DE3736728A1 - Druckertinte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckertinte zur Herstellung von Farbbändern für ein Druckverfahren, bei dem durch Einwirkung von Licht und/oder Wärme über einen Druckkopf Farbstoffkomponen­ ten von einem Trägermedium auf ein zu bedruckendes Material, insbesondere Papier, übertragen werden.

Derartige Druckverfahren kommen zum Beispiel in Thermodruckern zur Anwendung. Druckertinten für bereits bekannte Farbbänder bestehen aus einem Wachs, das den Farbstoff und ein Bindemittel enthält. Dieses Wachs ist auf einem Träger aufgetragen, der üb­ licherweise aus einer flexiblen Kunststoffolie, zum Beispiel aus Polybutylenterephthalat besteht. Zur besseren Wärmeleitung kann zwischen Folie und Wachsschicht noch eine Aluminiumschicht vorhanden sein. Aus derart beschichteten Folien werden die Farb­ bänder für die Drucker hergestellt.

In dem auch Release-Technik genannten Druckverfahren überträgt ein Druckkopf, der zum Beispiel aus mehreren in Form einer Matrix angeordneten heizbaren Elementen bestehen kann, über diese Elemente eine bestimmte Wärmemenge auf das Farbband. Dadurch wird das Wachs zum Schmelzen gebracht und durch den gleichzeitig aufgewendeten Druck auf das zu bedruckende Medium, insbesondere Papier, übertragen. Die auf das Papier übertragene, den Farbstoff enthaltende Wachsschicht ist dabei relativ dick. Zwar wird dadurch eine gute Farbsättigung erzielt, die auch von der Oberfläche des Papiers unabhängig ist, jedoch ist die Farb­ stoffhaftung auf dem Papier und infolgedessen auch die Abrieb­ festigkeit bei dieser Technik noch sehr verbesserungsfähig.

Bei zunehmender Druckgeschwindigkeit ist auch der mehrschich­ tige Aufbau des beschriebenen Farbbandes von Nachteil. Die Wachsschicht muß während des Druckens aufgeschmolzen werden und verbraucht daher ebenso wie alle anderen Schichten eine gewisse Heizleistung, die die maximal erreichbare Druckgeschwindigkeit begrenzt. Auch die mechanische Beanspruchung der Farbbänder er­ laubt nur eine gewisse Druckgeschwindigkeit.

Außerdem beträgt der "thermische Wirkungsgrad" bei Thermodruckern mit herkömmlichen Druckertintenzusammensetzungen nach einer groben Schätzung nur ca. 5%. Das heißt, ca. 95% der aufgewen­ deten Heizleistung gehen als Abwärme verloren und können nicht mehr direkt für die Farbübertragung genutzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drucker­ tinte zur Herstellung von Farbbändern anzugeben, die eine gute Farbsättigung zum Beispiel auf Papier, verbesserte Druckquali­ tät bei guter Farbhaftung und hohe Abriebfestigkeit des Farb­ bandes ermöglicht und die außerdem für die Farbübertragung we­ niger Heizleistung erfordert.

Diese Aufgabe wird durch eine Druckertinte der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckertinte thermisch oder durch Strahlung zersetzbare Komponenten enthält, die beim Druckvorgang zerfallen. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß beim Zerfall der zersetzbaren Komponente ein Gas freigesetzt wird. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein in einer Ausführungsform der Erfindung beim Druckvorgang freigesetztes Gas hat den Zweck, die Farbstoffkomponenten auf das zu bedruckende Medium zu übertragen. Durch den bei der Frei­ setzung des Gases entstehenden Druck erhalten die Farbstoffkom­ ponenten genügend kinetische Energie, um tief in das zu be­ druckende Material (zum Beispiel Papier) einzudringen. Dadurch wird eine erhöhte Farbstoffhaftung auf dem Papier erreicht.

In der einfachsten Ausführung des Erfindungsgedankens werden die genannten Vorteile bereits durch einfaches Beimischen einer thermisch labilen Verbindung zum Farbstoff erreicht. Gegebenen­ falls unter Verwendung eines Binders zum Erzielen einer verar­ beitbaren Masse wird diese Mischung dann zum Herstellen von Farbbändern auf eine Trägerfolie aufgetragen.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn, wie in einer Ausgestal­ tung der Erfindung vorgesehen, die labilen Gruppen chemisch an den Farbstoff bzw. dessen Komponenten gebunden sind.

Weiterhin kann der Farbstoff, bzw. dessen Komponenten über eine labile Gruppe an ein Polymer gebunden sein. Dieses Polymer stellt in einer bevorzugten Ausführungsform gleichzeitig die Trägerfolie für das Farbband dar. Ein mehrschichtiger Aufbau des Farbbands kann daher in diesem Fall entfallen. Bei gleich­ bleibender Druckgeschwindigkeit kann das Farbband nun deutlich dünner ausgeführt werden, da die Gefahr einer mechanischen Be­ schädigung eines Farbbandes mit Einschichtaufbau beim Betrieb bedeutend geringer ist, als beim Mehrschichtaufbau. Auch die Energiemenge, die zur Farbübertragung nötig ist, reduziert sich in dieser Ausführungsform. Neben einem geringen Beitrag zum Auf­ heizen der Folie muß nur noch die Heizleistung aufgebracht wer­ den, die nötig ist, die labilen Gruppen zu zersetzen. Die Zer­ setzungsbereiche, das heißt die Bereiche, in denen eine Farb­ übertragung stattfinden soll, können mit der neuartigen Drucker­ tinte schärfer definiert werden, als dies mit der herkömmlichen Wachsschichttechnik möglich ist. Somit wird ein schärferes Druckbild erzielt, wobei die Druckfarbe bis in tiefste Papier­ hohlräume und Poren eindringt, dementsprechend gut haftet und auch eine gute Farbdeckung ergibt.

Eine weitere Ausführungsform der Druckertinte erlaubt es, die Übertragung der Farbstoffkomponenten in flüssiger Phase vorzunehmen. Dazu können neben den den Farbstoff enthaltenden Komponenten auch andere Verbindungen über labile Gruppen an das Trägerpolymer gebunden sein, die beim Zerfall der labilen Grup­ pen eine flüssige Phase bilden und die Farbstoffkomponenten zu lösen vermögen. Durch die Übertragung der Farbstoffkomponenten in flüssiger Phase wird ein noch besseres Eindringen der Farbe in Poren und Hohlräume von Papier erreicht.

Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens betrifft eine Druckertinte, bei der Farbstoff aus einem depolymerisier­ baren Polymer mit niedriger Zerfallstemperatur (Ceiling-Tempe­ ratur) freigesetzt wird. Ein Beispiel dafür bildet das Poly-α- methylstyrol, das eine Ceiling-Temperatur von ca. 61°C besitzt. Die Einbindung des Farbstoffs in derartige Polymere kann im ein­ fachsten Fall dadurch erfolgen, daß die Polymerisation in Anwe­ senheit eines Farbstoffes ausgeführt wird. Doch lassen sich auch Farbstoffe einsetzen, die eine polymerisationsfähige funktionel­ le Gruppe tragen und als Monomere für eine Copolymerisation mit dem depolymerisierbaren Kunststoff dienen können.

Die Auswahl geeigneter Farbstoffe ist groß, wenn die geforder­ ten Bedingungen erfüllt werden. Für die Ausführungsformen der Erfindung, die an die Farbstoffkomponenten gebundene labile Gruppen vorsehen, bieten sich als labile Gruppen die Azogruppe und die Carboxylatgruppe an, die beim Zerfall die Gase Stick­ stoff bzw. Kohlendioxid freisetzen. Beide Gruppen sind dem Chemiker leicht und in einer Vielzahl von Reaktionen zugänglich. Zum Teil läßt sich die Darstellung der labilen Gruppe gleichzeitig mit der Verknüpfungsreaktion der Farbstoffkompo­ nenten mit dem Trägerpolymer verwenden. So können etwa freie Aminogruppen tragende Polyamine leicht unter Ausbildung von Azogruppen mit geeigneten Farbstoffen gekuppelt werden.

Sowohl die Azogruppe als auch die Carboxylatgruppe zerfallen in der Wärme, wobei sich die Zerfallstemperatur durch chemische Modifikation in gewissen Grenzen einstellen läßt, wie es zum Beispiel für Treibmittel aus einem Artikel von D. Braun in Mon­ natshefte für Chemie 110, Seiten 699 bis 713, (1979) bekannt ist. Durch geeignete Modifikation ist es daher auch möglich, verschiedene Farbstoffe in ein Trägerpolymer so einzubauen, daß sie bei unterschiedlichen Temperaturen freigesetzt werden.

Eine zusätzliche Möglichkeit, die Farbstoffkomponenten der er­ findungsgemäßen Druckertinte freizusetzen, besteht in der Zer­ setzung der labilen Gruppen durch Strahlung. So ist zum Beispiel die Azogruppe gegen UV-Licht von 360 nm Wellenlänge instabil und zerfällt unter Abspaltung von Stickstoff. Die zur Zersetzung nötige Energie beträgt etwa 120 kJ/mol. Eine ähnliche Energie­ menge erfordert der Zerfall entsprechender Carboxylatgruppen, der neben Wärme auch durch Infrarotstrahlung ausgelöst werden kann. Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Druckertinte auch in solchen Druckern einzusetzen, deren Druckköpfe nicht mit Wärmeübertragung, sondern mit UV- bzw. IR-Strahlung die Farbübertragung vom Farbband auf das Papier bewirken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbei­ spielen noch näher erläutert.

1. Ausführungsbeispiel

Polyethylenvinylacetat (EVA) oder Polyvinylacetat wird in Pul­ verform mit 1% Azodicarbonamid (zum Beispiel pulvrig mit Kör­ nung 4 µm der Firma Krahn-Chemie, Hamburg) vermischt. Aus dieser Mischung werden durch Coextrusion Folien von beispielsweise 1 µm Stärke erzeugt und mit einer 2 µm dicken Polyethylenterephtalat­ folie (Trägerfolie) verbunden. Auf dieser EVA-Schicht wird nun aus einer einen Farbstoff (zum Beispiel Ruß, Duasyn-Schwarz oder andere) enthaltenden Paraffinlösung eine ca. 2 µm dicke Paraffin­ schicht abgeschieden. Nach dem Trocknen ist eine gebrauchsferti­ ge Druckfolie entstanden. Als Variante ist es möglich, neben dem Treibmittel Azodicarbonamid sogenannte "Kicker" beizumischen, die den Zerfall von Azodicarbonamid weiter beschleunigen. So ist es zum Beispiel möglich, eine minimale Zerfallstemperatur zwischen 120 und 135°C einzustellen.

Zum Aufbringen der das Treibmittel enthaltenden Polymermischung bieten sich noch weitere Verfahren an. Zur Beschichtung kann zum Beispiel eine 0,5 bis 10%ige Lösung dieser Mischung in Per­ chlorethylen verwendet werden, die auf der Trägerfolie (zum Bei­ spiel Polyethylenterephthalat) aufgebracht wird. Insbesondere bei kickerhaltigen Mischungen können in organischen Lösungsmit­ teln schwer lösliche Bestandteile enthalten sein. In diesem Fall wird noch ein Suspensionsstabilisator wie zum Beispiel Polyvinylpyrrolidon in einem Anteil von 0,5 bis 1% zugesetzt.

Beim Erwärmen (Druckvorgang) schäumt die Zwischenschicht dank des Treibmittels auf und drückt die Wachsschicht mitsamt der Farbe aufs Papier. Je nach Anwendungsfall sind bis ca. 10% Azodicarbonamid zusetzbar. Dieses Treibmittel ist bevorzugt, da es keine toxischen Gase freisetzt, doch können auch andere Azoschäumer verwendet werden. Hier sind insbesondere in organischen Lösungsmitteln besser lösliche Azoverbindungen denkbar. Durch Einsatz von 2-t-Butylazo-2′-cyanobutan als Treibmittel läßt sich die Zerfallstemperatur auf ca. 80°C senken. Ein Treibmittel, das neben Stickstoff auch Kohlendioxid abspaltet, ist das 2,2′-Diacetoxy-2,2′azopropan.

2. Ausführungsbeispiel

In Abwandlung zum ersten Beispiel kann die letzte Paraffin­ schicht auch entfallen. Dazu wird zu der extrudierbaren Mi­ schung aus zum Beispiel Polyethylenvinylacetat, neben ca. 1% Azodicarbonamid und gegebenenfalls einem Zusatz an Kickern der Farbstoff direkt zugegeben und eingemischt. Die Aufbringung dieser Mischung auf die Trägerfolie kann wie im ersten Beispiel durch Extrusion oder durch Abscheidung aus Lösung erfolgen. Doch muß in diesem Falle die Schichtdicke auf ca. 3 bis 5 µm erhöht werden.

3. Ausführungsbeispiel

Ein polymerisierbares olefinisches Monomer, welches ein aroma­ tisches Amin trägt, zum Beispiel p-Amino-methacrylsäurebenzyl­ ester wird diazotiert und mit einem einen Farbstoff X tragenden Alkylcyanessigester nach Formel 1 umgesetzt.

Das Monomer I wird anschließend nach bekannten Methoden in 5 Lösung bei ca. 60° polymerisiert. Die resultierende Azoverbindung läßt sich wie im Beispiel 1 auf einer Trägerfolie aufbringen. Als Lösungsvermittler kann in diesem Fall (bei Abscheidung der Schicht aus Lösung) ein längerkettiger Alkylrest R (zum Beispiel R=Hexyl) dienen. Gegebenenfalls kann das Polymer auch mit EVA vermischt und extrudiert werden. Anstelle des Monomeren kann alternativ auch ein Poly-p-aminostyrol in einer polymer-analogen Umsetzung diazotiert und mit dem Cyanester umgesetzt werden.

Im fertigen Farbband wird beim Erwärmen auf ca. 120°C der Farbstoff freigesetzt und auf das Papier übertragen. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß durch den Zerfall der Azogruppe Wärme frei wird, welche die zum Zerfall bzw. zum Auslösen des Druckvorgangs notwendige Energiemenge reduziert.

4. Ausführungsbeispiel

Ein depolymerisierbares Polymer, zum Beispiel Poly-α-Methyl­ styrol (Ceiling-Temperatur ca. 60°C) wird in Toluol gelöst und in ca. 1 µm Dicke auf die Trägerfolie aufgebracht und wie im ersten Ausführungsbeispiel mit einer farbstoffhaltigen Wachs­ schicht versehen. In einer Variante kann auch auf diese Wachs­ schicht verzichtet werden, wenn der Farbstoff direkt im Polymer gelöst wird.

Neben dem Poly-α-methylstyrol gibt es noch zahlreiche andere depolymiersierbare Polymere mit unterschiedlichen Zerfallstem­ peraturen, die je nach Bedarf eingesetzt werden können. So sind zum Beispiel Polymere aus Isophthalsäure und 1,4-Dibromtetra­ hydronaphtalin bekannt, die unter Säureeinfluß bei ca. 120°C zerfallen, während sie ohne Säureeinfluß bis über 200°C stabil sind (siehe dazu J. M. J. Frechet, Emil Warburg Symposium, Elmau 1987, Tagungsband, Seite 73).

Die Farbstoffübertragung geschieht in diesem Ausführungsbei­ spiel durch den thermisch initiierten Zerfall der Zwischen­ schicht bzw. des den Binder der Farbstoff enthaltenden Schicht darstellenden Polymeren.

Claims (9)

1. Druckertinte zur Herstellung von Farbbändern für ein Druck­ verfahren, bei dem durch Einwirkung von Licht und/oder Wärme über einen Druckkopf Farbstoffkomponenten von einem Trägerme­ dium auf ein zu bedruckendes Material, insbesondere Papier, übertragen werden, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckertinte thermisch oder durch Strahlung zersetzbare Komponenten enthält, die beim Druckvorgang zerfal­ len.

2. Druckertinte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zersetzbare Komponenten verwendet wer­ den, bei deren Zerfall ein Gas freigesetzt wird.

3. Druckertinte nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zersetzbare Komponente eine an Farbstoffkomponenten gebundene labile Gruppe ist.

4. Druckertinte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Farbstoffkomponenten über labile Gruppen an ein Trägerpolymer gebunden sind.

5. Druckertinte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägerpolymer gleichzeitig die Trägerfolie des Farbbands bildet.

6. Druckertinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Komponenten über labile Gruppen an das Trägerpolymer gebunden sind, die beim Zerfall der labilen Gruppe in flüssiger Phase freigesetzt werden und ein Lösungsmittel für die Farbstoffkom­ ponenten darstellen.

7. Druckertinte nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zersetzbare Komponente ein beigemischtes Treibmittel ist.

8. Druckertinte nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zersetzbare Komponente ein Copoly­ merisat aus den Monomeren eines Kunststoffes mit niedriger Cei­ ling-Temperatur und den Farbstoffkomponenten ist.

9. Druckertinte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zersetz­ bare Komponente als labile Gruppe eine Azo- oder eine Carboxy­ latgruppe enthält.