DE19926459A1 - Wärmeaufzeichnungselement - Google Patents

Abstract

Thermisches Aufzeichnungselement, bestehend aus einem Träger, der darauf eine Aufzeichnungsschicht aufweist, welche in einem hydrophilen Bindemittel dispergierte hohle sphärische Perlen umfaßt, wobei die Perlen einen mittleren Durchmesser von 0,2 mum bis 1,5 mum und ein Hohlraumvolumen von 40% bis 90% aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft Wärmeaufzeichnungselemente bzw. thermische Aufzeichnungselemente und genauer gesagt solche Elemente, die Hohlperlen in einem polymeren Bindemittel enthalten, zur Erzeugung sichtbarer kontinuierlicher Farbtonbilder in einem Ein-Blatt-Verfahren.

In den letzten Jahren sind Thermotransfer-Systeme entwickelt worden, um Ausdrucke von Bildern zu erhalten, welche elektronisch aus einer Farbvideokamera erzeugt worden sind. Gemäß einem Weg zum Erhalt solcher Drucke wird ein elektonisches Bild zuerst einer Farbtrennung durch Farbfilter unterzogen. Die jeweiligen Farb-separierten Bilder werden dann in elektrische Signale umgewandelt. An diesen Signalen wird dann operiert, um elektrische Cyan-, Magenta- und Gelb-Signale zu erzeugen. Diese Signale werden dann an einen Thermodrucker übermittelt. Um den Ausdruck zu erhalten, wird ein Cyan-, Magenta- oder Gelb-Farbstoff-Donorelement entgegengesetzt zu einem Farbstoff-empfangenden Element angeordnet. Die zwei werden dann zwischen einen Thermodruckkopf und eine Platten- Laufrolle eingeführt. Ein Thermodruckkopf vom Zeilentyp wird angewandt, um Wärme von der Rückseite des Farbstoffdonorblatts aus aufzubringen. Der Thermodruckkopf besitzt viele Heizelemente und wird sequentiell in Antwort auf eines der Cyan-, Magenta- oder Gelb- Signale aufgewärmt. Das Verfahren wird danach für die zwei anderen Farben wiederholt. So wird ein Farb-Ausdruck ("Hardcopy") erhalten, welcher dem auf einem Schirm betrachteten Originalbild entspricht. Weitere Details dieses Verfahrens und eine Vorrichtung zu seiner Ausführung sind im U.S.-Patent 4 621 271 enthalten, dessen Offenbarung hierin durch den Bezug darauf einbezogen ist.

Ein anderer Weg zur Erzeugung eines Bildes in einem Wärme-Aufzeichnungsverfahren besteht darin, ein direktes Wärmeaufzeichnungselement zu verwenden, das ein Material enthält, welches bei Erwärmung mit einem Thermokopf ein sichtbares Bild erzeugt. In diesem Verfahren gibt es keine Übertragung von Farbstoff auf ein separates empfangendes Element.

Das U.S.-Patent 4 929 590 betraf ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial, das eine wärmeempfindliche Färbeschicht und eine Unterschichtungs-Schicht auf einem Träger enthielt. Die Unterschichtungs-Schicht enthält sphärische hohle Teilchen (0,20-1,5 µm, und ein Hohlraumanteil von 40-90%, und Glasübergangstemperatur von 40-90°C) in einem Bindemittelharz. Die Unterschichtungs-Schicht dient als Wärmeisolationsschicht, welche die effektive Verwendung von Wärmenergie, vorgesehen durch einen Thermodruckkopf, zur Verbesserung der Wärme-Farbempfindlichkeit gestattet. Bei diesem Element besteht ein Problem dahingehend, daß es zwei verschiedene Schichten erfordert, um ein Bild zu erhalten, was zu den Kosten und der Komplexität des Elements beiträgt.

Das U.S.-Patent 2 739 909 betrifft ein wärmeempfindliches Aufzeichnungspapier durch Über­ beschichten von schwarz-gefärbtem Papier mit einem kontinuierlichen thermoplastischen Harzmaterial, enthaltend mikroskopische Hohlräume, die über das gesamte Harz hinweg verteilt sind. Die Überzugsschicht ist undurchsichtig, wird aber durch die lokalisierte Wirkung einer Schreibspitze transparent, welche entweder Wärme oder Druck oder beides anwendet, um die schwarze Farbe des Trägers offenzulegen. Bei diesem Element besteht ein Problem dahingehend, daß die Art zur Erzielung der Hohlräume kompliziert ist, was sorgfältig­ regulierte Trocknungsbedingungen von Emulsionen beinhaltet.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Wärmeaufzeichnungselement zur Verfügung zu stellen, das eine einfachere und kostengünstigere Struktur hat, als diejenigen des Stands der Technik. Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, ein Wärmeaufzeichnungselement vorzusehen, das keine komplizierten und sorgfältig-regulierten Trocknungsbedingungen von Emulsionen beinhaltet.

Diese und andere Ziele werden gemäß dieser Erfindung erreicht, die ein Wärmeaufzeichnungs­ element betrifft, das aus einem Träger besteht, der darauf eine undurchsichtige Aufzeichnungs­ schicht aufweist, umfassend in einem hydrophilen Bindemittel dispergierte sphärische hohle Perlen, wobei die Perlen einen mittleren Durchmesser von 0,2 µm bis 1,5 µm und ein Hohlraumvolumen von 40% bis 90% aufweisen.

Das Aufzeichnungselement erscheint wegen der heterogenen physikalischen Struktur der Aufzeichnungsschicht, welche mit Luft gefüllte Hohlräume innerhalb der hohlen Perlen enthält, bei Aufbeschichtung undurchsichtig. Durch Anwenden von Wärme und Druck durch einen Thermodruckkopf auf das Element erweichen die Hohlperlen, verschmelzen und geben die Luft in den Hohlräumen frei. Die resultierende Aufzeichnungsschicht wird dann transparent und enthüllt die Farbe des darunterliegenden Trägers, wodurch ein digitales, mit kontinuier­ licher Tönung versehenes Monochrom-Bild erzeugt wird.

Im Vergleich zu dem U.S.-Patent 2 739 909 nach dem Stand der Technik, das während des Beschichtungsvorganges gebildete mikroskopische Hohlräume verwendet, verwendet die vorliegende Erfindung die Hohlräume in hohlen sphärischen Perlen, welche eine angemessene Formstabilität besitzen. Die Größe der Teilchen und das Hohlraumvolumen können durch die Herstellung der polymeren hohlen Perlen reguliert werden. Am bedeutsamsten ist, daß der Beschichtungsvorgang sehr einfach für eine Massenproduktion handhabbar ist, und das Verhalten und die mikroskopische physikalische Struktur der Folie leicht vorhersagbar ist.

Die hohlen sphärischen Perlen, die in der Erfindung verwendet werden können, können aus Acrylester-Polymeren oder -Copolymeren hergestellt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Perlen aus einem Styrol-Acryl-Copolymer mit einer Glasübergangstemperatur von 60-110°C hergestellt, das im Handel von Rohm & Haas als "Ropaque® Hollow Sphere Pigments" erhältlich ist. Die hohlen Perlen können in einer Menge von 0,5 bis 5 g/m², vorzugsweise 1,5 bis 3,0 g/m², verwendet werden.

Jedwedes hydrophile Material kann als das Bindemittel in dem in der Erfindung angewandten Aufzeichnungselement verwendet werden. Zum Beispiel können Gelatine, ein Poly(ethylen­ oxid), ein Poly(vinylalkohol), eine Polyacrylsäure, ein Poly(vinylpyrrolidon), Polyvinylpyridin, Poly(hydroxyethylacrylat) oder Mischungen oder Copolymere davon verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bindemittel Gelatine oder Poly- (vinylalkohol). Das Bindemittel kann in einer Menge von 0,4 bis 3,0 g/m², vorzugsweise 0,5 bis 1,6 g/m², verwendet werden. Ein geeignetes Tensid, wie Olin 10G®, kann verwendet werden, falls gewünscht.

Jedwedes Material kann als der Träger für das Aufzeichnungselement der Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt daß es formstabil ist und der Wärme des Thermodruckkopfes wider­ stehen kann. Solche Materialien schließen Polyester, wie Poly(ethylenenaphthalat); Poly­ sulfone; Poly(ethylenterephthalat); Polyamide; Polycarbonate; Celluloseester, wie Cellulose­ acetat; Fluorpolymere, wie Poly(vinylidenfluorid) oder Poly(tetrafluorethylen-co-hexafluor­ propylen); Polyether, wie Polyoxymethylen; Polyacetale; Polyolefine, wie Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen oder Methylpentenpolymere; und Polyimide, wie Polyimidamide und Polyetherimide, ein. Der Träger besutzt im allgemeinen eine Dicke von 20 bis 200 µm. Er kann transparent, gefärbt oder undurchsichtig sein, wie ein mit Ruß oder Farbstoffen überzogener Träger.

Um einen schwarzen Träger herzustellen, kann eine Rußdispersion in einem organischen Lösemittel, wie 4-Methyl-2-pentanon, enthaltend Butvar® Poly(vinylacetal) als ein Bindemittel bei einer Auflagerung von z. B. 0,32-1,08 g/m² Ruß und 0,32-1,08 g/m² Butvar® Poly(vinyl­ acetal) autbeschichtet werden. Die die hohlen Perlen enthaltende Aufzeichnungsschicht kann entweder auf die gleiche Seite oder die entgegengesetzte Seite des Rußüberzugs aufbeschichtet werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Einfarbbildes, umfassend das bildweise Einwirken, mittels eines Thermodruckkopfes, in Abwesenheit eines separaten empfangenden Elements, des wie obenstehend beschriebenen Wärmeaufzeichnungselements, womit die Aufzeichnungsschicht bildweise erwärmt und dazu gebracht wird, transparent zu werden, wodurch ein Einfarbbild erzeugt wird.

Ein Thermodruckkopf kann verwendet werden, um die Wärmeaufzeichnungselemente der Erfindung einer Bildgebung zu unterziehen, wie ein solcher mit einer Heizspannung von 12-14 V und einer Heizgeschwindigkeit von 17 ms/Zeile für ein 640-Zeilen-Bild.

Die Aufzeichnungselemente dieser Erfindung können verwendet werden, um medizinische Bilder, reprographische Masken, Druckmasken etc. zu erhalten. Das erhaltene Bild kann ein Positiv- oder Negativ-Bild sein. Das Verfahren der Erfindung kann entweder kontinuierliche (Photographie-artige) oder Halbtonbilder erzeugen.

Die folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung der Erfindung vorgesehen.

Beispiel 1

Eine Dispersion wurde hergestellt, welche 6,67 g Ruß in 4-Methyl-2-pentanon mit Butvar-76® Poly(vinylacetal) als dem Bindemittel (8,30 Gew.-% Ruß, 8,30 Gew.-% Butvar-76® Poly- (vinylacetal) und 13,3 g 4-Methyl-2-pentanon) umfaßt. Die resultierende Lösung wurde auf einen klaren Poly(ethylenterephthalat)-Träger bei einer Endauflagerung von 0,54 g/m² Ruß und 0,54 g/m² Butvar-76® Poly(vinylacetal) autbeschichtet, um einen schwarzen Träger für die Bilderzeugungsschicht zu ergeben.

Entionisierte naße Gelatine (7,72 g) (11,5 Gew.-%) wurde zu einer Lösung mit 0,04 g Tensid Olin 100® und 6,34 g Wasser gegeben. Die Mischung wurde dann auf ∼50°C erwärmt, um die Gelatine schmelzen zu lassen. Eine Wasserdispersion von 5,93 g von hohlen sphärischen Styrol-Acryl-Copolymer-Perlen 1 (im Handel erhältlich von Rohm & Haas als Ropaque®- Perlen, 30 Gew.-%, mittlerer Teilchendurchmesser 0,5 µm, mit 45% Hohlraumvolumen, Tg 105°C) wurde zu der obenstehenden Gelatineschmelze gegeben. Die resultierende Dispersion wurde 30 Minuten lang auf 50°C erwärmt und auf den obenstehend erwähnten schwarzen Träger auf die der Rußschicht gegenüberliegende Seite bei einer Endauflagerung von 2,15 g/m² der Hohlperlen 1 und 1,08 g/m² Gelatine autbeschichtet. Die Beschichtung wurde durch Abkühlen gehärtet und über Nacht an Luft trocknen gelassen, bevor das Bilderzeugungs- Experiment durchgeführt wurde.

Ein Schutzblatt wurde durch Aufbeschichten der folgenden Zusammensetzungen in der angeführten Reihenfolge auf eine Seite eines 6 µm dicken Poly(ethylenterephthalat)-Trägers hergestellt:

• 1. Eine Zwischenschicht bzw. haftvermittelnde Schicht aus Tyzor TBT®, einem Titantetrabutoxid, (DuPont Company) (0,16 g/m%, aufbeschichtet aus 1-Butanol; und
• 2. Eine Gleitschicht aus 0,38 g/m² Poly(vinylacetal) (Sekisui), 0,022 g/m² Candelillawachs­ dispersion (7% in Methanol), 0,011 g/m² aminoterminiertes Polydimethylsiloxan P55 13 (Huels) und 0,0003 g/m² p-Toluolsulfonsäure, aufbeschichtet aus einem 3-Pentanon/- destilliertem Wasser (98/2)-Lösungsmittelgemisch.

Das Bildgebungselement wurde mit einem Thermo-Widerstands-Kopf auf schrittweise Art auf der Vorderseite der Hohlperlen-Bildschicht bei einer Heizgeschwindigkeit von 17 ms/Zeile für ein 640-Zeilen-Bild und einer Heizspannung von 13 V und einem Gesamt-Druckkopf-Gewicht von 2,5 kg einer Bildgebung unterzogen. Das Schutzblatt wurde zwischen dem Aufzeich­ nungselement und dem Widerstand-Kopf eingesetzt, wobei die bloße Seite des Schutzblattes gegen das Aufzeichnungselement gerichtet war.

Die Bilderzeugungselektronik wurde aktiviert, was verursachte, daß das Element durch den Druckkopf/Walzen-Spalt bei 10,84 mm/s eingezogen wurde. Damit einhergehend, wurde das Widerstandselement im Druckkopf 127,75 µs/Puls lang bei Intervallen von 130,75 µs während eines 17,1 ms/Punkt-Druckzyklus gepulst. Eine abgestufte Bilddichte wurde durch zuwachsartiges Erhöhen der Anzahl von Pulsen/Punkt von einem Minimum von 0 auf ein Maximum von 127 Pulsen/Punkt erzeugt. Die an den Thermokopf angelegte Spannung betrug ungefähr 13,0 V, was zu einer unmittelbaren Spitzenleistung von 0,318 Watt/Punkt und einer Maximal-Gesamtenergie von 5,17 mJ/Punkt führte; Druckfeuchtigkeit: 42-45% RH. Es wurde ein schwarzes Bild auf einem weißen Hintergrund erhalten, wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.

Dunkelstabilitäts-Tests der einer Bildgebung unterzogenen Proben wurden 5 Tage lang in einem Naß-Ofen bei 50°C, 50% RH durchgeführt. Der Lichtstabilitätstest wurde unter 5- tägiger Bestrahlung mit einer Energie von 50 kLux-Tageslicht durchgeführt. Sowohl die Dunkel- als auch die Lichtstabilität wurde auf Basis des prozentualen Verlusts der Absorptionsmaxima der einer Bildgebung unterzogenen (D-max) und nicht einer Bildgebung unterzogenen (D-min) Proben ausgewertet. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2

Entionisierte naße Gelatine (7,72 g) (11,5 Gew.-%) wurde zu einer Lösung mit 0,04 g Tensid Olin 100® und 5,56 g Wasser gegeben. Die Mischung wurde dann auf ∼50°C erwärmt, um die Gelatine schmelzen zu lassen. Eine Wasserdispersion von 6,71 g aus hohlen sphärischen Styrol-Acryl-Copolymer-Perlen 2 (im Handel erhältlich von Rohm & Haas als Ropaque®- Perlen, 26,5 Gew.-%, mittlerer Teilchendurchmesser 1,0 µm mit 55% Hohlraumvolumen, Tg 104°C) wurde zu der obenstehenden Gelatineschmelze gegeben. Die resultierende Lösung wurde 30 Minuten lang auf 50°C erwärmt und auf den in Beispiel 1 beschriebenen schwarzen Träger auf die der Rußschicht gegenüberliegende Seite bei einer Endauflagerung von 2,15 g/m² der hohlen Perlen 2 und 1,08 g/m² Gelatine autbeschichtet. Die Beschichtung wurde durch Abkühlen gehärtet und über Nacht an Luft trocknen gelassen, bevor das Bilderzeugungs- Experiment durchgeführt wurde.

Das Bilderzeugungs-Experiment, das ähnlich zu dem in Beispiel 1 beschriebenen war, wurde für das Bilderzeugungs-Element durchgeführt, das die obenstehend beschriebenen hohlen Perlen 2 enthielt. Das Bilderzeugungselement wurde wie in Beispiel 1 einer Bildgebung unterzogen. Ein Schwarz-Weiß-Bild wurde erhalten, wie in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:

Tabelle 1

Die obenstehenden Ergebnisse zeigen, daß das entweder die hohlen Perlen 1 oder 2 enthaltende Bilderzeugungs-Element ein Schwarz-Weiß-Bild kontinuierlicher Tönung auf schwarzen Trägern bei angemessenem D-max und D-min und einem hohen D-max/D-min- Verhältnis (-7, 8-9,5) ergibt. Die hohlen Perlen 1 von geringerer Größe ergeben niedrigere D-min (insbesondere in der Blau-Region) im Vergleich zu den hohlen Perlen 2. Die Tabelle 1 zeigt auch, daß die erzeugten Bilder gute Dunkel- und Licht-Stabilität aufweisen.

Beispiel 3

Entionisierte naße Gelatine (7,72 g) (11,5 Gew.-%) wurde zu einer Lösung mit 0,04 g Tensid Olin 10G® und 5,56 g Wasser gegeben. Die Mischung wurde dann auf ∼50°C erwärmt, um die Gelatine schmelzen zu lassen. Eine 6,67 g-Wasserdispersion von hohlen sphärischen Styrol- Acryl-Copolymer-Perlen 1 (wie in Beispiel 1 beschrieben) wurde zu der obenstehenden Gelatineschmelze gegeben. Die resultierende Lösung wurde 30 Minuten lang auf 50°C erwärmt und auf den in Beispiel 1 beschriebenen schwarzen Träger auf die der Rußschicht gegenüberliegende Seite bei einer Endauflagerung von 2,40 g/m² der hohlen Perlen 1 und 1,08 g/m² Gelatine autbeschichtet. Die Beschichtung wurde durch Abkühlen gehärtet und über Nacht an Luft trocknen gelassen, bevor das Bilderzeugungs-Experiment durchgeführt wurde.

Das obenstehende Bilderzeugungs-Element wurde mit einem Thermo-Widerstandskopf bei einer Druckgeschwindigkeit von 17 ms/Zeile für ein 640-zeiliges Bild einer Bildgebung unterzogen. Das Bilderzeugungs-Experiment wurde bei einer konstanten Spannung (11 V) aber bei unterschiedlichem Gewicht des Druckkopfes im Bereich von 2,5 kg bis 3,9 kg durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Die obenstehenden Ergebnisse zeigen, daß bei konstanter Wärmeenergie des Druckkopfes die Erhöhung des Kopfdruckes die Bilderzeugungseffizienz steigert (D-max-Zuwächse). Beim Vergleich der D-max-Werte in Tabelle 2 (Kopf-Spannung 11 V) mit denjenigen von Tabelle 1 (Kopf-Spannung 13 V) ist es offensichtlich, daß sowohl Wärme als auch Druck die Bild­ erzeugungseffizienz beeinflußen.

Claims (10)

1. Thermisches Aufzeichnungselement, bestehend aus einem Träger, der darauf eine undurchsichtige Aufzeichnungsschicht aufweist, welche in einem hydrophilen Bindemittel dispergierte hohle sphärische Perlen umfaßt, wobei die Perlen einen mittleren Durchmesser von 0,2 µm bis 1,5 µm und ein Hohlraumvolumen von 40% bis 90% aufweisen.

2. Aufzeichnungselement von Anspruch 1, wobei die hohlen sphärischen Perlen ein Acrylesterpolymer oder -copolymer umfassen.

3. Aufzeichnungselement von Anspruch 1, wobei die hohlen sphärischen Perlen Poly(styrol­ co-acrylsäure) mit einer Glasübergangstemperatur von 60-110°C umfassen.

4. Aufzeichnungselement von Anspruch 1, wobei es sich bei dem hydrophilen Bindemittel um Gelatine oder Poly(vinylalkohol) handelt.

5. Aufzeichnungselement von Anspruch 1, wobei der Träger eine schwarze Schicht auf der Seite aufbeschichtet aufweist, welche der Aufzeichnungsschicht gegenüberliegt.

6. Verfahren zur Erzeugung eines Einfarbbildes, umfassend das bildweise Einwirken, mittels eines Thermodruckkopfes, in Abwesenheit eines separaten empfangenden Elementes, eines thermischen Aufzeichnungselements, bestehend aus einem gefärbten Träger, der darauf eine undurchsichtige Aufzeichnungsschicht aufweist, wobei die Aufzeichnungsschicht in einem hydrophilen Bindemittel dispergierte hohle sphärische Perlen umfaßt, wobei die Perlen einen mittleren Durchmesser von 0,2 µm bis 1,5 µm und ein Hohlraumvolumen von 40% bis 90% aufweisen, wodurch die Aufzeichnungsschicht bildweise erwärmt und dazu gebracht wird, transparent zu werden, wodurch das Einfarbbild erzeugt wird.

7. Verfahren von Anspruch 6, wobei die hohlen sphärischen Perlen ein Acrylesterpolymer oder -copolymer umfassen.

8. Verfahren von Anspruch 6, wobei die hohlen sphärischen Perlen Poly(styrolco-acrylsäure) mit einer Glasübergangstemperatur von 60-110°C umfassen.

9. Verfahren von Anspruch 6, wobei es sich bei dem hydrophilen Bindemittel um Gelatine oder Poly(vinylalkohol) handelt.

10. Verfahren von Anspruch 6, wobei der Träger eine schwarze Schicht aufweist, die auf der Seite autbeschichtet ist, welche der Aufzeichnungsschicht gegenüberliegt.