DE69920348T2

DE69920348T2 - Tintenstrahlzusammensetzungen enthaltend modifizierte Makromolekülchromophore mit kovalent gebundenen Polymeren

Info

Publication number: DE69920348T2
Application number: DE69920348T
Authority: DE
Inventors: Joseph W. Tsang; John R. Moffatt
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2000095987A; EP0976799B1; JP4798817B2; US6221932B1; EP0976799A1; US6150433A; DE69920348D1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltintenzusammensetzungen, die modifizierte Pigmentteilchen (makromolekulare Chromophore) aufweisen, die sowohl funktionelle Gruppen, die für eine Wasserlöslichkeit gebunden sind, als auch Vinyl-Polymer-Ketten aufweisen, die kovalent an die Pigmente gebunden sind. Diese pigmentierten Tinten verfügen über eine verbesserte Schmierechtheit, eine verbesserte Druckqualität, eine verbesserte Zerfließsteuerung und eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Wasser, wenn dasselbe auf das Medium aufgebracht wird. Ferner weisen diese Tinten eine gute Viskosität und Oberflächenspannung auf. Diese Tinten sind nützlich beim Tintenstrahldrucken, einschließlich beim thermischen Tintenstrahldrucken, piezoelektrischen Tintenstrahldrucken und kontinuierlichen Tintenstrahldrucken.
Hintergrundtechnik
Tintenstrahldrucker bieten eine billige vergleichsweise rauschfreie Option mit hoher Qualität zu anderen Typen von Druckern, die üblicherweise mit Computern verwendet werden. Derartige Drucker verwenden ein Widerstandselement in einer Kammer, die mit einem Austritt versehen ist, damit Tinte aus einem Plenum eintreten kann. Das Plenum ist mit einem Reservoir zum Lagern der Tinte verbunden. Eine Mehrzahl derartiger Widerstandselemente ist in einem bestimmten Muster, das Grundelement genannt wird, in einem Druckkopf angeordnet. Jedes Widerstandselement ist einer Düse in einer Düsenplatte zugeordnet, durch die Tinte in Richtung eines Druckmediums ausgestoßen wird. Die gesamte Anordnung von Druckkopf und Reservoir weist einen Tintenstrahlstift auf.
Bei Betrieb ist jedes Widerstandselement über eine leitfähige Bahn mit einem Mikroprozessor verbunden, wo Strom tragende Signale bewirken, dass sich eines oder mehrere ausgewählte Elemente erwärmen. Das Erwärmen erzeugt eine Tintenblase in der Kammer, die durch die Düse in Richtung des Druckmediums ausgestoßen wird. Auf diese Weise bildet ein Abfeuern einer Mehrzahl derartiger Widerstandselemente in einer bestimmten Reihenfolge in einem bestimmten Grundelement alphanumerische Zeichen, führt eine Flächenausfüllung durch und liefert andere Druckfähigkeiten auf dem Medium.
Tintenstrahltinten, die beim thermischen Tintenstrahldrucken verwendet werden, weisen üblicherweise ein Farbmittel und ein Trägermittel auf, wobei das Trägermittel oft Wasser und andere Flüssigkeiten mit relativ geringer Oberflächenspannung enthält.
Es gibt im Allgemeinen zwei Klassifizierungen von Farbmitteln: Farbstoffbasis und Pigmentbasis. Farbstoffe haben den Vorteil, dass sie wasserlöslich sind. Probleme mit Farbstoffen umfassen jedoch eine schlechte Wasserechtheit, eine schlechte Schmierechtheit, eine schlechte Zerfließsteuerung zwischen Farben und eine schlechte Lichtechtheit. Pigmente sind im Allgemeinen wasserunlöslich und benötigen ein Dispersionsmittel oder andere Mittel, um dieselben wasserlöslich zu machen.
Die EP-A-0098338 beschreibt wässrige Suspensionen von Kohleschwarz zur Verwendung in Tintenstrahldrucktinten. Das Kohleschwarz ist mit chemisch gebundenem wasserlöslichen Polyacrylat angereichert, um die Löslichkeit des Kohleschwarz zu verbessern.
Die US-A-5176745 beschreibt wässrige Tintenzusammensetzungen, die einen organischen Chromophor aufweisen, die mit einen Polyoxyalkylen-Substituenten tragenden Karboxylat-Salz-Gruppen angereichert sind, die eine Löslichkeit des Farbmittels in Wasser verbessern, was jedoch in seiner Säureform relativ wasserunlöslich ist.
Die EP-A-078777 beschreibt oberflächenmodifizierte Kohleschwarzpigmente, die in verschiedenen Medien stabile Dispersionen bilden. Das Kohleschwarz ist mit einem Pfropf-Copolymer modifiziert, das Karboxylatgruppen umfasst.
Obwohl die relevante Technik viele Beispiele von Tintenstrahltintenformulierungen enthält, die diese Farbmittel verwenden, besteht dennoch ein Bedarf nach Tintenzusammensetzungen, die stabile wasserlösliche Pigmente aufweisen, die eine Schmierechtheit, Wasserechtheit, verbesserte Druckqualität, verbesserte Zerfließsteuerung und optische Dichte bereitstellen.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird eine Tintenstrahlzusammensetzung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Die Zusammensetzung weist ein Farbmittel auf, das sowohl wasserlöslich ist als auch Vinyl-Polymere enthält, die kovalent an das Farbmittel gebunden sind. Die hierin verwendeten Farbmittel weisen Pigmentteilchen auf, deren Oberflächen mit funktionellen Gruppen behandelt sind, um eine Wasserlöslichkeit zu verbessern, sowie Polymere, um einer Tintenformulierung ausnehmende Eigenschaften zu verleihen. Derartige behandelte Pigmente werden makromolekulare Chromophore (MMC) genannt. Tinten, die diese MMCs aufweisen, sind sehr wirksam beim Reduzieren eines Verschmierens und verfügen über eine erhöhte Wasserechtheit, Zerfließsteuerung, optische Dichte und verbesserte Druckqualität. Zerfließsteuerung ist als das Eindringen einer farbigen Tinte, die im Wesentlichen gleichzeitig und benachbart zu einer zweiten Farbtinte gedruckt wird, definiert. Die Tinte kann ferner Komponenten enthalten, um eine Bereitstellung einer verbesserten Druck qualität und Leistung in einem Tintenstrahldrucker zu unterstützen.
Zusätzlich wird ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken bereitgestellt, das die offenbarten Tinten verwendet und die Eigenschaften der Tinten ausnutzt.
Alle Konzentrationen hierin sind in Gewichtsprozent angegeben, es sei denn, dies ist anderweitig angezeigt. Die Reinheit aller Komponenten ist diejenige, die bei einer normalen kommerziellen Praktik für Tintenstrahltinten eingesetzt wird. Alle Bezugnahmen und genannten Patente sind hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Beste Modi zum Ausführen der Erfindung
Die Pigmentteilchen oder MMCs zur Verwendung in der vorliegenden Tintenformel weisen chemische Modifizierungen auf, um dem Pigment eine Wasserlöslichkeit zu verleihen. Unter typischen chemischen Vorgängen besteht die resultierende Oberfläche des MMC aus Karboxylat-, Phosphat- und/oder Sulfonatfunktionalitäten für anionische Chromophore und Ammonium-, Quartär-Ammonium- oder Phosphoniumfunktionalitäten für kationische Chromophore.
Die MMC-Farbmittelteilchen der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise einen mittleren Nutzdurchmesser zwischen 0,005 und 12 μm auf. Farbmittel dieses Typs resultieren aus chemischen Reaktionen, bei denen für Lösungsmittel zugängliche funktionelle Gruppen derivatisiert werden, um löslich machende Gruppen bereitzustellen, die das Farbmittel wasserlöslich machen. Der resultierende makromolekulare Chromophor (MMC) ist wasserlöslich, wobei seine Löslichkeit derjenigen von bekannten kommerziell eingesetzten wasserlöslichen sauren und basischen Farbstoffen ähnelt.
Diese wasserlöslichen schwarzen Chromophore sind aus kommerziell verfügbaren Pigmenten hergestellt, die bei Farbmittelverkäufern, wie z. B. der Cabot Corp. und Orient Chemical, erhältlich sind. Viele Pigmente sind bei der Praktizierung dieser Erfindung nützlich. Die folgenden Pigmente weisen eine Teilliste nützlicher Farbmittel bei dieser Erfindung auf.
Paliogen^® Orange, Heliogen^® Blue L 6901F, Heliogen^® Blue NBD 7010, Heliogen^® Blue K 7090, Heliogen^® Blue L 7101F, Paliogen^® Blue L 6470, Heliogen^® Green K 8683 und Heliogen^® Green L 9140, alle erhältlich bei der BASF Corp.
Die folgenden Pigmente sind bei Cabot erhältlich: Monarch^® 1400, Monarch^® 1300, Monarch^® 1100, Monarch^® 1000, Monarch^® 900, Monarch^® 880, Monarch^® 800 und Monarch^® 700.
Die folgenden Pigmente sind bei Ciga-Geigy verfügbar: Chromophtal^® Yellow 3G, Chromophtal^® Yellow GR, Chromophtal^® Yellow 8G, Igrazin^® Yellow 5GT, Igralite^® Rubine 4BL, Monastral^® Magenta, Monastral^® Scarlet, Monastral^® Violet R, Monastral^® Red B und Monastral^® Violet Maroon B.
Die folgenden Pigmente sind bei Columbian erhältlich: Raven 7000, Raven 5750, Raven 5250, Raven 5000 und Raven 3500. Die folgenden Pigmente sind bei Degussa erhältlich: Color Black FW 200, Color Black FW 2, Color Black FW 2V, Color Black FW 1, Color Black FW 18, Color Black S160, Color Black FW 5170, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A, Special Black 4, Printex U, Printex 140U, Printex V und Printex 140V. Tipure^® R-101 ist bei Dupont erhältlich. Die folgenden Pigmente sind bei Heubach erhältlich: Dalamar^® Yellow YT-858-D und Heucophthal^® Blue G XBT 583D. Die folgenden Pigmente sind bei Hoechst erhältlich: Permanent Yellow GR, Permanent Yellow G, Permanent Yellow NCG-71, Permanent Yellow GG, Hansa Yellow RA, Hansa Brillant Yellow 5GX-02, Hansa Yellow-X, Novoperm^® Yellow HR, Novoperm® Yellow FGL, Hansa Brillant Yellow 10GX, Permanent Yellow G3R-01, Hostaperm^® Yellow H4G, Hostaperm^® Yellow H3G, Hostaperm^® Orange GR, Hostaperm^® Scarlet GO und Permanent Rubine F6B. Die folgenden Pigmente sind bei Mobay erhältlich: Quindo^® Magenta, Indofast^® Brillant Scarlet, Quindo^® Red R6700, Quindo^® Red R6713, Indofast^® Violet. Die folgenden Pigmente sind bei Sun Chem erhältlich: L74-1357 Yellow, L75-1331 Yellow und L75-2577 Yellow.
Wasserlöslichkeitsverleihende Modifizierung – Die MMC hierin werden durch die Zugabe einer oder mehrerer organischer Gruppen modifiziert, die zumindest eine aromatische Gruppe oder eine C1-C12-Alkylgruppe und zumindest eine ionische Gruppe oder ionisierbare Gruppe aufweisen. Die ionisierbare Gruppe ist eine, die sich in ionischen Gruppen in dem wässrigen Medium bildet. Die ionische Gruppe kann anionisch oder kationisch sein. Die aromatischen Gruppen können ferner substituiert oder nicht substituiert sein. Beispiele umfassen Phenyl- oder Naphtylgruppen und die ionische Gruppe ist eine Sulfonsäure-, Sulfinsäure-, Phosphonsäure-, Karbonsäure-, Ammonium-, Quartär-Ammonium- oder Phosphoniumgruppe.
Abhängig von dem ausgewählten Vorgang kann der MMC entweder einen anionischen oder kationischen Charakter aufweisen. Wie anionische Chromophore kommerziell verfügbar sind, sind dieselben üblicherweise Natrium- oder Kalium-Kationen zugeordnet und die Kationenchromophore sind üblicherweise Chlorid- oder Sulfat-Anionen zugeordnet.
Zur Modifizierung ist ein bevorzugtes Verfahren eine Behandlung des Kohleschwarzpigments mit Aryl-Diazonium-Salzen, die zumindest eine saure funktionelle Gruppe enthalten. Beispiele von Aryl-Diazonium-Salzen umfassen diejenigen, die aus Sulfanilsäure, 4-Aminobenzoesäure, 4-Aminosalicylsäure, 7-Amino-4-Hydroxy-2-Naphthylensulfonsäure, Aminophenylborsäure, Aminophenylphosphonsäure und Metanilsäure hergestellt werden.
Ammonium, Quartär-Ammonium-Gruppen, Quartär-Phosphonium-Gruppen und protonierte Amingruppen stellen Beispiel kationischer Gruppen dar, die an die gleichen organischen Gruppen, wie oben erläutert wurde, gebunden sein können.
Siehe US-Patent Nr. 5,707,432; 5,630,868; 5,571,311 und 5,554,739 für eine Erläuterung modifizierter Kohleschwarzpigmente und Verfahren zum Binden der funktionalisierten Gruppen.
Zweite Modifizierung: Zugabe von Pololefingruppen zu MMCs
– Nach einer Modifizierung durch die Zugabe wasserlöslicher funktioneller Gruppen werden die MMCs ferner durch nachfolgende Reaktionen modifiziert, die in dem kovalenten Anbringen von polymerisierbaren Polyolefingruppen, vorzugsweise einer Alkylen-Gruppe, an den MMCs resultieren.
Die funktionellen Gruppen, die als der Ausgangspunkt für eine Polymerisation bei dem MMC wirken, sind die Folgenden:
Der hierin offenbarte und beanspruchte MMC kann insgesamt von etwa 0,001 bis etwa 10 mmol/g kovalent gebundener wasserlöslich machender Gruppen und eines kovalent gebundenen Polymers aufweisen (Das Polymer ist durch eine oder die Vinyl-, (Meth-)Acrylat- oder Styryl-Gruppen, die oben gezeigt sind, kovalent gebunden). Die kovalent gebundene Polymerzusammensetzung besteht aus einem oder mehreren Monomeren (unten gezeigt) in jedem relativen Anteil.
Polymerbindung – Die Verwendung der obigen Chromophore, bei denen die funktionellen Gruppen bereits kovalent an den MMC gebunden sind, ermöglicht es, dass die Polymerreaktion in Wasser stattfinden kann. Die Platzierung der Vinyl-, Acrylat-, Methacrylat-, Acrylamid- oder Methacrylamid-Gruppe(n) an dem MMC erlaubt eine Bindung des Polymers an spezifischen Orten anstelle einer nicht spezifischen Absorption auf der MMC-Oberfläche. Geeignete Polymerisationsvorgänge zur Verwendung bei dieser Erfindung umfassen Lösungs-, Emulsions- oder Suspensionsverfahren. Die Radikalkettenpolymerisation tritt auf der funktionalisierten MMC-Oberfläche auf, um eine Vielzahl von Polyacrylaten, Polymethacrylaten und anderen Homo- oder Copolymeren zu bilden. So sind die Polymere kovalent an den MMC gebunden und nicht bloß dem Farbmittelteilchen durch van der Waals- oder London-Dispersionskräfte zugeordnet. So sind im Gegensatz zu typischen Tinten auf Pigmentbasis die Tintenformulierungen hierin im Wesentlichen frei (weniger als 0,005 Gewichtsprozent) von herkömmlichen Dispersionsmitteln, die eine Wasserlöslichkeit durch ein nicht kovalentes Binden oder anderweitiges Zuordnen zu dem Farbmittelteilchen bereitstellen.
Eines oder mehrere der folgenden Monomere können in jeder Kombination und in jedem Verhältnis zugegeben werden.
Die Polymere hierin können optional Copolymere ungesättigter Verbindungen mit Vinylmonomeren, wie z. B. Acrylaten und Methacrylaten, aufweisen. Diese Verbindung kann oberflächenaktive Eigenschaften anzeigen. Beispiele sind unten aufgelistet.
Um die mechanische Eigenschaft der Polymere zu verbessern, können wahlweise Vernetzungsmonomere in den Polymerketten enthalten sein. Beispiele von di- und polyfunktionellen Vinylmonomeren sind unten gezeigt.
Beispiele bevorzugter Vinylmonomere zur Verwendung hierin umfassen die Folgenden:
Beispiele bevorzugter Vinylmonomere zur Vernetzung umfassen die Folgenden:
Es wird bei den obigen Strukturen angemerkt, dass die verschiedenen Kohlenstoffketten sich auf gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit oder ohne aromatische Moeitäten beziehen können. Ferner würde ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass das optimale Verhältnis eines spezifischen Monomers, insbesondere der Monomere, die zu einer Vernetzung in der Lage sind, die Leistung der Tintenstrahltintenformulierungen beeinflussen könnte. Eine Verwendung hoher Pegel an Vernetzungsmonomeren z. B. kann zu einem Gelieren des MMC führen.
Tintenstrahltintenträgermittel – Die Tintenzusammensetzungen dieser Erfindung weisen die obigen modifizierten MMC-Farbmittel plus ein Trägermittel auf. Für eine Erläuterung von Tinten und ihren Eigenschaften siehe The Printing Manual, 5-te Ausgabe, Leach u.a. (Chapman and Hall, 1993). Siehe auch US-Patente Nr. 2,833,736; 3,607,813; 4,104,061; 4,770,706 und 5,026,755.
Eine typische Formulierung für eine Tinte, die bei der Praktizierung der Erfindung nützlich ist, umfasst den MMC (etwa 0,001 bis 10 Gewichtsprozent), eines oder mehrere Co lösungsmittel (0,01 bis etwa 50 Gewichtsprozent), eines oder mehrere wasserlösliche Oberflächenaktivmittel/Amphiphile (0 bis etwa 40, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent), eines oder mehrere Kolloide mit hohem Molekulargewicht (0 bis etwa 3 Gewichtsprozent) und Wasser (Rest).
Eines oder mehrere Colösungsmittel können zu dem Trägermittel in der Formulierung der Tinte zugegeben werden. Klassen von Colösungsmitteln, die bei der Praktizierung dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Diole, Glykol-Ether, Poly-(Glykol-) Ether, Caprolactame, Formamide, Acetamide und langkettige Alkohole, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele von Verbindungen, die bei der Praktizierung dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen primäre aliphatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, primäre aromatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, sekundäre aliphatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, sekundäre aromatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, 1,2-Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, 1,3-Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, 1,5-Alkohole mit 30 Kohlenstoffatomen oder weniger, Ethylen-Glykol-Alkyl-Ether, Propylen-Glykol-Alkyl-Ether, Poly-(Ethylen-Glykol-)Alkyl-Ether, höhere Homologe von Poly-(Ethylen-Glykol-)Alkyl-Ethern, Poly-(Propylen-Glykol-)Alkyl-Ether, höhere Homologe von Poly-(Propylen-Glykol-)Alkyl-Ethern, N-Alkyl-Caprolactame, nicht substituierte Caprolactame, substituierte Formamide, nicht substituierte Formamide, substituierte Acetamide und nicht substituierte Acetamide, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Spezifische Beispiele von Colösungsmitteln, die bei der Praktizierung dieser Erfindung verwendet werden, umfassen 1,5-Pentandiol, 2-Pyrrolidon, 2-Ethyl-2-Hydroxymethyl-1,3-Propandiol, Diethylen-Glykol, 3-Methoxybutanol und 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Colösungsmittelkonzentration kann von etwa 0,01 bis etwa 50 Gewichtsprozent variieren, wobei etwa 0,1 bis 15 Gewichtsprozent bevorzugt werden.
Wasserlösliche Oberflächenaktivmittel können bei der Formulierung des Trägermittels der Tinte eingesetzt werden. Diese Oberflächenaktivmittel werden als freie Komponenten zu der Tintenformulierung zugegeben und sind anderweitig nicht den hierin beschriebenen Polymeren zugeordnet oder sollen ein Teil derselben werden. Aus Bequemlichkeit sind Beispiele von Oberflächenaktivmitteln in zwei Kategorien unterteilt: (1) nichtionisch und amphoter und (2) ionisch. Die erste Klasse umfasst: TERGITOLs, die Alkyl-Polyethylen-Oxide sind, erhältlich bei Union Carbide; TRITONs, die Alkyl-Phenyl-Polyethylen-Oxid-Oberflächenaktivmittel sind, erhältlich bei Rohm & Haas Co.; BRIJs; PLURONICs (Polyethylen-Oxid-Block-Copolymere) und SURFYNOLs (Acetylen-Polyethylen-Oxide, erhältlich bei Air Products); POE-(Polyethylen-Oxid-)Ester; POE-Diester; POE-Amine; protonierte POE-Amine; POE-Amide und Dimethicon-Copolyole. Ionische Oberflächenaktivmittel, wie z. B. substituierte Aminoxide, sind bei der Praktizierung dieser Erfindung nützlich. Das US-Patent Nr. 5,106,416 offenbart die meisten der oben aufgelisteten Oberflächenaktivmittel vollständiger. Die nichtionischen Amphiphile/Oberflächenaktivmittel werden stärker bevorzugt als die ionischen Oberflächenaktivmittel. Spezifische Beispiele für Amphiphile/Oberflächenaktivmittel, die vorzugsweise bei der Praktizierung dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen Iso-Hexadecyl-Ethylen-Oxid 20, SURFYNOL CT-111, TERGITOL 15-S-7 und Aminoxide, wie z. B. N,N-Dimethyl-N-Dodecyl-Aminoxid, N,N-Dimethyl-N-Tetradecyl-Aminoxid, N,N-Dimethyl-N-Hexadecyl-Aminoxid, N,N-Dimethyl-N-Octadecyl-Aminoxid, N,N-Dimethyl-N-(Z-9-Octadecenyl)-N-Aminoxid. Die Konzentration der Amphiphile/Oberflächenaktivmittel kann von 0 bis 40 Gewichtsprozent variieren, vorzugsweise von etwa 0,1 bis 3 Gewichtsprozent.
Um die optische Dichte weiter zu verbessern, können optional zwischen 0 und etwa 3 Gewichtsprozent eines Kolloids mit hohem Molekulargewicht, das aus natürlichen oder synthetischen Quellen hergeleitet ist, zu der Tintenformulierung zugegeben werden. Die Zugabe eines Kolloids mit hohem Molekulargewicht verbessert die Druckqualität. Beispiele von Kolloiden mit hohem Molekulargewicht, die bei der Praktizierung dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen Alginate, Mannuronsäure, Carageenan, Guaran, Xanthan, Dextran, Chitin, Chitosan, Karboxymethylzellulose, Nitromethylzellulose und alle Derivate derselben. Diese Kolloide sind in dem US-Patent Nr. 5,133,803 „High Molecular Weight Colloids for Bleed Control" (Kolloide mit hohem Molekulargewicht zur Zerfließsteuerung) offenbart. Die bevorzugte Konzentration der Kolloidkomponente mit hohem Molekulargewicht bei den Tinten dieser Erfindung beträgt von etwa 0,1 bis etwa 0,75 Gewichtsprozent.
Konsistent zu den Anforderungen für diese Erfindung können verschiedene Typen von Zusatzstoffen in der Tinte verwendet werden, um die Eigenschaften der Tintenzusammensetzung für spezifische Anwendungen zu optimieren. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet bekannt ist, können z. B. Biozide in der Tintenzusammensetzung eingesetzt werden, um ein Wachstum von Mikroorganismen zu hemmen. Bevorzugte Beispiele von Bioziden umfassen Urarcide^TM und Proxel^TM und NuoCept^TM. Maskierungsmittel, wie z. B. EDTA, können enthalten sein, um nachteilige Effekte von Schwermetallverunreinigungen zu beseitigen, und Pufferlösungen können verwendet werden, um den pH-Wert der Tinte zu steuern. Andere bekannte Zusatzstoffe, wie z. B. Viskositätsmodifizierer und andere Acryl- oder Nichtacryl-Polymere, können zugegeben werden, um verschiedene Eigenschaften der Tintenzusammensetzungen wie erwünscht zu verbessern.
Die Tinten werden durch ein Kombinieren der verschiedenen Komponenten des Trägermittels und ein Mischen derselben mit den MMC-Farbmitteln, wie hierin offenbart, formuliert. Für eine Tintenformulierung, die MMCs verwendet, die Karboxylat-Funktionalitäten aufweisen, beträgt der pH-Wert von et wa 7 bis etwa 12. Für Sulfonat- oder Kationenfunktionalitäten variiert der pH-Wert von etwa 3 bis etwa 12, vorzugsweise beträgt der pH-Wert von etwa 5 bis etwa 9. Die Viskosität der letztendlichen Tintenzusammensetzung beträgt von etwa 0,8 bis etwa 8 cps, vorzugsweise von etwa 0,9 bis etwa 4 cps.
Ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken ist hierin ebenso offenbart. Die Tinten dieser Erfindung können in jedem herkömmlichen Tintenstrahl- oder Bubble-Jet- oder piezoelektrischen Drucker verwendet werden. Vorzugsweise werden die Tinten in thermischen Tintenstrahldruckern eingesetzt. Die Tinte wird üblicherweise in eine Druckerkassette geladen und auf ein Medium gedruckt. Beispiele geeigneter Medien zum Drucken umfassen Papier, Textilien, Holz und Kunststoff.
BEISPIELE
Die MMCs der vorliegenden Erfindung werden üblicherweise in zwei Schritten hergestellt: 1) kovalente Bindung der wasserlöslich machenden Gruppe an kommerziell verfügbare Kohleschwarzpigmente und 2) kovalente Bindung Vinyl-haltiger funktioneller Gruppen. Während der Synthese der MMCs maximiert ein Mischen unter hoher Scherung die Mischeffizienz. Beispiele geeigneter Mischer mit hoher Scherung umfassen Attritoren, Homogenisatoren, Mikroverflüssiger, Spitzdruckventile, Zwei- oder Drei-Rollen-Mühlen und Beschallungsvorrichtungen.
Beispiel I
Ein Reaktionsgefäß wird mit 11,0 g Natrium-Nitrit, 22,0 g Para-Aminobenzoesäure (PABA) und 1200 g Wasser bei 0C beladen. Diazonium-Salz des PABA wird gebildet. Kohleschwarz, Monarch^TM 700, 200 g, wird zu der Lösung zugegeben und reichliche Mengen Stickstoff entwickeln sich aus der Mischung. Die Reaktionsmischung wird bei erhöhter Temperatur konzentriert und getrocknet, um die Reaktion weiter zu treiben. Die resultierende Mischung wird wieder gelöst und durch ein Membranfilter gefiltert, um unreagiertes Kohleschwarz zu entfernen, um eine rohe PABA-behandelte MMC-Lösung mit etwa 15 Gewichtsprozent zu liefern.
Das Diazonium-Salz von 4-Aminostyren wird wie oben aus 3,6 g Aminostyren, 2,1 g Natrium-Nitrit und 150 g Wasser hergestellt. 10 g Ethanol werden zugegeben, um das Diazonium-Salz vollständig zu lösen. Eine Lösung aus PABA-behandeltem MMC wird zu der Diazonium-Salz-Lösung zugegeben und kann unter Mischen 18 Stunden lang reagieren. Die Lösung wird gefiltert, um eine MMC-Lösung mit etwa 11 Gewichtsprozent bereitzustellen. Dieser MMC enthält sowohl Benzoesäure- als auch Styrenfunktionalitäten, die kovalent an das MMC-Teilchen gebunden sind.
Beispiel II
Ein Reaktionsgefäß wird mit 11,4 g Natrium-Nitrat, 28,0 g Sulfanilsäure (SA) und 1200 g Wasser bei 0C beladen. Diazonium-Salz von SA wird gebildet. Kohleschwarz, Monarch^TM 700, 200 g, wird zu der Lösung zugegeben und reichliche Mengen Stickstoff entwickeln sich aus der Mischung. Die Reaktionsmischung wird bei erhöhter Temperatur konzentriert und getrocknet, um die Reaktion weiter zu treiben. Die resultierende Mischung wird erneut gelöst und durch ein Membranfilter gefiltert, um unreagiertes Kohleschwarz zu entfernen, um eine rohe SA-behandelte MMC-Lösung mit etwa 15 Gewichtsprozent zu liefern.
Das Diazonium-Salz von 4-Aminostyren wird so, wie oben beschrieben wurde, aus 3,6 g Aminostyren, 2,1 g Natrium-Nitrit und 150 g Wasser hergestellt. 10 g Ethanol werden zugegeben, um das Diazonium-Salz vollständig zu lösen. Eine Lösung aus SA-behandeltem MMC wird zu der Diazonium-Salz-Lösung zugegeben und kann unter Mischen 18 Stunden lang reagieren. Die Lösung wird gefiltert, um eine MMC-Lösung mit etwa 11 Gewichtsprozent bereitzustellen. Dieser MMC enthält sowohl Benzensulfonsäure- als Styrenfunktionalitäten, die kovalent an das MMC-Teilchen gebunden sind.
Beispiel III
Ein Reaktionsgefäß wird mit 11,4 g Natrium-Nitrat, 28,0 g Sulfanilsäure (SA) und 1200 g Wasser bei 0C beladen. Diazonium-Salz von SA wird gebildet. Kohleschwarz, Monarch^TM 700, 200 g, wird zu der Lösung zugegeben und reichliche Mengen von Stickstoff entwickeln sich aus der Mischung. Die Reaktionsmischung wird bei erhöhter Temperatur konzentriert und getrocknet, um die Reaktion weiter zu treiben. Die resultierende Mischung wird 12 Stunden lang mit Ethanol einer Soxhlet-Extraktion unterzogen, um Ausgangsmaterialien und Reaktionsnebenprodukte zu entfernen. Sie wird dann wieder in Wasser gelöst und gefiltert, um eine Sulfanilsäurebehandelte MMC-Lösung mit etwa 20 Gewichtsprozent zu ergeben.
Das Diazonium-Salz von 4-Aminostyren wird wie oben aus 3,6 g Aminostyren, 2,1 g Natrium-Nitrit und 150 g Wasser hergestellt. 10 g Ethanol werden zugegeben, um das Diazonium-Salz vollständig zu lösen. Eine Lösung aus SA-behandeltem MMC wird zu der Diazonium-Salz-Lösung zugegeben und kann unter Mischen 18 Stunden lang reagieren. Die Lösung wird gefiltert, um eine MMC-Lösung mit etwa 11 Gewichtsprozent bereitzustellen. Dieser MMC enthält sowohl Benzensulfonsäure- als auch Styrenfunktionalitäten, die kovalent an das MMC-Teilchen gebunden sind. Eine Reinigung durch eine Soxhlet-Extraktion macht eine Zugabe höherer Pegel von 4-Aminostyren zu der MMC-Oberfläche möglich.
Beispiel IV
50/50-Gewichtsprozent/Gewichtsprozent-MMC/Polymer (40/40/20 MMA/HA/PEG200-OMeAA) – In einem Reaktionsgefäß werden 30 g entionisierten Wassers bei 90 C unter einer Stickstoffatmosphäre entgast. Eine Mischung aus 28,13 g MMC-Lösung (Beispiel III oben), 2,0 g Methyl-Methacrylat, 2,0 g Hexylacrylat, 1,0 g Polyethylen-Glykol-2000-Monomethyl-Ether-Acrylat in 3,0 g entionisiertem Wasser wird tropfenweise über 20 Minuten zugegeben. Kalium-Persulfat, 0,22 g, wird auf einmal zugegeben. Die Reaktion wird 18 Stunden lang bei 80C beibehalten, wo sie homogen bleibt. Die Mischung wird unter reduziertem Druck konzentriert und mit Azeton einer Soxhlet-Extraktion unterzogen, um ungebundene Polymere zu entfernen. Kleine Mengen des Polymers sind in dem Azeton-Extrakt zu finden (<3 Gewichtsprozent). Das verbleibende Polymer wird mit Styren-Gruppen auf der MMC-Oberfläche polymerisiert.

Das gereinigte Material wird in entionisiertem Wasser wieder gelöst, um eine Lösung mit 10 Gewichtsprozent bereitzustellen. Beispiel V-X

Monomere:	PEG200-OMeAA = Polyethylen-Glykol-2000-Monomethyl-Ether-Acrylat;
MMA =	Methyl-Methacrylat; HA = Hexyl-Acrylat
Initiatoren:	K₂S₂O₈ = Kalium-Persulfat; ACVA = 4,4-Azobis(4-Cyanovaleriansäure); Vazo 88 = Azobis(Cyclohexankarbonitril); AMTA = 2,2-Azobis(2-Methylpropionamidin-)Dihydrochlorid
Kettenübertragungsmittel:	ONV = Iso-Octyl-Mercaptopropionat

Stabilitätsstudie

(a) Eine Lösung mit 3 Gewichtsprozent in entionisiertem Wasser wird 1 Woche lang 60°C ausgesetzt. In keinem Fall ist eine grobe Sedimentierung visuell an der Unterseite des Testrohrs zu beobachten. Die Lösung wird weiter durch Lichtstreuung auf eine Aggregation hin analysiert. Teilchengrößenergebnisse sind unten aufgelistet.
(b) Über 3 Monate bei Raumtemperatur ist keine Veränderung der Teilchengröße oder eine Anzeige einer Abscheidung zu beobachten. Teilchengrößenergebnisse sind unten aufgelistet.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Beinhaltung der oben beschriebenen modifizierten MMCs findet vermutlich in Tinten Anwendung, die beim Tintenstrahldrucker verwendet werden.

Claims

Eine Tintenstrahltintenzusammensetzung, die einen makromolekularen Chromophor aufweist, wobei der makromolekulare Chromophor ein Pigmentteilchen ist, dessen Oberfläche mit zumindest einer wasserlöslichmachenden funktionellen Gruppe und zumindest einem kovalent gebundenen Polymer behandelt wurde, wobei das Polymer kovalent durch eine Gruppe an die Oberfläche des Pigmentteilchens gebunden ist, die aus folgenden ausgewählt ist:
wobei das Polymer Monomere aufweist, die aus folgenden ausgewählt sind:

und Mischungen derselben.
Eine Tintenzusammensetzung gemäß Anspruch 1, bei der die wasserlöslichmachenden funktionellen Gruppen aromatische Gruppen sind, die angebrachte ionisierbare Gruppen aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Carboxylat, Sulfonat, Ammonium, Quartär-Ammonium, Phosphonium und Mischungen derselben besteht.
Eine Tintenzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die wasserlöslichen funktionellen Gruppen und die Polyolefin-Gruppen 0,001 mmol/g bis 10 mmol/g des makromolekularen Chromophors aufweisen.
Eine Tintenzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Polyolefin-Gruppe aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Vinyl, Acrylat, Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid und Mischungen derselben besteht.
Eine Tintenzusammensetzung gemäß Anspruch 1, bei der das Polymer Monomere aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus folgenden besteht:

und Mischungen derselben.
Eine Tintenzusammensetzung zur Verwendung bei einem Tintenstrahldrucken gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen: a) von 0,001 bis 10 Gewichtsprozent des makromolekularen Chromophors, das zumindest eine wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe und zumindest ein kovalent gebundenes Polymer aufweist; b) von 0,01 bis 50 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Colösungsmittel; c) von 0 bis 40 Gewichtsprozent eines oder mehrerer wasserlöslicher oberflächenaktiver Mittel/Amphiphile; und d) von 0 bis 3 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Kolloide mit hohem Molekulargewicht.
Ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken, das ein Drucken einer Tintenstrahltintenzusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auf ein Medium aufweist, die einen makromolekularen Chromophor aufweist, der zumindest eine wasserlöslichmachende funktionelle Gruppe und zumindest ein kovalent gebundenes Polymer aufweist.