DE60103349T2

DE60103349T2 - Verbessertes Tintenstrahlaufzeichnungselement

Info

Publication number: DE60103349T2
Application number: DE60103349T
Authority: DE
Inventors: Dirk Quintens; Hubertus Van Aert
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa Gevaert NV
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: DE60103349D1; JP2002240425A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Aufzeichnungselement für Tintenstrahldruck.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei der Mehrzahl der Anwendungen erfolgt der Druck durch Druckkontakt einer eingefärbten Druckform mit einem Drucktinte aufnehmenden Material, bei dem es sich in der Regel um Normalpapier handelt. Die meist verwendete mechanische Drucktechnik ist bekannt als lithografischer Druck, der auf selektiver Anziehung von oleophiler Farbe auf einem geeigneten Empfangsmaterial basiert.
In jüngster Zeit aber haben sogenannte anschlagfreie Drucksysteme den herkömmlichen Druckkontaktdruck in gewissem Maße für spezifische Anwendungen verdrängt. Ein Überblick findet sich z.B. im Buch "Principles of Non Impact Printing" von Jerome L. Johnson (1986), Palatino Press, Irvine, CA 92715, USA.
Als anschlagfreie Drucktechnik hat sich Tintenstrahldruck aufgrund der Einfachheit der Konstruktion, der praktischen Bedienung und des preisgünstigen Ankaufs zu einer populären Technik durchgesetzt. Insbesondere bei beschränkten Auflagen einer Drucksache ist Tintenstrahldruck zu einer Vorzugstechnologie geworden. Ein rezenter Überblick über die Fortschritte und Trends in Tintenstrahldrucktechnologie wird von Hue P. Le in "Journal of Imaging Science and Technology", Band 42 (1), Januar/Februar 1998, gegeben.
Beim Tintenstrahldruck werden winzige Tropfen flüssiger Tinte direkt auf eine Drucktinte aufnehmende Oberfläche gespritzt und kommen Druckeinrichtung und Empfangselement nicht physisch miteinander in Kontakt. Die Druckeinrichtung speichert die Druckdaten elektronisch und steuert einen Mechanismus zum bildmäßigen Ausstoßen der Tropfen. Beim Druck bewegt sich der Druckkopf über das Papier oder umgekehrt. Zu frühen Patentschriften über Tintenstrahldrucker zählen US 3 739 393 , US 3 805 273 und US 3 891 121 .
Das Aufspritzen der Tintentröpfchen kann in verschiedenen Weisen erfolgen. Bei einem ersten Typ von Spritzverfahren erfolgt die Erzeugung eines kontinuierlichen Tröpfchenstroms entsprechend einem Druckwellenmuster. Dieses Verfahren ist bekannt als Hochdruckverfahren. In einer ersten Ausführungsform wird der Tröpfchenstrom in Tröpfchen, die elektrostatisch aufgeladen, abgelenkt und wieder gesammelt werden, und in Tröpfchen, die ungeladen bleiben, geradlinig weiter fliegen und das Bild erstellen, aufgelöst. In einer anderen Ausführungsform bildet der aufgeladene abgelenkte Tröpfchenstrom das Bild und wird der nicht aufgeladene, nicht abgelenkte Tröpfchenstrom wieder gesammelt. In dieser Variante von Hochdruck-Tintenstrahlverfahren werden verschiedene Strahlen in unterschiedlichen Winkeln abgelenkt und zeichnen so das Bild auf (mehrfaches Ablenkungssystem).
Nach einem zweiten Verfahren können die Tintentröpfchen "auf Abruf" erzeugt werden ("DOD"-Verfahren oder "Drop on Demand"-Verfahren), wobei die Druckeinrichtung die Tröpfchen nur dann ausstößt, wenn sie zur Bilderzeugung auf einem Drucktinte aufnehmenden Material dienen. Dadurch wird die Komplexität der Aufladung der Tropfen, der Ablenkungshardware und des Wiedersammelns der Tinte vermieden. Bei Tropfen-auf-Abruf kann die Tintentropfenerzeugung durch eine durch eine mechanische Bewegung eines piezoelektrischen Wandlers erzeugte Druckwelle (das sogenannte Piezoverfahren) oder durch diskrete Wärmestöße (das sogenannte "Bubble Jet"-Verfahren oder "Thermal Jet"-Verfahren) erzwungen werden.
Tintenzusammensetzungen für Tintenstrahldruck enthalten in der Regel folgende Ingredienzien : Farbstoffe oder Pigmente, Wasser und/oder organische Lösungsmittel, Anfeuchter wie Glycole, Detergenzien, Verdickungsmittel, polymere Bindemittel, Konservierungsmittel, usw. Man soll sich bewusst sein, dass die optimale Zusammensetzung einer solchen Tinte vom angewandten Tintenstrahldruckverfahren und von der Art des zu bedruckenden Substrats abhängt. Tintenzusammensetzungen können grob in folgende Kategorien aufgeteilt werden

– wässrige Tintenzusammensetzungen : der Trocknungsmechanismus umfasst Absorption, Durchdringung und Verdampfung,
– ölige Tintenzusammensetzungen : der Trocknungsmechanismus umfasst Absorption und Durchdringung,
– Tintenzusammensetzungen auf Lösungsmittelbasis : die Trocknung beruht hauptsächlich auf Verdampfung,
– Heißschmelz- oder Phasenwechseltintenzusammensetzungen : das Bindemittel der Tinte ist flüssig bei Ausstoßtemperatur, aber fest bei Zimmertemperatur, keine Trocknung aber Erstarrung,
– UV-härtbare Tintenzusammensetzungen : keine Trocknung aber Polymerisation.

An die in Tintenstrahl-Aufzeichnungselementen verwendeten Drucktinte aufnehmenden Schichten werden bekanntlich verschiedene strengste Anforderungen gestellt:

– die Drucktinte aufnehmende Schicht soll ein hohes Drucktinte absorbierendes Vermögen aufweisen, so dass die Punkte nicht ausfließen und sich nicht mehr als notwendig ausbreiten werden, um eine hohe optische Dichte zu erhalten,
– die Drucktinte aufnehmende Schicht soll eine hohe Drucktinte absorbierende Geschwindigkeit (kurze Tintentrocknungszeit) aufweisen, so dass die Tintentröpfchen nicht auslaufen werden, wenn sie sofort nach Aufspritzen verschmiert werden,
– die auf die Drucktinte aufnehmende Schicht aufgetragenen Tintenpunkte sollen eine wesentlich runde Form aufweisen und eben am Umfang sein. Der Punktdurchmesser muss konstant und genau gesteuert werden,
– die Drucktinte aufnehmende Schicht muss schnell angefeuchtet werden, um "Puddeln" zu vermeiden, d.h. so dass angrenzende Tintenpunkte nicht ineinander fließen können, und ein eher absorbierter Tintentropfen darf durchaus nicht "bluten", d.h. benachbarte oder später angebrachte Punkte überlappen,
– durchsichtige Tintenstrahl-Aufzeichnungselemente müssen einerseits einen niedrigen Trübungswert und andererseits hervorragende Durchlässigkeitseigenschaften aufweisen,
– das gedruckte Bild muss unter strengen Bedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit mit einer guten Wasserbeständigkeit, Lichtbeständigkeit und Dauerhaftigkeit aufwarten,
– sowohl vor als nach dem Drucken darf das Tintenstrahl-Aufzeichnungselement beim Stapeln weder Kräuseln aufweisen noch klebrig sein,
– das Tintenstrahl-Aufzeichnungselement muss zügig durch verschiedene Typen von Druckern laufen können.

Oft müssen beim Erzielen all dieser Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden. Es ist ja schwierig, gleichzeitig all den obigen Bedingungen gerecht zu werden.
Die Anwesenheit absorptionsfähiger Pigmente wie Kieselsäure, Kaolin, Talk, Aluminiumoxid, Böhmit usw. in der tintenaufnehmenden Schicht bewirkt bekanntlich eine Verbesserung des Absorptionsvermögens, der erzielbaren Farbdichte und der Trocknungszeit. Diese Wirkung ist in vielen Patentanmeldungen für viele verschiedene Systeme auf Bindemittelbasis beschrieben. Aus US-P 3 357 846 ist die Verwendung von Pigmenten wie Kaolin, Talk, Baryt und TiO₂ in Stärke und PVA bekannt. In US-P 3 889 270 wird die Verwendung von Kieselsäure in Gelatine, PVA und Cellulose beschrieben. Pigmente und Teilchen sind ebenfalls in Patentanmeldungen wie u.a. in DE 2 925 769 , GB 2 050 866, US-P 4 474 850, US-P 4 547 405, US-P 4 578 285, WO 88 06532, US-P 4 849 286, EP 339 604 , EP 400 681 , EP 407 881 , EP 411 638 und US-P 5 045 864 (nicht vollständige Liste) beschrieben.
Diese teilchenförmigen Stoffe werden in verschiedenen Typen von Bindemitteln, von denen die üblichsten Typen Gelatine, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon sind, und in verschiedenen Typen von Cellulose-Derivaten dispergiert.
Diese herkömmlichen Bindemittel sind in zahlreichen Patentschriften erwähnt worden.
Weiterhin werden bekanntlich verschiedene Typen von filmbildenden Polymeren verwendet, um die Wasserbeständigkeit der aufgetragenen Drucktinte aufnehmenden Schicht durch Verbesserung der Haftung dieser Schicht am Träger zu verbessern.
In US-A 4 395 499 werden Gießzusammensetzungen offenbart, die einen wässrigen polymeren Latex und ein Pigment und gegebenenfalls andere typische Zutaten für die Beschichtung von Pigmentpapier enthalten. Der Latex enthält ein dispergiertes Copolymer aus einem Vinylester, einem polyethylenisch ungesättigten Comonomer und einer ethylenisch ungesättigten Monocarbonsäure oder Dicarbonsäure und wahlweise einem Alkylacrylat. Die Gießzusammensetzungen betreffen hochgradige Pigmentbindemittel für Papierbeschichtungen mit verbessertem Wasserrückhaltevermögen und verbesserter Wasserbeständigkeit.
In WO 92 01836 A wird die Verwendung einer wässrigen Copolymeremulsion in einer Papierbeschichtung offenbart, wobei die Emulsion einen Feststoffgehalt zwischen etwa 20 Gew.-% und etwa 70 Gew.-% aufweist und i) zwischen etwa 60 Gew.-%, vorzugsweise etwa 70 Gew.-%, und etwa 99 Gew.-% eines C1-C4-Vinylalkanoats und ii) zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 5 Gew.-% und etwa 25 Gew.-%, Vinylester der allgemeinen Formel R₁R₂R₃ CCO₀CHCH₂ enthält, wobei R₁, R₂ und R₃ jeweils eine Alkylgruppe mit zumindest einem Kohlenstoffatom bedeuten und R₁, R₂ und R₃ zusammen 3 bis 9 Kohlenstoffatome enthalten. Dieses Produkt weist gute rheologische Eigenschaften, eine gute Trockenrupfbeständigkeit und eine der Anwesenheit von Vinylestermonomeren (ii) zu verdankende verbesserte Nassrupfbeständigkeit auf. Im Bereich der Papierbeschichtung ist es ein allgemeines Erfordernis, diese Eigenschaften zu verbessern.
In EP-A 0 140 227 werden hochgradige Pigmentbindemittel für Papierbeschichtung mit verbessertem Wasserrückhaltevermögen und verbesserter Wasserbeständigkeit offenbart. Die Gießzusammensetzungen enthalten einen wässrigen synthetischen polymeren Latex und ein Pigment und wahlweise andere typische Zutaten für die Beschichtung von Pigmentpapier. Der Latex enthält einen Vinylester, ein organofunktionelles Silan, carboxyl- und/oder amidhaltige Gruppen und gegebenenfalls Ethylen und/oder andere polymerisierbare Comonomere.
Die in US-A 6 153 288 beschriebenen farbanziehenden Gießzusammensetzungen enthalten ein in einem Bindemittel dispergiertes Pigment, wobei das Bindemittel ein Ethylenvinylacetatemulsionspolymer, zumindest ein wasserlösliches kationisches Polymer wie Polydiallyldimethylammoniumchlorid und Copolymere eines quaternären Aminoacrylats oder Aminomethacrylats und eines hydroxylhaltigen niedrigeren Alkylacrylats oder Alkylmethacrylats enthält.
In EP-A 0 365 307 wird ein hydrophiles Polymergemisch offenbart, das bei Verwendung als Bildaufzeichnungsschicht auf grafischen Filmen eine verbesserte Dauerhaftigkeit und ein verringertes Kräuseln sichert. Das Gemisch enthält zumindest ein wasserabsorbierendes hydrophiles polymeres Material mit Säurefunktionalität und zumindest ein Polyethylenglycol. Die aus dem Gemisch gebildete Schicht vereint ein hohes Absorptionsvermögen, eine gute physikalische Integrität, sogar in nassem Zustand, und eine gute Formbeständigkeit.
Die Wasserbeständigkeit des gedruckten Endbildes kann bekanntlich ebenfalls durch Einbettung von beizenden Polymeren mit kationischen quaternären Gruppen wie Ammonium-, Sulfonium- und Phosphoniumgruppen verbessert werden. Die Wechselwirkung zwischen diesen Polymeren und der Mehrzahl der typischen Tinten für Tintenstrahldruck resultiert in einer besseren Verankerung des Farbstoffes im Bindemittel. Typische Beispiele für solche Beschreibungen sind US-P 4 371 582, US-P 4 575 465, US-P 4 649 064, GB 2 210 071 und EP 423 829 .
Da die vorliegende Erfindung insbesondere ein verbessertes Aufzeichnungsmaterial für Verwendung im Freien, wie auf Reklamewänden, Fahnen, Schildern und Reklametafeln, bezweckt, soll man sich klar bewusst sein, dass die sogenannten Wetterfestigkeitseigenschaften eines solchen Materials von äußerster Wichtigkeit sind. Als solche erforderlichen Eigenschaften sind Wasser- und Lichtbeständigkeit und Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen zu nennen.
Es ist den Fachleuten allgemein bekannt, dass durch Verwendung pigmenthaltiger Tinten Tintenstrahlbilder erhalten werden, die in Bezug auf Lichtbeständigkeit sehr gut ankommen. Bei Verwendung des Endbildes im Freien wird also der Druck mit Pigmenttinten bevorzugt. Der Nachteil solcher Bilder ist jedoch deren mangelhafte Wasserbeständigkeit und zwar weil sich die Pigmente zum Teil nahe an der Oberfläche des Mediums befinden und sich in nassem Zustand durch gewisse mechanische Kräfte, wie z.B. eine Reibbewegung mit einem nassen Finger, verschmieren. Es besteht also ein permanenter Bedarf an Verbesserung der Wasserbeständigkeit dieses Materialtyps.
Die vorliegende Erfindung erweitert die Kenntnisse in Bezug auf Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterialien und betrifft insbesondere ein verbessertes Material für Außenverwendung.
AUFGABEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement mit verbesserter Wasserbeständigkeit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein für Verwendung im Freien besonders geeignetes Tintenstrahl-Aufzeichnungselement bereitzustellen.
KURZE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Gelöst werden die obenerwähnten Aufgaben durch ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement, das einen Träger und eine ein Pigment, ein eventuelles Bindemittel und einen filmbildenden polymeren Latex enthaltende Empfangsschicht enthält, wobei der Latex ein Homopolymer oder Copolymer mit vom Monomer der folgenden Formel (I) abgeleiteten Struktureinheiten ist
in der bedeuten:

X eine ungesättigte polymerisierbare Einheit,
R1 und R2 unabhängig voneinander jeweils ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, und
R3 eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein polyethylenbeschichtetes Papier, ein polypropylenbeschichtetes Papier oder ein polymerer Träger ist.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Monomer der Formel (I) ein Vinylestermonomer der nachstehenden Formel (II)
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Monomer der Formel (I) ein Acrylmonomer der nachstehenden Formel (III)
in der R4 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet.
In der ersten bevorzugten Ausführungsform, in der das Monomer ein Vinylestermonomer (Formel II) ist, handelt es sich ganz besonders bevorzugt um ein Vinylversatat.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Nachstehenden anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen weiter erläutert.
Das wesentliche Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die tintenanziehende. Schicht außer dem Pigment und dem eventuellen Bindemittel einen filmbildenden (Co)polymerlatex, der aus von der obendefinierten Monomerklasse der Formel (I) abgeleiteten Struktureinheiten besteht, enthält.
Besonders geeignete Monomere der Formel (II) zur Einarbeitung in das (Co)polymer sind sogenannte Vinylestermonomere von Versatic^TM-Säure (oder Vinylversatate). Versatic^TM-Säuren sind stark verzweigte alifatische C₉-C₁₁-Carbonsäureester (Römpps Chemie-Lexikon, 7. Ausgabe, S. 3803).
Besonders geeignete handelsübliche Vinylversatate sind folgende Verbindungen:

– VeoVa 9 (Warenzeichen von Shell Chemicals Co.) . Ethenylester der neo-nicht-anonischen Säure, CAS Nr. 54423–67–5 / in Formel (I) bedeutet R3 CH₃ und bedeuten R1 und R2 zusammen C₇H₁₅
– VeoVa 10 (Warenzeichen von Shell Chemicals Co.) Ethenylester der tert.-Decansäure, andere Bezeichnungen : Vinylester der tert.-Decansäure und Ethenylester der Versatic^TM-Säure 10, CAS Nr. 26544–09–2 / in Formel (I) bedeutet R3 CH₃ und bedeuten R1 und R2 zusammen C₈H₁₇,
– VeoVa 11 (Warenzeichen von Shell Chemicals Co.) Ethenylester der tert.-Undecansäure, CAS Nr. 163633–66–7 / in Formel (I) bedeutet R3 CH₃ und bedeuten R1 und R2 zusammen C₉H₁₉.

Ein handelsübliches Monomer der Formel (III) ist Craynor 152 (Warenzeichen von Cray Valley) : Reaktionsprodukt von tert.-Decansäure und Oxiranylmethylester (erhältlich unter dem Handelsnamen Cardura E10, Warenzeichen von Shell Chemical = Glycidylester von Versatic^TM-Säure 10, CAS Nr. 71206–09–2) mit Acrylsäure. Craynor 152 kann nach dem folgenden Schema hergestellt werden
Andere geeignete, jedoch weniger bevorzugte Monomere (der Formel II) zur Einarbeitung in das (Co)polymer sind

– VeoVa 5 (eingetragenes Warenzeichen von Shell Chemicals Co.) . CAS Nr. 3377–92–2 / in Formel (I) R1 = R2 = R3 = CH₃,
– Vinylpropanoat, CAS Nr. 105–38–4 / in Formel (I) R1 = H, R2 = H, R3 = CH₃,
– Vinyl-2-ethylhexoat, CAS Nr. 94–04–2 / in Formel (I) R1 = H, R2 = C₂H₅, R3 = n-C₄H₉,
– 2-Ethylhexyl-2-propenoat, CAS Nr. 103–11–7 / in Formel (I) R1 = H, R2 = H, R3 = tert.-C₇H₁₅.

Der filmbildende Latex kann ein völlig aus dem Monomer der obigen Formel (I) zusammengesetztes Homopolymer sein. Besonders bevorzugt ist es ein Copolymer, das außer den vom Monomer der Formel (I) abgeleiteten Struktureinheiten noch von anderen Monomeren abgeleitete Struktureinheiten enthält. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Copolymer außer den von Vinylestermonomeren abgeleiteten Struktureinheiten ebenfalls von Ethylen- und/oder Vinylacetatmonomeren abgeleitete Struktureinheiten. Das Verhältnis der verschiedenen Monomere kann so gewählt werden, dass der erhaltene Polymerlatex unter normalen Bedingungen von Beschichtung, Trocknung und Aufbewahrung der tintenaufnehmenden Schicht filmbildend ist.
Als nutzbare handelsübliche Copolymere sind folgende Verbindungen zu nennen:

– POLYSOL EVA P550, Warenzeichen von Showa High Polymer Co., ein mit einem nicht-ionischen Polymer stabilisiertes Ethylen-Vinylacetat-Vinylversatat-Copolymer,
– MOWILITH LDM1355, Warenzeichen von Clariant Co., ein mit einem anionischen Tensid stabilisiertes Ethylen-Vinylacetat-Vinylversatat-Copolymer,
– MOWILITH DM 22, 21, 2110, Warenzeichen von Clariant Co., die Vinylacetat-Vinylversatat-Copolymere sind,
– MOWILITH DM 2452, Warenzeichen von Clariant Co., das ein Vinylacetat-Vinylversatat-Acrylsäureester-Copolymer ist,
– ENOREX 50 AVV, Warenzeichen von Collano Ebnother AG, das ein mit Polyvinylalkohol stabilisiertes Vinylacetat-Vinylversatat-Acrylsäureester-Copolymer ist,
– ENOREX 50 CVM, eingetragenes Warenzeichen von Collano Ebnother AG, das ein mit einem Cellulose-Derivat stabilisiertes Vinylacetat-Vinylversatat-Maleinsäureester-Copolymer ist,
– ENOREX WS 45 D, eingetragenes Warenzeichen von Collano Ebnother AG, das ein mit einem Polyvinylalkohol stabilisiertes Vinylacetat-Vinylversatat-Copolymer ist,
– CLAVIFIX, eingetragenes Warenzeichen von Collano Ebnother AG, das ein mit einem Polyvinylalkohol stabilisiertes Vinylacetat-Vinylversatat-Copolymer ist,
– ENOREX 55CV, eingetragenes Warenzeichen von Collano Ebnother AG, das ein mit einem Cellulose-Derivat stabilisiertes Vinylacetat-Vinylversatat-Copolymer ist, und
– eine mit einem Cellulose-Derivat (Cellosize QP300), einem anionischen Tensid (Rhodacal DS10) und einem nicht-ionischen Tensid (Disponil O 250) stabilisierte Copolymerdispersion aus 43 Gew.-% VeoVa 11 und 57 Gew.-% Vinylacetat (in den Beispielen als Experimentdispersion angegeben).

Außer dem erfindungsgemäßen, Monomereinheiten der Formel (I) enthaltenden Polymerlatex enthält die tintenaufnehmende Schicht ein Pigment und wahlweise ein Bindemittel.
Das in der tintenaufnehmenden Schicht verwendete Pigment kann aus organischen Materialien wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Silikonen, Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationspolymeren, Polyestern und Polyamiden gewählt werden. Bevorzugt jedoch wird ein anorganisches poröses Pigment wie Kieselsäure, Talk, Ton, Kaolin, Diatomeenerde, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zinkoxid, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Zinksulfid, Satinweiß, Böhmit und Pseudo-Böhmit.
Bevorzugt wird ein Pigment des Kieselsäure-Typs, besonders bevorzugt eine amorfe Kieselsäure mit einer mittleren Teilchengröße zwischen 1 μm und 15 μm, besonders bevorzugt zwischen 2 und 10 um. Die Verwendung von nicht-kolloidalen Kieselsäure-Typen in tintenaufnehmenden Empfangsmaterialzusammensetzungen für Tintenstrahldruck ist seit langer Zeit bekannt, wie z.B. aus alten Verweisungen wie JP-A 55-051583, JP-A 56-000157, US-P 4 474 850 und DE 3 410 828 . Die Kieselsäure ist vorzugsweise in einer Menge zwischen 5 g/m² und 30 g/m² in der tintenaufnehmenden Schicht enthalten. Auch feinere Kieselsäure-Typen oder kolloidale Kieselsäure kommen in Frage.
Als Bindemittel kommen verschiedene den Fachleuten allgemein bekannte Verbindungen in Frage, u.a. Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylmethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxybutylmethylcellulose, Methylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose, Natriumcarboxymethylhydroxyethylcellulose, wasserlösliche Ethylhydroxyethylcellulose, Cellulosesulfat, Polyvinylalkohol, Vinylalkoholcopolymere, Polyvinylacetat, Polyvinylacetal, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Acrylamid/Acrylsäure-Copolymer, Stryol/Acrylsäure-Copolymer, Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Vinylmethylether/Maleinsäure-Copolymer, Poly-(2-acrylamid-2-methylpropansulfonsäure), Poly(diethylentriamin-coadipinsäure), Polyvinylpyridin, Polyvinylimidazol, quaterniertes Polyimidazolin, mit Epichlorhydrin modifiziertes Polyethylenimin, ethoxyliertes Polyethylenimin, Poly(N,N-dimethyl-3,5-dimethylenpiperidiniumchlorid), Polyethylenoxid, Polyurethan, Melaminharze, Gelatine, Carrageen, Dextran, Gummiarabicum, Casein, Pektin, Albumin, Stärke, Kollagen-Derivate, Kollodium und Agar-Agar.
Ein bevorzugtes Bindemittel für die Praxis der vorliegenden Erfindung ist Polyvinylalkohol (PVA). Dieser PVA kann zum Teil mit Silanol modifiziert werden, wie das der Fall ist bei der Poval R-Polymer-Serie, Warenzeichen von Kuraray Co., Japan.
Bei Verwendung eines Bindemittels oder Bindemittelgemisches in der tintenaufnehmenden Schicht wird das Gewichtsverhältnis vorzugsweise unter 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, eingestellt.
Das Gesamttrockenschichtgewicht der tintenaufnehmenden Schicht liegt vorzugsweise zwischen 10 und 40 g/m².
Außer den obenbeschriebenen wesentlichen Ingredienzien kann in die tintenaufnehmende Schicht eine als Beizmittel wirkende kationische Substanz eingebettet werden. Durch Verwendung solcher Substanzen ist die Schicht besser in der Lage, den Farbstoff der Tintentropfen zu fixieren und festzuhalten. Eine besonders geeignete Verbindung ist ein Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) oder abgekürzt ein Poly(dadmac). Diese Verbindungen sind durch verschiedene Firmen erhältlich, z.B. Aldrich, Nalco, Clariant, BASF, EKA Chemicals und Nippon Goshei. Ein bevorzugter Typ ist GOHSEFIMER K210, Warenzeichen von Nippon Goshei Co.
Weitere nutzbare kationische Verbindungen sind u.a. Dadmac-Copolymere wie Copolymere mit Acrylamid, Dimethylamin-Epichlorhydrin-Copolymere, z.B. POLYFIX 700, Warenzeichen von Showa High Polymer Co., andere nutzbare Polyfix-Klassen wie POLYFIX 601, POLYFIX 301, POLYFIX 301A, POLYFIX 250WS und POLYFIX 3000, NEOFIX E-117, Warenzeichen von Nicca Chemical Co. für ein Polyoxyalkylenpolyamindicyandiamin, REDIFLOC 4150, Warenzeichen von EKA Chemicals für ein Polyamin, mit MADAME (Methacrylatdimethylaminethyl = Dimethylaminethylmethacrylat) oder MADQUAT (Methacryloxyethyltrimethylammoniumchlorid) modifizierte Polymere, z.B. ROHAGIT KL280, ROHAGIT 210, ROHAGIT SL144, PLEX 4739L und PLEX 3073 von Röhm, DIAFLOC KP155 und andere DIAFLOC-Produkte von Diafloc Co., BMB 1305 und andere BMB-Produkte von EKA Chemicals, kationische Epichlorhydrin-Addukte wie POLYCUP 171 und POLYCUP 172, Warenzeichen von Hercules Co., CYPRO-Produkte, z.B. CYPRO 514/515/516 und SUPERFLOC 507/521/567 von Cytec Industries, kationische Cellulose-Derivate wie CELQUAT L-2OO, H-1OO, SC-240C, SC-230M, Warenzeichen von Starch & Chemical Co., und QUATRISOFT LM200, die UCARE-Polymere JR125, JR400, LR400, JR30M und LR30M und das UCARE-Polymer LK, PALSET JK-512, PALSET JK512L, PALSET JK-182, PALSET JK-220, WSC-173, WSC-173L, PALSET JK-320, PALSET JK-320L und PALSET JK-350, alle Fixiermittel von Chukyo Europe, Polyethylenimin und Copolymere, z.B. LUPASOL, Warenzeichen von BASF AG, Triethanolamintitanchelat, z.B. TYZOR, Warenzeichen von Du Pont Co., Copolymere von Vinylpyrrolidon wie VIVIPRINT 111, VIVIPRINT 121 und VIVIPRINT 113, Warenzeichen von ISP, ein Methacrylamidpropyldimethylamin-Copolymer mit Dimethylaminethylmethacrylat wie COPOLYMER 845 und COPOLYMER 937, Warenzeichen von ISP, mit Vinylimidazol, z.B. LUVIQUAT CARE, LUVITEC 73W, LUVITEC VPI55 K18P, LUVITEC VP155 K72W, LUVIQUAT FC905, LUVIQUAT FC550, LUVIQUAT HM522 und SOKALAN HP56, alle Warenzeichen von BASF AG, Polyamidamine, z.B. RETAMINOL und NADAVIN, Warenzeichen von Bayer AG, und Phosphoniumverbindungen wie die in EP 609 930 beschriebenen.
Zu weiteren kationischen Verbindungen zählen Gelatine, wenn der pH der Schicht unter dem isoelektrischen Punkt der Gelatine liegt, kationisches Aluminiumoxid, Böhmit und Poly(aluminiumhydroxychlorid) wie SYLOJET A200, Warenzeichen von Grace Co. Als weitere kationische Polymere sind Polyvinylamine, z.B. PVAM-0595B von Esprit Co., katio nische modifizierte Acrylharze, z.B. ACRIT RKW319SX, Warenzeichen von Tasei Chemical Industries, und RD134 von Goo Chemical zu nennen.
In einer alternativen Ausführungsform wird die kationische Substanz nicht in die tintenaufnehmende Schicht selbst, sondern in eine separate dünne Deckschicht eingearbeitet. Diesfalls wird der Auftrag dieser Schicht aus einem wässrigen Medium vorgenommen. Das Trockenschichtgewicht liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 g/m². Das kationische Beizmittel kann ebenfalls zwischen die tintenaufnehmende Schüttschicht und die zusätzliche dünne Deckschicht verteilt werden.
Je nach den Oberflächeneigenschaften des Substrats kann zwischen den Träger und die tintenaufnehmende Schicht eine zusätzliche Haftschicht eingefügt werden (unterliegende Schicht). Der Auftrag dieser Schicht erfolgt aus einem wässrigen Medium, das ein beliebiges der zahlreichen bekannten Klebepolymere enthält. Zu bevorzugten Klebepolymeren zählen ein Styrol-Butadien-Latex, ein Acrylatlatex wie Ethylacrylathydroxyethylmethacrylat, Poly(ethylenvinylacetat), Polyvinylester, Copolyester und Polyurethane.
Das Trockenschichtgewicht dieser eventuellen unterliegenden Schicht liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 g/m².
Die tintenaufnehmende Schicht, die eventuelle Deckschicht und die eventuelle unterliegende Schicht können ferner allgemein bekannte herkömmliche Ingredienzien wie Tenside, die als Gießzusätze dienen, Härter, Weichmacher, Weißmacher und Mattiermittel enthalten.
Die erfindungsgemäße tintenaufnehmende Schicht kann alle beliebigen, wie in JP-A 62-280068 (1987) beschriebenen kationischen, anionischen, amfoteren und nicht-ionischen Tenside enthalten. Beispiele für Tenside sind N-Alkylaminosäuresalze, Alkylethercarbonsäuresalze, acylierte Peptide, Alkylsulfonsäuresalze, Alkylbenzol- und Alkylnaphthalinsulfonsäuresalze, Sulfobernsteinsäuresalze, α-Olefinsulfonsäuresalze, N-Acylsulfonsäuresalze, sulfonierte Öle, Alkylsulfonsäuresalze, Alkylethersulfonsäuresalze, Alkylallylethersulfonsäuresalze, Alkylamidsulfonsäuresalze, Alkylphosphorsäuresalze, Alkyletherphosphorsäuresalze, Alkylallyletherphosphorsäuresalze, Alkyl- und Alkylallylpolyoxyethylenether, mit Alkylallylformaldehyd anellierte Säuresalze, Alkylallylethersulfonsäure salze, Alkylamidsulfonsäuresalze, Alkylphosphorsäuresalze, Alkyletherphosphorsäuresalze, Alkylallyletherphosphorsäuresalze, Alkyl- und Alkylallylpolyoxyethylenether, mit Alkylallylformaldehyd anellierte Polyoxyethylenether, Blockpolymere mit Polyoxypropylen, Polyoxyethylenpolyoxypropylalkylether, Polyoxyethylenether von Glycolestern, Polyoxyethylenether von Sorbitanestern, Polyoxyethylenether von Sorbitestern, alifatische saure Polyethylenglycolester, Glycerinester, Sorbitanester, Propylenglycolester, Zuckerester, Fluor-C₂-C₁₀-alkylcarbonsäuren, Dinatrium-N-perfluoroctansulfonylglutamat, Natrium-3-(fluor-C₆-C₁₁-alkyloxy)-1-C₃-C₄-alkylsulfonate, Natrium-3-(ω-fluor-C₆-C₈-alkanoyl-N-ethylamin)-1-propansulfonate, N-[3-(Perfluoroctansulfonamid)-propyl]-N,N-dimethyl-N-carboxymethylenammoniumbetain, Fluor-C₁₁-C₂₀-alkylcarbonsäuren, Perfluor-C₇-C₁₃-alkylcarbonsäuren, Perfluoroctansulfonsäure-Diethanolamid, Li-, K- und Na-Perfluor-C₄-C₁₂-alkylsulfonate, N-Propyl-N-(2-hydroxyethyl)perfluoroctansulfonamid, Perfluor-C₆-C₁₀-alkylsulfonamidpropylsulfonylglycinate, Bis-(N-perfluoroctylsulfonyl-N-ethanolaminoethyl)-phosphonat, Monoperfluor-C₆-C₁₆-alkylethylphosphonate und Perfluoralkylbetain.
Zu nutzbaren kationischen Tensiden zählen N-Alkyldimethylammoniumchlorid, Palmityltrimethylammoniumchlorid, Dodecyldimethylamin, Tetradecyldimethylamin, ein ethoxylierter Alkylguanidinaminkomplex, Oleaminhydroxypropylbistrimoniumchlorid, Oleylimidazolin, Stearylimidazolin, Cocaminacetat, Palmitamin, Dihydroxyethylcocamin, Cocotrimoniumchlorid, Alkylpolyglycoletherammoniumsulfat, ethoxyliertes Oleamin, Laurylpyridiniumchlorid, N-Oleyl-1,3-diaminpropan, Stearamidpropyldimethylaminlactat, Kokosfettsäureamid, Oleylhydroxyethylimidazolin, Isostearylethylimidoniumethosulfat, Lauramidpropyl-PEG-dimoniumchloridphosphat, Palmityltrimethylammoniumchlorid und Cetyltrimethylammoniumbromid.
Besonders nutzbar ist das wie z.B. in US-P 4 781 985 beschriebene Fluorkohlenstoff-Tensid der Formel F(CF₂)_4-9CH₂CH₂SCH₂CH₂N⁺R3X^–, in der R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe bedeutet, und das in US-P 5 084 340 beschriebene Fluorkohlenstoff-Tensid der Formel CF₃(CF₂)_mCH₂CH₂O(CH₂CH₂O)_nR, in der m = 2 bis 10, n = 1 bis 18 und R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet. Diese Tenside sind erhältlich durch DuPont und 3M. Das Verhältnis der Tensidkomponente in der Drucktinte aufnehmenden Schicht liegt in der Regel zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1,5 Gew.-% und beträgt ganz besonders bevorzugt 0,75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Schicht.
Die erfindungsgemäße tintenaufnehmende Schicht kann vernetzt werden, um erwünschte Eigenschaften wie Wasserbeständigkeit und das Vermeiden von Aneinanderhaften zu erhalten. Durch Vernetzung wird die Schicht weiterhin abriebfest gemacht und davor geschützt, dass während der Handhabung Fingerabdrücke auf dem Element zurückbleiben. Es gibt eine Vielzahl bekannter, ebenfalls als Härter bezeichneter Vernetzungsmittel, die die filmbildenden Materialien vernetzen. Härter können einzeln oder kombiniert und in freier oder blockierter Form benutzt werden. Es gibt eine breite Auswahl an erfindungsgemäß nutzbaren Härtern. Dazu zählen Formaldehyd und freie Dialdehyde wie Succinaldehyd und Glutaraldehyd, blockierte Dialdehyde, aktive Ester, Sulfonatester, aktive Halogenverbindungen, Isocyanat oder blockierte Isocyanate, polyfunktionelle Isocyanate, Melamin-Derivate, s-Triazine und Diazine, Epoxide, aktive Olefine mit zwei oder mehr aktiven Bindungen, Carbodiimide, in der 3-Stellung substituierte Isoxazoliumsalze, Ester von 2-Alkoxy-N-carboxydihydrochinolin, N-Carbamoylpyridiniumsalze, Härter mit gemischter Funktion wie halogensubstituierte Aldehydsäuren (z.B. Mucochlor- und Mucobromsäuren), opiumsubstituierte Acroleine und Vinylsulfone und polymere Härter wie Dialdehydstärken und ein Copolymer aus Acrolein und Methacrylsäure und Polymere mit einer Oxazolinfunktion wie z.B. die EPOCROS WS-500-Serie und die EPOCROS K-1000-Serie.
Ist das Element vorgesehen für Betrachtung in der Aufsicht, so darf die Drucktinte aufnehmende Schicht einen Weißmacher enthalten.
Als Weißmacher wird TiO₂ (Rutil oder Anatas) bevorzugt.
Die erfindungsgemäße tintenaufnehmende Schicht kann ebenfalls einen Weichmacher wie Ethylenglycol, Diethylenglycol, Propylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerinmonomethylether, Glycerinmonochlorhydrin, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Tetrabromphthalsäureanhydrid, Harnstoffphosphat, Triphenylphosphat, Glycerinmonostearat, Propylenglycolmonostearat, Tetramethylensulfon, N-Methyl-2-pyrrolidon und N-Vinyl-2-pyrrolidon enthalten.
Die tintenaufnehmende Schicht und die eventuellen zusätzlichen Schichten können nach einer beliebigen herkömmlichen Beschichtungstechnik wie Tauchbeschichtung, Streichbeschichtung, Extrusionsbeschichtung, Aufschleudern, Kaskadenbeschichtung und Vorhangbeschichtung auf den Träger aufgetragen werden.
Als erfindungsgemäßer Träger können aus der fotografischen Technologie allgemein bekanntes polyethylenbeschichtetes Papier, polypropylenbeschichtetes Papier und polymere Träger verwendet werden. Zu polymeren Trägern zählen Celluloseacetatpropionat oder Celluloseacetatbutyrat, Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylennaphthalat, Polyamide, Polycarbonate, Polyimide, Polyolefine, Poly(vinylacetale), Polyether und Polysulfonamide. Weitere Beispiele für erfindungsgemäß nutzbare hochqualitative polymere Träger sind u.a. lichtundurchlässige weiße Polyester und Extrusionsmischungen aus Polyethylenterephthalat und Polypropylen. Polyesterfilmträger und insbesondere Polyethylenterephthalatträger werden aufgrund ihrer hervorragenden Formbeständigkeitseigenschaften bevorzugt.
Zu typischen Trägern für Verwendung im Freien zählen PET, nassfestes Papier, PVC, PVC mit einer Kleberückschicht, das Polyethylenpapier TYVEK, Warenzeichen von Du Pont Co., das poröse Polyethylenpapier TESLIN, Warenzeichen von International Paper CO., Kanevas, Polypropylen und Polycarbonat.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.
BEISPIELE
Herstellung von Beschichtungslösungen für die tintenaufnehmende Schicht
Es wird eine 1 Liter-Dispersion angefertigt, die 220 g einer handelsüblichen Kieselsäure (mittlere Teilchengröße 6,5 μm), 330 g eines Polyvinylalkohol-Typs (POVAL R3109 von Kuraray Co.) und 113 g CAT FLOC 71259 (vorher Cat Floc T2) (Warenzeichen von Nalco Italiana S.r.l.), eine wässrige 40%ige Lösung von Poly(diallyldimethylammoniumchlorid), enthält. Zu 843 ml dieser Dispersion werden unterschiedliche Copolymerlatices zugesetzt, wodurch unterschiedliche Muster (siehe nachstehende Tabelle 1) hergestellt werden.
Diese Lösung wird in einer Nassschichtstärke von 120 μm auf eine Seite einer substrierten PET-Folie (100 μm) aufgetragen und bei einer Temperatur zwischen 50 und 70°C getrocknet. TABELLE 1 : Kennzeichen der verschiedenen Copolymere (Monomerzusammensetzung) in der tintenaufnehmenden Schicht

(1) : Warenzeichen von Air Products Co.
(2) : Warenzeichen von Air Products Co.
(3) : Warenzeichen von Vinavil/ravemul Co.
(4) : Warenzeichen von Showa High Polymer Co.
(5) : experimentelle Dispersion, hergestellt aus VeoVa 11, Warenzeichen von Shell Chemicals Co.
(6) : Warenzeichen von Clariant Co.
(7) : Warenzeichen von Collano Co.

Auswertung der beschichteten Muster.
Zum Drucken der erhaltenen Medienmuster verwendet man einen ENCAD PRO42-Drucker, Warenzeichen von Encad Co., unter Verwendung von Pigmenttinten (GO, Warenzeichen von Encad Co.) oder einen Agfajet Sherpa 43-Drucker, Warenzeichen von Agfa-Gevaert N.V., wobei ebenfalls Pigmenttinten verwendet werden.
Nach 1 Tag werden die mit den Tintenstrahldruckern erhaltenen Abzüge 10 Minuten lang in Wasser eingetaucht, wonach mit einem nassen Finger über die Abzüge gerieben wird. Die Bilder werden visuell auf Verschmierungsfehler ausgewertet. Die Ergebnisse werden nach drei willkürlich gewählten Klassifizierungen quantitativ bewertet : A = schlecht, B = besser als A, jedoch noch mit visuellem Schaden, C = keine Verschmierungsfehler. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgelistet. Die Polymernummer entspricht der Musternummer der Tabelle 1.
TABELLE 2
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass das Aufzeichnungsmedium durch Einarbeitung des die vom Vinylversatatmonomer abgeleitete Struktureinheit enthaltenden Copolymerlatex beim Drucken mit Pigmenttinten eine tadellose Wasserbeständigkeit aufweist.

Claims

Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement, das einen Träger und eine ein Pigment und einen filmbildenden polymeren Latex enthaltende Empfangsschicht enthält, wobei der Latex ein Homopolymer oder Copolymer mit vom Monomer der folgenden Formel (I) abgeleiteten Struktureinheiten ist
in der bedeuten X eine ungesättigte polymerisierbare Einheit, R1 und R2 unabhängig voneinander jeweils ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, und R3 eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe. dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein polyethylenbeschichtetes Papier, ein polypropylenbeschichtetes Papier oder ein polymerer Träger ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ungesättigte polymerisierbare Einheit X CH₂=CH- ist, wie in der nachstehenden allgemeinen Monomerstruktur (II) dargestellt
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ungesättigte polymerisierbare Einheit X folgender Formel entspricht
in der R4 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet, wie in der nachstehenden allgemeinen Monomerstruktur (III) dargestellt
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass R3 CH₃ und R1 und R2 zusammen C₇H₁₅ bedeuten.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass R3 CH₃ und R1 und R2 zusammen C₉H₁₇ bedeuten.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass R3 CH₃ und R1 und R2 zusammen C₉H₁₉ bedeuten.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerlatex ein Copolymer ist, das ferner von Ethylen- und/oder Vinylacetatmonomeren abgeleitete Struktureinheiten enthält.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer ein Copolymer aus Ethylen, Vinylacetat und Vinylversatat ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer ein Copolymer aus Vinylacetat und Vinylversatat ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment ein anorganisches Pigment ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment Kieselsäure ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die tintenaufnehmende Schicht ferner ein Bindemittel enthält.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel Polyvinylalkohol ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die tintenaufnehmende Schicht ferner ein kationisches Beizmittel enthält.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Beizmittel Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) ist.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, das ferner eine zusätzliche, ein kationisches Beizmittel enthaltende Deckschicht enthält.
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Beizmittel in der zusätzlichen Deckschicht Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) ist.