DE60101127T2

DE60101127T2 - Tintenstrahl-Druckverfahren

Info

Publication number: DE60101127T2
Application number: DE60101127T
Authority: DE
Inventors: Allan Rochester Wexler
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: EP1184195A2; EP1184195B1; EP1184195A3; US6457824B1; JP2002086908A; DE60101127D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Tintenstrahl-Druckverfahren, insbesondere ein Tintenstrahl-Druckverfahren, bei dem ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement verwendet wird, das thermisch nachgiebige zusammengesetzte Teilchen aufweist, die eine Kern-Hüllenstruktur aufweisen.
In einem typischen Tintenstrahl-Aufzeichnungs- oder Drucksystem werden Tintentröpfchen aus einer Düse mit hohen Geschwindigkeiten in Richtung eines Aufzeichnungselementes oder Mediums ausgestoßen, um ein Bild auf dem Medium zu erzeugen. Die Tintentröpfchen oder die Aufzeichnungsflüssigkeit enthält ganz allgemein ein Aufzeichnungsmittel, wie einen Farbstoff oder ein Pigment und eine große Menge an Lösungsmittel. Das Lösungsmittel oder die Trägerflüssigkeit besteht in typischer Weise aus Wasser, einem organischen Material wie einem einwertigen Alkohol, einem mehrwertigen Alkohol oder Mischungen hiervon.
Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement weist in typischer Weise einen Träger auf, der auf mindestens einer Oberfläche mindestens eine Tinten-Empfangsschicht aufweist. Die Tinten-Empfangsschicht ist in typischer Weise entweder eine poröse Schicht, die die Tinte über eine Kapillarwirkung aufnimmt oder eine Polymerschicht, die quillt, um die Tinte zu absorbieren. Quellbare hydrophile Polymerschichten benötigen eine unerwünscht lange Zeitspanne um zu trocknen, so dass poröse Schichten, die schneller trocknen, im Allgemeinen als vorteilhafter angesehen werden. Tintenstrahl-Aufzeichnungselemente können mehrere Schichten auf dem Träger aufweisen. Typische Zweischichten-Konstruktionen weisen entweder eine obere Tinte transportierende Schicht in Kombination mit einer Tinte zurückhaltenden Unterschicht auf oder eine obere ein Tintenbild festhaltende Schicht in Kombination mit einer darunterliegenden Tintenträger-Sumpfschicht.
Poröse Schichten enthalten in typischer Weise ein leicht benetzbares, jedoch in Wasser unlösliches, schwer schmelzbares anorganisches Pigment wie auch ein Bindemittel. In typischer Weise bestehen diese schwer schmelzbaren (refractory) anorganischen Pigmentteilchen aus entweder Kieselsäure oder Aluminiumoxid. Die starke Beladung mit diesen leicht benetzbaren, jedoch schwer schmelzbaren Teilchen und das Vorhandensein von zahlreichen Poren, die wichtig sind für die schnelle Tintenabsorption der Schicht, stellen ein Problem dar dadurch, dass die vielen Grenzflächen, die durch eine solche Schicht vorhanden sind, zu einer Lichtstreuung führen und zu einem unzureichenden Glanz. Um die Lichtstreuung zu vermindern und um den Glanz zu verbessern, bestehen poröse Schichten oftmals hauptsächlich aus kolloidalen Teilchen, d. h. Teilchen, die kleiner als 0,5 μm sind. Diese Teilchen jedoch sind schwierig ohne Spaltung der aufgetragenen Schicht aufzutragen. Infolgedessen ist es schwierig, einen hohen Glanz mit schwer schmelzbaren Teilchen zu erzielen, die größer als 0,5 μm sind, und umgekehrt hat es sich als schwierig erwiesen, eine nicht spaltbare Schicht mit schwer schmelzbaren Teilchen aufzutragen, die kleiner als 0,5 μm sind.
Die US-A-5 576 088 betrifft ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsblatt mit mindestens einer Tinten-Empfangsschicht und einer Glanz herbeiführenden Schicht, bestehend aus einem synthetischen Polymerlatex-Bindemittel und einem Pigment, wobei mindestens 70 Gew.-% der Schicht aus kolloidalen Teilchen bestehen. Diese Glanz erzeugende Schicht kann kalandriert werden oder einem Druckkontakt mit einer aufgeheizten spiegelnden Walze unmittelbar nach der Beschichtung ausgesetzt werden, um den Glanz weiter zu erhöhen. Im Falle dieses Aufzeichnungsblattes bestehen jedoch Probleme dadurch, dass die Verwendung von organischen Teilchen die Trennbarkeit der Glanz erzeugenden Schicht von der spiegelnden Walze vermindert. Weiterhin vermindert das Kalandrieren der Schicht vor der Bildaufzeichnung die Tinten-Penetrierbarkeit. Zusätzlich haben die oben beschriebenen Schichten eine starke Beladung mit kolloidalen Teilchen, so dass die Schichten zu einer Spaltung neigen aufgrund von hohen Trocknungsspannungen.
Die US-A-5 472 773 betrifft ein beschichtetes Papier mit einem Substrat mit einer Oberflächenschicht aus kolloidalen Aggregaten von Aluminiumoxidkristallen (oder Pseudoboemit) und einem Bindemittel mit einem spiegelnden (specular) Glanz bei 60° von mindestens 30%. Im Falle dieses beschichteten Papiers bestehen jedoch Probleme deshalb, weil dieser Glanzgrad im Falle hochqualitativer Substrate mit aufgezeichnetem Bild geringer als erwünscht ist und weil die Herstellung des beschichteten Papiers eine kostspielige und komplexe Schichten-Übertragungstechnologie erfordert.
Die EP 0 813 978 A1 beschreibt ein poröses Tintenstrahl-Aufzeichnungsblatt mit feinteiligen festen Teilchen in einem hydrophilen Bindemittel mit Öltröpfchen, um die Brüchigkeit und die Spaltbarkeit der Schicht zu vermindern. Im Falle dieses Elementes besteht jedoch ein Problem deshalb, weil die Öltröpfchen aus der Beschichtung ausgestoßen werden können, unter Erzeugung einer unerwünschten ölig wirkenden Oberfläche und eines verminderten Glanzes.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Tintenstrahl-Druckverfahren bereitzustellen, bei dem ein Aufzeichnungselement verwendet wird mit einer oberen porösen Schicht, die entweder ein Tintenbild zu transportieren oder festzuhalten vermag und die einer Wärme- und Druckbehandlung ausgesetzt werden kann, um einen hohen Glanz zu erzielen, trotz der schwer schmelzbaren (refractory) Natur der eingeführten anorganischen Pigmentteilchen. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Tintenstrahl-Druckverfahrens unter Verwendung eines glänzenden Tintenstrahl-Aufzeichnungselementes, das beschichtet und getrocknet werden kann ohne Spaltung und dennoch eine gute Tinten-Aufnahmefähigkeit beibehält.
Diese und andere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, die sich bezieht auf ein Tintenstrahl-Druckverfahren mit den Stufen:

A) Bereitstellung eines Tintenstrahl-Druckers, der auf digitale Datensignale anspricht;
B) Einlegen von Tintenstrahl-Aufzeichnungselementen in den Drucker, die einen Träger aufweisen, auf dem in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind mindestens eine Trägerschicht mit einem hydrophilen oder porösen Material und eine poröse Deckschicht, die ein Tintenbild entweder zurückzuhalten oder zu transportieren vermag, wobei die poröse Deckschicht ein polymeres Bindemittel und thermisch nachgiebige oder thermisch ansprechbare Kern-Hüllen-Teilchen enthält, wobei das Verhältnis von Teilchen zu Bindemittel zwischen 95 : 5 und 50 : 50 liegt und wobei jedes thermisch nachgiebige oder thermisch ansprechbare Kern-Hüllen-Teilchen aufweist:
i) eine Hülle aus anorganischen kolloidalen Teilchen, und
ii) einen Kern aus einem thermoplastischen Polymeren, wobei die Teilchen eine Teilchengröße zwischen 0,5 μm und 10 μm aufweisen, der Kern einen Erweichungspunkt von größer als 50°C hat und das Gew.-Verhältnis von der Hülle der anorganischen kolloidalen Teilchen zu dem thermoplastischen Kern bei 1 : 5 bis 1 : 99 liegt;
C) Einführen einer Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung in den Drucker; und
D) Bedrucken des Tintenstrahl-Aufzeichnungselementes unter Verwendung der Tintenstrahl-Tinte in Erwiderung der digitalen Datensignale.

Durch Anwendung der Erfindung wird ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement bereitgestellt, das einen hohen Glanz aufweist, keine Risse oder Brüche aufweist und eine gute Tinten-Absorptionsfähigkeit aufweist.
Die zusammengesetzten, thermisch ansprechbaren oder nachgiebigen Kern-Hüllen-Teilchen, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, einschließlich einer evaporativen beschränkten Koaleszenz, wie es in der US-A-4 833 060 beschrieben wird und einer beschränkten Koaleszenz, wie es in der US-A-5 354 799 beschrieben wird. Im Falle beider dieser Herstellungsverfahren wird die Hülle in-situ erzeugt durch einen Promoter während der Herstellung des Teilchen. Alternativ kann die Hülle auf vorgebildeten Teilchen erzeugt werden unter Anwendung der Schichten-durch-Schichten-Technik, wie sie beschrieben wird in "Electrostatic Self-Assembly of Silica Nanoparticle-Polyelectrolyte Multilayers of Polystyrene Latex Particles", veröffentlicht in dem Journal of the American Chemical Society, Band 120, Seite 8523 (1998).
Das thermoplastische Kernpolymer, das im Rahmen der Erfindung verwendet wird, hat einen Erweichungspunkt von größer als 50°C und vorzugsweise zwischen 50°C und 120°C. Ein Erweichungspunkt eines Polymeren kann ermittelt werden nach der Ring- und Kugelmethode, wie sie beschrieben wird in der Vorschrift ASTM E28.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das thermoplastische Kernpolymer ein Polyester, ein Acrylpolymer oder ein Styrolpolymer. Zu Beispielen von diesen Polymeren gehören ein amorpher Polyester vom Typ Kao C^® (Kao Corp.), ein Acrylpolymer, wie das Polymer Carboset 526^® (BF Goodrich Specialty Chemicals) oder ein Styrolallylalkoholcopolymer, wie das SAA 100^® (Lyondell Chemical Co.).
Wird das beschränkte Koaleszenzverfahren angewandt, um die zusammengesetzten Teilchen herzustellen, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, so sollten Monomere und Polymerisationsbedingungen ausgewählt werden, die zu einer Polymerisation eines Kernpolymeren führen, das einen Erweichungspunkt wie oben angegeben hat. Zu geeigneten Monomeren gehören Styrol- und Vinylmonomere wie Styrol, Methylmethacrylat oder Butylacrylat. Es können auch Mischungen von Monomeren, wie Styrol, Butylacrylat und Methylmethacrylat polymerisiert werden, um die gewünschten Polymereigenschaften zu erzielen.
Zu geeigneten kolloidalen anorganischen Teilchen, die als Hüllenmaterial im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, gehören kolloidale Kieselsäuren und modifizierte kolloidale Kieselsäuren, erhältlich von der Firma DuPont als Ludox^® sowie kolloidale Aluminiumoxide, wie Dispal^® (Condea Corp.). Die Größe der kolloidalen anorganischen Teilchen kann von 5 bis 100 nm reichen.
Die Hülle der Kern-Hüllen-Teilchen, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, kann weiter modifiziert werden nach Erzeugung des primären Kern-Hüllen-Teilchens, um eine Anzahl von Teilcheneigenschaften zu modifizieren, wie die Oberflächen ladung auf den Teilchen. Soll die obere Schicht Tinte zurückhalten, dann soll die Oberflächenladung auf den Teilchen der Ladung des Färbemittels entgegengesetzt sein. Ist beispielsweise ein anionischer oder negativer Farbstoff das Färbemittel, dann sollte die Teilchenladung kationisch oder positiv sein, so dass der Farbstoff in der Schicht gebeizt wird. Soll umgekehrt die obere Schicht Tinte transportieren, dann sollte die Oberflächenladung auf dem Teilchen entweder neutral gemacht werden oder sie sollte der Ladung des Farbstoffes gleich sein. Oberflächenladungen auf den Teilchen können gemessen werden nach der elektrokinetischen Schall-Amplitudentechnik (ESA), wie sie beschrieben wird in J. Colloid and Interface Science, 173, 406 (1995).
Wie oben angegeben, liegt das Gew.-Verhältnis von der Hülle der anorganischen kolloidalen Teilchen zum thermoplastischen Kern bei 1 : 5 bis 1 : 99, vorzugsweise bei 1 : 15 bis 1 : 50. Die Prozent Kieselsäure werden bestimmt auf einer Probe, die von anhaftender kolloidaler Kieselsäure freigewaschen wurde unter Anwendung der 14-MeV-Neutronenaktivierungsanalyse, um den Si-Gehalt zu messen, wie sie beschrieben wird in der Arbeit "Activation Analysis with Neutron Generators", von S. Nargolwalla und E. Przybylowicz, Herausgeber, Verlag John Wiley & Sons, Inc., (1973), Seite 528.
Ferner liegt, wie oben angegeben wurde, die Teilchengröße des Kern-Hüllen-Teilchens, das im Rahmen der Erfindung verwendet wird, bei einer Teilchengröße zwischen 0,5 und 10 μm, vorzugsweise bei 0,9 bis 5 μm. Die Teilchengröße des Kern-Hüllen-Teilchens wird bestimmt mittels eines Gerätes zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung vom Typ Horiba LA-920 Laser Scattering Particle Size Distribution Analyzer (Horiba Instruments, Inc.) und sie stellt eine Volumen-gewichtete mittlere Größe dar.
Ein Kern-Hüllen-Teilchen mit einer negativen Oberflächenladung aufgrund einer anhaftenden Schicht aus negativ geladener kolloidaler Kieselsäure kann neutral oder kationisch gemacht werden durch Verwendung von kationischen oberflächenaktiven Mitteln, wie es beschrieben wird in Colloids and Surfaces, 28, (1987), 159–168 und den dort zitierten Literaturstellen. In Wasser lösliche kationische Polymere, wie Poly(diallyldimethylammonium)chlorid oder kationische kolloidale Latexteilchen können dazu verwendet werden, um die Oberflächenladung des Kern-Hüllen-Teilchens zu modifizieren, wie es beschrieben wird in der oben zierten Arbeit in dem Journal of the American Chemical Society. Kern-Hüllen-Teilchen mit einer kationischen Oberflächenladung aufgrund einer anhaftenden Schicht von kationisch geladener kolloidaler Kieselsäure kann nach ähnlichen Verfahren anionisch gemacht werden. Weiterhin kann die Oberflächenladung und können die Benetzungseigenschaften der Kieselsäurehülle modifiziert werden durch Behandlung mit einer Vielzahl von Silanen, wie es beschrieben wird in Chemtech, 7, 766–778 (1977).
Das polymere Bindemittel, das in dem Aufzeichnungselement verwendet wird, das im Rahmen der Erfindung benutzt wird, ist nicht speziell beschränkt. Jedes beliebige Polymer oder beliebige Mischungen von Polymeren sind geeignet, die Filmbildner sind und dahingehend wirken, dass sie die oben beschriebenen Teilchen binden unter Erzeugung einer kohärenten Schicht durch Beschichtung. Zu Beispielen von derartigen Bindemitteln gehören in Wasser lösliche Polymere, wie Gelatine, Poly(vinylalkohol), Poly(ethylenoxid), Poly(2-ethyl-2-oxazolin), Cellulosepolymere, wie Methylcellulose, Emulsionspolymere und Copolymere, wie Ethylen-Vinylchlorid, Poly(acrylate), Poly(vinylacetat), Polyvinylidenchlorid, Vinylacetat-Vinylchlorid und wässrige Polymerdispersionen, wie solche aus Polyurethanen und Polyurethanmischungen.
Wie oben angegeben, liegt das Teilchen-zu-Bindemittel-Verhältnis zwischen 95 : 5 und 50 : 50, vorzugsweise zwischen 90 : 10 und 80 : 20. Liegt das Teilchen-zu-Bindemittel-Verhältnis über dem angegebenen Bereich, so hat die Schicht keine kohäsive Festigkeit. Liegt das Teilchen-zu-Bindemittel-Verhältnis unter dem angegebenen Bereich, so ist die Schicht nicht porös genug, um eine schnelle Trocknungszeit zu erzielen. Die Trägerschicht oder Trägerschichten haben im Allgemeinen eine Dicke von 1 μm bis 50 μm und die obere Schicht hat üblicherweise eine Dicke von 2 μm bis 50 μm.
Hält die oberste Schicht das Tintenbild fest, dann wirkt die Trägerschicht als Reservoir oder Schwammschicht für die Absorption des Tinten-Lösungsmittels. Transpor tiert die oberste Schicht Tinte, dann dient die Trägerschicht (Base layer) zusätzlich dazu, das Tintenbild festzuhalten. Die Trägerschicht kann hydrophil sein und quellbar oder porös. Im Allgemeinen liegt die Trägerschicht in einer Menge von 1 g/m² bis 50 g/m², vorzugsweise von 5,0 g/m² bis 30 g m/² vor. Zu geeigneten hydrophilen Materialien gehören Gelatine, acetylierte Gelatine, phthalierte Gelatine, oxidierte Gelatine, Chitosan, Poly(alkylenoxid), Poly(vinylalkohol), modifizierter Poly(vinylalkohol), sulfonierter Polyester, teilweise hydrolisierter Poly(vinylacetat/vinylalkohol), Poly(acrylsäure), Poly(1-vinylpyrrolidon), Poly(natriumstyrolsulfonat), Poly(2-acrylamido-2-methansulfonsäure), Polyacrylamid oder Mischungen hiervon. Auch können Copolymere dieser Polymeren mit hydrophoben Monomeren verwendet werden. Zu geeigneten porösen Materialien für eine Trägerschicht gehören z. B. Kieselsäure oder Aluminiumoxid in einem polymeren Bindemittel, einschließlich hydrophilen Bindemitteln wie jenen, die oben beschrieben wurden.
Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Trägerschicht (Base layer) Gelatine, die bis zu 15% eines anderen hydrophilen Materials enthalten kann, wie Poly(1-vinylpyrrolidon). Im Falle einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerschicht porös und enthält abgerauchtes Aluminiumoxid in einem quervernetzten Poly(vinylalkohol)bindemittel.
Der Träger, der in dem Tintenstrahl-Aufzeichnungselement verwendet wird, das im Rahmen der Erfindung eingesetzt wird, kann opak, transluzent oder transparent sein. Beispielsweise können verwendet werden einfache Papiere, mit Harz beschichtete Papiere, verschiedene plastische Materialien, einschließlich eines Polyesterharzes, wie Poly(ethylenterephthalat), Poly(ethylennaphthalat) und Poly(esterdiacetat), ein Polycarbonatharz, ein Fluorharz, wie Poly(tetrafluoroethylen), eine Metallfolie, verschiedene Glasmaterialien und dergleichen. Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Träger aus einem mit Harz beschichteten Papier. Die Dicke des Trägers, der im Rahmen der Erfindung verwendet wird, kann bei 12 bis 500 μm liegen, vorzugsweise bei 75 bis 300 μm.
Falls erwünscht, kann, um die Adhäsion der Trägerschicht auf dem Träger zu verbessern, die Oberfläche des Trägers einer Corona-Entladungsbehandlung ausge setzt werden, bevor die Trägerschicht oder Lösungsmittel absorbierende Schicht auf den Träger aufgebracht wird.
Da das Bildaufzeichnungselement in Kontakt mit anderen Bildaufzeichnungselementen oder dem Antriebs- oder Transportmechanismus von Bildaufzeichnungsgeräten in Kontakt gelangen kann, können Additive, wie oberflächenaktive Mittel, Gleitmittel, Mattierungsteilchen und dergleichen dem Element zugesetzt werden in dem Ausmaß, in dem sie die Eigenschaften, die von Interesse sind, nicht nachteilig beeinflussen. Zusätzlich kann die obere Schicht der Erfindung auch andere Additive enthalten, wie die Viskosität modifizierende Mittel oder Beizmittel.
Die Schichten wie oben beschrieben, einschließlich der Trägerschicht und der oberen Schicht können nach üblichen Beschichtungsmethoden auf ein Trägermaterial aufgetragen werden, wie sie üblicherweise auf diesem Gebiet verwendet werden. Zu Beschichtungsmethoden können gehören, ohne das eine Beschränkung hierauf erfolgt, die Beschichtung mit einem drahtumwickelten Stab, die Schlitzbeschichtung, die Gleittrichter-Beschichtung, die Gravure-Beschichtung, die Vorhang-Beschichtung und dergleichen. Einige dieser Methoden ermöglichen die gleichzeitige Beschichtung von beiden Schichten, was vorteilhaft bezüglich einer ökonomischen Herstellungsperspektive ist.
Tintenstrahl-Tinten, die dazu verwendet werden, auf den Aufzeichnungselementen ein Bild aufzuzeichnen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind aus dem Stande der Technik allgemein bekannt. Die Tinten-Zusammensetzungen, die beim Tintenstrahl-Druck verwendet werden, sind in typischer Weise flüssige Zusammensetzungen mit einem Lösungsmittel oder einer Trägerflüssigkeit, Farbstoffen oder Pigmenten, Feuchthaltemitteln, organischen Lösungsmitteln, Detergentien, Dickungsmitteln, Schutzmitteln und dergleichen. Das Lösungsmittel oder die Trägerflüssigkeit kann allein aus Wasser bestehen oder sie kann aus Wasser bestehen, das mit anderen mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln vermischt ist, wie mehrwertigen Alkoholen. Tinten, in denen organische Materialien wie mehrwertige Alkohole den überwiegenden Träger oder das flüssige Lösungsmittel bilden, können ebenfalls verwendet werden. Besonders geeignet sind gemischte Lösungsmittel aus Wasser und mehrwertigen Alkoholen. Die Farbstoffe, die in derartigen Zusammensetzungen verwendet werden, sind in typischer Weise in Wasser lösliche Farbstoffe vom Direkt- oder Säuretyp. Derartige flüssige Zusammensetzungen wurden im Stande der Technik ausführlich beschrieben, einschließlich beispielsweise in den US-A-4 381 946; 4 239 543 und 4 781 758.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen.
Beispiel 1
Herstellung von Kern-Hüllen-Teilchen der Erfindung
1) 3-μm-Teilchen mit einer Hülle aus kolloidaler Kieselsäure und einem Polyesterkern, hergestellt nach dem evaporativen beschränkten Koaleszenzverfahren.
Zu 225 g Ethylacetat wurden 25 g Polyesterharz vom Typ Kao^® zugegeben, wobei bis zur Lösung gerührt wurde. Getrennt hiervon wurde eine wässrige Lösung hergestellt aus 375 g mit einem pH 4-Puffer, 21 g Ludox TM50^® kolloidaler Kieselsäure (50 Gew.-% Kieselsäure, DuPont Corp.) und 4,5 g 10%igem Poly(adipinsäure-comethylaminoethanol). Die wässrige Phase wurde in ein Silverson-Mischgerät gebracht und, bei eingeschaltetem Mischgerät wurde die organische Phase zugesetzt und 1 Minute lang bei 6000 Umdrehungen/Minute emulgiert. Die Emulsion wurde dann durch einen Mikrofluidizer gegeben (Microfluidics Manufacturing model 110T), um weiter die Tröpfchengröße der Emulsion zu reduzieren. Nach Verdampfung des Ethylacetats wurde eine Population mit enger Verteilung von kugelförmigen, mit Kieselsäure beschichteten Polyesterteilchen erhalten mit einer Teilchengröße von 3,0 μm +/- 0,36 μm. Eine Elektronenabtast-Mikroskopie einer gefrier-gebrochenen Probe zeigte, dass die Oberfläche der Teilchen vollständig durch eine Hülle aus anhaftender kolloidaler Kieselsäure bedeckt war. Eine Neutronen-Aktivierungsanalyse einer Probe, die freigewaschen worden war von nicht anhaftender kolloidaler Kieselsäure, ergab die Gewichtsfraktion der anhaftenden Kieselsäurehülle zu 3,9%. Die aufgeschlämmten Feststoffe bestanden somit aus 73% Kern-Hüllen-Teilchen und 27% nicht anhaftender Kieselsäure. Eine ausreichende Menge an Wasser wurde abdekantiert, um eine Aufschlämmung mit 30% Feststoffen zu erzeugen.
2) 2-μm-Teilchen mit einer kolloidalen Kieselsäurehülle und einem Polystyrolkern hergestellt nach dem beschränkten Koaleszenzprozess
Zu 333 g Styrol wurden 10 g 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), Vazo 52^® (DuPont Corp.) zugegeben, worauf solange gerührt wurde, bis sich das Produkt Vazo 52^® gelöst hatte. Getrennt hiervon wurde eine wässrige Phase, hergestellt durch Zugabe von 10,43 g Kaliumhydrogenphthalat, 4 g 0,1 N HCl, 7,2 g Poly(adipinsäure-comethylaminoethanol) und 91,5 g Ludox TM^® kolloidaler Kieselsäure zu 1000 g destilliertem Wasser, worauf 15 Minuten lang gerührt wurde. Die organische Phase wurde dann zu der gerührten wässrigen Phase (Marine-Propeller-Rührwerk) zugegeben und 15 Minuten lang gerührt. Die erhaltene Dispersion wurde dann zweimal durch ein Gaulin-Homogenisierungsgerät gegeben, bei 20,7 MPa, worauf die Dispersion 16 Stunden lang auf 54°C erhitzt wurde. Eine Neutronen-Aktivierungsanalyse einer Probe, die von nicht anhaftender kolloidaler Kieselsäure freigewaschen wurde, ergab die Gewichtsfraktion der anhaftenden Kieselsäurehülle zu 6,6%. Die aufgeschlämmten Feststoffe enthielten infolgedessen 94% Kern-Hüllen-Teilchen und 6% nicht anhaftende Kieselsäure. Die Feststoffe wurden eingestellt derart, dass eine 27% Feststoffe enthaltende Aufschlämmung erhalten wurde. Infolgedessen wurde dadurch eine Population von mit Kieselsäure beschichteten Polystyrolteilchen einer engen Teilchengrößenverteilung mit einer Teilchengröße von 2,0 +/- 0,36 μm erhalten.
3) 6-μm-Teilchen mit einer kolloidalen Kieselsäurehülle und einem Polyesterkern: hergestellt durch den evaporativen beschränkten Koaleszenzprozess
Es wurde das gleiche Verfahren wie in 1) angewandt, mit der Ausnahme, dass die wässrige Phase aus 375 g bestand mit einem pH 4-Puffer, 5,0 g Ludox TM^® kolloidaler Kieselsäure und 1,1 g 10%igem Poly (adipinsäure-co-methylaminoethanol). Nach Verdampfung des Ethylacetats wurde eine Population von mit Kieselsäure beschichteten Polyesterteilchen einer engen Teilchengrößenverteilung mit einer Teil chengröße von 6,4 +/– 0,36 μm erhalten. Eine Neutronen-Aktivierungsanalyse einer Probe, die von nicht anhaftender kolloidaler Kieselsäure freigewaschen wurde, ergab, dass die Gewichtsfraktion der anhaftenden Kieselsäurehülle 2,1% ausmachte. Die Feststoffe der Aufschlämmung bestanden somit zu 93% aus Kern-Hüllen-Teilchen und 7% nicht anhaftender Kieselsäure. Eine ausreichende Menge an Wasser wurde abdekantiert, um eine Aufschlämmung mit 30% Feststoffen zu erhalten.
4) 2-μm-Teilchen mit einer kolloidalen Kieselsäurehülle und einem Polystyrolkern: hergestellt nach dem beschränkten Koaleszenzprozess und mit einer Oberflächenladung, die durch einen kolloidalen kationischen Latex modifiziert wurde
Zu 15,1 g der Aufschlämmung mit 27% Feststoffen, wie oben in 2) beschrieben, wurden zugegeben 1,7 g einer 15% Feststoffe enthaltenden kationischen 100 nm kolloidalen Latexdispersion von Divinylbenzol-co-N-vinylbenzyl-N,N,N-trimethylammoniumchlorid. Eine ESA-Titration ergab einen Äquivalenzpunkt von 0,033 g 15% Latex pro g Feststoff.
5) 2-μm-Teilchen mit einer kolloidalen Kieselsäurehülle und einem Polystyrolkern: hergestellt nach dem beschränkten Koaleszenzprozess und mit einer Oberflächenladung, die modifiziert wurde mittels eines kationischen in Wasser löslichen Polymeren
Zu 15,1 g der Aufschlämmung mit 27% Feststoffen, hergestellt wie in 2) beschrieben, wurden zugegeben 1,7 g einer 0,2%igen wässrigen Lösung von Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) (Aldrich Corp.). Eine ESA-Titration ergab einen Äquivalenzpunkt von 0,05 g 0,2% Polymer pro g Feststoff.
6) 2-μm-Teilchen mit einer kolloidalen Kieselsäurehülle und einem Polystyrolkern: hergestellt nach dem beschränkten Koaleszenzprozess mit einer Oberfläche, die durch ein Silan modifiziert wurde
Zu 20 g der Aufschlämmung mit 27% Feststoffen, hergestellt wie in 2) beschrieben, wurden 0,27 g N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyl-dimethoxysilan zugegeben (United Chemical Technologies, Inc.), worauf die Mischung über Nacht gerührt wurde.
C-1 Kolloidale Kieselsäure-Vergleichsteilchen
Es wurde ein im Handel erhältliches Präparat Ludox TM50^®, eine 50%ige Dispersion von 22 nm Kieselsäureteilchen verwendet.
C-2 1-μm Kieselsäuregel-Vergleichsteilchen
Es wurde ein im Handel erhältliches Produkt SyloJet^® 710A, eine 20%ige Feststoffaufschlämmung von 1 μm Silicagelteilchen verwendet.
C-3 6-μm Silicagel-Vergleichsteilchen
Es wurde ein im Handel erhältliches Produkt Gasil^® 23,6 μm Kieselsäure (Crossfield Limited) zu ausreichend Wasser zugegeben, um eine 18%ige Feststoffaufschlämmung zu erhalten.
Lösung 1 der Erfindung:
Zu 9,0 g der 30% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung 1 wurden zugegeben 9,63 g Wasser und 1,37 g Witcobond^® W215 Polyurethan (Witco Corp.) unter Gewinnung einer Aufschlämmung mit 16% Feststoffen mit einem Feststoffverhältnis von 80 Teilen 3 μm Kern-Hüllen-Teilen zu 20 Teilen Polyurethanbindemittel.
Lösung 2 der Erfindung,
Zu 18,2 g der 27% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung 2 wurden zugegeben 0,1 g Wasser und 1,72 g Airflex^® 4500 Ethylen-Vinylchloridemulsion (Air Products Corp.) unter Gewinnung einer 30% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung mit einem Feststoffverhältnis von 84 Teilen 2 μm Kern-Hüllen-Teilchen auf 16 20 Teile Bindemittel.
Lösung 3 der Erfindung:
Zu 10,0 g der 27% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung 2 wurden zugegeben 1,37 g Witcobond^® W320 Polyurethan (Witco Corp.) unter Erzeugung einer 28% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung mit einem Feststoffverhältnis von 84 Teilen 2 μm Kern-Hüllen-Teilchen auf 16 Teile Bindemittel.
Lösung 4 der Erfindung:
Zu 17,4 g deionisiertem Wasser wurden zugegeben 12 g der 30% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung 3, 20,2 g einer 10%igen Poly(vinylalkohol)lösung (Gohsenol^® Z200, Nippon Gohsei Corp.), 8,6 g einer 10%igen Gelatinelösung, 1,5 g eines Latexpolymeren, Rhoplex^® B-60A (Rohm und Haas Co.) und 0,3 g einer 10%igen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels (Olin 10G^®) unter Erzeugung einer Aufschlämmung mit 12% Feststoffen mit einem Feststoffverhältnis von 48 Teilen 6 μm Kern-Hüllen-Teilen auf 52 Teile Bindemittel.
Lösung 5 der Erfindung:
Zu der wässrigen Aufschlämmung der Teilchen 4) mit modifizierter Oberflächenladung gemäß der Erfindung wurden 2,19 g Witcobond^® 215 Polyurethan zugegeben, unter Gewinnung einer Aufschlämmung mit 27% Feststoffen.
Lösung 6 der Erfindung:
Zu der wässrigen Aufschlämmung der Teilchen 5) mit modifizierter Oberflächenladung gemäß der Erfindung wurden zugegeben 2,19 g Witcobond^® 215 Polyurethan unter Erzeugung einer Aufschlämmung mit 27% Feststoffen.
Lösung 7 der Erfindung:
Zu 20,3 g der wässrigen Aufschlämmung der mit Silan modifizierten Teilchen 6) der Erfindung wurden zugegeben zusätzliche 7,9 g deionisiertes Wasser. Getrennt hiervon wurden 10 g deionisiertes Wasser zu 2,74 g Witcobond^® 215 Polyurethan zugegeben und diese Mischung wurde dann zu den gerührten Teilchen zugegeben, unter Gewinnung einer 16%igen Aufschlämmung.
Vergleichs-Lösung C-1
Zu 9,81 g deionisiertem Wasser wurden zugegeben 2,5 g 1% Kaliumhydrogenphthalat, 0,8 g 0,01 N HCl, 5,22 g C-1, Ludox TM50^® kolloidale Kieselsäure und 1,1 g von 10%igem Poly(adipinsäure-co-methylaminoethanol). Zu dieser gerührten Suspension wurden zugegeben 1,37 g Polyurethan, Witcobond^® 215, unter Erzeugung einer Aufschlämmung mit 16% Feststoffen mit einem Feststoffverhältnis von 85 Teilen 22 nm kolloidalen Kieselsäureteilchen zu 15 Teilen Polyurethanbindemittel.
Vergleichs-Lösung C-2
Zu 9,41 g deionisiertem Wasser wurden zugegeben 2,5 g 1% Kaliumhydrogenphthalat, 0,8 g 0,01 N HCl, 3,89 g C-1, Ludox TM50^® kolloidale Kieselsäure und 0,83 g von 10%igem Poly(adipinsäure-co-methylaminoethanol). Zu dieser gerührten Suspension wurden zugegeben 3,37 g Polyurethan, Witcobond^® 215, unter Gewinnung einer Aufschlämmung mit 16% Feststoffen mit einem Feststoffverhältnis von 63 Teilen 22 nm kolloidaler Kieselsäureteilchen auf 37 Teile Polyurethanbindemittel.
Vergleichs-Lösung C-3
Zu 11,4 g deionisiertem Wasser wurden zugegeben 18 g der 20% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung der Vergleichsteilchen C-2, 1,55 g eines Latexpolymeren, Rhoplex^® B-60A (Rohm und Haas Co.), 20,2 g einer 10%igen Poly(vinylalkohol)lösung, Gohsenol Z200^®, 8,6 g einer 10%igen Gelatinelösung und 0,3 g einer 10%igen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels (Olin 10G^®) unter Gewinnung einer Aufschlämmung mit 12% Feststoffen mit einem Feststoffverhältnis von 50 Teilen 1 μm Kieselsäuregelteilchen auf 50 Teile Bindemittel.
Vergleichs-Lösung C-4
Zu 18,75 g deionisiertem Wasser wurden zugegeben 40,0 g der 18% Feststoffe aufweisenden Aufschlämmung von Vergleichsteilchen C-3, 40,4 g einer 10%igen Poly(vinylalkohol)lösung, Gohsenol Z200^®, 17,2 g einer 10%igen Gelatinelösung, 3,10 g eines Latexpolymeren, Rhoplex^® B-60A und 0,6 g einer 10%igen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels (Olin 10G^®) unter Gewinnung einer Aufschlämmung mit 12% Feststoffen mit einem Feststoffverhältnis von 50 Teilen 6 μm Kieselsäuregelteilchen auf 50 Teilen Bindemittel.
Herstellung der Trägerschichten
Ein mit einem Polyethylenharz beschichteter Papierträger wurde einer Corona-Entladungsbehandlung unterworfen. Der Träger wurde dann bei 40°C beschichtet mit entweder:

a) einer wässrigen Lösung mit 6,7% Gelatine und 1,2% Poly(vinylpyrrolidon), K90 (International Specialty Products Co.) unter Gewinnung einer Trägerschicht von 8,6 g/m²;
b) einer wässrigen Lösung mit 3,0% Gelatine, 0,60% Poly(vinylpyrrolidon), K90 (International Specialty Products Co.) und 0,40% kationischer 100 nm kolloidaler Latexdispersion von Divinylbenzol-co-N-vinylbenzyl-N,N,N- trimethylammoniumchlorid unter Erzeugung einer Trägerschicht von 4,3 g/m²; oder
c) zunächst einer 38 μm starken Unterschicht mit 87% geräuchertem Aluminiumoxid, 9% Poly(vinylalkohol) und 4% Dihydroxydioxan als Quervernetzungsmittel und einer zweiten 2 μm-Schicht auf der ersten Unterschicht mit 87% geräuchertem Aluminiumoxid, 8% 100 nm kolloidaler Latexdispersion von Divinylbenzol-co-N-vinylbenzyl-N,N,N-trimethylammoniumchlorid, 6% Poly(vinylalkohol) und 1% eines oberflächenaktiven Mittels vom Typ Zonyl^® FSN (DuPont Corp.).

Die Lösungen wurden aufgetragen auf die Unterschichten unter Verwendung eines mit Draht bewickelten Stabes, kalibriert auf eine Nass-Abscheidung von 120 μm, worauf die aufgetragenen Lösungen getrocknet wurden unter Erzeugung der Elemente 1–8 der Erfindung und der Vergleichs-Elemente 1–3. Dann wurde der 60°-Glanz gemessen unter Verwendung eines Mikro-TRI-Glanz-Reflektometers (BYK Gardener Corp.).
Fusionierung (Fusing)
Die Beschichtungen wurden in einem aufgeheizten Spalt bei 150°C und 4,2 kg/cm² fusioniert, entweder gegenüber:

a) einem 75 μm Polyimidfilmblatt Kapton^® (DuPont) bei 45,7 cm/Min. oder
b) einem mit einem Sol-Gel beschichteten Polyimid Kapton^® (DuPont)-Band bei 63,5 cm/Min..

Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der fusionierte Verbund getrennt und der 60°-Glanz wurde wiederum gemessen. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
Tabelle 1
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die Elemente, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, einen hohen Glanz liefern im Vergleich zu den Vergleichselementen.
Beispiel 2 – Schichtenbruch und Tinten-Aufnahmefähigkeit
Auf den Elementen wurden Bilder aufgezeichnet mit einem Hewlett-Packard Photosmart^®-Drucker mit einem rechteckigen 9 mm mal 8 mm-Testmuster für jede der primären und sekundären Farben bei einer 100%-Tinten-Beschichtung. Die bedruckten Elemente wurden dann auf ihre Tinten-Absorptionsfähigkeit gemäß den folgenden Untersuchungs-Standards untersucht.

A: Keine Deformation des rechteckigen Musters mit scharfen Kanten des beibehaltenen Musters.
B: Das rechteckige Muster wurde geringfügig abgerundet mit glatten Kanten.
C: Wesentliche Ausbreitung und Deformation des rechteckigen Musters mit schartigen Kanten.
D: Puddling der Tinte auf der Oberfläche.

Für eine gute Tinten-Absorption ist das Einhalten der Bedingungen A oder B erforderlich.
Die Schichten-Integrität wurde ermittelt auf den oben beschriebenen bedruckten Elementen in sowohl den bedruckten als auch den unbedruckten Bereichen durch Betrachtung der Schichtenoberfläche mit einer 8-fachen Vergrößerungslinse gemäß den folgenden Kriterien:

A: Es wurden keine Risse festgestellt.
B: Es wurden einige Risse festgestellt, jedoch kein praktisches Problem bezüglich der Bildqualität.
C: Es wurden Risse festgestellt und ein Problem bezüglich der Bildqualität, jedoch waren keine Risse mit dem unbewaffneten Auge erkennbar.
D: Es wurden Risse mit dem unbewaffneten Auge festgestellt und schwerwiegende Probleme bezüglich der Bildqualität.

Für eine gute Schichten-Integrität ist eine Beurteilung gemäß A oder B erforderlich. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
Tabelle 2
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass die Elemente, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, eine gute Schichten-Integrität aufwiesen und eine gute Tinten-Absorption relativ zu den Vergleichsproben. Insbesondere wurde keine Rissbildung im Falle der Elemente 1 und 2 festgestellt, die die gleiche Gewichtsfraktion an Bindemittel enthielten wie das Vergleichselement C-1, das starke Risse aufwies. Das Vergleichselement C-2, das eine höhere Gewichtsfraktion an Bindemittel aufwies, zeigte keine Rissbildung, hatte jedoch eine schlechte Tinten-Aufnahmefähigkeit.

Claims

Tintenstrahl-Druckverfahren mit den Stufen: A) Bereitstellung eines Tintenstrahldruckers, der auf digitale Datensignale anspricht; B) Einlegen von Tintenstrahl-Aufzeichnungselementen in den Drucker, die einen Träger aufweisen, auf dem in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, mindestens eine Trägerschicht mit einem hydrophilen oder porösen Material und eine poröse Deckschicht, die ein Tintenbild entweder zurückzuhalten oder zu transportieren vermag, wobei die poröse Deckschicht ein polymeres Bindemittel und thermisch-nachgiebige Kern-Hüllenteilchen enthält, wobei das Verhältnis von Teilchen zu Bindemittel zwischen 95 : 5 und 50 : 50 liegt und wobei jedes thermisch-nachgiebige Kern-Hüllenteilchen aufweist: i) eine Hülle aus anorganischen kolloidalen Teilchen, und ii) einen Kern aus einem thermoplastischen Polymeren, wobei die Teilchen eine Teilchengröße zwischen 0,5 μm und 10 μm aufweisen, der Kern einen Erweichungspunkt von größer als 50°C hat und das Gew.-Verhältnis der Hülle der anorganischen kolloidalen Teilchen zu dem thermoplastischen Kern bei 1 : 5 bis 1 : 99 liegt; C) Einführen einer Tintenstrahl-Tintenzusammensetzung in den Drucker; und D) Bedrucken des Tintenstrahl-Aufzeichnungselementes unter Verwendung der Tintenstrahl-Tinte in Erwiderung der digitalen Datensignale.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trägerschicht umfasst: Gelatine, acetylierte Gelatine, phthalierte Gelatine, oxidierte Gelatine, Chitosan, Poly(alkylenoxid), Poly(vinylalkohol), modifizierten Poly(vinylalkohol), sulfonierten Polyester, teilweise hydrolysierten Poly(vinylacetat/vinylalkohol), Poly(acrylsäure), Poly(1-vinylpyrrolidon), Poly(natrium-styrolsulfonat), Poly(2-acrylamido-2-methansulfonsäure), Polyacrylamid, Kieselsäure, Aluminiumoxid oder Mischungen hiervon.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trägerschicht eine Mischung aus Gelatine und Poly(vinylpyrrolidon) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trägerschicht eine Mischung aus abgerauchtem Aluminiumoxid und quervernetztem Poly(vinylalkohol) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trägerschicht eine Dicke von 1 μm bis 20 μm aufweist und die Deckschicht eine Dicke von 2 μm bis 50 μm.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Träger ein mit Harz beschichtetes Papier ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das polymere Bindemittel ist: Gelatine, Poly(vinylalkohol), Poly(ethylenoxid), Poly(2-ethyl-2-oxazolin), Methylcellulose, ein Ethylen-Vinylchloridcopolymer, ein Polyacrylat, Poly(vinylacetat), Poly(vinylidenchlorid), ein Vinylacetat-Vinylchloridcopolymer oder ein Polyurethan.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das polymere Bindemittel Polyurethan umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Polymer ein Polyester, ein Acrylpolymer oder ein Styrolpolymer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die anorganischen kolloidalen Teilchen Teilchen aus kolloidaler Kieselsäure oder kolloidalem Aluminiumoxid sind.