DE69419337T2

DE69419337T2 - Tinte, Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren und Vorrichtung unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE69419337T2
Application number: DE69419337T
Authority: DE
Inventors: Akio Kashiwazaki; Hiromichi Noguchi; Katsuhiro Shirota; Yuko Suga; Aya Takaide
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2014-03-30
Also published as: EP0618278B1; US5606356A; US6391947B1; EP0618278A2; EP0618278A3; DE69419337D1; ATE181948T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Tinte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Tinte, mit der eine qualitativ hochwertige Aufzeichnung mit ausgezeichneter Fixierung der Tinte auf Normalpapier, wie etwa holzfreiem Papier, Kopierpapier, Briefpapier, Thermoübertragungs-Papier oder Geschäftspapier für den Matrixdruck, realisiert werden kann, sowie auf ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsverfahren, bei dem diese Tinte eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein mit der genannten Tinte gefülltes Gerät.

Sand der Technik

Üblicherweise wird für die Tintenstrahlaufzeichnung eine wäßrige Tinte eingesetzt, die einen wasserlöslichen Farbstoff und ein wäßriges Medium zum Auflösen des Farbstoffs aufweist. Die Tinte für die Tintenstrahlaufzeichnung muß
(1) eine ausreichende Bilddichte ergeben,
(2) auf einem Aufzeichnungsmedium schnell trocknen,
(3) ein geringes Ausbluten der aufgezeichneten Bilder bewirken,
(4) auch dann kein Auslaufen bewirken, wenn das Bild in Kontakt mit Wasser oder Alkohol gebracht wird,
(5) aufgezeichnete Bilder mit ausreichender Lichtbeständigkeit ergeben,
(6) eine Tintendüse nicht verstopfen,
(7) keine Probleme wie ein Verwischen eines aufgezeichneten Bildes während der kontinuierlichen Aufzeichnung oder nach einer Unterbrechung der Aufzeichnung für lange Zeit bewirken,
(8) stabil bei der Aufbewahrung sein und
(9) sicher für die die Tinte handhabenden Personen sein.
Bei einer Tintenstrahlaufzeichnung unter Einsatz von thermischer Energie muß die Tinte weiter
(10) eine ausreichende Temperaturstabilität haben, und sie darf keine nachteiligen Einflüsse auf die thermische Energie erzeugende Einrichtung haben.
Diese Anforderungen können nicht alle gleichzeitig mit einer herkömmlichen Materialzusammensetzung von Tintenstrahlaufzeichnungstinten erfüllt werden. Daher erfüllen herkömmliche Tinten nicht notwendigerweise die aktuellen Anforderungen hinsichtlich der Leistungsparameter von Tinten.
Die meisten der herkömmlichen Tinten, die aus einem wasserlöslichen Farbstoff, Wasser und einem wasserlöslichen organischen Lösungsmittel zusammengesetzt sind, haben das besonders schwierige Problem der Unvereinbarkeit hoher Qualität des Druckbildes mit der Tintenfixierbarkeit. In den letzten Jahren ist die Feststoff- Strahltechnik in praktischen Gebrauch gekommen. Bei diesem Verfahren wird eine feste Tinte beim Austragen verflüssigt, und das Tintenmedium selbst verfestigt sich nach dem Austrag, wodurch eine extrem schnelle Fixierung der Tinte erreicht wird. Daher ergibt dieses Verfahren eine hohe Qualität der aufgezeichneten Bilder, unabhängig von der Art des verwendeten Aufzeichnungspapiers. Die feste Tinte hat jedoch den Nachteil, daß die Lebensdauer des Aufzeichnungskopfes durch die benötigte hohe Kopftemperatur bis zu 100ºC beeinträchtigt wird, zur Aufrechterhaltung der Kopftemperatur viel Energie verbraucht wird und die Vorrichtung notwendigerweise relativ groß ist. Weiterhin ist der praktische Gebrauch der festen Tinte beschränkt, weil die Viskosität der verflüssigten Tinte auch bei höherer Erwärmungstemperatur eine untere Grenze hat, was zu einem schlechteren Frequenz-Ansprechverhalten führt.
Auf der anderen Seite wird eine Tinte für die Tintenstrahlaufzeichnung vorgeschlagen, die wenig oder kein Wasser enthält, und ein niederviskoses organisches Lösungsmittel das Medium zum Auflösen oder Dispergieren eines Farbstoffs nutzt. Ein solches Lösungsmittel enthält Alkylether, wie etwa Ethylenglykole, Ester, Pyrrolidone, Laktone und zyklische Karbonate. Die Aufzeichnungsflüssigkeit, die ein solches organisches Lösungsmittel als Medium nutzt, dringt schnell in Normalpapier ein und zeigt natürlich eine hohe Fixierbarkeit. Um ein Auslaufen und Durchschlagen der Tinte zu verhindern und durch Einstellung der Tintenformulierung die Qualität des Druckbildes zu halten, werden Maßnahmen ergriffen wie die, daß eine feste Komponente - etwa ein Wachs - und eine Polymerverbindung der Tinte mit der Farbstoffkomponente hinzugefügt werden oder daß zusammen mit dem pigment-dispergierenden Harz eine Binder-Komponente hinzugefügt wird.
Bei diesen Verfahren ist es wichtig, daß die Trocknungsrate durch Verdunstung und Eindringen des Mediums nach der Tintenabscheidung auf ein Aufzeichnungsmedium gut ausbalanciert werden muß mit der Rate der Erhöhung der Tintenviskosität, um eine befriedigende Fixierbarkeit und Bildqualität zu erhalten. In den meisten Fällen ist im Ergebnis solcher Maßnahmen jedoch die Tinten-Fixierbarkeit niedrig oder die Bildqualität schlecht.
In den obigen Fällen erhöht die Beimischung einer Binder-Komponente in nachteiliger Weise die Tintenviskosität und verringert die Ansprechfrequenz des Austrags, oder sie verschlechtert das Ansprechvermögen beim Austrag am Beginn der Aufzeichnung infolge des Trocknens und der Viskositätserhöhung der Tinte an der Spitze der Düse. Daher wird die Beimischung eines Bindemittels als unpraktisch angesehen.
In Übereinstimmung mit den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 4 beschreibt die JP-A-56 155 262 ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren und eine Tinte, die ein wäßriges flüssiges Medium mit Polymeren, Additiven und/oder Lösungsmitteln enthält, bei dem bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 100ºC eine Phasenseparation auftritt.
Ein ähnlicher Stand der Technik wird durch das Dokument GB-A-2 031 448 gebildet. Die Natur der bekannten Tinte ist derart, daß das flüssige Medium eine relativ niedrige kritische Lösungstemperatur (Tc) hat, so daß eine Phasen- Separation bei einer Temperatur innerhalb des oben erwähnten Bereiches auftritt.
Weitere Dokumente aus dem Stand der Technik sind DE-A-38 25 009; JP-A-4 185 344 und US-A-4 680 232.
Die DE '009 beschreibt eine Tinte, die zwischen 35 und 300ºC thermische Stabilität aufweist. Daher bewirkt die Tinte gemäß diesem Dokument keine Phasentrennung im gewünschten Temperaturbereich.
In der US '332 wird eine Zusammensetzung aus einer Heterophasen-Tinte beschrieben, bei der keine Phasenseparation im gewünschten Temperaturbereich erfolgt.
Spezielle Beispiele der in der oben erwähnten JP-A-56 155 262 beschriebenen Tinte sind Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt die Bereitstellung einer wäßrigen Tinte, die sowohl hinsichtlich der Tinten-Fixierbarkeit als auch der Druckqualität befriedigend ist, und die Lösung der genannten Probleme, die durch die Zugabe eines bekannten wasserlöslichen Harzes nach dem Stand der Technik nicht gelöst werden. Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Tinte mit den Merkmalen von Anspruch 4 und ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung enthält eine polymere Verbindung, die im flüssigen Medium eine niedrigere kritische Lösungstemperatur ergibt, wobei die polymere Verbindung ein Kopolymer ist, das als Monomereinheit ein N-alkylsubstituiertes Acrylamid hat. Ansonsten enthält das flüssige Medium ein Lösungsmittel, welches bevorzugt eine Verbindung ist, die eine niedrigere kritische Lösungstemperatur ergibt.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren bereit, welches eine Aufzeichnung durch Austrag von Tintentröpfchen durch eine Öffnung eines Aufzeichnungskopfes auf ein Aufzeichnungsmedium unter Einsatz der erwähnten Tinte ausführt.
Die Tintenstrahlaufzeichnung wird bei der vorliegenden Erfindung wie folgt ausgeführt:
1) Eine Tinte wird in Form von Flüssigkeitströpfchen durch Wirkung von auf die Tinte einwirkender thermischer Energie ausgetragen, und 2) zum Zeitpunkt der Aufzeichnung wird das Aufzeichnungsmedium bei einer Temperatur höher als der niederen kritischen Lösungstemperatur des flüssigen Mediums der Tinte gehalten, oder ansonsten wird 3) zum Zeitpunkt der Aufzeichnung der Aufzeichnungskopf bei einer Temperatur niedriger als der niedrigen kritischen Lösungstemperatur des flüssigen Mediums der Tinte gehalten, und das Aufzeichnungsmedium wird bei einer Temperatur oberhalb der niedrigen kritischen Lösungstemperatur gehalten.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Aufzeichnungseinheit mit einem Tintenbehälter zur Aufnahme einer Tinte und einen Kopf zum Austrag der Tinte als Tintentröpfchen bereit, wobei die Tinte die oben erwähnte Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Der Kopf der Aufzeichnungseinheit trägt Tinte durch Wirkung von der Tinte verliehener thermischer Energie aus.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Tintenpatrone bereit, die einen Tintenbehälter zur Aufnahme von Tinte hat, wobei die Tinte die oben erwähnte Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einem Tintenbehälter zur Aufnahme einer Tinte und eine Aufzeichnungseinheit mit einem Kopf zum Austrag der Tinte als Tintentröpfchen bereit, wobei die Tinte die oben erwähnte Tinte der vorliegenden Erfindung ist. Die Aufzeichnungsvorrichtung hat einen Kopf zum Austragen der Tinte als Tintentröpfchen und eine Einrichtung zur Erwärmung eines Aufzeichnungsmediums. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einer Aufzeichnungseinheit zum Austragen von Tintentröpfchen, eine Tintenpatrone mit einem Behälter zur Aufnahme der Tinte und eine Tintenzufuhreinrichtung zum Zuführen der Tinte von der Tintenpatrone zur Aufzeichnungseinheit bereit, wobei die Tinte die oben erwähnte Tinte der vorliegenden Erfindung ist. Die Aufzeichnungseinheit hat einen Kopf zum Austragen der Tinte als Tintentröpfchen und eine Einrichtung zum Aufheizen eines Aufzeichnungsmediums.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Phasendiagramm zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Aufzeichnungskopfes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung des Aufzeichnungskopfes längs der Ebene A-A in Fig. 2.
Fig. 4 stellt das äußere Erscheinungsbild eines Mehrfach-Kopfes mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Köpfen gemäß Fig. 2 dar.
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung einer Aufzeichnungsvorrichtung, an der der Kopf gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
Fig. 6 ist eine Querschnittsdarstellung einer Tintenpatrone zum Zuführen einer Tinte durch ein Tintenzufuhrröhrchen zum oben erwähnten Kopf.
Fig. 7 zeigt das äußere Erscheinungsbild einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, in die der Kopf und die Tintenpatrone integriert sind.
Fig. 8A bis 8C zeigen schematisch den Aufbau von Druckern, die mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet sind. Die Heizeinrichtung ist in Fig. 8A ein Infrarotheizer, in Fig. 8B ein folienförmiger Wärmeerzeuger und hat in Fig. 8C die Form von Heizwalzen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bei der vorliegenden Erfindung bewirkt eine Tinte, die eine Polymerverbindung mit einer niederen kritischen Lösungstemperatur hat, eine Phasentrennung bei einer erhöhten Temperatur, was ein Druckerzeugnis mit scharfen Druckkanten ergibt, bei dem die entsprechenden Tintenpunkte nicht aus der Form geraten. Die Phasentrennung infolge der niederen kritischen Lösungstemperatur, die das grundlegende Prinzip der vorliegenden Erfindung darstellt, bedeutet einen Zustand einer Tinte, in dem viele feine viskose Flüssigkeitsteilchen, die größere Anteile eines Polymeren und eines Färbematerials enthalten, in einem weniger viskosen flüssigen Medium dispergiert sind, das geringere Anteile des Polymeren und des Färbematerials enthält. Die konzentrierten feinen Flüssigkeitsteilchen sind weniger fließfähig und neigen dazu, auf der Oberfläche eines Aufzeichnungspapiers zu verbleiben, und sie neigen weniger dazu, sich durch Dispersion miteinander zu vermischen. Es wird daher angenommen, daß eine Verschlechterung der Druckqualität durch übermäßiges Eindringen des Färbematerials auch dann verhindert wird, wenn das flüssige Medium ein eindringfähiges Material enthält. Diese Erscheinung kann durch die Einwirkung von Wärme erzeugt werden. Daher schreitet bei einer Tintenstrahlaufzeichnung, wo die Austragenergie durch Blasenbildung der Tinte infolge von Erwärmung gewonnen wird, die Phasentrennung infolge der Wärme für die Blasenbildung voran, und wahrscheinlich sind die auf eine Aufzeichnungspapieroberfläche abgelagerten Tintentröpfchen in einem Zustand der Dispersion mikroskopischer Flüssigkeitsteilchen. In einem solchen Fall kann die Erwärmung des Aufzeichnungspapierblattes minimal sein oder wird zur Erzielung des genannten Effekts überhaupt nicht benötigt.
Das grundlegende Prinzip der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Spinodal-Linie erläutert. Die Spinodal-Linie wird im Detail in der Literatur erläutert; beispielsweise in Prigogine und Deffey: "Chemical Thermodynamics" (Japanese translation, Misuzu Shobo, Japan); P. Glansdorff und I. Prigogine: "Structure, Stability, and Fluctuations" (Wiley Interscience, London), etc. Beispielsweise in einem aus den Komponenten A und B bestehenden Zweikomponenten-System ist die Spinodal-Linie eine Grenzlinie zwischen einem metastabilen Gebiet und einem instabilen Gebiet im Phasendiagramm als Funktion der Zusammensetzung und der Temperatur des Systems, wie in Fig. 1 gezeigt. Es ist bekannt, daß die Rate der Phasenseparation sich zwischen dem metastabilen Gebiet und dem instabilen Gebiet zu beiden Seiten der Grenzlinie stark unterscheidet. Nimmt man einen Temperatursprung von T1 auf T2 an, werden die Zusammensetzung 1 und die Zusammensetzung 3 zu einem Sprung in die metastabile Region veranlaßt, und die Zusammensetzung 2 zu einem Sprung in eine instabile Region. Von einer der Zusammensetzung 1 bis 3 ausgehend, erreicht das System einen Zwei-Phasen-Gleichgewichtszustand nach Verstreichen einer hinreichenden Zeit.
Bei den zum Gleichgewicht hinführenden Prozessen ist die metastabile Region dadurch ausgezeichnet, daß darin tendenziell eine Unterkühlung auftritt, wobei die neuen Phasen langsam durch Bildung und Wachstum von Keimen gebildet werden, während die stabile Phase sich dadurch auszeichnet, daß eine Unterkühlung weniger wahrscheinlich auftritt und die neue Phase sofort aus dem instabilen Zustand des gesamten Systems durch die sogenannte Spinodal- Zusammensetzung gebildet wird und die inperfekte Phase schnell ausgebildet wird. Es ist bemerkenswert, daß die Geschwindigkeit der Phasenseparation im durch die Spinodal-Linie eingeschlossenen Gebiet, das heißt im instabilen Gebiet, das 1000-fache oder mehr derjenigen im metastabilen Gebiet beträgt.
Die vorliegende Erfindung ist durch Ausnutzung dieser Erscheinung in einem spezifischen Tintensystem ausgezeichnet. Die schnelle Phasenseparation durch Spinodal-Zersetzung bewirkt:
(1) eine Separation der festen Komponente von der flüssigen, (2) eine Beschleunigung des Eindringens und der Verdunstung der Medium- Komponenten aus der verdünnten Phase, und
(3) eine Förderung der Fixierung der Färbematerialkomponente in der konzentrierten Phase.
Der Grund dafür, warum die Spinodal-Zersetzung eine schnelle Phasenseparation bewirkt, wird theoretisch detailliert in Veröffentlichungen wie J. W. Cahn: The Journal of Chemical Physics 42, (1) 93 (1965), etc. erörtert. Die die Erscheinung in Hochpolymersystemen betreffenden Meßergebnisse werden in Veröffentlichungen wie etwa J. J. Van Aartsen: European Polymer Journal, 6, 919 (1970), etc. dargestellt.
Die Zusammensetzung der Tinte wird spezifisch aufgrund des oben erwähnten Prinzips beschrieben.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung besteht aus einer polymeren Verbindung, einem Lösungsmittel und einem Färbematerial. Die Tinte der vorliegenden Erfindung ist durch die Faktoren des Polymer-Lösungsmittel-Systems, dessen Zusammensetzung, T1, Tc und T2, gekennzeichnet.
Die Polymerverbindungen für die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung sind Nalkyl-substituierte Acrylamide, über die beispielsweise von S. Ito et al. berichtet wird, als Polymerkomponente, die die thermisch reversiblen Eigenschaften zeigt (Research Institute for Polymers and Textiles, Agency of Industrial Science and Technology (Japan): Research Report No. 144 (1984)). Spezifische Beispiele hierfür sind Poly(N-ethyl-acrylamid), Poly(N-n-propyl-acrylamid), Poly(N-n-propylmethacrylamid), Poly(N-isopropyl-acrylamid), Poly(N-isopropyl-methacrylamid), Poly(N-cyclopropyl-acrylamid), Poly(N-cyclopropyl-methacrylamid), Poly(N,N- diethyl-acrylamid), Poly(N-N-diethyl-methacrylamid). Polymere vom Typ des N-alkyl-substituierten Acrylamids zeigen einen ausgeprägten Phasenübergang.
Für die Tinte der vorliegenden Erfindung sind auch die unten angegebenen relativ niedermolekularen festen Verbindungen nützlich: Verbindungen, zu denen Fettsäuren, wie etwa Laurylsäure und Stearylsäure gehören, höhere Alkohole, wie etwa Cetylalkohol und Stearylalkohol, Diole, wie etwa 1,6-Hexandiol, 1,10- Decandiol, 1,12-Dodekandiol, und 2,2-Dimethynolpentan, Ester, wie etwa Ethylencarbonat, 12-Hydroxystearyl-monoglycerid und Glycerin-Monostearat, oder natürliche Wachse wie etwa Paraffinwachs oder Kerzenwachs.
Das Einsatz-Lösungsmittel wird aus Stoffen mit niedriger Flüchtigkeit, niedriger Viskosität und hoher Stabilität ausgewählt, die eine niedere kritische Lösungstemperatur in Kombination mit der oben erwähnten polymeren Komponente oder festen Komponente ergeben. Beispiele des Lösungsmittels sind Wasser, Ethylcarbitol, Methylcellosolve, Tetrahydronaphthalen, t-Butanol, Ethanol, Isopropylalkohol, Methanol, n-Propanol, n-Amylalkohol, Harnstoff, Dioxan, Diethylenglykol-diethylether, Butanon, Acetat-Puffer, NaCl/Wasser, KBr/Wasser, KCl/Wasser, NaBr/Wasser, KNO&sub3;/Wasser, K&sub2;SO&sub4;/Wasser, MgSO&sub4;/Wasser, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, höhere Fettsäuren, Fettsäureamide, Dimethylol-Propionsäure, Kohlenwasserstoffwachse usw.
Bevorzugte Kombinationen des Polymer-Lösungsmittel-Systems sind Mischungen von Wasser mit einem Polymeren des N-Ethyl-acrylamid, N-n-Propyl-acrylamid, N-n-Propyl-methacrylamid, N-Isopropyl-aacrylamid, N-Isopropylmethacrylamid, N-Cyclopropyl-acrylamid, N-Cyclopropyl-methacrylamid, N-N-Diethyl-acrylamid, N,N-Diethyl-methacrylamid oder eines Copolymeren desselben.
Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Färbematerialien schließen ein: Wasserlösliche Farbstoffe, wie Direktfarbstoffe, acidische Farbstoffe, Lebensmittelfarbstoffe, basische Farbstoffe, reaktive Farbstoffe, Färber- Farbstoffe etc., sowie Dispersionen eines Pigmentes, wie etwa Farbstoffe des Azo-Typs, des Phthalocyanin-Typs, des Chinacridon-Typs, des Anthrachinon- Typs, des Dioxazin-Typs, des Indigo- oder Thioindigo-Typs, des Perynon-Typs, des Isoindolinon-Typs, des Azomethin-Typs, Carbonschwarz o. ä. Das Pigment muß, wenn es als Färbematerial verwendet wird, vorab mit einem Dispergierungsmittel zum Dispergieren behandelt werden. Ein geeignetes Dispergierungsmittel für eine wäßrige Dispersion ist ein Polymerdispergierungs-mittel vom Additionspolymerisations-Typ, wie das in der JP-A-56-147863 beschriebene. Die Dispersion kann durch ein Verfahren wie das in der JP-A-2-255875 beschriebene durchgeführt werden. Das Färbematerial wird bei der vorliegenden Erfindung allgemein in einem Anteil von 2 und 10 Gew.-% eingesetzt, der Anteil ist aber hierauf nicht beschränkt, vorausgesetzt, auf einem Aufzeichnungsmedium ergibt sich eine ausreichende Färbedichte.
Weiterhin müssen bei der Auswahl der oben erwähnten Materialien die nachfolgenden Punkte beachtet werden:
1. Das Material ist in dem Lösungsmittel homogen löslich, wodurch das Spinodal- Zersetzungssystem des Dispergierungs-Polymeren gebildet wird.
2. Das Dispergierungs-Polymere und das das Spinodal-Zersetzungssystem bildende Polymere müssen nicht miteinander kompatibel sein, aber sie dürfen sich im Lösungsmittelsystem nicht in zwei Phasen separieren.
Es kann zusätzlich ein weiteres Lösungsmittel enthalten sein. Das weitere Lösungsmittel, das Feuchtigkeitshalteeigenschaften ergibt, kann sein: Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tripropylenglykol, Glycerol, 1,2,4-Butantriol, 1,2,6-Hexantriol, 1,2,5-Pentantriol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, Dimethylsulfoxid, Diacetonalkohol, Glycerinmonoallylether, Propylenglykol, Butylenglykol, Polyethylenglykol 300, Thiodiglykol, N-Methyl-2- pyrrolidon, 2-Pyrrolidon, γ-Butyrolacton, 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon, Sulfolan, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Neopentylglykol, Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykol-monoethylether, Ethylenglykol-monoisopropylether, Ethylenglykol-monoallylether, Diethylenglykol-monomethylether, Diethylenglykol-monoethylether, Triethylenglykol-monomethylether, Triethylenglykolmonoethylether, Propylenglykol-monomethylether, Dipropylenglykol-monomethylether, β-Dihydroxyethylharnstoff, Harnstoff, Acetonylaceton, Pentaerythritol, 1,4-Cyclohexandiol usw. Das zusätzliche Lösungsmittel, das das Eindringvermögen verbessert, schließt ein: Hexylenglykol, Ethylenglykol-monopropylether, Ethylenglykol-monobutylether, Ethylenglykol-monoisobutylether, Ethylenglykol-monophenylether, Diethylenglykol-diethylether, Diethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykol-monoisobutylether, Triethylenglykol-monobutylether, Triethylenglykol-dimethylether, Triethylenglykol-diethylether, Tetraethylenglykol-dimethylether, Tetraethylenglykol-diethylether, Propylenglykol-monobutylether, Dipropylenglykol-monomethylether, Dipropylenglykol-monopropylether, Dipropylenglykol-monobutylether, Tripropylenglykol-monomethylether, Glycerinmonoacetat, Glycerin-diacetat, Glycerin-triacetat, Ethylenglykol-monomethylether-acetat, Diethylenglykol-monomethyletheracetat, Cyclohexanol, 1,2-Cyclohexandiol, 1-Butanol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 3-Hexen-2,5-diol, 2,3-Butandiol, 1,5-Petandiol, 2,4-Petandiol, 2,5-Hexandiol usw. Das zusätzliche Lösungsmittel, das Flüchtigkeit aufweist, schließt ein: Ethanol, n-Propanol, 2-Propanol, 1-Methoxy-2-propanol, Fufurylalkohol, Tetrahydrofurfurylalkohol usw.
Die Gehalte der Materialien in der Tinte werden wie nachfolgend angegeben eingestellt.
Die die niedere kritische Lösungstemperatur zeigende Polymerverbindung wird bevorzugt und in wirkungsvoller Weise in einem Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-% eingesetzt. Bei einem geringeren Anteil zeigt sich der Effekt der Phasen separation nicht deutlich, während bei einem größeren Anteil die Viskosität der Tinte ansteigt und die Bildung von Flüssigkeitströpfchen und der Austrag der Tröpfchen offensichtlich nachteilig beeinflußt werden.
Die Konzentration des Färbematerials hängt vom Färbevermögen ab und liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-%.
Das Hauptmedium zur Bildung des Phasenseparationssystems in Kombination mit dem Polymeren ist in einem zwischen 50 und etwa 80% des gesamten Mediums reichenden Bereich enthalten. Als Rest ist ein Lösungsmittel zur Feuchthaltung enthalten.
Die Tinte der vorliegenden Erfindung besteht hauptsächlich aus dem oben angegebenen Material. Zusätzlich kann ein Dispergierungsmittel, ein oberflächenaktives Mittel, ein Viskositäts-Steuerungsmittel, ein Mittel zur Einstellung der Oberflächenspannung, ein fluoreszierender Aufheller, ein Antioxidans, ein Mittel zur Verhinderung von Schimmelbildung, ein pH-Einstellmittel etc., falls erforderlich, in einem Bereich enthalten sein, der die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht behindert.
In dem Fall, daß als Färbematerial ein Pigment eingesetzt wird, wird die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung wie nachfolgend angegeben hergestellt.
1. Das Pigment wird mit einer geeigneten Dispergierungs-Polymeren in einem Dispergierungsmedium dispergiert. Das Dispergierungsmedium ist ein Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelsystem, welches später für die Tinte verwendet wird. Es kann für den Dispergierungsvorgang jedoch ergänzend ein anderes Lösungsmittel eingesetzt werden.
2. Eine Lösung der Polymerverbindung, die das Spinodal-Zersetzungssystem bildet, wird der oben erwähnten Dispersion beigefügt.
3. Ein Lösungsmittel zur Einstellung der Zusammensetzung, ein Additiv zur Einstellung der Tinteneigenschaften oder andere Additive werden der Dispersion beigemischt, um die endgültige Zusammensetzung zu präparieren.
Wenn ein Tröpfchen der Tinte, die das Spinodal-Zersetzungssystem der vorliegenden Erfindung benutzt, aus einem Aufzeichnungskopf bei einer Temperatur T1 (unterhalb der kritischen Temperatur Tc) auf ein Aufzeichnungspapierblatt ausgetragen wird, steigt die Temperatur des Tintentröpfchens auf T2 an (wobei T2 üblicherweise oberhalb der Raumtemperatur liegt, T2 > Tc). Diese Temperaturerhöhung bringt das System in die im Phasendiagramm gezeigte instabile Region, wodurch durch das System (nämlich einen aus dem abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen gebildeten Flüssigkeitsfilm) neue Phasen gebildet werden. Die gebildeten neuen Phasen werden üblicherweise in eine konzentrierte Phase und eine verdünnte Phase separiert. Die verdünnte Phase, die hauptsächlich aus einem Lösungsmittel besteht, verdunstet leicht und dringt zugleich in das Aufzeichnungspapierblatt ein. Andererseits neigt die konzentrierte Phase dazu, auf der Oberfläche des Aufzeichnungspapierblattes zu verbleiben, wodurch das Färbematerial in vorteilhafter Weise ohne Eindringen in das Papierblatt auf dessen Oberfläche fixiert wird.
Auf diese Weise wird die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn ihre Temperatur erhöht wird, schnell instabil und bildet zwei Phasen aus einer konzentrierten Flüssigkeit und einer verdünnten Flüssigkeit. Dieses Prinzip wird bei einer Tintenstrahlaufzeichnung mit einer Tinte in geeigneter Weise ausgenutzt, die anfangs eine niederviskose Lösung darstellt.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einem herkömmlichen Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren angemessen angewandt, speziell in einem Tintenstrahlverfahren, bei dem die Tinte unter der Wirkung von durch Wärmeenergie erzeugten Blasen ausgetragen wird.
Die niedere kritische Lösungstemperatur der Polymerverbindung kann durch Auswahl der Art, des Molekülgewichts und der Zugabemenge der Polymerverbindung mit einer niederen bzw. unteren kritischen Lösungstemperatur eingestellt werden. Sie kann auch durch die Art und den Anteil des eingesetzten Lösungsmittels und die Zugabe eines geeigneten anorganischen Salzes eingestellt werden.
Ein Beispiel für die Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert. Die Fig. 1, 2 und 3 stellen den Aufbau eines Kopfes dar, der den wesentlichen Teil der Vorrichtung bildet.
Gemäß den Zeichnungen ist der Kopf 13 durch Verbindung einer Glas-, Keramik- oder Kunststoffplatte mit Nuten 14 für den Tintenfluß mit einem wärmeerzeugenden Kopf 15 zur thermischen Aufzeichnung aufgebaut. Der wärmeerzeugende Kopf 15 ist aus einer aus Siliciumoxid o. ä. gebildeten Schutzschicht 16, Aluminiumelektroden 17-1, 17-2, einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht 18 aus Nichrom o. ä., einer Wärmesammelschicht 19 und einer wärmeabstrahlenden Substratplatte 20 aus Aluminiumoxid o. ä. aufgebaut.
Die Tinte 21 füllt eine Austragöffnung (eine feine Düse) 22 und bildet durch einen Druck P einen Meniskus 23 aus.
Bei Anlegen eines elektrischen Informationssignals an die Elektrode 17-1, 17-2 des Kopfes erzeugt der mit dem Symbol "n" bezeichneten Bereich auf dem wärmeerzeugenden Kopf 15 abrupt Wärme, wodurch Blasen in der Tinte 21 in diesem Gebiet gebildet werden, der Druck der Blase den Meniskus 23 hinausdrückt und Tinte aus der Öffnung 22 in Form von Tröpfchen 24 ausgetragen wird. Die ausgetragenen Tintentröpfchen fliegen zu einem Aufzeichnungsmedium 25.
Fig. 4 zeigt das äußere Aussehen eines Mehrfach-Kopfes, bei dem eine Mehrzahl der in Fig. 2 gezeigten Köpfe nebeneinander angeordnet ist. Der Mehrfach-Kopf wird durch Verbindung einer Glasplatte 27 mit mehreren Nuten 26 mit dem wärmeerzeugenden Kopf 28 entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten gebildet.
Fig. 3 ist eine Querschnittsdarstellung des Kopfes 13 längs des Tintenflußweges an der Linie A-A in Fig. 2.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Erwärmung der Substratplatte 20 auf Betriebstemperatur gehalten werden, indem der gesamte Kopf bei einer konstanten Temperatur gehalten wird, oder durch ein ähnliches Verfahren.
Fig. 5 stellt ein Beispiel der Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung dar, an der ein solcher Kopf montiert ist. In Fig. 5 wird eine Klinge 61 als Abwischelement an einem Ende der Klinge durch ein Klingenhalteelement gehalten, welches ein festes Ende in Form eines Auslegers bildet. Die Klinge 61 ist in einer Position benachbart zum Aufzeichnungsgebiet des Aufzeichnungskopfes angeordnet und bei diesem Beispiel so gehalten, daß sie in die Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes vorsteht. Die Kappe 62 ist in einer Ruhestellung benachbart zur Klinge 61 angeordnet und so aufgebaut, daß sie sich in die Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungskopfes bewegt, um in Kontakt mit der Austragdüsenfläche zu kommen, um die Düse abzudecken. Ein Tintenabsorber 63 ist in einer Position benachbart zur Klinge 61 angeordnet und so gehalten, daß er auf ähnliche Weise wie die Klinge 61 in die Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes vorsteht. Die Klinge 61, die Kappe 62 und der Absorber 63 bilden eine Austragreinigungsvorrichtung 64. Die Klinge 61 und der Absorber 63 dienen dazu, Wasser, Staub o. ä. von der Oberfläche der Tintenaustragdüse zu entfernen. Ein Aufzeichnungskopf 65 hat eine Energieerzeugungseinrichtung zum Austrag und führt eine Aufzeichnung durch Austrag der Tinte auf ein Aufzeichnungsmedium gegenüber der Austragdüsenfläche durch. Ein Wagen 66 ist zum Halten und Bewegen des Aufzeichnungskopfes 65 vorgesehen. Der Wagen 66 steht in gleitendem Eingriff mit einer Führungsstange 67. Ein Teil des Wagens 66 ist (was in der Zeichnung nicht dargestellt ist) mit einem Riemen 69 verbunden, der durch einen Motor 68 angetrieben wird, so daß der Wagen 66 längs der Führungsstange 67 in das Aufzeichnungsgebiet des Aufzeichnungskopfes 65 und das Gebiet benachbart dazu bewegbar ist.
Eine Papierzuführeinrichtung 51 zum Zuführen eines Aufzeichnungsmediums und eine durch einen Motor (der in der Zeichnung nicht dargestellt ist) angetriebene Papierzuführrolle 50 führen ein Aufzeichnungsmedium in die Position gegenüber der Austragdüsenfläche des Aufzeichnungskopfes zu, und das Aufzeichnungsmedium wird mit dem Fortschreiten der Aufzeichnung einer Papieraustragvorrichtung zugeführt, die mit Papieraustragrollen 53 versehen ist.
Das Aufzeichnungspapierblatt kann auf die folgende Weise bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur gehalten werden: (1) Wie in Fig. 8A gezeigt, sind ein Infrarotheizer 10 und ein Lüfter 11 oberhalb oder unterhalb des Papierzufuhrweges vorgesehen, um das Papier mit Strahlungswärme zu erwärmen, (2) wie in Fig. 8B dargestellt, ist ein plattenförmiges Wärmeerzeugungselement 12 in Kontakt mit dem Papier vorgesehen, um dieses direkt zu erwärmen, oder (3), wie in Fig. 8C gezeigt, ist ein Heizer in einer Papierzufuhrrolle (3a oder 3b) vorgesehen, um das Papier durch Wärmeleitung zu erwärmen.
Beim obigen Aufbau ist, wenn der Aufzeichnungskopf 65 bei Beendigung der Aufzeichnung in die Ruhestellung zurückkehrt, die Kappe 62 der Austragreinigungsvorrichtung 64 außerhalb der Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes 65 angeordnet, und die Klinge 61 kann in die Bewegungsbahn vorstehen. Hierdurch wird die Austragdüsenfläche des Aufzeichnungskopfes 65 abgewischt. Um die Austragdüsenfläche des Aufzeichnungskopfes 65 abzudecken, steht die Kappe 62 in die Bewegungsbahn des Aufzeichnungskopfes 65 vor, um in Kontakt mit der Austragdüsenfläche zu kommen.
Wenn der Aufzeichnungskopf 65 zu einer Bewegung aus der Ruhestellung in die Aufzeichnungs-Startposition veranlaßt wird, sind die Kappe 62 und die Klinge 61 in derselben Position wie beim oben erwähnten Abwisch-Schritt, so daß die Austragdüsenfläche des Aufzeichnungskopfes 65 auch bei dieser Bewegung abgewischt wird. Der Aufzeichnungskopf wird nicht nur bei Beendigung der Aufzeichnung zur Zeit der Austragreinigung in Ruhestellung bewegt, sondern auch in vorbestimmten Intervallen während der Aufzeichnung aus dem Aufzeichnungsgebiet heraus. Die Düse wird bei einer solchen Bewegung abgewischt.
Fig. 6 ist eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels der Tintenpatrone 45, die eine über ein Tintenzuführelement, wie etwa ein Röhrchen, zuzuführende Tinte aufnimmt. Der Tintenbehälter 40, beispielsweise eine Tintentasche, enthält eine zuzuführende Tinte und hat an der Spitze einen Gummistopfen 42. Das Einsetzen einer (in der Zeichnung nicht gezeigten) Nadel in den Stopfen 42 ermöglicht eine Zuführung der Tinte aus der Tintentasche 40. Ein Aufnehmer 44 für verschüttete Tinte dient dazu, verschüttete Tinte aufzunehmen. Die Flüssigkeitskontaktfläche des Tintenbehälters besteht bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt aus einem Polyolefin, in besonders vorteilhafter Weise aus Polyethylen.
Die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung ist nicht auf die oben erwähnte beschränkt, bei der ein Kopf und eine Tintenpatrone getrennt vorgesehen sind. Es kann auch in geeigneter Weise eine Integration beider vorgenommen werden, wie in Fig. 7 dargestellt. In Fig. 7 nimmt eine Aufzeichnungseinheit 70 ein Tintenaufbewahrungselement, wie etwa einen Tintenabsorber, auf, und die Tinte im Absorber wird durch eine Mehrzahl Öffnungen eines Kopfes 71 ausgetragen. Der Tintenabsorber besteht bevorzugt aus Polyurethan, Cellulose oder Polyvinylacetat. Eine Belüftungsöffnung 72 ist dazu vorgesehen, das Innere der Patrone mit der Atmosphäre zu verbinden. Die Aufzeichnungseinheit 70 kann anstelle des in Fig. 5 gezeigten Aufzeichnungskopfes benutzt werden und ist so ausgebildet, daß sie leicht am Wagen 66 anzubringen und von diesem abzunehmen ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend speziell unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert.

Beispiele 1 bis 5, und Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Tabelle 1 zeigt wasserlösliche Polymere, die als Verbindungen eingesetzt werden, die eine niedere kritische Lösungstemperatur in einem wäßrigen System haben, zusammen mit den Molekülgewichten und den niederen kritischen Lösungstemperaturen.
Die Tinten der vorliegenden Erfindung wurden jeweils durch Verwendung der erwähnten Verbindung und Mischen der in den Tabellen 2 bis 5 angegebenen Komponenten präpariert. Bei der Präparation der Tinte wurde zuerst die Polymerverbindung in einem Konzentrationsbereich zwischen 1 und 5% aufgelöst. Dieser wäßrigen Lösung wurde Wasser, ein organisches Lösungsmittel und ein Farbstoff und - falls erforderlich - ein oberflächenaktives Mittel in der genannten Reihenfolge in vorbestimmten Mengen hinzugefügt, um eine gewünschte Konzentration des Polymers zu erhalten. Die Mischung wurde fünf Stunden umgerührt und dann unter Druck durch ein Membranfilter mit einer Porengröße von 0,22 um (Handelsname: Fluoro Pore Filter, hergestellt von Sumitomo Electric Industries, Ltd.) gefiltert. Für jedes der Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden vier Tintenfarben, nämlich Schwarz, Gelb, Magenta und Cyan, präpariert.
Die Tabellen 2 bis 5 zeigen Zusammensetzungen der vier verschiedenfarbigen Tinten. In den Tabellen bezeichnen die Ziffern Gewichtsteile jeder der Komponenten.
Die Tinten der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurden auf dieselbe Weise wie die Beispiele 1 bis 4 präpariert, mit der Ausnahme, daß die wasserlöslichen Polymeren nicht benutzt, sondern durch Wasser ersetzt wurden.
Tabelle 6 zeigt die Viskosität η (cps) der Tinten bei 25ºC, die Betriebstemperatur (Th) und die Papiertemperatur Tp bei den Beispielen.
Es wurde eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung eingesetzt, die vier Bubble- Jet-Aufzeichnungsköpfe nebeneinander in Richtung der Kopfabtastung hat, wobei jeder Kopf 256 Düsen mit einer Dichte von 400 dpi hat. Die Köpfe wurden mit den erwähnten Tinten beladen, und es wurde ein Aufzeichnungstest ausgeführt.
Die Temperatur des Aufzeichnungskopfes wurde so gesteuert, daß sie der Betriebstemperatur Th der Tinte des Beispiels entsprach. Die Oberflächentemperatur des Aufzeichnungspapiers wurde durch einen Heizer in der Druckwalze so gesteuert, daß sie zum Zeitpunkt der Aufzeichnung Tp war. Die Menge der Tinte zur Erzeugung eines vollflächigen Drucks betrug 10 nl/mm² für jede Farbe.
Die Druckerzeugnisse wurden hinsichtlich der Eigenschaften der Farbentfaltung, der Fixierung und des Auftretens eines Verlaufens der Tinte durch die nachfolgend angegebenen Verfahren getestet. Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse der Tests für diese drei Punkte.

(1) Fixierbarkeit:

Es wurde ein zusammenhängender Druck in blauer Farbe durch Zweifach-Druck einer cyanfarbigen Tinte und einer magentafarbigen Tinte bei 100% Tastverhältnis ausgeführt. Nach 10 Sekunden und 30 Sekunden wurde der bedruckte Abschnitt mit Filterpapier (Handelsname Nr. 5C, hergestellt von Toyo Roshi K. K.) gerieben und gemäß den folgenden Kriterien bewertet:
Ausgezeichnet: Kein Verschmieren nach 10 Sekunden,
Gut: Leichtes Verschmieren nach 10 Sekunden, aber kein Verschmieren nach 20 Sekunden,
Annehmbar: Leichtes Verschmieren nach 20 Sekunden, aber kein Verschmieren nach 30 Sekunden,
Schlecht: Verschmieren nach 30 Sekunden

(2) Farbentwicklung

Die Reflexionsdichte des 100% durchgehend bedruckten Abschnitts jeder Farbe unter Verwendung eines Reflexionsdensitometers (MacBeth RD-918).

(3) Verwischen der gedruckten Zeichen

Es wurde ein Zeichen-Druck mit schwarzer Tinte ausgeführt, und darauf wurden weiterhin vollflächige Drucke mit gelber Tinte bei 100% Tastverhältnis ausgeführt, und die Qualität der gedruckten Zeichen wurde gemäß den nachfolgenden Kriterien bewertet und eingestuft:
Ausgezeichnet: Kein Verwischen,
Gut: Kein Verwischen, aber leichtes Ausfedern beobachtet,
Annehmbar: Verwischen beobachtet und Außenlinie des Zeichens etwas unregelmäßig,
Schwach: Signifikantes Verwischen und nicht entzifferbare Zeichen.
(Die als "Ausgezeichnet" und "Gut" bewerteten Qualitäten sind praktisch nutzbar.)
Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 5 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 zeigen, daß die Tinte und das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Aufzeichnungsbilder mit der Eignung zum Druck auf Normalpapier ergeben, während bei den Vergleichsbeispielen die Farbentwicklung, das Verwischen der gedruckten Bilder und die Tintenfixierung insgesamt unbefriedigend sind.
Die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Polymerkomponente mit einer niederen kritischen Lösungstemperatur eingesetzt wird, ist bei Raumtemperatur eine homogene Lösung. Das flüssige Medium der Tinte separiert bei einer Temperatur im Bereich von 40 bis 100ºC in zwei Phasen, so daß die Polymerverbindung mit einer niederen kritischen Lösungstemperatur sich in einem wäßrigen System im dispergierten Zustand in der Aufzeichnungsflüssigkeit abscheidet. Dadurch werden ausgezeichnete Aufzeichnungsbilder mit der Eignung zum Druck auf Normalpapier erhalten. Somit kann eine qualitativ hochwertige Aufzeichnung mit der Tinte der vorliegenden Erfindung bei einer Farbaufzeichnung auch auf Normalpapier mit befriedigender Fixierbarkeit erreicht werden. Tabelle 1 Tabelle 2 Zusammensetzung der schwarzen Tinte in den Beispielen 1 bis 5
* Schwarzer Farbstoff, hergestellt von ICI Co.
** Oberflächenaktives Mittel, hergestellt von Kawaken Fine Chemical K. K.
+ nicht gemäß den Ansprüchen Tabelle 3 Zusammensetzung der gelben Tinte in den Beispielen 1 bis 5 Tabelle 4 Zusammensetzung der magentafarbigen Tinte in den Beispielen 1 bis 5
+ nicht gemäß der Erfindung Tabelle 5 Zusammensetzung der cyanfarbigen Tinte in den Beispielen 1 bis 5 Tabelle 6
+ nicht gemäß der Erfindung Tabelle 7
OD: Optische Dichte Tabelle 8

Beispiel 6 (nicht gemäß der Erfindung)

(Präparation der flüssigen Pigmentdispersion)

Die unten erwähnten Komponenten wurden gemischt und im Wasserbad auf 50ºC erwärmt, um die Harzkomponente vollständig aufzulösen.
Styren/Acrylsäure/Butylacrylat-Copolymeres
(Glasübergangstemperatur: 74ºC, Säurewert: 230, Molekülgewicht: 6700) 2 Teile
Monoethanolamin 0,5 Teile
Entionisiertes Wasser 80 Teile
Dieser Lösung wurden 15 Teile experimentell hergestelltes Carbonschwarz (MA-100, hergestellt von Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.) hinzugefügt, und das Ganze wurde 30 Minuten gemischt. Diese Mischung wurde einer Dispergierungsbehandlung mit den nachfolgend angegebenen Bedingungen unterworfen.
Dispergierungsmaschine: Sand grinder
Mahlmedium: Glaskügelchen (1 mm Durchmesser)
Packungsdichte des Mahlmediums: 50 Vol.-%
Dispergierungszeit: 3 Stunden
Die Dispersion wurde bei 12000 min&supmin;¹ 20 Minuten lang zentrifugiert, um grobe Teilchen zu entfernen. Die erhaltene Dispersion wurde bei diesem Beispiel verwendet.

(Präparation der Tinte)

Die unten erwähnten Komponenten wurden gemischt und für die Dispersion behandelt.
Obige Dispersion (Feststoffgehalt: etwa 15%) 30 Teile
Polyvinylalkohol (Verseifungsgrad: 85%, zahlbezogenes Molekülgewicht: 70,000) 6,0 Teile
t-Butanol 32 Teile
Entionisiertes Wasser 42,5 Teile
Die erhaltene Tinte enthielt 4, 5 Teile des dispergierten Pigments in einem aus Polyvinylalkohol, t-Butanol und Wasser (6,0 : 32,0 : 42,5, gewichtsbezogen) zusammengesetzten Medium. Die Dispergierungsbehandlung wurde bei Raumtemperatur ausgeführt. Nach der endgültigen Formulierungsbehandlung wurde die Tinte bei 20ºC gehalten und einem Drucktest unterzogen. Der Tc-Wert dieser Tinte war etwa 25ºC.

Beispiel 7 (nicht gemäß der Erfindung)

(Präparation der flüssigen Pigment-Dispersion)

die nachfolgenden Komponenten wurden gemischt, um eine Harzlösung zu präparieren.
Styren/Acrylsäure/Ethylacrylat-Copolymeres
(Glasübergangstemperatur: 87ºC, Säurewert: 1750,
Molekülgewicht: 1 1000) 2,5 Teile
Aminomethylpropanol 0,5 Teile
Entionisiertes Wasser 79,0 Teile
Dieser Harzlösung wurden 13 Teile experimentell hergestelltes Carbonschwarz (MCF-88, hergestellt von Mitsubishi Chemical Industries Ltd.) hinzugefügt, und es wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 6 eine Dispersion präpariert. Der Feststoffgehalt der erhaltenen Dispersion war 16 Gew.-%.

(Herstellung der Tinte)

Die nachfolgenden Komponenten wurden gemischt.
Oben präparierte Dispersion 30 Teile
Polyisobutylvinylether/Maleinanhydrid- Copolymeres (zahlenbezogenes Molekülgewicht: 15000) (Feststoff) 6,0 Teile
Natriumchlorid 5,85 Teile
Entionisiertes Wasser 74,8 Teile
Nach der endgültigen Formulierungsbehandlung, wurde die Tinte bei 20ºC gehalten und dem Test unterzogen. Der Tc-Wert dieser Tinte war etwa 25ºC.

Beispiel 8 (nicht gemäß der Erfindung)

(Präparation der flüssigen Pigmentdispersion)

Die nachfolgenden Komponenten wurden gemischt.
Methylmethacrylat/Acrylsäure/Hydroxyethylmethacrylat- Copolymeres (Glasübergangstemperatur: 86ºC, Säurewert:
145, Molekülgewicht: 7500) 1,5 Teile
Monoethanolamin 0,5 Teile
Diethylenglykol-Diethylether 47,5 Teile
Entionisiertes Wasser 30 Teile
Dieser Mischung wurden 15 Teile Carbonschwarz (S170, hergestellt von Degussa Co.) hinzugefügt, und eine Dispersion wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 6 präpariert. Der Feststoffgehalt der erhaltenen Dispersion war 15%.

(Herstellung der Tinte)

Die nachfolgenden Komponenten wurden gemischt.
Oben präparierte Dispersion 30 Teile
Polyoxyethylen (Molekülgewicht: 2000) 10 Teile
Diethylenglykol-Diethylether 60 Teile
Die erhaltene Tinte wurde bei 25ºC gehalten und dem Test unterzogen. Der Tc- Wert dieser Tinte war etwa 50ºC.

Vergleichsbeispiele 5-7

Die Tinten der Vergleichsbeispiele 5 bis 7 wurden auf dieselbe Weise wie bei den Beispielen 6 bis 8 präpariert, mit der Ausnahme, daß das Harz durch Diethylenglykol ersetzt war.
Die Tinten der Beispiele 6 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 5 bis 7 wurden hinsichtlich der drei unten angegebenen Punkte unter Einsatz eines Drucker getestet, der ein bandförmiges Heizelement zur Steuerung der Temperatur des Aufzeichnungspapiers auf 70ºC und einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit 24 Düsen bei 180 pi vom Bubble-Jet-Typ hatte.
(1) Druckdichte
(2) Frequenz des Auftretens von Verwischungen
(3) Trocknungszeit

Bewertungsverfahren

(Druckdichte)

Es wurden zusammenhängende Druckflecken von 1,3 cm · 2,0 cm durch gleichzeitige Ansteuerung aller Düsen auf elektrophotographischem Kopierpapier (NP Dry, Normalpapier für Canon-Kopiergeräte) hergestellt und 24 Stunden getrocknet. Die optischen Dichten der Flecken wurden gemessen.

(Frequenz bzw. Häufigkeit von Verwischungen)

Es wurden alphabetische und numerische Zeichen mit 12-Punkt-Größe in zehn Zeilen auf Normalpapier gedruckt, und die Schärfe der gedruckten Zeichen wurde gemäß den nachfolgenden Kriterien bewertet:
Ausgezeichnet: Scharf mit geringer Verwischung
Annehmbar: Leichte Verwischung beobachtet
Schwach: Nicht klar und merkliche Verwischung beobachtet

(Trockungszeit)

Eine Seite alphabetischer und numerischer Zeichen wurde auf kommerziell verfügbares elektrophotographisches Kopierpapier gedruckt. Der gedruckte Abschnitt wurde 3 Sekunden, 5 Sekunden, 10 Sekunden bzw. 15 Sekunden nach dem Druck mit Reinigungspapier gerieben. Die für das Nicht-Auftreten eines Verschmierens der Zeichen beim Reiben erforderliche Zeit wurde in Sekunden gemessen.
Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengestellt. Tabelle 9 zeigt, daß die Tinte gemäß der vorliegenden Erfindung, deren Wirkung, die auf der Phasenseparation der Spinodal-Zersetzung beruht, hinsichtlich der Druckdichte, Druckqualität und Trocknungseigenschaften überlegen ist.
+ nicht gemäß der Erfindung Tabelle 9
+ nicht gemäß der Erfindung

Beispiele 9 bis 11

Polymere vom Alkylmethacrylat-Typ, wie sie in Tabelle 10 erwähnt sind, wurden benutzt, um schwarze Tinten mit den in Tabelle 11 angegebenen Zusammensetzungen auf dieselbe Weise wie in den Beispielen 1 bis 5 herzustellen, und die Tinten wurden hinsichtlich der optischen Dichte, Fixierbarkeit und Verwischungen der gedruckten Zeichen bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 angegeben. Es ist festzustellen, daß gute Ergebnisse auch im Falle des Einsatzes dieser phasenändernden Polymere erhalten wurden. Tabelle 10
M. W.: Molekülgewicht
L. C. C. T.: Niedere kritische Lösungstemperatur Tabelle 11 Zusammensetzung der schwarzen Tinte in den Beispielen 9 bis 11
+ nicht gemäß der Erfindung Tabelle 12
OD: Optische Dichte
Die Tinte der vorliegenden Erfindung, die auf dem Prinzip der Phasenseparation der Spinodal-Zersetzung beruht, separiert sich schnell in Phasen, wenn ihre Temperatur beim Druck erhöht wird. Die Phasenseparation verhindert, daß die Phase mit hoher Färbemittelkonzentration in das Innere des Papiers eindringt, und erhöht die optische Dichte des Drucks. Weiterhin wird auch ein Eindringen in schmale Hohlräume des Papiers verhindert, wodurch ein Verwischen des Druckbildes unterdrückt wird. Weiterhin dringt die verdünnte Phase mit niedriger Färbemittelkonzentration ein oder verdunstet schnell, wodurch offensichtlich das Trocknen gefördert und die Fixierbarkeit der Tinte verbessert wird.

Claims

1. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren, durch das eine Aufzeichnung durch Austrag von Tintentröpfchen durch eine Öffnung eines Aufzeichnungskopfes auf ein Aufzeichnungsmedium in Entsprechung zu Aufzeichnungssignalen ausgeführt wird, wobei die Tinte ein Färbematerial und ein wäßriges flüssiges Medium zum Auflösen oder Dispergieren des Färbematerials enthält und das flüssige Medium eine niedrigere kritische Lösungstemperatur (Tc) hat, um eine Phasenseparation bei einer Temperatur im Bereich zwischen 40 und 100ºC zu bewirken,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das flüssige Medium ein Polymeres enthält, welches als Monomereinheit ein N-Alkyl-substituiertes Methacrylamid hat, wobei das Polymere für eine niedrigere kritische Lösungstemperatur sorgt, und

- das Aufzeichnungsmedium bei einer Temperatur oberhalb der niedrigeren kritischen Lösungstemperatur des flüssigen Mediums der Tinte bei der Aufzeichnung gehalten wird.

2. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Tinte in Form von Tintentröpfchen durch die Wirkung von auf die Tinte einwirkender thermischer Energie ausgetragen wird.

3. Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Aufzeichnungskopf bei einer Temperatur unterhalb der niedrigeren kritischen Lösungstemperatur des flüssigen Mediums der Tinte gehalten wird.

4. Tinte, die ein Färbematerial und ein wäßriges flüssiges Medium zum Auflösen oder Dispergieren des Färbematerials enthält, wobei das flüssige Medium eine niedrigere kritische Lösungstemperatur (Tc) hat, um eine Phasenseparation bei einer Temperatur im Bereich zwischen 40 und 100 ºC zu bewirken,

dadurch gekennzeichnet, daß

das flüssige Medium ein Polymeres enthält, das als Monomereinheit ein N- Alkyl-substituiertes Methacrylamid hat, wobei das Polymere eine niedrigere kritische Lösungstemperatur bewirkt.

5. Aufzeichnungseinheit mit einem Tintenbehälter zur Aufnahme einer Tinte und einem Kopf zum Austragen der Tinte als Tintentröpfchen, wobei die Tinte die in Anspruch 4 definierte ist.

6. Aufzeichnungseinheit nach Anspruch 5, wobei der Kopf Tinte durch die Wirkung von auf die Tinte einwirkender thermischer Energie austrägt.

7. Tintenpatrone mit einem Tintenbehälter zur Aufnahme von Tinte, wobei die Tinte die im Anspruch 4 definierte ist.

8. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einem Tintenbehälter zur Aufnahme einer Tinte und einer Aufzeichnungseinheit mit einem Kopf zum Austragen der Tinte als Tintentröpfchen, wobei die Tinte die in Anspruch 4 definierte ist.

9. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kopf die Tinte als Tintentröpfchen durch die Wirkung von auf die Tinte einwirkender thermischer Energie austrägt.

10. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung Mittel zur Erwärmung eines Aufzeichnungsmediums hat.

11. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung mit einer Aufzeichnungseinheit zum Austragen von Tröpfchen einer Tinte, einer Tintenpatrone mit einem Tintenbehälter zur Aufnahme der Tinte und einer Tintenzufuhreinrichtung zum Zuführen der Tinte von der Tintenpatrone zur Aufzeichnungseinheit, wobei die Tinte die in Anspruch 4 definierte ist.

12. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Aufzeichnungseinheit einen Kopf zum Austragen der Tinte als Flüssigkeitströpfchen unter der Wirkung von auf die Tinte einwirkender thermischer Energie hat.

13. Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erwärmung eines Aufzeichnungsmediums hat.