DE69631323T2

DE69631323T2 - Wasserfeste, hochglänzende, durch Heizung gelbildende, wässrige Phasenaustausch-Tinte und Verfahren zu ihrer Verwendung

Info

Publication number: DE69631323T2
Application number: DE69631323T
Authority: DE
Inventors: Loc B. Valencia Bui; Clifford R. Salem King; Donald R. Tualatin Titterington; Bhalchandra M. Lake Oswego Karandikar
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: EP0771861A3; DE69631323D1; EP0771861B1; JPH09137112A; JP3016131B2; US5554212A; EP0771861A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf verbesserte Phasenaustauschtinten und insbesondere auf Verfahren zum Drucken solcher Tinten unter Verwendung von Hyperthermogelierkomponenten, welche das Auslaufen verringern und Wasserfestigkeit und einen hohen Glanz ergeben.
Im Allgemeinen befinden sich herkömmliche Phasenaustauschtinten bei Umgebungstemperatur in der festen Phase, liegen aber bei einer erhöhten Betriebstemperatur einer Tintenstrahldruckvorrichtung in der flüssigen Phase vor. Bei der Strahlbetriebstemperatur werden Tröpfchen von flüssiger Tinte aus der Druckvorrichtung ausgestoßen, und wenn die Tintentröpfchen mit der Oberfläche des Druckmediums in Berührung kommen, verfestigen sie sich rasch unter Bildung eines vorbestimmten Musters von verfestigten Tintenpunkten.
In der letzten Zeit sind Impulstinten oder Blasenstrahltinten in der US-Patentschrift Nr. 5,021,802 beschrieben worden. Diese Tinten umfassen ein wässriges Sol-Gel-Medium und Färbemittel.
Die Tinten sind thermisch reversible Sol-Gele und weisen ein herkömmliches Phasenaustauschtintenverhalten derart auf, dass sie Gele (Feststoffe) bei Umgebungstemperaturen und Sole (Flüssigkeiten) bei erhöhten Temperaturen zwischen etwa 40°C und 100°C sind.
Ein inhärentes Problem, das mit wässrigen Tinten verbunden ist, die in Tropfen-auf-Anforderung-Farbdruckern verwendet werden, ist das "Auslaufen" von Tintentropfen nach dem Aufbringen auf einen Träger, wie Papier. Das Auslaufen ist die unerwünschte ungleichmäßige Verteilung oder Saugwirkung von Tintentropfen entlang den Papierfasern, nachdem die Tinten auf das Druckmedium aufgebracht sind. Das Auslaufen kann ein Ineinanderlaufen von Farben, schlechte Auflösung und Bildverschlechterung hervorrufen, was die Druckqualität nachteilig beeinflusst. Versuche zur Lösung dieses Problems umfassen die Verwendung von Co-Lösungsmitteln zum Verringern der Trock nungszeit, die Verwendung von Tinten auf Latexbasis, die Zugabe von zwitterionischen, oberflächenaktiven Mitteln, die Verwendung von pigmentierten Tinten und die Verwendung von festen Tinten. Obwohl feste Tinten nicht zum Auslaufen neigen, wenn sie gedruckt werden, erhöht ihre Verwirklichung die Kosten und die Komplexität der Ausrüstung beträchtlich, die zum Drucken solcher Tinten benötigt wird.
Tinten auf Wasserbasis leiden jedoch unter einigen inhärenten Mängeln. Ein besonders unangenehmes Problem ist das Einsaugen der Tinte in Papierträger. Dies führt zu einem schlechten Aussehen und schlechter Tintentropfenbegrenzung, was sich als "Ausblühen" oder "Durchscheinen" auf der Rückseite des Papiers zeigt. Darüber hinaus neigt die Tinte zum Verlaufen oder Verschmieren, wenn sie Wasser ausgesetzt ist. Das Fehlen von Glanz in der Tinte, typischerweise ersichtlich in einem matten Typ des Oberflächenzustands, wird auch als Mangel bei der Verwendung von wässrigen Tinten angesehen, wo leuchtende, glänzende Bilder nur durch die Verwendung von speziell beschichteten Papieren erhalten werden. Die Wasserfestigkeit der Tinten ist ein anderes andauerndes Problem gewesen.
Diese Probleme sind durch die vorliegende Erfindung gelöst, worin eine wässrige Tinte einen sulfonierten Polyester und seine Copolymere verwendet, um eine hoch glänzende, rasch trocknende, wasserfeste Tinte von ausgezeichnetem Aussehen zu erhalten.
Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine mit dem Drucken von wässrigen Tinten verbundene Bildverschlechterung zu verringern und eine hoch glänzende, wasserfeste Tinte auf Wasserbasis herzustellen.
Es ist ein anderer Aspekt dieser Erfindung, Mittel zum Verringern der Kosten und der Komplexität des Druckeraufbaus bereitzustellen, die mit dem Drucken herkömmlicher Phasenaustauschtinten verbunden sind.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Tinte einen wasserfesten, hoch glänzenden Oberflächenzustand nach dem Trocknen ergibt.
Es ist ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Tinte einen sulfonierten Polyester oder sein Copolymer als Glanzmittel enthält.
Es ist ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass das Glanzmittel als Bindemittel wirkt, was Wasserfestigkeit für Farbstoffe ergibt, die normalerweise in einer wässrigen Tinte nicht wasserfest sind.
Es ist ein noch anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass das Glanzmittel in Lösung verbleibt und nicht aus der Lösung ausfällt.
Es ist ein noch anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ein Feuchthaltemittel zu der Formulierung zugesetzt werden kann, um zu erlauben, dass ein reversibles Freimachen von verstopften Tintenstrahlen erreicht wird.
Es ist noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass eine rasche Viskositätsänderung der ausgestoßenen Tinte auf der Oberfläche des bedruckten Trägers eintritt, wenn Wasser abgesaugt wird, und ein Gelieren eintritt, so dass das Färbemittel auf der Oberfläche des Trägers zurückbleibt.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tinte schnell trocknend ist.
Es ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tintenformulierung einen Farbstoff oder ein Pigment als Färbemittel verwenden kann und noch ausstoßbar, dauerhaft und wasserfest ist und einen hohen Glanz besitzt.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tintenformulierung eine volle Farbentwicklung aufgrund der raschen Viskositätsänderung in der ausgestoßenen Tinte erreicht.
Es ist ein noch anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tintenformulierung ein inhärent flüssiges, polymeres Färbemittel verwendet, das nicht auf der Oberfläche des gedruckten Bildes "ausblüht" oder wandert und auf der Rückseite des bedruckten Trägers "durchscheint".
Es ist ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tintenformulierung ein wasserfestes, projizierbares Bild mit leuchtenden Farben zur Verwendung auf einem Diapositiv ergibt, und dass das Bild nicht blockiert oder sich ablegt.
Es ist ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tintenformulierung stabil ist und die Komponenten in der Formulierung verbleiben und nicht ausfallen, was eine signifikante Chemie vom Säure-Base-Typ erlaubt.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Tintenformulierung ein Glanzmittel verwendet, das ein in Wasser dispergierbares Polymer ist, welches pH-unabhängig ist und nicht unter den gewöhnlichen Nachteilen der Basenneutralisierung von herkömmlichen Acrylsystemen leidet, wo eine Verschiebung der Viskosität mit der pH-Änderung und eine irreversible Ausfällung aufgrund von Verdampfung von Wasser eintreten können.
Die vorliegende Erfindung verwendet wässrige Phasenaustauschtinten, die in Wasser lösliche Verbindungen enthalten, welche Thermoinversionseigenschaften aufweisen, wobei Verbindungen gemeint sind, deren Wasserlöslichkeit abnimmt, wenn die Temperatur der Lösung ansteigt. Wenn Tintenlösungen dieser ausgewählten Verbindungen auf ihre Thermoinversionspunkte erwärmt werden, weisen sie Hyperthermogeliereigenschaften auf, wo diese ausgewählten Verbindungen einen Phasenübergang unter Bildung diskreter, stabiler Gele eingehen. In der vorliegenden Erfindung erfolgt dies in Form von Tintenpunktgelen.
Bei niedrigen Konzentrationen weisen wässrige Lösungen dieser Hyperthermogelierverbindungen moderate Viskositäten auf. Bei einer kritischen Konzentration einer speziellen Hyperthermogelierverbindung verursacht jedoch ein kleiner Anstieg der Konzentration der Verbindung oder der Temperatur der Lösung einen raschen Anstieg der Viskosität, was schließlich zu einem vollständigen Gelieren der Lösung führt. Von diesen Wirkungen der Temperatur und der Konzentration wird Gebrauch gemacht, um neue Phasenaustauschtinten bei Umgebungsbedingungen herzustellen, die sofort beim Kontakt mit einem relativ erwärmten oder absorptiven Träger gelieren. Hyperthermogelierverbindungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Homopolymere, Copolymere, nicht-polymere, oberflächenaktive Mittel und ihre Derivate. Verbindungen, welche dieses Hyper thermogelierphänomen bei oder über Umgebungstemperatur aufweisen, sind bevorzugt. Eine Tintenzusammensetzung einer solchen Verbindung kann bei Umgebungstemperatur ausgestoßen werden und geliert sofort auf einem nicht erwärmten Träger unter Bildung von nicht ausgelaufenen Tintenpunkten. Die Hyperthermogelierverbindung ist bequemerweise eine solche, welche ein stabiles Gel an ihrem Thermoinversionspunkt bildet. Die Hyperthermogelierverbindung wird bequemerweise eine solche sein, deren Molekül einen hydrophoben Teil und einen hydrophilen Teil umfasst.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden erhalten in einer wasserfesten, wässrigen Tinte mit hohem Glanz, die zum Ausstoßen in einem Tintenstrahldrucker unter Verwendung eines pH-unabhängigen, in Wasser dispergierbaren Polymeradditivs als ein Glanzmittel in der Tintenformulierung geeignet ist.
Diese Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich unter Berücksichtigung der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, worin:
1 eine grafische Wiedergabe der Geliertemperatur als Funktion der Konzentration einer bevorzugten Hyperthermogelierkomponente ist;
2 eine grafische Wiedergabe der Viskosität als Funktion der Konzentration von zwei Hyperthermogelierkomponenten ist, die Blockcopolymere von Ethylenoxid und Propylenoxid sind; und
3 eine grafische Wiedergabe der Viskosität als Funktion der Konzentration von Methylcellulose, einer anderen Hyperthermogelierkomponente, ist.
Eine hyperthermogelierende, wässrige Phasenaustauschtinte der vorliegenden Erfindung umfasst ein nicht-ionisches, oberflächenaktives Mittel. Nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel, wie TETRONIC^® 1307, weisen gute Thermoinversionsgeliereigenschaften auf. 1 zeigt eine grafische Wiedergabe der Geliertemperatur, d. h. des Thermoinversionspunkts, von verschiedenen Konzentrationen des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307. So geliert z. B. das oberflächenaktive Mittel TETRONIC^® 1307 mit einem Molekulargewicht von 17000 bei etwa 30°C bei seiner kritischen Konzentration (etwa 13 Gew.-%).
Das oberflächenaktive Mittel TETRONIC^® 1307 ist ein Polyoxamin mit einem Alkyldiaminzentrum (Ethylendiamin, worin w = 2 ist), einem hydrophoben Kern von y Propylenoxideinheiten und hydrophilen Enden von x Ethylenoxideinheiten, wie nachstehend gezeigt:
TETRONIC® 1307 ist ein oberflächenaktives Mittel von Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymer, im Handel erhältlich von BASF Corporation, Parsippany, New Jersey. Wenn die Lösung erwärmt wird, ballt in der vorliegenden Erfindung sich der hydrophobe Teil unter Bildung eines Skelettnetzwerks einer kontinuierlichen Matrix zusammen, die in einer flüssigen Phase, Wasser, gequollen ist. Der hydrophile Teil wechselwirkt mit Wasser durch Wasserstoffbindung unter Bildung eines Gels. Es wird angenommen, dass Blockcopolymere durch Wasserstoffbindung in wässrigen Systemen durch die Ethersauerstoffatome mit Wasserprotonen gebildet werden.
Die hyperthermogelierende, wässrige Phasenaustauschtinte umfasst ein Glanzmittel, welches ein in Wasser löslicher oder in Wasser dispergierbarer Polyester oder ein Homopolymer oder Copolymer ist, welcher bzw. welches einen hohen Glanz ergibt. Der Polyester ist vorzugsweise ein sulfonierter Polyester, wie einer der Sulfopolyester, hergestellt durch eine Polykondensationsreaktion von ausgewählten Dicarbonsäuren (A's) und Glycolen (G's) unter Bildung der nachstehend gezeigten linearen Struktur und vertrieben unter der Handelsbezeichnung "Eastek^®"-Polymere 1100, 1200, 1300 und 2100 von Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee. Der Polyester kann durch carboxylierte, hydroxylierte oder phosphonierte Gruppen, welche die sulfonierten Gruppen ersetzen, in Wasser dispergierbar gemacht oder in Kombination mit diesen sulfonierten Gruppen verwendet werden. Copolymere des Polyesters können den Polyester durch Verwendung hydrophiler Gruppen in Wasser löslich machen. Hydroxylierte Polyester können auch mit verschiedenen funktionellen Harzen vernetzt sein, einschließlich aber nicht beschränkt auf von Melamin abgeleiteten Materialien oder Harzen auf Phenolbasis unter Bildung von lösungsmittelbeständiger Tinte, die in industriellen Markierungsanwendungen verwendbar ist. Der sulfonierte Polyester wird durch die folgende Formel wiedergegeben:
Das Polyesteradditiv, welches als Glanzmittel dient, ist pH-unabhängig und leidet nicht unter den Nachteilen der Basenneutralisierung von herkömmlichen Acrylsystemen. Die bevorzugten sulfonierten Polyester sind in Umgebungstintenformulierungen mit entweder polymeren oder herkömmlichen, sauren Farbstoffen verträglich. Es ist möglich, niedrige Konzentrationen von kationischen Polymeren in einer wässrigen Tintenstrahltinte zu verwenden, so dass der polymere Farbstoff ionisch an das Polymer durch ionische Bindungen gekuppelt ist.
Das Glanzmittel verleiht wässrigen Tinten, die normalerweise keinen Glanz besitzen, sondern eher gewöhnlich nur einen matten Oberflächenzustand aufweisen, das Glanzmerkmal. Das Glanzmittel wirkt auch als Bindemittel, um Farbstoffen Wasserfestigkeit zu geben, die normalerweise dieses Kennzeichen in Tinten auf Wasserbasis nicht aufweisen. Die pH-Unabhängigkeit der Tintenformulierung unter Verwendung des vorliegenden Glanzmittels überwindet den Mangel von herkömmlichen Systemen auf Acrylbasis, welche zur irreversiblen Ausfällung und Viskositätsverschiebung, wenn sich der pH ändert, aufgrund der Verdampfung des flüchtigen Salzes neigen. Die Ausfällung und die Viskositätsänderungen in der Tintenformulierung werden unter Verwendung des Glanzmittels der vorliegenden Erfindung vermieden.
In drei Proben wurden Dispersionen unter Verwendung von drei verschiedenen Eastek^®-Polymeren verwendet, um die Verdünnbarkeit der sulfonierten Polyester in Harzen auf Tintenbasis zu bestimmen. Die Dispersionen wurden auf etwa 1 Gew.-%, etwa 5 Gew.-% und etwa 10 Gew.-% verdünnt, und die Viskosität wurde in Centipoise (cP) für jede Probe mit einem Brookfield-Viskosimeter mit den nachstehend gezeigten Ergebnissen gemessen:
Tabelle I: VERDÜNNBARKEIT
Die Dispersionen wurden etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einem magnetischen Rührstab vermischt. Diese Dispersionen zeigten gute Stabilität ohne Anzeichen von Sedimentation.
Die Tintenformulierung, welche den Glanzmittelzusatz verwendet, erreicht die volle Farbentwicklung in einem Tintenstrahldrucker aufgrund der raschen Änderung der Viskosität der ausgestoßenen Tinte auf der Oberfläche des bedruckten Trägers, da Wasser abgesaugt wird und Gelierung eintritt, so dass das Färbemittel auf der Oberfläche des Trägers zurückbleibt. Dies führt zu leuchtenden, glänzenden Bildern auf Normalpapier ohne die Notwendigkeit für speziell beschichtete Papiere, die normalerweise erforderlich sind, um diesen Grad der Farbleuchtkraft zu erreichen. Die Formulierung kann gleichermaßen gut zum Drucken auf verschiedene Träger, einschließlich Normalpapier, Glanzpapier, Kopierpapier oder transparente Materialien, verwendet werden.
Die Viskosität und die Oberflächenspannung von wässrigen Lösungen des vorstehend genannten oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307, das in den Tintenformulierungen in verschiedenen Konzentrationen verwendet wird, sind in der Tabelle II gezeigt und grafisch in der 2 wiedergegeben.
Tabelle II: Viskosität und Oberflächenspannung von Tetronic 1307/H₂O-Lösungen bei 15 bis 16°C
Die Lösungen A bis G wurden mit abgewogenen Mengen von destilliertem Wasser und des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307 hergestellt und über Nacht bei 15 bis 16°C gerührt, um klare Lösungen zu erhalten. Die Messungen der Oberflächenspannung wurden auf einem dynamischen Kontaktwinkelinstrument nach Cahn durchgeführt. Die Viskositätsmessungen (Centipoise (cP)) wurden mit einem Brookfield Thermosel-Viskosimeter mit einer Spindelgeschwindigkeit von etwa 60 Upm erhalten.
Mit Bezug auf die vorstehend wiedergegebene Strukturformel des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^®, wird der Fachmann feststellen, dass zahlreiche Homologe des oberflächenaktiven Mittels verwendet werden können. Bevorzugte Homologe enthalten etwa 10% bis etwa 80% Poly(oxyethylen) und etwa 20% bis etwa 60% Poly(oxypropylen), worin w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist, und x und y ganze Zahlen sind, welche die Gewichtsprozentbereiche und die Molekulargewichtsbereiche erfüllen und ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis etwa 50000 haben. Der Fachmann wird feststellen, dass Homologe der folgenden Strukturformel ebenfalls bevorzugte Gegenstände bezüglich der gleichen Gewichtsprozentbereiche und Molekulargewichtsbereiche sind:
Die Herstellung einer hyperthermogelierenden, wässrigen Phasenaustauschtinte, hergestellt mit dem oberflächenaktiven Mittel TETRONIC^® 1307 mit einem Molekulargewicht von etwa 17000, wird nachstehend im Beispiel I beschrieben.
Beispiel I
Eine Prüftintenlösung wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Es wurde eine etwa 9 gew.-%ige Lösung des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307 in destilliertem Wasser bei etwa 15 bis 16°C hergestellt, etwa 12 Stunden vermischt, um eine vollständige Auflösung zu erreichen und durch ein Filter von 0,2 Mikron filtriert. Zwei Feuchthaltemittel, PEG 200, Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 200, mit etwa 3 Gew.-%, und Monoethanolacetamid, im Handel erhältlich von Croda Inc., New York, New York, mit etwa 5 Gew.-% wurden zu der Lösung zugesetzt. Eine Lösung von Acid Blue 9 (ein gewöhnlicher Farbstoff) von etwa 100 mg auf etwa 1 ml wurde zu der Lösung des oberflächenaktiven Mittels zugesetzt und gleichmäßig vermischt, um eine cyanfarbene Tintenzusammensetzung mit etwa 9% (Gewicht/Volumen) des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307 zu ergeben.
Die cyanfarbene Tinte wurde aus einem PZT-getriebenen Einzelstrahl bei etwa 20°C ausgestoßen. Der Strahl druckte einige punktierte Linien auf ein Normalpapier.
Punktmuster aus der experimentellen Tintenzusammensetzung und die Punktmuster aus einem Hewlett Packard (HP) 12000 Tintenstrahldrucker für cyanfarbene und schwarze Tinten wurden verglichen. Die cyanfarbene Tinte wurde unter Verwendung eines Farbstoffs hergestellt, während die schwarze Tinte unter Verwendung eines schwarzen Pigments hergestellt wurde, die einen höheren Feststoffgehalt und daher schärfer begrenzte Punktkanten hat. Die Tintenpunkte hatten alle eine Tropfenmasse von etwa 90 Nanogramm und eine Geschwindigkeit beim Ausstoßen von zwischen etwa 3 bis 4 Meter pro Sekunde. Das schwarze Pigment ist jedoch schwieriger in Tintenstrahlanwendungen zu verwenden aufgrund von Verteilungsproblemen in wässriger Lösung und von Düsenverstopfung. Die Getrenntheit von Punkten der experimentellen Tinte war besser als diejenige der HP1200C cyanfarbenen oder schwarzen Tintenpunkte. Die Punktkanten der Prüftintenzusammensetzung oder experimentellen Tintenzusammensetzung waren schärfer als der HP cyanfarbene Farbstoff, und das Auslaufen war signifikant geringer als dasjenige der beiden HP cyanfarbenen und schwarzen Tinten.
Beispiel II
Mit Bezug auf die Tabelle III wurden Prüftintenlösungen A bis F von Methylcellulose, einem anderen Hyperthermogeliermittel, im Handel erhältlich von The Dow Chemical Company unter der Marke METHOCEL Celluloseether (MEC A-15) in einer ähnlichen Weise zu der für das Beispiel I beschriebenen Weise hergestellt. Die Strukturformel für Methylcellulose ist nachstehend gezeigt:
Bevorzugte MEC-Homologe haben ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis etwa 100000, wo n die Gesamtzahl von Ringen bedeutet und jede ganze Zahl ist, welche den Molekulargewichtsbereich erfüllt.
Acid Blue 9 und Acid Red 52 in der Tabelle II geben gewöhnliche Farbstoffe wieder, und PEG-200 gibt Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 200 wieder, welches als Feuchthaltemittel und Viskositätsmodifizierer wirkt. Die Viskositäten dieser wässrigen Lösungen sind in der Tabelle III gezeigt und grafisch in der 3 wiedergegeben. Genaue Messungen der Oberflächenspannung wurden für jede dieser Lösungen nicht durchgeführt. Die Oberflächenspannung für jede Lösung wurde als zwischen etwa 48 und etwa 55 Dyn/cm geschätzt auf der Grundlage der Analyse einer Grundlösung ohne Zugabe von Färbemitteln.
Die Tintenlösungen wurden aus einem Druckkopf mit 64 Düsen bei etwa 4 kHz eines Tektronix ColorQuick^® wässrigen Tintenstrahldruckers bei Umgebungstemperatur ausgestoßen und erzeugten gewöhnlich getrennte Tintenpunkte.
TABELLE III
Beispiel III
Mit Bezug auf die Tabelle IV wurden Prüftintenlösungen A bis E von oberflächenaktivem Mittel TETRONIC^® 1307, PEG-200 und Acid Blue 9 hergestellt und, wie vorstehend beschrieben, ausgestoßen. Genaue Messungen der Oberflächenspannung wurden für jede dieser Lösungen nicht durchgeführt. Die Oberflächenspannung für jede Lösung wurde als zwischen etwa 38 und etwa 39 Dyn/cm geschätzt auf der Grundlage der Analyse einer Grundlösung ohne Zugabe von Färbemitteln.
Die Tintenlösungen bildeten getrennte Tintenpunkte.
TABELLE IV
Beispiel IV
Mit Bezug auf die Tabelle V wurden Prüftintenlösungen A bis C unter Verwendung von oberflächenaktivem Mittel PLURONIC^® F 127, PEG-200 und Acid Blue 9 hergestellt und, wie vorstehend beschrieben, ausgestoßen. Das oberflächenaktive Mittel PLURONIC^® F ist ein Ethylenoxid-Propylenoxid-Blockcopolymer, erhältlich von BASF Corporation, Parsippany, New Jersey, welches Hyperthermogeliereigenschaften ähnlich denjenigen des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® hat. Die Strukturformeln von Poly(ethylenoxid-co-propylenoxid) und Poly(propylenoxid-co-ethylenoxid) für das oberflächenaktive Mittel PLURONIC^® sind nachstehend gezeigt:
Bevorzugte Homologe des oberflächenaktiven Mittels PLURONIC^® haben ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis etwa 50000 und enthalten etwa 10% bis etwa 80% Poly(oxyethylen) und etwa 20% bis etwa 60% Poly(oxypropylen), wo x und y ganze Zahlen sind, welche den vorstehenden Gewichtsprozentbereich und den Molekulargewichtsbereich erfüllen. Genaue Messungen der Oberflächenspannung wurden für jede dieser Lösungen nicht durchgeführt. Die Oberflächenspannung für jede Lösung wurde als zwischen 38 und etwa 39 Dyn/cm geschätzt auf der Grundlage der Analyse einer Grundlösung ohne die Zugabe von Färbemitteln. Die Tintenlösungen bildeten getrennte Punkte.
TABELLE V
Beispiel V
Mit Bezug auf die Tabelle VI wurden Prüftintenlösungen A bis G von oberflächenaktivem Mittel TETRONIC^® 1307, PEG-200, SAG-47 und verschiedenen Färbemitteln in einer ähnlichen Weise zu der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt. SAG-47 ist ein Entschäumungsmittel, erhältlich von OSI Specialties, Inc., und Acid Yellow 23 ist ein gewöhnliches Färbemittel. Food Black 2 ist ein gewöhnliches Färbemittel für schwarze Tinten. Die Tintenlösungen wurden auf einem Prototyptintenkopf mit voller Anordnung mit 352 Düsen bei 11 kHz ausgestoßen. Die Lösungen bildeten getrennte Tintenpunkte.
TABELLE VI

Einige zusätzliche Verbindungen, welche Thermoinversionsverhalten ähnlich zu dem oberflächenaktiven Mittel TETRONIC^® 1307 aufweisen, sind in der Tabelle VII aufgeführt. Tabelle VII

Polymere	Thermoinversionsgunkt (Tp+)
Poly(ethylenoxid) PEO	95°C
Poly(ethylenoxid-co-propylenoxid) PEO-PO (66%)	50
Poly(vinylmethylether) PVME	30
Poly(N-isopropylacrylamid) PIPAAm	30
Poly(methacrylsäure) PMAA	55
Poly(vinylpyrrolidon) PVP	140
Poly(vinylalkohol) PVAL	120
Poly(vinylacetat-co-vinylalkohol)
PVAC-co-VAL (10%)	85
PVAC-co-VAL (20%)	50
PVAC-co-VAL (30%)	15
PVAC-co-VAL (50%)	20
PVAC-co-VAL (70%)	–20
Poly(vinylmethyloxazolidon) PVMO	38
Poly(vinylacetat-co-vinylpyrrolidon)	0

Beispiel VI
Durch Vermischen wurde eine Tintenformulierung hergestellt, bestehend aus etwa 25,32 g von etwa 20% des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307, äquivalent zu etwa 5 Gew.-% der Gesamtformulierung, etwa 3,08 g des Feuchthaltemittels Acetamidmonoethanolamin, im Handel erhältlich von Croda Inc., New York, New York, als AMEA-100, das etwa 3 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 2,06 g des Feuchthaltemittels Polyethylenglycol, erhältlich als PEG-200, im Handel erhältlich von Aldrich Chemical, Milwaukee, Wisconsin, das etwa 2 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 3,03 g Methyldiethanolamin, ebenfalls im Handel erhältlich von Aldrich Chemical, das etwa 5 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 1 Tropfen Proxel GXL, welches ein industrielles Mikrobiostat ist, im Handel erhältlich von ICI Biocides, Wilmington, Delaware, etwa 10,62 g von etwa 30% Eastek Polymer 1300 Glanzmittel, im Handel erhältlich von Eastman Chemical Company, Kingsport, Tennessee, das etwa 3 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 5,07 g eines polymeren, gelben Farbstoffs, im Handel erhältlich von Milliken and Company, Spartanburg, South Carolina, als MY-1869, das etwa 5 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, und etwa 52,27 g entionisiertem Wasser in der Formulierung von etwa 79 Gew.-%. Die Mischung wurde etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt. Die Viskosität der Dispersion wurde auf einem Brookfield-Viskosimeter als etwa 9,24 Centipoise (cP) gemessen. Die Obertlächenspannung betrug etwa 38,27 Dyn/cm, gemessen auf einem dynamischen Kontaktwinkelanalysator, erhältlich von Cahn Instruments, Inc., Cerritos, Kalifornien, als Modell DCA-312. Der pH der Formulierung betrug etwa 10,12.
Die Tintenformulierung wurde durch einen Epson Stylus Farbdrucker ausgestoßen, um ein festes Füllungsbild zu erzeugen. Das gedruckte, feste Füllungsbild besaß einen hohen Grad der optischen Dichte und wurde einigen Wasserbeständigkeitsprüfungen unterworfen. In einer Prüfung wurde die Probe mit nassen Fingern ohne ein bemerkenswertes Verschmieren des festen Füllungsbildes gerieben. In einer zweiten Prüfung wurde die Probe unter laufendes Wasser eines Wasserhahns ohne bemerkenswerten Farbverlust und mit einer anscheinenden Wasserbeständigkeit von 100% gehalten. In einer dritten Prüfung wurde die Probe mit dem festen Füllungsbild auf ein drehbares Rad geklebt, und das Rad wurde gedreht, um die Probe durch einen Wasserbehälter mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Umdrehung pro 10 Sekunden zu führen. Der ΔE-Wert, welcher die Farbabweichung des festen Originalfüllungsbildes wiedergibt, wobei die Farbe vor und nach der Prüfung verglichen wird, wurde nach 1 und 10 Umdrehungen gemessen. Die ΔE-Prüfergebnisse der gelben Tinte sind wie in der nachstehenden Tabelle VIII gezeigt, worin die Farbabweichung ΔE mit einem ACS-Spektrofotometer gemessen wurde, was die Änderung der Helligkeit, der Dunkelheit und des Tons der Farbe wiedergibt.
Vergleichsergebnisse wurden auch mit einer im Handel erhältlichen gelben Tinte von Hewlett Packard (HP) erhalten, die aus einem HP 12000 Farbdrucker ausgestoßen wurde. Wie durch die Werte in der Tabelle VIII nachstehend wiedergegeben, ist die Farbabweichung für die Tintenformulierung des Beispiels VI bemerkenswert besser als für die im Handel erhältliche gelbe HP-Tinte, angezeigt durch eine weit geringere Farbänderung nach dem Behandeln mit Wasser auf dem Wasserrad sowohl nach 1 als auch nach 10 Umdrehungen im Vergleich zu der gelben HP-Tinte. Die Tintenformulierung des Beispiels VI zeigte eine wesentlich verbesserte Farbe auf Normalpapier, was die Helligkeit und die Farbechtheit betraf.
Tabelle VIII
Vergleichsbeispiel 1
Eine Tinte, bestehend aus etwa 250,6 g des oberflächenaktiven Mittels TETRONIC^® 1307, äquivalent zu etwa 5 Gew.-% der Gesamtformulierung, etwa 3,02 g des Feuchthaltemittels Acetamidmonoethanolamin, im Handel erhältlich von Croda Inc., New York, New York, als AMEA-100, das etwa 3 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 2,06 g des Feuchthaltemittels Polyethylenglycol, erhältlich als PEG-200, im Handel erhältlich von Aldrich Chemical, Milwaukee, Wisconsin, das etwa 2 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 5,01 g Methyldiethanolamin, ebenfalls im Handel erhältlich von Aldrich Chemical, das etwa 5 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, etwa 1 Tropfen Proxel GXL, welches ein industrielles Mikrobiostat ist, im Handel erhältlich von ICI Biocides, Wilmington, Delaware, etwa 5,06 g eines polymeren, gelben Farbstoffs, im Handel erhältlich von Milliken and Company, Spartanburg, South Carolina, als MY-1869, das etwa 5 Gew.-% der Gesamtformulierung ausmacht, und etwa 62,17 g entionisiertem Wasser, was zu einem Gesamtwassergehalt in der Formulierung von etwa 80 Gew.-% führt. Die Mischung wurde etwa 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt. Die Viskosität der Dispersion wurde dann auf einem Brookfield-Viskosimeter als etwa 7,72 Centipoise (cP) gemessen. Die Oberflächenspannung wurde als etwa 38,29 Dyn/cm auf einem dynamischen Kontaktwinkelanalysator gemessen, im Handel erhältlich von Cahn Instruments, Inc., Cerritos, Kalifornien, als Modell DCA-312. Der pH der Formulierung betrug etwa 9,3. Die Tintenformulierung wurde aus einem Epson Stylus Farbdrucker ausgestoßen, um ein festes Füllungsbild zu erzeugen. Das feste Füllungsbild besaß eine niedrigere optische Dichte als das feste Füllungsbild des Beispiels VI. Das gedruckte, feste Füllungsbild wurde einigen Wasserbeständigkeitsprüfungen unterworfen. In einer Prüfung wurde die Probe mit nassen Fingern ohne bemerkenswertes Verschmieren gerieben. In einer zweiten Prüfung wurde die Probe unter laufendes Wasser eines Wasserhahns mit einem geringfügigen Farbverlust und einer ausgezeichneten Wasserbeständigkeit gehalten. In einer dritten Prüfung wurde die Probe auf ein Rad geklebt, und das Rad wurde gedreht, um die Probe durch einen Wasserbehälter mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 Umdrehung pro 10 Sekunden zu führen, und die ΔE-Farbabweichung wurde nach einer Umdrehung und nach 10 Umdrehungen gemessen. Die Prüfergebnisse der gelben Tinte sind wie nachstehend gezeigt, worin ΔE die Farbabweichung ist, gemessen mit einem ACS-Spektrofotometer, welches die Änderung der Farbe bezüglich Helligkeit, Dunkelheit und Ton misst:

1 Umdrehung: 3,26

10 Umdrehungen: 26,60
Es wird darauf hingewiesen, dass zahlreiche Konzentrationen und Kombinationen dieser Hyperthermogelierkomponenten und Glanzmittel verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass eine Vielzahl anderer Komponenten, die Hyperthermogeliereigenschaften aufweisen, in Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Solche Komponenten können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Homopolymere, Copolymere, nicht-polymere oder nicht-ionische, oberflächenaktive Mittel, natürlich vorkommende Polymere und ihre Derivate.
So können z. B. auch Cellulosederivate, wie Hydroxypropylmethylethercellulose (HPMEC), nachstehend gezeigt, verwendet werden.
Bevorzugte HPMEC-Homologe haben ein Molekulargewicht von etwa 1000 bis 100000, worin n die Gesamtzahl von Ringen wiedergibt und jede ganze Zahl ist, welche den Molekulargewichtsbereich erfüllt.
Der Fachmann erkennt ebenfalls, dass Hyperthermogelierkomponenten mit dem Glanzmittel mit einer Vielzahl von Färbemitteln und Tintenadditiven, einschließlich geeigneten Farbstoffen und Bioziden, die zu den Formulierungen zugesetzt werden können, verträglich sind. Der Fachmann erkennt auch, dass Hyperthermogeliertintenzusammensetzungen mit einer Vielzahl von Tropfen-auf-Anfrage-Tintenstrahldrucktechniken und existierender Ausrüstung verträglich sind.
So kann z. B. ein Tropfen einer Tintenzusammensetzung, die eine Hyperthermogelierkomponente mit dem Glanzmittel enthält, aus einem herkömmlichen Tropfen-auf-Anfrage-Tintenstrahldrucker auf einen absorptiven Träger, wie Papier, ausgestoßen werden, um die konzentrationsabhängigen Geliereigenschaften der Hyperthermogelierkomponente auszunutzen. Der Tintentropfen verliert Wasser durch das Eindringen in Papier und durch Verdampfung. Dieser geringe Wasserverlust erhöht die Konzentration der Gelierkomponente, was zu einem raschen Viskositätsanstieg führt. Dieser Viskositätsanstieg verringert das Ausbreiten des Tintentropfens und macht das unerwünschte, übermäßige Eindringen in den Träger schwierig. Der sofortige Viskositätsanstieg führt zu weniger Auslaufen, scharfen Punkten und somit zu verbesserter Druckqualität. Alternativ kann der Tintentropfen auf eine schwach hydrophobe Oberfläche ausgestoßen und dann auf einen absorptiven Träger übertragen werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Tintentropfen mit dem Glanzmittel auf einen Träger ausgestoßen werden, der wärmer ist als der Thermoinversionspunkt der Tintenzusammensetzung. Der Kontakt mit dem warmen Träger geliert den Tintentropfen sofort. Alternativ kann der Tintentropfen auf eine Oberfläche ausgestoßen werden mit einer Temperatur unter dem Thermoinversionspunkt der Tintenzusammensetzung und dann auf einen wärmeren Träger übertragen werden.
In ähnlicher Weise kann eine Hyperthermogeliertintenzusammensetzung mit einem Thermoinversionspunkt bei Umgebungstemperatur, z. B. 25°C, formuliert werden. Eine solche Tintenzusammensetzung könnte als Flüssigkeit unterhalb der Umgebungstemperatur ausgestoßen werden und würde nach dem Kontakt mit dem Träger sofort gelieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Geltintenformulierungen mit dem Glanzmittel der vorliegenden Erfindung poröse Feststoffe sind, die eine kontinuierliche Matrix als ihr "festes" Element beinhalten. Diese kontinuierliche Matrix oder dieses Skelettnetzwerk ergibt das Gelsystem mit der erforderlichen mechanischen Stabilität und Kohärenz.
... zwischen Bündeln von hydrophoben Gruppen, wie Propylenoxid. Die Bündel können ein Copolymer, wie Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymer, sein, oder sie können einfach ein Homopolymer, wie Methylethercellulose, sein.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass zahlreiche Änderungen bezüglich der Einzelheiten von speziellen Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung gemacht werden können, ohne ihre zugrundeliegenden Prinzipien zu verlassen. So kann z. B. die Tintenformulierung der vorliegenden Erfindung sowohl in einem piezogetriebenen Drucker als auch einem Blasenstrahl- oder kontinuierlichen Tintenstrahldrucker verwendet werden. Die Gesamttinteneigenschaften und Kennzeichen sind nicht auf den Typ der Ausgabevorrichtung begrenzt, sondern sind derart, dass sie in einer Vielzahl von Anwendungen einschließlich flexografischen Tintenformulierungen und in Intaglio-Druckpressen funktionieren. Die Tintenformulierung ist auch zur Verwendung in einer Offset-Druckvorrichtung geeignet, wo das Bild zuerst auf eine Zwischenübertragungsoberfläche gedruckt und dann auf eine Endempfangsoberfläche übertragen wird.

Claims

Wässrige Phasenaustauschtintenzusammensetzung, umfassend (i) ein Färbemittel, (ii) ein in Wasser dispergierbares Polyester-Glanzmittel und (iii) eine Hyperthermogelierkomponente, die in einer solchen Konzentration vorhanden ist, dass sich die Tintenzusammensetzung in einem flüssigen Zustand bei einer ersten Temperatur und in einem festen Zustand bei einer zweiten Temperatur befindet, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur.
Zusammensetzung wie in Anspruch 1 beansprucht, worin das in Wasser dispergierbare Polyester-Glanzmittel ein carboxylierter Polyester, ein hydroxylierter Polyester, ein phosphonierter Polyester, ein sulfonierter Polyester, ein Homopolymer oder Copolymer von einer der vorhergehenden Verbindungen oder eine Mischung von zwei oder mehreren der vorhergehenden Verbindungen ist.
Zusammensetzung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht und enthaltend eine Hyperthermogelierkomponente, die einen Thermoinversionspunkt von –20°C bis 140°C hat.
Zusammensetzung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, worin die Hyperthermogelierkomponente ein stabiles Gel bei der zweiten Temperatur bildet.
Zusammensetzung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, worin die Hyperthermogelierkomponente ein nicht-ionisches Polymer umfasst.
Zusammensetzung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, worin die Hyperthermogelierkomponente umfasst: 6.1 eine Verbindung der Formel
worin x und y alle ganzen Zahlen sind, welche die nachstehend genannten Gewichtsprozentbereiche und Molekulargewichtsbereiche erfüllen; 6.2 eine Verbindung der Formel:
worin x und y alle ganzen Zahlen sind, welche die nachstehend genannten Gewichtsprozentbereiche und Molekulargewichtsbereiche erfüllen; 6.3 eine Verbindung der Formel:
worin w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist, und x und y alle ganzen Zahlen sind, so dass die nachstehend genannten Gewichtsprozentbereiche und Molekulargewichtsbereiche erfüllt werden; oder 6.4 eine Verbindung der Formel:
worin w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist, und x und y alle ganzen Zahlen sind, welche die nachstehend genannten Gewichtsprozentbereiche und Molekulargewichtsbereiche erfüllen; die Hyperthermogelierkomponentenverbindung ein Molekulargewicht in dem Bereich von 1000 bis 50000 hat, und die Verbindung 20 bis 60 Gew.-% Poly(oxypropylen) enthält.
Zusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, worin die Hyperthermogelierkomponente umfasst entweder (i) eine Verbindung mit einem Molekulargewicht in dem Bereich von 1000 bis 100000 und der Formel:
worin n die Gesamtzahl von Ringen bedeutet und jede ganze Zahl ist, welche den vorstehenden Molekulargewichtsbereich erfüllt, oder (ii) eine Verbindung mit einem Molekulargewicht in dem Bereich von 1000 bis 100000 und der Formel:
worin n die Anzahl von Ringen bedeutet und jede ganze Zahl ist, welche den vorstehenden Molekulargewichtsbereich erfüllt.
Zusammensetzung wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, worin die Konzentration der Hyperthermogelierkomponente darin 0,05 Gew.-% bis zu ihrer kritischen Konzentration beträgt.
Verfahren zum Drucken einer wässrigen Hyperthermogelier-Phasenaustauschtintenzusammensetzung mit hohem Glanz auf eine Druckoberfläche, wobei das Verfahren umfasst: (i) das Verwenden eines in Wasser dispergierbaren Polyesters als Glanzmittel in der wässrigen Hyperthermogelier-Phasenaustauschtintenzusammensetzung, (ii) das Ausstoßen der wässrigen Hyperthermogelier-Phasenaustauschtintenzusammensetzung aus einem Tropfen-auf-Anfrage-Tintenstrahldrucker auf die Druckoberfläche, wobei die Tintenzusammensetzung eine Menge einer Hyperthermogelierkomponente in einer ersten Konzentration derart enthält, dass sich die Tintenzusammensetzung in einem flüssigen Zustand befindet, und (iii) das Erhöhen der Konzentration der Hyperthermogelierkomponente in der Tintenzusammensetzung, so dass die Tintenzusammensetzung ein stabiles Gel bildet.
Verfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, worin die Tintenzusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht ist.
Verfahren wie in Anspruch 9 oder Anspruch 10 beansprucht, worin (i) die Druckoberfläche einen absorptiven Träger umfasst und Wasser aus der Tintenzusammensetzung in den absorptiven Träger eindringt, um die Konzentration der Hyperthermogelierkomponente in der Tintenzusammensetzung zu erhöhen, oder (ii) die Druckoberfläche einen hydrophoben Träger umfasst, und die Tintenzusammensetzung zu einem absorptiven Träger derart übertragen wird, dass Wasser aus der Tintenzusammensetzung in den absorptiven Träger eindringt, um die Konzentration der Hyperthermogelierkomponente in der Tintenzusammensetzung zu erhöhen.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 11 beansprucht, worin die Tintenzusammensetzung wenigstens auf ihren Thermoinversionspunkt erwärmt wird, um ein stabiles Gel zu bilden.
Verfahren wie in Anspruch 12 beansprucht, worin die Druckoberfläche (i) eine Temperatur hat, die größer als der Thermoinversionspunkt oder gleich dem Thermoinversionspunkt ist, so dass die darauf gedruckte Tintenzusammensetzung ein gedrucktes, stabiles Gel ohne weitere Verarbeitung bildet, oder (ii) eine Temperatur hat, die niedriger als der Thermoinversionspunkt ist, wobei die gedruckte Tintenzusammensetzung von der Druckoberfläche auf einen Träger mit einer Temperatur übertragen wird, die größer als der Thermoinversionspunkt oder gleich dem Thermoinversionspunkt ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 11 beansprucht, worin die Tintenzusammensetzung einen Thermoinversionspunkt bei Umgebungstemperatur hat, wobei die Tintenzusammensetzung abgekühlt wird, um das Ausstoßen zu erleichtern.
Nicht-wässrige Konzentratzusammensetzung, die mit einem wässrigen Dispersionsmedium kombinierbar ist, um eine Zusammensetzung wie in einem der An sprüche 1 bis 8 zu bilden, und die ein Färbemittel, ein in Wasser dispergierbares Polyester-Glanzmittel und eine Hyperthermogelierverbindung umfasst.