DE4322179C2 - Aufzeichnungsmaterial für Ink-Jet-Druckverfahren - Google Patents

Aufzeichnungsmaterial für Ink-Jet-Druckverfahren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Aufzeichnungsmaterial für das Ink- Jet-Druckverfahren sowie eine Beschichtungsmasse zur Herstellung einer Tintenaufnahmeschicht für das Ink-Jet-Verfahren.
Bei Ink-Jet-Aufzeichnungssystemen werden Bedruckvorgänge durch­ geführt, indem Tintentröpfchen mittels verschiedener Tinten­ strahlverfahren wie elektrostatisches Anziehungsverfahren, Blasenbildungsverfahren, gebildet und auf ein Aufzeichnungs­ material gebracht werden.
Für derartige Aufzeichnungsvorgänge, die das Drucken von Bildern mit sehr hoher Auflösung direkt aus elektronischen Daten erlaubt, werden an die hierfür eingesetzten Bildempfangsmate­ rialien hohe Anforderungen gestellt. Das mittels Ink-Jet-Verfah­ ren erzeugte Bild soll verfügen über
  • - hohe Auflösung,
  • - hohe Farbdichte,
  • - genügend Farbabstufungen,
  • - gute Wischfestigkeit,
  • - gute Wasserfestigkeit.
Um dies zu erreichen, müssen folgende Grundbedingungen erfüllt werden:
  • - die Tinte muß vom Aufzeichnungsmaterial rasch absorbiert werden,
  • - die aufgespritzten Tintentröpfchen müssen in möglichst exakter Weise (kreisförmig) und genau begrenzt ausein­ anderlaufen,
  • - die Tintendiffusion in dem Aufzeichnungsmaterial darf nicht zu hoch sein, damit der Durchmesser der Tinten­ punkte nicht mehr als unbedingt erforderlich vergrößert wird,
  • - ein Tintenpunkt soll beim Überlappen mit einem vorher aufgebrachten Tintenpunkt diesen nicht beeinträchtigen oder verwischen,
  • - das Aufzeichnungsmaterial muß eine Oberfläche aufweisen, die eine hohe visuelle Reflexionsdichte und eine hohe Brillanz der Farben ermöglicht,
  • - das Aufzeichnungsmaterial soll eine hohe Formbeständig­ keit aufweisen, ohne daß es sich nach dem Druckvorgang dehnt.
Hierbei handelt es sich zum Teil um sich widersprechende Forde­ rungen, z. B. bedeutet die zu schnelle Einstellung der Wischfe­ stigkeit, daß ein Tintentropfen nicht oder nur wenig auseinan­ derläuft und dadurch die Klarheit des entstandenen Bildes be­ nachteiligt wird.
Ausgehend von den an das Aufzeichnungsmaterial gestellten Forde­ rungen werden trotzdem Wege gesucht, die zu einem Bild mit mög­ lichst hoher Farbdichte bei möglichst hoher Wischfestigkeit führen.
Es ist bekannt, als Aufzeichnungsmaterial für den Ink-Jet-Druck Papier zu verwenden, in dem die Farbflüssigkeiten in den zwi­ schen den Papierfasern oder zwischen Fasern und Füllstoff ge­ bildeten Räumen absorbiert werden können.
Eine andere Gruppe von Aufzeichnungsmaterialien sind die mit einer Tintenaufnahmeschicht versehenen Papiere.
Die Tintenaufnahmeschichten bestehen grundsätzlich aus einer Pigment/Bindemittel-Mischung. Die Pigmente dienen, neben der Er­ höhung des Weißgrades des Materials, zur Retention der Farb­ stoffe aus der Aufzeichnungsflüssigkeit an der Oberfläche des Blattes. Eine hohe Pigmentkonzentration führt zu großer Porosi­ tät der Schicht (DE-PS 30 24 205). Dadurch wird zwar eine gute Wischfestigkeit erreicht, gleichzeitig aber werden auch Pigmente aus der Tinte in das Innere des Aufzeichnungsmaterials hereingezogen, was die Farbdichte des Bildes verschlechtert.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 61-041 585 ist be­ kannt, ein Aufzeichnungsmaterial mit einer Empfangsschicht aus Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon herzustellen. Das Mischungsverhältnis beider Komponenten PVA : PVP beträgt 3 : 1 bis 1 : 5. Nachteilig an diesem Material ist jedoch die man­ gelnde Wasserfestigkeit und Naßreibfestigkeit des Materials.
In der japanischen Offenlegungsschrift JP 61-261 089 wird ein transparentes Material für "over head"-Projektoren vorgeschla­ gen, welches neben einer Polyvinylalkohol/Polyvinylpyrrolidon- Mischung zusätzlich ein kationisches leitfähiges Harz enthält. Dadurch wird zwar eine gute Wischfestigkeit und Wasserfestig­ keit, aber keine ausreichende Naßreibfestigkeit erreicht.
Die US 5 223 338 beschreibt ein Aufzeichnungsblatt aus einem Träger und einer Beschichtung, die im wesentlichen aus einer quaternären Polyammoniumverbindung und gegebenenfalls Bindemittel und Füllstoff besteht. Diese Beschichtung ergibt Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien mit verbesserter Wasserfestigkeit. Die US 5 132 146 beschreibt Tintendruckverfahren auf einem Substrat, welches eine Tintenaufnahmeschicht enthält. Diese Tintenaufnahmeschicht weist einen Polyvinylalkohol, Chitosan und eine Aldehydverbindung auf. Wesentlicher Bestandteil der Tintenaufnahmeschicht ist Chitosan. Die Chitosan enthaltende Tintenaufnahmeschicht zeichnet sich durch sehr gute Wasserfestigkeit aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Aufzeich­ nungsmaterial für das Ink-Jet-Druckverfahren vorzuschlagen, wel­ ches die eingangs erwähnten Anforderungen erfüllt, insbesondere aber neben hoher Farbdichte und Bildschärfe eine gute Wasser­ festigkeit und Naßreibfestigkeit gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1.
Die wasserlösliche, Aldehydgruppen enthaltende Substanz kann ein Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukt sein mit einem Gehalt an freien CHO-Gruppen von mindestens 0,05 mol-%. Aber auch ein mehr­ wertiges Aldehyd, wie Oxalaldehyd kann hier Verwendung finden.
Das Mengenverhältnis der wasserlöslichen Substanz zum in der Tin­ tenaufnahmeschicht enthaltenen hydrophilen Bindemittel, welches eine Mischung aus Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon- Homopolymer und/oder Polyvinylpyrrolidon-Copolymer ist, beträgt 1 : 1 bis 1 : 40. In bevorzugter Ausführung beträgt das Verhältnis 1 : 1,5 bis 1 : 27.
Das Mengenverhältnis Polyvinylalkohol zu Polyvinylpyrrolidon-Homo­ polymer und/oder Copolymer in der Bindemittel-Mischung beträgt 10 : 1 bis 4 : 1.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Polyvi­ nylpyrrolidon-Copolymer ein Vinylpyrrolidon/Vinylacetat oder ein Vinylpyrrolidon/Styrol-Copolymer.
Die Menge der wasserlöslichen, Aldehydgruppen enthaltenden Sub­ stanz in der Tintenaufnahmeschicht beträgt 2 bis 15 Gew.-%, ins­ besondere 3 bis 10 Gew.-%.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Tin­ tenaufnahmeschicht eine quaternäre Ammonium-Verbindung mit einer bestimmten Kationizität, die mit Hilfe der sog. PCD-Titration mit einer 1 · 10-3 n Lösung des polyethensulfonsauren Natriums (PES- Lösung) ermittelt wird. Die nach dieser Methode ermittelten Werte der Kationizität für die erfindungsgemäßen Ammonium-Verbindungen betragen 15 bis 30 ml PES-Lösung, insbesondere 20 bis 25 ml PES-Lösung. Zu den quat. Ammonium-Verbindungen gehören z. B. Polyaminsalze und Polyamidamin-Verbindungen. Als besonders vor­ teilhaft hat sich das Polydiallyldimethylammoniumchlorid erwiesen.
Die erfindungsgemäße Tintenaufnahmeschicht kann auch andere Zu­ satzstoffe, wie Weißpigmente, Buntpigmente, Farbstoffe, Dispergierhilfsmittel, Netzmittel, Härtungsmittel und optische Aufheller enthalten.
Zu den in der Tintenaufnahmeschicht Verwendung findenden Pigmenten gehören: Kieselsäure, Clay, Zeolithe und andere anorganische Pigmente. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Tintenaufnahmeschicht eine amorphe Kieselsäure enthalten, die ein Porenvolumen von 1,0-2,5 ml/g bei einer Teilchengröße von 5 µm aufweist. Die Menge des Pigments in der Tintenaufnahmeschicht beträgt 10 bis 80 Gew.-%, insbesondere 40 bis 65 Gew.-%.
Die Tintenaufnahmeschicht wird aus einer wäßrigen Dispersion mit Hilfe aller gebräuchlichen Auftrags- und Dosierverfahren auf den Träger aufgetragen. Die Auftragsmenge der Tintenaufnahmeschicht beträgt 0,5 bis 15 g/m², vorzugsweise 2 bis 8 g/m². Als Träger kann eine Kunststoffolie, ein beschichtetes oder ein unbeschich­ tetes Basispapier eingesetzt werden. Das Basispapier kann ein sauer oder ein neutral geleimtes Papier sein. Bevorzugt wird ein mit Diketen geleimtes Basispapier, das 5 bis 20 Gew.-% Pigment und/oder Füllstoff enthält, wie TiO₂, CaCO₃ und SiO₂.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Rückseite des Basispapiers eine Schicht auf, die ein hydrophiles kolloidales Bindemittel, wie Stärke, modifizierte Stärke, Polyvinylalkohol, Gelatine enthält. Insbesondere bevorzugt wird eine oxydierte Kartoffelstärke.
Die Rückseitenschicht kann bis 60 Gew.-% Füllstoffe (z. B. Clay, Zeolith, CaCO₃), Pigmente und andere Zusatzstoffe enthalten.
Die Erfindung soll mit Hilfe der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
Beispiel 1
Die Vorderseite eines mit Alkylketendimer neutral geleimten und 20 Gew.-% CaCO₃ in der Masse enthaltenden Rohpapiers von 80 g/m² Flächengewicht wurde mit einer wäßrigen Beschichtungsmasse beschichtet und getrocknet. Die erhaltenen Tintenaufnahme­ schichten haben folgende Zusammensetzung:
Die Rückseite des Basispapiers wurde mit einer Schicht versehen, die aus oxydierter Kartoffelstärke und 20 Gew.-% CaCO₃ besteht. Das Auftragsgewicht dieser Rückseitenschicht betrug 4 g/m².
Sonstige Versuchsbedingungen:
- Maschinengeschwindigkeit: 100 m/min
- Trocknungstemperatur: 130°C
- Trocknungszeit: 5 min.
Das erhaltene Aufzeichnungsblatt wurde in einem sog. "Thermal Jet"-Verfahren bedruckt und anschließend analysiert. Die Prüfergebnisse sind in Tab. 1 zusammengestellt.
Beispiel 2
Die Vorderseite des Basispapiers aus Beispiel 1 wurde mit einer wäßrigen Beschichtungsmasse beschichtet und getrocknet. Die erhaltene Tintenaufnahmeschicht hat folgende Zusammensetzung:
Die Rückseite des Basispapiers wurde wie im Beispiel 1 mit einem Stärkestrich versehen.
Die sonstigen Versuchsbedingungen waren wie im Beispiel 1. Die Ergebnisse der Untersuchung der anschließend erhaltenen Druckbilder sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Vergleichsbeispiel V1
Die Durchführung erfolgte gemäß Beispiel 1b.
Anstatt des Polydimethyldiallylammoniumchlorids wurde ein Amidderivat mit einer Kationizität von 13,11 ml PES-Lösung eingesetzt.
Vergleichsbeispiel V2
Das Basispapier aus Beispiel 1 wurde mit einer Empfangsschicht versehen, bei der auf den Einsatz einer wasserlöslichen, Aldehydgruppen enthaltenden Substanz verzichtet wurde.
Die Tintenaufnahmeschichten gemäß den Vergleichsbeispielen V1 und V2 wurden aus wäßrigem Milieu aufgetragen und hatten nach der Trocknung folgende Zusammensetzungen:
Das in den Vergleichsbeispielen erhaltene Aufzeichnungsmaterial wurde in einem sog. "Thermal jet"-Verfahren bedruckt und anschließend analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusam­ mengestellt.
Zusätzlich zu den Vergleichsbeispielen wurden zwei handelsübliche Aufzeichnungsmaterialien herangezogen und analysiert. Die Prüfergebnisse sind in Tab. 3 zusammengestellt.
Prüfung des gemäß den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Aufzeichnungsmaterials
Das Aufzeichnungsmaterial wurde mit Hilfe eines nach dem Bubble- Jet-Prinzip (Thermal Jet) arbeitenden Tintenstrahldruckers HP Deskjet 550 C der Fa. Hewlett Packard bedruckt.
Bei den erhaltenen Druckbildern wurden Farbdensität, Bildschärfe, Wasserfestigkeit und Naßreibfestigkeit untersucht.
Die Densitätsmessungen wurden mit Hilfe eines "Original Reflection Densitometer SOS-45" durchgeführt. Die Messungen erfolgten für die Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz.
Für die Untersuchung der Wasserfestigkeit wurde das Aufzeichnungs­ material in Wasser getaucht. Die nach 60 s im Wasserbad verblie­ bene Densität (%) wird als Maß für die Wasserstabilität herangezogen.
Die Bildschärfe wird mit Hilfe eines Fadenzählers ermittelt. Es werden Feldabstände zwischen einem roten und einem grünen bzw. zwei schwarzen Feldern abgelesen (Maximalwert 1 mm). Die farbigen Felder (zusammengesetzt aus den Grundfarben) haben 200% Farbdeckung. Sie dienen daher als Prüffelder zur Fixierung großer Tintenmengen.
Zur Ermittlung der Naßreibfestigkeit wird ein mit einem feuchten Tuch bespanntes Gewicht (1 kg) fünfmal über einen mit 100% der Farbe Schwarz oder Cyan bedruckten Probestreifen gezogen. Der Densitätsverlust wird benotet (Note 1-5).

Claims (15)

1. Aufzeichnungsmaterial für Ink-Jet- Druckverfahren, bestehend aus einem Träger und einer ein hydrophiles Bindemittel und ein Pigment enthaltenden Tintenaufnahmeschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenaufnahmeschicht eine Mischung aus Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon-Homopolymer und/oder Vinylpyrrolidon-Copolymer als Bindemittel sowie eine wasserlösliche Aldehydgruppen enthaltende Substanz enthält, das Mengenverhältnis Polyvinylalkohol zu Polyvinylpyrrolidon-Homopolymer und/oder Copolymer 10 : 1 bis 4:1 in der Bindemittelmischung beträgt und die Tintenaufnahmeschicht 30 bis 60 Gew.-% Bindemittelmischung enthält.
2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche, Aldehydgruppen enthaltende Substanz ein Melamin-Formaldehyd- Kondensationsprodukt ist.
3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche, Aldehydgruppen enthaltende Substanz ein mehrwertiges Aldehyd ist.
4. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis der wasserlöslichen, Aldehydgruppen enthaltenden Verbindung zum hydrophilen Bindemittel 1 : 1 bis 1 : 40, insbesondere 1 : 1,5 bis 1 : 27 beträgt.
5. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der wasserlöslichen, Aldehydgruppen enthaltenden Substanz in der Tintenaufnahmeschicht zwischen 2 bis 15 Gew.-%, insbesondere 3 bis 10 Gew.-%, beträgt.
6. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenaufnahmeschicht eine quaternäre Ammonium-Verbindung enthält.
7. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die quaternäre Ammonium-Verbindung eine Kationizität von 15 bis 30 ml einer 1 × 10-3 n Lösung des Natriumpolyethylensulfonats aufweist.
8. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die quaternäre Ammonium- Verbindung ein Polyaminsalz, insbesondere ein Polydiallyldimethylammoniumchlorid ist.
9. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der quaternären Ammonium-Verbindung höchstens 10 Gew.-% beträgt.
10. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenaufnahmeschicht eine amorphe Kieselsäure, ein Ton, einen Zeolith oder andere anorganische Pigmente enthalten kann.
11. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Kieselsäure ein Porenvolumen von 1,0 bis 2,5 ml/g bei einer Teilchengröße von 5 µm aufweist.
12. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Pigments in der Tintenaufnahmeschicht 10 bis 80 Gew.-%, insbesondere 40 bis 65 Gew.-%, beträgt.
13. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tintenaufnahmeschicht in einer Auftragsmenge von 0,5 bis 15 g/m², insbesondere 2 bis 8 g/m², auf einen Träger aus einem geleimten Rohpapier aufgetragen ist.
14. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Trägers mit einem Stärke-Strich mit einem Auftragsgewicht von 2 bis 7 g/m², insbesondere 3 bis 5 g/m², versehen ist.
15. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine oxydierte Kartoffelstärke ist.
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