ITTO20001193A1

ITTO20001193A1 - Inchiostro per stampa termica a getto d'inchiostro con elevate prestazioni ad alte frequenze di eiezione.

Info

Publication number: ITTO20001193A1
Application number: IT2000TO001193A
Authority: IT
Inventors: Luigina Gino; Alessandra Pistagna
Original assignee: Olivetti Lexikon Spa
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-06-20
Also published as: WO2002050198A1; US7160373B2; EP1363978B1; US20050204954A1; US6926766B2; IT1320863B1; AU2002226672A1; ITTO20001193A0; US20040046846A1; EP1363978A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

“Inchiostro per stampa termica a getto d’inchiostro con elevate prestazioni ad alte frequenze di eiezione”,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Area tecnologica del'invenzione - La presente invenzione riguarda un inchiostro per stampa termica a getto d'inchiostro: in tale tecnologia viene formata un'immagine su un supporto fisico (ad esempio carta) mediante la deposizione di goccioline d’inchiostro emesse dagli ugelli di una testina di stampa; in particolare l’invenzione fa riferimento alla componente tensioattiva dell'inchiostro.

Presupposti tecnici - La tecnologia di stampa a getto d’inchiostro è ben nota nella tecnica e descritta in numerosi brevetti e pubblicazioni.

In breve, la stampa a getto d’inchiostro si basa sull’eiezione di gocce d'inchiostro da una testina; la diversa natura della modalità di eiezione della goccia diversifica le stampanti a getto d’inchiostro termico da quelle di tipo piezoelettrico.

La tecnologia di stampa termica a getto d’inchiostro è identificata con l’acronimo TIJ - Thermal Ink Jet - ed è quella cui fa riferimento la presente invenzione.

In figura 1 viene rappresentata una sezione di un gruppo eiettore 55 di una testina a getto d’inchiostro di tipo termico dove sono indicati:

- un serbatoio 103 (in genere una spugna), collegato attraverso un’asola 102 al gruppo eiettore 55, che contiene del l'inchiostro 142;

- Un condotto 53;

- una camera 57 posizionata in corrispondenza di un resistore 27;

- un ugello 56;

- delle frecce 52, che evidenziano la direzione del moto prevalente dell'inchiostro 142 dal serbatoio 103 all’ugello 56;

- una piastrina ugelli 106 costituita solitamente ma non esclusivamente da una lamina di nickel dorato o di kapton;

- una bolla di vapore 65;

- un menisco 54 in corrispondenza della superficie di separazione, indicata solitamente come interfaccia dagli esperti nell’arte, tra l’inchiostro 142 e l'aria; e

- una goccia 51 di inchiostro.

L’energia per eiettare la goccia d'inchiostro 51 è fornita dal resistore 27, che si scalda rapidamente per effetto di una corrente conseguente ad un segnale proveniente da un microprocessore. Tale riscaldamento crea la bolla di vapore 65 che provoca l’espulsione della goccia d’inchiostro 51 attraverso l’ugello 56.

Durante il processo di eiezione, in corrispondenza di ciascun ugello 56, il menisco 54, rompendosi e riformandosi, regola la corretta formazione ed espulsione della goccia d’inchiostro 51 , come è noto agli esperti nell’arte.

Le immagini stampate sono formate dai punti di inchiostro che le gocce eiettate formano sul supporto fisico, ad esempio la carta. La qualità delle immagini ottenuta con una stampa a getto d’inchiostro dipende da molteplici fattori, come ad esempio le proprietà dell'inchiostro e del substrato, che comprendono l’allargamento - ’spreading e la penetrazione dell’inchiostro, la ruvidità della carta e la tenuta all’acqua, il disegno meccanico della testina, che comprende la disposizione dei fori di eiezione e il sistema di trasporto della carta, la formazione della goccia, che comprende la frequenza di eiezione, la velocità e l’angolo di impatto della goccia sulla carta, e le specifiche della stampante, che comprendono ad esempio la risoluzione, la presenza o l’assenza di "halftoning” e della gestione "dot-on-dot”, come è noto agli esperti nell'arte.

Gli inchiostri per stampa a getto d'inchiostro più comuni sono:

- inchiostri a base acquosa;

- inchiostri basati su dispersioni di pigmenti; e

inchiostri a base solvente.

Questi ultimi presentano spesso problemi di tossicità che richiedono un recupero ed uno smaltimento controllati del solvente. Nel caso degli inchiostri pigmentati, che rendono colori molto vividi, spesso la dimensione delle particelle del pigmento è un fattore critico poiché presenta fenomeni di "clogging” (ostruzione completa o parziale degli ugelli) in sistemi idraulici di piccole' dimensioni come richiesto dalla tecnologia delle attuali testine.

La maggior parte degli inchiostri per stampa a getto d'inchiostro utilizza l'acqua come solvente: la presente invenzione è relativa a questo tipo di inchiostri.

Nella tecnologia di stampa TIJ vengono utilizzati degli inchiostri appositamente formulati che hanno precise caratteristiche tra cui quelle comprese nel seguente elenco non limitativo:

- caratteristiche chimico-fisiche: pH compreso tra 6 e 10, viscosità variable da 1 a 5 mPa*s @ 25°C e tensione superficiale compresa tra 20 e 50 mN/m @ 25°C;

- caratteristiche di densità ottica rispondente all'applicazione della stampante: colori più o meno vividi o con tonalità dipendenti dall'applicazione di stampa e da fattori di tipo culturale, dipendenti ad esempio dalla zona geografica in cui è venduto il prodotto;

- stabilità nel tempo sia dal punto di vista chimico che da quello microbiologico;

- completa stabilità termica in modo da non formare nel processo termico di formazione della bolla residui insolubili sul resistore che inficierebbero le eiezioni successive;

- capacità di produrre. immagini di elevata qualità su un’ampia varietà di carte e di supporti in genere;

- perfetto funzionamento della testina di stampa per tutta la sua vita utile; - compatibilità con gli altri materiali costituenti la testina di stampa; e

- sicurezza di utilizzo per l’utente e assenza di danno ambientale.

I componenti essenziali dell’inchiostro sono il solvente e il colorante, ma nelle formulazioni si ritrovano anche, a titolo di esempio non limitativo:

- dei biocidi, che prevengono la crescita di materiale biologico che potrebbe portare a ostruzione dei fori;

- degli umettanti, che riducono il grado di evaporazione dell’inchiostro durante il funzionamento della stampante; e

- dei tensioattivi, le cui funzioni vengono di seguito approfondite.

Come è noto agli esperti nell’arte, un tensioattivo è una sostanza che aggiunta in una certa quantità ad un sistema liquido ne riduce sensibilmente la tensione superficiale.

Le molecole di tensioattivo sono strutture anfotere poiché contengono una parte idrofila e una idrofoba e sono caratterizzate da una grandezza nota agli esperti nell’arte come HLB (Hydrophylic-Lipophylic Balance).

In figura 2 è riportato lo schema di un sistema liquido 70 a base acquosa comprendente delle molecole 74a, 74b e 74c di un tensioattivo, ciascuna delle quali presenta una parte idrofila 75 e una idrofoba 76. Tale sistema liquido 70 è contenuto in un recipiente 20 ed è a contatto con l’aria 25 attraverso un’interfaccia 61. La massa del liquido, detta ‘'bulk" dagli esperti nell’arte, è indicata col numero 66.

Per la sua natura anfotera, il tensioattivo si trova presente nel sistema in cui è inserito, come ad esempio nel sistema 70, nei modi seguenti:

- delle molecole 74a sono disposte sull'interfaccia 61 con la parte idrofoba 76 rivolta verso l’esterno; tale disposizione separa tra loro le molecole del mezzo a base acquosa, che in assenza di tensioattivo sarebbero presenti all'interfaccia 61 le une accanto alle altre, diminuendone in tal modo la coesione e quindi abbassando la tensione superficiale;

- delle molecole 74b formano nella massa del liquido delle micelle 63.

Queste si formano poiché le molecole del tensioattivo si trovano al di sopra di una concentrazione detta "concentrazione micellare critica” -cmc - per cui alcune molecole non trovano più spazio all'interfaccia e si agglomerano nel bulk nelle micelle 63 aventi forma prevalentemente sferica; e

- delle molecole 74c sono sparse nel bulk 66.

Un sistema contenente un tensioattivo, come un qualunque sistema liquido, è caratterizzato da una tensione superficiale di equilibrio (τstat), misurata in condizioni statiche con il metodo noto come "anello di DuNuoy” o con quello noto come "piatto di Wilhelmy”. In condizioni statiche il tensioattivo ha un tempo sufficiente per migrare all'interfaccia 61 e far raggiungere al sistema il valore di tensione superficiale finale.

In condizioni dinamiche, quando l’interfaccia 61 non è ferma ma viene rotta e riformata continuamente, il tensioattivo tende a riportare lo stato del sistema nelle condizioni di quiete; tale tendenza viene chiamata "riarrangiamento" dagli esperti nell’arte. Un tensioattivo può essere in grado di migrare velocemente ad ogni nuova interfaccia formatasi abbassando efficacemente il valore della tensione superficiale (in tal caso il comportamento in condizioni dinamiche è detto "a veloce riarrangiamento"), oppure può non essere in grado di riarrangiare abbastanza velocemente da garantire una migrazione di tutte le molecole disponibili per l’abbassamento della tensione superficiale, che perciò resta più alta (comportamento in condizioni dinamiche denominato “a lento riarrangiamento”).

È possibile misurare la tensione superficiale in condizioni dinamiche, indicata come DST, dall'inglese "Dynamic Surface Tension", in modo esemplificativo ma non limitativo con un metodo noto come "massima pressione di bolla" ("Maximum Bubble Pressure") il quale, utilizzando un capillare attraverso cui viene insufflata dell’aria nel liquido in analisi allo scopo di formare delle bolle, misura la tensione superficiale in funzione della velocità di formazione delle bolle stesse. Con tale strumentazione è possibile indagare il comportamento in condizioni dinamiche di un sistema liquido contenente un tensioattivo a diverse velocità di rinnovamento della superficie, per mezzo di un procedimento di calcolo noto agli esperti nell’arte.

I tensioattivi presenti nella formulazione degli inchiostri determinano e stabilizzano il valore della tensione superficiale. Questo parametro viene utilizzato in fase di progetto della testina poiché, insieme con altri fattori come la viscosità intrinseca dell’inchiostro, condiziona il dimensionamento geometrico del gruppo eiettore 55.

II progetto dell’idraulica della testina comprende il dimensionamento dei condotti 53, delle camere 57, dei resistori 27 e degli ugelli 56 in funzione degli obiettivi di prodotto fissati in partenza. La frequenza di eiezione, cioè la frequenza con cui vengono eiettate le gocce 51 attraverso gli ugelli 56, è limitata dalla velocità di riempimento delle camere 57 da parte dell’inchiostro.

Si definisce "massima frequenza di lavoro” la frequenza limite oltre la quale l'eiettore 55 non è più in grado di garantire una regolare eiezione e la goccia 51 assume una velocità ed un volume incontrollati.

Il riempimento dell'ugello 56 è regolato, oltre che dalle resistenze al flusso date dalla viscosità dell'inchiostro e dai parametri geometrici dei condotti, dalla pressione capillare P determinata secondo la seguente espressione nota (formula A):

dove: τ è una generica tensione superficiale dell’inchiostro 142;

α è un angolo di contatto misurato tra l’inchiostro e una superficie dello stesso materiale della piastrina ugelli 106;

r è il raggio dell’ugello 56.

La generica^ tensione superficiale x dell’inchiostro determina inoltre l'interazione della goccia 51 con il supporto fisico, solitamente un foglio di carta. La tendenza della goccia che impatta sulla carta ad allargarsi in modo più o meno accentuato regola il tipo di immagine che si vuole ottenere.

Infatti gli inchiostri neri utilizzati per comporre caratteri in testi scritti hanno un contenuto di tensioattivo che abbassa la tensione superficiale del mezzo fino ad un valore compreso tra 40 e 45 mN/m, valore che consente un limitato "spreading” della goccia, che risulta così in un punto poco allargato e dai contorni ben definiti.

A titolo di riferimento si ricorda che la tensione superficiale τ dell'acqua è 71.9 mN/m a 25°C.

Gli inchiostri' colore, invece, utilizzati solitamente nella formazione di immagini, hanno un contenuto di tensioattivo che porta la tensione superficiale finale a un valore preferibilmente compreso tra 30 e 35 mN/m, in modo che lo spreading su carta risulti maggiore e che conseguentemente l’immagine finale risulti omogenea senza presentare aree di minore copertura. Lo spreading è influenzato comunque anche da altri fattori, come ad esempio la composizione della carta.

I tensioattivi utilizzati negli inchiostri per stampanti termiche a getto d’inchiostro sono presenti solitamente in concentrazioni superiori o uguali alla loro concentrazione micellare critica in tale sistema, per garantire che la tensione superficiale sia mantenuta costante dal sistema in micellazione. Infatti, quando si verifica una variazione nel numero di molecole 74a di tensioattivo che si trovano all’interfaccia 61, le micelle 63 permettono il ripristino delle condizioni di quiete tramite il rilascio di alcune molecole 74b dalle micelle all’interfaccia, oppure tramite l’inglobamento di molecole in eccesso nelle stesse micelle 63.

E’ inoltre noto che il tensioattivo in micellazione è in grado di rendere minimo l’effetto di invasione di un campo colore in un altro, come descritto ad esempio nel brevetto numero US 5,626,655.

Durante la regolare eiezione di gocce 51 da una testina di stampa a getto d'inchiostro di tipo termico, all’interno dell’ugello 56 si susseguono con una certa frequenza la generazione e l’espulsione di gocce consecutive, con la formazione di una nuova interfaccia aria/inchiostro ogni volta che una goccia si separa.

Il tensioattivo presente nell'inchiostro può essere in grado di riarrangiare velocemente, cioè di migrare velocemente ad ogni nuova interfaccia che si forma, oppure può riarrangiare lentamente e non abbassare prontamente il valore della tensione superficiale. Poiché la situazione reale durante il funzionamento della testina è molto distante dalle condizioni di equilibrio di un sistema statico, è importante caratterizzare l'inchiostro, oltre che con il valore di tensione superficiale in statico anche con quello in dinamico DST, come ad esempio è riportato nel brevetto US 4,492,968.

Per garantire una buona bagnabilità del supporto di stampa da parte dell'inchiostro, i tensioattivi utilizzati nelle formulazioni per stampa a getto d’inchiostro termico hanno spesso un comportamento in dinamico che garantisce un riarrangiamento veloce delle molecole di tensioattivo all’interfaccia in modo che la goccia eiettata che impatta sulla carta abbia una tensione superficiale il più possibile vicina al suo valore in statico, come riportato nel brevetto US 5,650,543.

secondo la formula A. La bassa pressione capillare P comporta a sua volta una bassa velocità di riempimento del l'ugello 56, e conseguentemente una limitata frequenza massima di eiezione.

Nelle testine di stampa a getto d'inchiostro la tecnologia attuale tende verso una frequenza di lavoro sempre più elevata (> 10 KHz) rispetto a quelle delle tecnologie precedenti. L'elevata velocità di stampa diventa una caratteristica qualificante il prodotto e quindi un punto fondamentale della tecnologia è quello di riuscire a eiettare gocce con alte frequenze senza ridurre la qualità dell'immagine stampata.

La qualità dell'immagine stampata dipende anche dalla regolarità della direzione delle gocce eiettate: la presenza, nell’intorno del foro dell’ugello 56, di residui d’inchiostro derivanti da eiezioni precedenti provoca traiettorie non riproducibili nelle eiezioni successive, con conseguenti fenomeni di disassamento sulla carta.

Secondo la presente invenzione si realizza un inchiostro per stampa a getto d’inchiostro di tipo termico contenente un tensioattivo con un comportamento in condizioni dinamiche di tipo ”a lento riarrangiamento”.

Il lento riarrangiamento comporta un valore di DST più elevato di Questo elevato valore di tensione superficiale in condizioni di funzionamento comporta a sua volta una pressione capillare P alta, secondo la formula A. L'alta pressione capillare P comporta a sua volta un’elevata velocità di riempimento deN’ugello 56, e conseguentemente un’elevata frequenza massima di eiezione.

Inoltre, un'elevata tensione superficiale nelle condizioni dinamiche di funzionamento della testina permette di mantenere libero il foro di eiezione da residui d’inchiostro, in seguito alla maggiore forza di coesione tra le molecole dell'inchiostro stesso.

Sommano dell’invenzione - Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un inchiostro che dopo l'eiezione di ogni goccia dalla testina di stampa presenta una tensione superficiale DST maggiore di τstat in modo che risulti massima la pressione capillare P.

Un altro scopo è quello di aumentare la velocità di riempimento dell'ugello 56 in seguito all’aumentata pressione capillare P.

Un ulteriore scopo è quello di rendere massima la frequenza di eiezione delle gocce in seguito all’aumentata velocità di riempimento dell’ugello.

Un ulteriore scopo è quello di aumentare la velocità di stampa.

Un ulteriore scopo è quello di mantenere libero da residui di gocce di inchiostro il foro d'uscita durante l'eiezione.

Un ulteriore scopo è quello di mantenere la corretta bagnabilità dell’inchiostro nei confronti della carta.

Questi ed altri scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione, risulteranno evidenti sulla base della seguente descrizione di una sua forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo.

Elenco delle figure

- figura 1 : rappresenta una sezione di un gruppo eiettore di una testina a getto d'inchiostro di tipo termico;

- figura 2: rappresenta un sistema liquido a base acquosa contenente un tensioattivo in concentrazione maggiore della cmc;

- figura 3; rappresenta una curva di DST di un inchiostro colore secondo l'arte nota;

- figura 4: rappresenta una curva di DST di un primo inchiostro secondo l’invenzione;

- figura 5: rappresenta una curva di DST di un secondo inchiostro secondo l’invenzione;

- figura 6: rappresenta una curva di DST di un terzo inchiostro secondo l’invenzione; e

- figura7: rappresenta una curva di DST di un quarto inchiostro secondo l’invenzione.

DESCRIZIONE DELLA FORMA PREFERITA

Gli inchiostri per stampa a getto d’inchiostro di tipo termico contengono solitamente ma non esclusivamente i seguenti composti:

- un solvente acquoso;

- un umettante, ovvero un solvente, o una miscela di solventi, miscibile con l’acqua e avente una tensione di vapore inferiore a quella dell’acqua;

- un colorante, o una miscela di coloranti, solubile neil’umettante;

- un tensioattivo, o una miscela di tensioattivi; e

- un biocida.

La composizione dell'inchiostro oggetto della presente invenzione prevede ad esempio l'utilizzo delle seguenti sostanze, secondo le percentuali riportate a titolo di esempio non limitativo:

- solvente acquoso: è costituito da acqua deionizzata a 18 Mohm, utilizzata in percentuali comprese tra 60 e 90 % peso/peso, preferibilmente tra 75 e 85% peso/peso;

- umettante: è costituito da solventi organici solubili in acqua caratterizzati dall'avere alti punti di ebollizione e basse tensioni di vapore; in modo esemplificativo e non limitativo si citano: glicoli a basso peso molecolare tipo glicole etilenico, glicole dietilenico, glicole trietilenico, glicole propilenico, pentandiolo, esandiolo; glicoeteri solubili in acqua, tipo metil-, etil-, butil-cellosolve, metil-, etil- butil-carbitolo, 1,1,1 -tris(idrossimetil)-propano, 1 ,3-dimetil-2-imidazolidinone; glicerina; 2-pirrolidone, N-metil-2-pirrolidone, N-(2-idrossietil)-2-pirrolidone.

Il sistema umettante è preferenzialmente una miscela costituita da un umettante principale scelto tra i solventi sopracitati, presente in percentuale comprese tra 5% e 30% peso/peso e preferenzialmente tra 10% e 20% peso/peso, e da uno secondario, preferibilmente butilcarbitolo, presente in percentuali comprese tra 1% e 10% peso/peso e preferenzialmente tra 1% e 5% peso/peso.

L'impiego dei sopracitati solventi o di una miscela di essi si giustifica sia con l'esigenza di mantenere bassa l’evaporazione dell’inchiostro nella zona dell’ugello 56 anche per lunghi periodi di inattività della testina, sia con quella di migliorare la solubilizzazione del colorante nel solvente acquoso. Il solvente organico viene solitamente impiegato in concentrazioni comprese tra 1 e 30% peso/peso;

- colorante: si citano come esempio non limitativo i coloranti Food Black 2, una miscela di coloranti azoici (Bayscript Schwarz N01 - Bayer), Direct Black 168 e Direct Black 195 per gli inchiostri neri, e i coloranti Direct Blue 86, Direct Blue 199, Acid Blue 9, Acid Yellow 23, Direct Yellow 86, Acid Red 52 e Acid Red 249 per gli inchiostri colore.

Questi coloranti sono utilizzati preferibilmente in percentuali variabili tra 0.5 e 10% peso/peso;

- regolatore di pH: è utilizzato al fine di mantenere il pH nell'intervallo desiderato. Si citano come elenco non esaustivo i seguenti composti: fosfati, borati, carbonati, acetati di sodio, potassio, ammonio, di cui sono utilizzabili anche miscele;

- tensioattivo: il sistema tensioattivo della presente invenzione è costituito da un surfattante che, inserito nella formulazione dell’inchiostro con una determinata concentrazione, presenti un comportamento in dinamico del tipo “a lento riarrangiamento". Negli esempi riportati successivamente sono nominati alcuni prodotti preferibili, tra cui tensioattivi non ionici come ad esempio alchilariletossilati, alcol etossilati, copolimeri etilenossidopropilenossido, polialchilglucosidi;

- biocida: Sono utilizzati dei biocidi commerciali, come una miscela di glicole semiformale . e isotiazolinoni (Preventol D6, Bayer) e 1.2-benzoisotiazo!in-3-one (Proxel, Zeneca).

L'inchiostro viene preparato secondo il seguente processo:

aggiunta all’umettante o agli umettanti di una piccola quantità di acqua deionizzata e miscelazione del tensiaottivo nella quantità prevista;

- agitazione meccanica della miscela ottenuta per un tempo da 5 a 10 minuti a temperatura ambiente; e

- aggiunta degli altri componenti della formulazione.

La caratterizzazione chimico fisica degli inchiostri viene solitamente effettuata misurando e registrando i valori di pH, di tensione superficiale in statico τstat di viscosità η, di tensione superficiale τ in dinamico, rispettivamente con le seguenti strumentazioni:

- misura del pH: effettuata col pHmetro Metrohm (mod. 654);

- misura della tensione superficiale in statico τstat: effettuata @ 25°C con tensiometro Kruss (mod. K10) ed espressa in mN/m;

- misura della viscosità n: effettuata @ 25°C con viscosimetro Contraves (mod. Rheomat 115) ed espressa in mPa+s; e

- misura di tensione superficiale in dinamico DST: effettuata con lo strumento Lauda MPT2, con configurazione per tempi brevi di formazione delle bolle, ed espressa in mN/m.

In figura 3 viene rappresentata una curva 80 di Dynamic Surface Tension (DST) Ottenuta per mezzo di un tensiometro in dinamico a massima pressione di bolla per un inchiostro per stampa a getto d'inchiostro; la tensione superficiale τ è riportata sull’asse delle ordinate ed è espressa in mN/m, la frequenza v di formazione delle bolle è riportata sull’asse delle ascisse ed è espressa in s'1. Sono riportate le frequenze comprese tra 0 e 1000 s'1.

La curva 80 è relativa ad un inchiostro colore per stampanti a getto d’inchiostro, secondo l’arte nota e denominato nel seguito “inchiostro noto”, costituito dai componenti enunciati in precedenza e caratterizzato da un sistema tensioattivo contenente ad esempio una percentuale variabile tra 2 e 5% peso/peso di un acetilendiolo etossilato (Surfynol 465 -Air Products). Segue una composizione esemplificativa non limitativa dell'inchiostro noto:

li valore della tensione superficiale in statico dell’inchiostro noto è pari a 32.5 mN/m ed è identificabile in figura 3 con il livello 82, corrispondente a un valore di frequenza v di emissione delle bolle pari a zero.

L’andamento di una generica curva DST può essere di due tipi:

- andamento a veloce riarranaiamento in dinamico: caso in cui la curva DST rispetta le seguenti condizioni:

- andamento a lento riarranaiamento in dinamico: caso in cui la curva non corrisponde alle condizioni sopracitate.

La curva 80 di figura 3 descrive un andamento di veloce riarrangiamento in dinamico.

Viene di seguito descritta la formulazione di una forma preferita di inchiostro per stampa a getto d’inchiostro oggetto della presente invenzione; un primo inchiostro secondo l’invenzione è costituito dai composti precedentemente elencati per l’inchiostro noto, da cui si differenzia unicamente per il sistema tensioattivo; il primo inchiostro possiede, come esempio non limitativo, un sistema tensioattivo costituito da un poiialchilglucoside.

I polialchilglucosidi sono tensioattivi non ionici formati a partire da uno zucchero naturale, il glucosio, e da alcoli, e hanno la generica formula:

dove R rappresenta una generica catena alchilica, ed n è il grado di polimerizzazione del glucosio; solitamente n non è maggiore di 1 , per limiti imposti dal tipo di sintesi del polialchilglucoside.

I polialchilglucosidi hanno buone capacità detergenti e, in virtù della loro bassa tossicità, trovano oggi largo impiego in una varietà di applicazioni in cui l’impatto ecologico sull’utenza è fondamentale: vengono utilizzati infatti in campo cosmetico, come detergenti industriali in processi a basso impatto ambientale, come agenti lavanti per frutta e verdura, negli shampoo per bambini, come emulsionanti per prodotti alimentari e anche come agenti disperdenti per pesticidi e erbicidi.

E’ noto anche un loro utilizzo come additivi per inchiostri usati nella produzione di laminati colorati al fine di aumentare l’adesione degli inchiostri ai vari rulli metallici con cui essi vengono a contatto in fase di lavorazione. Preferibilmente il polialchilglucoside utilizzato nell'invenzione è un polialchilglucoside con catena alchilica C8/14, come il prodotto Glucopon 650 EC (Cognis - Henkel), utilizzato in una percentuale preferibilmente compresa tra 0.1 e 3% peso/peso di sostanza attiva.

Viene di seguito riportato un confronto delle caratteristiche chimico-fisiche del primo inchiostro secondo l’invenzione con l’inchiostro noto:

Nella figura 4 è riportata una curva 90 che rappresenta l’andamento della DST in funzione della frequenza di emissione delle gocce v del primo inchiostro, dove il livello 92 corrisponde al valore di τstat del primo inchiostro. Il comportamento in dinamico del primo inchiostro dell’invenzione è di tipo a lento riarrangiamento perché non rispetta le condizioni di veloce riarrangiamento in dinamico.

Un comportamento a lento riarrangiamento implica che, durante condizioni dinamiche quali quelle di funzionamento della testina, l’inchiostro abbia una tensione superficiale più alta del suo valore in statico e quindi che la pressione capillare che regola il riempimento dell’ugello 56 permetta una maggiore velocità di rompimento dell’ugello e di conseguenza una più alta frequenza di eiezione delle gocce.

Di seguito sono riportate in una tabella comparativa le massime frequenze di eiezione raggiungibili da differenti testine denominate, in base alla caratteristiche idrauliche, idraulical e idraulica2, e riempite con il primo inchiostro e l’inchiostro noto:

A parità di idraulica l’utilizzo del primo inchiostro secondo l’invenzione garantisce un guadagno nella frequenza massima di eiezione di circa il 30% rispetto all’utilizzo dell’inchiostro noto e permette di ottenere la stessa qualità di stampa.

Infatti le qualità di stampa del primo inchiostro e dell’inchiostro noto sono del tutto simili su una grande varietà di supporti, come ad esempio sulla carta comune, sulle trasparenze, sulle carte di tipo fotografico, e per differenti immagini campione.

La stabilità del primo inchiostro secondo l’invenzione dopo stazionamento, a temperatura ambiente e a temperature superiori, è risultata paragonabile a quella ottenuto nella stessa prova con l’inchiostro noto.

Le verifiche funzionali in testina hanno confermato che il primo inchiostro è paragonabile all’inchiostro noto anche nelle prove di clogging, che verificano lo stato di pulizia dell'ugello 56 a contatto con l’inchiostro in testine lasciate stazionare in condizioni specifiche di tempo e temperatura, e nelle prove di kogation, che verificano lo stato dei resistor! a intervalli definiti di numero di gocce eiettate.

Seconda forma di realizzazione - Un secondo inchiostro secondo l’invenzione è costituito dai composti precedentemente elencati per l’inchiostro noto, da cui si differenzia unicamente per il sistema tensioattivo; il secondo inchiostro ha come sistema tensioattivo un alcol etossilato.

Preferibilmente l'alcol etossilato utilizzato nell’invenzione è un alcol etossilato primario avente una catena alchilica C11 e 7 unità etossilate, come il prodotto commerciale Lialet 111/7 (Condea), utilizzato in una percentuale compresa preferibilmente tra 0.1 e 3% peso/peso.

Viene di seguito riportato un confronto delle caratteristiche chimico-fisiche del secondo inchiostro con l'inchiostro noto:

Nella figura 5 è riportata una curva 94 che rappresenta l’andamento della DST in funzione della frequenza di emissione delle gocce v del secondo inchiostro, dove il livello 95 corrisponde al valore di τstat del secondo inchiostro.

Anche il comportamento in dinamico del secondo inchiostro secondo l'invenzione è di tipo a lento riarrangiamento perché non rispetta le condizioni di veloce riarrangiamento in dinamico.

Di seguito sono riportate in una tabella comparativa le massime frequenze di eiezione raggiungibili da una testina avente un'idraulica identificata come idraulica3 e riempita con il secondo inchiostro e l'inchiostro noto:

A parità di idraulica l'utilizzo del secondo inchiostro secondo l'invenzione garantisce un guadagno nella frequenza massima di eiezione di circa il 15% rispetto all'utilizzo dell’inchiostro noto, e permette di ottenere la stessa qualità di stampa.

Infatti le qualità di stampa del secondo inchiostro e dell’inchiostro noto sono del tutto simili su una grande varietà di supporti, come ad esempio sulla carta comune, sulle trasparenze, sulle carte di tipo fotografico, e per differenti immagini campione.

Terza forma di realizzazione - Un terzo inchiostro secondo l'invenzione è costituito dai composti precedentemente elencati per l’inchiostro noto, da cui si differenzia unicamente per il sistema tensioattivo; il terzo inchiostro ha come sistema tensioattivo un alcol etossilato/propossilato, avente preferibilmente una catena alchilica C12/14 con 7 unità etossilate e 4.5 unità propossilate, come il prodotto commerciale softanol EP7045 (Ineos), utilizzato in una percentuale preferibilmente compresa tra 0.1 e 3% peso/peso.

Viene di seguito riportato un confronto tra le caratteristiche chimico-fisiche del terzo inchiostro secondo l'invenzione con l’inchiostro noto:

Nella figura 6 è riportata una curva 97 che rappresenta l’andamento della DST in funzione della frequenza di emissione delle gocce v del terzo inchiostro, dove il livello 98 corrisponde al valore di del terzo inchiostro. Anche il comportamento in dinamico del terzo inchiostro secondo l’invenzione è di tipo a lento riarrangiamento perché non rispetta le condizioni di veloce riarrangiamento in dinamico.

Di seguito sono riportate in una tabella comparativa le massime frequenze di eiezione raggiungibili da una testina avente una idraulica identificata come idraulica3 e riempite con il terzo inchiostro e l’inchiostro noto:

A parità di idraulica l’utilizzo del terzo inchiostro secondo l'invenzione garantisce un guadagno nella frequenza massima di eiezione di circa il 20% rispetto aN’utilizzo dell’inchiostro noto e permette di ottenere la stessa qualità di stampa.

Infatti le qualità di stampa del terzo inchiostro e dell'inchiostro noto sono del tutto simili su una grande varietà di supporti, come ad esempio sulla carta comune, sulle trasparenze, sulle carte di tipo fotografico, e per differenti immagini campione.

Quarta forma di realizzazione - Un quarto inchiostro secondo l'invenzione è costituito dai composti precedentemente elencati per l'inchiostro noto, da cui si differenzia unicamente per il sistema tensioattivo; il quarto inchiostro ha come sistema tensioattivo un composto fluorurato. I tensioattivi fluorurati, per via delia loro elevata capacità di ridurre la tensione superficiale in statico anche a basse concentrazioni, sono noti come "superwetters” agli esperti nell'arte.

Preferibilmente il composto fluorurato è un estere fluoroalchilico come il prodotto Fluorad FC-430 (3M) utilizzato in una percentuale preferibilmente compresa tra 0.1 e 1 % peso/peso.

Viene di seguito riportato un confronto delle caratteristiche chimico-fisiche del quarto inchiostro secondo l’invenzione con l’inchiostro noto:

Nella figura 7 è riportata una curva 100 che rappresenta l’andamento della DST in funzione della frequenza di emissione delle gocce v del quarto inchiostro, dove il livello 101 corrisponde al valore di del quarto inchiostro.

Anche il comportamento in dinamico del quarto inchiostro secondo l'invenzione è di tipo a lento riarrangiamento perché non rispetta le condizioni di veloce riarrangiamento in dinamico.

Di seguito sono riportate in una tabella comparativa le massime frequenze di eiezione raggiungibili da una testina avente una idraulica identificata come idraulica3 e riempita con il terzo inchiostro e l’inchiostro noto:

Di seguito sono riportati i risultati in una tabella comparativa:

A parità di idraulica l'utilizzo del quarto inchiostro garantisce un guadagno nella frequenza massima di eiezione di circa il 50% rispetto all'utilizzo dell’inchiostro noto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Composizione di un inchiostro per stampa a getto di inchiostro, comprendente acqua, un umettante, un colorante solubile ed un sistema tensioattivo, caratterizzato dal fatto che detto sistema tensioattivo è del tipo a lento riarrangiamento.
2. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema tensioattivo è del tipo non ionico.
3. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto sistema tensioattivo comprende un polialchilglucoside.
4. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto polialchilglucoside è presente nell’inchiostro in una percentuale compresa tra 0,1% e 5% peso/peso e preferibilmente tra 0,1% e 3% peso/peso.
5. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto sistema tensioattivo comprende un alcol etossilato.
6. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto alcol etossilato è presente nelllinchiostro in una percentuale compresa tra 0,1% e 5% peso/peso e preferibilmente tra 0,1% e 3% peso/peso.
7. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto sistema tensioattivo comprende un alcol etossilato/propossilato.
8. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto alcol etossilato/propossilato è presente nell’inchiostro in una percentuale compresa tra 0,1% e 5% peso/peso e preferibilmente tra 0,1% e 3% peso/peso.
9. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto sistema tensioattivo comprende un estere fluoroalchilico.
10. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto estere fluoroalchilico è presente nell'inchiostro in una percentuale compresa preferibilmente tra 0.1 e 1% peso/peso.
11. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto umettante è costituito da un umettante principale e da un umettante secondario.
12. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto umettante principale è scelto tra 2-pirrolidone, pentandiolo, 1,1,1,tris(idrossimetil)-propano, 1,3 dimetil-2-imidazolidinone.
13. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detto umettante principale è presente in una percentuale compresa tra 5 e 30% peso/peso e preferibilmente tra 10 e 20% peso/peso.
14. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto umettante secondario è butilcarbitolo.
15. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto umettante secondario è presente in percentuali tra 1 e 10% peso/peso e preferìbilmente tra 1e 5%.
16. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto colorante è scelto da un gruppo composto da Food Black 2, una miscela di coloranti azoici (Bayscript Schwarz N01 - Bayer), Direct Black 168 e Direct Black 195 per gli inchiostri neri e i coloranti Direct Blue 86, Direct Blue 199, Acid Blue 9, Acid Yellow 23, Direct Yellow 86, Acid Red 52 e Acid Red 249 per gli inchiostri colore e da eventuali loro miscele.
17. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto colorante è presente in una percentuale compresa tra 0.1% e 10% peso/peso e preferenzialmente tra 0. 1 % e 5% peso/peso.
18. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre un sistema regolatore del pH, caratterizzato dal fatto che detto sistema regolatore è scelto tra un gruppo composto da fosfati, borati, carbonati, acetati di sodio, acetati di potassio, acetati di ammonio, e da una loro miscela.
19. Composizione di un inchiostro secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un sistema biocida, caratterizzato dal fatto che detto sistema biocida è scelto tra un gruppo composto da Preventol D6 e Proxel (marchi registrati, rispettivamente, della Bayer e della Zeneca), e da una loro miscela.
20. Metodo di preparazione di un inchiostro secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: - aggiungere all’umettante o agli umettanti una piccola quantità di acqua deionizzata e miscelare con il tensioattivo; - agitare meccanicamente la miscela ottenuta per un tempo compreso tra 5 e 10 minuti a temperatura ambiente; e - aggiungere gli altri componenti della formulazione.
21. Composizione di un inchiostro secondo le rivendicazioni da 1 a 19, caratterizzato dal fatto che possiede le caratteristiche seguenti: - pH compreso tra 7.5 e 9; - viscosità compresa tra 1 ,2 et 5 mPa*s @ 25°C; e - tensione superficiale compresa tra 20 e 50 mN/m @ 25°C.
22. Testina di stampa a getto d'inchiostro del tipo termico, comprendente un serbatoio contenente un inchiostro, caratterizzata dal fatto che la composizione di detto inchiostro è quella definita da una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 19.
23. Serbatoio di inchiostro per testine di stampa ricaricabili per stampa a getto d’inchiostro del tipo termico, caratterizzato dal fatto che la composizione di detto inchiostro è quella definita da una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 19.
24. Processo di stampa a getto d’inchiostro del tipo termico comprendente le fasi seguenti: - disporre di una testina di stampa comprendente un serbatoio contenente un inchiostro, - utilizzare detta testina di stampa su una stampante termica a getto d’inchiostro per depositare dèlie goccioline di detto inchiostro su un supporto, caratterizzato dal fatto che la composizione di detto inchiostro è quella definita da una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 19.