DE102015205235A1

DE102015205235A1 - Wässriges tintenstrahltuch

Info

Publication number: DE102015205235A1
Application number: DE102015205235.4A
Authority: DE
Inventors: Yu Qi; Carolyn Patricia Moorlag; Brynn Mary Dooley; Barkev Keoshkerian
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2015-10-01
Also published as: US20160089876A1; CN104943364A; KR20150113841A; JP2015196380A; KR102330991B1; US20150273817A1; US9242456B2; US9604448B2; CA2886716A1; JP6328068B2; CN104943364B; KR20200132812A; CA2886716C

Abstract

Es wird ein Transferelement oder ein Tuch für die Verwendung in wässrigen Tintenstrahldruckern beschrieben. Das Transferelement weist eine Vlies-Polymerfasermatrix und ein Polymer auf, das über die gesamte Vlies-Polymerfasermatrix dispergiert ist. Die Polymerfasermatrix besitzt eine erste Oberflächenenergie und das Polymer besitzt eine zweite Oberflächenenergie. Die Differenz zwischen der ersten Oberflächenenergie und der zweiten Oberflächenenergie beträgt etwa 30 mJ/m2 bis etwa 5 mJ/m2.

Description

Hintergrund
Tintenstrahlsysteme, bei denen flüssige oder geschmolzene Feststoffdruckfarbe durch eine Druckfarbenablassöffnung wie z. B. durch eine Düse, einen Schlitz und einen porösen Film abgegeben wird, werden in vielen Druckern aufgrund ihrer Merkmale wie kleine Größe und geringe Kosten verwendet. Außerdem kann ein Tintenstrahldrucker nicht nur Papiersubstrate bedrucken, sondern auch andere Substrate wie Textilien, Kautschuk und dergleichen.
Während des Druckprozesses können verschiedene Zwischenmedien (z. B. Transferbänder, Zwischentücher oder Trommeln) für den Transfer des geformten Bildes auf das Endsubstrat verwendet werden. In zwischengeschalteten Transfixierprozessen wird wässrige Latex-Druckfarbe auf ein Transferelement oder ein Zwischentuch per Tintenstrahl gedruckt, wobei der Druckfarbenfilm mit Wärme oder strömender Luft oder beidem getrocknet wird. Das getrocknete Bild wird danach auf dem Papier-Endsubstrat transfixiert. Damit dieser Prozess angemessen arbeitet, muss das Transferelement oder Tuch zwei miteinander in Konflikt stehende Anforderungen erfüllen – erstens, die Druckfarbe muss gut auf dem Transferelement verteilt sein und zweitens, nach dem Trocknen muss sich die Druckfarbe von dem Tuch lösen. Da wässrige Druckfarbe einen großen Anteil Wasser enthält, benetzen und verteilen sich solche Druckfarbenzusammensetzungen sehr gut auf hochenergetischen (z. B. größer als 40 mJ/m²) wasserannehmenden Substraten. Aufgrund der hohen Affinität mit solchen Substraten löst sich die wässrige Druckfarbe jedoch nicht sehr gut von diesen Substraten. Silikonkautschuk mit geringer Oberflächenenergie (d. h., von etwa 20 mJ/m² oder weniger) umgehen dieses Ablöseproblem. Ein Hauptnachteil von Silikonkautschuk ist jedoch, dass die Druckfarbe diese Substrate aufgrund der geringen Wasseraffinität nicht benetzt und sich darauf verteilt. Daher würde das ideale Transferelement für den Transfixierprozess sowohl eine optimale Verteilung zum Formen eines Bildes von guter Qualität als auch optimale Ablöseeigenschaften zum Transfixieren des Bildes auf Papier aufweisen. Während einige Lösungen, wie das Zugeben von Tensiden zu der Druckfarbe, um die Oberflächenspannung der Druckfarbe zu verringern, vorgeschlagen wurden, präsentieren diese Lösungen zusätzliche Probleme. Zum Beispiel führen Tenside zu einer ungesteuerten Verteilung der Druckfarbe, was die Ränder von einzelnen Pixellinien unwünschenswert wellig macht. Des Weiteren weisen wässrige Druckköpfe bestimmte Mindestoberflächenspannungsanforderungen auf (d. h., größer als 20 mN/m), die für eine gute Tintenstrahlleistung erfüllt werden müssen.
Daher besteht ein Bedarf an einem Weg zur Bereitstellung der gewünschten Verteilungs- und Ablöseeigenschaften für wässrige Druckfarben, um die obigen im Transfixierprozess erfahrenen Probleme anzugehen.
KURZDARSTELLUNG
Hierin offenbart wird ein Transferelement für die Verwendung in wässrigen Tintenstrahldruckern. Das Transferelement weist eine Vlies-Polymerfasermatrix und ein Polymer auf, das über die gesamte Vlies-Polymerfasermatrix dispergiert ist. Die Polymerfasermatrix besitzt eine erste Oberflächenenergie und das Polymer besitzt eine zweite Oberflächenenergie. Die Differenz zwischen der ersten Oberflächenenergie und der zweiten Oberflächenenergie beträgt etwa 30 mJ/m ² bis etwa 5 mJ/m².
Es wird ein Tintenstrahldrucker mit einem Transferelement bereitgestellt. Das Transferelement weist ein Polymer auf, das über eine gesamte Vlies-Polymerfasermatrix dispergiert ist. Die Polymerfasermatrix besitzt eine erste Oberflächenenergie und das Polymer besitzt eine zweite Oberflächenenergie. Die Differenz zwischen der ersten Oberflächenenergie und der zweiten Oberflächenenergie beträgt etwa 30 mJ/m² bis etwa 5 mJ/m². Der Tintenstrahldrucker weist einen Druckkopf auf, der benachbart zum Transferelement zum Ausgeben von wässrigen Druckfarbentropfen auf eine Oberfläche des Transferelements zum Bilden eines Druckfarbenbildes angeordnet ist. Der Tintenstrahldrucker weist eine Transfixierstation auf, die benachbart zu dem Transferelement und stromabwärts des Druckkopfes angeordnet ist. Die Transfixierstation bildet einen Transfixierwalzenspalt mit dem Transferelement an der Transfixierstation. Der Tintenstrahldrucker weist eine Transportvorrichtung zum Zuführen eines Aufzeichnungsmediums in den Transfixierwalzenspalt auf, wobei das Druckfarbenbild übertragen und auf dem Aufzeichnungsmedium fixiert wird.
Hierin offenbart wird ein Transferelement für die Verwendung in wässrigen Tintenstrahldruckern. Das Transferelement weist eine Vlies-Polymermatrix auf; ein Polymer ist über die gesamte Vlies-Polymerfasermatrix dispergiert, und leitfähige Teilchen sind gleichförmig entlang Fasern der Vlies-Polymermatrix verteilt. Die Polymerfasermatrix besitzt eine erste Oberflächenenergie und das Polymer besitzt eine zweite Oberflächenenergie. Die Differenz zwischen der ersten Oberflächenenergie und der zweiten Oberflächenenergie beträgt etwa 30 mJ/m² bis etwa 5 mJ/m².
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die in der Spezifikation enthalten sind und einen Teil davon bilden, stellen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Lehren dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Lehren. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, das einen wässrigen Tintenstrahldrucker zeigt;
2 die Oberfläche des wässrigen Tintenstrahltuchs, das hierin offenbart wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass einige Details der Figuren vereinfacht dargestellt und gezeichnet sind, um ein Verständnis der Ausführungsformen zu erleichtern, statt eine strikte strukturelle Präzision, Details und Maßstab einzuhalten.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird ausführlich auf Ausführungsformen der vorliegenden Lehren Bezug genommen, von denen Beispiele in den angefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wann immer möglich, werden die gleichen Bezugsnummern in allen Zeichnungen zum Bezeichnen der gleichen oder ähnlicher Teile verwendet.
In der folgenden Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die Teil davon sind und in denen beispielhaft spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt sind, in denen die vorliegenden Lehren in die Praxis umgesetzt werden können. Diese Ausführungsformen sind ausführlich genug beschrieben, um dem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegenden Lehren in die Praxis umzusetzen, und man wird verstehen, dass andere Ausführungsformen benutzt werden können und andere Veränderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Lehren zu verlassen. Die folgende Beschreibung ist daher rein beispielhaft.
Darstellungen mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen, Veränderungen und/oder Modifikationen können für die dargestellten Beispiele gemacht werden, ohne den Geist und den Umfang der angehängten Ansprüche zu verlassen. Außerdem kann, während ein bestimmtes Merkmal in Bezug auf nur eine der verschiedenen Umsetzungen offenbart wurde, solch ein Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Umsetzungen kombiniert werden, wenn gewünscht oder vorteilhaft für eine beliebige vorgegebene oder bestimmte Funktion. Des Weiteren und in dem Maße, in dem die Ausdrücke „enthaltend”, „enthält”, „aufweisend”, „aufweist”, „mit” oder Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Patentansprüchen verwendet werden, sollen diese Ausdrücke „einschließend” sein auf eine Weise wie etwa der Ausdruck „umfassend”. Der Ausdruck „mindestens ein/e/s von” wird verwendet, wenn eines oder mehrere der aufgelisteten Elemente ausgewählt werden können.
Ungeachtet dessen, dass die Zahlenbereiche und Parameter, die einen breiten Umfang der Ausführungsformen vorstellen, Annäherungen sind, werden die Zahlenwerte, die in den spezifischen Beispielen vorgestellt werden, so präzise wie möglich vorgestellt. Jeder Zahlenwert enthält jedoch inhärent gewisse Fehler, die notwendigerweise aus der Standardabweichung aus den zugehörigen Testmessungen resultieren. Des Weiteren sind alle hierin offenbarten Bereiche als jeden und alle Unterbereiche umfassend, die darin zusammengefasst sind, zu verstehen. Zum Beispiel kann ein Bereich von „weniger als 10” jeden und alle Unterbereiche zwischen (und einschließlich) dem Mindestwert von Null und dem Höchstwert von 10 einschließen, d. h. jeden und alle Unterbereiche mit einem Mindestwert von gleich oder größer gleich Null und einem Höchstwert von gleich oder kleiner gleich 10, z. B. 1 bis 5, einschließen. In bestimmten Fällen können die Zahlenwerte, die für den Parameter genannt werden, negative Werte sein. In diesem Fall kann der Beispielbereichswert von „kleiner gleich 10” negative Werte annehmen, z. B. –1, –2, –3, –10, –20, –30, etc.
Der Ausdruck „Druckkopf” wie hierin verwendet bezieht sich auf eine Komponente in dem Drucker, die mit Tintenstrahlejektoren zum Auswerfen von Druckfarbentropfen auf eine Bildaufnahmeoberfläche konfiguriert ist. Ein typischer Druckkopf weist mehrere Tintenstrahlejektoren auf, die Druckfarbentropfen einer oder mehrerer Druckfarben auf die Bildaufnahmeoberfläche als Reaktion auf Feuerungssignale, die Aktoren in den Tintenstrahlejektoren betätigen, ausstoßen. Die Tintenstrahlen sind in einer Anordnung aus einer oder mehreren Reihen und Spalten angeordnet. In einigen Ausführungsformen können die Tintenstrahlen in gestaffelten diagonalen Reihen über eine Fläche des Druckkopfs angeordnet sein. Verschiedene Druckerausführungsformen weisen einen oder mehrere Druckköpfe auf, die Druckfarbenbilder auf einer Bildaufnahmeoberfläche formen. Einige Druckeranordnungen weisen mehrere Druckköpfe auf, die in einem Druckbereich angeordnet sind. Eine Bildaufnahmeoberfläche, wie z. B. ein Druckmedium oder die Oberfläche eines Zwischenelements, das ein Druckfarbenbild trägt, bewegt sich über die Druckköpfe hinaus in eine Verarbeitungsrichtung durch den Druckbereich. Die Tintenstrahlen in den Druckköpfen stoßen Druckfarbentropfen in Reihen in Querverarbeitungsrichtung aus, die senkrecht zu der Verarbeitungsrichtung der Bildaufnahmeoberfläche verläuft.
Bei einem Direktdrucker stoßen die Druckköpfe Druckfarbentropfen direkt auf ein Druckmedium aus, z. B. einen Papierbogen oder eine durchgehende Medienbahn. Nach dem Drucken der Druckfarbentropfen auf das Druckmedium bewegt der Drucker das Druckmedium durch einen Walzenspalt, der zwischen zwei Walzen befindlich ist, die Druck anlegen und wahlweise die Druckfarbentropfen und das Druckmedium erwärmen. Eine Walze, die typischerweise als „Verteilerwalze” bezeichnet wird, tritt mit der bedruckten Seite des Druckmediums in Kontakt. Die zweite Walze, die typischerweise als „Druckwalze” bezeichnet wird, drückt das Medium gegen die Verteilerwalze, um die Druckfarbentropfen zu verteilen und die Druckfarbe an dem Druckmedium zu fixieren.
1 zeigt eine wässrige Hochgeschwindigkeits-Druckfarbenbild-Herstellungsmaschine oder Drucker 10. Wie dargestellt, ist der Drucker 10 ein indirekter Drucker, der ein Druckfarbenbild auf einer Oberfläche eines Transferelements 12 formt (das auch als Tuch oder Aufnahmeelement oder Bildelement bezeichnet wird) und überträgt dann das Druckfarbenbild auf Medien, die durch den Walzenspalt 18 laufen, der mit dem Transferelement 12 geformt wird. Der Drucker 10 weist einen Rahmen 11 auf, der unten beschriebene Betriebsuntersysteme und Komponenten direkt oder indirekt stützt. Der Drucker 10 weist das Transferelement 12 auf, das in Form einer Trommel dargestellt ist, das aber auch als abgestützter Endlosriemen konfiguriert sein kann. Das Transferelement 12 weist eine äußere Oberfläche 21 auf. Die äußere Oberfläche 21 ist in eine Richtung 16 beweglich und die Druckfarbenbilder werden darauf geformt. Eine Transfixierwalze 19, die in die Richtung 17 drehbar ist, ist gegen die Oberfläche 21 des Transferelements 12 vorgespannt, um einen Transfixierwalzenspalt 18 zu bilden, in dem Druckfarbenbilder, die auf der Oberfläche 21 gebildet werden, auf ein Medienblatt 49 transfixiert werden.
Das Transferelement 12 oder Tuch ist aus einem Material mit einer relativ niedrigen Oberflächenenergie gebildet, um die Übertragung des Druckfarbenbildes von der Oberfläche 21 des Transferelements 12 auf das Medienblatt 49 in dem Walzenspalt 18 zu ermöglichen. Solche Materialien sind nachstehend ausführlicher beschrieben. Eine Oberflächeninstandhaltungseinheit (SMU) 92 entfernt auf der Oberfläche des Tuchs 21 zurückgebliebene Restdruckfarbe, nachdem die Druckfarbenbilder auf das Medienblatt 49 übertragen wurden.
Die SMU 92 kann einen Beschichtungsapplikator mit einem Reservoir mit festem Volumen von Beschichtungsmaterial und eine elastische Abgabewalze aufweisen, die glatt oder porös sein kann und drehbar in dem Reservoir angebracht ist, um mit dem Beschichtungsmaterial in Kontakt zu treten. Die Abgabewalze kann eine Elastomerwalze aus einem Material wie Anilox sein. Das Beschichtungsmaterial wird auf die Oberfläche des Tuchs 21 zum Bilden einer dünnen Schicht auf der Tuchoberfläche aufgebracht. Die SMU 92 ist betriebswirksam mit einer Steuerung 80 verbunden, die nachstehend ausführlicher beschrieben wird, um zu bewirken, dass die Steuerung die Abgabewalze, Dosierrakel und Reinigungsrakel selektiv betätigt, um das Beschichtungsmaterial auf die Oberfläche des Tuchs abzuscheiden und zu verteilen und nicht übertragene Druckfarbenpixel von der Oberfläche 21 des Tuchs oder Transferelements 12 zu entfernen.
Weiter in der allgemeinen Beschreibung weist der Drucker 10 einen optischen Sensor 94A auf, der auch als ein „Image-On-Drum”-(IOD)-Sensor bekannt ist und konfiguriert ist, Licht zu erkennen, das von der Oberfläche 21 des Transferelements 12 und der Beschichtung reflektiert wird, die auf die Oberfläche 21 aufgetragen wird, während sich das Element 12 an dem Sensor vorbei dreht. Der optische Sensor 94A weist eine lineare Anordnung einzelner optischer Detektoren auf, die quer zu der Verarbeitungsrichtung über der Oberfläche 21 des Transferelements 12 angeordnet sind. Der optische Sensor 94A erzeugt digitale Bilddaten, die Licht entsprechen, das von der Oberfläche 21 reflektiert wird. Der optische Sensor 94A erzeugt eine Serie von Reihen von Bilddaten, die als „Scanlines” (Abtastlinien) bezeichnet werden, während das Transferelement 12 in der Richtung 16 an dem optischen Sensor 94A vorbei dreht. In einer Ausführungsform umfasst jeder optische Detektor in dem optischen Sensor 94A ferner drei Abtastelemente, die gegenüber Frequenzen von Licht empfindlich sind, die den roten, grünen und blauen (RGB) reflektierten Lichtfarben entsprechen. Der optische Sensor 94A weist auch Beleuchtungsquellen auf, die rotes, grünes und blaues Licht auf die Oberfläche 21 abstrahlen. Der optische Sensor 94A strahlt komplementäre Lichtfarben auf die Bildaufnahmeoberfläche ab, um die Erkennung unterschiedlicher Druckfarben unter Verwendung der RGB-Elemente in jedem der Fotodetektoren zu ermöglichen. Die Bilddaten, die von dem optischen Sensor 94A erzeugt werden, werden von der Steuerung 80 oder einem anderen Prozessor in dem Drucker 10 analysiert, um die Dicke des Druckfarbenbildes und der Benetzungsverbesserungsbeschichtung (weiter unten ausführlicher beschrieben) auf der Oberfläche 21 und die Flächenabdeckung zu identifizieren. Die Dicke und Abdeckung können entweder aus einer Spiegel- der einer diffusen Lichtreflexion von der Tuchoberfläche und Beschichtung identifiziert werden. Andere optische Sensoren wie 94B, 94C und 94D sind ähnlich konfiguriert und können an verschiedenen Stellen um die Oberfläche 21 angeordnet sein, um andere Parameter in dem Druckprozess, wie fehlende oder funktionsunfähige Tintenstrahlen, und die Druckfarbenbilderzeugung vor der Bildtrocknung (94B), die Druckfarbenbildbehandlung zur Bildübertragung (94C) und die Effizienz der Druckfarbenbildübertragung (94D) zu identifizieren. Als Alternative können einige Ausführungsformen einen optischen Sensor aufweisen, um zusätzliche Daten zu erzeugen, die zur Auswertung der Bildqualität auf den Medien (94E) verwendet werden können.
Der Drucker 10 kann auch einen Oberflächenenergieapplikator 120 aufweisen, der neben der Oberfläche 21 des Transferelements 12 an einer Position unmittelbar vor der Oberfläche 21 angeordnet ist, die in den Druckbereich eintritt, der von den Druckkopfmodulen 34A bis 34D gebildet wird. Der Oberflächenenergieapplikator 120 kann z. B. eine Netzhautabgabeeinheit, eine Sauerstoffplasmaeinheit oder eine Elektronenstrahleinheit sein. Der Oberflächenenergieapplikator 120 ist zum Senden eines elektrischen Felds zwischen dem Applikator 120 und der Oberfläche 21 konfiguriert, die ausreicht, um Luft zwischen zwei Strukturen zu ionisieren und negativ geladene Teilchen, positiv geladene Teilchen oder eine Kombination aus positiven und negativ geladenen Teilchen auf die Oberfläche 21 oder das Transferelement aufzubringen, Das elektrische Feld und die geladenen Teilchen erhöhen die Oberflächenenergie der Tuchoberfläche und werden weiter unten ausführlicher beschrieben. Die erhöhte Oberflächenenergie der Oberfläche 21 oder des Transferelements 12 ermöglicht den Druckfarbentropfen, die danach aus den Druckköpfen in den Modulen 34A bis 34D ausgestoßen werden, an der Oberfläche 21 oder das Transferelement 12 anzuhaften und zu koaleszieren.
Der Drucker 10 weist ein Luftströmungs-Managementsystem 100 auf, das eine Luftströmung durch den Druckbereich erzeugt und steuert. Das Luftströmungs-Managementsystem 100 weist eine Druckkopf-Luftzufuhr 104 und eine Druckkopf-Luftrückführung 108 auf. Die Druckkopf-Luftzufuhr 104 und -rückführung 108 sind betriebswirksam mit der Steuerung 80 oder einem anderen Prozessor in dem Drucker 10 verbunden, um zu ermöglichen, dass die Steuerung die Luft regelt, die durch den Druckbereich strömt. Diese Regulierung der Luftströmung trägt dazu bei, dass die Kondensation verdampfter Lösungsmittel und von Wasser in der Druckfarbe auf dem Druckkopf verhindert wird, und unterstützt die Abschwächung von Wärme in dem Druckbereich, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Druckfarbe in den Tintenstrahldüsen trocknet, was die Tintenstrahldüsen verstopfen kann. Das Luftströmungs-Managementsystem 100 kann auch Sensoren zur Erkennung von Feuchtigkeit und Temperatur in dem Druckbereich aufweisen, um eine präzisere Steuerung der Luftzufuhr 104 und -rückführung 108 zu ermöglichen und so optimale Bedingungen in dem Druckbereich zu gewährleisten. Die Steuerung 80 oder ein anderer Prozessor in dem Drucker 10 kann auch die Steuerung des Systems 100 mit Bezug auf die Druckfarbenabdeckung in einem Bildbereich oder sogar zur zeitlichen Abstimmung des Betriebs des Systems 100 ermöglichen, sodass Luft nur durch den Druckbereich strömt, wenn gerade kein Bild gedruckt wird.
Der Hochgeschwindigkeitsdrucker 10 für wässrige Druckfarbe weist ein Zufuhr- und Abgabeuntersystem 20 für wässrige Druckfarbe auf, das mindestens eine Quelle 22 einer Farbe von wässriger Druckfarbe aufweist. Da der dargestellte Drucker 10 eine Mehrfarben-Bilderzeugungsmaschine ist, weist das Druckfarbenabgabesystem 20 vier (4) Quellen 22, 24, 26, 28 auf, die vier (4) unterschiedliche Farben CYMK (cyan, gelb, magenta, schwarz) von wässrigen Druckfarben repräsentieren. In der Ausführungsform aus 1 weist das Druckkopfsystem 30 einen Druckkopfträger 32 auf, der mehrere Druckkopfmodule stützt, die auch als „Printbox"-Einheiten 34A bis 34D bezeichneten werden. Jedes Druckkopfmodul 34A bis 34D erstreckt sich wirksam über die Breite des Zwischentransferelements 12 und stößt Druckfarbentropfen auf die Oberfläche 21 aus. Ein Druckkopfmodul kann einen einzelnen Druckkopf oder mehrere Druckköpfe aufweisen, die in einer gestaffelten Anordnung angeordnet sind. Jedes Druckkopfmodul ist betriebswirksam mit einem Rahmen (nicht dargestellt) verbunden und ausgerichtet, um die Druckfarbentropfen derart auszustoßen, dass ein Druckfarbenbild auf der Oberfläche 21 gebildet wird. Die Druckkopfmodule 34A bis 34D können eine zugehörige Elektronik, Druckfarbenbehälter und Druckfarbenleitungen zum Zuführen von Druckfarbe zu dem einen oder den mehreren Druckköpfen aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform verbinden Leitungen (nicht dargestellt) die Quellen 22, 24, 26 und 28 betriebswirksam mit den Druckkopfmodulen 34A bis 34D, um eine Druckfarbenzufuhr zu dem einen oder den mehreren Druckköpfen in den Modulen bereitzustellen. Wie allgemein bekannt, kann jeder des einen oder der mehreren Druckköpfe in einem Druckkopfmodul eine einzige Druckfarbe ausstoßen. In anderen Ausführungsformen können die Druckköpfe konfiguriert sein, zwei oder mehrere Druckfarben auszustoßen. Zum Beispiel könne Druckköpfe in den Modulen 34A und 34B cyan- und magentafarbene Druckfarbe ausstoßen, während Druckköpfe in den Modulen 34C und 34D gelbe und schwarze Druckfarbe ausstoßen können. Die Druckköpfe in den dargestellten Modulen sind in zwei Anordnungen angeordnet, die zueinander versetzt oder gestaffelt sind, um die Auflösung jeder von einem Modul gedruckten Farbtrennung zu erhöhen. Eine solche Anordnung ermöglicht den Druck bei der zweifachen Auflösung eines Drucksystems, das nur eine einzige Anordnung von Druckköpfen aufweist, die nur eine Druckfarbenfarbe ausstoßen. Wenngleich der Drucker 10 vier Druckkopfmodule 34A bis 34D aufweist, von denen jedes zwei Anordnungen von Druckköpfen aufweist, schließen alternative Konfigurationen eine andere Anzahl von Druckkopfmodulen oder Anordnungen in einem Modul ein.
Nachdem das Druckbild auf der Oberfläche 21 den Druckbereich verlässt, wird das Bild unter einem Bildtrockner 130 durchgeleitet. Der Bildtrockner 130 weist ein Infrarotheizelement 134, eine erwärmte Luftquelle 136 und Luftrückführungen 138A und 138B auf. Das Infrarot-Heizelement 134 bringt Infrarotwärme auf das Druckbild auf die Oberfläche 21 des Transferelements 12 auf, um Wasser oder Lösungsmittel in der Druckfarbe zu verdampfen. Die erwärmte Luftquelle 136 richtet erwärmte Luft über die Druckfarbe, um die Verdampfung des Wassers oder Lösungsmittels aus der Druckfarbe zu ergänzen. Die Luft wird dann gesammelt und durch die Luftrückführungen 138A und 138B abgelassen, um Störungen der Luftströmung mit anderen Komponenten in dem Druckbereich zu verringern.
Wie weiter dargestellt, weist der Drucker 10 ein Aufzeichnungsmedienzufuhr- und -handhabungssystem 40 auf, das zum Beispiel einen oder mehrere Stapel von Papiermedienblättern verschiedener Größen speichert. Das Aufzeichnungsmedienzufuhr- und -handhabungssystem 40 weist zum Beispiel Blatt- oder Substratzufuhrquellen 42, 44, 46 und 48 auf. In der Ausführungsform des Druckers 10 ist die Zufuhrquelle 48 eine Papierzufuhr oder -einzug von hoher Kapazität zum Speichern und Zuführen von Bildaufnahmesubstraten in Form von beispielsweise geschnittenen Medienblättern 49. Das Aufzeichnungsmedienzufuhr- und -handhabungssystem 40 weist auch ein Substrathandhabungs- und -transportsystem 50 auf, das eine Medienvorkonditionierer-Baugruppe 52 und eine Mediennachkonditionier-Baugruppe 54 aufweist. Der Drucker 10 weist eine fakultative Fixiervorrichtung 60 auf, um zusätzliche Wärme und Druck auf das Druckmedium aufzubringen, nachdem das Druckmedium durch den Transfixierwalzenspalt 18 geleitet wurde. In einer Ausführungsform stellt die Fixiervorrichtung 60 einen Glanzwert der gedruckten Bilder ein, die auf dem Druckmedium gebildet werden. In der Ausführungsform aus 1 weist der Drucker 10 einen Originaldokumenteneinzug 70 auf, der eine Dokumentenhalteablage 72, Dokumentenblattzufuhr- und -entnahmevorrichtungen 74 und ein Dokumentenbelichtungs- und -scansystem 76 aufweist.
Der Betrieb und die Steuerung der verschiedenen Untersysteme, Komponenten und Funktionen der Maschine oder des Druckers 10 erfolgen mithilfe einer Steuerung oder eines elektronischen Untersystems (ESS) 80. Das ESS oder die Steuerung 80 ist betriebswirksam mit dem Bildaufnahmeelement 12, den Druckkopfmodulen 34A bis 34D (und somit den Druckköpfen), dem Substratzufuhr- und -handhabungssystem 40, dem Substrathandhabungs- und -transportsystem 50 und in einigen Ausführungsformen dem einen oder den mehreren optischen Sensoren 94A bis 94E verbunden. Das ESS oder die Steuerung 80 ist beispielsweise ein unabhängiger spezieller Minicomputer mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 82 mit einem elektronischen Speicher 84 und einer Anzeige oder Benutzeroberfläche (UI) 86. Das ESS oder die Steuerung 80 weist zum Beispiel eine Sensoreingabe- und -steuerschaltung 88 sowie eine Pixelanordnungs- und -steuerschaltung 89 auf. Außerdem liest, erfasst, bereitet vor und verwaltet die CPU 82 den Bilddatenfluss zwischen Bildeingabequellen wie dem Scansystem 76 oder einer Online- oder einer Arbeitsplatzverbindung 90 und den Druckkopfmodulen 34A bis 34D. Dementsprechend ist das ESS oder die Steuerung 80 der wichtigste Multitasking-Prozessor zum Betreiben und Steuern aller anderen Maschinenuntersysteme und Funktionen, einschließlich des unten erläuterten Druckprozesses.
Die Steuerung 80 kann mit allgemeinen oder speziell programmierbaren Prozessoren implementiert sein, die programmierte Anweisungen ausführen. Die Anweisungen und Daten, die zur Ausführung der programmierten Funktionen erforderlich sind, können im Speicher gespeichert werden, der mit den Prozessoren oder Steuerungen assoziiert ist. Die Prozessoren, ihre Speicher und Schnittstellenschaltungen konfigurieren die Steuerungen, um die nachstehend beschriebenen Vorgänge auszuführen. Diese Komponenten können auf einer Leiterplatte bereitgestellt sein oder als eine Schaltung in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) bereitgestellt sein. Jede der Schaltungen kann mit einem separaten Prozessor implementiert sein oder mehrere Schaltungen können an dem gleichen Prozessor implementiert sein. Als Alternative können die Schaltungen mit diskreten Komponenten oder Schaltungen implementiert sein, die in VLSI-(Very Large Scale Integrated)-Schaltungen bereitgestellt sind. Ferner können die hierin beschriebenen Schaltungen mit einer Kombination von Prozessoren, ASIC, diskreten Komponenten oder VLSI-Schaltungen implementiert sein.
Während des Betriebs werden Bilddaten für ein Bild, das erzeugt werden soll, entweder von dem Scannsystem 76 oder durch die Online- oder Arbeitsplatzverbindung 90 zur Verarbeitung und Erzeugung der Druckkopfsteuersignalausgabe an die Druckkopfmodule 34A bis 34D an die Steuerung 80 gesendet. Außerdem bestimmt und/oder akzeptiert die Steuerung 80 verwandte Untersystem- und Komponentensteuerungen, zum Beispiel aus Bedienereingaben über die Benutzeroberfläche 86, und führt solche Steuerungen entsprechend aus. Infolgedessen wird wässrige Druckfarbe für geeignete Farben an die Druckkopfmodule 34A bis 34D abgegeben. Außerdem wird die Pixelanordnungssteuerung in Bezug auf die Oberfläche 21 ausgeführt, um Druckfarbenbilder zu erzeugen, die den Bilddaten entsprechen, wobei die Medien, die in Form von Medienblättern 49 vorliegen können, von einer der Quellen 42, 44, 46, 48 zugeführt und von dem Aufzeichnungsmedien-Transportsystem 50 zur zeitlich abgestimmten Abgabe an den Walzenspalt 18 gehandhabt werden. In dem Walzenspalt 18 wird das Druckfarbenbild von der Oberfläche 21 des Transferelements 12 zu dem Mediensubstrat innerhalb des Transfixierwalzenspalts 18 übertragen.
In einigen Druckvorgängen kann ein einziges Druckfarbenbild die gesamte Oberfläche 21 abdecken („Single Pitch”) oder mehrere Druckfarbenbilder können auf die Oberfläche 21 abgeschieden werden („Multi-Pitch”). In einer „Multi-Pitch”-Druckarchitektur kann die Oberfläche 21 des Transferelements 12 (auch als Bildaufnahmeelement bezeichnet) in mehrere Segmente aufteilt sein, wobei jedes Segment ein ganzseitiges Bild in einem Dokumentenbereich (d. h. einen einzigen Abstand) und Bereiche zwischen Dokumenten aufweist, die mehrere Abstände trennen, die auf der Oberfläche 21 gebildet werden. Zum Beispiel weist ein Bildaufnahmeelement mit zwei Abständen zwei Dokumentenbereiche auf, die durch zwei Bereiche zwischen Dokumenten um den Umfang der Oberfläche 21 getrennt sind. Gleichermaßen weist ein Bildaufnahmeelement mit vier Abständen vier Dokumentenbereiche auf, wobei jeder einem Druckfarbenbild entspricht, das während eines Durchlaufs oder einer Umdrehung der Oberfläche 21 auf einem einzigen Medienblatt gebildet wird.
Nach der Erzeugung eines Bildes oder von Bildern auf der Oberfläche und Beschichtung unter der Kontrolle der Steuerung 80 betreibt der dargestellte Tintenstrahldrucker 10 Komponenten in dem Drucker, um einen Prozess zum Übertragen und Fixieren des Bildes oder der Bilder von der Oberfläche 21 auf Medien auszuführen. In dem Drucker 10 betätigt die Steuerung 80 Aktoren, um eine oder mehrere der Walzen 64 in dem Medientransportsystem 50 anzutreiben, um das Medienblatt 49 in der Verarbeitungsrichtung P an eine Position benachbart der Transfixierwalze 19 und dann durch den Walzenspalt 18 zwischen der Transfixierwalze 19 und der Oberfläche 21 des Transferelements 12 zu bewegen. Die Transfixierwalze 19 übt Druck gegen die Rückseite der Aufzeichnungsmedien 49 aus, um die Vorderseite der Aufzeichnungsmedien 49 gegen die Oberfläche 21 des Transferelements 12 zu pressen. Wenngleich die Transfixierwalze 19 ebenfalls erwärmt werden kann, ist in der Ausführungsform aus 1 die Transfixierwalze 19 nicht erwärmt. Stattdessen ist die Vorheizbaugruppe 52 für das Medienblatt 49 in dem Medienweg bereitgestellt, der zu dem Walzenspalt führt. Die Vorkonditionierer-Baugruppe 52 konditioniert das Medienblatt 49 auf eine vorbestimmte Temperatur, die zur Übertragung des Bildes auf die Medien beiträgt, sodass die Gestaltung der Transfixierwalze vereinfacht wird. Der Druck, der von der Transfixierwalze 19 auf der Rückseite des erwärmten Medienblattes 49 erzeugt wird, ermöglicht die Transfixierung (Übertragung und Fixierung) des Bildes von dem Bildaufnahmeelement 12 auf das Medienblatt 49.
Die Drehung oder das Rollen sowohl des Transferelements 12 als auch der Transfixierwalze 19 transfixiert nicht nur die Bilder auf das Medienblatt 49, sondern unterstützt auch den Transport des Medienblattes 49 durch den Walzenspalt. Das Transfixierelement 12 dreht weiter, um den Transfixierprozess für die zuvor auf die Beschichtung und das Tuch 21 aufgetragene Beschichtung fortzusetzen.
Wie oben dargestellt und beschrieben, empfängt das Transferelement 12 des Bildaufnahmeelements anfänglich das Tintenstrahlbild. Nach dem Trocknen der Druckfarbe gibt das Transferelement 12 das Bild während eines Transferschrittes auf das Enddrucksubstrat in den Walzenspalt 18 frei. Der Transferschritt wird verbessert, wenn die Oberfläche 21 des Transferelements 12 eine relativ geringe Oberflächenenergie aufweist. Eine Oberfläche 21 mit geringer Oberflächenenergie arbeitet gegen die gewünschte Druckfarbenbenetzung (Verteilung) auf dem Transferelement 12. Unglücklicherweise liegen zwei miteinander in Konflikt stehende Anforderungen an die Oberfläche 21 des Transferelements 12 vor. Die erste verlangt, dass die Oberfläche eine hohe Oberflächenenergie aufweist, sodass die Druckfarbe sich verteilt und benetzt (d. h. nicht perlt). Die zweite verlangt, dass das Druckfarbenbild nach dem Trocknen eine minimale Anziehungskraft auf die Oberfläche 21 des Transferelements 12 aufweist, um die maximale Transfereffizienz (Ziel ist 100 %) zu erhalten, was am besten durch Minimieren der Oberflächenenergie der Oberfläche 21 erreicht wird.
In den Transfixierprozessen, wie in 1 dargestellt, wird eine wässrige Druckfarbe bei Raumtemperatur (d. h. 20 bis 27 ºC) auf die Oberfläche des Transferelements 12 gestrahlt, das auch als Tuch bezeichnet wird. Nach dem Aufstrahlen bewegt sich das Transferelement 12 zu einem Erwärmungsbereich 136, in dem die Druckfarbe getrocknet wird und dann das trockene Bild auf ein Aufzeichnungsmedium 49 in den Transfixierwalzenspalt 19 transfixiert wird. Das Transferelement 12 wird auch als Zwischenmedien, Tuch, zwischengeschaltetes Transferelement und Abbildungselement bezeichnet.
Das Transferelement 12 kann jede geeignete Konfiguration aufweisen. Beispiele von geeigneten Konfigurationen schließen ein Blatt, einen Film, eine Bahn, eine Folie, einen Streifen, eine Spule, einen Zylinder, eine Trommel, ein Endlosband, eine runde Scheibe, einen Drelt (Kreuzung aus Trommel und Band), ein Band mit einem Endlosband, ein flexibles Endlosnahtband und ein endloses, flexibles Nahtabbildungsband ein. Das Transferelement 12 kann eine Einzelschicht oder Mehrfachschicht sein.
Hierin offenbart wird ein Transferelement oder Tuch, das einen Materialverbundstoff aufweist, der ein elektrogesponnenes Vliesfasernetzwerk mit einem Polymer und wärmeleitfähigen Füllstoffen, die entlang des Fasernetzwerks verteilt sind, aufweist. Die Transferelementoberfläche weist aufgrund der Differenz der Oberflächenenergie zwischen dem elektrogesponnenen Fasermaterial und dem Füllstoffpolymer unterschiedliche Oberflächenenergien auf. Als Resultat weist die Tuchoberfläche gut definierte untere und obere Oberflächenenergiedomänen auf, um eine Doppelfunktion zum Benetzen von wässriger Druckfarbe und den Transfer von getrockneter Druckfarbe auf das Substrat bereitzustellen.
Das elektrogesponnene Fasernetzwerk stellt eine gut definiertes Substrat bereit, das zum Schaffen der variablen Oberflächenenergiedomäne verwendet wird. Das elektrogesponnene Fasernetzwerk dient als Templat oder Abstützung für die gut verteilten wärmeleitfähigen Füllstoffe. Die ausgerichteten leitfähigen Füllstoffe stellen Wärmeleitfähigkeit bei geringen Schwellenwertladungen bereit. Außerdem ermöglicht das elektrogesponnene Fasertemplat die gleichmäßige Verteilung der wärmeleitfähigen Füllstoffe in der Beschichtungsschicht, ohne die Dispersion für verschiedene Füllpolymermatrices neu formulieren zu müssen.
Der Verbundstoff aus dem elektrogesponnenen Gewebe wird mit Polymeren und wärmeleitfähigen Additiven gefüllt. Der Verbundstoff weist unterschiedliche Oberflächenenergien auf. Das elektrogesponnene Fasermaterial und Füllpolymer weisen unterschiedliche Oberflächenenergien auf und erzeugen unterschiedliche Domänen auf der Oberfläche. In Ausführungsformen ist das elektrogesponnene Fasermaterial wasserannehmend und das Füllpolymer wasserabweisend. In Ausführungsformen ist das elektrogesponnene Fasermaterial wasserabweisend und das Füllpolymer wasserannehmend.
In Ausführungsformen weisen die Oberflächenbereichsdomänen Oberflächenenergien von über 30 mJ/m² oder von etwa 30 mJ/m² bis etwa 60 mJ/m² oder von etwa 30 mJ/m² bis etwa 40 mJ/m² oder von etwa 35 mJ/m² bis etwa 40 mJ/m² auf.
In Ausführungsformen weisen die Oberflächenbereichsdomänen Oberflächenenergien von unter 30 mJ/m² oder von etwa 29 mJ/m² bis etwa 15 mJ/m² oder von etwa 25 mJ/m² bis etwa 20 mJ/m² auf.
In Ausführungsformen beträgt die Differenz zwischen den höheren Oberflächenbereichsdomänen und den niedrigeren Oberflächenbereichsdomänen etwa 30 mJ/m² bis etwa 5 mJ/m², oder von etwa 25 mJ/m² bis etwa 10 mJ/m² oder von etwa 20 mJ/m² bis etwa 10 mJ/m².
In Ausführungsformen stellt das elektrogesponnene Fasermaterial etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent des Tuchs. In Ausführungsformen stellt das elektrogesponnene Fasermaterial von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent des Tuchs, oder von etwa 30 Gewichtsprozent bis etwa 75 Gewichtsprozent des Tuchs.
In Ausführungsformen stellt das Polymer etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent des Tuchs. In Ausführungsformen stellt das Polymer von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent des Tuchs, oder von etwa 30 Gewichtsprozent bis etwa 75 Gewichtsprozent des Tuchs.
In Ausführungsformen stellen die leitfähigen Teilchen etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent des Tuchs. In Ausführungsformen stellen die leitfähigen Teilchen von etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent des Tuchs, oder von etwa 3 Gewichtsprozent bis etwa 15 Gewichtsprozent des Tuchs.
Die wärmeleitfähigen Füllstoffe sind entlang des elektrogesponnenen Fasernetzwerks verteilt. Das elektrogesponnene Fasernetzwerk dient als Templat für das wärmeleitfähige Additiv und das elektrogesponnene Fasernetzwerk verstärkt das Tuch. Das elektrogesponnene Fasertemplat ermöglicht die gleichmäßige Verteilung von Graphennanoteilchen oder anderen leitfähigen Teilchen in der Beschichtungsschicht, wodurch der Bedarf an einer separaten Dispersion mit den gewünschten Füllpolymeren beseitigt wird.
Hierin beschrieben wird ein Tuchmaterial, das effektiv Druckfarbe auf das Substrat benetzen und übertragen kann. Dieses Verbundtuchmaterial kann durch Elektrospinnen einer Fasermatte auf ein Tuchsubstrat gefolgt vom Füllen einer Dispersion aus wärmeleitfähigem Füllstoff erfolgen. Nach dem Entfernen der Dispersionsflüssigkeit wird eine Polymerlösung in die Fasermatte durch Verlaufsbeschichten oder Tauchbeschichten beschichtet. Nach dem Abtrocknen des Lösemittels weist das resultierende Material die leitfähigen Teilchen entlang der Fasernetzwerke verteilt auf und das Polymer ist in die Fasermatte gefüllt, wie in 2 zu sehen ist. Das wärmeleitfähige Additiv 201 ist entlang der Polymerfasern 202 der elektrogesponnenen Vliesmatte verteilt. Das Polymer 203 ist über die gesamte elektrogesponnene Vliesmatte verteilt. In Ausführungsformen kann das leitfähige Additiv durch koaxiales Elektrospinnen mit einer Füllstoffdispersion in dem Kernkanal und der Polymerlösung in dem Kernkanal in die Faser aufgenommen werden. Als Ergebnis wird der Füllstoff entlang des Fasernetzwerks abgeschieden.
Je nach den für die Polymerfasern und Polymer ausgewählten Materialien werden variable Oberflächenenergiedomänen auf der Beschichtung erzeugt. Je nach Gestaltung wird, wenn das Fasermaterial mit hoher Oberflächenenergie ausgewählt wird, das Material mit geringer Oberflächenenergie für das Füllpolymer ausgewählt, und umgekehrt.
Beispiele für Materialien mit hoher Oberflächenenergie schließen Polyurethan, Polyamide, Polyimide, Polyester, Polyharnstoff, Polyether und dergleichen ein.
Beispiele für Materialien mit niedriger Oberflächenenergie schließen Fluorpolymere, Polysiloxan, Fluorsilikon, Organosiloxan und ihre fluorierten Derivate ein.
Beispiele von wärmeleitfähigen Additiven schließen kohlenstoffbasierte Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren, Kohlefasern, Ruß-Schwarz, Graphen, Grafit; anorganische Materialien wie Aluminiumoxidteilchen, Bornitrid-Nanoteilchen und Nanoröhrchen, Siliciumdioxidcarbide, Aluminiumnitrid und Zinkoxidteilchen; metallbasierte Materialien wie Silber, Kupfer und Nickel ein.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Tuchs, das hierin offenbart wird, beinhaltet ein Elektrospinnverfahren zum Herstellen von Vliesfasermatten mit Hochleistungspolymeren. Ein Verlaufsbeschichtungsverfahren wird zum Füllen in die Fasermatte mit wärmeleitfähiger Füllstoffdispersion verwendet und dann eine gewünschte Polymerlösung beschichtet und ausgehärtet. Durch Auswählen der angemessenen Faser- und Füllstoffpolymermaterialien wird das Tuch mit variabler Oberflächenenergie hergestellt.
Vliesstoffe werden grob als Blatt- oder Gewebestrukturen definiert, die durch Verwickeln von Fasern oder Fäden (und durch Perforieren von Filmen) mechanisch, thermisch oder chemisch verbunden werden. Dies schließt flache, poröse Blätter ein, die direkt aus separaten Fasern oder geschmolzenem Kunststoff oder Plastikfolie hergestellt werden. Sie werden nicht durch Weben oder Stricken hergestellt und erfordern keine Umwandlung der Fasern zu Garn.
Das Elektrospinnen verwendet eine elektrische Ladung zum Ziehen sehr feiner (typischerweise im Mikro- oder Nanobereich) Fasern aus einer Flüssigkeit. Die Ladung wird von einer Spannungsquelle bereitgestellt. Der Prozess erfordert keinen Einsatz von Koagulationschemie oder hohen Temperaturen zum Erzeugen von festen Fäden aus einer Lösung. Auf diese Weise eignet sich das Verfahren besonders für die Herstellung von Fasern unter Verwendung von großen und komplexen Molekülen wie Polymeren. Wenn eine ausreichend hohe Spannung an einen Flüssigkeitstropfen angelegt wird, wird der Körper der Flüssigkeit aufgeladen, die elektrostatische Abstoßung wirkt gegen die Oberflächenspannung, und der Tropfen streckt sich. Bei einem kritischen Punkt bricht eine Flüssigkeitsströmung aus der Oberfläche aus. Dieser Ausbruchspunkt wird auch als Taylor-Kegel bezeichnet. Wenn die molekulare Kohäsion der Flüssigkeit ausreichend hoch ist, findet kein Ausbrechen der Flüssigkeit statt und es wird ein geladener Flüssigkeitsstrahl gebildet.
Das Elektrospinnen liefert ein einfaches und vielseitiges Verfahren zum Erzeugen von ultradünnen Fasern aus mehreren Polymeren. Bisher wurden die mehreren Polymere mit mehreren Funktionsbereichen als Nanofasern elektrogesponnen. Beim Elektrospinnen wird eine Festfaser als elektrifizierter Strahl erzeugt (bestehend aus einer hoch viskosen Polymerlösung mit einem Viskositätsbereich von etwa 1 bis etwa 400 Centipoise, oder von etwa 5 bis etwa 300 Centipoise, oder von etwa 10 bis etwa 250 Centipoise) und aufgrund der elektrostatischen Abstoßung zwischen den Oberflächenladungen und der Verdampfung des Lösemittels durchgehend gestreckt. Geeignete Lösemittel schließen Dimethylformamid, Dimethylacetamid, 1-Methyl-2-pyrrolidon, Tetrahydrofuran, ein Keton wie Aceton, Methylethylketon, Dichloromethan, ein Alkohol wie Ethanol, Isopropylalkohol, Wasser und Mischungen davon ein. Der Gewichtsanteil des Polymers in der Lösung liegt in Bereichen von etwa 1 Prozent bis etwa 60 Prozent, oder von etwa 5 Prozent bis etwa 55 Prozent, von etwa 10 Prozent bis etwa 50 Prozent.
In Ausführungsformen ist der Kern mit Hülle für die Vliesmatrixschicht geeignet.
In Ausführungsformen können die elektrogesponnenen Fasern einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 50 µm aufweisen, oder in dem Bereich von etwa 50 nm bis etwa 20 µm oder in dem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 µm. In Ausführungsformen können die elektrogesponnenen Fasern ein Aspektverhältnis in dem Bereich von etwa 100 oder höher aufweisen, oder von etwa 100 nm bis etwa 1000 oder in dem Bereich von etwa 100 bis etwa 10.000 oder in dem Bereich von etwa 100 bis etwa 100.000 aufweisen. In Ausführungsformen können die Vliesstoffe Vliesnanogewebe sein, die von elektrogesponnenen Nanofasern mit mindestens einer Dimension gebildet werden, z. B. einer Breite oder Durchmesser von weniger als etwa 1000 nm, z. B. in dem Bereich von etwa 5 nm bis etwa 500 nm oder von 10 nm bis etwa 100 nm. In Ausführungsformen umfassen die Vliesfasern etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent der Trennschicht. In Ausführungsformen umfassen die Vliesfasern von etwa 15 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent oder von etwa 20 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent der Trennschicht.
In einer Ausführungsform kann eine Kernhülsen-Polymerfaser durch koaxiales Elektrospinnen des Polymerkerns und der Polymerhülse zum Bilden einer Vlies-Kernhülsen-Polymerfaserschicht hergestellt werden.
Die Fixierdeckschicht wird durch Abscheiden der Polymerfasern auf eine Zwischenschicht aus einem Fixiersubstrat über ein Elektrospinnverfahren hergestellt. Das Elektrospinnen verwendet eine elektrische Ladung zum Ziehen sehr feiner (typischerweise im Mikro- oder Nanobereich) Fasern aus einer Flüssigkeit. Die Ladung wird von einer Spannungsquelle bereitgestellt. Der Prozess erfordert keinen Einsatz von Koagulationschemie oder hohen Temperaturen zum Erzeugen von festen Fäden aus einer Lösung. Auf diese Weise eignet sich das Verfahren besonders für die Herstellung von Fasern unter Verwendung von großen und komplexen Molekülen wie Polymeren. Wenn eine ausreichend hohe Spannung an einen Flüssigkeitstropfen angelegt wird, wird der Körper der Flüssigkeit aufgeladen, die elektrostatische Abstoßung wirkt gegen die Oberflächenspannung, und der Tropfen streckt sich. Bei einem kritischen Punkt bricht eine Flüssigkeitsströmung aus der Oberfläche aus. Dieser Ausbruchspunkt wird auch als Taylor-Kegel bezeichnet. Wenn die molekulare Kohäsion der Flüssigkeit ausreichend hoch ist, findet kein Ausbrechen der Flüssigkeit statt und es wird ein geladener Flüssigkeitsstrahl gebildet.
Nach dem Bereitstellen der Vliesfasern auf dem Substrat, werden die leitfähigen Teilchen wie Graphenteilchen entlang der Fasern einheitlich durch Beschichten einer leitfähigen Teilchendispersion und Entfernen des Lösemittels abgeschieden.
In Ausführungsformen können die Graphenteilchen in der Dispersion eingesetzt werden. In einer Ausführungsform können die Graphenteilchen Graphen, Graphenplättchen und Mischungen davon einschließen. Graphenteilchen weisen eine Breite von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 10 Mikrometer auf. In Ausführungsformen kann die Breite von etwa 1 Mikrometer bis etwa 8 Mikrometer oder von etwa 2 Mikrometer bis etwa 5 Mikrometer betragen. Graphenteilchen weisen eine Dicke von etwa 1 Nanometer bis etwa 50 Nanometer auf. In Ausführungsformen kann die Dicke von etwa 2 Nanometer bis etwa 8 Nanometer oder von etwa 3 Nanometer bis etwa 6 Nanometer betragen. In einer Ausführungsform können die Graphenteilchen einen relativ großen Oberflächenbereich pro Einheit aufweisen, wie z. B. etwa 120 bis 150 m²/g. Solche graphenhaltigen Teilchen sind im Stand der Technik wohl bekannt.
Die leitfähigen Teilchen sind in einem Lösemittel dispergiert, das Wasser und jedes beliebige Lösemittel, Toluol, Hexan, Cyclohexan, Heptan, Tetrahydrofuran, Ketone wie Methylethylketon, Methylisobutylketon, Cyclohexanon, N-Methylpyrrolidon (NMP); Amide wie Dimethylformamid (DMF); N,N'-Dimethylacetamid (DMAC), Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid; Alkohole, Ether, Ester, Kohlenwasserstoffe, Chlorkohlenwasserstoffe und Mischungen von beliebigen der oben genannten einschließen kann. Der Feststoffgehalt der Dispersion von leitfähigen Teilchen beträgt von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 10 Gewichtsprozent oder in Ausführungsformen von etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent und von etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent.
Die leitfähige Dispersion kann ferner ein Stabilisierungsmittel umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus nichtionischen Tensiden, ionischen Tensiden, Polysäuren, Polyaminen, Polyelektrolyten und leitfähigen Polymeren. Spezifischer enthält das Stabilisierungsmittel Polyacrylsäure, Copolymer von Polyacrylsäure, Polyallylamin, Polyethylenimin, Polydiallyldimethylammoniumchlorid), Poly(Allylamin-Hydrochlorid), Poly(3,4-Ehtylendioxythiophen), Poly(3,4-Ethylendioxythiophen) Komplexe mit einer Polymersäure, Nafion (ein sulfoniertes Tetrafluorethylen), Gummi Arabikum und/oder Chitosan. Die Menge an Stabilisierungsmittel in der leitfähigen Dispersionsformulierung liegt in dem Bereich von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 200 Gewichtsprozent der leitfähigen Teilchen, oder von etwa 0,5 bis etwa 100 Gewichtsprozent der leitfähigen Teilchen oder von etwa 1 bis etwa 50 Gewichtsprozent der leitfähigen Teilchen.
Eine Polymerbeschichtung wird über den elektrogesponnenen Fasern mit den abgeschiedenen leitfähigen Teilchen bereitgestellt. Die Polymerbeschichtungszusammensetzung kann ein effektives Lösemittel enthalten, um das Polymer, das einem Durchschnittsfachmann bekannt ist, zu dispergieren.
Die Kontaktwinkelmessungen sind eine effektive Art, um eine Transfertuchoberfläche zu kennzeichnen, da die Metrik dabei hilft, aufzuzeigen, wie die wässrige Druckfarbe die Oberfläche benetzen und die Übertragung auf eine andere Oberfläche durchführen wird, wobei in Ausführungsformen der Kontaktwinkel der Druckfarbe auf das Zwischentuch von etwa 25º bis etwa 40º oder von etwa 29º bis etwa 36º oder von etwa 30º bis etwa 35º beträgt.
Insgesamt ist der Härtegrad des Einzel- oder Mehrschichttuchs wichtig, weil die zunehmend anpassungsfähige Natur des Tuchs den Druck auf einzelne oder lokalisierte Druckfarbenbereiche verbessern kann, wodurch die Transfereffizienz mit mehr Kontakt zwischen Papier und Druckfarbe in dem Transferwalzenspalt erhöht wird.
In Ausführungsformen kann das Transferelement 12 eine Dicke von etwa 20 Mikrometer bis etwa 5 mm aufweisen, oder in dem Bereich von etwa 100 Mikrometer bis etwa 4 mm oder in dem Bereich von etwa 500 Mikrometer bis etwa 3 mm.
Die Druckfarbenzusammensetzungen, die mit den vorliegenden Ausführungsformen verwendet werden können, sind wässrig dispergierte Polymer- oder Latexdruckfarben. Solche Druckfarben sind wünschenswert in ihrer Verwendung, weil es sich um wasserbasierte Druckfarben handelt, denen nachgesagt wird, dass sie fast den gleichen Beständigkeitsgrad aufweisen wie Lösemitteldruckfarben. Allgemein umfassen diese Druckfarben eines oder mehrere in Wasser dispergierte Polymere. Die hierin offenbarten Druckfarben können auch einen Farbstoff enthalten. Der Farbstoff kann ein Färbemittel, ein Pigment oder eine Mischung davon sein. Beispiele für geeignete Färbemittel sind anionische Färbemittel, kationische Färbemittel, nichtionische Färbemittel, zwitterionische Färbemittel und dergleichen. Beispiele für geeignete Färbemittel schließen Lebensmittelfarbstoffe, wie Food Black 1, Food Black 2, Food Red 40, Food Blue 1, Food Yellow 7 und dergleichen ein, FD- und C-Farbstoffe, Acid Black-Farbstoffe (Nr.1, 7, 9, 24, 26, 48, 52, 58, 60, 61, 63, 92, 107, 109, 118, 119, 131, 140, 155, 156, 172, 194 und dergleichen), Acid Red-Farbstoffe (Nr. 1, 8, 32, 35, 37, 52, 57, 92, 115, 119, 154, 249, 254, 256 und dergleichen), Acid Blue-Farbstoffe (Nr. 1, 7, 9, 25, 40, 45, 62, 78, 80, 92, 102, 104, 113, 117, 127, 158, 175, 183, 193, 209 und dergleichen), Acid Yellow-Farbstoffe (Nr. 3, 7, 17, 19, 23, 25, 29, 38, 42, 49, 59, 61, 72, 73, 114, 128, 151 und dergleichen), Direct Black-Farbstoffe (Nr. 4, 14, 17, 22, 27, 38, 51, 112, 117, 154, 168 und dergleichen), Direct Blue-Farbstoffe (Nr. 1, 6, 8, 14, 15, 25, 71, 76, 78, 80, 86, 90, 106, 108, 123, 163, 165, 199, 226 und dergleichen), Direct Red-Farbstoffe (Nr. 1, 2, 16, 23, 24, 28, 39, 62, 72, 236 und dergleichen), Direct Yellow Farbstoffe (Nr. 4, 11, 12, 27, 28, 33, 34, 39, 50, 58, 86, 100, 106, 107, 118, 127, 132, 142, 157 und dergleichen), reaktive Färbemittel wie beispielsweise Reactive Red-Farbstoffe (Nr. 4, 31, 56, 180 und dergleichen), Reactive Black-Farbstoffe (Nr. 31 und dergleichen), Reactive Yellow-Farbstoffe (Nr. 37 und dergleichen); Anthrachinon-Farbstoffe, Monoazo-Farbstoffe, Disazo-Farbstoffe, Phthalocyanin-Derivate, einschließlich verschiedener Phthalocyanin-Sulfonatsalze, Aza(18)annulene, Formazan-Kupfer-Komplexe, Triphenodioxazine und dergleichen ein, sowie Mischungen davon. Das Färbemittel kann in der Druckfarbenzusammensetzung in jeder gewünschten oder effektiven Menge vorliegen, in einer Ausführungsform zwischen etwa 0,05 bis etwa 15 Gewichtsprozent der Druckfarbe, in einer anderen Ausführungsform von etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsprozent der Druckfarbe und in einer noch anderen Ausführungsform von etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent, obschon die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Beispiele für geeignete Pigmente schließen schwarze Pigmente, weiße Pigmente, Cyan-Pigmente, Magentapigmente, Gelbpigmente oder dergleichen ein. Ferner können Pigmente organische oder anorganische Teilchen sein. Geeignete anorganische Pigmente schließen z. B. Ruß-Schwarz ein. Jedoch können andere anorganische Pigmente geeignet sein, wie Titanoxid, Kobaltblau (CoO-Al₂O₃), Chromgelb (PbCrO₄) und Eisenoxid. Geeignete organische Pigmente sind beispielsweise Azo-Pigmente, einschließlich Diazo-Pigmente und Monoazo-Pigmente, polyzyklische Pigmente (z. B. Phthalocyanin-Pigmente wie Phthalocyaninblau und Phthalocyaningrün), Perylen-Pigmente, Perinon-Pigmente, Anthrachinon-Pigmente, Chinacridon-Pigmente, Dioxazin-Pigmente, Thioindigo-Pigmente, Isoindolinon-Pigmente, Pyranthron-Pigmente und Chinophthalon-Pigmente), unlösliche Farbstoffchelate (z. B. basische Farbstoffchelate und saure Farbstoffchelate), Nitro-Pigmente, Nitroso-Pigmente, Anthanthron-Pigmente wie PR168 und dergleichen. Repräsentative Beispiele von Phthalocyanin-Blau und -Grün sind Kupfer-Phthalocyanin-Blau, Kupfer-Phthalocyanin-Grün und deren Derivate (Pigment Blue 15, Pigment Green 7 und Pigment Green 36). Repräsentative Beispiele für Chinacridone sind Pigment Orange 48, Pigment Orange 49, Pigment Red 122, Pigment Red 192, Pigment Red 202, Pigment Red 206, Pigment Red 207, Pigment Red 209, Pigment Violet 19 und Pigment Violett 42. Repräsentative Beispiele für Anthrachinone sind Pigment Red 43, Pigment Red 194, Pigment Red 177, Pigment Red 216 und Pigment Red 226. Repräsentative Beispiele für Perylene sind Pigment Red 123, Pigment Red 149, Pigment Red 179, Pigment Red 190, Pigment Red 189 und Pigment Red 224. Repräsentative Beispiele für Thioindigoide sind Pigment Red 86, Pigment Red 87, Pigment Red 88, Pigment Red 181, Pigment Red 198, Pigment Violet 36 und Pigment Violet 38. Repräsentative Beispiele für heterozyklisches Gelb sind Pigment Yellow 1, Pigment Yellow 3, Pigment Yellow 12, Pigment Yellow 13, Pigment Yellow 14, Pigment Yellow 17, Pigment Yellow 65, Pigment Yellow 73, Pigment Yellow 74, Pigment Yellow 90, Pigment Yellow 110, Pigment Yellow 117, Pigment Yellow 120, Pigment Yellow 128, Pigment Yellow 138, Pigment Yellow 150, Pigment Yellow 151, Pigment Yellow 155 und Pigment Yellow 213. Solche Pigmente sind entweder als Pulver oder in Presskuchenform von mehreren Anbietern erhältlich, wie BASF Corporation, Engelhard Corporation und Sun Chemical Corporation. Beispiele für schwarze Pigmente, die verwendet werden können, sind Kohlenstoffpigmente. Das Kohlenstoffpigment kann fast jedes handelsübliche Kohlenstoffpigment sein, das eine annehmbare optische Dichte und Druckeigenschaften bereitstellt. Kohlenstoffpigmente, die zur Verwendung in dem vorliegenden System und Verfahren geeignet sind, sind Ruß, Graphit, glasiger Kohlenstoff, Holzkohle und Kombinationen davon, aber nicht darauf beschränkt. Solche Kohlenstoffpigmente können mit einer Vielzahl bekannter Verfahren hergestellt werden, wie einem Kanalverfahren, einem Kontaktverfahren, einem Ofenverfahren, einem Acetylen-Verfahren oder einem thermischen Verfahren, und sind im Handel von Anbietern wie Cabot Corporation, Columbian Chemicals Company, Evonik und E.I. DuPont de Nemours and Company erhältlich. Geeignete Rußpigmente sind Cabot-Pigmente wie MONARCH 1400 MONARCH 1300 MONARCH 1100 MONARCH 1000 MONARCH 900, 880 MONARCH, MONARCH 800, 700 MONARCH, CAB-O-JET 200, CAB-O-JET 300, REGAL, BLACK PEARLS, ELFTEX, MOGUL und VULCAN-Pigmente; Columbian-Pigmente wie RAVEN 5000 und Raven 3500; Evonik-Pigmente wie Color Black FW 200, FW 2, FW 2 V, FW 1, FW 18, FW S160, S170 FW, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A, Special Black 4, PRINTEX U, PRINTEX 140U, PRINTEX V und PRINTEX140V, aber nicht darauf beschränkt. Die obige Liste von Pigmenten beinhaltet unmodifizierte Pigmentteilchen, kleine molekülgebunde Pigmentteilchen und polymerdispergierte Pigmentteilchen. Es können auch andere Pigmente gewählt werden, sowie deren Mischungen. Die Pigmentteilchengröße ist so klein wie möglich, um eine stabile Kolloidalsuspension der Teilchen in dem flüssigen Trägerstoff zu ermöglichen und ein Verstopfen der Druckfarbenkanäle zu verhindern, wenn die Druckfarbe in einem Wärmetintenstrahldrucker oder einem piezoelektrischen Tintenstrahldrucker verwendet wird.
Spezifische Ausführungsformen werden nun im Detail beschrieben. Diese Beispiele sollen darstellend sein und sind nicht auf Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter beschränkt, die in diesen Ausführungsformen vorgestellt sind. Alle Teile sind Prozentangaben des Feststoffgewichts, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
BEISPIELE
Das Tuch wird mithilfe des folgenden Ablaufs hergestellt.
HERSTELLUNG EINER ELEKTROGESPONNEN VLIESMATTE
Eine Lösung Polyurethan in Methylethylketon (MEK) wird in eine Spritze gezogen, die in einer Spritzenpumpe montiert wird. Etwa 20 kv werden an der Spinndüse abgeschieden. Fasern mit etwa 1 µm Durchmesser werden erzeugt und auf ein silikonbeschichtetes Polyimidsubstrat beschichtet. Die so gesponnene Fasermatte setzt sich bei Raumtemperatur über Nacht und wird dann bei etwa 130 °C 30 min lang wärmebehandelt, um die Vliesfasermatte zu bilden.
HERSTELLUNG DER TUCHOBERFLÄCHENBESCHICHTUNG
Eine wässrige Dispersion aus Fluorkunststoffharz (z. B. FEP) wird auf der elektrogesponnenen Vliesfasermatte flutbeschichtet. Die Spezifikationen der Beschichtungsbedingungen sind wie folgt: Durchflussrate beträgt 1,8 ml/min; Walzen-U/min beträgt 123; Beschichtungsgeschwindigkeit beträgt 2 mm/Sek; und die Schneiden-Y-Achsen-Position beträgt 59 mm. Die resultierende Beschichtung wird in einem Ofen bei 250 °C für 30 min zum Bilden einer einheitlichen Oberflächenbeschichtung mit einer mit FEP gefüllten Polyurethanfasermatte beschichtet.
Man wird zu schätzen wissen, dass Varianten der oben offenbarten sowie andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon zu anderen unterschiedlichen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Der Fachmann kann später verschiedene, derzeit unvorhergesehene oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen darin vornehmen, welche von den folgenden Ansprüchen eingeschlossen werden.

Claims

Transferelement zur Verwendung in wässrigen Tintenstrahldruckern, wobei das Transferelement umfasst: eine Vlies-Polymerfasermatrix; ein in der gesamten Vlies-Polymerfasermatrix dispergiertes Polymer, wobei die Polymerfasermatrix eine erste Oberflächenenergie und das Polymer eine zweite Oberflächenenergie aufweisen, wobei die Differenz zwischen der ersten Oberflächenenergie und der zweiten Oberflächenenergie etwa 30 mJ/m² bis etwa 5 mJ/m² beträgt.
Transferelement nach Anspruch 1, wobei das Polymer etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent des Transferelements umfasst.
Transferelement nach Anspruch 1, wobei die Vlies-Polymerfasermatrix etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent des Transferelements umfasst.
Transferelement nach Anspruch 1, wobei das Transferelement ferner leitfähige Teilchen umfasst, die gleichmäßig über die Polymerfasern der Vlies-Polymermatrix verteilt sind.
Transferelement nach Anspruch 4, wobei die leitfähigen Teilchen etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent des Transferelements umfassen.
Transferelement zur Verwendung in einem wässrigen Tintenstrahldrucker, wobei das Transferelement umfasst: eine Vlies-Polymerfasermatrix; ein in der gesamten Vlies-Polymerfasermatrix dispergiertes Polymer und leitfähige Teilchen, die gleichmäßig entlang der Fasern der Vlies-Polymermatrix verteilt sind; wobei die Polymerfasermatrix eine erste Oberflächenenergie und das Polymer eine zweite Oberflächenenergie aufweisen, wobei die Differenz zwischen der ersten Oberflächenenergie und der zweiten Oberflächenenergie etwa 30 mJ/m² bis etwa 5 mJ/m² beträgt.
Transferelement nach Anspruch 6, wobei das Polymer etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent des Transferelements umfasst.
Transferelement nach Anspruch 6, wobei die Vlies-Polymerfasermatrix etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent des Transferelements umfasst.
Transferelement nach Anspruch 6, wobei die leitfähigen Teilchen etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent des Transferelements umfassen.
Transferelement nach Anspruch 6, wobei die leitfähigen Teilchen Graphennanoteilchen umfassen.