"COMPOSIÇÃO DE TINTA PARA JATO DE TINTA, MÉTODO PARA FORMAR UMA TINTA PARA JATO DE TINTA E SISTEMA DE TINTA PARA JATO DE TINTA".
Antecedentes da invenção
O presente descritivo refere-se geralmente a composições de tintas para jato de tinta. Tem sido difícil formular tintas para jato de tinta que sejam capazes de formar uma película durável (p.ex., exibir uma redução de borramentos por marca-textos e/ou esfregação a seco) que também exibam boa confiabilidade e boa saúde de bicos. Isto poderá ser devido, pelo menos em parte, ao fato de que o alto peso molecular e/ou a natureza hidrofóbica dos ligantes usados para alcançar boa resistência a borrões por marca-textos poderá tornar difícil aos ligantes serem ejetados pelo cabeçote de impressão por jato de tinta. Polímeros de alto peso molecular poderão contribuir para o aumento da viscosidade de tintas em bocais não tapados. Ligantes hidrofóbicos poderão precipitar para fora da solução e se depositar sobre os resistores dos cabeçotes de impressão. Ambos os efeitos poderão, em alguns casos, degradar a ejeção das gotas. Ligantes hidrofílicos, de baixo peso molecular, que possam ser capazes de alcançar confiabilidade superior geralmente oferecem melhoramentos mínimos na resistência a borrões por marca-textos e manchamentos.
Assim, seria desejável prover uma composição de tinta para jato de tinta que exibisse de maneira substancialmente simultânea confiabilidade de caneta intensificada e durabilidade contra borrões por marca-textos intensificada, alta densidade óptica, tempo de secagem aceitável, e combinações destas. Sumário da invenção
É divulgada uma composição de tinta para jato de tinta. A composição inclui um material de poliuretano tendo um peso molecular médio ponderai variando de cerca de 50.000 a cerca de 500.000. O material de poliuretano está presente em uma quantidade eficaz variando de cerca de0,2% p/p a cerca de 5% p/p. A composição também inclui um solvente presente em uma quantidade eficaz variando de cerca de 5% p/p a cerca de 20% p/p, e um tensoativo aniônico presente em uma quantidade eficaz variando de 5 cerca de 0,01% p/p a cerca de 3% p/p. A composição de tinta para jato de tinta é adaptada para exibir latência intensificada.
Descrição detalhada da invenção
Concretizações da composição de tinta para jato de tinta 10 incorporam poliuretanos de alto peso molecular para reduzir o tempo à secura e para intensificar a resistência a borrões por marca-textos e manchamentos por umidade no papel, substancialmente sem comprometer a confiabilidade da caneta ou a densidade óptica. Em uma 15 concretização, a composição de tinta prove um tempo de secura ao dedo de menos que 10 segundos, e borrões por marca-textos e manchamentos por umidade de menos que cerca de 50 mOD sobre papel convencional. Nesta concretização, a composição de tinta provê uma densidadeóptica para preto maior que cerca de 1,35.
As composições de tinta divulgadas aqui também são capazes de desempenho de latência intensificada, boa durabilidade de impressão, boa saúde de bicos, e confiabilidade de caneta.
o termo "latência" ("decap"), conforme referido aqui, significa a capabilidade da tinta para jato de tinta de prontamente ejetar do cabeçote de impressão, após exposição prolongada ao ar. O tempo de latência da tinta é medido como a quantidade de tempo que um cabeçote de impressão de tinta pode ser deixado destapado antes queos bicos da impressora deixem de disparar satisfatoriamente, potencialmente devido a entupimentos ou obstruções. Geralmente, o(s) bico(s) pode(m) ficar entupido(s)/obstruído(s) por uma pastilha viscosa que se 35 forma no(s) bico(s) como resultado de perda de água, encrostamento da tinta, e/ou a cristalização do corante em ou ao redor dos bicos. Se um bico estiver entupido,gotículas de tinta ejetadas através do orifício do bico poderão ser mal direcionadas, o que poderá afetar adversamente a qualidade de impressão. 0 orifício também poderá ficar totalmente bloqueado e, como resultado, as gotículas de tinta poderão não passar através do bico afetado.
Os tempos de latência são tipicamente medidos ao longo de períodos longos e curtos. A latência de curto prazo geralmente determina quanto tempo o cabeçote de impressão pode ficar destapado antes que a qualidade da gota se degrade até abaixo da qualidade obtida com um cabeçote de impressão recém-destapado. Diversos defeitos de impressão/imagem poderão resultar desta queda de qualidade devido à latência. Para contra-atacar os efeitos da latência, a rotina de serviço da impressora requer que os bicos ociosos ejetem regularmente em direção ao recipiente de despejo (cuspidor) para evitar defeitos de impressão. Para alcançar uma boa qualidade de imagem impressa, enquanto que mantendo ou melhorando a produtividade e economizando tinta, é desejável manter a latência de curto prazo o tanto tempo quanto possível, e para usar o mínimo possível de ejeções para refrescar os bicos. Por outro lado, uma latência de longo prazo determina quanto tempo um cabeçote de impressão poderá ficar armazenado em um estado destapado, antes que os bicos não sejam mais recuperáveis pelas rotinas de manutenção da impressora. Em particular, ela determina atributos do cabeçote de impressão, tais como, por exemplo, a estabilidade no armazenamento. A latência de longo prazo é desejável para tintas de maneira tal que os bicos sejam capazes de serem deixados destapados e sem uso durante longos períodos de tempo, enquanto os cabeçotes de impressão ainda possam ser recuperados por manutenção.
Sem se querer ligar a nenhuma teoria, acredita-se que concretizações da composição de tinta tenham um bom desempenho de latência, pelo menos em parte devido àcombinação de misturas de solvente solúvel em água/solvente e tensoativo(s) aniônico(s). Acredita-se ainda que o(s) solvente(s) minimize(m) o aumento de viscosidade do poliuretano em solução, e que o(s) tensoativo(s) aniônico(s) assista(m) em conduzir o poliuretano para fora da região do bico e de volta para o granel de tinta na medida em que água evapora. Concretizações da composição de tinta para jato de tinta geralmente incluem um material de poliuretano, um solvente e um tensoativo aniônico. Deve ser entendido que todos os materiais da composição de tinta estão presentes em quantidades eficazes para que a combinação alcance pelo menos uma das seguintes características quando impressa: densidade óptica intensificada, tempo de secagem reduzido, durabilidade contra borrões por marca-textos intensificada, e/ou combinações destas. Deverá ser adicionalmente entendido que os materiais da composição de tinta estarão presentes em quantidades eficazes para intensificar o desempenho de latência.
Em uma concretização, o material de poliuretano tem um peso molecular médio ponderai variando de cerca de 50.000 a cerca de 500.000. Em uma concretização, o poliuretano tem um valor ácido variando de cerca de 10 mg de KOH/g de polímero a cerca de 150 mg de KOH/g de polímero. Em uma outra concretização, o poliuretano tem um valor ácido variando de cerca de 5 0 mg de KPH/g de polímero a cerca de 70 mg de KOH/g de polímero. 0 material de poliuretano estará presente em uma quantidade variando de cerca de 0,2% p/p a cerca de 5% p/p. Acredita-se que as características dos poliuretanos descritos aqui, ao longo de uma ampla faixa de pesos moleculares (p.ex., de cerca de 10.00 0 a cerca de 500.000), contribuam para o tempo de secagem reduzido da composição de tinta. Ademais, acredita-se que a natureza de alto peso molecular dos poliuretanos descritos aqui contribua para a durabilidade superior da composição de tinta.
O solvente poderá ser um solvente único ou uma combinaçãode dois ou mais solventes. Geralmente a(s) solução(ões) estará(ão) presente(s)em uma quantidade eficaz variando de cerca de 5% p/p a cerca de 2 0% p/p. Em um exemplo não limitativo, a quantidade eficaz varia de cerca de 5% p/p a cerca de 15% p/p. Exemplos não limitativos de solventes adequados para a composição de tinta para jato de tinta incluem 1, 3-bis(2-hidroxietil)-5,5-dimetilhidantoína;
propoxilato de glicerol de baixo peso molecular (p.ex., Mn=266); 2-hidroxietil-2-imidizolidinona (i.é, 2-hidroxietil-2-imidizolidona; 2-hidroxietil-2-pirrolidi-nona (i.é, 2-hidroxietil-2-pirrolidona) ; 1,2,6- hexanotriol; D-sorbitol; 1,4-bis(2-hidroxietil)- piperazina; 3 -(N-morfolino)-1,2-propanodiol; gliceril polioxietil éter de baixo peso molecular; polietileno glicol de baixo peso molecular (p.ex., Mn=3 00) ; tetraetilenoglicol; e/ou combinações destes. 0 tensoativo aniônico estará presente na composição de tinta em uma quantidade eficaz variando de cerca de 0,01% p/p a cerca de 3% p/p. Uma primeira classe (referida aqui como "classe 1") de tensoativos aniônicos adequados inclui, mas não está limitada a, sulfatos de alquila tendo uma cadeia de carbono com oito a dezesseis átomos de carbono (exemplos não limitativos dos quais incluem lauril éter sulfato de sódio e lauril sulfato de sódio), dodecilbenzenossulfonato, N-lauroil sarcosinato, poli(oxi-1,2-etanodiila), e combinações destes. Uma segunda classe (referida aqui como "classe 2") de tensoativos aniônicos adequados inclui, mas não está limitada a, tensoativos de fosfato éster, cada um dos 30 quais tendo uma das seguintes estruturas:
0 0 R- (OCH2CH2)n-) -ü>-0" Na+ R-(OCH2CH2)n-O-I-O" Na+
b" Na+ R-(OCH2CH2) n-t)
onde R = uma parcela hidrofóbica (p.ex., oleíla, nonilfenila, etc.) e η números de 1-20. Conformemostrado nas estruturas, os tensoativos de fosfato éster têm ou uma cauda/parcela hidrofóbica (exemplos nãolimitativos do qual incluem fosfato de polietileno glicol oleil mono/di-éster (um dos quais está comercialmente disponível sob a designação comercial Crodafos NlOA da Croda, Inc., sita em Edison, NJ), e fosfato de 5 polietileno glicol mono(octil fenila), ou semelhantes); ou de caudas/parcelas hidrofóbicas múltiplas (p.ex., fosfatos ramificados de nonil fenol etoxilado (um exemplo dos quais é o fosfato de etoxilato de nonilfenol éster que está comercialmente disponível sob a designação 10 comercial Phospholan 9NP da Akzo Nobel Chemical, sita em Arnhem, Países Baixos). Ainda um outro exemplo não limitativo de um tensoativo de fosfato éster (classe 2) adequado é o PPG-5-Ceteth-10 fosfato (um exemplo não limitativo do qual está comercialmente disponível sob a 15 designação comercial Crodafos SG da Croda, Inc.) Deve ser entendido que sais dos tensoativos aniônicos acima mencionados também poderão ser adequados para uso na composição de tinta.
Concretizações da composição de tinta poderão também 20 incluir colorantes, água ligantes aniônicos (exemplos não limitativos dos quais incluem ligantes acrílicos, ligantes estireno acrílicos, e/ou semelhantes, e/ou combinações destes), e/ou quaisquer outros aditivos adequados. Em uma concretização, o colorante é(são) (um) 25 pigmento(s) e/ou corante(s) presente(s) em uma quantidade eficaz variando de cerca de 0,1% p/p a cerca de 6% p/p. Geralmente, a água completa o balanço da composição de tinta.
Deve ser entendido que o pH da composição de tinta poderá ser variado conforme o desejado. Em uma concretização, o pH da tinta varia de cerca de 7 a cerca de 10. Deve ser entendido que diversos tipos de aditivos poderão ser empregados na composição de tinta para otimizar as propriedades da composição de tinta para aplicações 35 específicas. Por exemplo, biocidas poderão ser usados em uma concretização da composição de tinta para inibir o crescimento de microorganismos. Em exemplo não limitativoadequado de um biocida é a 1,2-benzisotiazolin-3-ona (BIT) . Agentes seqüestrantes, tais como o EDTA, poderão ser incluídos para substancialmente eliminar efeitos deletérios potenciais de impurezas de metais pesados 5 (caso os haja). Soluções tamponadoras também poderão ser usadas para controlar o pH da composição de tinta, conforme desejado e/ou necessitado para um uso particular.
Em uma concretização de um sistema de jato de tinta, uma 10 concretização da composição de tinta para jato de tinta é estabelecida em pelo menos uma porção de um substrato adequado. Deve ser entendido que qualquer substrato poderá ser selecionado que seja adequado para ter marcações (p.ex., marcações alfanuméricas ou marcações 15 gráficas) impressas no mesmo. Em uma concretização, o substrato é papel (exemplos não limitativos do qual incluem papel cópia comum ou papéis tendo fibras recicladas dentro do mesmo) ou papel fotográfico (exemplos não limitativos do qual incluem polietileno oupolipropileno extrudado sobre uma ou ambas as faces do papel), e/ou combinações destes. Em uma combinação, o substrato tem uma espessura ao longo de substancialmente todo o comprimento variando entre 0,025 mm e 0,5 mm. A composição de tinta para jato de tinta poderá ser 25 estabelecida no substrato via qualquer técnica de impressão por jato de tinta adequada. Exemplos não limitativos de tais técnicas de impressão por jato de tinta incluem impressão por jato de tinta térmica, acústica, e piezoelétrica.
Em uma concretização um fluido de fixação poderá serestabelecido sobre o substrato antes do estabelecimento da composição de tinta para jato de tinta. Sem se querer prender a nenhuma teoria, acredita-se que o fluido de fixação vantajosamente ajude a alcançar uma boa qualidade de impressão retendo os colorantes e ligantes na superfície do substrato. Ingredientes de fluidos de fixação incluem, mas não estão limitados a ácidos(exemplos não limitativos dos quais incluem sais metálicos bi- ou tri-valentes), polímeros catiônicos (exemplos não limitativos dos quais incluem polímeros com sais de amônio quaternários), e/ou combinações destes. Para adicionalmente ilustrar concretização(ões) do presente descritivo, diversos exemplos são dados aqui. Deve ser entendido que estes exemplos são providos para fins ilustrativos e não deverão ser interpretados como limitativos da abrangência da(s) concretização(ões) divulgada(s).
EXEMPLOS
Um jogo de tintas foi formulado usando uma variedade de diferentes solventes (mostrados na tabela 1) . Cada tinta incluía cerca de 8% p/p do solvente selecionado, cerca de 0,7% p/p de Surf inol® SEF um tensoativo não iônicocomercialmente disponível da Air Products and Chemicals, sita em Allentown, PA), cerca de 0,5% p/p de Crodafos N3 (um tensoativo aniônico comercialmente disponível da Croda, Inc., sita em Edison, NJ), cerca de 0,1% p/p de Zonyl FSO (um fluortensoativo não ionico comercialmente disponível da E.I. DuPont de Nemours, sita em Wilmington, DE) , cerca de 0,1% p/p de Proxel° GLX (um biocida comercialmente disponível da Arch Chemicals, Inc., sita em Newark, CT) , cerca de 2% p/p de um poliuretano tendo um peso molecular de cerca de 180.000, e 0,1% p/p de um pigmento.Tabela 1: Resultados de Latência para Tintas com Diferentes Solventes
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Deve ser entendido que o "resultado de latência" ("decap score") na tabela 1 refere-se ao número de ejeçõesnecessário para refrescar bicos destapados, de maneira tal que suas características de disparo combinem substancialmente com seu desempenho quando inicialmente destapado. 0 teste foi realizado para diversos períodos de tempo ex-tampa, incluindo 2 segundos, 6 segundos, 14 10 segundos, e 1 minuto. Os resultados registrados na tabela 1 são o somatório das ejeções nos diversos testes. Deve ser entendido que tintas tendo resultados de latência mais baixos apresentam melhor desempenho que aquelas tintas tendo resultados mais altos. 15 Outro conjunto de tintas foi formado usando uma variedade de diferentes tensoativos (mostrados na tabela 2) . Cada tinta incluía cerca de 8% p/p de um solvente (ou Dantocol® DHE ou 1,2,6-hexanotriol), cerca de 0,7% p/p de Surfynol® SEF, cerca de 0,5% p/p do tensoativo aniônico 20 selecionado, cerca de 0,1% p/p de Zonyls FS0, cerca de 0,1% p/p de Proxel8 GXL, cerca de 2% p/p de um poliuretano tendo um peso molecular de cerca de 180.000, e 0,1% p/p de um pigmento.Tabela 2 : Resultados de latência para tintas com Diferentes Tensoativos
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Deve ser entendido que o "resultado líquido de latência" na tabela 2 refere-se ao número de ejeções usadas pararefrescar bicos destapados, de maneira tal que suas características de disparo combinem substancialmente com seu desempenho quando inicialmente destapado. 0 teste foi realizado para diversos períodos de tempo ex-tampa, incluindo 2 segundos, 6 segundos, 14 segundos, e 1minuto. Os resultados registrados na tabela 2 são o somatório das ejeções nos diversos testes. Deve ser entendido que tintas tendo resultados de latência mais baixos apresentam melhor desempenho que aquelas tintas tendo resultados mais altos. Geralmente, os tensoativos de classes 1 e 2 (ambas as quais são definidas acima) aparentam conduzir a desempenho de latência superior. Tensoativos que não caem dentro das classes 1 e 2 são indicados por "X" na tabela 2.
Ainda um outro jogo de tintas foi formulado com diferentes ligantes aniônicos (mostrados na tabela 3). Cada tinta incluía cerca de 9% de 1,2,6-hexanotriol, cerca de 0,7% p/p de Surfynol® SEF, cerca de 0,5% p/p de Crodafos® N3, cerca de 0,1% p/p de Zonyl® FS0, e cerca de 3% p/p de pigmento preto auto-disperso.
Tabela 3: Densidade Óptica, Borramento por Marca-Textos e Latência para Tintas com Diferentes Ligantes Aniônicos
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A primeira tinta, formulada com poliuretano de alto peso molecular (PU-A) proveu desempenho superior deresistência a borramento por marca-textos, enquanto que ainda provendo desempenho de latência equivalente, ou melhor, comparativamente com uma segunda tinta (formulada com poliuretano de baixo peso molecular (PU-B), aterceira tinta (sem ligante extra), e a quarta tinta (com Joncryl 586, uma resina estireno-acríIica de baixo peso molecular).
Os dados de densidade óptica de preto e dados de borrões na tabela 3 são a média de quatro tipos de papéis para documentos comuns. As medições de "borramento 1-passada"representam a transferência de tinta de uma área não impressa do papel como resultado de um marca-textos de escritório comum ser esfregado através de uma área impressa uma vez. O "borramento 2-passadas" representa a transferência análoga de tinta para uma área não impressa do papel como resultado de passar um marca-textos de escritório comum sobre amostras de impressão duas vezes em uma sucessão razoavelmente rápida. Deve ser entendido que valores de borramento mais altos representam pior durabi1idade.
Deve ser entendido que o "resultado líquido de latência" na tabela 2 refere-se ao número de ejeções usadas para refrescar bicos destapados, de maneira tal que suas características de disparo combinem substancialmente com seu desempenho quando inicialmente destapado. O teste foi realizado para diversos períodos de tempo ex-tampa, incluindo 2 segundos, 6 segundos, 14 segundos, e 1 minuto. Os resultados registrados na tabela 1 são o somatório das ejeções nos diversos testes. Deve ser entendido que tintas tendo resultados de latência mais baixos apresentam melhor desempenho que aquelas tintas tendo resultados mais altos.
Concretizações do sistema e da composição de tinta vantajosamente incorporam poliuretanos de alto peso molecular para durabilidade intensificada, enquanto que também incorporando combinações específicas de solvente de tensoativo para operabilidade intensificada. Conquanto diversas concretizações tenham sido descritas em detalhe, deverá ficar aparente àqueles entendidos no assunto que as concretizações descritas poderão ser modificadas. Daí, a descrição acima deverá ser considerada como exemplificativa ao invés de limitativa.