DE4116994C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Bildempfangsmaterial für thermische Farbstoffübertragungsverfahren mit einer Zwischenschicht und einer Farbempfangsschicht und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Thermische Farbstoffübertragungssysteme erzeugen auf elektronischem Weg Bilder von Vorlagen. Dabei werden die Vorlagen in die Grundfarben Cyan, Magenta und Gelb und gegebenenfalls in Schwarz zerlegt und diese in elektrische Impulse umgewandelt. Diese Impulse werden zu einem Thermodrucker weitergeleitet und dort im Druckkopf in Wärme umgesetzt.
Das Bildempfangsmaterial durchläuft im Kontakt mit einem Farb-Donorelement den Thermodrucker. Im Druckkopf wird entsprechend den Impulsvorgaben die Rückseite eines Farb-Donorelements aufgeheizt und ein Farbstoff freigesetzt, der in die Empfangsschicht des Bildempfangsmaterials diffundiert bzw. sublimiert. Dieser Prozeß wird nacheinander für alle Farben durchlaufen und ergibt dann das fertige Bild.
Es ist bekannt aus der JP-OS 60-2 36 794 bekannt, Trägermaterialien aus Papier mit thermoplastischen, hochmolekularen Materialien zu beschichten, bevor die Bildempfangsschicht aufgetragen wird. Diese hochmolekularen Thermoplaste können Polyolefine, Polystyrol, Polyvinylidenchlorid, Polyethylen-terephthalat, Polymethylmethacrylat oder Ionomerharz sein. Durch diese Zwischenschicht aus Thermoplasten soll die Unebenheit der Papieroberfläche egalisiert werden.
Auch die US 47 74 224 beschreibt ein Bildempfangsmaterial für thermische Farbstoffübertragung mit einem Papierträger, der mit einer thermoplastischen Zwischenschicht versehen ist, die vorzugsweise aus Polyolefin besteht. Gemäß dieser Patentschrift soll die Oberflächenrauhigkeit der Zwischenschicht auf <0,2 µm (7,5 Ra µinch) begrenzt werden.
Die EP 4 07 613 beschreibt ein Bildempfangsmaterial mit ebenfalls thermoplastischen Zwischenschichten. Die Thermoplaste sind vorzugsweise Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyethylenterephthalat, Polymethacrylat oder Polycarbonat. Die Oberflächenrauhigkeit der Zwischenschicht liegt in dieser Patentschrift zwischen 0,2 und 0,4 µm.
Alle drei Patentanmeldungen beschreiben Bildempfangsmaterialien für die thermische Farbstoffübertragung, die zwischen dem Papierträgermaterial und der Bildempfangsschicht eine thermoplastische Zwischenschicht aufweisen. Durch die thermoplastische Zwischenschicht soll die Qualität des übertragenen Bildes verbessert werden.
Die Bildempfangsmaterialien nach diese drei oben genannten Veröffentlichungen weisen jedoch einen deutlichen Mangel des fertigen Bildes hinsichtlich seiner Wärme- und Alterungsbeständigkeit auf. Die Bildschärfe verringert sich mehr und mehr, Linien verbreiten sich und fransen aus. Texte können bis zur Unleserlichkeit verlaufen.
Die Alterungs- und auch die Wärmebeständigkeit von Bildmaterialien sind jedoch wichtige Kriterien für ihren Einsatz bzw. für ihre Verwendungsfähigkeit.
In der nachveröffentlichten DE 41 17 317 wird ein Bildempfangsmaterial beschrieben, das zwischen dem Trägermaterial (Substrat) und der Bildempfangsschicht eine unpigmentierte Zwischenschicht aus gehärtetem Material aufweist und damit eine größere Wärmebeständigkeit besitzt als die mit thermoplastischen Zwischenschichten ausgerüsteten Bildempfangsmaterialien. Eine unpigmentierte Zwischenschicht besitzt aber kein Lichtreflexionsvermögen. Hohe Lichtreflexion des Untergrundes läßt jedoch die Bilder brillanter erscheinen.
Es ist deshalb Aufgabe dieser Erfindung, ein Bildempfangsmaterial für thermische Farbstoffübertragungsverfahren zur Verfüguung zu stellen, das brillante Bilder hoher Farbdichte ermöglicht, die alterungs- und wärmebeständig sind, ihre gute Bildqualität also weitestgehend beibehalten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bildempfangsmaterial aus einem Trägermaterial, einer Zwischenschicht aus vernetztem Material und einer Bildempfangsschicht aus unvernetztem Material, wobei die Zwischenschicht ein Weißpigment enthält.
Es war überraschend, daß durch die Kombination dieser beiden Schichten eine hohe Farbdichte und eine ausgezeichnete Wärme- und Alterungsbeständigkeit des Bildes erzielt werden konnte, denn die gute Ergebnisse ließen sich weder durch zwei nicht vernetzte Schichten noch durch zwei vernetzte Schichten erreichen.
Die für die Zwischenschicht verwendeten Materialien sind Lacke aus Monomeren, Oligomeren oder Prepolymeren, meist jedoch aus Gemischen dieser Gruppen. Dabei dienen vor allem die Monomere als Verdünnungsmittel im Lack. Auf Monomere kann vorteilhaft verzichtet werden, wenn die Beschichtungsmassen bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise 30°C bis 60°C, verarbeitet werden.
Die Monomere, Oligomere und Prepolymere enthalten als Acryl, Methacryl-, Allyl- oder Vinylverbindungen Kohlenstoff-Doppelbindungen (<c=c<). Sie können zusätzlich Hydroxyl-, Carboxyl- und andere polare Gruppen enthalten, z. B. zur Verbesserung der Haftung der Bildempfangsschicht.
Vorzugsweise sollen die vernetzbaren Verbindungen zu mehr als 50 Gew.-% aus Acrylsäure- und/oder Methacrylsäureestern bestehen.
Vorteilhaft lassen sich die Lacke (vor der Vernetzung) mit Weißpigmenten, wie Carbonate, Oxide, Sulfate oder Sulfite der Elemente Calcium, Magnesium, Barium, Strontium, Zink oder Titan füllen. Wegen seines hohen Brechungsindex hat sich Titandioxid besonders bewährt. Es wurden Lacke erfolgreich verarbeitet, die bis zu 70 Gew.-% Titandioxid enthielten. Dadurch ergibt der Bilduntergrund eine hohe Lichtreflexion und läßt die Bilder brillanter erscheinen.
Zusätzlich können die Lacke noch bis zu 20 Gew.-% an Hilfsmitteln, wie nichtvernetzbare Harze, optische Aufheller, Mattierungsmittel, Farbstoffe und Photoinitiatoren enthalten.
Nach dem Auftragen des Lackes auf das Trägermaterial wird er durch energierreiche Strahlung vernetzt. Diese Strahlung kann eine Elektronenbestrahlung sein oder eine UV-Strahlung. Beim Einsatz von UV-Lampen müssen dem Lack Photoinitiatoren zugesetzt werden zur Bildung von Radikalen, die die Vernetzungsreaktion in Gang setzen.
Der Lack kann mit üblichen Auftragsaggregaten wie Schaber- oder Spaltdosiersysteme, Rasterwalzen oder Mehrwalzen-Systeme auf das Trägermaterial aufgestrichen werden.
Zur Erzeugung besonders brillanter Bilder wird der Lack in Kontakt mit hochglänzenden Metalloberflächen, bzw. Hochglanzzylindern, durch Bestrahlung mit energiereichen Elektronen vernetzt. Dabei erfolgt die Bestrahlung mit den beschleunigten Elektronen von der Rückseite, d. h. von der nicht beschichteten Seite des Trägermaterials her. Die Elektronen müssen derart beschleunigt werden, daß ihre Eindringtiefe die Dicke des Trägermaterials plus Lackschicht übertrifft. Beschrieben ist diese Technik in der DE 30 22 709.
Zur besseren Planlage oder Dimensionsstabilität kann das Trägermaterial auch beidseitig lackiert oder mit Thermoplasten wie Polyolefinen ein- oder beidseitig vorbeschichtet werden.
Eine thermoplastische Schicht, die die Funktion einer Sperrschicht unter der Zwischenschicht aus vernetztem Lack hat, verhindert das Eindringen (Wegschlagen) des aufgetragenen Lackes in das Papierinnere und erspart Lackmaterial.
Für die Bildempfangsschicht können alle geeigneten Materialien eingesetzt werden, wie sie aus der Literatur bekannt sind. Das fertige Bild wird durch die Zwischenschicht alterungs- und wärmebeständig. Die Beschichtungsmase soll jedoch frei von organischen Lösungsmitteln sein.
Um eine gute Haftung der Bildempfangsschicht auf der vernetzten Zwischenschicht zu gewährleisten, haben sich Vorbehandlungen wie beispielsweise eine Corona-Entladung bewährt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen, aber nicht eingrenzen:
Beispiel 1
Ein mit Alkylketendimer neutral geleimtes Papier von 175 g/m² Flächengewicht wurde einseitig mit 25±2 g/m² nach folgenden Lackrezepturen (Beschichtungsmasse) mit einem Mehrwalzenauftragssystem beschichtet bei einer Maschinengeschwindigkeit von 60 m/min. Vor der Beschichtung erfolgte eine Corona-Vorbehandlung der Papieroberfläche.
Das beschichtete Papier wurde mittels beschleunigter Elektronen bei einer Energiedosis von 40 kJ/kg Beschichtungsmasse bestrahlt. Die Aushärtung erfolgte in einer Scanner-Anlage von maximal 180 kV und 100 mA Elektronenstrom unter Stickstoff als Inertgas.
Der sich anschließende Auftrag der Bildempfangsschicht wird später beschrieben.
Die ausgehärteten Zwischenschichten haben die folgende Zusammensetzung: (alle Angaben in Gew.-%).
Epoxyacrylat 1 (2 Doppelbindungen im Molekül, 6000 Pas Viskosität bei 25°C)
fettsäuremodifiziertes Epoxyacrylat 2 (2 Doppelbindungen im Molekül, 1900 Pas Viskosität bei 25°C)
Polyesteracrylat 3 (4 Doppelbindungen im Molekül, MG≈1000)
Oligotriacrylat 4 (3 Doppelbindungen im Molekül, MG≈480)
Beispiel 2
Ein mit Stearinsäure, Alkylketendimer und epoxidiertem Fettsäureamid geleimtes Papier von 135 g/m² Flächengewicht wurde beidseitig mit Polyethylen (Vorderseite 20 g/m², Rückseite 25 g/m²) im Schmelzextrusionsverfahren beschichtet und nach einer Corona-Vorbehandlung auf der Vorderseite mit 20±2 g/m² nach folgenden Lackrezepturen unter den Bedingungen wie in Beispiel 1 beschichtet.
Das beschichtete Papier wurde mit der Schichtseite gegen einen mit Wasser gekühlten Hochglanzzylinder gedrückt und von der Papierrückseite her mittels beschleunigter Elektronen bei einer Energiedosis von 35 kJ/kg Beschichtungsmasse in der Anlage und unter dem Inertgas, wie in Beispiel 1, bestrahlt.
Der sich anschließende Auftrag der Bildempfangsschicht wird später beschrieben.
Die ausgehärteten Zwischenschichten haben die folgende Zusammensetzung: (alle Angaben in Gew.-%).
Bisphenol-A-Derivat-Acrylat 5 (2 Doppelbindungen im Molekül, 1000 Pas Viskosität bei 25°C)
alifatisches Urethanacrylat 6 (2 Doppelbindungen im Molekül, MG≈5000)
acryliertes Sojabohnenöl 7 (1 Doppelbindung/500 Äquivalentgewicht)
Vergleichsbeispiel V1
Das Rohpapier aus Beispiel 2 wurde beidseitig mit Polyethylen extrusionsbeschichtet.
Die Rückseite wurde mit 28 g/m² einer Mischung aus
35 Gew.-% HDPE, g=0,959 g/cm³, MFI=8
28 Gew.-% HDPE, g=0,950 g/cm³, MFI=7
20 Gew.-% LDPE, g=0,934 g/cm³, MFI=3
17 Gew.-% LDPE, g=0,915 g/cm³, MFI=8
beschichtet.
Die Vorderseite wurde mit 22 g/m² einer Mischung aus
42 Gew.-% HDPE, g=0,959 g/cm³, MFI=8
10 Gew.-% LDPE, g=0,934 g/cm³, MFI=3
10,3 Gew.-% LDPE, g=0,915 g/cm³, MFI=8
16,7 Gew.-% LDPE, g=0,924 g/cm³, MFI=4,5
21 Gew.-% Titandioxid-Masterbatch mit 50 Gew.-% TiO₂
beschichtet.
Der sich anschließende Auftrag der Bildempfangsschicht wird später beschrieben.
Vergleichsbeispiel V2
Das Rohpapier aus Beispiel 1 wurde mit der Rezeptur des Beispiels 1c (=V2a) zweifach beschichtet, wobei die erste Schicht als Zwischenschicht und die zweite Schicht als Bildempfangsschicht diente.
Die Maschinenbedingungen entsprachen denen aus Beispiel 1. Die Auftragsgewichte betrugen pro Schicht 18-20 g/m². Vor jeder Beschichtung erfolgte eine Corona-Vorbehandlung.
Vergleichsbeispiel V3
Zum Vergleich wurde ein auf dem Markt verfügbares Bildempfangsmaterial eingesetzt.
Auftrag der Bildempfangsschicht
Die mit einer Zwischenschicht versehenen Trägermaterialien aus Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel V1 wurden nach einer Corona-Vorbehandlung zur Bildung der Bildempfangsschicht mit der folgenden Beschichtungsmasse aus wäßriger Lösung mit einem Walzenauftragsaggregat beschichtet:
Rezeptur
Acrylat-Copolymer 40gew.-%ige wäßrige Dispersion
53,8 Gew.-%
Oxidiertes Polyethylen 30gew.-%ige wäßrige Dispersion 27,6 Gew.-%
Kieselsäure 15 Gew.-% in Wasser 11,1 Gew.-%
Titandioxid 40 Gew.-% in Wasser 4,1 Gew.-%
Fluortensid 3,4 Gew.-=
Die Maschinengeschwindigkeit war 130 m/Min., die Trocknungstemperatur betrug 110°C. Das Auftragsgewicht nach der Trocknung lag bei 5-7 g/m².
Prüfergebnisse
Alle Bildempfangsmaterialien wurden einem thermischen Bildübertragungsverfahren unterzogen. Hierzu wurde der Colour-Video-Printer VY-25E der Fa. Hitachi eingesetzt unter Verwendung der Hitachi-Farbbänder.
Der Video-Printer hat folgende technische Daten:
Bildspeicher
PAL 1-Vollbild-Speicher
Druckbild 64 Farbton-Bild
Bildelemente: 540 : 620 Punkte
Druckzeit 2 Minuten/Bild
Die Farbdichte der einzelnen Farben der erhaltenen Bilder wurde mit dem Original-Reflection-Densitometer SOS-45 gemessen.
Für die Prüfung der Alterungs- und Wärmebeständigkeit wurde ein Linienraster für die einzelnen Grundfarben gewählt und die Linienbreiten ausgemesen. Da die Meßergebnisse der einzelnen Grundfarben (cyan, magenta, gelb) nur geringfügig differenzierten, meist jedoch identisch waren, wird in der nachfolgenden Tabelle jeweils der gemittelte Wert der drei Grundfarben angegeben.
Prüfergebnisse
Resumee
Wie die Prüfergebnisse belegen, zeigen die bebilderten Bildempfangsmaterialien ohne vernetzte Zwischenschicht (Vergleichsbeispiele V1 und V3) deutlich geringere Wärme- und Alterungsbeständigkeit als die erfindungsgemäßen, was in einer Zunahme der Strichbreite zum Ausdruck kommt.
Vernetzte Zwischenschichten, kombiniert mit vernetzten Bildempfangsschichten, ergeben Bilder mit stark verringerter Farbdichte; die niedrigeren Werte der Farbdichte bedeuten blassere Farben.

Claims (14)

1. Bildempfangsmaterial für thermische Farbstoffübertragungsverfahren, bestehend aus einem Trägermaterial, einer Zwischenschicht aus vernetztem Material und einer Bildempfangsschicht aus unvernetztem Material, wobei die Zwischenschicht die Bildempfangsschicht ohne Verwendung von organischen Lösungsmitteln erzeugt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ein Weißpigment enthält.
2. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht bis zu 80 Gew.-% Weißpigment aus der Gruppe der Carbonate, Oxide, Sulfate oder Sulfite der Elemente Calcium Magnesium, Barium, Strontium, Zink oder Titan enthält.
3. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Weißpigment Titandioxid ist.
4. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht einen vernetzten Lack enthält, dessen Vernetzung durch energiereiche Elektronenstrahlung oder UV-Strahlung erfolgt ist.
5. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht mindestens aus Monomeren, Oligomeren und/oder Prepolymeren erzeugt ist.
6. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht ohne Verwendung von Monomeren erzeugt ist.
7. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht über eine oder mehrere vernetzbare Vinyl-, Allyl-, Acryl- und/oder Methacrylverbindungen vernetzt ist.
8. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vernetzbaren Verbindungen zu mehr als 50 Gew.-% (Meth-)Acrylsäureester sind.
9. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht zusätzliche Hilfsmittel wie optische Aufheller, Mattierungsmittel, Farbstoffe, nicht vernetzbare Harze und Photoinitiatoren in Mengen von weniger als 20 Gew.-% enthält.
10. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Zwischenschicht eine Sperrschicht aufgebracht ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Bildempfangsmaterials für thermische Farbstoffübertragungsverfahren, bestehend aus einem Trägermaterial, einer Zwischenschicht und einer Bildempfangsschicht und gegebenenfalls weitere Schichten nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial den folgenden Verfahrensschritten unterworfen wird:
  • 1. Coronavorbehandlung der Oberfläche.
  • 2. Beschichtung mit einem strahlenvernetzbaren, pigmentierten, lösungsmittelfreien Lack und
  • 3. Vernetzung des Lackes durch eine energiereiche Strahlung zur Bildung der Zwischenschicht.
  • 4. Coronabehandlung der vernetzten Zwischenschicht.
  • 5. Beschichtung der Zwischenschicht mit einer wäßrigen, lösungsmittelfreien Beschichtungsmase und
  • 6. Trocknung der wäßrigen Beschichtungsmasse zur Bildempfangsschicht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als energiereiche Strahlung eine Elektronenstrahlung oder eine UV-Strahlung eingesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einem strahlenvernetzbaren, pigmentierten, lösungsmittelfreien und monomerfreien Lack bei erhöhter Temperatur der Beschichtungsmase durchgeführt wird, wobei die Temperatur vorzugsweise zwischen 30° und 60°C liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vernetzung des Lackes durch energiereiche Strahlung dann vorgenommen wird, wenn der Lack sich im Kontakt mit einer hochglänzenden Metalloberfläche befindet.
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