ES2910329T3 - Aditivos de tinta para mejorar el tiempo de secado y el rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión - Google Patents
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Abstract
Una tinta de inyección de tinta que comprende: un vehículo de tinta; un éter alquílico C3-8 de dietilenglicol; un primer tensioactivo de fórmula (I); y **(Ver fórmula)** y un segundo tensioactivo diferente del primer tensioactivo, donde: R4 es alquilo C4-20; y R7 se selecciona del grupo formado por: H y CH2OH.
Description
DESCRIPCIÓN
Aditivos de tinta para mejorar el tiempo de secado y el rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión Campo de la invención
Esta invención se refiere a una tinta de inyección de tinta. Se ha desarrollado principalmente para mejorar el tiempo de secado de la tinta impresa en los materiales, al tiempo que mejora el rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión (por ejemplo, el tiempo de decapado).
Antecedentes de la invención
El presente solicitante ha desarrollado una plétora de impresoras de inyección de tinta de alta velocidad que emplean cabezales de impresión Memjet® estacionarios que se extienden a lo ancho del material. Por el contrario, la mayoría de los otros tipos de impresoras de inyección de tinta utilizan un cabezal de impresión de barrido que se extiende a lo ancho del material.
La impresión de alta velocidad de ancho de página impone necesariamente exigencias adicionales al diseño del cabezal de impresión en comparación con los tipos tradicionales de cabezal de inyección de tinta. Los dispositivos de boquilla deben tener un diseño de auto-refrigeración, altas tasas de recarga de tinta y alta eficiencia térmica. Para ello, el solicitante ha desarrollado una gama de cabezales de impresión de formación de burbujas térmicas, incluyendo los que tienen elementos calefactores resistivos suspendidos (como se describe, por ejemplo, en el documento US 6,755,509; US 7,246,886; US 7,401,910; y US 7,658,977) y aquellos con elementos calefactores resistivos incrustados ("adheridos") (como se describe, por ejemplo, en US 7,377,623; US 7,431,431; US 9,950,527; US 9,283,756 y US 9,994,017).
Las tintas de inyección de tinta requieren un equilibrio de propiedades para controlar una serie de características de rendimiento diferentes, como la vida útil del cabezal de impresión, la deshidratación de la boquilla, las tasas de recarga de la boquilla, los tiempos de secado, la calidad de impresión y la durabilidad de la impresión. En los últimos 30 años, los químicos que formulan las tintas han desarrollado un arsenal de "palancas" de formulación para ajustar el rendimiento de las tintas. Por ejemplo, se pueden utilizar cambios en las dispersiones de pigmentos, co-solventes, tensioactivos y otros aditivos de la tinta para controlar su rendimiento. Sin embargo, a menudo los intentos de mejorar una característica de rendimiento mediante un cambio en la formulación de la tinta tienen un efecto perjudicial en otra característica de rendimiento. El objetivo de la formulación de la tinta es, por tanto, proporcionar una tinta que tenga un equilibrio aceptable de propiedades para un caso de uso determinado. El tiempo de secado se refiere al tiempo que tarda la tinta en secarse tras la impresión. El tiempo de secado es especialmente importante en los sistemas de impresión de alta velocidad alimentados por hojas, en los que las hojas de material se apilan unas sobre otras después de la impresión. Además, los mecanismos de alimentación de material en hojas suelen incluir una serie de rodillos para transportar el material a lo largo de una ruta de alimentación de material. El tiempo de secado de la tinta determina, al menos en cierta medida, el diseño del recorrido de alimentación del material y, en particular, la proximidad de los rodillos (por ejemplo, las ruedas de estrella) a continuación de la zona de impresión. Lo ideal es que los rodillos posteriores se coloquen lo más cerca posible de la zona de impresión, para que se pueda controlar al máximo el movimiento del material a través de la zona de impresión. Por otro lado, si los rodillos están demasiado cerca de la zona de impresión, el marcado indeseado del material impreso (las denominadas "marcas de seguimiento") a través de los rodillos resulta problemático si la tinta impresa no se ha secado lo suficiente antes de entrar en contacto con los rodillos posteriores. Por lo tanto, es deseable formular tintas con tiempos de secado mínimos, especialmente para la impresión en soportes brillantes.
Si bien es deseable que las tintas se sequen rápidamente en los materiales después de la impresión, paradójicamente también es deseable que las tintas se sequen con relativa lentitud cuando se encuentran en las boquillas de inyección de tinta del cabezal de impresión. Las boquillas de inyección de tinta cebadas con tinta deben estar preferiblemente preparadas para expulsar una gota de tinta con una trayectoria y velocidad de caída previstas al ser accionadas. Sin embargo, si las boquillas de inyección de tinta no se utilizan durante un período de tiempo, hay una tendencia a que la viscosidad de la tinta dentro de la boquilla aumente a través de la evaporación del agua. El aumento de la viscosidad de la tinta provoca indeseablemente una pérdida de la direccionalidad de la gota y/o de la velocidad de la gota, con la consiguiente pérdida de calidad de impresión. En el peor de los casos, las boquillas de inyección de tinta pueden obstruirse completamente y no expulsar después de un tiempo. Normalmente, las impresoras Memjet® emplean una estrategia de "mantener húmedas las boquillas" para mantenerlas sanas durante la impresión. Si una boquilla concreta no se utiliza durante un periodo de tiempo predeterminado, se le ordena que expulse una salpicadura que se mantenga húmeda, independientemente del contenido real de la imagen que se esté imprimiendo (véase, por ejemplo, US 9,434,156).
Con salpicaduras que mantengan la humedad suficientemente infrecuente en un patrón predeterminado de mantenimiento de humedad, las gotas impresas adicionales, que no forman parte del contenido de la imagen, son
prácticamente indetectables para un ojo humano sin asistencia. Sin embargo, sigue siendo deseable minimizar la frecuencia de las salpicaduras que mantengan la humedad para optimizar la calidad de la impresión. Además, aún es deseable minimizar el tiempo de "decapado" de un cabezal de impresión, que es el tiempo máximo que las boquillas pueden dejarse destapadas sin una intervención externa de mantenimiento. Tal como se utiliza en la presente invención, el rendimiento de deshidratación de un cabezal de impresión se refiere a la frecuencia mínima necesaria de salpicar para mantener la humedad (KWS por sus siglas en inglés) para obtener una calidad de impresión aceptable (según un patrón de prueba estandarizado) y/o el tiempo de decapado del cabezal de impresión; una frecuencia KWS más baja o un tiempo de decapado más largo indican un mejor rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión.
US 6,638,350 describe éteres de glicol, como el éter butílico de dietilenglicol (diglicol butílico) y el éter hexílico de dietilenglicol (diglicol hexílico) para su uso como penetrantes en tintas de inyección de tinta.
US 7,341,985 describe tensioactivos de tioéter adecuados para su uso, entre otros, en revestimientos, tintas, limpiadores de superficies, soluciones de revelado, fluidos para trabajar el metal, formulaciones de abrillantadores, detergentes para ropa, champús, acondicionadores, protectores solares, etc.
Breve descripción de la invención
En un primer aspecto, se proporciona una tinta de inyección que comprende: un vehículo de tinta; un éter alquílico C3-8 de dietilenglicol; un primer tensioactivo de fórmula (I); y
un segundo tensioactivo diferente del primer tensioactivo, donde:
R4 es alquilo C4-20; y
R7 se selecciona del grupo formado por: H y CH2OH (preferiblemente R7 es H).
Las tintas de inyección de tinta según el primer aspecto proporcionan ventajosamente tiempos de secado excelentes, especialmente en soportes brillantes, mientras que al mismo tiempo proporcionan un rendimiento mejorado de deshidratación del cabezal de impresión.
Preferiblemente, el éter de dietilenglicol C3-8 alquilo se selecciona del grupo que consiste en: éter mono-butílico de dietilenglicol, éter mono-pentílico de dietilenglicol y éter mono-hexílico de dietilenglicol.
Preferiblemente, una cantidad de dietilenglicol C3-8 alquil éter está en el rango de a 0,5 a 10% en peso. Preferiblemente, una cantidad de dietilenglicol C3-8 alquil éter es mayor que una cantidad del primer tensioactivo y mayor que una cantidad del segundo tensioactivo. Preferiblemente, una cantidad de dietilenglicol C3-8 alquil éter es mayor que una cantidad combinada del primer y segundo tensioactivos.
Preferiblemente, una tensión superficial de la tinta está en el rango de 27 a 31 mN/m, o preferiblemente de 28 a 30 mN/m.
El segundo tensioactivo puede ser un tensioactivo no iónico o aniónico. Preferiblemente, el segundo tensioactivo se selecciona del grupo que consiste en: tensioactivos de silicona monoalquilados de tipo rastrillo, tensioactivos acetilénicos no iónicos y tensioactivos de sulfosuccinato de di(C4-30 alquilo).
En una realización, el segundo tensioactivo es un compuesto de silicona monoalquilada de tipo rastrillo de fórmula (II):
donde: R3 es una fracción de la fórmula (III):
-(CH2)pO-(C2HO4)q-(C3H6O)rH (III)
b es 1, 2, 3, 4 o 5;
c es 1, 2, 3, 4 o 5;
p es 1, 2, 3, 4 o 5;
q es 0 a 200;
r es 0 a 200; y
q + r es mayor que 1.
Más preferiblemente, q t 0; r t 0. Por ejemplo, q puede ser 1 a 10 y r puede ser 1 a 10.
Preferiblemente, una cantidad del segundo tensioactivo está en el rango de 0,01 a 0,2% en peso o a 0,02 a 0,1% en peso. Por lo general, la cantidad de segundo tensioactivo es igual o inferior 0,1% en peso.
Preferiblemente, una cantidad del primer tensioactivo está en el rango de 0,1 a 2% en peso o 0,2 a 1% en peso. Preferiblemente, una cantidad del primer tensioactivo es mayor que una cantidad del segundo tensioactivo. En algunas realizaciones, una proporción del primer tensioactivo con respecto al segundo tensioactivo está en el intervalo de 2:1 a 20:1 o de 5:1 a 15:1. Normalmente, la proporción es de al menos 5:1.
En una realización preferida, el segundo tensioactivo es de fórmula (IV):
donde:
R5 y R6 se seleccionan cada uno de forma independiente entre C4-30 alquilo (preferiblemente C6-20 alquilo); y M es un metal seleccionado del grupo formado por: Li, Na y K.
En algunas realizaciones, la tinta puede comprender un tercer tensioactivo diferente de los tensioactivos primero y segundo. El tercer tensioactivo no está particularmente limitado y puede, por ejemplo, seleccionarse del grupo que consiste en: tensioactivos de silicona monoalcoxilada de tipo rastrillo, tensioactivos acetilados no iónicos y tensioactivos de sulfosuccinato de di(C4-30 alquilo), como se describe en la presente invención.
Típicamente, una cantidad total combinada del primer y segundo tensioactivos (o del primer, segundo y tercer tensioactivos) está en el rango de 0,05 a 2% en peso, o preferiblemente 0,1 a 1% en peso.
En algunas realizaciones, la tinta comprende un aditivo de durabilidad para mejorar la durabilidad de la impresión (por ejemplo, la resistencia al rayado y/o la solidez al roce). Normalmente, el aditivo de durabilidad está presente en una cantidad que oscila entre el 0.1 y 2% peso. El aditivo de durabilidad puede ser, por ejemplo, una resina polimérica (por ejemplo, resina acrílica) o un compuesto de silicona bisalcoxilada de tipo ABA. Entre los ejemplos del compuesto de silicona bisalcoxilada de tipo ABA se encuentran los compuestos de fórmula (V):
donde:
a es 1, 2, 3,4 o 5; y
R1 y R2 son cada uno de ellos, de forma independiente, una fracción de la fórmula (III) como se ha descrito anteriormente.
Un ejemplo específico de un compuesto de silicona bisalcoxilada de tipo ABA es el aditivo de Dow Corning 8526.
El término "alquilo" se utiliza aquí para referirse a los grupos alquilo en formas rectas y ramificadas, que suelen tener de a 130átomos de carbono. A menos que se indique lo contrario, el grupo alquilo también puede estar interrumpido con 1, 2 o 3 dobles y/o triples enlaces. Sin embargo, el término "alquilo" suele referirse a los grupos alquilo que no tienen interrupciones de doble o triple enlace. El término "alquilo" suele referirse a grupos alquilo acíclicos, pero también puede incluir grupos cicloalquilo.
Tal y como se utiliza en la presente invención, el término "tinta" se refiere a cualquier fluido de impresión, que puede imprimirse desde un cabezal de impresión de inyección de tinta. La tinta puede contener o no un colorante. En consecuencia, el término "tinta" puede incluir tintas convencionales a base de colorantes o pigmentos, tintas infrarrojas, fijadores (por ejemplo, precapas y acabados), fluidos de impresión 3D y similares. Cuando se hace referencia a fluidos o fluidos de impresión, no se pretende limitar el significado de "tinta" en la presente invención. Descripción detallada de la invención
Los presentes inventores buscaron una solución al problema de mejorar las formulaciones de tinta de inyección de tinta para las impresoras de hojas en una gama de medios de impresión. En particular, los presentes inventores buscaban una formulación de tinta que cumpliera con los requisitos paradójicos de excelentes tiempos de secado y excelente rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión.
Inicialmente, se investigaron los efectos de penetrantes conocidos para su eficacia en la reducción de los tiempos de secado. Se comprobó que las formulaciones que incluían un éter monoalquílico de dietilenglicol (por ejemplo, n-butil diglicol) tenían tiempos de secado significativamente menores en comparación con formulaciones similares que carecían de este penetrante. Sin embargo, el rendimiento de la deshidratación del cabezal de impresión parecía ser relativamente pobre y se investigaron paquetes de tensioactivos alternativos para comprobar su eficacia en la reducción del tiempo de secado y la mejora del rendimiento de la deshidratación del cabezal de impresión.
Sorprendentemente, los paquetes de tensioactivos que incluyen un tensioactivo de tioéter de molécula pequeña (p. ej., Dynol™ 360 fabricado por Air Products and Chemicals, Inc.) mejoraron tanto los tiempos de secado como el rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión en comparación con otros tensioactivos. Los paquetes de tensioactivos que incluían un tensioactivo de sulfonato de molécula pequeña adicional (por ejemplo, BYK-3410, fabricado por BYK Japan K.K.) resultaron ser los más eficaces, aunque los paquetes de tensioactivos que contenían tensioactivos adicionales alternativos seguían siendo más eficaces que los que contenían el tensioactivo de tioéter solo.
Sin querer estar limitado por la teoría, se cree que la rápida difusividad o las tasas de migración de los tensioactivos de tioéter no sólo mejoran la penetración de la tinta en los medios de impresión, reduciendo así los tiempos de secado, sino que también ayudan a mantener las boquillas hidratadas en el cabezal de impresión a través de un mecanismo de difusión rápida. La optimización de la tensión superficial de la tinta con un tensioactivo adicional mejora aún más el rendimiento general de la tinta.
Colorante
Las tintas utilizadas en la presente invención son típicamente tintas a base de colorantes o pigmentos, preferiblemente a base de pigmentos.
Los tintes de inyección de tinta serán bien conocidos por el experto en la materia y la presente invención no se limita a ningún tipo particular de tinte. A modo de ejemplo, los colorantes adecuados para su uso en la presente invención incluyen colorantes azoicos (por ejemplo Food Black 2), tintes de complejos metálicos, tintes de naftol, tintes de antraquinona, tintes de índigo, tintes de carbonio, tintes de quinona-imina, tintes de xanteno, tintes de cianina, tintes de quinoleína, tintes de nitro, tintes de nitroso, tintes de benzoquinona, tintes de naftoquinona, tintes de ftalocianina (incluidos los tintes de naftalocianina) y tintes de ftalocianina metálica (incluidos los tintes de naftalocianina metálica, como los descritos en US 7,148,345, cuyo contenido se incorpora aquí por referencia). Ejemplos de tintes adecuados son: CI Direct Black 4, 9, 11, 17, 19, 22, 32, 80, 151, 154, 168, 171, 194 y 195; CI Direct Blue 1, 2, 6, 8, 22, 34, 70, 71, 76, 78, 86, 142, 199, 200, 201, 202, 203, 207, 218, 236 y 287; CI Direct Red 1, 2, 4, 8, 9, 11, 13, 15, 20, 28, 31, 33, 37, 39, 51, 59, 62, 63, 73, 75, 80, 81, 83, 87, 90, 94, 95, 99, 101, 110, 189, 225 y 227; CI Direct Yellow 1, 2, 4, 8, 11, 12, 26, 27, 28, 33, 34, 41, 44, 48, 86, 87, 88, 132, 135, 142 y 144; CI Food Black 1 y 2; CI Acid Black CI Acid Black 1, 2, 7, 16, 24, 26, 28, 31, 48, 52, 63, 107, 112, 118, 119, 121, 172, 194 y 208; CI Acid Blue 1, 7, 9, 15, 22, 23, 27, 29, 40, 43, 55, 59, 62, 78, 80, 81, 90, 102, 104, 111, 185 y 254; CI Acid Yellow 1, 3, 4, 7, 11, 12, 13, 14, 19, 23, 25, 34, 38, 41, 42, 44, 53 ,55, 61, 71, 76 and 79; CI Reactive Blue 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 27, 28, 29, 31, 32, 33, 34, 37, 38, 39, 40, 41, 43, 44 y 46; CI Reactive Red 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 28, 29, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 , 44, 45 , 46, 49, 50, 58, 59, 63, 64, y 180; CI Reactive Yellow 1, 2, 3, 4, 67, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 37 y 42; CI Reactive Black 1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 13, 14 y 18; Pro-Jet® Fast Cyan 2 (Fujifilm
Imaging Colorants); Pro-Jet® Fast Magenta 2 (Fujifilm Imaging Colorants); Pro-Jet® Fast Yellow 2 (Fujifilm Imaging Colorants); y Pro-Jet® Fast Black 2 (Fujifilm Imaging Colorants).
Los pigmentos convencionales adecuados para su uso en la presente invención pueden ser pigmentos inorgánicos o pigmentos orgánicos. Ejemplos de pigmentos convencionales son el negro de humo, el rojo de cadmio, el rojo de molibdeno, el amarillo de cromo, el amarillo de cadmio, el amarillo de titanio, el óxido de cromo, el viridiano, el verde de cobalto de titanio, el azul ultramarino, el azul de prusia, el azul de cobalto, el diketopirrol, la antraquinona, la benzimidazolona, la antrapirimidina pigmentos azoicos, pigmentos de ftalocianina (incluidos los pigmentos de naftilocianina), pigmentos de uinacridona, pigmentos de isoindolinona, pigmentos de dioxazina, pigmentos de indantreno, pigmentos de perileno, pigmentos de perinona, pigmentos de tioíndigo, pigmentos de quinoftalona y pigmentos de complejos metálicos.
Algunos ejemplos de pigmentos adecuados son: Cyan COJ450 (Cabot), D71C y D75C (Diamond Dispersions); Magenta COJ465 (Cabot), D71M, D75M, D71PV19 (Diamond Dispersions), Hostajet Magenta E-PT VP2690 y Hostajet Magenta E5B-PT VP3565 (Clariant); Yellow COJ270 y COJ470 (Cabot), o D71Y, D71Y155, D75Y (Diamond Dispersions) y Hostajet Yellow 4G-PT VP2669 (Clariant); Black CW1, CW2, CW3 (Orient) o COJ200, COJ300, COJ400 (Cabot) o SDP1000, SDP2000 (Sensient), o D71K, D75K, D77K, D80K (Diamond Dispersions) y Hostajet Black OPT (Clariant); Red D71R (Diamond Dispersions); Blue D71B (Diamond Dispersions).
Los pigmentos pueden ser pigmentos autodispersables, como los pigmentos modificados en la superficie. La modificación de la superficie puede realizarse mediante un grupo aniónico, un grupo catiónico o la modificación directa de la superficie del pigmento. Los grupos modificadores de superficie típicos son los grupos carboxilato y sulfonato. Sin embargo, también pueden utilizarse otros grupos modificadores de la superficie, como los grupos aniónicos de fosfato o los grupos catiónicos de amonio.
Ejemplos específicos de dispersiones pigmentarias acuosas modificadas en su superficie son Sensijet® Black SDP-2000, SDP-1000 y SDP-100 (disponibles en Sensient Colors Inc.) y CAB-O-JET® 200, 300, 250C, 260M and 270Y (disponibles en Cabot Corporation).
Alternativamente, los pigmentos pueden ser dispersiones pigmentarias convencionales, que incluyen un dispersante polimérico para encapsular partículas pigmentarias no modificadas. Los ejemplos de dispersiones pigmentarias adecuadas y su preparación se describen, por ejemplo, en US 9,834,694 cuyo contenido se incorpora aquí por referencia.
El tamaño medio de las partículas de pigmento en las tintas de inyección de tinta está opcionalmente en el rango de 50 a 500 nm.
Los pigmentos y los colorantes pueden utilizarse en las tintas de inyección de tinta individualmente o como una combinación de dos o más de ellos.
Vehículo de tinta
Los vehículos de tinta utilizados en la presente invención son típicamente vehículos de tinta acuosos convencionales que comprenden al menos 40 % en peso de agua, al menos 50 % en peso de agua o al menos 60 % en peso de agua. Por lo general, la cantidad de agua presente en la tinta de inyección está en el rango de 40 % en peso a 90 % en peso, u opcionalmente en el rango de 50 % en peso a 70 % en peso.
Las tintas según la presente invención pueden comprender además co-solventes (incluyendo humectantes, penetrantes, agentes humectantes, etc.), tensioactivos, biocidas, agentes secuestrantes, ajustadores de pH, modificadores de viscosidad, etc.
Los co-solventes son típicamente disolventes orgánicos solubles en agua. Los disolventes orgánicos solubles en agua adecuados incluyen alcoholes alquílicos C1-4, como etanol, metanol, butanol, propanol y 2-propanol; glicoles de alquileno, como etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol y tetraetilenglicol; éteres de glicol, como éter monometálico de etilenglicol, éter monoetilico de etilenglicol, éter monobutílico de etilenglicol, acetato de éter monometálico de etilenglicol, éter monometálico de dietilenglicol, éter monoetilico de dietilenglicol, éter mono-npropílico de etilenglicol, éter mono-isopropílico de etilenglicol, éter mono-isopropílico de etilenglicol, éter mono-nbutílico de etilenglicol, éter mono-n-butílico de etilenglicol, éter mono-t-butílico de etilenglicol, éter mono-t-butílico de dietilenglicol, 1-metil-1-metoxibutanol, éter monometílico de propilenglicol, éter monoetílico de propilenglicol, éter mono-t-butílico de propilenglicol, éter mono-n-propílico de propilenglicol, éter mono-isopropílico de propilenglicol, éter monometílico de dipropilenglicol, éter monoetílico de dipropilenglicol, éter mono-n-propílico de dipropilenglicol, éter monoisopropílico de dipropilenglicol, éter mono-n-butílico de propilenglicol y éter mono-nbutílico de dipropilenglicol; formamida, acetamida, dimetilsulfóxido, sorbitol, sorbitán, monoacetato de glicerol, diacetato de glicerol, triacetato de glicerol y sulfolano; o combinaciones de los mismos.
Otros disolventes orgánicos solubles en agua útiles, que pueden utilizarse como co-solventes, incluyen disolventes
polares, tales como 2-pirrolidona, N-metilpirrolidona, -caprolactama, dimetilsulfóxido, morfolina, N- etilmorfolina, 1,3-dimetil2-imidazolidinona y combinaciones de los mismos.
La tinta de inyección de tinta puede contener otro disolvente orgánico soluble en agua de alto punto de ebullición como cosolvente, que puede servir como agente humectante o humectante para impartir retentividad de agua y propiedades de humectación a la composición de tinta. Ejemplos de disolventes orgánicos solubles en agua de alto punto de ebullición son el 2-buteno-1,4-diol, el 2-etil-1,3-hexanediol, el 2-metil-2,4-pentanediol, el éter monometálico de tripropilenglicol, el éter monometálico de dipropilenglicol, el éter monometálico de dipropilenglicol, el éter monometálico de dipropilenglicol, el éter monobutílico de trietilenglicol, éter monoetílico de dietilenglicol, éter monometílico de dietilenglicol, tripropilenglicol, polietilenglicoles con pesos moleculares iguales 2000 o inferiores, 1,3-propilenglicol, isopropilenglicol, isobutilenglicol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, glicerol, trimetilolpropano, eritritol, pentaeritritol y combinaciones de los mismos. Otros agentes humectantes adecuados son los sacáridos (incluidos los monosacáridos, los oligosacáridos y los polisacáridos) y sus derivados (por ejemplo, maltitol, sorbitol, xilitol, sales hialurónicas, ácidos aldónicos, ácidos urónicos, etc.)
La tinta de inyección de tinta también puede contener un penetrante, como uno de los co-solventes, para acelerar la penetración de la tinta acuosa en el medio de grabación. Entre los penetrantes adecuados se encuentran los éteres alquílicos de alcohol polihídrico (éteres de glicol) y/o los 1,2-alkilidoles. Ejemplos de éteres alquílicos de alcohol polihídrico adecuados son el éter monometílico de etilenglicol, el éter monoetilico de etilenglicol, el éter monobutílico de etilenglicol, el acetato de éter monometílico de etilenglicol, el éter monometílico de dietilenglicol, éter monoetílico de etilenglicol, éter mono-n-propílico de etilenglicol, éter monoisopropílico de etilenglicol, éter monoisopropílico de etilenglicol, éter mono-n-butílico de etilenglicol, éter mono-n-butílico de etilenglicol, éter monon-butílico de trietilenglicol, éter mono-t-butílico de etilenglicol, éter mono-t-butílico de dietilenglicol, 1-metil1-metoxibutanol, éter monometílico de propilenglicol, éter monoetílico de propilenglicol, éter mono-t-butílico de propilenglicol, éter mono-n-propílico de propilenglicol, éter monoisopropílico de propilenglicol, éter monometílico de dipropilenglicol, éter monoetílico de dipropilenglicol, éter mono-n-propílico de dipropilenglicol, éter monoisopropílico de dipropilenglicol, éter mono-n-butílico de propilenglicol y éter mono-n-butílico de dipropilenglicol. Ejemplos de 1,2-alkildioles adecuados son el 1,2-pentanediol y el 1,2-hexanediol. El penetrante también puede seleccionarse entre dioles de hidrocarburos de cadena recta, como el 1,3-propanediol, el 1,4-butanediol, el 1,5-pentanediol, el 1,6-hexanediol, el 1,7-heptanediol y el 1,8-octanediol. El glicerol también puede utilizarse como penetrante.
Como se ha anticipado anteriormente, los éteres monoalquílicos de dietilenglicol, como el éter mono-n- butílico de dietilenglicol (n-butil diglicol), se incluyen en el vehículo de tinta desde el punto de vista de la mejora de los tiempos de secado.
Típicamente, la cantidad total de co-solvente presente en la tinta está en el rango de aproximadamente 5% en peso a 60 % en peso, u opcionalmente 10 % en peso a 50 % en peso.
Como se ha anticipado anteriormente, los tensioactivos tioéteres no iónicos, como los de fórmula (I), se incluyen en los vehículos de tinta desde el punto de vista de la mejora de los tiempos de secado y la mejora del rendimiento de deshidratación de las boquillas de inyección de tinta en el cabezal de impresión.
La tinta de inyección de tinta también puede contener uno o más agentes tensioactivos ("tensioactivos"), como un agente tensioactivo aniónico, un agente tensioactivo zwitteriónico, un agente tensioactivo no iónico o mezclas de los mismos. Los agentes tensioactivos aniónicos útiles incluyen tipos de ácidos sulfónicos, como sales de ácido alcanosulfónico, sales de ácido olefinsulfónico, sales de ácido alquilbencenosulfónico, ácidos alquilnaftalenosulfónicos, acilmetiltaurinas y ácidos dialquilsulfosuccínicos; sales de ésteres alquilsulfúricos, aceites sulfatados, olefinas sulfatadas, sales de ésteres sulfúricos de éteres alquílicos polioxilados; tipos de ácidos carboxílicos, por ejemplo, sales de ácidos grasos y sales de alquilsarcosina; y tipos de ésteres de ácido fosfórico, como sales de ésteres alquilfosfóricos, sales de ésteres fosfóricos de éteres de alquilo de polioxietileno y sales de ésteres glicerofosfóricos. Ejemplos específicos de agentes tensioactivos aniónicos son la sal de sodio de di(C6-30 alquil) sulfosuccinato, el dodecilbencenosulfonato de sodio, el laurato de sodio y una sal de amonio de polioxietileno alquil éter sulfato.
Entre los ejemplos de agentes tensioactivos zwitteriónicos se encuentran el óxido de amina N,N-dimetil-N- octilo, el óxido de amina N,N-dimetil-N-dodecilo, el óxido de amina N,N-dimetil-N-tetradecilo, el óxido de amina N,N-dimetil-N-hexadecilo, el óxido de amina N,N-dimetil-Noctadecilo y el óxido N,N-dimetil-N-(Z-9-octadecenilo)-N-amina.
Los ejemplos de agentes tensioactivos no iónicos incluyen tipos de aductos de óxido de etileno, como éteres alquílicos de polioxietileno, éteres alquílicos de polioxietileno, ésteres alquílicos de polioxietileno y alquilamidas de polioxietileno; tipos de ésteres de poliol, como ésteres alquílicos de glicerol, ésteres alquílicos de sorbitán y ésteres alquílicos de azúcar; tipos de poliéteres, como éteres alquílicos de alcohol polihídrico; y tipos de
alcanolamidas, como amidas de ácido graso de alcanolamina. Ejemplos específicos de agentes tensioactivos no iónicos son los éteres, como el éter de polioxietileno nonilfenilo, el éter de polioxietileno octilfenilo, el éter de polioxietileno dodecilfenilo, el éter de polioxietileno alquilalilo, el éter de polioxietileno oleilo, el éter de polioxietileno laurilo y los éteres de polioxialquileno alquilo (por ejemplo, polioxietileno alquiléteres); y ésteres, como el oleato de polioxietileno, el éster de oleato de polioxietileno, el diestearato de polioxietileno, el laurato de sorbitán, el monoestearato de sorbitán, el monooleato de sorbitán, el sesquioleato de sorbitán, el monooleato de polioxietileno y el estearato de polioxietileno.
También pueden utilizarse agentes tensioactivos de acetilenglicol, como el 2,4,7,9-tetrametil-5-decina-4,7-diol; el 2,4,7,9 tetrametil-5-decina-4,7-diol etoxilado; el 3,6-dimetil-4-octina-3,6-diol o el 3,5-dimetil-1-hexina-3-ol. Ejemplos específicos de tensioactivos no iónicos, que pueden utilizarse en la presente invención, son Surfynol® 465 y Surfynol® 440 (disponibles en Air Products and Chemicals, Inc).
Los tensioactivos de silicona alcoxilados de tipo rastrillo también pueden utilizarse en las formulaciones según el primer aspecto. Ejemplos específicos de tensioactivos de silicona etoxilados de tipo rastrillo son BYK-345, BYK-346 y BYK-349 (fabricados por BYK Japan K.K.), así como Silface™ SAG-002, SAG-005, SAG-008, SAG-KB y SAG-503A (fabricados por Nissin Chemical Industry Co. Ltd.).
Los tensioactivos suelen estar presentes en la tinta de inyección acuosa en una cantidad que oscila entre 0,05 % en peso y 2 % en peso o 0,1 % en peso y 1 % peso.
La tinta acuosa de inyección de tinta también puede incluir un ajustador de pH o tampón, como hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio, carbonato de sodio, hidrogenocarbonato de sodio, carbonato de potasio, hidrogenocarbonato de litio fosfato de sodio, fosfato de potasio, fosfato de litio, dihidrogenofosfato de potasio, hidrogenofosfato de dipotasio, oxalato de sodio, oxalato de potasio, oxalato de litio, borato de sodio, tetraborato de sodio, hidrogenoftalato de potasio e hidrogentartrato de potasio; amoníaco; y aminas, como la metilamina, la etilamina, la dietilamina, la trimetilamina, la trietilamina, el clorhidrato de tris(hidroximetil)aminometano, la trietanolamina, la dietanolamina, la triisopropanolamina, la butildieta nolamina, la morfolina, la propanolamina, el ácido 4-morfolinoetanosulfónico y el ácido 4-morfolinopropanosulfónico ("MOPS"). La cantidad de ajustador de pH, cuando está presente, suele estar en el rango de 0,01% a 2 % en peso o 0,05 a 1 % en peso.
La tinta acuosa de inyección de tinta puede incluir también un biocida, como el ácido benzoico, el diclorofeno, el hexaclorofeno, el ácido sórbico, los ésteres hidroxibenzoicos, el deshidroacetato de sodio, la 1,2-bentiazolina-3-ona ("Proxel® GXL", disponible en Arch Chemicals, Inc.), la 3,4-isotiazolina-3-ona o la 4,4-dimetiloxazolidina. La cantidad de biocida, cuando está presente, se encuentra típicamente en el rango de 0,01 a 2% en peso o 0,05 a 1 % en peso.
La tinta acuosa de inyección puede contener también un agente secuestrante, como el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA).
Cabezales de impresión de inyección de tinta
Las tintas de acuerdo con la presente invención son principalmente para su uso en relación con los cabezales de impresión de inyección de tinta térmica, aunque por supuesto pueden ser utilizados en otros tipos de cabezal de impresión. Un tipo ejemplar de cabezal de impresión de inyección de tinta se describe, por ejemplo, en US 9,950,527, US 9,283,756 y US 9,994,017 cuyo contenido se incorpora aquí por referencia.
Sección experimental Prueba de frotamiento por tiempo de secado
Un cuadrado doblado de material no impreso se frota cinco veces a través de una región de tinta impresa de relleno sólido. La apariencia de la superficie frotada comparada con una superficie no frotada se calificó visualmente en varios intervalos después de la impresión como sigue: 0 = imperceptible; 1 = apenas perceptible; 2 = moderadamente perceptible; 3 = muy perceptible; 4 = extremadamente perceptible.
Métodos de prueba de deshidratación de los cabezales de impresión
KWS requerido: Se imprimió un patrón de prueba estándar utilizando un chip de cabezal de impresión Memjet®. Cada boquilla está configurada para disparar salpicaduras de mantenimiento de la humedad (KWS) a una frecuencia predeterminada y el patrón de prueba se analizó para detectar la pérdida de calidad de impresión. El KWS requerido indica una frecuencia a la que se mantiene una calidad de impresión aceptable en el patrón de prueba estándar. Una frecuencia de KWS más alta indica un pobre rendimiento de deshidratación de las boquillas; una frecuencia de KWS más baja indica un buen rendimiento de deshidratación de las boquillas.
Tiempo de decapado: Se utilizó un chip de cabezal de impresión Memjet® para imprimir gotas de tinta y la impresión cesó durante un período predeterminado. Después del período predeterminado, se intentó imprimir desde las boquillas deshidratadas en el chip del cabezal de impresión. Se midió un periodo máximo (tiempo de
decapado) entre las gotas imprimibles. Un tiempo de decapado más corto indica un mal rendimiento de deshidratación de las boquillas; un tiempo de decapado más largo indica un buen rendimiento de deshidratación de las boquillas.
Formulaciones de tinta
Las tintas acuosas a base de pigmentos se formularon como se describe en la Tabla 1 y se filtraron (0,2 micras) antes de su uso. Los componentes de la tinta se muestran en % en peso y todas las tintas contenían 2 ppm de iones de aluminio como nitrato de aluminio.
Se probaron las tintas 1-3 para determinar el tiempo de secado después de la impresión en diferentes soportes brillantes de acuerdo con el protocolo del experimento descrito anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2. Pruebas de tiem o de secado en so ortes brillantes
La adición de n-butil diglicol en la tinta 2 y 3 mejoró drásticamente los tiempos de secado de la tinta en todos los soportes brillantes probados en comparación con una primera tinta de referencia (tinta 1) que no contenía n-butil diglicol.
A continuación, se formularon varias tintas (tintas 4-12) que contenían n-butil diglicol y diferentes paquetes de tensioactivos para evaluar los efectos de los diferentes paquetes de tensioactivos en los tiempos de secado. La Tabla 3 muestra varias tintas formuladas con diferentes paquetes de tensioactivos.
T l . F rm l i n in n n i iv l rn iv
Las tintas 4-12 se sometieron a pruebas de tiempos de secado después de la impresión en soportes brillantes según el protocolo del experimento descrito anteriormente. Las tintas 4-14 se compararon con una segunda tinta de referencia (tinta 2) y los resultados se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4. Pruebas de tiempo de secado en soportes brillantes para formulaciones de tinta que contienen paquetes de tensioactivos alternativos
Las tintas 9, 10 y 12 fueron las formulaciones más destacadas, con excelentes tiempos de secado en soportes brillantes y, notablemente, mejores tiempos de secado en comparación con la segunda formulación de referencia
(tinta 2). Las tintas 9, 10 y 12 contenían Dynol™ 360 y un segundo tensioactivo (SAG-KB™ o BYK-3410™), siendo la tinta 12 la que produjo los mejores resultados de tiempo de secado en general. Las tintas que contenían sólo Dynol™ 360 (Tinta 5) o sólo BYK-3410 (Tinta 11) tuvieron un rendimiento relativamente bajo en comparación con la formulación de referencia (Tinta 2). Las tintas 4, 6, 7 y 8 que contienen tensioactivos alternativos tuvieron todos un rendimiento relativamente pobre en comparación con la segunda formulación de referencia (Tinta 2).
Las mejores tintas candidatas (Tintas 9 y 12) junto con la segunda formulación de referencia (Tinta 2) fueron llevadas a las pruebas de deshidratación del cabezal de impresión. Los resultados se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5. Rendimiento de deshidratación del cabezal de im resión de las tintas candidatas
Sorprendentemente, las tintas 9 y 13 superaron significativamente a la tinta en las pruebas de deshidratación del cabezal de impresión, requiriendo una frecuencia de salpicadura de mantenimiento de la humedad (KWS) mucho menor y mostrando un tiempo de decapado significativamente mayor (4 veces el tiempo de decapado en comparación con la tinta 2). Por lo tanto, se concluyó que las tintas que contienen la combinación sinérgica de un éter monoalquílico de dietilenglicol, un primer tensioactivo no iónico de tioéter y un segundo tensioactivo proporcionan las características únicas de excelentes tiempos de secado y un excelente rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión. Con un dialquil sulfosuccinato como segundo tensioactivo, la formulación de la tinta se optimizó en términos de tiempo de secado y rendimiento de deshidratación del cabezal de impresión.
Claims (13)
1. Una tinta de inyección de tinta que comprende:
un vehículo de tinta;
un éter alquílico C3-8 de dietilenglicol;
un primer tensioactivo de fórmula (I); y
y
un segundo tensioactivo diferente del primer tensioactivo,
donde:
R4 es alquilo C4-20; y
R7 se selecciona del grupo formado por: H y CH2OH.
2. La tinta de inyección de tinta según reivindicación 1, donde una tensión superficial de la tinta está en el rango de 27 a 31 mN/m.
3. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde el segundo tensioactivo se selecciona del grupo que consiste en: tensioactivos de silicona monoalquilados de tipo rastrillo, tensioactivos acetilados no iónicos y tensioactivos de sulfosuccinato de di(C4-30 alquil).
4. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde una cantidad del segundo tensioactivo está en el rango de a 0,01 a 0.2% en peso.
5. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde una cantidad del primer tensioactivo está en el rango de a 0,1 a 1% en peso.
6. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde el primer tensioactivo está presente en una mayor cantidad que el segundo tensioactivo.
7. La tinta de inyección de tinta según reivindicación 1, donde el segundo tensioactivo es un compuesto de silicona monoalquilada de tipo rastrillo de fórmula (II):
donde:
R3 es una fracción de la fórmula (III):
-(CH2)pO-(C2H4O)q-(C3H6O)rH (MI)
b es 1, 2, 3, 4 o 5;
c es 1, 2, 3, 4 o 5;
p es 1, 2, 3, 4 o 5;
q es 0 a 200;
r es 0 a 200; y
q + r es mayor que 1.
8. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde el segundo tensioactivo es de fórmula (IV):
donde:
R5 y R6 se seleccionan cada uno de forma independiente entre C4-30 alquilo; y M es un metal seleccionado del grupo formado por: Li, Na y K.
9. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde la tinta comprende un aditivo de durabilidad seleccionado del grupo que consiste en: resinas poliméricas y un compuesto de silicona bisalcoxilada de tipo ABA
10. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde el vehículo de tinta comprende agua y uno o más co-solventes.
11. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 10, donde los co-solventes incluyen al menos uno seleccionado del grupo que consiste en: éteres de glicol y/o 1,2-alkilidoles.
12. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 10, donde los co-solventes incluyen al menos uno de los siguientes: trietilenglicol y glicerol.
13. La tinta de inyección de tinta según la reivindicación 1, donde una cantidad total combinada de los primeros y segundos tensioactivos está en el rango de 0,05 a 2% en peso.
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