КРАСКА ДЛЯ СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИ Российский патент 2001 года по МПК C09D11/02 

Изобретение относится к водосодержащим красящим составам, используемым для струйной печати по бумаге, в том числе на персональных струйных принтерах.

Известно большое количество водных красок, предложенных для струйной печати.

Простейшим составом является раствор красителя в воде. Недостатком его является быстрое обсыхание и закупоривание фильер печатающей головки и относительно медленное высыхание краски на бумаге. Устройство в принтерах для герметизации головки в неработающем положении, применяемое во всех персональных принтерах, и специальные контейнеры для печатающих картриджей не ликвидируют затруднения в работе с такими составами.

Более сложным составом являются краски, содержащие помимо красителя нелетучий растворитель для него и воду. В качестве нелетучих растворителей используют спирты, например глицерин, этиленгликоль, триэтаноламин, другие высококипящие спирты (БСЭ, а.с. СССР N 1513007, пат. США N 5352283, а.с. СССР N 1825807). При введении достаточного количества нелетучих растворителей проблема высыхания состава в головке решается, но возникают три других проблемы: краска очень медленно высыхает на бумаге, сопла печатающей головки забиваются кристаллизующимся из растворителя красителем, что ухудшает качество печати (полоски на буквах), напечатанный текст характеризуется худшей водостойкостью, чем при использовании просто раствора того же красителя в воде.

Для устранения кристаллизации красителя в состав вводят поверхностно-активные вещества, например сульфанол (а.с. СССР N 1513007), гидроксиэтилированный полиэтиленимин (пат. США N 5352283), но в этом случае чувствительность выпечаток к влаге может повышаться.

Существенно улучшается скорость высыхания и несколько улучшается водостойкость печати при использовании в качестве компонента наряду с нелетучим растворителем для красителя (многоатомными спиртами) летучих водорастворимых спиртов, например этанола, изопропанола, этилцеллозольва, диацетонового спирта (а. с. СССР N 1513007, а.с. СССР N 1825807). Недостатком таких составов является определенная пожароопасность краски, что неудобно в индивидуальном применении, но, самое главное, краска приобретает запах, ощутимый при печати, и ускоряется высыхание состава в печатающей головке. Особенно сильно ухудшается стойкость к обсыханию при использовании низкокипящих летучих спиртов - этанола, пропанола, изопропанола. Применение высококипящих летучих спиртов и спиртоэфиров, таких как этилцеллозольв и диацетоновый спирт, другие высококипящие летучие спирты и спиртоэфиры, замедляет высыхание состава, но недостаточно, и печатающая головка в нерабочем состоянии требует незамедлительной герметизации, предотвращающей испарение.

Известные составы, содержащие жидкофазный краситель, в том числе в композициях с добавлением летучих спиртов, имеют свои недостатки и, кроме того, эти композиции непривлекательны для отечественной промышленности, поскольку производство необходимых жидкофазных красителей в нашей стране не организовано.

Таким образом, известный уровень техники получения составов для струйной печати с использованием водорастворимых твердофазных (кристаллических) красителей сводится к использованию, помимо красителя и воды, органической добавки, представляющей собой нелетучий растворитель для красителя с модификаторами.

Типичным примером такой композиции является краска, принятая за прототип (4), включающая в качестве органической добавки смесь аминоспирта (нелетучий растворитель для красителя) и диацетонового спирта (летучий модификатор) при соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимый краситель - 1-4
Аминоспирт - 3-10
Диацетоновый спирт - 10-25
Вода - Oстальное
Композиции, принятой за прототип, пусть в меньшей мере, но присущи все недостатки известных составов с нелетучим растворителем красителя, кроме того, использование диацетонового спирта, обладающего раздражающими дыхательные пути свойствами, затрудняет использование композиции в персональных принтерах.

Целью изобретения ставится состав краски для струйной печати, не закупоривающей фильеры печатной головки при обсыхании на воздухе, с улучшенной скоростью высыхания и водостойкостью печати и не загрязняющей воздух при печати.

Поставленная цель достигается составом краски, включающей водорастворимый краситель, воду и органическую добавку, отличающейся тем, что в качестве органической добавки используют флотореагент-оксаль или его более плотные фракции, а в качестве красителя - водорастворимый краситель, не растворяющийся в флотореагенте-оксале или его более плотных фракциях, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимый краситель, нерастворимый во флотореагенте-оксале или его более плотных фракциях - 0,5 - 6
Флотореагент-оксаль или его более плотные фракции - 0,05 - 6
Вода - Остальное
Изобретение отличается от известного уровня техники тем, что в качестве органической добавки используется не растворитель для красителя, а его нелетучий осадитель - флотореагент-оксаль. При этом достигается необычный и парадоксальный для введения нелетучей добавки эффект ускорения сушки, этот эффект имеет место и при одновременном использовании нелетучих растворителей, таких как глицерин, триэтаноламин, то есть краска, содержащая большее количество нелетучих высыхает быстрее.

Флотореагент-оксаль представляет собой побочный высококипящий продукт производства 4,4-диметил-1,3-диоксана, используемого в производстве изопрена. Флотореагент-оксаль является крупнотоннажным продуктом, давно производится промышленностью и широко применяется, в первую очередь как флотореагент, добавка к буровым растворам при нефтедобыче, затем как пластификатор в производстве резин, пластиков и лакокрасочных материалов (ТУ 2452-029-05766801-94), как смывка наклеечных смол (а.с. СССР N 1813776, опубл. 1993), как сырье для производства защитных составов (пат. РФ N 2065465, опубл. 1996).

Флотореагент-оксаль по составу представлен в основном нелетучими при 20^oC производными диоксана и пирана, в том числе оксиалкилдиоксацикланами и бис- и спиро-диоксацикланами. Состав флотореагента сложен. Помимо нелетучих, имеющих плотность более 1,0 г/см³, флотореагент может содержать небольшое количество летучих, таких как диметилдиоксан. Действующее начало сложной смеси флотореагента-оксаля для целей настоящей заявки не выявлено, за исключением того, что эффективны плотные и нелетучие фракции.

Более плотные фракции оксаля могут быть получены любым известным способом, например перегонкой под вакуумом, отгонкой с паром, продувкой воздухом при нагревании, фазовым разделением при добавлении воды и т.д.

В примерах заявки использованы:
флотореагент-оксаль ТУ 2452-029-05766801-94 марки Т-66 (технические требования ТУ - в приложении к описанию),
фракция флотореагента, полученная в кубе после отгонки с паром, плотностью 1,08 г/см³, первоначальной летучестью при 20±2^oC 0,095 мг/см² в час,
фракция флотореагента, полученная отгонкой летучих от более тяжелой фазы, выделенной при добавлении воды, с плотностью 1,13 г/см³, первоначальной летучестью при 20±2^oC 0,069 мг/см² в час. Летучесть определяли, выдерживая образец слоем 3 мм в чашках с открытым зеркалом испарения 72 часа. Под первоначальной летучестью принята средняя величина летучести в первые трое суток. При продолжении испытания образцы показали уменьшение летучести, так образец плотностью 1,08 г/см³ при испытании следующие 72 часа показал летучесть 0,061 мг/см² в час, а образец с плотностью 1,13 г/см³ 0,034 мг/см² в час, для сравнения - летучесть дистиллированной воды при параллельных испытаниях 45,6 мг/см² в час.

Краситель, используемый по изобретению, выбирают из группы водорастворимых красителей, не растворяющихся в флотореагенте-оксале. Может быть использована смесь красителей. В примерах заявки использованы нигрозин по ГОСТ 4014, кислотный сине-черный ОСТ 6-14-21, прямой черный ЗШ ТУ 6-14-948, нерастворимые в оксале красители по ГОСТ 10850. Нерастворимость красителя определяют в капельной пробе под микроскопом (х120): на предметное стекло наносят каплю жидкости, вносят в каплю с кончика скальпеля пробу красителя, накрывают покровным стеклом, выдерживают и исследуют под микроскопом. Краситель считается нерастворимым, если под микроскопом видны нерасплывающиеся кристаллы красителя, при этом пренебрегают изменением цвета жидкости, наступающем за счет растворения примесей. На предметное стекло наносят по капле: флотореагента-оксаля с плотностью 1,03 г/см³ и 1,05 г/см³, фракций флотореагента-оксаля с плотностью 1,08 г/см³ и 1,13 г/см³ соответственно, глицерина, этиленгликоля и триэтаноламина, в каждую каплю с кончика скальпеля помещают пробу нигрозина, накрывают покровным стеклом и исследуют под микроскопом. В глицерине, этиленгликоле и триэтаноламине нигрозин растворяется - кристаллы красителя теряют четкие очертания, расплываются, через сутки под микроскопом невозможно различить кристаллы красителя, он полностью растворился, капля интенсивно окрашена. В флотореагенте-оксале и его фракциях краситель не растворяется, кристаллы не расплываются, их грани четко очерчены, через сутки капля флотореагента-оксаля с плотностью 1,03 г/см³ очень слабо окрашена в серовато-розоватый цвет, капли более тяжелых фракций совершенно бесцветны.

Флотореагент и его фракции являются осадителем для красителей, используемых в изобретении. На предметное стекло помещают капли флотореагента марки Т-66 с плотностью 1,03 г/см³ и 1,05 г/см³, фракций с плотностью 1,08 г/см³ и 1,13 г/см³ и в каждую каплю добавляют по капле 4% раствора нигрозина в воде. Через час рассматривают образцы под микроскопом - во всех пробах краситель выпал в виде агрегатов микрокристаллов, жидкая фаза неокрашена или окрашена слабо.

Компоненты по изобретению смешивают в любой последовательности.

Пример. Растворяют в 92,0 г дистиллированной воды (ГОСТ 6709) 4,0 г нигрозина марки А (ГОСТ 4014), вносят 4,0 г флотореагента-оксаля ТУ 2452-029-05766801-94 марки Т-66 с плотностью 1,05 г/см³, перемешивают, фильтруют через фильтр - красная лента.

Полученную краску черного цвета состава: краситель 4,0 мас.%, флотореагент-оксаль 4,0 мас. %, вода - остальное, заливают в чистый картридж HP 51626А, герметизируют, продувают картридж и печатают на принтере Hewlett Packard 540 на офисной бумаге плотностью 80-85 г/м² нормальным шрифтом Times ET. В сравнении с составом, принятым за прототип и изготовленным с использованием такой же концентрации нигрозина, и контрольной композиции, представляющей 4%-ный раствор нигрозина в дистиллированной воде, получают краску, высыхающую при 20±2^oC за 5 сек (прототип 15 сек, контроль 20 сек). Вынимают картридж, устанавливают его на стол, выдерживают на воздухе 15 дней при комнатной температуре и относительной влажности воздуха 45-65%, вставляют в принтер и печатают, картридж не пропечатывает первые несколько строк (дефекты знаков в первых 1-5 строках), после чего печатает без дефектов (прототип, испытываемый параллельно, не печатает 4 листа полностью, снят с испытаний для отмочки в воде, контроль не печатает 4 листа полностью, снят с испытаний для отмочки в воде). Лист с текстом выдерживают 15 суток при комнатной температуре и помещают в водопроводную воду с температурой 20±2^oC - текст через 5 минут расплывается незначительно, буквы не бледнеют, вода окрашивается слабо (прототип-краситель смывается, буквы бледнеют, вода окрашивается сильно, контроль - вода окрашивается слабо). После облучения УФ-лампой Medicor Q-139 в течение 2 часов напечатанных на бумаге текстов изменения цвета печати нет для контроля, изобретения и прототипа.

Предельные значения компонентов заявляемой композиции выбраны из следующих соображений: содержание красителя - обычное для красок струйной печати; содержание добавки - флотореагента-оксаля или его более тяжелых фракций - в нижнем значении определено как граничное, дающее для любого вида добавки (как оксаля, так и его фракций) основной декларируемый эффект - повышение устойчивости печатающей головки к обсыханию без появления непропечаток в сравнении с контролем - раствором красителя в воде. Для испытаний применена следующая методика: краску, изготовленную по технологии, описанной в вышеприведенном примере, заливают в картридж, герметизируют и продувают картридж, помещают картридж в принтер, печатают 10 листов контрольного текста для промывки головки, далее используют картридж для испытаний. Персональные струйные принтеры всех марок не допускают, чтобы печатающая головка при включенном но не печатающем принтере, находилась без герметизации более нескольких минут. Для принтера Hewlett Packard 540 такое время составляет 3 минуты, после чего картридж, выведенный из герметизирующего устройства для любых целей, автоматически возвращается на место и герметизируется. Для испытаний картридж выводят в среднее положение (положение для замены картриджа), обесточивают принтер и выдерживают определенное время для обсыхания, после чего включают принтер и печатают. В качестве минимального времени испытания принято 6 и 10 минут. В таблице 1 приведены рецептуры краски по заявке, в таблице 2 - результаты испытаний в сравнении с контролем и прототипом. Из табл. 1 и 2 видно, что введение флотореагента или его фракций по нижнему пределу заявляемых значений обеспечивает регистрируемый эффект. Верхний предел добавки ограничен тем, что при концентрациях выше 6% флотореагента-оксаля краска иногда приобретает недостаток, выражающийся в том, что при использовании в картриджах HP 51626А проявляется дефект непропечатки конца первой строки - в начале строки картридж печатает нормально, а вторую половину строки - с непропечатками, последующая печать нормальна.

Помимо указанных компонентов краска может включать (сверх 100%) известные компоненты, используемые по известному назначению, например загустители, такие как стиромаль, акриловые загустители; растворители и одновременно утяжелители, такие как глицерин, этиленгликоль, триэтаноламин; утяжелители и одновременно смачиватели или антисептики, такие как пропилкарбонат, фенилцеллозольв, сульфанол; регуляторы pH, такие как аммиак, бура, едкий натр, лимонная кислота; сахароза и трилон Б для предупреждения забивки фильер солями кальция; другие известные компоненты; краситель может быть использован в известных модификациях. Введение известных компонентов по известному назначению может быть целесообразно, в частности, для подведения параметров краски применительно к конкретному оборудованию для печати, качеству бумаги, для подгонки цвета, при использовании недистиллированной воды и т.д. При этом известные компоненты вводятся сверх 100%, т.е. за их вычетом соотношения компонентов должны соответствовать заявке.

При введении таких необязательных компонентов, как многоатомные спирты, эффект ускорения сушки краски флотореагентом-оксалем очень существенен. В таблицы 3 приведены рецептуры и свойства красок, полученных путем добавления необязательных компонентов к краскам по примерам таблицы 1, и контрольные примеры.

Все экземпляры документов настоящей заявки напечатаны на отечественной бумаге Котласского ЦБК артикул 1-С-53-53202 краской по заявке.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет, используя дешевое, недефицитное и безопасное в санитарном отношении сырье (все используемые материалы разрешены и применяются в России для изготовления товаров народного потребления) получить краску для струйной печати с хорошими эксплуатационными характеристиками, что актуально в связи с зависимостью отечественного рынка красок для струйной печати от импорта.

Изобретение относится к краске для струйной печати, в том числе на персональных принтерах. Краска включает флотореагент-оксаль или его более плотные фракции 0,05-6 мас.%, водорастворимый краситель, не растворяющийся в флотореагенте-оксале или его более плотных фракциях, 0,5-6 мас.% и воду - остальное, до 100 мас.%. Технический результат: краска позволяет использовать легкодоступное и безопасное в санитарном отношении сырье для получения краски для струйной печати с хорошими эксплуатационными характеристиками. 3 табл.

Краска для струйной печати, включающая водорастворимый краситель, воду и органическую добавку, отличающаяся тем, что в качестве органической добавки содержит флотореагент-оксаль или его более плотные фракции, а в качестве красителя - водорастворимый краситель, не растворяющийся во флотореагенте-оксале или его более плотных фракциях, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимый краситель, не растворяющийся во флотореагенте-оксале или его более плотных фракциях - 0,5 - 6
Флотореагент-оксаль или его более плотные фракции - 0,05 - 6
Вода - Остальное.