DE69918619T2

DE69918619T2 - Verfahren zur Verminderung der Kavitation in Impuls-Tintenstrahldruckern

Info

Publication number: DE69918619T2
Application number: DE1999618619
Authority: DE
Inventors: Deverakonda Danbury Sarma; James E. Stratford-on-Avon Fox; Allan J. Nuthampstead Hudd; Thyagaraja Horsham Sarada; Brian Middlebury Salisbury
Original assignee: Trident International Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2019-09-04
Also published as: EP0984048A2; AU740476B2; US6439709B1; ATE271106T1; IL131620A0; JP2000086960A; EP0984048A3; EP0984048B1; EP0984048B2; NO994287D0; CA2281235C; AU4584899A; NO994287L; CA2281235A1; DE69918619D1

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/099 230, die am 4. September 1998 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen wird.
Verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Erfindung ist durch ihren Gegenstand mit den Erfindungen, die in der gemeinsam übertragenen Anmeldung mit der Nr. 09/328 860 und dem Titel „High Resolution Pigment Ink for Impulse Ink Jet Printing", die am 9. Juni 1999 angemeldet wurde, verwandt.
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung ist auf Tintenzusammensetzungen zur Verwendung in Impuls- oder Tropfen-nach-Bedarf (Drop on Demand, DOD)-Tintenstrahldruckern gerichtet, und insbesondere auf Pigment- und Farbstofftinten auf Lösungsmittelbasis, die für hohe Auflösungen und eng beabstandete Strichcodes und graphische Druckanwendungen auf porösen Substraten, wie z. B. Kraftpapier oder Wellkarton bzw. Wellpappe und anderen porösen Materialien, wie Rollenoffsetdruckpapier, angesetzt wurden.
Die US-A-4 793 264 offenbart eine Impulstintenstrahltinte zur Verwendung bei einem Tintenstrahlsystem mit Material, das durch die Tinte einer Korrosion unterworfen wird. Die Tinte enthält Fettsäuren, Lösungsmittelzusatzstoffe, einen Farbstoff und Antioxidationsmittel. Das Antioxidationsmittel wird zur Verhinderung von Korrosion zugegeben.
Die EP-A-0 805 192 beschreibt eine Tintenzusammensetzung zur Verwendung beim akustischen Tintenstrahldruck mit einem Farbstoff oder Pigment und einem Triblock-Copolymer. Wahlweise kann ein Antioxidationsmittel zugegeben werden.
Die EP-A-0 718 383 beschreibt eine Tintenzusammensetzung für einen thermischen Tintenstrahldrucker. Sie enthält einen Farbstoff, Pigmentteilchen und Wasser. Wasserlösliche oder wassermischbare organische Bestandteile sowie ein Dispersionsmittel können zugefügt werden. Polymere Zusatzstoffe können zur Stabilisierung der Pigmentteilchen in Wasser zugegeben werden. Weitere optionale Zusatzstoffe sind Biozide, Antioxidationsmittel, ph-steuernde Mittel und Trocknungsbeschleunigungsmittel.
Hintergrund der Erfindung
Das Tintenstrahldrucken wird durch Abgabe von Tintentröpfchen von einem Druckkopf auf ein Substrat durchgeführt. Die Tröpfchen werden durch Öffnungen oder Düsen im Druckkopf ausgestoßen und auf das Substrat gerichtet, um darauf ein Bild zu bilden. Im Gegensatz zu vielen anderen Arten des Druckens gibt es bei den Tintenstrahldrucktechniken keinen Kontakt zwischen dem Drucker und dem Substrat.
Die meisten der im Stand der Technik bekannten Tintenstrahldrucker können als kontinuierliche, thermische oder Impulsvorrichtungen charakterisiert werden, in Abhängigkeit vom Mechanismus, durch welchen die Tintentröpfchen auf das Substrat gerichtet werden. Bei kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen wird ein im wesentlichen ununterbrochener Tintenstrom aus einer Düse ausgestoßen und bricht in Tröpfchen auf. Die Tröpfchen tragen eine elektrische Ladung, so dass sie durch ein angelegtes elektrisches Feld abgelenkt werden können, das gemäß dem besonderen aufzuzeichnenden Bild moduliert wird. Das elektrische Feld richtet die Tröpfchen entweder in Richtung zum Substrat oder zu einem Tintenrezirkulationsbehälter hin. Die in Verbindung mit kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen angewendeten Tinten weisen typischerweise ein Farbmittel, wie zum Beispiel einen Farbstoff oder ein Pigment, einen Elektrolyten zur Erleichterung der Tröpfchenablenkung und einen flüssigen Träger auf, um das Farbmittel und den Elektrolyten zu lösen oder zu dispergieren. Während der Träger bei vielen Tinten des kontinuierlichen Typs Wasser aufweist, offenbarte das US-Patent Nr. 4 142 905 im Namen von Cooke eine wasserfreie Tintenzusammensetzung, die im wesentlichen aus einem Glykol mit niedrigem Molekulargewicht, einem anorganischen Salzelektrolyten und einem im Glykol löslichen Farbstoff besteht.
Bei sogenannten „Impuls"- oder „Tropfen nach Bedarf"-Tintenstrahldruckern wird die Bildbildung vielmehr durch Änderung der Erregungsrate eines piezoelektrischen Wandlers gesteuert als durch Modulation eines angelegten elektrischen Feldes. Die Tinte wird im Druckkopf oder der Düse gespeichert bis es notwendig ist, nach Bedarf ein Bild auf dem Substrat zu bilden. Der Drucker wird aktiviert, um Druck an die Tinte anzulegen und eine ausgewählte Anzahl von einzelnen Tintentröpfchen in Richtung zum Substrat hin abzugeben. Diese Tintentröpfchen müssen keine elektrische Ladung tragen. Folglich können Impulstintenzusammensetzungen frei von korrosiven Substanzen, wie z. B. Wasser und Elektrolyten, sein, die die Tinten für einen kontinuierlichen Tintenstrahl oft aufweisen.
Impulstintenstrahldrucker bringen jedoch eine Anzahl von Problemen mit sich, die nicht bei kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen anzutreffen sind. Zum Beispiel werden, im Gegensatz zu kontinuierlichen Tintenstrahldruckern, die Impulsdrucker typischerweise zwischen Druckzyklen in einem Stand-by- oder vorübergehenden Außer-Betriebs-Zustand gehalten. Daher wird der Tinte erlaubt, stehen zu bleiben und sich möglicherweise in den Abgabeöffnungen des Druckkopfes zu verfestigen. Impulsdrucker beginnen normalerweise einen Druckzyklus mit solchem vorhandenem Material. Viele der Startprobleme, denen man bei Impulsdruckern begegnet, sind der Tinte zuzuschreiben, die man in den Abgabeöffnungen während Stand-By-Perioden stehen ließ. Solches Material ist bei kontinuierlichen Systemen weniger entscheidend, da es dort typischerweise weniger Unterbrechungen im Tintenstrom gibt. Selbst dort, wo man Tinte stehen und sich verfestigen lässt, ist sie leichter auszuspülen aufgrund der beträchtlich höheren Drücke, bei denen kontinuierliche Tintenstrahldrucker arbeiten. Folglich müssen Tinten des Impulstyps speziell zusammengesetzt sein, um Startprobleme zu minimieren.
Zahlreiche Tintenzusammensetzungen für Impulstintenstrahldrucker sind im Stand der Technik bekannt. Viele dieser Tinten sind jedoch nicht für Strichcode-Druckanwendungen auf porösen, nicht-porösen oder faserigen Substraten geeignet. Wie von einem Fachmann geschätzt wird, neigt eine auf ein Substrat, wie z. B. Papier aufgetragene Tinte dazu, längs den Papierfasern zu wandern oder zu verlaufen (wick) bis die Verlaufkräfte (wicking forces) auf die Tintenviskosität stoßen. Das Ausmaß, in dem die Tinte verläuft, hängt von der Viskosität und der Porosität des Substrats ab. Wo hoch poröse Substrate wie Kraftpapier oder Wellpappe verwendet werden, neigen viele Tinten dazu, übermäßig zu verlaufen, was zu unscharfen, schlecht begrenzten gedruckten Bildern führt. Ein Versuch, klarere, schärfer begrenzte Druckbilder zu erhalten, schließt die Verwendung einer schnell verdunstenden Tintenzusammensetzung ein. Die schnelle Verdunstung der Tinte des Impulstyps führt jedoch oft zu einem Verstopfen der Abgabeöffnungen während Stand-By-Perioden. Ferner sind solche Zusammensetzungen mit schneller Verdunstung wenig erwünscht, da sie im allgemeinen flüchtige organische Komponenten (VOCs) enthalten, die für die Umgebung und die menschliche Gesundheit schädlich sein können. Ein anderes Verfahren, klarere, schärfer begrenzte Druckbilder zu erhalten, schließt die Verwendung eines Pigments als Farbmittel anstelle eines Farbstoffes ein. Wo Pigmente als Farbmittel verwendet werden, muss die verwendete Teilchengröße klein genug sein, um eine zuverlässige Leistung im Druckkopf zu erzielen. Pigmentdispersionen auf Wasserbasis, die die Druckkopfleistungserfordernisse erfüllen, sind im Stand der Technik bekannt, jedoch ist die Zuverlässigkeit dieser Dispersionen bei der vorliegenden Anmeldung unbekannt. Außerdem beschränkt bei Pigmentdispersionen auf Wasserbasis der derzeitige Stand der Technik die Antriebsfrequenz des Druckkopfes auf zwischen 3 und 8 kHz, was zu einem langsameren Druckbetrieb und Durchsatz führt. Ferner haben Pigmenttintensysteme auf Wasserbasis zwei Hauptnachteile. Erstens sind sie unzuverlässig, da sie dazu neigen, sich während der Lagerung und in Tintenbehältern abzusetzen. Zweitens neigen pigmentierte Tintensysteme auf Wasserbasis – besonders wenn die Teilchengröße des Pigments kleiner wird – dazu, mehr Luft einzuschließen, was zu einem ungleichmäßigen Ausstoß von Tintentropfen führt.
Bei bestimmten Anwendungen ist es notwenig, dass das durch einen Tintenstrahldrucker erzeugte Bild eine relativ intensive Schwellenfarbe besitzt. Viele optische Zeichenlesevorrichtungen können zum Beispiel keine Bilder lesen, wenn sie nicht eine minimale Farbintensität besitzen. Ein Fachmann wird erkennen, dass Strichcode-Bilder typischerweise ein gutes Druckkontrastsignal (PCS) (vorzugsweise größer als ungefähr 90%) aufweisen müssen, um maschinenlesbar zu sein. Viele der bekannten Techniken zur Erhöhung der Farbintensität einer Tinte – wie zum Beispiel das Erhöhen der Farbmittelkonzentration – beeinflussen jedoch oft wichtige Tinteneigenschaften, wie z. B. die Viskosität, die Oberflächenspannung und die Stabilität, ungünstig.
Deshalb besteht ein Bedarf an einer Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung des Impulstyps auf Lösungsmittelbasis, die in der Lage ist, klare, scharf begrenzte, farbintensive Bilder selbst auf porösen und nicht-porösen Substraten zu erzeugen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liefert eine nicht auf Wasser basierende Dispersionstintenzusammensetzung zur Verwendung in Impulstintenstrahldruckern. Die Tintenzusammensetzungen weisen vorzugsweise zu ungefähr 20 bis ungefähr 50 Gewichtsprozent eine Pigmentdispersion auf. Die Pigmentdispersion weist zu ungefähr 25 bis ungefähr 45 Gewichtsprozent ein Pigment, wie z. B. Kohlenstoffschwarz, zu ungefähr 15 bis ungefähr 45 Gewichtsprozent ein polymeres Dispersionsmittels, und zu ungefähr 25 bis ungefähr 45 Gewichtsprozent ein Dispersionsmedium auf. Die Tintenzusammensetzungen weisen ferner zu ungefähr 15 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent einen Diolether, zu ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gewichtsprozent ein Plastifiziermittels und zu 0,01 bis 5,0 Prozent ein Antioxidationsmittel auf. Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Tintenzusammensetzung gemäß den Merkmalen von Anspruch 5.
Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Gasbläschen innerhalb eines Druckkopfes eines Tintenstrahldruckers. Das Verfahren wird ausgeführt durch Zugabe eines Antioxidationsmittels zu den Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen. Das Antioxidationsmittel wird in einer Menge bis zu ungefähr 5 Gewichtsprozent der Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung verwendet.
Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verbessert die Fähigkeit, eine Pigmentdispersion, die gleichförmig suspendiert ist, zu lagern und zu verwenden, ohne eine schädliche Menge an Luft einzubinden, insbesondere wenn die durchschnittliche Teilchengröße des Pigments weniger als 1,0 Mikrometer beträgt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehende Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden besser verstanden, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Die Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, um Aspekte der Erfindung darzustellen. Die Erfindung sollte jedoch nicht als auf die speziellen, dargestellten und offenbarten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden. In den Zeichnungen zeigt
1 eine perspektivische Ansicht einer Impulstintenstrahl-Druckvorrichtung;
2 eine Draufsicht auf eine Öffnungsplatte der Druckvorrichtung von 1;
3 eine fragmentarische Ansicht des in 2 dargestellten Fragments 3;
4A–E schematische Darstellungen einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein an eine piezoelektrische Druckkopfkammer angelegtes Feuersignal und die Bewegung von Tinte innerhalb der Kammer als Antwort auf das Signal darstellt;
5 die Wirkung eines Antioxidationsmittels auf die Tintenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung, und
6 eine Impulstintenstrahl-Druckvorrichtung, die nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung liefert verbesserte Dispersionstintenzusammensetzungen zur Verwendung bei Tropfen-nach-Bedarf- oder Impuls-Tintenstrahlsystemen. Die Erfindung liefert ferner Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen, die in der Lage sind, einen klaren, scharf begrenzten alphanumerischen Text und Strichcodes mit schmalen Strichbreiten auf porösen und nicht-porösen Substraten zu drucken. In der ganzen Beschreibung wird die Erfindung in Verbindung mit einer Pigmentdispersion auf Lösungsmittelbasis beschrieben, wobei das dispergierte Pigment Kohlenstoffschwarz ist. Das besondere Pigment und seine zugeordnete, hier beschriebene Farbe zeigt jedoch nur die vorliegende Erfindung und soll nicht beschränkend sein. Die Erfindung ist in gleicher Weise auf andere Pigmente anwendbar, so lange die Leistungseigenschaften, wie hier beschrieben, nicht ungünstig beeinflusst werden. Folglich sollte die Erfindung nicht auf das besondere beschriebene Pigment beschränkt werden, da die Erfindung die Anwendung anderer Pigmente in Erwägung zieht.
Wie hier verwendet, sollten numerische Bereiche, denen der Begriff „ungefähr" vorangeht, nicht als auf den genannten Bereich beschränkt betrachtet werden. Die numerischen Bereiche, denen der Begriff „ungefähr" vorangeht, sollten vielmehr so verstanden werden, dass sie einen von einem Fachmann akzeptierten Bereich für irgendein gegebenes Element in den Impulstintenstrahl-Tintenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Die Dispersionstintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung enthalten eine Pigmentdispersion. Die Pigmentdispersion enthält mindestens ein Pigment, ein polymeres Dispersionsmittel und ein Dispersionsmedium. Das Dispersionsmedium ist vorzugsweise ein Ester, jedoch sind auch andere Dispersionsmedien, die von einem Fachmann anerkannt werden, wie zum Beispiel ein Glykolalkylether, ein Diol oder ein Diolether geeignet.
Die Pigmentdispersion ist in den Dispersionstintenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Menge von ungefähr 20 bis ungefähr 50, vorzugsweise von ungefähr 30 bis ungefähr 40, am bevorzugtesten von ungefähr 40 Gewichtsprozent vorhanden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Pigment in der Pigmentdispersion von ungefähr 25 bis ungefähr 45, vorzugsweise von ungefähr 30 bis ungefähr 40, am bevorzugtesten von ungefähr 35 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent vorhanden. Das bevorzugte Pigment ist Kohlenstoffschwarz. Es wird ferner bevorzugt, dass das Pigment so verarbeitet wird, dass es eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 0,01 bis ungefähr 5, vorzugsweise von weniger als 1, am bevorzugtesten von ungefähr 0,6 oder weniger Mikrometer in der fertigen Tintenzusammensetzung aufweist. Dies wird vorzugsweise erreicht durch Filtrieren der fertigen Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung durch Filter wie z. B. einen POLYFLOW^®-0,6 Mikrometer-Filter (im Handel erhältlich von Arbor Tech, Ann Arbor, MI).
Die Auswahl des Pigments und seiner Konzentration basiert hauptsächlich auf seiner Dispersionsfähigkeit in der Tintenzusammensetzung und der Intensität seiner Farbe in Anbetracht der besonderen Anwendung. Das Pigment wird ausgewählt, um die Tintenzusammensetzung dem menschlichen Auge oder einer mechanischen Datensammelvorrichtung, wie z. B. einem Strichcodescanner oder einem anderen Typ von optischen Zeichen-Lesegeräten, wie in der Strichcode-Druckqualitätsrichtlinie des amerikanischen nationalen Standardinstituts (ANS X3.182-1990) dargelegt, sichtbar zu machen. Solche optischen Lesevorrichtungen arbeiten im wesentlichen im Wellenlängenbereich von ungefähr 400 bis ungefähr 980 Nanometer. Die durch die Tintenzusammensetzung erzeugten Bilder haben vorzugsweise ein Druckkontrastsignal, das größer ist als ungefähr 90 Prozent. Es wird erkannt, dass das Druckkontrastsignal bestimmt wird durch Subtrahieren der Reflexion des Drucks von der Reflexion des Papiers und Teilen des Ergebnisses durch die Reflexion des Papiers. Ein bevorzugtes Pigment ist REGAL 660 Kohlenstoffschwarz (im Handel erhältlich von Cabot Corporation, Billerica, Mass).
Das Dispersionsmedium liefert eine im wesentlichen nicht wasserhaltige Umgebung, in der das Pigment dispergiert wird. Das Dispersionsmedium ist in der Pigmentdispersion in einer Menge von ungefähr 25 bis ungefähr 45, vorzugsweise von ungefähr 30 bis ungefähr 40, bevorzugter von ungefähr 30 bis ungefähr 35 Gewichtsprozent, vorhanden. Geeignete Dispersionsmedien schließen Glykolalkylether, Diole, Diolether und Ester ein. Das Dispersionsmedium ist vorzugsweise ein Ester. Bevorzugte Ester sind einer oder mehrere der vielen chemisch unterschiedlichen Ester oder Diester mit geringem Molekulargewicht, wie z. B. Diethyloxalat, Dibutyloxalat, Dimethylmalonat, Diethylmalonat, Di-tert.-butylmalonat, Dimethylsuccinat, Diethylsuccinat, Diethlyadipat, Dimethylsebacat, Diethylazelat, Methylendiacetat, Ethylenglykoldiacetat, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandioldiisobutyrat und Triacetin. Der bevorzugte Ester ist Dibutylsebacat (n-Decansäure-di-n-butylester), wie z. B. UNIFLEX DBS (im Handel erhältlich von Union Camp Corporation, Jacksonville, Florida).
Das polymere Dispersionsmittel ist in der Pigmentdispersion in einer Menge von ungefähr 15 bis ungefähr 45, vorzugsweise von ungefähr 20 bis ungefähr 40 Gewichtsprozent vorhanden. Bevorzugte polymere Dispersionsmittel sind Polyurethane, Polyacrylate und polymere Verbindung/Fettsäure-Kondensationspolymere. Das polymere Dispersionsmittel ist bevorzugter ein Polymer/Fettsäure-Kondensationspolymer. Am bevorzugtesten ist das polymere Dispersionsmittel ein Polyamin/Fettsäure-Kondensationspolymer. Das bevorzugte Polymer/Fettsäure-Kondensationspolymer ist SOLSPERSE 13940 (im Handel erhältlich von Zeneca, Inc., Wilmington, Delaware).
Das polymere Dispersionsmittel wird so ausgewählt, dass es das Pigment wirkungsvoll dispergiert. Das polymere Dispersionsmittel wirkt vorzugsweise so, dass es das Pigment durch Adsorption auf der Oberfläche des Pigments dispergiert und eine ausreichende sterische Hinderung liefert, um das Pigment dispergiert zu halten. Das polymere Dispersionsmittel ist vorzugsweise auch mit dem Dispersionsmedium mischbar. In dieser Verbindung ist das Verhältnis des Pigments zum polymeren Dispersionsmittel entscheidend für die Lagerstabilität und die Druckkopfleistung der Tintenzusammensetzungen. Die Pigmentdispersion wird vorzugsweise so hergestellt, dass das Verhältnis des Pigments zum polymeren Dispersionsmittel zwischen ungefähr 1 : 1 bis ungefähr 1 : 0,68, bevorzugter zwischen ungefähr 1 : 0,8 zu ungefähr 1 : 0,7, am bevorzugtesten ungefähr bei 1 : 0,75 liegt, basierend auf dem reinen Dispersionsmittel, das zu 40% aktiv ist.
Die Dispersionstintenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen ferner zu ungefähr 15 bis ungefähr 40, bevorzugter zu ungefähr 15 bis 25 Gewichtsprozent einen Diolethers mit einem Molekulargewicht von weniger als ungefähr 400 auf. Der Diolether stellt bevorzugter ungefähr 19,8 Gewichtsprozent der Tintenzusammensetzung dar. Der Diolether sollte eine flüssige Phase zwischen ungefähr 20 und 70°C aufweisen, da dies der Temperaturbereich ist, in dem Tintenstrahldrucker des Impulstyps meistens betrieben werden. Der Diolether kann einen oder mehrere der vielen chemischen unterschiedlichen Diolether mit niedrigem Molekulargewicht, die im Stand der Technik bekannt sind, aufweisen, wie z. B. Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonobutylether, 1-Butoxyethoxy-2-propanol, Diethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonobutylether, Ethylenglykolmonohexylether, Phenylglykolether, Butoxytriglykol, Methoxytriglykol und Ethoxytriglykol. Polyoxyethlenglykole wie z. B. Ethoxytricglykol und Methyoxytriglykol werden bevorzugt. Propylenglykolphenylether (DOWANOL PPh, W. H. Dow Center, Midland, Michigan) wird besonders bevorzugt.
Die Dispersionstintenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen ferner zu ungefähr 20 bis ungefähr 60, vorzugsweise zu ungefähr 25 bis 35, bevorzugter zu ungefähr 30 Gewichtsprozent ein Plastifiziermittel auf. Das Plastifiziermittel kann eines oder mehrere der vielen chemisch unterschiedlichen Plastifiziermittel, die im Stand der Technik bekannt sind, aufweisen, z. B. Butylbenzylphthalat, Dioktylphthalat, Diethylphthalat, Dimethylphthalat, Di-(2-ethylhexy)adipat, Diisobutylphthalat, Diisobutyladipat, Dicyclohexylphthalat, Glyceroltribenzoat, Sucrosebenzoat, Polypropylenglykoldibenzoat, Neopentylglykoldibenzoat und Dimethylisophthalat. Dibutylphthalat wird bevorzugt.
Die Dispersionstintenzusammensetzungen wie oben beschrieben sind im wesentlichen wasserfrei. Der Begriff „im wesentlichen wasserfrei" wie hier verwendet, betrifft eine Wasserkonzentration von ungefähr 0 bis ungefähr 5 Gewichtsprozent.
Die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung weisen ferner zu ungefähr 0,01 bis ungefähr 5,0, vorzugsweise zwischen ungefähr 0,01 und ungefähr 2,0, bevorzugter weniger als 1,0 Gewichtsprozent eines Antioxidationsmittels auf. Das Antioxidationsmittel stellt vorzugsweise ungefähr 0,2 Gewichtsprozent der Dispersionstintenzusammensetzungen dar. Das Antioxidationsmittel wird wegen seiner Fähigkeit, die dynamische Durchsatzleistung im Druckkopf zu verbessern, ausgewählt. Kavitation ist die Bildung von Gasbläschen in einer Flüssigkeit und wird durch das Vorhandensein von gelösten Gasen in der Flüssigkeit verursacht. Die Wirkungen der Kavitation werden typischerweise oft verbunden, wenn das besondere Strahlflüssigkeitsfluid, wie durch die vorliegende Erfindung beschrieben, Teilchen (d. h. das Pigment) enthält. Die Teilchen erzeugen typischerweise mehr Kristallisationskeime für das Bläschenwachstum.
Die Impulstintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können bei den allgemein bekannten Impulstintenstrahl-Druckvorrichtungen verwendet werden. Das US-Patent Nr. 5 258 774 zum Beispiel, das hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit eingeschlossen wird, offenbart eine Tintenstrahlvorrichtung des in den 1 bis 3 dargestellten Typs. Die Vorrichtung schließt einen Druckkopf 40 mit einem Behälter 42 und einem Abbildungskopf (Belichtungskopf) 44 ein. Der Druckkopf 40 ist gegenüber einem Ziel 46 angeordnet, das mittels eines Transportsystems, einschließlich Walzen 48 und 50, schrittweise vorwärts bewegt wird. Wie in 1 dargestellt, weist der Druckkopf 40 eine Öffnungsplatte 52 mit Öffnungen 54 auf. In 1 sind die Öffnungen zum Zweck der Darstellung weiter voneinander entfernt als sie es in der Praxis sind.
Wieder mit Bezug auf die 1–3 weisen die Öffnungen 54 tatsächlich eine Vielzahl von Öffnungssätzen auf, die vorständiger mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben werden. Die Öffnungssätze 54 sind in vertikaler Richtung als ein Ergebnis der Neigung des Druckkopfes 40 mit Bezug auf die Scanrichtung, die durch den Pfeil 56 dargestellt ist, verschoben. Die Öffnungen 54 sind in Dreier (3)-gruppen angeordnet und auf der Öffnungsplatte 52 so geneigt, dass sie im wesentlichen vertikal sind, wenn der Druckkopf 40 mit Bezug auf die Scanrichtung 56 geneigt ist, wie in 1 dargestellt. Die Hashzeichen 58 und die Öffnungsplatte zeigen tatsächlich diesen Neigungswinkel. Der Winkel der Öffnungen 54 in jeder Gruppe mit Bezug auf die Vertikale, wie in 2 dargestellt, wird so ausgewählt, dass wenn die Öffnungsplatte 52 wie in 1 geneigt ist, die Öffnungssätze 54 vertikal sind. Wenn das Scannen in der durch den Pfeil 56 dargestellten Richtung fortschreitet, gibt es kein Überlappen von irgendwelchen aus den Öffnungen ausgestoßenen Tröpfchen, um es so der Vorrichtung, wie in 1 bis 3 dargestellt, zu ermöglichen, einen vertikalen Strich zu bilden, wenn die Tröpfchen nacheinander im richtigen zeitlichen Verhältnis ausgestoßen werden. Die Tröpfchen können natürlich durch Ausstoßen geeigneter Tröpfchen auf Bedarf auch ein alphanumerisches Zeichen erzeugen.
Verbesserte Impulstintenstrahl-Druckvorrichtungen sind in den US-Patenten 5 767 873 und 5 581 283, die beide in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen sind, offenbart. Diese Patente offenbaren Timpulstintenstrahl-Druckvorrichtungen mit Tintenstrahlkammern mit einer Vielzahl von Öffnungen, die je einer Kammer zugeordnet sind.
Innerhalb einer Druckkopfvorrichtung des Impulstyps gibt es eine Piezovorrichtung, die an einer Wand der Flüssigkeitskammer, die sich ausdehnt und zusammenzieht und dadurch ein oszillierendes Druckfeld in der Kammer erzeugt, befestigt ist. Mit Bezug auf die 4A–4E können ein oder mehrere Tintentröpfchen 14c aus den Düsen 12 zu einem Substrat hin ausgestoßen werden durch wahlweise Erregung und Abschaltung des piezoelektrischen Wandlers 13. Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist jeder Wandler 13 an einer Membran, einem Dichtungsmittel oder einem anderen flexiblen Element 15a in Kontakt mit einem Volumen der in der Kammer 15 enthaltenen Tinte 14a befestigt. Es ist jedoch möglich, dass der Wandler die Kammerwand ist. Die Wandler werden durch das Anlegen von Steuersignalen mit Energie versorgt oder abgeschaltet. Obwohl die Steuersignalwellenform aus vielen bekannten Tintentröpfchen-Feuersignalen ausgewählt werden könnte, ist aus Gründen der Kürze und Einfachheit des Verständnisses das in 4A dargestellte Steuersignal in Form einer Rechteckwelle.
Die Bildung von Gasbläschen und die Wahrscheinlichkeit ihres Anfangswachstums und das anschließende Schrumpfen im oszillierenden Druckfeld verringert die Druckkopf-Ausstoßleistung beträchtlich. 5 zeigt die Wirkung des Antioxidationsmittels in der Dispersionstinte. Das in der Tintenzusammensetzung vorhandene Antioxidationsmittel senkt den gelösten Sauerstoff in der Tinte und verbessert dadurch beträchtlich ihre Leistung.
Das Antioxidationsmittel kann vorzugsweise eines oder mehrere der vielen chemisch unterschiedlichen bekannten Antioxidationsmittel, wie z. B. Naphthole, substituierte Phenole, Oxime und aromatische Amine aufweisen. Geeignete Antioxidationsmittel schließen zum Beispiel Eugenol, Hydrochinon, Pyrokatechol, Guajakol (Methylkatechol), butyliertes Hydroxytoluol, butyliertes Hydroxyanisol, Methylethylketoxim, Butylaldoxim und Cyclohexanonoxim ein. Cyclohexanonoxim wird besonders bevorzugt.
Es wird geschätzt, dass ein Antioxidationsmittel, wie oben offenbart, zu anderen Fluiden, die bei Impulstintenstrahlvorrichtungen des Piezotyps verwendet und ausgestoßen werden können, zugegeben werden kann, um die Kavitation im Druckkopf wirkungsvoll zu verringern und die Druckkopf-Ausstoßleistung zu verbessern. Beispielhafte Fluide schließen Polymerlösungen (wasserhaltig und nicht wasserhaltig), Klebstoffe und jede Art von Beschichtung ein.
Geeignete schnell trocknende Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen und -Vorrichtungen sind in der am 9. Juni 1999 angemeldeten US-Patentanmeldung Nr. 09/328 653, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart.
Bevorzugte schnell trocknende Tintenzusammensetzungen weisen zu ungefähr 20 bis ungefähr 95 Gewichtsprozent ein Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelkombination, zu ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent ein polymeres Harzsystem und zu ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent ein Farbmittel auf.
Die bevorzugten schnell trocknenden Tintenzusammensetzungen weisen niedrig siedende Lösungsmittel auf. Die ausgewählten Lösungsmittel haben im allgemeinen einen Siedepunkt von unter 150°C. Bevorzugte niedrig siedende Lösungsmittel schließen Glykolalkylether mit ungefähr 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugter 3–7 Kohlenstoffatomen, und am bevorzugtesten 4 Kohlenstoffatomen, einen Ketonalkohol, wie z. B. Diacetonalkohol, 1,4-Butandiol, denaturiertes Ethanol, Benzylalkohol und Alkyllactate ein. Glykolalkylether sind besonders bevorzugt. Der bevorzugte Glykolalkylether ist Propylenglykolmethylether. Die Tintenzusammensetzungen gemäß dieser Erfindung können irgendeines der oben genannten Lösungsmittel oder Mischungen davon aufweisen. Solche Lösungsmittel oder Kombinationen von Lösungsmitteln sind in der vorliegenden Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung vorzugsweise zu ungefähr 20 bis ungefähr 95 Gewichtsprozent, bevorzugter zu ungefähr 50 bis 90 Gewichtsprozent und am bevorzugtesten zu ungefähr 70 bis ungefähr 88 Gewichtsprozent vorhanden.
Die bevorzugten schnell trocknenden Tintenzusammensetzungen enthalten ferner zu ungefähr 1 bis ungefähr 20% ein polymeres Harz. Bevorzugte polymere Harze enthalten Polyesterharze, Polyvinylbuterolharze, wie z. B. MOWIFOL B3020H (im Handel erhältlich von Hoechst, Großbritannien), Phenolharze wie z. B. ALNOVOL PN 320 (im Handel erhältlich von Hoechst, Großbritannien), und Acrylharze, wie z. B. Styrolacrylharz. Das polymere Harzsystem der Tintenzusammensetzungen gemäß dieser Erfindung kann irgendeines der obigen polymeren Harze oder Mischungen davon enthalten und enthält vorzugsweise nur die genannten Harze als die polymere Harzkomponente. Die Tintenzusammensetzung enthält vorzugsweise zu ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent ein alkohollösliches auf Polyester basierendes Harzes und zu ungefähr 1 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent ein Styrol-Acrylpolymer-Harz. Bevorzugter zu ungefähr 5 bis 15% das alkohollösliche auf Polyester basierende Harz und zu ungefähr 3 bis ungefähr 6 Gewichtsprozent das Styrol-Acrylpolymerharz, und am bevorzugtesten zu ungefähr 9 Gewichtsprozent das alkohollösliche auf Polyester basierende Harz und zu ungefähr 4,5 Gewichtsprozent das Styrol-Acrylpolymerharz. Ein bevorzugter alkohollöslicher Polyester ist Prince 5180, hergestellt von Lawter International, Northbrook, III. Ein bevorzugtes Styrol-Acrylpolymer is Joncryl 678, erhältlich von S. C. Johnson & Son, Inc.
Bevorzugte schnell trocknende Tintenzusammensetzungen enthalten auch ein Farbmittel. Die Wahl des Farbmittels und seine Konzentration hängt prinzipiell von der Löslichkeit des Farbmittels und der Intensität seiner Farbe bei einer besonderen Anwendung ab. Das Farbmittel wird vorzugsweise ausgewählt, um die Tintenzusammensetzung dem menschlichen Auge oder einer mechanischen Datensammelvorrichtung, wie z. B. einem Strichcodescanner oder einer anderen Art von optischem Zeichenleser, sichtbar zu machen. Ein bevorzugtes Farbmittel enthält einen Farbstoff wie z. B. Orasol Black RLI, welcher von Ciba-Geigy Co. aus Ardsley, N.Y. erhältlich ist. Das Farbmittel macht vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent der Tintenzusammensetzung aus.
Die schnell trocknenden Impulstintenstrahl-Tintenzusammensetzungen zum Gebrauch bei der vorliegenden Erfindung wurden gemischt, um typischerweise in ungefähr 3 bis ungefähr 35 Sekunden zu trocknen, wenn sie verwendet werden, um Text mit 150 Punkten pro Inch (DPI, dots per inch) zu drucken, und in ungefähr 5 bis ungefähr 100 Sekunden bei Blockbuchstaben mit 150 DPI. Alle Drucktests wurden mit einem Microcoder 32/16-Druckkopf (im Handel erhältlich von Trident International, Inc., Brookfield CT) durchgeführt. Als eine Basislinie wurden die Trocknungszeiten auf einem Glassubstrat bei Raumtemperatur ohne eine extra angewendete Heizung gemessen. Das Messen der Trocknungszeiten ist typischerweise eine ungenaue Kunst. Wie hier später erwähnt, wurden die Trocknungszeiten erhalten durch Messen der Zeit, welche benötigt wird, um kein sichtbares Schmieren der gedruckten Buchstaben oder Blöcke zu beobachten, wenn sie mit einem Substrat, wie z. B. einem Papier oder einem Baumwolllappen gerieben werden. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Trocknungszeiten der schnell trocknenden Impulstintenstrahl-Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung variieren, basierend auf der Zusammensetzung des oder der ausgewählten Lösungsmittel und den besonderen Mengen jedes Lösungsmittels.

Eine bevorzugte Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, die die gewünschten schnell trocknenden Eigenschaften zeigt, wurde zum Beispiel wie folgt hergestellt:

Propylenglykolmethylether (Lösungsmittel)	ungefähr 44,0%
Diacetonalkohol (Lösungsmittel)	ungefähr 40,6%
Prince 5180 (Harz)	ungefähr 6,3%
Joncryl 678 (Harz)	ungefähr 1,7%
Orasol Black RLI (Farbstoff)	ungefähr 7,4%

Diese Zusammensetzung zeigt typischerweise bei Raumtemperatur eine Trocknungszeit auf einem Glassubstrat von ungefähr 50 Sekunden bei Blockbuchstaben mit 150 DPI und von ungefähr 19 Sekunden bei Text mit 150 DPI. Diese Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung trocknet bei Raumtemperatur, wenn man 150 DPI Text auf ein hochdichtes Polyethylensubstrat druckt, in ungefähr 7 bis 9 Sekunden. Auf mattiert beschichtetem, nicht glänzendem Stapelpapier trocknet bei Raumtemperatur die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung in ungefähr 3 bis 4 Sekunden, wenn man Text mit 150 DPI druckt.

Im Vergleich dazu wurde eine bevorzugtere Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, welche die gewünschten schnell trocknenden Eigenschaften zeigt, wie folgt hergestellt:

Propylenglykolmethylether (Lösungsmittel)	ungefähr 22,5%
denaturiertes Ethanol (Lösungsmittel)	ungefähr 55,0%
Benzylalkohol (Lösungsmittel)	ungefähr 5,0%
Prince 5180 (Harz)	ungefähr 9,0%
Joncryl 678 (Harz)	ungefähr 4,5%
Orasol Black RLI (Farbstoff)	ungefähr 5,0%

Diese Zusammensetzung zeigt typischerweise bei Raumtemperatur eine Trocknungszeit auf einem Glassubstrat von ungefähr 6 Sekunden bei 150 DPI Blockbuchstaben und von ungefähr 3 Sekunden bei 150 DPI Text. Diese Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung trocknet, wenn man einen 150 DPI Text auf einem hochdichten Polyethylensubstrat druckt, in ungefähr 4 Sekunden bei Raumtemperatur. Auf mattiert beschichtetem, nicht-glänzendem Stapelpapier trocknet bei Raumtemperatur die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung in ungefähr 2 Sekunden, wenn man 150 DPI Text druckt.

Eine bevorzugteste Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung, welche die gewünschten schnell trocknenden Eigenschaften zeigt, wurde noch wie folgt hergestellt:

Propylenglykolmethylether (Lösungsmittel)	ungefähr 80,0%
Diacetonalkohol (Lösungsmittel)	ungefähr 5,0%
Prince 5180 (Harz)	ungefähr 6,3%
Joncryl 678 (Harz)	ungefähr 1,7%
Orasol Black RLI (Farbstoff)	ungefähr 7,4%

Diese Zusammensetzung zeigt typischerweise eine Trocknungszeit bei Raumtemperatur auf einem Glassubstrat von ungefähr 20 Sekunden bei 150 DPI Blockbuchstaben und von ungefähr 8 Sekunden bei 150 DPI Text.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann den schnell trocknenden Tintenstrahl-Tintenzusammensetzungen Wasser als Zusatzstoff zugesetzt werden, um die Trocknungszeit einer Tintenzusammensetzung zu steuern, d. h. die Trocknungsrate zu verringern, wo besonders schnell trocknende Lösungsmittel verwendet werden, wie z. B. denaturiertes Ethanol. Das Wasser kann zu ungefähr 1 bis 40 Gewichtsprozent vorhanden sein. Die besondere Menge Wasser, welche verwendet wird, hängt von der Flüchtigkeit der verwendeten Lösungsmittel ab. Die folgende schnell trocknende Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung zeigt eine andere bevorzugte schnell trocknende Tintenzusammensetzung, wobei Wasser zugefügt wurde, um eine Trocknungszeit zu steuern, welche sonst zu schnell wäre, um eine Steuerung der Druckqualität zu erlauben:

Denaturiertes Ethanol (Lösungsmittel)	ungefähr 67,0%
Destilliertes Wasser (Zusatzstoff)	ungefähr 10,0%
1,4-Butandiol (Lösungsmittel)	ungefähr 3,0%
Mowifol B3020H (Harz)	ungefähr 1,0%
Alnovol PN 320 (Harz)	ungefähr 14,0%
Valifast 3806 (Farbstoff)	ungefähr 5,0%

Diese Zusammensetzung zeigt typischerweise auf einem Glassubstrat eine Trocknungszeit bei Raumtemperatur von ungefähr 6,0 Sekunden bei 150 DPI Blockbuchstaben und von ungefähr 3,0 Sekunden bei einem 150 DPI Text. Im Vergleich dazu würde diese Zusammensetzung ohne das zugefügte Wasser fast augenblicklich trocknen und die Druckqualität wäre schwer aufrechtzuerhalten.
Ein Fachmann wird erkennen, dass die schnell trocknenden Impulstintenstrahl-Tintenzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur schnell eine Viskositätsbarriere an der Öffnung der Düse bilden, sondern auch das Bedürfnis nach extra Heizvorrichtungen, wie z. B. Mikrowellenheizvorrichtungen, Gebläseluft-Heizvorrichtungen, Konvektionsheizvorrichtungen und ähnlichem beseitigen, welche typischerweise angewendet werden, um die Rate zu erhöhen, bei welcher die Tinte auf einem Substrat trocknet.
Ein bevorzugtes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 6 dargestellt, wo ein oder mehrere Tröpfchen 12 der Tintenzusammensetzung aus den Öffnungen 14 ausgestoßen werden durch wahlweises Erregen und Abschalten piezoelektrischer Wandler (nicht dargestellt) in einem Druckkopf 10. Der Betrieb der Wandler und so das Ausstoßen des Tröpfchens wird durch ein Verarbeitungsmittel 16, wie z. B. einen Computer, gesteuert. Solch ein Verfahren und System sind im US-Patent Nr. 4 646 106 offenbart, das hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Nach dem Ausstoßen aus dem Druckkopf 10 wird das Tröpfchen 12 auf eine Aufnahmefläche 21 auf dem Substrat 20 gerichtet, um ein gedrucktes Bild zu bilden. Das gedruckte Bild sollte klar und scharf begrenzt sein, selbst auf porösen Substraten wie z. B. Kraftpapier und Wellkarton bzw. Wellpappe. Es wird festgestellt, dass die Kantenbegrenzung eines gedruckten, durch einen Tintenstrahldrucker erzeugten Buchstabens oder Zeichens im Verhältnis steht zur Fähigkeit des Druckers, kreisförmige Punkte mit perfekter oder nahezu perfekter Kreisform zu bilden. Es wird bevorzugt, dass die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgezeichneten Druckbilder eine größere Kreisform als ungefähr 0,7 haben und dass diese Kreisform wie im US-Patent Nr. 4 361 843 im Namen von Cooke et al., das hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird, dargelegt, bestimmt wird.
Zahlreiche Drucksubstrate, wie z. B. Papiere, Gläser, Metalle und Kunststoffe sind im Stand der Technik bekannt, die Aufnahmeflächen aufweisen, mit denen Tintentröpfchen in Kontakt gebracht werden können. Es wird erkannt, dass Substrate wesentlich in Bezug auf physikalisch-chemische Eigenschaften, wie z. B. Glätte, Porosität, und Oberflächenbehandlung variieren können und dass solche physikalisch-chemischen Eigenschaften das Druckverfahren und die Wahl einer Tintenzusammensetzung wesentlich beeinflussen. Die Tintenzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung bilden klare, scharf begrenzte Strichcodebilder auf Kraftpapier, Wellpappe und anderen relativ porösen Substraten mit einer Glätte von ungefähr 300 bis ungefähr 450 Sheffieldeinheiten, vorzugsweise zwischen ungefähr 345 und ungefähr 400 Sheffieldeinheiten. Im Vergleich dazu bilden verschiedene auf Farbstoffen basierende Tintenzusammensetzungen schlecht begrenzte Strichcodebilder auf dem gleichen porösen Substrat.
Es wird bevorzugt, dass die Verfahren der vorliegenden Erfindung bei Temperaturen zwischen ungefähr 20 und ungefähr 70°C, bevorzugter zwischen ungefähr 30 und ungefähr 60°C ausgeführt werden. Bei diesen Temperaturen können geeigneten Anwendungsviskositäten der Tintenzusammensetzungen erhalten werden. Es wird bevorzugt, dass die Tinte eine Viskosität zwischen ungefähr 10 und ungefähr 15 cps bei 60°C aufweist.
Es wird auch bevorzugt, dass die Tintenzusammensetzung eine Oberflächenspannung von ungefähr 32 bis ungefähr 38 Dyn/cm bei 25°C aufweist.
Wie in 5 dargestellt, hat das Substrat 20 vorzugsweise eine Bewegungskomponente quer zum Weg des Tröpfchens 12. Solch eine relative Bewegung kann durch Vorbeibewegen des Substrats 20 an einem stationären Druckkopf 10, wie in 5 dargestellt, oder durch Vorbeibewegen des Druckkopfes an einem stationären Substrat erzeugt werden. Die Genauigkeit und/oder Klarheit der aufgezeichneten Informationen kann wahlweise durch Lesen der Informationen mit einer mechanischen, stromaufwärts des Druckkopfes 10 angeordneten Datensammelvorrichtung 30 bestimmt werden.
Zusätzliche Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale dieser Erfindung werden einem Fachmann bei der Prüfung ihrer folgenden Beispiele offensichtlich, die nicht beschränkend sein sollen, wobei Teile und Prozente Gewichtsteile bzw. – prozente sein sollen, wenn nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
Eine Pigmentdispersion wurde durch Mischen von 400 g REGAL 660 Kohlenstoffschwarz-Pigment (Cabot Corporation, Billerica, Mass.) zusammen mit ungefähr 300 g UNIFLEX DBS Dibutylsebacat (Union Camp Corporation, Jacksonville, Florida) und ungefähr 300 g zu 40–50 Prozent aktivem SOLSPERSE 13940 polymerem Dispersionsmittel (Zenica Colors, Inc., Wilmington Delaware) hergestellt. Das Verhältnis des Pigments zum polymeren Dispersionsmittel betrug 1 : 0,75. Die Mischung wurde ungefähr 2 Stunden vorgemischt, um ein richtiges Benetzen des Pigments zu gewährleisten. Anschließend wurde die Dispersion in eine Medienmühle überführt, die aus ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,0 Millimeter großen Zirkonium-Siliziumdioxid-Perlen besteht. Die Dispersion wurde dann in der Medienmühle mit hoher Geschwindigkeit ungefähr 5 Stunden gemischt, um ein Mahlen des Kohlenstoffschwarz-Pigments zu erhalten. Die Dispersion wurde dann durch einen groben Filter filtriert, um das Medium für weitere Verwendung zu entfernen. Die Pigmentdispersion dieses Beispiels war sehr stabil, zeigte keine beliebige Gelbildung oder Abtrennung von Feststoffen.
Anschließend wurden ungefähr 400 g der obigen Dispersion unter Rühren mit ungefähr 198 g Propylenglykolphenylether (DOWANOL PPH, W. H. Dow Center, Midland, Michigan) und ungefähr 400 g Dibutylphthalat verdünnt. Als nächstes wurden ungefähr 20 g des Antioxidationsmittels Hydrochinon hinzugefügt und die sich ergebende Tintenzusammensetzung wurde ungefähr 2 Stunden bei Raumtemperatur gemischt. Die Tintenzusammensetzung wurde dann zuerst durch einen 1,0 Mikrometer-Glass-tech-II-Filter filtriert, gefolgt von einer Filtration durch einen 0,6-Mikrometer-PolyFlow-Filter. Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieses Beispiels zeigte ausgezeichnete dynamische Leistungsparameter, ausgezeichnete Druckqualitäten, eine wünschenswerte Viskosität von ungefähr 35 cps bei ungefähr 25°C, eine wünschenswerte Viskosität von ungefähr 12 cps bei ungefähr 60°C und eine Oberflächenspannung von ungefähr 36 Dyn/cm bei 25°C.
Die dynamische Leistung wurde durch kontinuierliches Drucken von Strichcodes über eine Stunde unter Verwendung eines Ultrajet II 352/32-Impulstintenstrahl-Druckkopfes (Trident International, Brookfield, Connecticut) gemessen. Dieser Impulstintenstrahl-Druckkopf hat 11 Öffnungen pro Kanal. Nach einer Stunde wurde die Druckqualität der Strichcodes ausgewertet. Eine verstopfte oder Luft enthaltende Öffnung offenbart einen sichtbaren Fehler beim gedruckten Strichcode.
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
Eine Pigmentdispersion wurde durch Mischen von 400 g REGAL 660 Kohlenstoffschwarz-Pigment (Cabot Corporation, Billerica, Mass.) zusammen mit ungefähr 350 g UNIFLEX DBS Dibutylsebacat (Union Camp Corporation, Jacksonville, Florida) und ungefähr 250 g zu 40–50 Prozent aktivem SOLSPERSE 13940 polymerem Dispersionsmittel (Zenica Colors, Inc., Wilmington Delaware) hergestellt. Das Verhältnis des Pigments zum polymeren Dispersionsmittel betrug 1 : 0,62. Die Mischung wurde ungefähr 2 Stunden vorgemischt, um ein richtiges Benetzen des Pigments zu gewährleisten. Anschließend wurde die Dispersion in eine Medienmühle überführt, die aus ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,0 Millimeter großen Zirkonium-Siliziumdioxid-Perlen besteht. Die Dispersion wurde dann in der Medienmühle mit hoher Geschwindigkeit ungefähr 5 Stunden gemischt, um ein Mahlen des Kohlenstoffschwarz-Pigments zu erhalten. Die Dispersion wurde dann durch einen groben Filter filtriert, um das Medium für weitere Verwendung zu entfernen. Die Pigmentdispersion dieses Beispiels war instabil, da festes Pigment sich nach ungefähr einer Stunde abschied.
Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)
Eine Pigmentdispersion wurde durch Mischen von 400 g REGAL 660 Kohlenstoffschwarz-Pigment (Cabot Corporation, Billerica, Mass.) zusammen mit ungefähr 300 g UNIFLEX DBS Dibutylsebacat (Union Camp Corporation, Jacksonville, Florida) und ungefähr 300 g zu 40–50 Prozent aktivem SOLSPERSE 13940 polymerem Dispersionsmittel (Zenica Colors, Inc., Wilmington Delaware) hergestellt. Das Verhältnis des Pigments zum polymeren Dispersionsmittel betrug 1 : 0,75. Die Mischung wurde ungefähr 2 Stunden vorgemischt, um ein richtiges Benetzen des Pigments zu gewährleisten. Anschließend wurde die Dispersion in eine Medienmühle überführt, die aus ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,0 Millimeter großen Zirkonium-Siliziumdioxid-Perlen besteht. Die Dispersion wurde dann in der Medienmühle mit hoher Geschwindigkeit ungefähr 5 Stunden gemischt, um ein Mahlen des Kohlenstoffschwarz-Pigments zu erhalten. Die Dispersion wurde dann durch einen groben Filter filtriert, um das Medium für weitere Verwendung zu entfernen. Die Pigmentdispersion dieses Beispiels war sehr stabil, zeigte keine beliebige Gelbildung oder Abtrennung von Feststoffen.
Anschließend wurden ungefähr 400 g der obigen Dispersion unter Rühren mit ungefähr 600 g UNIFLEX DBS Dibutylsebacat (Union Camp Corporation, Jacksonville, Florida) verdünnt. Die sich ergebende Tintenzusammensetzung wurde ungefähr 2 Stunden bei Raumtemperatur gemischt. Die Tintenzusammensetzung wurde dann zuerst durch einen 1,0 Mikrometer-Glasstech-II-Filter filtriert, gefolgt von einer Filtration durch einen 0,6-Mikrometer-PolyFlow-Filter. Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieses Beispiels zeigte gute Druckqualitäten, jedoch traten Kompatibilitätsprobleme mit Komponenten des Druckkopfes auf. Die erhaltenen Viskositäten betrugen ungefähr 30 cps bei ungefähr 25°C und ungefähr 8,5 cps bei ungefähr 60°C. Die Oberflächenspannung betrug ungefähr 30 Dyn/cm bei 25°C.
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)
Die Pigmentdispersion wurde durch Mischen von 400 g REGAL 660 Kohlenstoffschwarz-Pigment (Cabot Corporation, Billerica, Mass.) zusammen mit ungefähr 300 g UNIFLEX DBS Dibutylsebacat (Union Camp Corporation, Jacksonville, Florida) und ungefähr 300 g zu 40–50 Prozent aktivem SOLSPERSE 13940 polymerem Dispersionsmittel (Zenica Colors, Inc., Wilmington Delaware) hergestellt. Das Verhältnis des Pigments zum polymeren Dispersionsmittel betrug 1 : 0,75. Die Mischung wurde ungefähr 2 Stunden vorgemischt, um ein richtiges Benetzen des Pigments zu gewährleisten. Anschließend wurde die Dispersion in eine Medienmühle überführt, die aus ungefähr 0,8 bis ungefähr 1,0 Millimeter großen Zirkonium-Siliziumdioxid-Perlen besteht. Die Dispersion wurde dann in der Medienmühle mit hoher Geschwindigkeit ungefähr 5 Stunden gemischt, um ein Mahlen des Kohlenstoffschwarz-Pigments zu erhalten. Die Dispersion wurde dann durch einen groben Filter filtriert, um das Medium für weitere Verwendung zu entfernen. Die Pigmentdispersion dieses Beispiels war sehr stabil, zeigte keine beliebige Gelbildung oder Abtrennung von Feststoffen.
Anschließend wurden ungefähr 400 g der obigen Dispersion unter Rühren mit ungefähr 198 g Propylenglykolphenylether (DOWANOL PPH, W. H. Dow Center, Midland, Michigan) und ungefähr 400 g Dibutylphthalat verdünnt. Die sich ergebende Tintenzusammensetzung wurde ungefähr 2 Stunden bei Raumtemperatur gemischt. Die Tintenzusammensetzung wurde dann zuerst durch einen 1,0 Mikrometer-Glass-tech-II-Filter filtriert, gefolgt von einer Filtration durch einen 0,6-Mikrometer-PolyFlow-Filter. Die Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung dieses Beispiels zeigte ohne das Antioxidationsmittel schlechte dynamische Leistungsparameter. Die Druckqualität war zufrieden stellend, die Viskosität betrug ungefähr 44 cps bei ungefähr 25°C; die Viskosität betrug ungefähr 13,5 cps bei ungefähr 60°C; und die Oberflächenspannung ungefähr 36 Dyn/cm bei 25°C.
Ein Fachmann wird es zu schätzen wissen, dass zahlreiche Änderungen und Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden können und dass solche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen. Die beiliegenden Ansprüche sollen deshalb alle solchen äquivalenten Variationen, die unter den wahren Geist der Erfindung und in ihren Schutzumfang fallen, abdecken.
In vielen Details, abgesehen vom Bedarf an einem Antioxidationsmittel, sind die zur Verwendung bei dieser Erfindung geeigneten Zusammensetzungen (siehe Anspruch 4) und ihre Komponenten in den Ansprüchen 1–8 der gleichzeitig anhängigen Anmeldung, die ebenso am 03.09.99 im Namen von Trident International, Inc. eingereicht wurde und auch die Priorität des US-Anmeldung Nr. 60/099 230 beansprucht, beschrieben und definiert.

Claims

Verfahren zur Vermeidung der Bildung von Gasbläschen innerhalb einer Impulsfluidvorrichtung des Piezotyps mit mindestens einer Fluidkammer mit mindestens einer Öffnung darin und einem piezoelektrischen Wandler, der mit der Kammer gekuppelt ist, die Schritte aufweisend: Zuführen eines Strahlfluides, das 0,01 bis 5,0 Gewichts-% eines Antioxidationsmittels enthält, zur Fluidkammer; Änderung der Energiezufuhrrate des Wandlers, so dass er expandiert und die Fluidkammer kontrahiert; und Ausstoßen eines Fluidtröpfchens aus der mindestens einen Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Strahlfluid weniger als 2,0 Gewichts-% und vorzugsweise zwischen 0,3 und 1,0 Gewichts-% Antioxidationsmittel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Antioxidationsmittel Eugenol, Hydrochinon, Pyrokatechol, Guajakol (Methylkatechol), butyliertes Hydroxytoluol, butyliertes Hydroxyanisol, Methylethylketoxim, Butylaldoxim, Cyclohexanonoxim oder eine Mischung davon, vorzugsweise Hydrochinon oder Cyclohexanonoxim, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlfluid aufweist: a) 20 bis 50 Gewichts-% einer Pigmentdispersion, wobei die Pigmentdispersion 25 bis 45 Gewichts-% eines Pigments; 15 bis 45 Gewichts-% eines polymeren Dispersionsmittels und 25 bis 45 Gewichts-% eines Dispersionsmediums aufweist, wobei das Verhältnis Pigment zu polymerem Dispersionsmittel 1 : 1 bis 1 : 0,68 beträgt, b) 15 bis 45 Gewichts-% eines Diolethers; c) 20 bis 60 Gewichts-% eines Plastifiziermittels; und d) 0,01 bis 5 Gewichts-% eines Antioxidationsmittels.
Zur Verwendung als Strahlfluid in einer piezoelektrischen Impulsfluidvorrichtung geeignete Zusammensetzung, aufweisend: (a) 20 bis 95 Gewichts-%, z. B. 60 bis 90 Gewichts-%, eines Lösungsmittels, das Glykolalkylether mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen, z. B. 3 bis 7 C-Atomen, einen Ketonalkohol, 1,4-Butandiol, denaturiertes Ethanol, Benzylalkohol, ein Alkyllaktat oder eine Mischung davon aufweist; (b) 1 bis 20 Gewichts-% eines Polymers, das einen Polyester, Polyvinylbuterol, ein Phenolharz, ein Acrylharz oder eine Mischung davon aufweist; (c) 1 bis 20 Gewichts-% eines Farbstoffes; und (d) 0,01 bis 5,0 Gewichts-% eines Antioxidationsmittels, wobei das Antioxidationsmittel Eugenol, Hydrochinon, Pyrokatechol, Guajakol (Methylkatechol), butyliertes Hydroxytoluol, butyliertes Hydroxyanisol, Methylethylketoxim, Butylaldoxim, Cyclohexanonoxim oder eine Mischung davon aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, die 0,01 bis ungefähr 2,0 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01 bis 1,0 Gewichts-% Antioxidationsmittel aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Antioxidationsmittel wie in Anspruch 3 definiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Strahlfluid die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ist.
Piezoelektrische Impulsfluidvorrichtung, mit einer Fluidkammer mit mindestens einer Öffnung darin und einem mit der Kammer gekuppelten piezoelektrischen Wandler und ein Strahlfluid aufweisend, das eine polymere Lösung (die wasserhaltig sein kann) und 0,01 bis 5 Gewichts-% eines Antioxidationsmittels enthält.
Verwendung eines Strahlfluides nach Anspruch 9 oder der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 in der Vorrichtung nach Anspruch 9.