ES2303145T3 - Composiciones de tinta para chorro de tinta. - Google Patents
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Abstract
Una composición de tinta, que comprende un medio líquido, un colorante y al menos 0,1% en peso de la tinta de un material anfífilo que tiene la fórmula XQnR''-Y-R en la cual X representa una funcionalidad hidroxi o amino; Q representa una unidad recurrente hidrófila de óxido de etileno u óxido de propileno, en la que n>4; R'' representa una funcionalidad alquilo C1 a C6; Y representa oxígeno, nitrógeno o azufre; y R representa un grupo alquilo, arilo, alquil-arilo o alquenilo.
Description
Composiciones de tinta para chorro de tinta.
Esta invención se refiere a tintas para chorro
de tinta. En particular, la invención se refiere a tintas que tienen
una capacidad mejorada de suministro por chorro con la adición de
tensioactivos específicos, que incluyen mercaptanos etoxilados.
La impresión por chorro de tinta es una técnica
bien establecida para aplicar una tinta a un sustrato para formar
una imagen, en la que no hay contacto físico entre la parte
funcional de la impresora desde la que se aplica la tinta y el
sustrato sobre el que es depositada la tinta. La tinta es aplicada
en la forma de micro-gotitas, que son proyectadas
por medios bien conocidos a través de pequeñas boquillas en el
cabezal de impresión sobre el sustrato.
Las tintas para chorro de tinta contienen
colorantes que son solubles en el vehículo para tintas (tintes) o
materias colorantes que son insolubles en el vehículo para tintas
(pigmentos o tintes dispersados). Un problema común asociado con los
colorantes insolubles es que a lo largo del tiempo se pueden
producir aumentos del tamaño de partículas dando lugar a
características disminuidas del suministro por chorro. Un problema
adicional cuando se suministran por chorro colorante insoluble es el
atascamiento de la boquilla de suministro del chorro a lo largo del
tiempo, dando lugar a gotitas mal dirigidas o a una pérdida total de
la eyección de las gotitas. Esto es especialmente problemático
cuando las tintas son formuladas con aglutinantes u otros
polímeros.
La patente de EE.UU. 5.698.016 describe
composiciones útiles como dispersiones y tintas, hechas de un ion
anfífilo y un producto carbonado modificado que tiene grupos
orgánicos unidos al mismo, en el que los grupos orgánicos y los
iones anfífilos tienen cargas opuestas. La etapa intermedia de unir
los grupos orgánicos al átomo de carbono es necesaria para
proporcionar una capacidad de dispersión en agua. No se describe la
estabilización de una amplia gama de composiciones de tintas.
La solicitud de patente europea 0978546 A1
describe composiciones de tintas que comprenden una combinación de
una sal carboxilato de amonio y uno o más tensioactivos,
preferentemente tensioactivos etoxilados no iónicos, tensioactivos
hidroxilados o alcoxilados de poli(óxido de etileno) acetilénico o
ésteres fosfato aniónicos. No se describe la capacidad para
conseguir una estabilidad con estos tensioactivos sin un carboxilato
de amonio presente.
El documento US 6.255.383 (D1) describe una
composición de tinta que comprende agua y un tensioactivo basado en
una de tres fórmulas:
- (I)
- un tensioactivo de copolímero de bloques de OE-OP-OE no iónico;
- (II)
- Una etilendiamina sustituida con óxido de alquileno;
- (III)
- un tensioactivo de copolímero de bloques de OE-OP-OE no iónico sin sustitución alquílica.
Ninguno de los tensioactivos descritos para ser
usados en esta técnica anterior contiene los grupos R', Y y R
esenciales para la presente invención.
El documento EP 0974627 (D2) describe
composiciones de tintas que contienen tensioactivo no iónico a
niveles de 0,1-20%. Sin embargo, los tensioactivos
reales descritos en el documento D2 son bastante diferentes de los
expuestos por la presente invención. En particular, los
tensioactivos descritos en el documento D2 carecen de los grupos X y
R' esenciales para la presente invención.
El documento EP 9047330 (D3) describe una lista
genérica de tensioactivos adecuados, sin embargo, no es posible
determinar su estructura precisa. En los ejemplos específicos, se
describen composiciones de tintas que comprenden un aducto de
acetilenglicol-OE como el tensioactivo, sin embargo,
este compuesto carece de los grupos R', Y y R esenciales para la
presente invención.
El problema abordado por la presente invención
es proporcionar una tinta para chorro de tinta acuoso que tenga una
capacidad mejorada de suministro de chorro en impresoras de chorro
de tinta, sin depender de múltiples mecanismos de estabilización
para conseguir las propiedades deseadas.
Otro problema abordado por la presente invención
es proporcionar un chorro de tinta acuoso que tenga una capacidad
mejorada de suministro de chorro para cualquier tinta estable.
La presente invención proporciona una
composición de tinta que comprende un medio líquido, un colorante y
al menos 0,1% en peso de la tinta de un material anfífilo que tiene
la fórmula XQ_{n}R'-Y-R en la que
X representa una funcionalidad hidroxilo o amino; Q representa una
unidad recurrente hidrófila de óxido de etileno u óxido de
propileno, en la que n>4; R' represente una funcionalidad alquilo
C_{1} a C_{6}; Y representa oxígeno, nitrógeno o azufre y R
representa un grupo alquilo, arilo, alquil-arilo o
alquenilo.
\newpage
La composición de tinta puede comprender
adicionalmente un segundo material anfífilo para mejorar la
estabilidad de la tinta, teniendo el segundo material anfífilo la
fórmula R-O-Q_{n}A^{-}M^{+} en
la que R representa un grupo alquilo, arilo,
alquil-arilo o alquenilo; Q representa una unidad
recurrente hidrófila de óxido de etileno u óxido de propileno, en la
que n>4; A^{-} representa un grupo sulfato, sulfonato o fosfato
y M^{+} representa un catión como potasio, sodio, litio o
amonio.
Los materiales anfífilos útiles de fórmula
XQ_{n}R'-Y-R incluyen, sin
limitación, etoxilatos de alquil- aril- o
alquenil-mercaptanos, como los tensioactivos de
marca Alcodet® HSC, Alcodet® MC, Alcodet® 260 y Alcodet® 218 de la
empresa Rhodia, ubicada en Francia, o etoxilatos de
alquil-fenol como los tensioactivos de marca
Rhodafac® RM-510 y Rhodafac® RM-710
de la empresa Rhodia, ubicada en Francia.
Los materiales anfífilos útiles de fórmula
R-O-Q_{n}-A^{-}M^{+}
incluyen, sin limitación, las sales de sodio de alcohol
graso-éter-sulfatos y sales de sodio de
alquil-fenil-éter-sulfatos, como
laureth-sulfato de sodio y los tensioactivos
Sinponil® FES y Disponil® AES proporcionados por la empresa Cognis.
Los materiales anfífilos adicionales de fórmula
R-O-Q_{n}-A^{-}M^{+}
incluyen, sin limitación, alquil-, aril- o
alquenil-éter-fosfatos; alquil-, aril- o
alquenil-éter-sulfatos y sales de los que anteceden,
incluidas sales de sodio, potasio, amonio y litio; y sus
combinaciones.
Las composiciones de tintas para chorro de tinta
incluyen un medio líquido, un colorante y componentes estabilizantes
adicionales. El medio líquido normalmente es predominantemente agua,
preferentemente agua desionizada. La composición de tinta para
chorro de tinta incluye un colorante que puede ser un pigmento o
tinte. El pigmento puede ser un pigmento orgánico o un pigmento
inorgánico. "Pigmento orgánico" significa un pigmento que es
predominantemente un compuesto orgánico o una mezcla de compuestos
orgánicos, incluido negro de carbón.
Los pigmentos orgánicos adecuados incluyen, por
ejemplo, antraquinonas modificadas o sin modificar en la superficie,
azules de ftalocianina, verdes de ftalocianina, compuestos
diazoicos, monoazoicos, amarillos heterocíclicos, pirantronas,
pigmentos de quinacridonas, pigmentos de dioxazinas, índigo,
pigmentos de tioíndigo, pigmentos de perinona, pigmentos de
perileno, isoindoleno, partículas de polímeros que tienen al menos
un espacio vacío y similares. Negro de carbón es el nombre genérico
para partículas de carbón de pequeño tamaño de partículas formadas
en la fase gaseosa mediante la descomposición térmica de
hidrocarburos e incluye, por ejemplo, materiales conocidos en la
técnica como negro de horno, negro de humo, negro de canal o negro
de acetileno. El negro de carbón abarca adicionalmente negro carbón
tratado, modificado y oxidado.
Los pigmentos inorgánicos adecuados incluyen,
por ejemplo, dióxido de titanio, óxido de hierro y otros polvos
metálicos. Generalmente, la cantidad de pigmento(s) usada es
menor que 20%, preferentemente 3-8%, más
preferentemente 2-6% en peso basado en el peso total
de la tinta. La composición de tinta de la presente invención
incluye preferentemente el polímero en emulsión a un nivel de 0,1 a
25%, más preferentemente 1 a 20% en peso basado en el peso total de
la composición de tinta. La composición de tinta puede incluir
también materiales miscibles o solubles en agua como polímeros,
humectantes, dispersantes, penetrantes, agentes quelantes,
co-disolventes, antiespumantes, tampones, biocidas,
fungicidas, modificadores de la viscosidad, bactericidas,
tensioactivos, agentes anti-rizado, agentes
anti-corrimiento y modificadores de la tensión
superficial, todo como es conocido en la técnica. Los humectantes
útiles incluyen etilenglicol, 1,3-propanodiol,
1,4-butanodiol,
1,4-diclohexanodimetianol,
1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol,
1,8-octanodiol,
1-2-propanodiol,
1,2-butanodiol,
1-3-butanodiol,
2,3-bunodiol, dietilenglicol, trietilenglicol,
tetraetilenglicol, polietilenglicol con un peso molecular medio de
200, 300, 400, 600, 900, 1000, 1500 y 2000, dipropilenglicol,
polipropilenglicol con un peso molecular medio de 425, 725, 1000 y
2000, 2-pirrolidona,
1-metil-2-pirrolidona,
1-metil-2-piperidona,
N-etilacetamida,
N-metilpropionamida,
N-acetil-etanolamina,
N-metilacetamida, formamida,
2-amino-1,2-propanodiol,
2,2-tiodietanol, 3,3-tiodipropanol,
tetrametileno-sulfona,
butadieno-sulfona, carbonato de etileno,
butirolacetona, alcohol tetrahidrofururílico, glicerol,
1,2,4-butanotriol, trimetilpropano, pantotenol,
Liponic EG-1. Los humectantes preferidos son
polietilenglicol con un peso molecular medio de 400 a 1000,
2-pirrolidona, 2,2-tiodietanol y
1,5-pentanodiol. Los penetrantes preferidos incluyen
n-propanol, alcohol isopropílico,
1,3-proanodiol, 1,2-hexanodiol y
hexil-carbitol.
La cantidad de humectante usado se determina
mediante las propiedades de la tinta y puede variar en el intervalo
de 1-30%, preferentemente 5-15 en
peso, basado en el peso total de la tinta. Ejemplos de humectantes
comúnmente usados útiles para formar la tinta son: glicoles,
polietilenglicoles, glicero, etanolamina, dietanolamina, alcoholes y
pirrolidonas. Pueden ser usados también otros humectantes conocidos
en la técnica.
El uso de penetrantes adecuados dependerá de la
aplicación específica de la tinta. Ejemplos útiles incluyen
pirrolidona y
N-metil-2-pirrolidona.
En una realización preferida en una composición de tinta para chorro
de tinta contiene más de 20%, sobre una base de equivalentes, de una
funcionalidad hidroxi, amino o tiol con relación a la funcionalidad
hidroxi del polímero emulsión, estando presente la funcionalidad
hidroxi, amino o tiol, por ejemplo, en penetrantes, humectantes,
tensioactivos, etc. de forma que estos ingredientes tengan un punto
de ebullición de menos de 220ºC, preferentemente menos de 200ºC.
La cantidad de agente antiespumante en la tinta
variará normalmente entre 0-0,5% en peso, basado en
el peso total de la tinta. Los agentes antiespumantes útiles para
formar dispersiones acuosas de pigmentos son bien conocidos en la
técnica y están disponibles en el comercio, y ejemplos incluyen
Surfynol 104H y Surfynol DF-37 (Air Products,
Allentown, PA).
En las realizaciones en las que se incluye
metilol-acrilamida o
metilol-metacrilamida en el copolímero, se incluye
en la composición de revestimiento un catalizador que es una fuente
latente de acidez, es decir, un compuesto eficaz para rebajar el pH
de la composición de revestimiento bajo las condiciones de secado y
curado descritas con posterioridad, preferentemente en una cantidad
eficaz para proporcionar una composición de revestimiento que tenga
un pH de aproximadamente 1 a aproximadamente 4.
El catalizador, que puede ser usado a un nivel
de 0 a 10%, preferentemente 0,1% a 10%, más preferentemente 0,5% a
6%, lo más preferentemente 3% a 6% en peso basado en el peso de la
composición de tinta incluye, por ejemplo, cloruro de amonio,
nitrato de amonio, citrato de amonio, fosfato de diamonio, cloruro
de magnesio, sales de aminas de ácido
p-tolueno-sulfónico y sus
mezclas.
Las composiciones de tintas de la presente
invención pueden ser preparadas mediante cualquier método conocido
en la técnica para preparar estas composiciones, por ejemplo, por
mezcladura, agitación o agitando los ingredientes conjuntamente
usando cualquier técnica reconocida en el estado de la técnica para
formar una tinta acuosa. El procedimiento para la preparación de la
composición de tinta de la presente invención no es crítico excepto
hasta la medida en que la composición de tinta sea homogénea.
La composición de tinta de la presente invención
es aplicada mediante una de las técnicas de chorro de tinta
conocidas en el estado de la técnica usando, por ejemplo, impresoras
de chorro térmicas o de burbujas, impresoras piezoeléctricas,
impresoras de flujo continuo, impresoras de chorro de cepillos o
válvulas, a un sustrato. Los sustratos preferidos son telas, tejidas
o no tejidas, que pueden estar formadas a partir de fibras adecuadas
como, por ejemplo, algodón, poliéster, aramida, seda, acrílicas,
lana, rayón, nilón, poliamida y vidrio. Puede ser usado cualquier
sustrato adecuado, incluido papel, vinilo, cuero y poliéster. La
composición de tinta puede ser curada también después de la
aplicación, es decir, secada y reticulada, a unos valores
seleccionados de tiempo y temperatura, siendo típicos tiempos de 1
segundo a 10 minutos y temperaturas de 60ºC a 300ºC. Debe
entenderse que ordinariamente los tiempos de curado más cortos
requerirán temperaturas superiores para efectuar el curado. El
curado puede ser efectuado mediante combinaciones de energía térmica
y de radiación, como microondas o radiación infrarroja.
La capacidad de aplicar un chorro o la capacidad
de suministro por chorro de una tinta se demuestra como un aumento
en el tiempo de aplicación del chorro sin una dirección incorrecta
ni atascos de las boquillas de chorro de tinta. La capacidad de
suministro de chorro se realiza imprimiendo una tela de algodón
continuamente con una impresora Model JF-0604
fabricada por la empresa Mimaki Engineering Company, Ltd., Japón,
hasta que se observan chorros atascados o gotitas incorrectamente
dirigidas.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos de la
invención.
Las composiciones de tinta mostradas en las
Tablas 1 y 3 se preparan combinando todos los ingredientes
conjuntamente excepto el aglutinante y las dispersiones de
pigmentos. El valor del pH de la mezcla se ajusta para que sea 8 a
8,5 usando hidróxido de amonio al 14%. Seguidamente se añade la
emulsión de aglutinante a la mezcla gradualmente mientras se agita.
Se añade la dispersión de pigmento después de la mezcla anterior
gradualmente mientras se agita. El pH final de las tintas se ajusta
para que sea 8,5 usando hidróxido de amonio al 14%. Las tintas
finales se filtran usando un filtro de fibra de vidrio de 1
micrómetro (fabricado por Pall Corporation, Ann Arbor, MI 48103,
EE.UU.). La viscosidad se mide usando un viscosímetro Brookfield
(fabricado por Brookfield Eng Labs Inc., Stoughton, MA 02072,
EE.UU.) a 30 rpm con adaptador y husillo ultra-bajo
(UL). La tensión superficial se mide usando un tensiómetro 20 de
superficies Fisher Scientific (fabricado por Fisher Scientific,
EE.UU.).
La estabilidad y la vida en almacenamiento son
valoradas mediante envejecimiento en calor a 60ºC y haciendo
mediciones de los tamaños de partículas. El tamaño de partículas
inicial se mide después de que la tinta es filtrada antes de
cualquier envejecimiento con calor y a tiempos específicos de
envejecimiento en calor a 60ºC. Las mediciones de los tamaños de
partículas se hacen usando un analizador del tamaño de partículas
Microtrac UPA 150 (fabricado por la empresa Microtrac Inc.
Montgomeryville, PA 18936).
Las muestras 1 y 2 son muestras
comparativas.
AcryJet® es una marca registrada de la empresa
Rohm and Haas Company, Filadelfia, PA, EE.UU. DS-4
es un tensioactivo de
alquil-aril-sulfonato comercializado
bajo la marca registrada Rhodocal® DS-4 de la
empresa Rhodia, Francia. SLS es lauril-sulfato de
sodio comercializado bajo la marca registrada Polystep®
S-1 de la empresa Stepan Company, Northfield, IL,
EE.U. Los productos de la marca FES con proporcionados por la
empresa Cognis.
Las muestras F3-F6 exhiben una
estabilidad mejorada en comparación con las muestras
F1-F2.
Las muestras 7 y 8 son muestras
comparativas.
Alcodet® SK es un etoxilato de
alquil-mercaptano (8 OE) de la empresa Rhodia,
ubicada en Francia.
Las muestras de tintas 3-6
exhiben una excelente estabilidad con bastante capacidad de
suministro de chorro. Las muestras de tintas 9-13
exhiben una excelente estabilidad y excelente capacidad de
suministro de chorro.
Las composiciones de tintas mostradas en la
Tabla 5 se preparan combinando la totalidad de los ingredientes
conjuntamente excepto el aglutinante y las dispersiones de
pigmentos. el valor del pH de la mezcla se ajusta de 8 a 8,5 usando
hidróxido de amonio al 14%. Seguidamente se añade la emulsión de
aglutinante a la mezcla gradualmente mientras se agita. El pH final
de las tintas se ajusta para que sea 8,5 usando hidróxido de amonio
al 14%. Las tintas finales de filtran usando un filtro de fibra de
vidrio de 1 micrómetro (fabricado por la empresa Pall Corporation,
Ann Arbor, MI 48103, EE.UU.). La viscosidad se mide usando un
viscosímetro Brookfield (fabricado por la empresa Brookfield Eng.
Labs Inc., Stoughton, MA 02072, EE.UU.) a 30 rpm con adaptador y
husillo ultra-bajo (UL). La tensión superficial se
mide usando un tensiómetro de superficies Fisher Scientific
(fabricado por la empresa Fisher Scientific, EE.UU.).
Cab-O-Jet® es
una marca registrada de la empresa Cabot Corporation, Billerica, MA
EE.UU. Las muestras 14 y 17 son muestras comparativas. Las muestras
de tintas 15, 16, 18 y 19 exhibirán una capacidad mejorada de
suministro de chorro frente a las muestras de tintas 14 y 17.
Claims (8)
1. Una composición de tinta, que comprende un
medio líoquido, un colorante y al menos 0,1% en peso de la tinta de
un material anfífilo que tiene la fórmula
XQ_{n}R'-Y-R
en la
cual
- X
- representa una funcionalidad hidroxi o amino;
- Q
- representa una unidad recurrente hidrófila de óxido de etileno u óxido de propileno, en la que n>4;
- R'
- representa una funcionalidad alquilo C_{1} a C_{6};
- Y
- representa oxígeno, nitrógeno o azufre; y
- R
- representa un grupo alquilo, arilo, alquil-arilo o alquenilo.
2. La composición de tinta de la reivindicación
1, en la que el material anfífilo es una o más composiciones
seleccionadas entre el grupo de (a) etoxilatos de alquil-, aril-,
alquil-aril- o alquenil-mercaptano y
(b) etoxilatos de alquil-fenol.
3. La composición de tinta de la reivindicación
1, que comprende adicionalmente al menos 0,1% en peso de la tinta de
un segundo material afifílico, teniendo el segundo material anfífilo
la fórmula
R-O-Q_{n}-A^{-}-M^{+}
en la
cual
- R
- representa un grupo alquilo, arilo, alquil-arilo o alquenilo;
- Q
- representa una unidad recurrente hidrófila de óxido de etileno u óxido de propileno, en la que n>4;
- A^{-}
- representa un grupo sulfato, sulfonato o fosfato; y
- M^{+}
- representa un catión como potasio, sodio, litio o amonio.
4. La composición de tinta de la reivindicación
3, en la que el segundo material anfífilo es una o más composiciones
seleccionadas entre el grupo de (a) alquil-, aril-,
alquil-aril- o
alquenil-éter-fosfatos y sus sales, incluidas las
sales de sodio, potasio, amonio y litio; y (b) alquil-, aril-
alquil-aril- o
alquenil-éter-sulfatos y sus sales, incluidas las
sales de sodio, potasio, amonio y litio.
5. La composición de tinta de la reivindicación
3, en la que el colorante es un negro de carbón modificado con
grupos orgánicos unidos covalentemente a la misma y el segundo
material anfífilo tiene la misma carga que el negro de carbón
modificado.
6. La composición de tinta según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en la que el colorante es un pigmento o
tinte.
7. La composición de tinta según las
reivindicaciones 3 a 6 en la que n \geq 11.
8. La composición de tinta según las
reivindicaciones 3 a 6, en la que n \geq 30.
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