DE3941517A1 - Thermotransferfarbband - Google Patents

Description

Bei einem Thermotransferdruckverfahren wird eine unter Wärme­ einwirkung übertragbare Tinte von einem Farbband auf ein Auf­ zeichnungsmaterial, insbesondere Papier übertragen. Ein dazu geeignetes Farbband besteht aus einem Trägermaterial, zum Bei­ spiel einer flexiblen Folie und einer darauf aufgebrachten wär­ meempfindlichen Tintenschicht. Diese enthält üblicherweise einen Pigmentfarbstoff, zum Beispiel Ruß, welcher in einem leicht schmelzenden Binder, zum Beispiel Wachs, dispergiert ist.

Die für die Tintenübertragung notwendige Wärme wird vom Drucker durch mehrere einzeln ansteuerbare Thermoelemente geliefert. Diese können zum Beispiel in Matrixform auf einem Druckkopf oder auch zeilenförmig auf einem sogenannten Thermokamm ange­ ordnet sein.

Beim Druckvorgang selbst muß ein guter Kontakt sowohl zwischen Druckkopf und Farbband als auch zwischen Farbband und Aufzeich­ nungsträger hergestellt werden, um eine gute Wärmeübertragung auf das Farbband und eine gute Tintenübertragung auf den Auf­ zeichnungsträger zu gewährleisten. Zu diesem Zweck ist es auch erforderlich, daß der Aufzeichnungsträger eine glatte Oberflä­ che aufweist. Nur so kann ein scharfes Druckbild bei guter Farbhaftung auf dem Aufzeichnungsträger erzielt werden.

Um auch Aufzeichnungsträger, insbesondere Papier mit rauherer Oberfläche mit einem Thermotransferdruckverfahren bedrucken zu können, wurde in der DE-OS 34 16 067 vorgeschlagen, in das leicht schmelzende Bindemittel neben dem farbgebenden Mittel in Mikroverkapselung noch eine gasbildende Komponente einzumi­ schen, die unter Wärmeeinwirkung ein Gas erzeugt, welches die Übertragung der Tinte unterstützt. Mit diesem Farbband läßt sich auf Papier mit nicht ganz ebener Oberfläche eine bezüglich Farbhaftung und Druckqualität verbesserte Farbübertragung er­ zielen. Im Zentrum eines erzeugten Bildpunktes oder Zeichens wird eine gute Farbsättigung beobachtet. Jedoch tritt an den Rändern der erzeugten Bildpunkte oder Zeichen die Struktur der Papieroberfläche zutage und erzeugt so in Abhängigkeit von der Papierqualität mehr oder weniger zerfaserte Druckkanten. Dies reduziert die optische Güte des Druckbilds insbesondere dann, wenn eine hohe Auflösung gefordert ist oder ein noch rauheres Papier verwendet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Farbband anzugeben, welches auf rauhem Papier eine verbesserte Druckqua­ lität erzeugt und insbesondere auch zum Bedrucken von Recycling­ papier geeignet ist, welches zumindest teilweise aus Altpapier hergestellt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Farbband, welches zumin­ dest aufweist

• - einen Träger, insbesondere eine Folie,
• - auf einer Oberfläche des Trägers aufgebrachtes unter Wärme­ einwirkung schmelzbares oder zersetzbares Bindemittel,
• - in dem Bindemittel enthaltene Farbpigmente,
• - zumindest einen weiteren Farbstoff, der gasförmig übertrag­ bar ist, sowie
• - eine darauf abgestimmte thermolabile Komponente, welche beim Zerfall ein Gas und Wärme freisetzt, um die Übertragung von Tintenkomponenten auf einen Aufzeichnungsträger zu unter­ stützen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Farbband können selbst auf rauhem Papier (rauher bzw. weniger als 30 Bekk Sekunden) Bildpunkte oder Zeichen hoher Druckqualität erzeugt werden, die sowohl eine hohe Farbsättigung als auch scharfe und von der Struktur des Papiers unabhängige saubere Kanten aufweisen.

Die in dem Bindemittel enthaltenen farbgebenden Mittel sind Pigmentfarbstoffe und der weitere Farbstoff, der ein subli­ mierbarer Farbstoff sein kann. Dieser läßt sich problemlos und lagerstabil ins Bindemittel einarbeiten. Der Druckvorgang selbst ist nun keine rein "mechanische" Übertragung des Binde­ mittels samt der darin enthaltenen Farbpimente mehr. Vielmehr wird daneben durch die Energiezufuhr (beim Drucken) der Zer­ fall der thermolabilen Komponente gesteuert. Das dabei frei werdende Gas drückt das Bindemittel und die darin enthaltenen Farbpigmente auf das Papier bzw. den Aufzeichnungsträger. Gleichzeitig wird durch die Zerfallswärme der weitere Farb­ stoff verdampft oder sublimiert und kann in der Gasphase noch tiefer in die Papieroberfläche eindringen. Dieses Eindringen wird noch durch das freigesetzte Gas aus der thermolabilen Komponente unterstützt. So ist man nicht mehr auf einen guten Kontakt zwischen dem Farbband und dem Aufzeichnungsträger an­ gewiesen und somit von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers bzw. des Papiers weitgehend unabhängig. Da sich der weitere Farbstoff bevorzugt auf dem im Vergleich zum aufgeschmolzenen Bindemittel kühleren Papier niederschlägt, findet eine Farbge­ bung also vor allem in den Bereichen eines Bildpunktes bzw. Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger statt, die beim Druckvor­ gang nicht von dem Bindemittel erreicht und bedeckt werden.

Neben der auch im Kantenbereich eines Bildpunktes guten Einfär­ bung des Papiers bis in tiefste Oberflächenunebenheiten wird durch eine geschickte Farbwahl des gasförmig zu übertragenden Farbstoffes eine Farbschönung des Druckbilds erzielt. Für schwarze Farbpigmente sind beispielsweise Blautöne als weiterer oder weitere Farbstoffe geeignet. Die Farbschönung kann auch durch eine entsprechende Farbpigmentmischung erzielt werden, zum Beispiel durch Zusatz von "Berliner Blau", "Milori-Blau" oder "Reflex-Blau" zu Ruß. Bei anderen Farben oder beim Vier­ farbdruck werden entsprechende Farbpigmente (Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz) und gasförmig übertragbare Farbstoffe aufein­ ander abgestimmt. Die Pigmente können organischer oder anor­ ganischer Natur sein. Mit fluoreszierenden Farbstoffen kann die Brillianz des Druckbildes gesteigert werden.

Vorteilhaft wird ein Farbstoff verwendet, der unterhalb 200°C sublimierbar ist. Ein zum Beispiel bei 160°C sublimierbarer Farbstoff kann beim Druckvorgang leicht in die Gasphase über­ führt werden und ist dennoch auf dem Farbband ausreichend stabil bzw. nicht zu flüchtig. Farbstoffe, die in diesem Be­ reich sublimierbar sind, sind zum Beispiel aus der Klasse der Anthrachinonfarbstoffe ausgewählt, zum Beispiel "disperse­ blue 14" (1-(Methylamino)anthrachinon).

Geeignete thermolabile Komponenten sind zum Beispiel solche, die unter Einwirkung von Strahlung und/oder Wärme unter Bil­ dung eines Gases chemisch zerfallen. Derartige Verbindungen können zum Beispiel aus der Gruppe der Azoverbindungen ausge­ wählt sein. Hierbei ist es auch möglich, mit Hilfe weiterer katalytisch wirkender Komponenten den Zerfall der Azoverbin­ dungen in Mischungen bezüglich benötigter Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit zu beeinflussen. Eine gut geeignete thermolabile Verbindung ist Azodicarbonamid, die beim Zerfall nur toxikologisch unbedenkliche Stoffe freisetzt, so zum Bei­ spiel die Gase N₂, CO oder CO₂, die nicht korrosiv wirken und geruchsfrei sind. Auch wird die Farbgebung durch Zersetzungs­ rückstände nicht beeinflußt.

Weitere dieser sogenannten Schäumer vom Azotyp sind Azobis­ isobutyronitril (AIBN), Diazoaminobenzol (DAB), und derglei­ chen. Die freisetzbaren Gasmengen liegen je nach Schäumermi­ schung zwischen 100 und 220 ml/g, die Zerfallswärmemengen be­ tragen ca. 300 bis 900 J/g (Reaktionsenthalpie).

Als katalytisch wirkende Komponenten zur Beeinflussung der Zerfallstemperatur der Azoverbindungen werden sogenannte Kicker, Starter-Verbindungen oder Mischungen davon verwendet. Diese können ausgewählt sein aus anorganischen Verbindungen wie zum Beispiel Zinkoxid, Hydrazin oder Aktivkohle, aus aro­ matischen und nicht aromatischen Hydrazon- und Sulfonylver­ bindungen, zum Beispiel p-Toluolsulfonylhydrazid (TSH), Benzolsulfonylhydrazid (BSH), p, p′-Oxybisbenzolsulfonylhydra­ zid, Dinitrosopentamethylentetramin (PNPT), Zinkbenzolsulfinat oder aus anderen organischen Explosivstoffen. Geeignet sind auch im Handel erhältliche feste Schäumermischungen auf ADC-Ba­ sis.

Solche Mischungen lassen sich auf Reaktionstemperaturen von zum Beispiel 80 bis 220°C einstellen. Vorteilhaft werden für das erfindungsgemäße Farbband jedoch Mischungen verwendet, die auf Reaktionstemperaturen über 130°C eingestellt sind, was sich als unterer Grenzwert für eine sichere Verarbeitung und stabile Lagerung des Farbbandes bzw. desssen Komponenten her­ ausgestellt hat. Im fertigen Farbband bleiben sie auch während einer Lagerung bei 50°C für mindestens 4 Wochen stabil.

Der Aufbau des Farbbandes kann in mehreren oder auch nur in einer Schicht auf dem Träger realisiert werden. Letztere stellt eine Mikrodispersion der möglichst feinteiligen festen Bestand­ teile in dem Bindemittel dar. Als feste Bestandteile können zum Beispiel 10 bis 30 Gewichtsprozent farbgebende Mittel, zum Beispiel Pigmente oder Ruß, 5 bis 25 Gewichtsprozent einer thermolabilen Gas freisetzenden Komponente, gegebenenfalls in Abmischung mit einer katalytisch wirkenden Komponente, zum Bei­ spiel eine Azoverbindung/Kickermischung sowie 2 bis 5 Ge­ wichtsprozent eines gasförmig übertragbaren Farbstoffes (Ther­ motransferfarbstoff) enthalten sein.

Das Bindemittel weist als Hauptbestandteil ein Wachs auf, wel­ ches aus der Gruppe der Hartwachse, Paraffine oder Mikrowachse ausgewählt ist und welches zu ca. 40 bis 80 Gewichtsprozent in der gesamten Schicht enthalten ist. Als Hartwachse können raf­ finierte Montanwachse, Esterwachse oder natürliche Wachse wie zum Beispiel Carnauba-Wachs Verwendung finden.

Zur Einstellung der gewünschten Eigenschaften des Bindemittels ist dieses Hartwachs mit weiteren Bindemittelkomponenten modi­ fiziert. So sind als Haftvermittler ca. 10 bis 20 Gewichtspro­ zent Harze wie modifiziertes Kolophonium oder hydrierte Koh­ lenwasserstoffharze enthalten. Als Weichmacher sind zum Bei­ spiel Öle, Fette oder thermoplastische Polymere (Homo- und Co­ polymere) in einem Anteil von 5 bis 10 Gewichtsprozent enthal­ ten.

Als weitere Additive mit 3 bis 15 Gewichtsprozent können höhe­ re Fettsäuren und deren Derivate zum Beispiel Metallsalze, Ester oder Amide enthalten sein, etwa Stearinsäureester, Lau­ rinsäureamid oder Ölsäureamid.

Solche Bindemittelmischungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Abmischung mit Farbstoffen bereits als Farbwachse im Handel angeboten. Sie müssen jedoch in chemi­ scher Hinsicht auf den Schäumer abgestimmt sein. So kann ein Schäumer zum Beispiel hydrophil oder hydrophob eingestellt oder sauer katalysiert sein, so daß er in saurer Umgebung eine niedrigere Zerfallstemperatur aufweist.

Wichtig für das erfindungsgemäße Farbband ist, daß Erstar­ rungs-, Schmelz- oder Tropfpunkt der Bindemittelmischung in einem engen Intervall liegen, welches bevorzugt auf 80 bis 95°C eingestellt ist.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Farbbandes werden die erwähnten Bestandteile in das Bindemittel homogen eingear­ beitet und dispergiert. Zur Aufbringung wird diese Mischung auf eine über dem Schmelzpunkt des Bindemittels liegende Tem­ peratur gebracht, die jedoch mindestens 20°C unterhalb der Reaktionstemperatur der das Gas freisetzenden Komponente bzw. der Schäumermischung liegt und dann mit einer Rakel auf dem Träger aufgebracht. Dieser ist zum Beispiel eine PETB oder PBTB-Folie (Polyethylenterephthalat bzw. Polybutylenterephtha­ lat) von ca. 4 µm Stärke. Herstellerbedingt aber nicht notwen­ digerweise kann die Folie mit einer Schutzschicht, einer soge­ nannten antisticking-Schicht versehen sein. Die Schichtdicke des Bindemittels wird von der Rakel bestimmt und auf ca. 3 bis 5 µm eingestellt.

Ein erfindungsgemäßes Farbband mit diesem Einschichtaufbau weist gegenüber einem noch zu beschreibenden Mehrschichtaufbau verschiedene Vorteile auf. Neben der einfachen Herstellung läßt sich ein erfindungsgemäßes Farbband im Einschichtaufbau auch ohne weiteres regenerieren oder auch neu- bzw. wiederbe­ schichten und für eine oder mehrere weitere Verwendungen wie­ der einsetzen. Insbesondere bei Farbbändern für Druckverfahren mit einem Thermokamm, die nach dem Druckvorgang ein Negativ des bedruckten Papieres darstellen und daher nahezu ebensoviel ungenutzte Farbbandfläche wie das bedruckte Papier unbedruckte Flächen aufweisen, ist dies besonders rentabel. Gleichzeitig wird so die "Kopie" des Druckvorgangs "vernichtet", was insbe­ sondere bei schützenswerten Daten von Bedeutung ist.

Die Regeneration eines erfindungsgemäßen Farbbandes im Ein­ schichtaufbau kann mit einer Abziehklinge unter leichtem Druck und erhöhter Temperatur erfolgen. Für die Temperatur gelten dabei dieselben Grenzwerte wie für das Herstellungsverfahren. Die maximale Anzahl möglicher Regenerierungen richtet sich nach dem Anteil an ungenutzter Farbbandfläche und nach der Dicke der die Tintenkomponenten enthaltenden Schicht, oder ein­ facher nach der Menge des noch zur Verfügung stehenden Schicht­ materials.

Ein besonders sauberes Druckbild wird jedoch mit einem Farb­ band erreicht, welches einen Mehrschichtaufbau aufweist. Dazu wird die Gas freisetzende Komponente zusammen mit der kataly­ tisch wirkenden Komponente in einer weiteren Bindemittel­ schicht unter der die Farbpigmente und den Farbstoff enthal­ tenden Bindemittelschicht angeordnet. Für die letztgenannte obere Schicht wird bis auf die genannten Komponenten die glei­ che Zusammensetzung gewählt wie im Einschichtaufbau. Die unte­ re Schicht, die üblicherweise direkt auf dem Träger aufge­ bracht wird, enthält den Schäumer oder die Schäumermischung fein verteilt in einem weiteren Bindemittel. Letzteres kann ein organisches Poly- oder Copolymer sein und muß nur eine Verträglichkeit mit der Schäumermischung aufweisen. Für den Schäumer gelten sonst die gleichen Voraussetzungen wie im Einschichtaufbau, insbesondere muß seine Zerfallstemperatur auf den gasförmig übertragbaren Farbstoff und auf den Schmelz­ punkt der den Farbstoff und die Farbpigmente enthaltenden Bin­ demittelschicht angepaßt sein. Andere Tinteneigenschaften, die auf das zu bedruckende Material abgestimmt sind, oder farbge­ bende Mittel sind für die Schäumerschicht nicht erforderlich.

Ein gut geeignetes Bindemittel für eine Azogruppen enthaltende Schäumermischung stellt Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) dar. Mit Wasser läßt sich daraus eine Dispersion darstellen, in die sich leicht ca. 5 bis 25 Gewichtsprozent, bevorzugt 15 Gewichtsprozent Schäumermischung einrühren lassen. Das Ganze wird dann kalt auf den Träger so aufgebracht, daß sich für die Trockenschicht eine Dicke von 0,3 bis 2,0 µm ergibt. Die Schicht ist bei Raumtemperatur innerhalb weniger Sekunden ge­ trocknet. Mit dem EVA-Bindemittel ergibt sich sowohl gegenüber den verwendeten PETB- und PBTB-Folien als auch gegenüber den verwendeten Wachsmischungen eine sehr gute Haftung, so daß ein stabiler Dreischichtaufbau für das Farbband entsteht. Dies ist besonders für Hochgeschwindigkeitsdrucker von Bedeutung, wo ein solches Farbband hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbei­ spielen und der dazugehörigen zwei Figuren noch näher erläu­ tert. Die Figuren zeigen im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Farbband im Einschichtaufbau (Fig. 1) und im Zweischichtauf­ bau (Fig. 2).

1. Ausführungsbeispiel (Fig. 2)

Auf einer 4 µm dicken PETB-Folie (Dupont) 1 wird eine wäßrige Dispersion eines Copolymerisats aus Vinylacetat und Ethylen (EP 17, Wacker), in die 10 Gewichtsprozent einer Schäumermi­ schung (Porofor ADC-K, Bayer) eingerührt wurden, aufgebracht. Die Beschichtung erfolgt kalt und mit einer Rakel. Nach weni­ gen Sekunden ist die Schicht 3 abgetrocknet und weist nun eine Schichtdicke von 0,8 µm auf. Mit diesem Verfahren läßt sich eine Schicht von hoher Schichtdickengleichmäßigkeit er­ zeugen, deren oberflächliche Rauhigkeit lediglich der Teil­ chengröße der Schäumerpartikel entspricht und nur mikrosko­ pisch festzustellen ist. Der Zersetzungsbeginn der Schäumer­ schicht 3 wird mit DSC gemessen und beträgt 125°C, das Maximum liegt bei 148°C.

Darauf wird nun eine Schicht 4 aufgebracht, welche aus einem im Handel erhältlichen Farbwachs (Bindemittelmischung und Pig­ mente) besteht, in welches ca. 5 Gewichtsprozent eines subli­ mierbaren Farbstoffes (zum Beispiel "disperse blue 14") einge­ rührt wurden. Der Schichtauftrag erfolgt mit einer Rakel bei 90°C. Nach dem Erstarren des Wachses bzw. Bindemittels ist das Farbband fertiggestellt. Die Haftung der Schichten unterein­ ander ist sehr gut. Bei Druckversuchen im Thermotransferdruck­ verfahren wird auf rauhem Papier (zum Beispiel 30 Bekk Sekun­ den) ein scharfes Schriftbild erzeugt, dessen Bildpunkte bzw. Zeichen scharfe Ränder aufweisen.

2. Ausführungsbeispiel (Fig. 1)

In eine Farbwachsmischung (Hoechst) werden 15 Gewichtsprozent einer Schäumermischung (Porofor VP-KL3-2014 und Porofor ADC-K, 1 : 1, Bayer) und ein sublimierbarer Farbstoff bei 85°C einge­ rührt und abgemischt. Bei Erreichen einer Mikrodispersion wird die Mischung auf eine 3,5 µm dicke mit antisticking-Beschich­ tung versehene Folie 1 (PETB, Toray) bei 90°C aufgebracht. Nach Erstarren weist die Schicht 2 eine Dicke von 4,2 µm auf. Die Haftung der Schichten 1 und 2 untereinander ist sehr gut. Der Zersetzungsbeginn der Schicht 2 wird über DSC zu 140°C (Maximum bei 152°C) bestimmt. Thermotransferdruckversuche mit diesem Farbband ergeben ebenfalls eine sehr gute Druckqualität mit hoher Auflösung und scharfen Kanten.

Claims (8)

1. Farbband für ein Thermotransferdruckverfahren, welches auf­ weist

• - einen Träger, insbesondere eine Folie,
• - auf einer Oberfläche des Trägers aufgebrachtes unter Wärme­ einwirkung schmelzbares oder zersetzbares Bindemittel,
• - in dem Bindemittel enthaltene Farbpigmente,
• - zumindest einen weiteren im Bindemittel enthaltenen Farb­ stoff, der gasförmig übertragbar ist, sowie
• - eine darauf abgestimmte thermolabile Komponente, welche beim Zerfall ein Gas und Wärme freisetzt, um die Übertragung von Tintenkomponenten auf einen Aufzeichnungsträger zu unter­ stützen.

2. Farbband nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der weitere Farbstoff sublimierbar ist.

3. Farbband nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der weitere Farbstoff unterhalb 200°C sublimierbar ist.

4. Farbband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermo­ labile Komponente eine Verbindung aus der Gruppe der Azover­ bindungen ist.

5. Farbband nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schicht weitere katalytisch wirken­ de Komponente enthält, die den Zerfall der Azoverbindungen nach Zeit und Starttemperatur regulieren.

6. Farbband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Komponenten zur Unterstützung der Gasphasenübertragung Azodicarbonamid ist.

7. Farbband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger nur eine einzige farbtragende Schicht vorgesehen ist, in der alle Tintenkomponenten vereinigt sind.

8. Farbband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Subli­ mationstemperatur des weiteren Farbstoffs im Bereich der Zer­ fallstemperatur (Reaktionsmaximum) der thermolabilen Kompo­ nente liegt.