DE19849948A1 - Reinigung von Makromolekülchromophoren (MMCs) für Tintenstrahltinten unter Verwendung von Membranverfahren - Google Patents
Reinigung von Makromolekülchromophoren (MMCs) für Tintenstrahltinten unter Verwendung von MembranverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Tintenzusammensetzungen für Tintenstrahl
drucker und genauer solche Tintenzusammensetzungen, die einen oder mehrere Makromole
külchromophoren (MMCs) enthalten, bei denen die MMCs gereinigt sind.
Es ist gut bekannt, daß die Reinheit von wasserlöslichen Farbstoffen ausschlaggebend ist für
die Zuverlässigkeit von Tintenstrahltinten. Kommerziell erhältliche Farbstoffe enthalten oft
wesentliche Mengen an organischen und anorganischen Verunreinigungen, die für digitale
Druckanwendungen, wie thermische Tintenstrahldrucker, nicht erwünscht sind. Restverunrei
nigungen vermindern durch Kogation auf der Oberfläche des Widerstandselementes ebenso
wie durch Krustenbildung an den Düsen die Betriebssicherheit. Einige der in wasserlöslichen
Farbstoffen gefundenen Verunreinigungen sind Natriumchlorid und Natriumsulfat.
Makromolekülchromophoren (MMCs) werden durch chemische Behandlung von Pigmenten
gewonnen, wobei wassersolubilisierende Gruppen kovalent an das Pigmentpartikel gebunden
werden. Farbmittel dieses Typs sind wasserlöslich und selbstdispergierbar, ohne die Verwen
dung von Dispersionsmitteln erforderlich zu machen.
Zwei kommerzielle Anbieter dieser MMCs sind Orient Chemicals und Cabot Corporation.
Man stellt fest, daß während der chemischen Behandlung nicht umgesetzte Ausgangsmateria
lien und Nebenprodukte auf den MMCs verbleiben. Durch chemische Analyse ist bestimmt
worden, daß die Menge an Verunreinigungen jene von Farbstoffen vom Tintenstrahlgrad
überschreitet. Krustenbildung tritt besonders bei kommerziell erhältlichen MMCs auf.
Wenigstens zwei Verfahren sind derzeit zum Modifizieren von Farbstoffen vom Tintenstrahl
grad bekannt. Diese schließen ein (1) Umkehrosmose, wie, z. B., offenbart in US-Patent
4,685,968, für Donald J. Palmer am 11. August 1987 erteilt, und übertragen auf denselben
Rechtsnachfolger wie die vorliegende Anmeldung, und (2) Ionenaustausch, wie, z. B., offen
bart in US-Patent 4,786,327, erteilt am 22. November 1988 für Donald E. Wenzel et al, und
auf denselben Rechtsnachfolger übertragen wie die vorliegende Anmeldung. In beiden Fällen
ist das vorrangige Ziel der entsprechenden Verfahren, eine Änderung des mit dem Farbstoff
verbundenen Gegenions. Beide Patente schlagen jedoch die Verwendung von Umkehrosmose
vor, um den Farbstoff zu reinigen.
Während die vorerwähnten Literaturstellen sicherlich zum Reinigen von Farbstoffen nützlich
sind, die in Tintenstrahltinten verwendet werden, haben die neuesten Fortschritte zur Verwen
dung von Pigmenten, insbesondere Pigmenten, die in irgendeiner Weise modifiziert worden
sind, geführt, um MMCs herzustellen. Es besteht somit ein Bedarf, ein Verfahren zum Reini
gen von MMCs auf einen Reinheitsgrad, der für Tintenstrahlanwendungen akzeptabel ist, und
ein Verfahren zur Herstellung einer Tintenstrahltinte mit weiter verbesserter Betriebssicher
heit vorzusehen.
Diese der vorliegenden Anmeldung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch die Verfahren nach den Hauptansprüchen. Weitere Ausführungsformen ergeben sich
aus den Nebenansprüchen.
Die Offenbarung der beigefügten Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme in die vorlie
gende Beschreibung aufgenommen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen von MMCs vorgesehen.
Das Verfahren umfaßt die Verwendung von Ultrafiltration, um MMCs in einem Umfang zu
reinigen, der für Tintenstrahlanwendungen akzeptabel ist. Durch die Reinigung werden Rest
kationen und -Anionen, die nicht mit ionisierenden funktionellen Gruppen verbunden sind,
entfernt, wie überschüssige Salze. Weiterhin wird auch unreagiertes Ausgangsmaterial und
Reaktionsnebenprodukte, die von der chemischen Behandlung des Pigments herrühren, ent
fernt. Das Entfernen der vorerwähnten Materialien führt zu einem MMC, der als Farbstoff
vom Tintenstrahlgrad betrachtet wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte, daß
- a) eine wäßrige Lösung des Makromolekülchromophoren gebildet wird;
- b) eine Menge einer Flüssigkeit, die ein erwünschtes Gegenion enthält, zu der wäßrigen Lösung hinzugefügt wird;
- c) die wäßrige Lösung einer Ultrafiltration unterworfen wird; und
- d) die Schritte (b) und (c) wiederholt werden.
Tinten, die aus MMCs hergestellt sind, die wie oben beschrieben gereinigt werden, zeigen
wesentliche Verbesserungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, was verringerte Krustenbildung,
verringerte Kogation und verbesserte Tintenlangzeitstabilität einschließt.
Makromolekülchromophoren (MMCs) werden durch die chemische Behandlung von Pig
menten gewonnen, wobei wasserlösliche Gruppen kovalent auf dem Pigmentpartikel gebun
den werden. Farbmittel von diesem Typ sind wasserlöslich und erfordern nicht die Verwen
dung von Pigmentdispersionsmitteln; derartige Dispersionsmittel sind derzeit erforderlich
zum Dispergieren von Pigmenten in wäßrigen Tintenstrahltinten. MMCs sind derzeit erhält
lich in anionischen und kationischen Formen. Im anionischen Fall werden Sulfonat- und Car
boxylat-funktionelle Gruppen auf die Oberfläche der Pigmentpartikel eingeführt, wohingegen
im kationischen Fall funktionelle Ammoniumgruppen auf die Oberfläche eingeführt werden.
Während andere wassersolubilisierende funktionelle Gruppen verwendet werden können,
werden diese gegenwärtig bei kommerziell hergestellten MMCs verwendet.
Ob in anionischer oder kationischer Form, die funktionellen Gruppen sind mit unerwünschten
Ionen und hoher Ionenstärke verbunden. Im Falle von Sulfonat- oder Carboxylat-
funktionellen Gruppen ist das mit der funktionellen Gruppe verbundene Kation gewöhnli
cherweise überschüssiges Natriumkation. Im Falle von funktionellen Ammoniumgruppen ist
das mit der funktionellen Gruppe verbundene Anion gewöhnlicherweise überschüssiges Chlo
ridanion. Derartige Überschußionen werden deshalb als überschüssig betrachtet, da ihre Kon
zentration die Stöchiometrie und Ladungsneutralität der MMCs überschreitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden unerwünschte Kationen, wie überschüssiges Na
trium, und unerwünschte Anionen, wie überschüssiges Chlorid oder Sulfat, durch Ultrafiltra
tion entfernt. Das Ultrafiltrationsverfahren, auch als Mikrofiltration oder Membranfiltration
bekannt, wird ausgeführt unter Verwendung herkömmlicher Membranen, wie Polysulfon oder
Dünnschichtverbundmembran, wie erhältlich von der Osmonics Company. Die spezielle ver
wendete Membran basiert auf der Größe der zu entfernenden Verunreinigungen. Speziell ist
die Membran entweder hinsichtlich des Molekulargewichts(Gewichtsdurchschnitts)-
Ausschlusses, der im Bereich von 2,000 bis 12,000 liegt, kalibriert, z. B. auf Polyethylengly
kol (PEG), oder der Porosität, die im Bereich von 0,02 bis 1 µm liegt, charakterisiert.
Als ein weiteres Merkmal des Verfahrens der Erfindung werden erwünschte Ionen zu einer
Lösung der MMCs hinzugegeben und man erlaubt, daß ein Ionenaustausch erfolgt. Uner
wünschte Ionen werden dann durch Ultrafiltration entfernt. Die Ionenstärke wird verwendet
als ein Anzeichen für das Erreichen des Gleichgewichts, das dadurch bestimmt wird, daß kei
ne weitere Änderung der Ionenstärke erfolgt. Die Ionenstärke kann gemessen werden durch
den pH oder durch die elektrische Leitfähigkeit des Permeats. Alternativ kann die Ionenstärke
des Konzentrats gemessen werden.
Zusätzliche Ionen werden dann hinzugesetzt und das Ultrafiltrationsverfahren wiederholt. Der
Kreislauf wird so oft wiederholt, wie notwendig, bis keine weitere Verbesserung gesehen
wird. Unter "Verbesserung" wird verstanden, daß keine Änderung der Ionenstärke des Per
meats (oder des Konzentrats) über die Zeit erfolgt.
Die Menge an MMC in Lösung (wäßrig), d. h., im Konzentrat, ist innerhalb des Bereichs von
0,2 bis 25 Gew.-%. Bevorzugterweise ist die Konzentration von MMC im Bereich von 5 bis
15 Gew.-%.
Es wird ins Auge gefaßt, daß über die stöchiometrische Menge von MMC hinaus überschüs
sige Ionen durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung entfernt werden, zusammen mit
Ionen der entgegengesetzten Ladung, um elektrische Neutralität beizubehalten. Zusätzlich zu
dem Ionenentfernungsverfahren können mit dem MMC verbundene Ionen ersetzt werden,
sofern erwünscht.
Wenn die Oberflächermodifizierung der Makromolekülpigmente anionische funktionelle
Gruppen auf der Oberfläche des Partikels vorsieht (anionische MMCs), müssen die Gegenio
nen Kationen sein. Allgemein können Kalium, Natrium und irgendein Ion auf Ammoniumba
sis (einschließlich quartäre Ammoniumionen) bei der Ausführung dieser Erfindung als das
Gegenion für anionische MMC verwendet werden. Einige Klassen dieser bei der Ausführun
gen dieser Erfindung verwendeten Ionen schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, N,
N',N''-substituierte und unsubstituierte Ammoniumionen, N,N',N'',N'"-substituierte und
unsubstituierte Amide von 1,ω-Aminosäuren, N,N'-substituierte und unsubstituierte Lactame
von 1,ω-Aminosäuren, N,N',N''-substituierte und unsubstituierte Ester von 1,ω-
Aminosäuren und N,N'-substituierte und unsubstituierte Lactone von 1,ω-Aminosäuren. Be
vorzugte Gegenionen schließen ein Ammonium, Diethylammonium, Trimethylammonium,
Tetramethylammonium und Dipropylammonium.
Die Bezeichnungen N,N',N''-substituierte und unsubstituierte Ammioniumionen sollen ein
jegliches substituiertes oder unsubstituiertes Animoniumionen mit bis zu drei verschiedenen
Alkyl- (gesättigt oder ungesättigt) und/oder Arylsubstitutionen umfassen. Die bevorzugte An
zahl von Kohlenstoffatomen für eine jede Alkyl- oder Arylgruppe beträgt zwischen 1 und 30
Kohlenstoffatomen.
Die Bezeichnungen N,N',N'',N'''-substituierte und unsubstituierte Amide von 1,ω-
Aminosäuren sollen jegliche substituierte oder unsubstituierte Amide von 1,ω-Aminosäuren
mit einer Kohlenstoffhauptkette mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und mit bis zu vier verschie
denen gesättigten oder ungesättigten Alkyl- und/oder Aryl-Substitutionen umfassen. Die An
zahl von Kohlenstoffatomen, summiert über alle vier R-Gruppen, beträgt zwischen 1 und 40
Kohlenstoffatomen.
Die Bezeichnungen N,N'-substituierte und unsubstituierte Lactame von 1,ω-Aminosäuren
sollen ein jegliches substituiertes oder unsubstituiertes Lactam von einer 1,ω-Aminosäure mit
einer Kohlenstoffhauptkette von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, mit einem Lactamring von 1 bis
20 Kohlenstoffatomen und mit bis zu zwei verschiedenen gesättigten oder ungesättigten Al
kyl- und/oder Aryl-Substitutionen umfassen. Die bevorzugte Anzahl von Kohlenstoffatomen
für eine jede Substitution beträgt zwischen 1 und 20 Kohlenstoffatomen.
Die Bezeichnungen N,N',N''-substituierte und unsubstituierte Ester von 1,ω-Aminosäuren
sollen alle substituierten Ester von einer 1,ω-Aminosäure mit einer Kohlenstoffhauptkette von
1 bis 20 Kohlenstoffatomen und mit bis zu drei verschiedenen gesättigten oder ungesättigten
Alkyl- und/oder Arylsubstitutionen umfassen. Die Anzahl von Kohlenstoffatomen, aufsum
miert über alle Substitutionen, beträgt zwischen 1 und 30 Kohlenstoffatomen. Um verbesserte
Wasserechtheit vorzusehen, sollte eine der N-Substitutionsstellen in dieser Molekülklasse H
enthalten.
Die Bezeichnungen N,N'-substituierte und unsubstituierte Lactone von 1,ω-Aminosäuren
sollen alle substituierten Lactone einer 1,ω-Aminosäure mit einer Kohlenstoffhauptkette von
1 bis 20 Kohlenstoffatomen, mit einem Lactonring von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und mit
bis zu zwei verschiedenen gesättigten oder ungesättigten Alkyl- oder Arylsubstitutionen um
fassen. Die Anzahl der Kohlenstoffatome, aufsummiert über alle Substitutionen, beträgt zwi
schen 1 und 20 Kohlenstoffatomen.
Wenn die Oberflächenmodifizierung der Makromolekülpigmente kationische funktionelle
Gruppen auf der Oberfläche des Partikels vorsieht (kationische MMCs), müssen die Gegenio
nen Anionen sein. Anionische Gegenionen, die bei der Ausführung dieser Erfindung verwen
det werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, Halogenid-, Nitrat-, Phosphat-,
Aryl- oder Arensulfonat-, Carboxylat-, Carbonat-, Bicarbonat-, Borat-, Tetraborat-, Tetraflu
orborat-, Methansulfonat-, Toluolsulfonat-, Phosphit-, Phosphonat-, Hexafluorphosphonat-,
Phosphen-, Phenolat-, Perchlorat-, Wolframat-, Molybdat-, Hydroxid-, Sulfat- und Silikatio
nen.
Alle Konzentrationen hierin werden ausgedrückt als Gewichtsprozente, sofern nicht anders
angegeben. Die Reinheit aller Komponenten entspricht jener, die in der normalen kommer
ziellen Praxis für Tintenstrahltinte verwendet wird.
Ohne das Verfahren der Erfindung stößt man auf viele Zuverlässigkeitsprobleme und Be
triebssicherheitsprobleme, einschließlich Abkappen (englisch: "decap"), Kogation und Kru
stenbildung, die durch die Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beseitigt
oder wesentlich verringert werden.
Wenn der MMC einmal gereinigt ist, kann er mit anderen üblichen Bestandteilen, die bei der
Formulierung von Tintenstrahltinten verwendet werden, kombiniert werden. Die Tinte umfaßt
das gereinigte MMC plus ein Vehikel. Eine typische Formulierung für eine für die Ausfüh
rung der Erfindung nützliche Tinte schließt den MMC (etwa 0,5 bis 20 Gew.-%), ein oder
mehrere Co-Lösungsmittel (0 bis etwa 50 Gew.-%), ein oder mehrere wasserlösliche oberflä
chenaktive Mittel/Amphiphile (0 bis etwa 40 Gew.-%), ein oder mehrere hochmolekulare
Kolloide (0 bis etwa 3 Gew.-%) und Wasser (Rest) ein.
Ein oder mehrere Co-Lösungsmittel können zu dem Vehikel bei der Formulierung der Tinte
zugesetzt werden. Klassen von Co-Lösungsmitteln, die beider Ausführung dieser Erfindung
verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, aliphatische Alkohole,
aromatische Alkohole, Diole, Glycolether, Poly(glycol)ether, Caprolactame, Formamide,
Acetamide und langkettige Alkohole. Beispiele von bei der Ausführung dieser Erfindung
verwendeten Verbindungen schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, primäre aliphati
sche Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, primäre aromatische Alkohole mit 30
Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aliphatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder
weniger, sekundäre aromatische Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,2-Alkohole
mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,3-Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,ω-
Alkohole mit 30 Kohlenstoffen oder weniger, Ethylenglycolalkylether, Propylenglycolalky
lether, Poly(ethylenglycol)alkylether, höhere Homologe von Poly(ethylenglycol)alkylethern,
Poly(propylenglycol)alkylether, höhere Homologe von Poly(propylenglycol)alkylethern, N-
Alkylcaprolactame, unsubstituierte Caprolactame, substituierte Formamide, unsubstituierte
Formamide, substituierte Acetamide und unsubstituierte Acetamide. Spezifische Beispiele für
Co-Lösungsmittel, die bevozugterweise bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet wer
den, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, 1,5-Pentandiol, 2-Pyrrolidon, 2-Ethyl-2-
hydroxymethyl-1,3-propandiol, Diethylenglycol, 3-Methoxybutanol und 1,3-Dimethyl-2-
imidazolidinon. Die Co-Lösungsmittelkonzentration kann von 0 bis etwa 50 Gew.-% reichen,
wobei etwa 0,1 bis 15 Gew.-% bevorzugt ist.
Wasserlösliche oberflächenaktive Mittel können bei der Formulierung des Vehikels der Tinte
verwendet werden. Aus Gründen der Bequemlichkeit werden Beispiele von oberflächenakti
ven Mitteln in zwei Kategorien aufgeteilt: (1) nicht-ionisch und amphoterisch und (2) ionisch.
Die erstere Klasse schließt ein: TERGITOLe, die Alkylpolyethylenoxide sind, die von Union
Carbide erhältlich sind; TRITONe, die oberflächenaktive Mittel vom Typ Alkylphenylpolye
thylenoxid sind, die erhältlich sind von Rohm & Haas Co.; BRIJe; PLUROMCs (Polyethy
lenoxidblockcopolymere); und SURFYNOLe (acetylenische Polyethylenoxide, die von Air
Products erhältlich sind); POE (Polyethylenoxid)-ester; POE-Diester; POE-Amine; proto
nierte POE-Amine; POE-Amide; und Dimethiconcopolyole. Ionische oberflächenaktive Mit
tel, wie substituierte Aminoxide, sind nützlich bei der Ausführung dieser Erfindung. US Pa
tent 5,106,416, "Bleed Alleviation Using Zwitterionic Surfactants and Cationic Dyes" offen
bart genauer die meisten der oben aufgelisteten oberflächenaktiven Mittel. Die nicht-
ionischen Amphiphilen/oberflächenaktiven Mittel sind bevorzugter als die ionischen oberflä
chenaktiven Mittel. Spezifische Beispiele von Amphiphilen/oberflächenaktiven Mitteln, die
bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf
beschränkt, Isohexadecylethylenoxid 20, SURFYNOL CT-111, TERGITOL 15-S-7 und
Aminoxide, wie N,N-Dimethyl-N-docecylaminoxid, N,N-Dimethyl-N-tetradecylaminoxid,
N,N-Dimethyl-N-hexadecylaminoxid, N,N-Dimethyl-N-octadecylaminoxid und N,N-
Dimethyl-N-(Z-9-octadecenyl)-N-Aminoxid. Die Konzentration der Amphiphilen/oberfläch
enaktiven Mittel kann von 0 bis etwa 40 Gew.-% reichen, wobei 2,5 Gew.-% bevorzugt sind.
Um die optische Dichte zu verbessern, können optional zwischen 0 und etwa 3 Gew.-% von
wenigstens einem hochmolekularen Kolloid, das aus natürlichen oder synthetischen Quellen
stammt, zu der Tintenformulierung hinzugesetzt werden. Hinzufügen eines hochmolekularen
Kolloids verbessert die Druckqualität. Beispiele von Kolloiden mit hohem Molekülgewicht,
die bei der Ausführung dieser Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht
darauf beschränkt, Alginate, Mannuronsäure, Carrageenan, Guaran, Xanthangummi, Dextran,
Chitin, Chitosan, Carboxymethylcellulose, Nitromethylcellulose und alle Derivate davon.
Diese Colloide sind in US-Patent 5,133,803 "High Molecular Weight Colloids which Control
Bleed." offenbart. Die bevorzugten hochmolekularen Kolloide, die bei der Ausführung dieser
Erfindung verwendet werden, schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt, Natriumalginat
mit niedriger Viskosität. Die bevorzugte Konzentration der hochmolekularen Kolloid-
Komponente in den Tinten der Erfindung beträgt etwa 0,25 Gew.-%.
In Übereinstimmung mit den Erfordernissen dieser Erfindung können verschiedene Typen
von Zusätzen in der Tinte verwendet werden, um die Eigenschaften der Tintenzusammenset
zung für spezifische Anwendungen zu optimieren. Z. B. ist den Fachleuten gut bekannt, daß
Biozide in der Tintenzusammensetzung verwendet werden können, um Wachstum von Mi
kroorganismen zu inhibieren, Maskierungsmittel, wie EDTA können eingeschlossen werden,
um nachteilige Wirkungen von Schwermetallverunreinigungen zu beseitigen und Pufferlö
sungen können verwendet werden, um den pH der Tinte zu kontrollieren. Andere bekannte
Zusätze wie Viskositätsmodifizierungsmittel und andere Acryl- oder Nicht-Acrylpolymere
können hinzugesetzt werden, um verschiedene Eigenschaften der Tintenzusammensetzungen
zu verbessern, wie erwünscht.
Die Tinten werden formuliert durch Kombinieren der verschiedenen Komponenten des Vehi
kels und indem diese mit dem Makromolekülchromophoren nach Austauschen der Gegenio
nen gemischt werden, wie hierin beschrieben.
Die Tinten, die Farbmittel mit Gegenionsubstitution enthalten, wie hierin beschrieben, weisen
eine hohe Kantengenauigkeit, hohe optische Dichte, schnelle Trocknungszeiten, hohe Wasse
rechtheit und hohe Wischfestigkeit auf.
In Tabelle I unten sind Beispiele aufgeführt, um die Membranen zu zeigen, die für die Reini
gung und Austauschprozesse verwendet werden. Tabelle II listet Analyseergebnisse (in parts
per million - ppm) vor und nach der Membranreinigung auf.
Eine Membranvorrichtung wurde mit 2 Litern 10 Gew.-% Cabojet 300-Lösung (vollständig
caboxylierter MMC mit Natrium als Gegenion) beschickt. Eine Ultrafiltrationsmembran, die
aus einem Eigendünnschichtverbundwerkstoff mit einer molekularen Ausschlußgröße von
2,000 auf Polyethylenglycol besteht, wurde verwendet. Zehn Gramm 0,5 M Kaliumhydroxid-
Lösung wurden zu dem Konzentrat hinzugegeben, um das Natriumgegenion auszutauschen.
Nachdem der pH der Lösung auf etwa 8 bis 9 innerhalb von 8 Stunden abgesunken war, wur
de dieser Schritt dreimal wiederholt. Das Permeat und das Konzentrat wurden auf Verunreini
gungen hin analysiert und sie wurden in Tabelle II unten aufgelistet. Das gereinigte Material
wurde auf der Membranvorrichtung konzentriert und als die Kaliumform von Cabojet 300
gesammelt.
Eine Membranvorrichtung wurde mit 2 Litern 10 Gew.-% Cabojet 300-Lösung beschickt.
Eine Ultrafiltrationsmembran, die aus einem Eigendünnschichtverbundwerkstoff mit einer
molekularen Ausschlußgröße von 12,000 auf Polyethylenglycol bestand, wurde verwendet.
Zehn Gramm 0,5 M Kaliumhydroxid-Lösung wurden zu dem Konzentrat hinzugegeben, um
das Natriumgegenion auszutauschen. Nachdem der pH der Lösung auf etwa 8 bis 9 innerhalb
von 8 Stunden fiel, wurde der Schritt dreimal wiederholt. Das Permeat und das Konzentrat
wurden auf Verunreinigungen analysiert und sie sind in Tabelle II unten angegeben. Das ge
reinigte Material wurde auf der Membranvorrichtung konzentriert und als die Kaliumform
von Cabojet 300 gesammelt.
Eine Membranvorrichtung wurde beladen mit 2 Litern 10 Gew.-% Cabojet 300-Lösung. Eine
Ultrafiltrationsmembran, die aus einem Eigendünnschichtverbundwerkstoff mit einer mole
kularen Ausschlußgröße von 12,000 auf Polyethylenglycol bestand, wurde verwendet. Fünf
Gramm 10 Gew.-% Tetramethylammoniumhydroxid-Lösung wurden zu dem Konzentrat zu
gegeben, um das Natriumgegenion auszutauschen. Nachdem der pH der Lösung auf etwa 8
bis 9 innerhalb von 8 Stunden absank, wurde dieser Schritt dreimal wiederholt. Das Permeat
und das Konzentrat wurden auf Verunreinigungen analysiert und sie sind in Tabelle II unten
aufgelistet. Das gereinigte Material wurde auf der Membranvorrichtung konzentriert und als
die Tetramethylammonium (TMA)-Form von Cabojet 300 gesammelt.
Eine Membranvorrichtung wurde beladen mit 2 Litern 10 Gew.-% Cabojet 300-Lösung und
eine Ultrafiltrationsmembran, die aus einem Eigendünnschichtverbundwerkstoff mit einem
Molekülgewichtausschluß vom 12,000 auf Polyethylenglycol bestand, wurde verwendet. Fünf
Gramm Dimethylamin wurden zu dem Konzentrat hinzugegeben, um das Natriumgegenion
auszutauschen. Nachdem der pH der Lösung auf etwa 8 bis 9 innerhalb von 8 Stunden fiel,
wurde dieser Schritt dreimal wiederholt. Das Permeat und das Konzentrat wurden auf Verun
reinigungen analysiert und sie sind in Tabelle II unten angegeben. Das gereinigte Material
wurde konzentriert auf der Membranvorrichtung und als die Dimethylanunonium(DMA)-
Form von Cabojet 300 gesammelt.
Eine Membranvorrichtung wurde beladen mit 2 Litern 10 Gew.-% Cabojet 200-Lösung (sul
fonierter MMC mit Natrium als Gegenion). Eine Ultrafiltrationsmembran, die aus einem Ei
gendünnschichtverbundwerkstoff mit einem Molekülgewichtsausschluß von 2,000 auf Po
lyethylenglycol bestand, wurde verwendet. Zehn Gramm 1 M Kaliumhydroxid-Lösung wur
den zu dem Konzentrat hinzugesetzt, um das Natriumgegenion auszutauschen. Nachdem der
pH der Lösung auf etwa 7 bis 8 innerhalb von 8 Stunden herabsank, wurde dieser Schritt
dreimal wiederholt. Das Permeat und das Konzentrat wurden auf Verunreinigungen analysiert
und sie sind aufgelistet in Tabelle II unten. Das gereinigte Material wurde auf der Membran
vorrichtung konzentriert und als die Kaliumform von Cabojet 200 gesammelt.
Eine Membranvorrichtung wurde mit 2 Litern 10 Gew.-% Cabojet 300-Lösung (vollständig
carboxyliertes MMC mit Natrium als Gegenion) beladen. Eine Mikrofiltrationsmembran, die
aus PTFE-Fluorcarbon (Teflon) mit einer durchschnittlichen Porösität von 0,2 µm besteht,
wurde verwendet. Zehn Gramm 0,5 M Kaliumhydroxid-Lösungen wurden zu dem Konzentrat
zugesetzt, um das Natriumgegenion auszutauschen. Nachdem der pH der Lösung auf etwa 8
bis 9 innerhalb von 8 Stunden abgesunken war, wurde dieser Schritt dreimal wiederholt. Das
Permeat und das Konzentrat wurden auf Verunreinigungen analysiert und sie sind unten in
Tabelle 11 angegeben. Das gereinigte Material wurde auf der Membranvorrichtung konzen
triert und als die Kaliumform von Cabojet 300 gesammelt.
Die Ergebnisse in Tabelle II zeigen die beachtliche Verringerung der Natriumkationen und
die im wesentlichen vollständige Beseitigung von Nitrit-, Nitrat- und Sulfat-Anionen (Verun
reinigungen).
Tinten, die aus membrangereinigten MMCs hergestellt wurden, zeigten eine verbesserte Zu
verlässigkeit, z. B. beim Abkappen. Abkappzeiten verlängerten sich von 5 bis 10 Sekunden
auf Werte von größer 60 Sekunden bei derselben Vehikelzusammensetzung. Es wurde auch
eine Verbesserung hinsichtlich Kogation beobachtet.
Man erwartet, daß die Makromolekülchromophoren, die durch das hierin beschriebene Ver
fahren gereinigt werden, Verwendung in der Tintenstrahldrucktechnologie finden.
Somit ist ein Verfahren zum Reinigen von Makromolekülchromophoren zur Verwendung in
Tintenstrahltinten offenbart worden, das die Tinten weniger empfindlich für Abkappen und
Kogation macht. Es wird von den Fachleuten anerkannt werden, daß verschiedene Änderun
gen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzuwei
chen und alle derartigen Änderungen und Modifikationen werden als innerhalb des Schutzum
fanges der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet, wie sie durch die beigefügten Ansprü
che definiert wird.
Die in der obigen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merk
male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Er
findung von Bedeutung sein.
Claims (11)
1. Verfahren zum Reinigen eines Makromolekülchromophoren, der ein Pigment umfaßt,
dessen Oberfläche chemisch so modifiziert worden ist, daß sie entweder anionische oder
kationische funktionelle Gruppen aufweist, wobei die funktionellen Gruppen ein uner
wünschtes damit verbundenes Gegenion aufweisen, wobei das Verfahren umfaßt, daß
- a) eine wäßrige Lösung von dem Makromolekülchromophoren gebildet wird;
- b) eine Menge einer Flüssigkeit, die ein erwünschtes Gegenion enthält, zu der wäßrigen Lösung hinzugefügt wird;
- c) die wäßrige Lösung einer Membranfiltration unterworfen wird, um ein Permeat und ein Konzentrat zu bilden, wobei der Makromolekülchromophor in dem Konzentrat enthalten ist;
- d) die Schritte (c) und (d) wiederholt werden,
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wäßrige Lösung den Makromolekülchromophor
innerhalb eines Bereiches von 2 bis 10 Gew.-% enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die funktionellen Gruppen anionisch sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die funktionellen Gruppen ausgewählt sind aus der
Gruppe, die Carboxylate und Sulfonate umfaßt, wobei das unerwünschte Gegenion über
schüssiges Natrium ist und wobei das erwünschte Gegenion ein Kation ist, das aus der
Gruppe ausgewählt ist, die N,N',N''-substituierte Ammoniumionen, N,N',N''-
unsubstituierte Ammoniumionen, N,N',N'',N'''-substituierte Amide von 1,ω-
Aminosäuren, N,N',N'',N'''-unsubstituierte Amide von 1,ω-Aminosäuren, N,N'-
substituierte Lactame von 1,ω-Aminosäuren, N,N'-unsubstituierte Lactame von 1,ω-
Aminosäuren, N,N',N''-substituierte Ester von 1,ω-Aminosäuren, N,N',N''-
unsubstituierte Ester von 1,ω-Aminosäuren, N,N'-substituierte Lactone von 1,ω-
Aminosäuren, N,N'-unsubstituierte Lactone von 1,ω-Aminosäuren, Kalium, Ammonium
und Natrium umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die funktionellen Gruppen kationisch sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die funktionelle Gruppe Ammonium ist, wobei das
unerwünschte Gegenion überschüssiges Chlorid oder Sulfat ist und wobei das erwünschte
Gegenion ausgewählt ist aus der Gruppe, die Halogenid-, Nitrat-, Phosphat-, Arylsulfonat-,
Arensulfonat-, Carboxylat-, Carbonat-, Bicarbonat-, Borat-, Tetraborat-, Tetrafluorborat-,
Methansulfonat-, Toluolsulfonat-, Phosphit-, Phosphonat-, Hexafluorphosphonat-, Phos
phen-, Phenolat-, Perchlorat-, Wolframat-, Molybdat-, Hydroxid-, Sulfat- und Silikationen
umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Membran entweder eine Ausschlußgröße innerhalb
eines gegebenen Molekulargewichtsbereiches von 2000 bis 12000 relativ zu Polyethy
lenglykol oder eine Ausschlußgröße innerhalb eines Porositätsbereiches von etwa 0,02 bis
1 µm aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren durch Messen der Ionenstärke von ent
weder dem Konzentrat oder dem Permeat überwacht wird und das Verfahren beendet
wird, wenn es hinsichtlich der Ionenstärke keine nennenswerte Änderung mehr gibt.
9. Verfahren zum Herstellen einer Tintenstrahltinte mit verbesserter Betriebssicherheit, wel
ches umfaßt, daß
- a) eine wäßrige Lösung hergestellt wird, die umfaßt
- i) einen Makromolekülchromophoren, der ein Pigment umfaßt, dessen Oberflä che chemisch so modifiziert worden ist, daß sie entweder anionische oder ka tionische funktionelle Gruppen aufweist, und
- ii) Verunreinigungen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die überschüssige Ge genionen, nicht umgesetztes Ausgangsmaterial, Reaktionsnebenprodukte von der chemischen Modifizierung des Pigmentes und Mischungen davon umfaßt,
- b) die wäßrige Lösung einer Membranfiltration unterworfen wird, um ein Permeat und ein Konzentrat zu bilden, wobei der Makromolekülchromophor in dem Konzentrat und die Verunreinigungen in dem Permeat enthalten sind;
- c) Schritt (b) ausreichend oft wiederholt wird, um einen gereinigten Makromolekülchro mophoren mit einer gewünschten Reinheit vorzusehen; und
- d) Komponenten zu dem gereinigten Makromolekülchromophoren hinzugefügt werden, um die Tintenstrahltinte zu bilden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Tintenstrahltinte umfaßt:
- a) 0 bis etwa 50 Gew.-% von wenigstens einem Co-Lösungsmittel, 0 bis etwa 40 Gew.- % von wenigstens einem wasserlöslichen oberflächenaktiven Mittel oder Amphiphilen und 0 bis etwa 3 Gew.-% von wenigstens einem hochmolekularen Kolloid;
- b) etwa 0,5 bis 20 Gew.-% des gereinigten Makromolekülchromophoren; und
- c) das Restwasser.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die über die stöchiometrische Menge an erforderlichen
Gegenionen, um elektrische Neutralität mit den anionischen oder kationischen funktio
nellen Gruppen des Makromolekülchromophoren zu erzielen, hinaus überschüssigen Ge
genionen in das Permeat filtriert werden.
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