahrens aus dem US-Patent 2,821,526 wurde ein Gemisch aus 250 g p-Acetaminophenacyl-chlorid, 65 g Trimethylamin und etwa 600 g Wasser drei Tage lang bei Raumtemperatur gerührt. Weitere 5 g Trimethylamin in 15 g Wasser wurden zugegeben und das Gemisch wurde bei 60ºC 2 Stunden lang erhitzt. Nach Abkühlen und Abfiltrieren wurden 201 g konzentrierte HCl zugegeben und die Lösung wurde eine Stunde lang sieden gelassen. Nach dem Abkühlen wurden 4 l Aceton zugegeben und 4-Aminophenacyltrimethylammoniumchlorid-hydrochlorid wurde als ein Feststoff gewonnen. 4-Aminophen-acyltrimethylammoniumchloridhydrochlorid (10,1 g) wurden in 50 ml Ethanol suspendiert. Nach Zugabe von 4,1 g Triethylamin wurde das Gemisch 40 Minuten lang gerührt und unter Rückfluss 1 Stunde lang erhitzt. 4-Aminophenacyltrimethylammoniumchlorid wurde durch Filtration gewonnen und mit Ethanol gewaschen.
4-Aminophenacyltrimethylammoniumchlorid (2,51 g) wurde in Wasser aufgelöst. Silbernitrit (1,69 g) wurde zugegeben und das Gemisch wurde bei 70ºC 1 Stunde lang erhitzt. Nach Abfiltrieren des Niederschlages wurden 10 g Ruß mit einer Oberfläche von 230 m²/g und einem DBPA von 70 ml/100 g zugegeben. Es wurde Wasser zugegeben, um ein Volumen von etwa 100 ml zu erhalten. Konzentrierte HCl (1,1 g) wurde zugegeben und die Dispersion wurde unter Rühren 1 Stunde lang bei 70ºC erhitzt. Das Diazoniumsalz N&sub2;C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;&spplus; wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Bläschen wurden freigesetzt. Das Produkt wies gebundene C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 35

Herstellung eines Rußproduktes

Eine Lösung von 2,12 g 4-Acetaminophenacylchlorid, 0,83 g Pyridin und 6,4 g Dimethylsulfoxid wurde über Nacht gerührt. Nach Zugabe von weiteren 0,8 g Pyridin und 1 g Dimethylsulfoxid wurde die Lösung weitere 5 Stunden lang gerührt. Ether (50 ml) wurde zugegeben und Acetamidophenacylpyridiniumchlorid wurde mittels Filtration gewonnen. Das Acetamidophenacylpyridiniumchlorid wurde in Wasser aufgelöst, die Lösung filtriert und es wurden 1,7 g konzentrierte HCl zugegeben. Nach 1-stündigem Sieden wurde die Lösung abgekühlt, Aceton wurde zugegeben und 4-Aminophenacylpyridiniumchloridhydrochlorid wurde mittels Filtration gewonnen. Zwei Gramm 4-Aminophenacylpyridiniumchloridhydrochlorid wurden in 15 g Wasser aufgelöst und 4,5 g eines basischen Ionenaustauschharzes (Amberlite IRA400-OH) wurden zugegeben. Nach Rühren wurde das Harz durch Filtration entfernt und 4-Aminophenacylpyridiniumchlorid wurde als eine wässrige Lösung gewonnen.
Eine Lösung von 1,3 g 4-Aminophenacylpyridiniumchlorid in 25 g Wasser wurde unter Rückfluss mit 1 g Silbernitrit etwa 90 Minuten lang unter Rückfluss erhitzt. Der Niederschlag wurde mittels Filtration entfernt. Fünf Gramm Ruß mit einer Oberfläche von 200 m²/g und einem DBPA von 122 ml/100 g wurden zugegeben und das Gemisch wurde auf etwa 80ºC erhitzt. Konzentrierte HCl (0,52 g) wurde zugegeben und die Dispersion wurde weitere 1%2 Stunden lang gerührt. Das Diazoniumsalz N&sub2;C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;(NC&sub5;H&sub5;)&spplus;&spplus; wurde in situ gebildet, das mit dem Ruß reagierte. Das Produkt wies gebundene C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;(NC&sub5;H&sub5;)&spplus;-Gruppen auf.

Beispiel 36

Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck

Die im folgenden angegebenen Rußprodukte wurden bei einem Feststoffgehalt von 10% in Wasser gerührt. Die Proben wurden zentrifugiert, der Überstand wurde abdekantiert und mit destilliertem Wasser ersetzt, wobei man die Tinten für Tintenstrahldruck erhielt. Zeichnungen der Tinten wurden mit einer automatischen BYK-Gardner-Zeichnungsvorrichtung unter Verwendung eines 3 mil Stäbchen-Applikators auf unbeschichtetem 20 lb. Nashua Doppelzweckpapier gemacht. Nachdem die Zeichnungen etwa 1/2 Stunde lang getrocknet waren, wurden die optischen Dichten der Drucke gemessen. Die Zeichnungen wurden mit 20 ml Wasser in einem feinen Strahl gewaschen. Nach dem Trocknen wurden die optischen Dichten nochmals gemessen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen Tinten für Tintenstrahldruck optisch dichte Drucke mit guter Wasserechtheit erzeugen können.

Beispiel 37

Herstellung von Tinten für Tintenstrahldruck

Tinten für Tintenstrahldruck wurden durch Rühren von Rußprodukten in Wasser bei den im folgenden angegebenen Konzentrationen hergestellt. Zeichnungen der Tinten wurden mit einer automatischen BYK-Gardner-Zeichenvorrichtung unter Verwendung eines 3 mil Stäbchen-Applikators auf unbeschichtetem 20 lb. Nashua Doppelzweckpapier gemacht. Nachdem die Zeichnungen für die angegebene Zeit getrocknet waren, wurden die optischen Dichten der Drucke gemessen. Die Zeichnungen wurden mit einem Wasserstrahl gewaschen, bis keine Tinte mehr heraus gewaschen wurde. Nach dem Trocknen wurden die optischen Dichten erneut gemessen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen Tinten für den Tintenstrahldruck optisch dichte Drucke mit guter Wasserechtheit erzeugen können.

Beispiel 38

Herstellung eines Rußproduktes und Tinten für Tintenstrahldruck

Ein Gemisch von 4,8 g Sulfanilsäure, 40 g Ruß mit einer Oberfläche von 200 m²/g und einem DBPA von 122 ml/100 g und 400 g Wasser wurde gerührt. Eine Lösung von 1,91 g NaNO&sub2; in 20 g Wasser wurde zugegeben und das Gemisch wurde 1 Stunde lang gerührt.
Tinten für Tintenstrahldruck wurden hergestellt, indem die Dispersion des Rußproduktes mit Wasser und anderen Bestandteilen wie im folgenden gezeigt gemischt wurde, so dass die Konzentration des Rußproduktes 7% betrug. Der pH sämtlicher Proben wurde durch Zugabe von N,N-Dimethylethanolamin auf 8,5 eingestellt.
Zeichnungen der Tinten wurden mit einer automatischen BYK-Gardner-Zeichenvorrichtung unter Verwendung eines 3 mil Stäb-chen-Applikators auf unbeschichtetem 20 lb. Nashua Doppelzweckpapier hergestellt. Nachdem die Zeichnungen die angegebene Zeit getrocknet worden waren, wurden die optischen Dichten der Drucke gemessen. Die Zeichnungen wurden mit einem Wasserstrahl gewaschen, bis keine Tinte mehr heraus gewaschen wurde. Nach dem Trocknen wurden die optischen Dichten erneut gemessen.
Joncryl 58 ist ein eingetragenes Warenzeichen für eine styrolisierte Acrylharzlösung von Johnson Polymer, Racine, WI.

Claims

1. Wässerige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, umfassend ein wässeriges Vehikel und ein modifiziertes Kohlenstoffprodukt, das einen Kohlenstoff umfaßt, an den mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, wobei die organische Gruppe umfaßt: a) mindestens eine aromatische Gruppe, und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe, oder ein Gemisch einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe, wobei die mindestens eine aromatische Gruppe der organischen Gruppe direkt an den Kohlenstoff gebunden ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das modifizierte Kohlenstoffprodukt in einer Menge von weniger als oder gleich 20 Gew.-% der Tintenstrahltinte vorliegt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das wässerige Vehikel Wasser ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das wässerige Vehikel Wasser und ein mit Wasser mischbares Solvens ist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die darüber hinaus ein Feuchthaltemittel umfaßt.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das Feuchthaltemittel mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol, Diethylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, Dipropylenglycolen, Polyethylenglycolen, Polypropylenglycolen, Amiden, Ethern, Carbonsäuren, Estern, Alkoholen, Organosulfiden, Organosulfoxiden, Sulfonen, Alkoholderivaten, Carbitol, Butylcarbitol, Cellosolve, Etherderivaten, Aminoalkoholen und Ketonen ist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die darüber hinaus ein Bindemittel umfaßt.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die darüber hinaus einen Farbstoff umfaßt.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 1, die darüber hinaus mindestens zwei Additive umfaßt, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Feuchthaltemitteln, Bindemitteln, Farbstoffen, Biociden, Durchdringungsmitteln, und Surfactants.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die ionische oder die ionisierbare Gruppe eine Carbonsäure oder ein Salz davon ist.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die ionische oder die ionisierbare Gruppe eine Sulfonsäure oder ein Salz davon ist.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die organische Gruppe eine Sulfophenyl- Gruppe oder ein Salz davon ist.

13. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die organische Gruppe p-Sulfophenyl oder ein Salz davon ist.

14. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die organische Gruppe p-C&sub6;H&sub4;SO&sub3;Na ist.

15. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die organische Gruppe eine Carboxyphenyl-Gruppe oder ein Salz davon ist.

16. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die ionische oder die ionisierbare Gruppe ein quaternäres Ammoniumsalz ist.

17. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die ionische oder die ionisierbare Gruppe ein Sulfonamid oder ein Salz davon ist.

18. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 12 bis 15, wobei die ionische oder die ionisierbare Gruppe die Formel -SO&sub2;NHCOR aufweist oder ein Salz davon ist, wobei R eine C&sub1;-C&sub2;&sub0;-Alkyl- oder eine Phenyl-Gruppe ist.

19. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-11, wobei die organische Gruppe die Formel p-C&sub6;H&sub4;SO&sub2;NH&sub2; aufweist.

20. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlenstoff Ruß, Graphit, glasartiger Kohlenstoff, feinzerteilter Kohlenstoff, aktivierte Holzkohle, Aktivkohle oder Gemische davon ist.

21. Zusammensetzung nach Anspruch 20, wobei der Kohlenstoff Ruß ist.

22. Wässerige Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, umfassend ein wässeriges Vehikel und ein modifiziertes Kohlenstoffprodukt, das Kohlenstoff umfaßt, an den mindestens eine nicht-polymere organische Gruppe gebunden ist, wobei die organische Gruppe umfaßt:

a) mindestens eine C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkyl-Gruppe, und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe, oder ein Gemisch aus einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe, wobei die mindestens eine Alkyl-Gruppe der organischen Gruppe direkt an den Kohlenstoff gebunden ist.

23. Zusammensetzung nach Anspruch 22, wobei die ionische oder die ionisierbare Gruppe eine Ethansulfonsäure oder ein Salz davon ist.

24. Zusammensetzung nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, darüber hinaus umfassend mindestens zwei Additive, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Feuchthaltemitteln, Bindemitteln, Farbstoffen, Biociden, Durchdringungsmitteln und Surfactants.

25. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 22-24, wobei der Kohlenstoff Ruß, Graphit, feinzerteilter Kohlenstoff, glasartiger Kohlenstoff, Aktivkohle, aktivierte Holzkohle, oder Gemische davon ist.

26. Zusammensetzung nach Anspruch 25, wobei der Kohlenstoff Ruß ist.

27. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, umfassend die Schritte: Auftragen von Tintentröpfchen, die aus den Öffnungen eines Tintenstrahlschreibkopfes abgegeben werden, auf ein Aufzeichnungsmedium, wobei die Tinte ein wässeriges Vehikel und ein modifiziertes Kohlenstoffprodukt umfaßt, welches Kohlenstoff umfaßt, an den mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, wobei die organische Gruppe umfaßt: a) mindestens eine aromatische Gruppe und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe oder ein Gemisch einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe, wobei die mindestens eine aromatische Gruppe der organischen Gruppe direkt an den Kohlenstoff gebunden ist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Tinte darüber hinaus mindestens zwei Additive umfaßt, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Feuchthaltemitteln, Bindemitteln, Farbstoffen, Biociden, Durchdringungsmitteln und Surfactants.

29. Zusammensetzung nach Anspruch 27 oder 28, wobei der Kohlenstoff Ruß, Graphit, feinzerteilter Kohlenstoff, glasartiger Kohlenstoff, Aktivkohle, aktivierte Holzkohle oder Gemische davon ist.

30. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, umfassend die Schritte: Auftragen von Tintentröpfchen, die aus Öffnungen eines Tintenstrahlschreibkopfes abgegeben werden, auf ein Aufzeichnungsmedium, wobei die Tinte ein wässeriges Vehikel und ein modifiziertes Kohlenstoffprodukt umfaßt, welches Kohlenstoff umfaßt, an den mindestens eine nicht-polymere organische Gruppe gebunden ist, wobei die organische Gruppe umfaßt: a) mindestens eine C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkyl-Gruppe, und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe oder ein Gemisch einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe, wobei die mindestens eine Alkyl-Gruppe der organischen Gruppe direkt an den Kohlenstoff gebunden ist.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Tinte darüber hinaus mindestens zwei Additive umfaßt, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Feuchthaltemitteln, Bindemitteln, Farbstoffen, Biociden, Durchdringungsmitteln und Surfactants.

32. Zusammensetzung nach Anspruch 30 oder 31, wobei der Kohlenstoff Ruß, Graphit, feinzerteilter Kohlenstoff, glasartiger Kohlenstoff, Aktivkohle, aktivierte Holzkohle oder Gemische davon ist.

33. Verfahren zur Erhöhung der optischen Dichte einer wässerigen Tinte für Tintenstrahldruck, umfassend die Schritte: Einbringen eines modifizierten Kohlenstoffproduktes, das Kohlenstoff umfaßt, an den mindestens eine organische Gruppe gebunden ist, in die wässerige Tinte für Tintenstrahldruck, wobei die organische Gruppe umfaßt: a) mindestens eine aromatische Gruppe und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe oder ein Gemisch einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe, wobei die mindestens eine aromatische Gruppe der organischen Gruppe an den Kohlenstoff direkt gebunden ist.

34. Verfahren zur Erhöhung der optischen Dichte einer wässerigen Tinte für Tintenstrahldruck, umfassend die Schritte: Einbringen eines modifizierten Kohlenstoffproduktes, das Kohlenstoff umfaßt, an den mindestens eine nicht-polymere organische Gruppe gebunden ist, in die wässerige Tinte für Tintenstrahldruck, wobei die organische Gruppe umfaßt: a) mindestens eine C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkyl- Gruppe und b) mindestens eine ionische Gruppe, mindestens eine ionisierbare Gruppe oder ein Gemisch einer ionischen Gruppe und einer ionisierbaren Gruppe, wobei die mindestens eine Alkyl-Gruppe der organischen Gruppe an den Kohlenstoff direkt gebunden ist.

35. Zusammensetzung nach Anspruch 16, wobei die organische Gruppe 3-C&sub5;H&sub4;N(C&sub2;H&sub5;)&spplus;, C&sub6;H&sub4;NC&sub5;H&sub5;&spplus;, C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus;, C&sub6;H&sub4;COCH&sub2;(NC&sub5;H&sub5;)&spplus;, C&sub6;H&sub4;CH&sub2;N(CH&sub3;)&sub3;&spplus; oder 3- C&sub5;H&sub4;N(CH&sub3;)&spplus; ist.

36. Zusammensetzung für Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1-26, wobei das modifizierte Kohlenstoffprodukt eine Größe von weniger als oder gleich einem Mikron aufweist.