DE2438741A1 - Drucksystem - Google Patents

Description

Böblingen, den 8. August 1974 kd-fe

Anmelder in: International Business f4achines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: RO 972 020

Di'ucksystem

Die Erfindung betrifft ein Drucksystem, in dem eine Tinte verwendet wird, mit der ein Verstopfen von Federn und Düsen vermieden wird und bei dem sichtbare Zeichen durch Reaktion der Tinte mit Metallionen an der Oberfläche des Dokumentes gebildet werden.

Bei Aufzeichnung3systemen, bei denen die Aufzeichnung von einer, einheitlichen Zufuhr und dem Fließen der Tinte abhängig ist, muß oftmals durch Koagulation der Tinte ein Verstopfen der Feder oder der Düse in Kauf genommen werden. Dies tritt am häufigsten auf nach Unterbrechung der Benützung für einige Stunden oder über Nacht. Lange Zeit wurden nur geringe Verbesserungen in den Aufzeichnungsvorrichtungen und der Aufzeichnungstechnik erzielt. Erst vor kurzem sind verbesserte Federn und Ultraschallfederreiniger in den Handel gekommen. Diese Lösungen sind Anstrengungen, um die der Tinte innewohnende Anfälligkeit zur Koagulation zu überwinden.

Die Bildung eines Rückstandes oder die Koagulation sind die größten Probleme, die bei Aufzeichnungsvorrichtungen oder den sehr feinen Düsen der Tintenstrahldrucker auftreten. Letztere sind besonders für ein Arbeiten bei hohen Geschwindigkeiten geeignet und stellen eine mögliche Lösung dar, um die Geschwindigkeitsbegrenzungen von Aufschlagdruckern zu überwinden. Um dies zu erreichen, muß eine zuverlässige, sich wiederholende Zufuhr von Tintentröpfchen gewährleistet sein. Es ist notwendig, daß nicht nur die Aus-

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bildung der Düse und des Übertragungsgliedes für die Anwendung optimal sind, sondern daß auch die zur Verwendung gelangende Tinte nichfc koaguliert oder in anderer Weise das Aufzeichnungsverfahren negativ beeinflußt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbesserten Ürucksystem anzugeben, bei dew* die Tinte nicht koaguliert und deshalb die Düse eines Tintenstrahldruckers nicht verstopft und bei dem nach Auftreffen der Tintentröpfchen auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials unverzüglich trockene wischfeste Zeichen gebildet werden.

Diese Bedingungen werden bei einem Drucksystem weitgehend erfüllt, das gekennzeichnet ist durch ein Aufzeichnungsmaterial, welches an geiner Oberfläche Metallionen enthält Und durch eine Tinte, die aus einer wäßrigen Lösung besteht und wenigstens eine Verbindung enthält, die beim Drucken mit den Metallionen auf der Oberfläche des Aufzeichnungamaterials einen sichtbaren Niederschlag zu bilden vermag.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung aus der Gruppe von Metallcyanokomplexen, von heterocyclischen Verbindungen, Derivaten des a-Nitroso-ß -naphthols oder der Thiocarbonsäure oder Diphenylcarbazid gewählt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Metallionen, welche an der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials vorhanden sind, aus der Gruppe von Eisen, Kupfer, Chrom, Kobalt, Magnesium, Nickel öder Zinn gewählt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In dem Drucksystem gemäß der Erfindung wird das verwendete Papier behandelt, damit Metallionen an der zu bedruckenden Oberfläche vorhanden sind. Die verwendete Tinte besteht aus einer wäßrigen

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Lesung einer Verbindung mit niedriger Konzentration. Die Verbindung v/ird so ausgewänlt, daß sie mit den Metallionen, mit denen das Papier behandelt ist, reagiert, um einen Niederschlag, der sichtbar und in einer gewünschten Farbe ist, zu bilden. Zusätzlich sollten die Metallionen und die Verbindung so ausgewählt werden, daß die Reaktion, bei der ein Niederschlag gebildet wird, bei Zimmertemperatur vonstatten geht und die Notwendigkeit zusätzlicher Arbeitsgänge und Ausrüstung entfällt. Die mit dem System gedruckten Zeichen sollten auch, genau so wie andere Tinten, Hitze und Feuchtigkeit und einem Abbau bei Einwirkung ultravioletter Strahlung widerstehen und die gewünschte Beständigkeit besitzen.

Die Tinte, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwende»; wird, ist eine niedrig-konaentrierte Lösung einer Verbindung, die mit iititallionen unter Ausbildung eines sichtbaren Niederschlages reagiert. Demzufolge wird keine Pigmentierung oder ein Gehalt an anderen Teilchen erforderlich oder verwendet. Die Verwendung von niedrig-konzentrierten Lösungen gewährleistet, daß die Sättigung auch in den Fällen nicht überschritten wird, in denen durch Verdampfung eine höhere Konzentration entsteht, so daß .die ■ Ausbildung von Rückständen vermieden wird, die in ähnlicher Weise ein Verstopfen zur Folge hätten, wie es durch koagulierte Materialien induziert wird. Weiterhin wird auch mit niedrigen Konzentrationen ein ausreichender Kontrast in den resultierenden gedruckten Zeichen erhalten und bei einigen Kombi nationen von Verbindung und iletallionen wird der höchstmögliche Kontrast bei sehr niedrigen Konzentrationen erzeugt, und der Kontrast nimmt mit iirnöhung der Konzentration tatsächlich ab. Obgleich Konzentrationen von St.hr niedrigen Werten bis zur Sättigung anwendbar sind, werden die "ι,-esten Ergebnisse bei VerwenCun,- von Konzentrationen von ü,'j bio 3 Gewichtsprozent in eiii'ir im wesentlichen wäßrigen Lösungsmittel erhalten.

In dem Tintencyο tem gemäß der Erfindung werden Flüssigkeiten verwendet, die i;,rblos oder nur leicht gefärbt sind und die nicht,

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BAD ORfGINAL

pigmentiert werden müssen. Die Standarddruckfarben werden durch eine chemische Reaktion erzeugt, welche bei dem Auftreffen der Flüssigkeit auf das behandelte Papier stattfindet. Dies ist im Gegensatz zu Druckverfahren, bei denen eine pigmentierte Tinte auf einem unbehandelten Papier niedergeschlagen wird. Da dio chemische Reaktion unverzüglich stattfindet, ist die einzige erforderliche Trockenzeit diejenige, in der die Verdampfung des restlichen Wassers stattfindet. Dies geschieht in der Größenordnung von Sekunden, in Abhängigkeit von der angewendeten Flüssigkeitsmenge und dem Absorptionsvermögen des Papiers. Andererseits sind bei Anwendung pigmentierter Tinten lange Trockenzeiten erforderlich und manche Tinten trocknen niemals vollständig und schmieren deshalb immer.

Für das Druck- oder Schreibsystem gemäß der Erfindung ist erforderlich, daß das zu bedruckende Dokument behandelt wird, damit Metallionen'an der zu bedruckenden Oberfläche vorhanden sind. Dies kann durch Sprühen, Tauchen oder Aufbürsten einer Lösung der Metallionen auf das zu bedruckende Papier oder ökonomischer durch Einführung der Metallionenlösung während des Papierherstellungsprozesses erfolgen. Um das behandelte Papier mit nur einem geringen Kostenunterschied herstellen zu können, sollten die Metallionen während des Papierherstellungsprozesses in Form einer wäßrigen Lösung eingeführt werden. Die Anwendung einer wäßrigen Lösung gestattet auch die Rückführung des Papierabfalls in die Anlage. Da zahlreiche billige und geeignete Metallverbindungen wasserlöslich sind, stellt dieee Bedingung kein Problem dar. Außerdem wird dieser Verbindungtyp auch während der Papierherstellung zu anderen Zwecken eingeführt. Es ist z.B. üblich, Natriumchlorid während der Papierherstellung zuzusetzen, um dem Papier antistatische Eigenschaften zu verleihen.

Die Metallionen, die dem Papier einverleibt werden, können Eisen-, Kupfer-, Chrom-, Kobalt-, Mangan-, Nickel- oder Zinnionen sein. Eisen- und Kupferionen sind die billigsten und am leichtesten erhältlich. Magnesium- und Aluminiumionen haben zur Behandlung von

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Papier nur begrenzte Bedeutung, da die mit ihnen erzeugten Niederschläge oft weiß oder transparent sind. Metallionen von Blei, Quecksilber oder Thallium sind nicht zu empfehlen wegen ihrer Giftigkeit und zahlreiche andere Metalle sind zu kostspielig, so daß deren Anwendung aus ökonomischen Gründen nicht in Frage kommt.

Die Proben des behandelten Papiers wurden aus dem gleichen Material, das für Karten für Datenverarbeitungsanlagen üblicherweise verwendet wird, hergestellt. Als Metallionen zur Behandlung des Papiers wurden Kupfersulfat (Uu 30.,5H₂O) und das Doppelsalz des Eisen(II)-sulfats mit Ammoniumsulfat verwendet. Die Kupfersulfatlösung, mit der das Papier behandelt wurde, war eine 7,4-gewichtsprozentige Lösung, Das Ammoniumsulfat-Eisen(II)-sulfat wurde in einer 0,1-normalen Lösung angewendet. Beide Salze wurden in destilliertem Wasser gelöst. Der pH-Wert für Kupfersulfatlösung war 4,0; der pH-Wert der Eisensalzlösung 6,0, Bei Anwendung einer mit Unterdruck arbeitenden Parbversprühvorrichtuhg wird die Metallionenlösung örtlich auf das Papier angewendet j das von einer der üblichen Rollen mit einer konstanten Geschwindigkeit zugeführt wird. Ein Pilzpolster wirkt auf das so behandelte Papier ein, um überschüssige Lösung zu entfernen und eine gleichmäßige Anwendung zu gewährleisten. Schließlich wird ein elektrischer Trockner verwendet, um die Trocknung zu beschleunigen, ehe das Papier wieder auf eine Spule aufgewickelt wird.

In einer Anzahl von Beispielen, die nachfolgend aufgeführt aind, wird das Papier mit Eisenionen behandelt. Obgleich ein Drucken auf diesem Papier sehr erfolgreich ist, kann eine Verfärbung de3 Eisens in dem Papier einige Monate nach der Anwendung erfolgen. Das Papier verfärbt sich von seinem üblichen Weiß oder Gelbweifö zu einem schwachen Gelbbraun. Es wurden verschiedene Antioxidantien als Additive zu der Eisenlösung zugesetzt, um diese Verfärbung zu verhindern. Die beiden erfolgreichsten sind ein Gewichtsprozent Zinndichlorid und 1 Gewichtsprozent Benztriazol.

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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1;

Ein Dokument, dessen Oberfläche mit einer 0,1-normalen Lösung von Eisen(II)sulfat-Ammoniumsulfat behandelt war, wurde mit einem Tintenstrahldrucker bedruckt unter Verwendung einer Tinte, die aus einer 2gewichtsprozentigen Lösung von Kalium-hexacyanoferrat(III) (K Fe(CN)₆ bestand. Die Farbe der resultierenden Charaktere war blau,

Beispiel 2:

Der Druckvorgang von Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung einer 1-gewichtsprozentigen Lösung von Kalium-hexacynoferrat(III),

Beiapiel 5>

Der Druckvorgang von Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung einer 0,5 gewichtsprozentigen Lösung von Kalium-hexacyanoferrat(III).

Beiapiel 4;

Ein Dokument, dessen Oberfläche mit einer 0,1 normalen Lösung von Eisen(II)sulfat-Ammoniumsulfafc behandelt war, wurde mit einem Tintenstrahldrucker bedruckt unter Verwendung einer Tinte, welche aus einer 2-gewichtsprozentigen Lösung von 8-Hydroxychinolin in 95% Wasser und 5% Essigsäure als Lösungsmittel bestand. Die Farbe der resultierenden gedruckten Zeichen war schwarz«

Beispiel 5?

Der Druckvorgang von Beispiel 4 wurde wiederholt unter Verwendung einer 1,5-gewichtsprozentigen Lösung von 8-Hydroxychinolin.

Beiapiel 6;

Der Druckvorgang von Beispiel*4 wurde wiederholt unter Verwen-

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dung einer 1,5-gewichtsprozentigen Lösung von 8-Hydroxychinolin.

Beispiel 7:

Die Oberfläche eines Dokuments wurde mit einer 0,1 normalen Lösung von Eisen(II)sulfat-Ammoniumsulfat behandelt und anschließend bedruckt unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers. Die Tinte bestand aus einer 1-gewichtsprozentigen Lösung von 2,2'-Dipyridyl in 95% Wasser und 5% Äthylalkohol als Lösungsmittel. Die Farbe der gedruckten Zeichen auf dem Dokument war rot.

Beispiel 8;

Der üruckvorgang von Beispiel 7 wurde wiederholt unter Verwendung einer 0,5 gewichtsprozentigen Lösung von 2,2'-Dipyridyl.

Beispiel 9;

Der Druckvorgang von Beispiel 7 wurde wiederholt unter Verwendung einer 0,25 gewichtsprozentigen Lösung von 2,2'-Dipyridyl.

Druckproben, die gemäß den Beispielen 1 bis 9 hergestellt waren, wurden getestet, um den Druckkontrast, die Widerstandsfähigkeit gegen Verblassen und das Ansprechen auf hohe Feuchtigkeit zu testen.

Gedruckte Proben eines jeden der zuvor angegebenen Beispiele wurden auf Kontrast geprüft mit dem Bildinformatio^zerlegungs- und Analysiersystem (PiDA-S) und in jedem Fall übertraf der Druckkontrast die Standardbedingungen, die für optische Zeichenerkennung gefordert werden. Von den drei Farben wurde bei dem blauen Druck der Beispiele 1 bis 3 der maximale Kontrast mit der mittleren Konzentration von 1 Gewichtsprozent erhalten und nicht mit der höchsten Konzentration der schwarzen Tinte der Beispiele H bis 6 und der roten Tinte der Beispiele 7 bis 9.

Die Widerstandsfähigkeit gegen Verblassen wurde untersucht in einem Test, bei dem die Proben ultravioletter Strahlung einer

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6000 Watt-Xenonlampe in einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 bis 55% ausgesetzt wurden, bis ein Verblassen eintrat. Die rote Tinte der Beispiele 7 bis 9 widerstand 50 Stunden lang und die schwarze Tinte der Beispiele 4 bis 6 100 Stunden lang der Bestrahlung. Der Test mit der blauen Tinte der Beispiele 1 bis 3 wurde nach 150 Stunden abgeschlossen, nachdem kein erkennbares Verblassen eingetreten war. Im Gegensatz zu den Beispielen 1 bis 9 wurden zwei Druckproben mit Drucktinten auf Oleat-Parbstoffbasis hergestellt. Letztere Proben wurden einer Bestrahlung unterworfen und verblaßten bereits 10 Stunden nach Belichtung unter den Testbedingungen.

Wenn die Proben in einem Feuchtigkeitstest bei 37,8⁰C (100° F) und 90? relativer Luftfeuchtigkeit 100 Stunden lang ausgesetzt wurden, zeigte die rote Tinte der Beispiele 7 bis 9 keine Veränderung, die schwarze Tinte der Beispiele 4 bis 6 zeigte ein leichtes Verblassen und die blaue Tinte der Beispiele 1 bis 3 wurde noch verstärkt und war nach dem Test sogar noch dunkler. Bei einem Hitzetest, bei dem die Proben 500 Stunden lang 37,8⁰C (100° F) ausgesetzt waren, fand kein Verblassen oder Abbau irgendeiner der Proben der Beispiele 1 bis 9 statt.

Anhand der nachfolgenden Beispiele werden die Farben gezeigt, welche verfügbar sind durch die Auswahl bestimmter Kombinationen von Metallionen und reaktiver Verbindung.

Beispiel 10;

Ein Dokument, welches mit einer 7,¹I gewichtsprozentigen Kupfer-• sulfatlösung im Wasser behandelt war, wurde unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers und einer Tinte, die eine 1 gewichtsprozentige Lösung von l-Nitr03O-2-naphthol-3,6-disulfonsäure war, bedruckt. Die resultierenden gedruckten Zeichen waren gelb.

Beispiel 11:

Ein Dokument, das mit einer 0,1 normalen Lösung von Eisen(II)sulfat, Ammoniumsulfat behandelt war, wurde bedruckt unter Verwen-

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dung eines Tintenstrahldruckers und einer Tinte, die aus einer 1 gewichtsprozentigen Lösung von l-Nitroso-2-naphthol-3,6-disulfonsäure bestand. Die gedruckten Zeichen auf dem Dokument waren grün.

Beispiel 12:

Ein Dokoment, welches mit einer 7,4 gewichtsprozentigen .Küpfersulfat lösung im Wasser behandelt war, wurde bedruckt unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers und einer Tinte, welche aus einer 1 gewichtsprozentigen Lösung von Diphenylcarbazid, die 0,1 Ammoniumhydroxid und 10$ Äthanol enthielt, bestand. Bei dem Druck vorgang wurden dunkelrote, gedruckte Zeichen erhalten.

Beispiel 13;

Ein Dokument, welches mit einer 1 .gewichtsprozentigen Lösung von Natriumchromat behandelt war, wurde bedruckt unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers und einer Tinte, die aus einer 1 gewichtsprozentigen Lösung von Diphenylcarbazid und 0,1$ Schwefelsäure und 10$ Äthanol enthielt. Die gedruckten Zeichen auf dem Dokument waren rot.

Beispiel 14;

Ein Dokument, welches mit einer 0,1 normalen Lösung von Eisen(II)-sulfat-Ammoniumsulfat behandelt war, wurde mit einem Tintenstrahldrucker bedruckt unter Verwendung einer Tinte," υ ie aus einer 1-gewichtsprozentigen Lösung von Natriumdiäthyl-dithioearbamat bestand, wobei- Zeichen von brauner Farbe erhalten wurden.

Beispiel 15:

Ein Dokument, welches mit einer 10 gewichtsprozentigen Lösung von Zinn(II)-ohlorid behandelt war, wurde bedruckt mit einem Tintenstrahldrucker unter Verwendung einer Tinte, die aus einer 3 gewichtsprozentigen Lösung von Kakothelin (Nitrat der 4-Nitrobrucichinonsäure) bestand. Die resultierenden gedruckten Zeichen waren rot.

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Die Reaktion und die Druckwirkung kann zusätzlich durch das Beigeben grenzflächenaktiver Stoffe zu der Tintenlösung verstärkt werden. Es soll hervorgehoben werden, daß die grenzflächenaktiven Stoffe nicht-ionischen Charakter besitzen sollen, um zu gewährleisten, daß die Benetzungswirkung die Reaktion des Druckvorganges nur beschleunigt aber nicht nachteilig beeinflußt. Eine Gruppe grenzflächenaktiver Stoffe, die verwendet werden können, sind Monoaryläther von Polyäthylenglykol. Die Tinte enthält diese Verbindungen in einer Konzentration von 0,0001 bis 3 Gewichtsprozent.

Die Tinte sollte verhältnismäßig neutral reagieren oder einen pH-Wert von etwa 7,0 besitzen. Die Reaktion ist jedoch weniger anfällig gegen saure ala gegen alkalische Bedingungen. Die verschiedenen Beispiele wurden durchgeführt in einem pH-Bereich von 4,0 bis 8,0 ohne nachteilige Beeinflussung der Ergebnisse.

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Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE

1. Drucksystem, gekennzeichnet durch ein Aufzeichnungsmaterial«, welches an seiner Oberfläche Metallionen enthält und durch eine Tinte, die aus einer wäßrigen Lösung besteht und wenigstens eine Verbindung enthält, die beim Drucken mit den Metallionen auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials einen sichtbaren Niederschlag zu bilden vermag.

2. Drucksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung aus der Gruppe von Metallcyanokomplexen, von heterocyclischen Verbindungen, Derivaten des a-Nitrosoß-naphthols oder der Thiocarbonsäuren oder Diphenylcarbazid gewählt ist,

3. Drucksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallcyanokomplex Kalium-hexacyanoferrat(HI), als heterocyclische Verbindungen 8-Hydroxychinolin, 2,2'-Dipyridyl oder Kakothelin, als Derivat des orNitroso-ß naphthols l-Nitroso-2-Naphthol-3,6-disulfonsäure und als Thiocarboneäurederivat Natriumdiäthyl-dithiocarbamat gewählt sind.

4. Drucksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung die Verbindung in einer Konzentration von 0,25 Gewichtsprozent bis zur Sättigung enthält.

5. Drucksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrip.e Lösung die Verbindung in einer Konzentration von 0,25 Iiis 3 Gewichtsprozent enthält.

6. Drucksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung gegebenenfalls einen nichtionischen grenzflächenaktiven Stoff in einer Konzentration von 0,0001 bis 3 Gewichtsprozent enthält.

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7. Drucksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der grenzflächenaktive Stoff ein Monoaryläther des Polyäthylenglykols ist.

8. Drucksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallion aus der Gruppe von Eisen, Kupfer, Chrom, Kobalt, Magnesium, Nickel oder Zinn gewählt ist.

9. Drucksystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmaterial an seiner Oberfläche Eisen(II)-ionen enthält und die Tinte eine wässrige Lösung von Kaliumhexacyanoferrat(III) in einer Konzentration von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent ist,

10. Drucksystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallionen mit der Verbindung bei einer Temperatur zwischen 15,6 ⁰C (6ü ⁰P) und 26,7 ⁰C (80 P) reagieren.

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