DE69327289T2

DE69327289T2 - Nicht-wässrige Dispersion-Druckfarbe

Info

Publication number: DE69327289T2
Application number: DE69327289T
Authority: DE
Inventors: Judith D. Auslander; Norman C. Hochwalt
Original assignee: Pitney Bowes Inc
Current assignee: Pitney Bowes Inc
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1993-10-05
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2013-10-06
Also published as: EP0592182B1; AU4882093A; CA2107641A1; CA2107641C; EP0592182A1; DE69327289D1; AU660593B2; US5288316A

Description

Große Anforderungen wurden an Drucksysteme und an Materialien hierzu im Lichte der Notwendigkeit von schnellerem Drucken in Verbindung mit dem Computerzeitalter und der Suche nach niedrigerer Toxizität, um Umweltverordnungen der Regierung zu erfüllen, gestellt. Beim Hochgeschwindigkeitsdrucken tritt ein Problem auf im Zusammenhang mit Papierstaub, welcher während des Papiertransportes und der Einwirkung des Druckelements auf das Papier erzeugt wird. Dies trifft insbesondere beim Drucken von Umschlägen zu, welche aus Papier mit losen Fasern hergestellt werden.
Eine der Komponenten des Drucksystems, welche einer umfassenden Modifizierung bedarf, ist die Tinte. Bei den meisten Druckanwendungen wird ein Kissen oder eine Rolle, welche aus porösem Material hergestellt wurde, mit Tinte versorgt mit dem Ziel der Übertragung der Tinte auf einen Druckkopf. Das Druckkissen kann eines sein, welches vollständig abgeschlossen ist, oder es kann eines sein, das periodisch mit Tinte aus einem Reservoir versorgt wird. Die Probleme zur Herstellung einer zufriedenstellenden fluoreszierenden Tinte sind vielfältig, weil eine Vielzahl von Farbstoffen und Pigmenten benötigt wird, um eine gute Farbe, Ausfüllung, Kantengenauigkeit und die anderen Eigenschaften, die von einer Tinte gefordert werden, zu erhalten. Eines der Hauptprobleme im Zusammenhang mit Tinten ist die Alterung, welche in einem Druck resultiert, der eine Veränderung von Farbe und Intensität in Abhängigkeit von der Zeit, in der die Tinte aufbewahrt wird, zur Folge hat. Eine Tinte, die das Alterungsproblem überwindet und niedrige Umweltempfindlichkeit zeigt (hohe Feuchtigkeit und niedrige und hohe Temperaturen), niedrige Klebrigkeit und Fließeigenschaften, Materialverträglichkeit und Papierstaub- Widerstandsfähigkeit aufweist, wäre von Vorteil. Eine andere Überlegung ist, daß das Tintenkissen in einer offenen Umgebung, ohne daß es mindestens sechs Monate lang nicht austrocknet, funktionieren muß; deshalb sollten die Tintenlösungsmittel nichtflüchtig sein.
Ein Beispiel für eine Drucktinte des Standes der Technik ist in U. S. Patent Nr. 4 079 026 angegeben, welches sich auf Drucktinten bezieht, die eine disperse Phase von gefärbten Harzteilchen in einem Flüssigfilm-bildenden Lösungsmittel mit kontinuierlicher Phase, das ein Nichtlösungsmittel für die gefärbten Harzteilchen ist, enthalten. Die Zusammensetzung umfaßt 55 bis 75 Gew.-% eines Bindemittelharzsystems, welches im wesentlichen aus 15 bis 30 Gew.-% eines mit einem trocknenden Öl modifizierten Alkydharzes, 40 bis 70 Gew.-% eines Esters eines modifizierten Harzes und 15 bis 30 Gew.-% eines carboxylierten Kohlenwasserstoffharzes von niedrigem Molekulargewicht besteht.
Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzungen bereitzustellen, welche nichttoxisch sind und Fließeigenschaften haben, die die Tendenz der Tinte, Verstopfungen in einem Tintenkissen zu bilden, wesentlich herabsetzen. Die Lebensdauer eines Tintenkissens hat eine Veränderlichkeit, die im wesentlichen durch die der Tinte inhärenten Eigenschaften, mit der es benutzt wird, bestimmt wird. Das Tintenkissen kann aus zwei Schichten aus Schaum aufgebaut sein, wobei die erste Schicht als eine Tintenreservoirschicht und die zweite Schicht als eine Dosierschicht, welche den Druckkopf kontaktiert, dient. Wegen seiner hohen Dichte und der kleineren Porengröße kann die Dosierschicht als ein Filter wirken als eine Konsequenz der Konzentration der Tinte an der Grenzfläche der beiden Schichten. Als ein Ergebnis besteht eine Neigung zur Verstopfung. Was unter Verstopfung verstanden wird, ist natürlich die Tatsache, daß die Teilchen der Tinte innerhalb der Poren des Tinte abgebenden Teils festgehalten werden und dadurch den Fluß der Tinte verhindern.
Es wurde gefunden, daß der Beginn der Verstopfung mit den Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung wegen herabgesetzter gelöster Harzkonzentration, durch die die Viskosität herabgesetzt wird, selbst wenn die Größe der Pigmentteilchen von 0,1 bis 0,5 um variieren kann, hinausgeschoben werden kann.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine nichtwässrige Dispersion einer Tintenzusammensetzung bereitgestellt, welche umfaßt:
a) 40-90 Gew.-% eines Lösungsmittels in nichtwässriger kontinuierlicher Phase, welches umfaßt:
(i) 70-90 Gew.-% eines Weichmachers, ausgewählt aus Stearylpolyoxypropylenether und Polyoxypropylen(10)cetylether und
(ii) 10-30 Gew.-% von Polypropylenglykol,
b) 0,2-1 Gew.-% eines organischen Titanat- Kupplungsmittels, und
c) 1-10 Gew.-% eines organischen Pigments, dispergiert in einem Terpentinharzester-Trägermittel, wobei 98% oder mehr der organischen Pigmentteilchen eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 0,4 um haben.
Die Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung basiert auf organischen Pigmenten, welche in Terpentinharzestern dispergiert sind, oder auf einer Kombination organischer Pigmente, welche in Terpentinharzestern dispergiert sind und Aminoformaldehydharz, welches in einem Alkydharz dispergiert ist. Die resultierende Farbe dieser Tinten kann rot, blau, grün oder schwarz sein. Es wurde gefunden, daß diese Tinten- Zusammensetzungen die Effekte von Papierstaubanhäufungen herabsetzen, weil die Lösungsmittel der vorliegenden Tintenzusammensetzungen auf den Druckelementen nichttrocknend sind und die Druckelemente in einem nassen Zustand gehalten werden. Des weiteren hat das Lösungsmittel Weichmachereigenschaften. Dieser Naßzustand verursacht eine Ausspülung von Elementen, was dazu führt, daß Papierstaub weggetragen wird. Niedrigere Konzentrationen von gelöstem Harz erzeugen eine Tinte mit niedrigerer Klebrigkeit, woraus sich weniger Papierstaubanziehung in der Tinte ergibt.
Die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung haben niedrige Umweltempfindlichkeit aufgrund kleiner Schwankung der Viskosität in dem Arbeitstemperaturbereich von 5 bis 45 ºC und der niedrigen Hygroskopizität der Lösungsmittel.
Es wurde gefunden, daß die Verwendung eines Weichmachers in dem Lösungsmittel der Tintenzusammensetzung mit den Pigmenten, die zur Herstellung der Tinte verwendet werden, verträglich ist, eine niedrige Toxizität bewirkt, eine leichte Herstellung der Tinte gestattet, inert gegenüber Materialien in dem Tintensystem ist und eine nichttrocknende Tinte bereitstellt. Ein weiterer Vorteil der Einbindung eines Weichmacherlösungsmittels ist, daß es nichtflüchtig ist und konsequenterweise dazu führt, daß das Tintenkissen nicht trocknet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine nichtwässrige Dispersion einer Tintenzusammensetzung bereit, welche umfaßt:
a) 40-90 Gew.-% eines Lösungsmittels in nichtwässriger Phase, welches umfaßt:
(i) 70-90 Gew.-% eines Weichmachers, ausgewählt aus Stearylpolyoxypropylenether und Polyoxypropylen(10)cetylether, und
(ii) 10-30 Gew.-% von Polypropylenglykol,
b) 1-10 Gew.-% eines organischen Pigments, dispergiert in einem Terpentinharzester-Trägermittel, wobei 98% oder mehr der organischen Pigmentteilchen eine mittlere Teilchengröße von 0,1-0,4 um haben,
c) bis zu 10 Gew.-% eines organischen Pigments, ausgespült in einem nichtionischen Surfactant,
d) 5-20 Gew.-% eines Triazin-arylsulphonamidparaformaldehydharzes, dispergiert in Alkydleinsamenölharz, und
e) bis zu 0,5 Gew.-% eines organischen Titanat- Kupplungsmittels.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung stellen Tinten mit verbesserter Druckqualität bereit, sind inert gegenüber Materialien, die in einem Drucker verwendet werden, wie Auftragschäumen und Gummi, haben niedrige Klebrigkeit, gute Lebensdauerstabilität und einen guten Fluß durch poröse Schaummaterialien.
Es wurde gefunden, daß die Tinten der vorliegenden Erfindung eine annehmbare Haltbarkeit haben. Die gealterten Proben zeigen kein Absetzen nach zwei Wochen beschleunigter Prüfung. Die Alterung der Tinten durch Temperaturschock zeigt kein Absetzen der Tinten während zweier Wochen beschleunigter Prüfung, die ein Jahr der Alterung durch Variierung der Temperatur zwischen 70ºC und -20ºC, jeweils nach vier Stunden des Arbeitstages, simulierte.
Der oben beschriebene Doppel-Auftragschaum, der in Hochgeschwindigkeits-Flachbettsystemen verwendet wird, wird hergestellt aus einer unteren Schicht eines Polychloroprenschaums. Die obere Schicht wird hergestellt aus einem gesinterten Polyethylenschaum. Der Gummi, der in den Druckelementen verwendet wird, wird aus Polybutadienacrylnitrilgummi, der mit Dibutylphthalatweichmacher plastifiziert ist, hergestellt. Die Lösungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind gegenüber allen diesen Materialien inert. Der Druckkopf sollte für zehn Millionen Drucke oder zehn Jahre lang verwendbar sein, und die Kissenmaterialien sollten mit den Tinten sechs Monate lang verträglich sein.
Die Pigmentdispersion, die in der Tintenzusammensetzung verwendet wird, wird stabilisiert durch Verwendung leicht dispergierbarer Pigmente, die in einem Terpentinharzester- Trägermittel vordispergiert werden. Die Terpentinharzester- Dispersionsmittel werden verwendet wegen des breiten Bereichs der Verträglichkeit mit Lösungsmitteln und Harzen.
Es wird bevorzugt, daß die Tintenzusammensetzung des weiteren bis zu 10 Gew.-% eines Pigments, ausgespült in einem nichtionischen Surfactant, enthält.
Des weiteren wird bevorzugt, daß die Tintenzusammensetzung weiter 5 bis 20 Gew.-% eines Triazin-arylsulphonamidparaformaldehydharzes, dispergiert in einem Leinsamenölalkydharz, umfaßt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die nichtwässrige kontinuierliche Phase weiter eine Spur bis 1 Gew.-% pyrogener Kieselsäure, aufgepfropft mit Polysiloxangruppen, welche zur Modifizierung der Oberflächenspannung dient.
Es wird des weiteren bevorzugt, daß die nichtwässrige kontinuierliche Phase der Tintenzusammensetzung weiter bis zu 5 Gew.-% Nonylphenoxy-polyoxyethylen-ethanol enthält. Es wird auch bevorzugt, daß die nichtwässrige Phase weiter bis zu 10 Gew.-% eines Alkydleinsamenölharzes einschließt.
Das Lösungsmittelsystem ist vom Weichmacherlösungsmitteltyp. Das Lösungsmittelsystem ist zusammengesetzt aus einer Mischung von 10 bis 30% Polypropylenglykol mit niedrigem Molekulargewicht und 70 bis 90% Polyoxypropylenstearylether oder Polyoxypropylen(10)cetylether (dem Weichmacherlösungsmittel). Nonylphenoxypolyoxyethylenethanol kann in einer Menge von bis zu 5% vorhanden sein. Alle Prozentangaben in dieser Beschreibung und den begleitenden Patentansprüchen sind in Gewichtsprozent. Andere Lösungsmittel, die in dem Lösungsmittel in nichtwässriger kontinuierlicher Phase vorhanden sein können, sind Rizinusöl, Sojabohnenöl und Ölsäure. Die Bedingung zur Verwendung dieser anderen Weichmacherlösungsmittel ist, daß die Viskosität in dem Bereich von 20 bis 300 mPa·s ist.
Die Pigmentdispersion kann weiter stabilisiert werden mit einem Neoalkoxytitanat-Kupplungsmittel und Emulgatoren wie Nonylphenoxy-polyethoxylierten Alkoholen, wobei besagte Emulgatoren einen HLB Wert (hydrophile lipophile Balance) von 2 bis 15 haben. Das Lösungsmittelsystem ist inert gegenüber Materialien, die in dem Drucker verwendet werden, wie Tintenschäumen, Druckelementen, Pumpen, Röhren, Druckkissen und dergl.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist einmalige Farbkombinationen auf, welche auf Mischungen von organischen Pigmenten basieren, wie den Phthalocyaninen und führt zu starken Farben mit hoher Reinheit. Andere organische Pigmente, die verwendet werden können, sind in der Tabelle der Allgemeinen Zusammensetzung nachfolgend angegeben.
Die Auswahl der Phthalocyanine für die blaue Tinte basiert auf deren dichroitischen Eigenschaften. Sie reflektieren stark im roten Bereich des Spektrums, wo die durchgelassene Farbe viel grüner ist.
Die organischen Pigmente, wie die Phthalocyanine, können in verschiedenen Formen wie als Pulver oder Chips oder als in Terpentinharzestern vordispergierte Pigmente und als organische Pigmente, ausgespült mit nichtionischen Surfactants, wie Oleylalkoholethoxylaten, verwendet werden. Die mittlere Teilchengröße der organischen Pigmente ist zwischen 0,1 und 0,4 um für mindestens 98% der Teilchen.
Eine andere Komponente, die als ein Additiv in den Tintenzusammensetzungen eingeschlossen sein kann, ist pyrogene Kieselsäure, aufgepfropft mit Polysiloxangruppen. Dieser Zusatz kontrolliert die Thixotropizität der Tinte, setzt die Oberflächenspannung herab und gleicht die Veränderungen der Viskosität bei verschiedenen Temperaturen aus. Gleichzeitig setzt er die Hygroskopizität der Tinte herab.
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Klasse von Tinten bereit, die mit den Polymermaterialien, die in den gegenwärtigen Druckern verwendet werden, verträglich sind.
Beispiele solcher Tinten sind wie folgt:

Allgemeine Zusammensetzung

Bestandteile Gew.-%

1. Organische Pigmente (~ 33%) 1-10%
vordispergiert in einem Terpentinharzester (~ 67%)
a. C. I. Pigment Blue 15.1 oder Blue 15.3
b. RED LAKE C (Pigment Red 53 : 1)
c. Pigment Red C. I. #144
d. Permanent Red (Pigment Red 48)
e. Little Red (Pigment Red 49 : 1)
f. Pigment Yellow C. I. #110
g. Pigment Brown C. I. #23
h. Pigment Green C. I. #7
i. Pigment Black C. I. #7
2. Organische Pigmente (die gleichen wie die oben Bis zu angegebenen Pigmente 1a-1i) (~20%), 10% ausgespült in einem nichtionischen Surfactant (~80%) (wahlweise)
a. Oleylalkoholethoxylat
b. Fettsäureester C&sub1;&sub2; bis C&sub1;&sub4;
3. Nichtwässrige kontinuierliche Phase Kombination 40-90% von 70-90% von Stearylpolyoxypropylenether oder Polyoxypropylen(10)cetylether mit 10-30% Polypropylenglykol; und wahlweise Ölsäure, Rizinusöl und Sojabohnenöl.
4. Triazinarylsulphonamid-paraformaldehydharz 5-20% (50%), dispergiert in Leinsamenölalkydharz (50%) (wahlweise)
5. Emulgator mit niedriger Polarität (wahlweise) 1-5% Nonylphenoxypolyoxyethylenethanol, HLB Wert 2-4,9
6. Emulgator mit mäßiger Polarität (wahlweise) 1,0- Nonylphenoxypolyoxyethylenethanol 5,0% HLB Wert 11-16
7. Oberflächenspannungs-Modifiziermittel Spuren (wahlweise) bis 10%
a) Siliciumglykol 0,1-0,3%
b) pyrogene Kieselsäure, aufgepfropft mit 0,5% Polysiloxangruppen
8. Kupplungsmittel (wahlweise) 0,2-1% Neoalkoxytitanat
9, Alkydleinsamenöl (wahlweise) bis zu 10%
Es wird angemerkt, daß obige Ausführungen nur als Beispiele angegeben sind, und der Fachmann wird erkennen, daß andere Komponenten mit ähnlichen Eigenschaften bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können. BEISPIEL 1 - Rote Tinte
Die obigen Ausführungsbeispiele sind nur zur Veranschaulichung angegeben, und andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Berücksichtigung der detaillierten Beschreibung.

Claims

1. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung, welche umfaßt:

a) 40-90 Gew.-% eines Lösungsmittels in nichtwässriger kontinuierlicher Phase, welches umfaßt:

(i) 70-90 Gew.-% eines Weichmachers, ausgewählt aus Stearylpolyoxypropylenether und Polyoxypropylen(10)cetylether, und

(ii) 10-30 Gew.-% von Polypropylenglykol,

b) 0,2-1 Gew.-% eines organischen Titanat- Kupplungsmittels, und

c) 1-10 Gew.-% eines organischen Pigments, dispergiert in einem Terpentinharzester- Trägermittel, wobei 98% oder mehr der organischen Pigmentteilchen eine mittlere Teilchengröße von 0,1 -0,4 um haben.

2. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter bis zu 10 Gew.-% eines organischen Pigments, ausgespült in einem nichtionischen Surfactant, enthält.

3. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter 5 bis 20 Gew.-% eines Triazin-arylsulphonamidparaformaldehydharzes, dispergiert in Alkydleinsamenölharz, enthält.

4. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß besagte nichtwässrige kontinuierliche Phase weiter eine Spur bis 1 Gew.-% pyrogener Kieselsäure, aufgepfropft mit Polysiloxangruppen, welche zur Modifizierung der Oberflächenspannung dient, enthält.

5. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß besagte nichtwässrige kontinuierliche Phase weiter bis zu 5 Gew.-% von Nonylphenoxy-polyoxyethylen-ethanol enthält.

6. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß besagte nichtwässrige Phase weiter bis zu 10 Gew.-% eines Alkydleinsamenölharzes enthält.

7. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung, welche umfaßt:

a) 40-90 Gew.-% eines Lösungsmittels in nichtwässriger Phase, welches umfaßt:

(ii) 10-30 Gew.-% von Polypropylenglykol,

b) 1-10 Gew.-% eines organischen Pigments, dispergiert in einem Terpentinharzester- Trägermittel, wobei 98% oder mehr der organischen Pigmentteilchen eine mittlere Teilchengröße von 0,1 -0,4 um haben,

c) bis zu 10 Gew.-% eines organischen Pigments, ausgespült in einem nichtionischen Surfactant,

d) 5 bis 20 Gew.-% eines Triazin-arylsulphonamidparaformaldehydharzes, dispergiert in Alkydleinsamenölharz, und

e) bis zu 0,5 Gew.-% eines organischen Titanat- Kupplungsmittels.

8. Nichtwässrige Dispersionstinten-Zusammensetzung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher Stearylpolyoxypropylenether ist.