DE60104167T2

DE60104167T2 - Tintenstrahldruckverfahren

Info

Publication number: DE60104167T2
Application number: DE60104167T
Authority: DE
Inventors: Gregory E. Rochester Missell; Christine Rochester Suminski
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: EP1157849B1; JP2002019282A; EP1157849A1; DE60104167D1; US6428163B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Tintenstrahldruckverfahren, das ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement verwendet, das bestimmte cellulosische Fasern enthält.
In einem typischen Tintenstrahlaufzeichnungs- oder -drucksystem werden Tintentröpfchen mit hoher Geschwindigkeit aus einer Düse auf ein Aufzeichnungselement oder Aufzeichnungsmedium geschleudert und bauen ein Bild auf dem Medium auf. Die Tintentröpfchen oder die Aufzeichnungsflüssigkeit umfassen im allgemeinen ein Aufzeichnungsmittel wie beispielsweise einen Farbstoff oder ein Pigment und eine große Menge an Lösungsmittel. Das Lösungsmittel oder die Trägerflüssigkeit bestehen typischerweise aus Wasser, einem organischen Material wie zum Beispiel einem einwertigen Alkohol, einem mehrwertigen Alkohol oder Gemischen davon.
Ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement umfasst typischerweise einen Träger, auf dem sich eine Grundschicht für die Absorption von Flüssigkeit und eine Tintenempfangsschicht oder bildaufbauende Schicht befinden. Das Aufzeichnungselement kann porös oder nichtporös sein.
Viele Tintenstrahl-Empfangselemente bestehen aus organischen oder anorganischen Teilchen, die infolge der Zwischenräume zwischen den Teilchen Poren bilden. Die Tinte und die Lösungsmittel werden durch Kapillarkräfte in diese Struktur hineingezogen. Um über ausreichendes Porenvolumen oder die Kapazität zur Absorption von massiven Tintenaufträgen zu verfügen, werden diese Beschichtungen gewöhnlich in Schichtdicken der Größenordnung von 40 μm bis 60 μm im trockenen Zustand aufgebracht, was wegen der Dicke der Schicht teuer sein kann.
US-A-5,522,968 und US-A-5,635,297 beziehen sich auf Tintenstrahl-Empfangselemente, die einen Träger umfassen, der Cellulose oder Holzzellstoff enthält. Diese Elemente bie ten jedoch insofern ein Problem, als die auf sie aufgedruckten Tintenstrahltinten dazu neigen, durch das Papier hindurch durchzuschlagen und zu Papierkräuselung und niedriger optischer Dichte zu führen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tintenstrahldruckverfahren zur Verfügung zu stellen, das ein Tintenstrahl-Empfangselement verwendet, das kurze Trocknungszeiten, kein Kräuseln des Papiers und hohe optische Dichte aufweist.
Diese und andere Aufgaben werden von der vorliegenden Erfindung gelöst, die ein Tintenstrahldruckverfahren mit den folgenden Schritten umfasst:

A) Bereitstellung eines Tintenstrahldruckers, der auf digitale Datensignale anspricht;
B) Beladung des Druckers mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungselement, das einen harzbeschichteten Papierträger umfasst, auf dem sich eine Tinte zurückhaltende Schicht aus hohlen cellulosischen Fasern in einem polymeren Bindemittel befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der hohlen cellulosischen Fasern zu dem polymeren Bindemittel zwischen 90:10 und 50:50 liegt, die Länge der hohlen cellulosischen Fasern zwischen 10 μm und 50 μm liegt, die cellulosischen Fasern sich von Buchenzellstoff, Ahornzellstoff oder Kiefernzellstoff ableiten und die hohlen cellulosischen Fasern eine interne Hohlraumstruktur aufweisen, die sie dazu befähigt, als Mikrostrohhalme die Absorption von Flüssigkeit zu unterstützen;
C) Beladung des Druckers mit einer Tintenstrahl-Tintenkomposition und
D) Bedrucken des Tintenstrahl-Aufzeichnungselements mit der Tintenstrahltinte in Abhängigkeit von den digitalen Datensignalen.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Tintenstrahl-Empfangselement erhalten, das kurze Trocknungszeiten und hohe optische Dichte aufweist.
Die in der die Tinte zurückhaltenden Schicht des Tintenstrahl-Aufzeichnungselements verwendeten hohlen cellulosischen Fasern des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen gegenüber den üblicherweise in porösen Schichten vieler Tintenstrahl-Aufzeichnungselemente einge setzten organischen oder anorganischen Teilchen eine stark erhöhte Porosität auf. Zusätzlich besitzen diese hohlen cellulosischen Fasern eine interne Hohlraumstruktur, die sie dazu befähigt, als „Mikrostrohhalme" die Absorption von Flüssigkeit wirksamer zu unterstützen. Diese Hohlraumstruktur der cellulosischen Fasern bewirkt auch bei sehr massiven aufgebrachten Tintenvolumina sehr kurze Trocknungszeiten. Außerdem weisen die unter Verwendung der Schicht aus hohlen cellulosischen Fasern erhaltenen Bilder auch hohe optische Dichten auf.
Beispiele für hohle cellulosische Fasern, die in der Erfindung eingesetzt werden können, schließen Arbocel^® Alpha-Cellulosefasern ein, die von Rettenmaier in Deutschland hergestellt werden. Diese cellulosischen Fasern werden aus verschiedenen Holzarten wie beispielsweise Buche, Ahorn oder Kiefer, vorzugsweise Buche, hergestellt. Die Fasern variieren auch in der Länge von 10 μm bis 50 μm, wobei die bevorzugten Länge unterhalb von 30 μm liegt. Die Breite der Fasern beträgt 18 μm.
Jedes polymere Bindemittel kann in der die Tinte zurückhaltenden Schicht des Tintenstrahl-Aufzeichnungselements eingesetzt werden, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Im Allgemeinen wurden gute Ergebnisse mit Gelatine, einem Polyurethan, einem Vinylacetat/Ethylen-Copolymer, einem Ethylen/Vinylchlorid-Copolymer, einem Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen-Terpolymer, einem Acrylpolymer oder einem Polyvinylalkohol erhalten.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die die Tinte zurückhaltende Schicht von hohlen cellulosischen Fasern mit einer allgemein in der Fachwelt verwendeten, Tinte transportierenden Schicht überschichtet werden, gute Ergebnisse wurden dann erhalten, wenn die die Tinte transportierende Schicht Materialien wie beispielsweise Aluminiumoxidteilchen, Kieselsäureteilchen oder Polymerperlen aus Polymethylmethacrylat oder Polystyrol enthält. Dieses Zweischichtensystem sorgt für ein höheres Tintenabsorptionsvermögen, kürzere Trocknungszeiten und zu im Vergleich zu dickeren Einfachschichten von organischen oder anorganischen Teilchen verminderten Kosten.
Jeder harzbeschichtete Papierträger wie beispielsweise Kodak Edge^® Fotopapier, Kodak Royal^® Papier und Kodak DuraLife^® Papier kann in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Wenn gewünscht, kann zur Verbesserung der Haftung der Faserschicht an dem Träger die Oberfläche des Trägers vor der Beschichtung mit Koronaentladungen behandelt werden.
Die oben beschriebenen Schichten können mit herkömmlichen Beschichtungsmethoden auf ein üblicherweise in der Fachwelt verwendetes Trägermaterial aufgebracht werden. Die Beschichtungsmethoden können Spiralrakelbeschichtung, Schlitzdüsenbeschichtung, Kaskadenbeschichtung, Gravurbeschichtung, Vorhangbeschichtung und so weiter einschließen, beschränken sich aber nicht darauf.
Tintenstrahltinten, die zur Bebilderung der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten Aufzeichnungselemente verwendet werden, sind dem Fachmann wohlbekannt. Bei den im Tintenstrahldruck eingesetzten Tintenkompositionen handelt es sich typischerweise um flüssige Kompositionen, die ein Lösungsmittel oder eine Trägerflüssigkeit, Farbstoffe oder Pigmente, Befeuchtungsmittel, organische Lösungsmittel, Tenside, Verdickungsmittel, Konservierungsmittel und dergleichen umfassen. Das Lösungsmittel oder die Trägerflüssigkeit kann reines Wasser sein oder Wasser, das mit anderen mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln wie zum Beispiel mehrwertigen Alkoholen vermischt wurde. Tinten, in denen organische Stoffe wie beispielsweise mehrwertige Alkohole die vorherrschende Trägerflüssigkeit oder Lösungsmittelflüssigkeit darstellen, können ebenfalls eingesetzt werden. Besonders gut eignen sich Lösungsmittelgemische aus Wasser und mehrwertigen Alkoholen. Bei den in solchen Kompositionen eingesetzten Farbstoffen handelt es sich typischerweise um wasserlösliche Direktfarbstoffe oder Säurefarbstoffe. Derartige flüssige Kompositionen sind umfassend im Rahmen des bisherigen Standes der Technik beschrieben worden, zum Beispiel in US-A-4,381,946; US-A-4,239,543 und US-A-4,781,758.
Das folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung eingehender.
Element 1 (Fasern, Einfachschicht) (Erfindung)
Eine Lösung von 20 μm Arbocel^® Alpha-Buchenzellstoff-Fasern und Polyvinylalkohol (PVA) in einem Gewichtsverhältnis von 85/15 wurde mit einem Feststoffgehalt von 20 % hergestellt. Diese wurde mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 100 μm im nassen Zustand auf mit Koronaentladungen behandeltes, harzbeschichtetes Kodak Edge^® Papier für Foto zwecke aufgetragen und während 30 Minuten, mit einer resultierenden Dicke von 20 μm im Trockenzustand, im Trockenschrank bei 150 °F getrocknet.
Kontrollelement (Aluminiumoxid, Einfachschicht) C-1
Eine Lösung von pyrogenem Aluminiumoxid und PVA in einem Gewichtsverhältnis von 90/10 wurde mit einem Feststoffgehalt von 20 % hergestellt. Diese wurde in gleicher Weise wie bei Element 1 aufgetragen und getrocknet.
Element 2 (Faserschicht und Aluminiumoxidschicht) (Erfindung)
Die Lösungen von Element 1 und C-1 wurden unter Bildung einer Zweischichtenstruktur aufgetragen. Für die Bildung der unteren Schicht mit einer Dicke von 15 μm im trockenen Zustand wurde die Faserlösung von Element 1 wie bei Element 1 mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 80 μm im nassen Zustand aufgetragen. Diese Schicht wurde auf die gleiche Weise wie Element 1 getrocknet. Anschließend wurde die Aluminiumoxid-Lösung von C-1 mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 80 μm im nassen Zustand unter Bildung der oberen Schicht mit einer Dicke von 15 μm im trockenen Zustand auf der Faserschicht aufgebracht. Diese Schicht wurde auf die gleiche Weise wie Element 1 getrocknet.
Kontrollelement (Kieselsäure, Einfachschicht) C-2
Eine Lösung von Kieselsäureteilchen und PVA in einem Gewichtsverhältnis von 90/10 wurde mit einem Feststoffgehalt von 20 % hergestellt. Diese wurde in gleicher Weise wie bei Element 1 aufgetragen und getrocknet.
Element 3 (Faserschicht und Kieselsäureschicht) (Erfindung)
Die Lösungen von Element 1 und C-2 wurden unter Bildung einer Zweischichtenstruktur aufgetragen. Für die Bildung der unteren Schicht mit einer Dicke von 15 μm im trockenen Zustand wurde die Faserlösung von Element 1 wie bei Element 1 mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 80 μm im nassen Zustand aufgetragen. Diese Schicht wurde auf die gleiche Weise wie Element 1 getrocknet. Anschließend wurde die Kieselsäure-Lösung von C-2 mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 80 μm im nassen Zustand unter Bildung der oberen Schicht mit einer Dicke von 15 μm im trockenen Zustand auf der Faserschicht aufgebracht. Diese Schicht wurde auf die gleiche Weise wie Element 1 getrocknet.
Kontrollelement (Polymerperlen, Einfachschicht) C-3
Eine Lösung von Polymethylmethacrylat-Perlen (Eastman Kodak Co.), 160 nm, und PVA in einem Gewichtsverhältnis von 85/15 wurde mit einem Feststoffgehalt von 15 % hergestellt. Diese wurde in gleicher Weise wie bei Element 1 aufgetragen und getrocknet, mit der Ausnahme, dass die Auftragung mit der Dosierrakel in einer Stärke von 130 μm im nassen Zustand erfolgte.
Element 4 (Faserschicht und Polymerperlen) (Erfindung)
Die Lösungen von Element 1 und C-3 wurden unter Bildung einer Zweischichtenstruktur aufgetragen. Für die Bildung der unteren Schicht mit einer Dicke von 15 μm im trockenen Zustand wurde die Faserlösung von Element 1 wie bei Element 1 mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 80 μm im nassen Zustand aufgetragen. Diese Schicht wurde auf die gleiche Weise wie Element 1 getrocknet. Anschließend wurde die Polymerperlen-Lösung von C-3 mit einer Dosierrakel in einer Stärke von 130 μm im nassen Zustand unter Bildung der oberen Schicht mit einer Dicke von 15 μm im trockenen Zustand auf der Faserschicht aufgebracht. Diese Schicht wurde auf die gleiche Weise wie Element 1 getrocknet.
Prüfung
Jedes Element wurde auf einem Epson 740 Drucker mit den Tinten 5020189 (Schwarz) und 5020191 (Color) bedruckt. Eine Testtafel wurde mit jeder Farbe (Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Blau, Schwarz) in einem langen Streifen über die volle Länge des Papiers bedruckt, was jeweils ungefähr 6 Minuten in Anspruch nahm. Direkt nach dem Druckende wurde ein Bogen Bankpostpapier für Kopierzwecke (Hammermill Tidal DP^®) über das Element gelegt und mit einer 1,75 Kilogramm schweren Walze überrollt. Das Bankpostpapier wurde unmittelbar danach abgenommen. Die Trocknungszeit wurde auf der Grundlage der Distanz längs des Farbstreifens, ab der kein Tintentransfer auftritt und der Druckzeit berechnet. Das Schwanzende des Streifens hatte 0 Minuten getrocknet, das Kopfende des Streifens dagegen 6 Minuten. Die Trocknungszeit entspricht der Stelle, ab der kein Tintentransfer auftritt.
Die optische Dichte wurde mit einem X-Rite^® Densitometer bestimmt und war der Durchschnitt aller Farben (Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Blau, Schwarz). Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle enthalten: TABELLE
Die oben stehenden Ergebnisse zeigen, dass das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzte Element 1 eine höhere optische Dichte und eine viel kürzere Trocknungszeit aufwies, als C-1 mit Aluminiumoxid, C-2 mit Kieselsäure und C-3 mit Polymerperlen. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzten Elemente 2–4 mit Zweischichtenstruktur wiesen ebenfalls höhere optische Dichten und viel kürzere Trocknungszeiten auf als die Kontrollelemente.

Claims

Tintenstrahldruckverfahren, das folgende Schritte umfasst: A) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers, der auf digitale Datensignale anspricht; B) Laden des Druckers mit einem Tintenstrahl-Aufzeichnungselement, das einen harzbeschichteten Papierträger umfasst, auf dem sich eine Tinte zurückhaltende Schicht befindet, die hohle Cellulosefasern in einem polymeren Bindemittel aufweist, wobei das Verhältnis der hohlen Cellulosefasern zu dem polymeren Bindemittel 90:10 bis 50:50 beträgt, die Länge der hohlen Cellulosefasern sich auf 10 μm bis 50 μm beläuft, die Cellulosefasern von Buchenzellstoff, Ahornzellstoff oder Kiefernzellstoff stammen und die hohlen Cellulosefasern eine interne Hohlraumstruktur aufweisen, die sie dazu befähigt, als Mikrostrohhalme zu fungieren und die Absorption von Flüssigkeit zu unterstützen; C) Laden des Druckers mit einer Tintenstrahl-Tintenkomposition und D) Bedrucken des Tintenstrahl-Aufzeichnungselements mit der Tintenstrahltinte in Abhängigkeit von den digitalen Datensignalen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Cellulosefasern kürzer sind als 30 μm und eine Dicke von 18 μm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel Gelatine, ein Polyurethan, ein Vinylacetat/Ethylen-Copolymer, ein Ethylen/Vinylchlorid-Copolymer, ein Vinylacetat/Vinylchlorid/Ethylen-Terpolymer, ein Acrylpolymer oder einen Polyvinylalkohol umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte zurückhaltende Schicht mit einer Tinte transportierenden Schicht überschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte transportierende Schicht Aluminiumoxidteilchen, Kieselsäureteilchen oder Polymerperlen umfasst.