DE3626567A1

DE3626567A1 - Aufzeichnungsfluessigkeit und aufzeichnungsverfahren unter verwendung dieser aufzeichnungsfluessigkeit

Info

Publication number: DE3626567A1
Application number: DE19863626567
Authority: DE
Inventors: Shoji Koike; Kazuo Iwata; Shinichi Tochihara; Yasuko Tomida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1987-02-12
Anticipated expiration: 2006-08-07
Also published as: SG88991G; DE3626567C3; DE3626567C2; GB2180252B; US4923515A; GB8619192D0; GB2180252A; HK68991A

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufzeichnungsflüssigkeit (nachstehend kurz Tinte) zur Verwendung in verschiedenen Aufzeichnungsgeräten, wie Schreibgeräten, Druckern und dergl. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Tinte, die sich für Tintenstrahl-Aufzeichnungssysteme eignet, bei denen der Aufzeichnungsvorgang durchgeführt wird, indem man dafür sorgt, dass Flüssigkeitströpfchen von einer Düse eines Aufzeichnungskopfes ausgestossen werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung derartiger Tinten.

Das Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem hat den Vorteil einer geringen Geräuscherzeugung beim Aufzeichnungsvorgang. Ferner lässt es sich leicht für Farbaufzeichnungen anwenden und ergibt in hoher Geschwindigkeit Bilder von hoher Auflösung. Beim Tintenstrahl-Aufzeichnungssystem werden Lösungen von verschiedenen wasserlöslichen Farbstoffen, die in Wasser oder einem Gemisch aus Wasser und organischen Lösungsmitteln gelöst sind, als Tinten verwendet. Bei derartigen Tinten müssen folgende Eigenschaften erfüllt sein: Die physikalischen Werte von Viskosität, Oberflächenspannung und dergl. müssen innerhalb geeigneter Bereiche liegen; die gelösten Komponenten müssen eine hohe Lösungsstabilität aufweisen; es darf zu keiner Verstopfung von feinen Düsen kommen; es müssen sich Bilder von ausreichend hoher Dichte erzeugen lassen; während der Lagerung darf es zu keinen Veränderungen der physikalischen Werte oder zur Ausfällung von festen Bestandteilen kommen; und dergl. Neben den vorerwähnten Eigenschaften ist es auch notwendig, dass Aufzeichnungsvorgänge ohne eine Einschränkung im Hinblick auf die Art des Aufzeichnungsmaterials durchgeführt werden können, dass die Fixiergeschwindigkeit hoch ist, dass die aufgezeichneten Bilder eine gute Lichtechtheit, Wasserfestigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit (insbesondere Alkoholbeständigkeit) aufweisen und dass die Bilder eine hervorragende Auflösung besitzen.

Gemäss dem Stand der Technik werden als farbgebende Mittel für Strahldrucktinten wasserlösliche Farbstoffe wegen der Verwendung von wässrigen flüssigen Medien verwendet. Bei Verwendung derartiger wasserlöslicher Farbstoffe ist es möglich, viele der vorstehenden Grundvoraussetzungen für Tintenstrahl- Aufzeichnungssysteme zu erfüllen. Jedoch sind derartige wasserlösliche Farbstoffe von Natur aus weniger lichtbeständig, so dass bei den aufgezeichneten Bildern häufig Schwierigkeiten mit der Lichtechtheit auftreten. Insbesondere kann es bei Belichtung der Bilder mit Lichtquellen, wie Sonnenlicht, fluoreszierendes Licht oder Projektoren, dazu kommen, dass die Bilder ausgelöscht werden oder weniger gut lesbar werden. Ferner kann es bei längerer Lagerung zu einem Verblassen der Bilder kommen. Demzufolge wurde die Wirkung von verschiedenen Additiven, wie UV-Absorbern oder Antioxidationsmitteln, auf die Verbesserung der Lichtechtheit untersucht, wobei die vorstehend im Zusammenhang mit dem Strahldruckverfahren erwähnten Grundeigenschaften erhalten bleiben sollen. Man hat erwartet, dass durch Zugabe derartiger Substanzen zu Tinten die Lichtechtheit der aufgezeichneten Bilder stark verbessert werden kann.

Jedoch sind derartige Additive in bezug auf ihre Lösungsstabilität im flüssigen Tintenmedium, insbesondere in bezug auf ihre Lösungsstabilität in Wasser, unterlegen, so dass Schwierigkeiten insofern auftreten, als im Verlauf der Zeit feste Niederschläge in der Tinte entstehen oder der Farbstoff aufgrund einer Zersetzung oder Isomerisierung ausgefällt wird, wodurch es zu Verstopfungen der Düsen kommt.

Es wird die Auffassung vertreten, dass Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren in bezug auf das Papier keinen speziellen Beschränkungen unterliegen, wobei sie aber im Vergleich zu anderen Aufzeichnungsverfahren besser für Normalpapier (unbeschichtetes Papier) geeignet sein sollen. Dennoch sind diese Verfahren unter den gegenwärtigen Bedingungen noch nicht zufriedenstellend. Insbesondere kommt es beim Bedrucken von üblicherweise in Büros verwendetem Normalpapier, bei dem es sich um kein Spezialpapier für die Tintenstrahlaufzeichnung handelt, z. B. Notizpapier, Schreibmaschinenpapier, Kopierpapier, Briefpapier und dergl., insofern zu Schwierigkeiten, als sich der Tintenausdruck entlang der Fasern auf dem Papier verteilt, wodurch die Tüpfelform unstabil wird und es zum Verlaufen der Tinte kommt, so dass fein gezogene Linien, feine Buchstaben oder komplizierte chinesische Schriftzeichen häufig unklar und schwierig erkennbar werden.

Da die vorerwähnten Papiere einer sog. Leimungsbehandlung unterzogen werden, so dass das Verlaufen von Buchstaben, die mit Schreibgeräten unter Verwendung einer wässrigen Tinte für Füllfederhalter geschrieben werden, verzögert wird, kann die Tinte beim Drucken mittels eines Tintenstrahldruckers nicht leicht in das Papier eindringen, wodurch es zu einer schlechten Trocknung der bedruckten Bereiche kommt. Somit treten Schwierigkeiten insofern auf, als die ausgedruckten Buchstaben auf die Abdeckung des Druckers sowie im Fall von Berührungen auf die Hand, abfärben.

Es wurden verschiedene Verbesserungen mit dem Ziel vorgeschlagen, die Verlauf- und Trocknungseigenschaften von ausgedruckten Zeichen zu verbessern. Beispielsweise wurde versucht, den pH-Wert der Tinte stark ins Alkalische zu verschieben oder der Tinte eine grosse Menge an oberflächenaktiven Mitteln zuzusetzen. Tinten mit einem stark alkalischen pH-Wert sind bei Berührung der Tinte mit den Händen gefährlich und sind ferner mit dem Nachteil behaftet, dass sie gelegentlich bei Verwendung von bestimmten Arten von Leimungsmitteln nicht gleichzeitig sowohl in bezug auf das Verlaufverhalten als auch in bezug auf die Trocknungseigenschaften zufriedenstellend sind. Die Zugabe einer grossen Menge an oberflächenaktiven Mitteln verursacht insofern Schwierigkeiten, als das Verlaufen stark vom Papier abhängt, dass die Tinte je nach den Bedingungen am Druckkopf nicht ausgestossen, sondern zurückgezogen wird oder die gesamte Düsenfläche benetzt wird, ohne dass es zu einem Tintenausstoss kommt.

Obgleich neben den vorstehend erwähnten Versuchen noch verschiedene andere Verbesserungen vorgeschlagen worden sind, gibt es gegenwärtig keine Tinten, mit denen sämtliche vorerwähnten Schwierigkeiten in bezug auf das Verlaufverhalten und die Trocknungseigenschaften von ausgedruckten Druckzeichen gelöst werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tinte bereitzustellen, die die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist. Ferner soll erfindungsgemäss ein unter Verwendung dieser Tinten arbeitendes Aufzeichnungsverfahren bereitgestellt werden. Insbesondere sollen sich die Tinten durch eine ausgezeichnete Lösungsstabilität von wasserlöslichen Farbstoffen auszeichnen und für verschiedene Schreibgeräte, Drucker, insbesondere für Tintenstrahlaufzeichnungen, geeignet sein. Es sollen Bilder von ausgezeichneter Lichtechtheit entstehen. Aufgabe der Erfindung ist ferner die Bereitstellung von Tinten, die Bilder von guter Druckqualität ergeben und gleichzeitig gute Trocknungseigenschaften besitzen, ohne dass es beim Bedrucken von Normalpapier, wie es üblicherweise in Büros verwendet wird, zu Verlauferscheinungen oder zu einer Deformation von Druckzeichen kommt.

Gegenstand der Erfindung ist eine Aufzeichnungsflüssigkeit, die zumindest Wasser, ein organisches Lösungsmittel und einen wasserlöslichen Farbstoff enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der wasserlösliche Farbstoff eine Löslichkeit von 5 Gewichtsprozent oder weniger im organischen Lösungsmittel besitzt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Aufzeichnungsverfahren, bei dem ein Aufzeichnungsvorgang durch Aufbringen von Flüssigkeitströpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmaterial durchgeführt wird, wobei die Aufzeichnungsflüssigkeit zumindest Wasser, ein organisches Lösungsmittel und einen wasserlöslichen Farbstoff enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der wasserlösliche Farbstoff eine Löslichkeit von 5 Gewichtsprozent oder weniger im organischen Lösungsmittel besitzt, wobei das Aufzeichnungsmaterial einer Leimung unterzogen worden ist und Fasern aufweist, die frei an der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials liegen.

Gemäss dem Stand der Technik ist es üblich, eine Tinte mit einem Gehalt an einem wasserlöslichen Farbstoff, insbesondere eine Strahldrucktinte, mit einem hochsiedenden und wasserlöslichen organischen Lösungsmittel, z. B. mit mehrwertigen Alkoholen und dergl., zu versetzen, um eine Verstopfung der Ausstossdüsen und dergl. durch Eintrocknen zu vermeiden. Werden Aufzeichnungsvorgänge auf stark geleimtem Papier und dergl. vorgenommen, so verbleibt aufgrund der geringen Flüssigkeitsabsorption des Papiers das weniger flüchtige organische Lösungsmittel auf dem Papier, selbst wenn das Wasser in der Tinte rasch verdampft. Auf diese Weise liegt der Farbstoff immer noch in gelöstem Zustand vor. Dies bringt Schwierigkeiten insofern mit sich, als es bei Berührungen von bedrucktem Papier zu Abfärbungen am Aufzeichnungskopf oder an den Händen kommt. Ferner kann es zu Störungen an den Druckzeichen kommen.

Bei Verwendung von Papier mit einem geringen Leimungsgrad, z. B. bei in Büros verwendeten Papieren, sind frei auf der Papieroberfläche liegende Fasern vorhanden. Das organische Lösungsmittel verbleibt in ähnlicher Weise, selbst wenn es zur Verdampfung von Wasser kommt. Da der Farbstoff im organischen Lösungsmittel gelöst wird, verteilt sich die Farbstofflösung entlang den Papierfasern oder in die Zwischenräume zwischen den Fasern, wodurch die Qualität der Druckzeichen beeinträchtigt wird.

Deshalb sollen derartige Tinten für den Tintenstrahldruck idealerweise einen Farbstoff enthalten, der innerhalb der Aufzeichnungsvorrichtung, z. B. in den Düsen und dergl., in gelöstem Zustand vorliegt, jedoch nicht leicht einen Anlass zu Verlauferscheinungen durch Ausfällung des Farbstoffs aus dem Tintenmedium gibt. Ferner sollen sich durch Verwendung von derartigen Tinten die verschiedenen vorerwähnten Schwierigkeiten lösen lassen.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen umfangreichen Untersuchungen, mit dem Ziel, eine derartige ideale Tinte bereitzustellen, wurde festgestellt, dass bei Auswahl und Verwendung eines organischen Lösungsmittels, das in ausreichendem Masse zur Lösung eines Farbstoffs in einem Gemisch aus Wasser mit dem organischen Lösungsmittel in der Lage ist und zu einer raschen Ausfällung des Fabrstoffs führt, wenn der Wasseranteil durch Verdampfen des Wassers aus dem Gemisch auf einem Aufzeichnungsmaterial verringert wird, es zu keinen Abfärbeerscheinungen auf anderen, mit den bedruckten Bereichen in Kontakt stehenden Teilen oder zu Störungen der ausgedruckten Zeichen kommt, selbst wenn Papier mit einem hohen Leimungsgrad bedruckt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Farbstoff in der Tinte durch Verdampfen des Wassers in der Tinte rasch ausgefällt werden kann. Somit wird eine hohe Druckqualität auch auf Papier mit geringem Leimungsgrad ermöglicht, was auf die rasche Ausfällung des Farbstoffs unter gleichzeitiger Verdampfung des Lösungsmittels zurückzuführen ist. Dabei verläuft nur das flüssige Medium in das Papier, ohne dass es zu einem Verlaufen des Farbstoffs kommt.

Bei Untersuchungen an organischen Lösungsmitteln mit dem Ziel, solche Lösungsmittel aufzufinden, die zu den vorerwähnten bevorzugten Ergebnissen führen, wurde festgestellt, dass die vorerwähnte bevorzugte Wirkung, nämlich die Tatsache, dass der Farbstoff vor der Verdampfung des Wassers (innerhalb des Aufzeichnungsgeräts oder der Düse) in ausreichendem Masse in gelöstem Zustand gehalten wird und der Farbstoff durch Verdampfen des Wassers (auf dem Papier) leicht ausgefällt wird, erreicht wird, wenn die Löslichkeit des wasserlöslichen Farbstoffs in einem derartigen organischen Lösungsmittel höchstens 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise höchstens 4,5 Gewichtsprozent beträgt.

Bei den erfindungsgemäss verwendeten wasserlöslichen Farbstoffen handelt es sich um an sich bekannte Farbstoffe, beispielsweise Direktfarbstoffe, saure Farbstoffe, basische Farbstoffe, Reaktivfarbstoffe, Farbstoffe für Nahrungsmittelzwecke und dergl. Nachstehend sind Beispiele für Farbstoffe aufgeführt, die vorzugsweise für Strahldrucktinten eingesetzt werden, und die die erforderlichen Eigenschaften in bezug auf Färbung, Schärfe, Stabilität, Lichtechtheit und dergl. besitzen:

Direktfarbstoffe, wie C. I. Direct Black 17, 19, 32, 51, 71, 108, 146, 154;
C. I. Direct Blue 6, 22, 25, 71, 86, 90, 106, 199;
C. I. Direct Red 1, 4, 17, 28, 83;
C. I. Direct Yellow 12, 24, 26, 86, 98, 142;
C. I. Direct Orange 34, 39, 44, 46, 60;
C. I. Direct Violet 47, 48;
C. I. Direct Brown 109;
C. I. Direct Green 59, und dergl.;

Säurefarbstoffe, wie C. I. Acid Black 2, 7, 24, 26, 31, 52, 63, 112, 118;
C. I. Acid Blue 9, 22, 40, 59, 93, 102, 104, 113, 117, 120, 167, 229, 234;
C. I. Acid Red 1, 6, 32, 37, 51, 52, 80, 85, 87, 92, 94, 115, 180, 256, 317, 315;
C. I. Acid Yellow 11, 17, 23, 25, 29, 42, 61, 71;
C. I. Acid Orange 7, 19;
C. I. Acid Violet 49 und dergl.;

weitere Farbstoffe, wie C. I. Basic Black 2;
C. I. Basic Blue 1, 3, 5, 7, 9, 24, 25, 26, 28, 29;
C. I. Basic Red 1, 2, 9, 12, 13, 14, 37;
C. I. Basic Violet 7, 14, 27;
C. I. Food Black 1, 2 und dergl.

Die vorerwähnten Beispiele für Farbstoffe werden für die erfindungsgemässen Tinten bevorzugt, jedoch besteht keine Beschränkung auf diese Farbstoffe.

Diese wasserlöslichen Farbstoffe werden in Mengen von etwa 1 bis 10 und vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent der Tinte eingesetzt.

Beim Lösungsmittel für die Tinte handelt es sich um ein Lösungsmittelgemisch aus Wasser mit einem organischen Lösungsmittel. Als Wasser wird vorzugsweise entionisiertes Wasser anstelle von Wasser, das verschiedenartige Ionen enthält, verwendet.

Das im Gemisch mit Wasser einzusetzende organische Lösungsmittel weist vorzugsweise einen Siedepunkt unter Normaldruck von 120°C oder darüber auf. Nachstehend sind Formeln für bevorzugte Lösungsmittel angegeben.

Spezielle Beispiele für Verbindungen im Rahmen der Formel I sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Diese Verbindungen lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen.

In der Formel I bedeuten R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Arylreste mit 8 Kohlenstoffatomen oder weniger und m ist eine ganze Zahl, vorzugsweise von 3 bis 20.

Insbesondere wenn m im Bereich von 3 bis 20 liegt, weisen die Verbindungen der Formel I niedrige Dampfdrücke auf und verdampfen im Bereich der Raumtemperatur kaum, so dass es zu keiner merklichen Geruchsbildung kommt.

Beträgt in der Formel I der Wert von m 2 oder weniger, so besitzen diese Verbindungen ein relativ gutes Eindringvermögen in Wasser und Löslichkeit in einem Lösungsmittel, während sie jedoch geringfügig höhere Dampfdrücke aufweisen und eine merkliche Geruchsbildung verursachen.

Ferner können diese Verbindungen keine Verstopfungen an den Düsenspitzen verhindern, sondern verursachen im Gegenteil häufig Verstopfungen. Ferner gibt es gesundheitliche Probleme im Arbeitsbereich.

Beträgt der Wert von m 21 oder mehr, so ergibt sich eine deutlich gesteigerte Viskosität der Tinte, so dass die Schwierigkeit auftritt, dass die Fixiergeschwindigkeit nicht verbessert werden kann.

In der Formel I wird mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette des Alkylrests die Eindringwirkung in Papier grösser. Beträgt die Anzahl der Kohlenstoffatome im Alkylrest 7 oder mehr, so kommt es in sehr ähnlicher Weise wie bei oberflächenaktiven Mitteln zu starken Verlauferscheinungen. Ferner wurde festgestellt, dass die Löslichkeit in wässrigen Medien abrupt mit der Länge der Kohlenstoffkette absinkt.

Daher soll der Alkylrest vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweisen.

Ferner soll die Verbindung insgesamt 9 oder mehr Kohlenstoffatome aufweisen. Der Anteil an diesen Verbindungen ist durch das Gleichgewicht zwischen der Fixierungszeit der Tinte und dem Verlaufen beschränkt, wobei aber die Viskosität der gesamten Tinte durch Veränderung der Länge von m variiert werden kann.

Die Verbindungen der Formel I, bei denen es sich um Diäther handelt, besitzen im Vergleich zu Monoäthern ein milderes oberflächenaktives Verhalten, wodurch es kaum zu Verlauferscheinungen an den Druckprodukten kommt. Im Vergleich zu entsprechenden Polyoxyäthylenen besitzen sie einen höheren Dampfdruck, jedoch ergibt sich aufgrund der geringeren Viskosität eine niedrigere Grenzflächenspannung im Papier, was eine erhöhte Fixierungsgeschwindigkeit der Tinte bewirkt.

Bei den Verbindungen der Formel II handelt es sich um Blockcopolymere von Äthylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO) vom (EO)_a-(PO)_b-Typ oder vom (EO)_a-(PO)_b-EO)_c-Typ, wobei beide Verbindungstypen nach an sich bekannten Verfahren herstellbar sind.

Von den vorstehend definierten Blockcopolymeren eignen sich für die Zwecke der Erfindung besonders solche, bei denen a und c, d. h. der Polymerisationsgrad von EO, höchstens 78 und b, d. h. der Polymerisationsgrad von PO, mindestens 2 und höchstens 15 betragen.

In Tabelle 2 sind bevorzugte Beispiele für Blockcopolymere anhand der Indices a, b und c aufgeführt.

Tabelle 2

Übersteigt in den Verbindungen der vorstehenden Formel die Summe von a und c den Wert 78, so haben diese Verbindungen trotz der guten Verträglichkeit mit Wasser ein zu hohes Molekulargewicht, wodurch die Viskosität der Tinte zu gross wird. Trotz geringer Verlauferscheinungen beim Drucken ist die Trocknungs- und Fixierungsgeschwindigkeit der Tinte gering, so dass die Abgabeeigenschaften der Tinte bzw. die Gestalt der Tintentüpfel instabil wird. Das gleiche gilt für den Fall, wenn b einen zu geringen Wert hat. Ist der Wert für b zu hoch, so besteht die Gefahr, dass die Verträglichkeit mit Wasser sowie die Trocknungs- und Fixiergeschwindigkeiten der Tinte unzureichend werden.

Der Gewichtsanteil von EO im Molekül der vorstehend erwähnten Formel soll vorzugsweise 20 bis 80 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtverbindung, betragen, um die Ziele der Erfindung in optimaler Weise zu erreichen.

Die Verbindungen der Formel III werden durch Addition von Äthylenoxid an Phenol oder Alkylphenole mit 1 oder 2 Alkylresten, die 1 oder 2 Kohlenstoffatome aufweisen, erhalten. Diese Verbindungen lassen sich nach ähnlichen Verfahren, wie sie im Stand der Technik angewandt werden, herstellen.

Herkömmliche Verbindungen, die durch Addition von Äthylenoxid an Alkylphenole hergestellt worden sind, sind als nicht-ionogene oberflächenaktive Mittel bekannt. Jedoch weisen diese herkömmlichen nicht-ionogenen oberflächenaktiven Mittel im allgemeinen 8 bis 12 Kohlenstoffatome im Alkylrest auf, um die HLB- Werte in entsprechender Weise einzustellen. Derartige nichtionogene oberflächenaktive Mittel werden in herkömmlichen Strahldrucktinten verwendet. Sie besitzen die Wirkung, dass sie die scheinbare Trocknungs- und Fixierungsgeschwindigkeit der Tinte, d. h. die Absorbierbarkeit der Tinte am Aufzeichnungsmaterial, erhöhen. Handelt es sich beim Aufzeichnungsmaterial jedoch um Papier, z. B. Papier von geringem Leimungsgrad, so verursacht das gute Flüssigkeitsabsorptionsvermögen Schwierigkeiten insofern, als es zu einem übermässigen Verlaufen der Tinte kommt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden umfangreiche Untersuchungen über derartige Verlauferscheinungen von Strahldrucktinten durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die Schwierigkeiten mit dem Verlaufen der Tinte gelöst werden können und Tinten mit ausgezeichneten Trocknungs- und Fixierungseigenschaften auch bei Papier mit hohem Leimungsgrad erhalten werden können, wenn man ein Äthylenoxidaddukt der vorerwähnten Alkylphenole verwendet, bei denen der Alkylrest am Phenol fehlt oder bei denen die ggf. vorhandenen Alkylreste auf 1 oder 2 Kohlenstoffatome beschränkt sind. Ferner beträgt die Molanzahl an addiertem Äthylenoxid 4 bis 20.

Spezielle Beispiele für bevorzugte Verbindungen im Rahmen der Formel III sind nachstehend aufgeführt.

Tabelle 3

Verbindungen mit einem Gehalt an mittleren bis grossen Alkylresten, wie Nonyl-, Octyl- und Dodecylgruppen, bei denen es sich um herkömmliche nicht-ionogene oberflächenaktive Mittel handelt, führen zu Tinten mit hervorragender Absorbierbarkeit, bei denen aber im Fall von Papieren mit geringem Leimungsgrad, wie bei herkömmlichem Normalpapier, es zu übermässigen Verlauferscheinungen kommt, so dass die Druckqualität stark beeinträchtigt wird. Es wurde vorgeschlagen, im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen den Trocknungs- und Fixierungseigenschaften und dem Verlaufen der Tinte die Anzahl der Kohlenstoffatome in den Alkylresten auf 3 oder 4 zu beschränken. Jedoch treten bei Verbindungen mit derartigen Alkylresten Verlaufprobleme bei Normalpapier auf, die sich nicht lösen lassen, so dass letzlich eine Senkung der Druckqualität unvermeidbar ist.

Liegt die Molanzahl n des addierten Äthylenoxids bei 3 oder darunter, so wird trotz des ausgezeichneten Eindringvermögens der Tinte der Dampfdruck höher, so dass ein geringerer Schutz gegen Verstopfungen von Düsen in der Strahldruckvorrichtung erzielt wird. Ferner reicht dann die Verträglichkeit mit Wasser nicht mehr aus, wodurch gelegentlich Verstopfungen von Düsen gefördert werden. Liegt dagegen der Wert für n bei 21 oder darüber, so erhöht sich die Viskosität der Tinte so sehr, dass eine stabile Abgabe aus der Düse kaum erzielbar ist. Ausserdem ergeben sich dann beim Drucken sehr geringe Trocknungs- und Fixierungsgeschwindigkeiten.

Der Anteil der Verbindungen der Formeln I bis III in den Tinten unterliegt keinen speziellen Beschränkungen. Liegt jedoch der Anteil der Verbindungen dieser Formeln in der Tinte unter 0,5 Gewichtsprozent, so ergeben sich unzureichende Trocknungs- und Fixierungsgeschwindigkeiten, während bei einem Anteil von mehr als 60 Gewichtsprozent die Viskosität der Tinte übermässig ansteigt. Ferner kann es zu übermässigen Verlauferscheinungen von ausgedruckten Zeichen oder zu einem Absinken der Stabilität der Tinte kommen. Somit sind die Verbindungen der vorerwähnten Formeln in der Tinte vorzugsweise in Mengen von 0,5 bis 60 und insbesondere von 0,5 bis 30 Gewichtsprozent vorhanden.

Beispiele für wasserlösliche organische Lösungsmittel, die in Kombination mit den Verbindungen der Formeln I bis III enthalten sein können, sind Alkylalkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methylalkohol, Äthylalkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sec.-Butylalkohol, tert.- Butylalkohol, Isobutylalkohol und dergl.; Amide, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid und dergl.; Ketone oder Ketoalkohole, wie Aceton, Diacetonalkohol und dergl.; Äther, wie Tetrahydrofuran, Dioxan und dergl.; Polyalkylenglykole, wie Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol und dergl.; Alkylenglykole mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Triähtylenglykol, 1,2,6-Hexantriol, Thiodiglykol, Hexylenglykol, Diäthylenglykol und dergl.; Glycerin; niedere Alkyläther von mehrwertigen Alkoholen, wie Äthylenglykolmethyl(oder -äthyl)-äther, Diäthylenglykolmethyl (oder -äthyl)-äther, Triäthylenglykolmonomethyl(oder -äthyl)- äther und dergl.; N-Methyl-2-pyrrolidon, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Triäthanolamin, Sulforan und dergl. Von diesen wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln werden mehrwertige Alkohole, wie Diäthylenglykol, niedere Alkyläther von mehrwertigen Alkoholen, wie Triäthylenglykolmonomethyl(oder -äthyl)- äther bevorzugt. Der Anteil der vorerwähnten wasserlöslichen organischen Lösungsmittel in der Tinte beträgt im allgemeinen 2 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorzugsweise 5 bis 65 und insbesondere 10 bis 60 Gewichtsprozent.

Die erfindungsgemässen Tinten können neben den vorerwähnten Bestandteilen auch oberflächenaktive Mittel, Mittel zur Viskositätskontrolle, Mittel zur Einstellung der Oberflächenspannung und dergl. enthalten. Oberflächenaktive Mittel, wie sie gemäss dem Stand der Technik verwendet werden, besitzen einen grossen Einfluss auf das Verlaufen während des Druckvorgangs, so dass sie erfindungsgemäss nicht in grossen Mengen verwendet werden sollen. Erfindungsgemäss ist der Anteil dieser Verbindungen, bezogen auf die Tinte, vorzugsweise auf höchstens 0,5 Gewichtsprozent, insbesondere auf höchstens 0,4 Gewichtsprozent und ganz besonders auf höchstens 0,3 Gewichtsprozent beschränkt.

Die erfindungsgemäss zu verwendende Tinte enthält vorwiegend die vorgenannten Bestandteile. Das Hauptmerkmal der erfindungsgemässen Tinten besteht darin, dass bei der Herstellung der Tinte mit diesen Bestandteilen die Kombination des wasserlöslichen Farbstoffs und des organischen Lösungsmittels sowie das Mischungsverhältnis aus Wasser und dem organischen Lösungsmittel speziell eingestellt werden. Obgleich beliebige der vorerwähnten wasserlöslichen Farbstoffe und organischen Lösungsmittel verwendet werden können, ist es notwendig, den wasserlöslichen Farbstoff so auszuwählen, dass er eine Löslichkeit von höchstens 5 Gewichtsprozent in mindestens einem der verwendeten organischen Lösungsmittel aufweist. Vorzugsweise besitzt das Lösungsmittel einen Siedepunkt von mindestens 120°C. Das Lösungsmittel soll ferner in der vorstehend angegebenen beschränkten Menge eingesetzt werden.

Die genannte Löslichkeit des wasserlöslichen Farbstoffs im organischen Lösungsmittel bezieht sich auf Gramm wasserlöslichen Farbstoff, der unter Normaldruck bei 25°C in 100 g des organischen Lösungsmittels gelöst ist.

Bei Einhaltung dieses speziellen Merkmals liegt der Farbstoff in der Tinte innerhalb des Aufzeichnungsgeräts oder in den Düsen in ausreichend gelöstem Zustand vor, wobei der wasserlösliche Farbstoff nach Durchführung des Aufzeichnungsvorgangs rasch den gelösten Zustand unter Abdampfen des Wassers verlässt und die Fluidität verlorengeht. Infolgedessen lassen sich Schwierigkeiten in bezug auf eine schlechte Trocknung oder ein Verlaufen der Tinte auf verschiedenen Aufzeichnungsmaterialien lösen. Es lassen sich Bilder von hoher Qualität und hoher Auflösung, bei denen es zu keinen Verlauferscheinungen kommt, nicht nur auf speziellen Tintenstrahldruckpapieren, sondern ganz allgemein auch auf Normalpapier erzielen.

Als Aufzeichnungsmaterialien können im erfindungsgemässen Verfahren verschiedene herkömmliche Papiere für den Tintenstrahldruck oder Kunststoffolien für Overhead-Projektoren verwendet werden. Ferner können Kopierpapier, Repropapier, Bankpostpapier, Etikettenpapier, Endlosformulare, Computerpapier oder dergl. verwendet werden, wobei diese Papiere entweder niedrige oder hohe Leimungsgrade aufweisen können.

Bei Verwendung von herkömmlichen Tinten, insbesondere Strahldrucktinten, zum Drucken auf Normalpapier von niedrigem Leimungsgrad, bei dem Cellulosefasern an der Aufzeichnungsoberfläche ungeschützt vorliegen, kommt es zu einem erheblichen Verlaufen der Ausdrucke, was die Herstellung von hochwertigen Druckerzeugnissen unmöglich macht. Im Gegensatz dazu kommt es beim erfindungsgemässen Verfahren aufgrund des vorerwähnten Effekts der Tinte selbst bei Verwendung von Normalpapier von niedrigem Leimungsgrad nicht zu Verlauferscheinungen, so dass hochwertige Druckerzeugnisse erhalten werden. Somit ist das erfindungsgemässe Verfahren besonders zur Anwendung an derartigen Papieren von niedrigem Leimungsgrad geeignet.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für das Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren. Hierfür kommen beliebige System in Frage, sofern dabei die Übertragung der Tinte auf das Aufzeichnungsmaterial so erfolgt, dass die Tinte aus einer Düse ausgestossen wird. Typische Beispiele für derartige Systeme sind in IEEE Transactions on Industry Application, Bd. JA-13, Nr. 1 (Februar und März 1977) sowie in den Ausgaben vom 19. 02. 1976, 29. 01. 1973 und 06. 05. 1974 von Nikkei Electronics beschrieben. Die Systeme dieser Druckschriften eignen sich für das erfindungsgemässe Verfahren.

Zunächst wird etwas näher auf das Verfahren unter elektrostatischer Anziehung eingegangen. Bei diesem System wird der Aufzeichnungsvorgang durchgeführt, indem man ein starkes elektrisches Feld zwischen einer Düse und einer Beschleunigungselektrode, die in einer Entfernung von einigen mm vor der Düse angeordnet ist, anlegt. Tintentröpfchen werden nacheinander aus der Düse ausgestossen. Informationssignale werden auf Ablenkungselektroden übertragen, während die Tintentröpfchen sich auf einer Flugbahn zwischen den Ablenkungselektroden befinden. Ferner können bei einem derartigen System auch Tintentröpfchen entsprechend den Informationssignalen ausgestossen werden, ohne dass die Tintentröpfchen abgelenkt werden. Beide Varianten eignen sich für das erfindungsgemässe Verfahren.

Beim zweiten System wird mittels einer kleinen Pumpe hoher Druck an die Tinte angelegt. Kleine Tintentröpfchen werden zwangsweise durch mechanische Vibration der Düse mittels eines Quarzvibrators oder dergl. ausgestossen. Die ausgestossenen Tintentröpfchen werden gleichzeitig mit dem Ausstoss entsprechend den Informationssignalen elektrisch geladen. Die geladenen Tintentröpfchen werden bei der Passage zwischen Ablenkungselektrodenplatten entsprechend ihrer Ladungsmenge abgelenkt. Eine Variante dieses Systems ist das sog. Mikrotüpfel- Tintenstrahlsystem. Dabei werden der Tintendruck und die Anregungsbedingungen innerhalb bestimmter Bereiche auf geeigneten Werten gehalten, wobei aus der Düsenspitze zweierlei Arten von Tintentröpfchen, nämlich grosse und kleine Tröpfchen, abgegeben werden. Davon werden nur die Tröpfchen mit den kleineren Abmessungen für den Aufzeichnungsvorgang verwendet. Das spezielle Merkmal dieser Variante besteht darin, dass eine Gruppe von feinen Flüssigkeitströpfchen auch mit herkömmlichen dicken Düsenöffnungen erzielbar ist.

Beim dritten System handelt es sich um ein piezoelektrisches System, bei dem anstelle der bei den übrigen Systemem verwendeten mechanischen Vorrichtung, wie einer Pumpe, eine piezoelektrische Vorrichtung verwendet wird, um die Tinte mit Druck zu beaufschlagen. Bei diesem System wird an die Tinte mittels einer mechanischen Verdrängung, die durch elektrische, der piezoelektrischen Vorrichtung zugeführte Signale erzeugt wird, Druck angelegt, wodurch die Tinte aus einer Düse ausgestossen wird.

Es ist auch möglich, das in der JA-OS 59 936/1979 beschriebene Tintenstrahlsystem anzuwenden, bei dem die Tinte der Einwirkung von Wärmeenergie ausgesetzt wird, wodurch sich eine plötzliche Volumenveränderung ergibt. Die Tinte wird durch die Kraft, die bei einer derartigen Veränderung auftritt, aus der Düse ausgestossen.

Die vorerwähnten Beispiele erläutern bevorzugte Aufzeichnungsverfahren der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Aufzeichnungsverfahren beschränkt, sondern eignet sich vielmehr auch für Tinten, die in anderen Druckern oder Schreibgeräten verwendet werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. Sämtliche Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Die Löslichkeit von C. I. Direct Black 154 in der Verbindung 2 von Tabelle 1 beträgt 3,5 Prozent.

Die vorerwähnten Bestandteile werden in ein Gefäß gebracht und 5 Stunden gerührt. Das erhaltene Gemisch wird mit 0,1-prozentiger wässriger Natriumhydroxidlösung auf den pH-Wert 7,5 eingestellt.

Anschliessend wird das Gemisch unter Druck durch ein Fluoropore- Filter (Handelsbezeichnung der Fa. Sumitomo Denko K. K.) mit einer Porengrösse von 0,45 µm filtriert. Man erhält die erfindungsgemässe Aufzeichnungsflüssigkeit A. Die physikalischen Eigenschaften, die Löslichkeit und der Geruch der Aufzeichnungsflüssigkeit A werden ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt.

Die vorstehende Aufzeichnungsflüssigkeit A wird in eine Tintenstrahldruckvorrichtung (Versuchsgerät der Fa. Canon K. K.), die mit Hilfe von Wärmeenergie arbeitet, gefüllt. Ein Druckvorgang wird auf Endlosformularen und auf Kopierpapier durchgeführt. Die Aufzeichnungseigenschaften sowie das Fixier- und Laufverhalten werden bewertet.

Anschliessend wird die Vorrichtung 5 Minuten stehengelassen, ohne dass man den Druckkopf verschliesst. Sodann wird nochmals ein Druckvorgang durchgeführt.

Nach einem Ausdruck von drei Zeilen wird die Stromversorgung des Druckers abgestellt. Die Verstopfungen an 24 Düsen werden untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt.

Beispiele 2 bis 6 Aufzeichnungsflüssigkeit B

(Die Löslichkeit von C. I. Food Black 2 in Verbindung Nr. 4 von Tabelle 1 beträgt 1 Prozent oder darunter).

Aufzeichnungsflüssigkeit C

(Die Löslichkeit von C. I. Acid Red 8 in Verbindung Nr. 11 von Tabelle 1 beträgt 1 Prozent oder darunter).

Aufzeichnungsflüssigkeit D

(Die Löslichkeit von C. I. Direct Blue 86 in Verbindung Nr. 17 von Tabelle 1 beträgt 1,5 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit E

(Die Löslichkeit von C. I. Direct Blue 199 in Verbindung Nr. 22 von Tabelle 1 beträgt 3,5 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit F

(Die Löslichkeit von C. I. Acid Yellow 23 in Verbindung Nr. 5 von Tabelle 1 beträgt 1 Prozent oder darunter).

Beispiel 1 wird wiederholt, mit der Anänderung, dass die vorstehend aufgeführten Aufzeichnungsflüssigkeiten B bis F anstelle der Aufzeichnungsflüssigkeit A von Beispiel 1 verwendet werden. Die Aufzeichnungsflüssigkeiten und die Aufzeichnungseigenschaften werden bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 zusammengestellt.

Tabelle 4

Tabelle 5

Bei den Tinten (

C

) und (

D

) wurde die Verstopfung beseitigt.

Beispiele 7 bis 11

Die nachstehend aufgeführten Bestandteile werden 5 Stunden gerührt. Das erhaltene Gemisch wird mit 0,1-prozentiger wässriger Natriumhydroxidlösung auf den pH-Wert 7,5 eingestellt. Sodann wird unter Druck durch einen Membranfilter mit einer Porengrösse von 0,45 µm (Handelsbezeichnung Fluoropore- Filter der Fa. Sumitomo Denko K. K.) filtriert. Man erhält eine erfindungsgemässe Tinte.

Aufzeichnungsflüssigkeit G

(Die Löslichkeit von C. I. Direct Black 154 in Verbindung Nr. 21 von Tabelle 2 beträgt 2 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit H

(Die Löslichkeit von C. I. Food Black Nr. 2 in Verbindung Nr. 6 und 7 von Tabelle 2 beträgt jeweils 1 Prozent oder weniger).

Aufzeichnungsflüssigkeit I

(Die Löslichkeit von C. I. Acid Blue 254 in Verbindung Nr. 27 von Tabelle 2 beträgt 1,5 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit J

(Die Löslichkeit des Reaktivfarbstoffs in der Verbindung Nr. 22 von Tabelle 2 beträgt 3,5 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit K

(Die Löslichkeit von C. I. Direct Yellow 86 und C. I. Acid Yellow 23 in Verbindung Nr. 20 von Tabelle 2 beträgt 2 Prozent bzw. 1 Prozent oder weniger).

Ein Aufzeichnungsvorgang wird gemäss Beispiel 1 durchgeführt, mit der Abänderung, dass die Aufzeichnungsflüssigkeiten G bis J anstelle der Aufzeichnungsflüssigkeit A von Beispiel 1 verwendet werden. Die Aufzeichnungseigenschaften werden bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 6 und 7 zusammengestellt.

Tabelle 6

Tabelle 7

Bewertungsmaßstäbe in Tabelle 7:

Beispiele 12 bis 16

Die nachstehend aufgeführten Bestandteile werden 5 Stunden gerührt. Die erhaltenen Gemische werden durch Zugabe von 0,1-prozentiger wässriger Natriumhydroxidlösung auf den pH-Wert 7,5 eingestellt und sodann unter Druck durch ein Membranfilter mit einer Porengrösse von 0,45 µm (Handelsbezeichnung Fluoropore- Filter der Fa. Sumitomo Denko K. K.) filtriert. Man erhält erfindungsgemässe Tinten.

Aufzeichnungsflüssigkeit L

(Die Löslichkeit von C. I. Direct Black in Verbindung Nr. 6 von Tabelle 3 beträgt 4,5 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit M

(Die Löslichkeit von C. I. Food Black in Verbindung Nr. 3 und Nr. 7 von Tabelle 3 beträgt 3 bzw. 4,5 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit N

(Die Löslichkeit von C. I. Acid Blue 254 in Verbindung Nr. 10 von Tabelle 3 beträgt 1 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit O

(Die Löslichkeit von C. I. Reactive Red 221 in Verbindung Nr. 21 von Tabelle 3 beträgt 1 Prozent).

Aufzeichnungsflüssigkeit P

(Die Löslichkeit von C. I. Direct Yellow 86 und C. I. Acid Yellow 23 in Verbindung Nr. 2 von Tabelle 3 beträgt 4,5 bzw. 2 Prozent).

Ein Aufzeichnungsvorgang wird gemäss Beispiel 1 durchgeführt, mit der Abänderung, dass die Aufzeichnungsflüssigkeiten L bis P anstelle der Aufzeichnungsflüssigkeit A von Beispiel 1 verwendet werden. Die Aufzeichnungseigenschaften werden bestimmt. Die Ergebnisse sind in den Tabelle 8 und 9 zusammengestellt.

Tabelle 8

Tabelle 9

Claims

1. Aufzeichnungsflüssigkeit, enthaltend zumindest Wasser, ein organisches Lösgungsmittel und einen wasserlöslichen Farbstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Farbstoff eine Löslichkeit von 5 Gewichtsprozent oder weniger im organischen Lösungsmittel besitzt.

2. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff eine Löslichkeit von 4,5 Gewichtsprozent oder weniger im organischen Lösungsmittel besitzt.

3. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel einen Siedepunkt von 120°C oder höher besitzt.

4. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des organischen Lösungsmittels im Bereich von 0,5 bis 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit, liegt.

5. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des organischen Lösungsmittels im Bereich von 0,5 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aufzeichnungsflüssigkeit, liegt.

6. Aufzeichnungsflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim organischen Lösungsmittel um mindestens eine der Verbindungen der nachstehenden allgemeinen Formeln I bis III handelt, worin R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Arylreste mit 8 oder weniger Kohlenstoffatomen bedeuten, m eine ganze Zahl von 3 bis 20 ist, a und c ganze Zahlen mit einer Gesamtsumme von 78 oder weniger sind, b eine ganze Zahl von 2 bis 15 ist, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen bedeuten und n eine ganze Zahl mit einem Wert von 4 bis 20 ist.

7. Aufzeichnungsverfahren, bei dem eine Aufzeichnung durchgeführt wird, indem Flüssigkeitströpfchen einer Aufzeichnungsflüssigkeit auf ein Aufzeichnungsmaterial aufgebracht werden, wobei die Aufzeichnungsflüssigkeit zumindest Wasser, ein organisches Lösungsmittel und einen wasserlöslichen Farbstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Farbstoff eine Löslichkeit von 5 Gewichtsprozent oder weniger im organischen Lösungsmittel besitzt und dass das Aufzeichnungsmaterial einer Leimung unterworfen worden ist und Fasern aufweist, die frei an der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials vorliegen.

8. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserlösliche Farbstoff eine Löslichkeit von 4,5 Gewichtsprozent oder weniger im organischen Lösungsmittel besitzt.

9. Aufzeichnungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim organischen Lösungsmittel um mindestens eine der Verbindungen der nachstehend angegebenen Formeln I bis III handelt worin R₁ und R₂ jeweils unabhängig voneinander Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder Arylreste mit 8 oder weniger Kohlenstoffatomen bedeuten, m eine ganze Zahl von 3 bis 20 ist, a und c ganze Zahlen mit einer Gesamtsumme von 78 oder weniger sind, b eine ganze Zahl von 2 bis 15 ist, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 oder 2 Kohlenstoffatomen bedeuten und n eine ganze Zahl mit einem Wert von 4 bis 20 ist.