DE60205781T2 - Polymere Zusatzstoffe zu der Verbesserung der Druckqualität und der dauerhaften Eigenschaften von Tintenstrahltinten - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltinten und insbesondere auf Fixierungsmittelzusammensetzungen, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden, um das Druckverhalten, z.B. Schmierechtheit, Verwischbeständigkeit, Wasserechtheit und Lichtechtheit, zu verbessern.
- STAND DER TECHNIK
- Es besteht ein beträchtlicher Bedarf an einer besseren Tintenstrahl-Bildqualität. Die geringe Schmierechtheit, Wasserechtheit und Lichtechtheit und Tendenz zum Verwischen scheinen die größten Nachteile des Tintenstrahls zu sein, und die vorliegende Erfindung wendet sich diesen Problemen zu.
- Im Stand der Technik wurden bereits mehrere Techniken verwendet, um diese Probleme anzugehen. Eine derartige Technik ist das Unterdrucken, welches hilft, das Farbmittel in Schichten auf die Oberfläche des Papiers aufzubringen, eine Dochtwirkung zu verringern und das Farbverhalten zu verbessern. Das Unterdrucken ist definitionsgemäß das Aufbringen eines transparenten Fluids auf das Substrat vor der Aufbringung der Tinte. Mehrere Patentschriften beschäftigen sich mit der Technik des Unterdruckens zum Zweck einer besseren Wasserechtheit und Zerfließeindämmung; siehe z.B. US-Patentanmeldung Nr. 5,624,484, „Liquid Composition and Ink Set, and Image-Forming Process and Apparatus Using the Same", erteilt an K. Takahashi et al. am 29. April 1997, und US-Patentanmeldung Nr. 5,640,187, „Ink Jet Recording Method and Ink Jet Recording Apparatus Therefor", erteilt an A. Kashiwazaki et al. am 17. Juni 1997, beide übertragen an Canon; US-Patentanmeldung Nr. 5,723,179, „Method and Composition for Obtaining Waterfast Images From Ink Jet Inks", erteilt an R. W. Wong et al. am 3. März 1998 und übertragen an Xerox Corp.; und US-Patentanmeldung Nr. 5,746,818, „Pigment Ink Composition Capable of Forming Image Having No Significant Bleeding or Feathering", erteilt an M. Yatake am 5. Mai 1998 und übertragen an Seiko Epson. Das zu Grunde liegende Konzept des Unterdruckens besteht darin, die Farbstoffe mit entgegengesetzt geladenen Spezies zu binden. Beispielsweise können anionische Farbstoffe durch ein kationisches Polymer gebunden werden, und kationische Farbstoffe können durch ein anionisches Polymer gebunden werden. Das transparente Unterdruck-Fluid wird nachfolgend als Fixierungsfluid bzw. Fixierungsmittel bezeichnet.
- Man weiß, dass das Unterdrucken das Chroma (bzw. bei Schwarz die optische Dichte) pigmentierter Dispersionen, z.B. Tinten auf Kohleschwarz-Basis, erhöhen kann. Beispielsweise werden schwarze Tinten bei dem Drucker DeskJet 890C von Hewlett-Packard mit einem zusammengesetzten Schwarz unterdruckt, was zu einer beträchtlichen Zunahme der optischen Dichte führt. Ferner wird auch die Kantenschärfe unterdruckter pigmentierter Tinten verbessert.
- Bei Tinten auf Farbstoffbasis erhöhen die im Stand der Technik bekannten Unterdrucktechniken das Chroma jedoch nur geringfügig bzw., was am häufigsten vorkommt, verringern es sogar. Wie man auf Grund der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 5,723,179 beurteilen kann, verringerte das Unterdrucken somit die optische Dichte der Bilder (obwohl sie auf Grund des Unterdruckens wasserecht wurden). Desgleichen verbessert ein Unterdrucken bei dem handelsüblichen Drucker BJC-700 von Canon die Kantenschärfe und die Zerfließeindämmung, verringert jedoch die Lebendigkeit der Farben (siehe Beispiele unten). Die Abnahme des Chroma ergibt sich aus der Zunahme des auf das Papier aufgegossenen Flüssigkeitsvolumens. Folglich dringt der Komplex des Farbstoffs mit dem Unterdruck-Fixierungsmittel in das Papier ein, und das Chroma nimmt ab. Was die Kantenschärfe von Systemen auf Farbstoffbasis betrifft, so verbessert sie sich oft, jedoch zu Lasten der Gleichmäßigkeit der Flächenausfüllung.
- Dagegen kennt man auch ein Überdecken bzw. Überdrucken mit einem transparenten Fluid. Beispielsweise offenbaren die Anmeldungen Seriennummern 09/295,665 und 09/296,456, die beide am 21. April 1999 im Namen von Makarand P. Gore eingereicht und an dieselbe Anmelderin wie die der vorliegenden Anmeldung übertragen wurden, ein Überdecken von Tintenstrahltinten mit einem transparenten Fluid, das ein schmelzbares Material aufweist, und ein anschließendes Aufschmelzen des gedruckten Bildes mit einer Schmelzeinrichtung in dem Tintenstrahldrucker, ähnlich der Schmelzeinrichtung eines Laserdruckers. Obwohl dieser Lösungsansatz sicherlich geeignet ist, verbesserte Dauerbilder zu liefern, erfordert er eine Modifikation eines Tintenstrahldruckers.
- Es besteht jedoch weiterhin ein Bedarf an einem Verfahren zum Verbessern der Schmierechtheit, der Wasserechtheit, der Lichtechtheit und der Verwischbeständigkeit bei Tintenstrahltinten.
- OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zweiteilige Fixierungsmittel in Verbindung mit einem Unterdrucken oder Überdecken zumindest einer auf ein Druckmedium gedruckten Tinte vorgesehen.
- Das zweiteilige Fixierungsmittel der vorliegenden Erfindung umfasst (1) ein reaktives Monomer oder Oligomer in einem Trägermittel, wobei das reaktive Monomer oder Oligomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Isocyanaten und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht, und (2) zumindest eine zweite Komponente umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyolen, Polyvinylalkoholen und Basekatalysatoren besteht. Das reaktive Monomer oder Oligomer ist in einer von der bzw. den Tintenstrahltintendruckkassette(n) separaten Kassette enthalten, während die zweite(n) Komponente(n) in zumindest einer Tintenstrahltintendruckkassette enthalten ist bzw. sind. Das reaktive Monomer oder Oligomer reagiert mit der bzw. den zweiten Komponente(n) an dem Druckmedium, um ein Polymer zu bilden, das eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich zwischen –50°C und +100°C und eine Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 30°C und 150°C aufweist.
- Durch die Verwendung der Fixierungsmittellösung bei der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung der Wasserechtheit, der Schmierechtheit, der Verwischbeständigkeit und der Lichtechtheit sowie der Druckqualität (z.B. optische Dichte und Chroma) geliefert.
- BESTE MODI ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
- Nun wird ausführlich auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, das den besten Modus zum Praktizieren der Erfindung, der derzeit durch die Erfinder betrachtet wird, veranschaulicht. Alternative Ausführungsbeispiele werden ebenfalls kurz beschrieben, wo es angebracht ist.
- Farbtinten beim Tintenstrahl weisen üblicherweise die Farben Cyan, Magenta und Gelb auf. Dementsprechend sind die Primärfarben Cyan, Magenta und Gelb (C, M, Y). Binärfarben sind ihre binären Kombinationen, d.h. Blau B = C + M, Rot R = M + Y und Grün G = Y + C. Zusammengesetztes Schwarz (Comp-K = C + M + Y) ist die schwarze Farbe, die entsteht, indem cyanfarbene, gelbe und magentafarbene Tinten miteinander gedruckt werden. Es unterscheidet sich von der echten schwarzen Tinte (echtes K), die durch Tintenstrahldrucker oft als ge trennte Tintenkassette geliefert wird. Somit liegen beim herkömmlichen Farbtintenstrahldrucken Vier-Stift-Kassetten vor – Cyan (C), Gelb (Y), Magenta (M) und Schwarz (K).
- Bekanntlich umfassen die Tinten ein Trägermittel und zumindest ein Farbmittel.
- Das Trägermittel umfasst ein oder mehr Hilfslösungsmittel und Wasser. Die Hilfslösungsmittel umfassen ein oder mehr organische, mit Wasser mischbare Lösungsmittel, die üblicherweise beim Tintenstrahldrucken eingesetzt werden. Klassen von Hilfslösungsmitteln, die bei der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Diole, Glykolether, Poly(glykol)ether, Lactame, Formamide, Acetamide und langkettige Alkohole. Beispiele von Verbindungen, die bei der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: primäre aliphatische Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, primäre aromatische Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aliphatische Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aromatische Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,2-Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,3-Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,ω-Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, Ethylenglykolalkylether, Propylenglykolalkylether, Poly(ethylenglykol)alkylether, höhere Homologe von Poly(ethylenglykol)alkylethern, Poly(propylenglykol)alkylether, höhere Homologe von Poly(propylenglykol)alkylethern, N-Alkylcaprolactame, nicht-substituierte Caprolactame, substituierte Formamide, nicht-substituierte Formamide, substituierte Acetamide und nicht-substitutierte Acetamide. Spezifische Beispiele von Hilfslösungsmitteln, die bei der Praxis der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet werden, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: N-Methylpyrrolidon, 1,5-Pentandiol, 2-Pyrrolidon, Diethylenglykol, 1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)pentantriol, Tetramethylensulfon, 3-Methoxy-3-methylbutanol, Glycerol und 1,2-Alkyldiole.
- Das bzw. die Farbmittel kann bzw. können einen oder mehr Farbstoffe (wasserlöslich) oder ein oder mehr Pigmente (wasserunlöslich) umfassen. Wenn ein Pigment verwendet wird, wird ein Dispersionsmittel verwendet, um das Pigment in dem Trägermittel zu dispergieren. Alternativ dazu kann das Pigment chemisch behandelt werden, um es in dem Trägermittel dispergierbar zu machen.
- Zusatzstoffe, z.B. Tenside, Biozide, pH-Einsteller und dergleichen können, wenn es angebracht ist, verwendet werden. Derartige Zusatzstoffe sind Fachleuten hinreichend bekannt. Die Reinheit aller Komponenten ist die bei Tintenstrahltinten üblicherweise Verwendete.
- Die Verwendung von Fixierungsmittellösungen bei einer Fünfter- und/oder Sechster-Stift-Kassette für Überdecken- oder Unterdrucken-Modi, um die Druckqualität und Archivierbarkeit zu verbessern, wird hierin offenbart. Dies ermöglicht eine Aufnahmeschicht beim Unterdrucken oder eine Beschichtung beim Überdecken, die spezifische Wechselwirkungen zwischen den Farbmitteln und den Fixierungspolymeren liefert. Eine Verbesserung der folgenden Druckattribute – Wasserechtheit, Schmierechtheit, Verwischbeständigkeit und Lichtechtheit – wird erzielt.
- Der fünfte Stift wird verwendet, wenn entweder ein Unterdrucken oder ein Überdecken betrachtet wird. In dieser Situation liegt nur ein Fixierungsmittel vor, und es ist in dem fünften Stift enthalten.
- Der sechste Stift wird verwendet, wenn sowohl ein Unterdrucken als auch ein Überdecken betrachtet werden. In dieser Situation liegen zwei Fixierungsmittel vor, die gleich oder unterschiedlich sein können. Ein Fixierungsmittel ist in dem fünften Stift enthalten, und das andere Fixierungsmittel ist in dem sechsten Stift enthalten.
- Im Fall des Unterdruckens ist eine präzise Ausrichtung des Fixierungsmittels und der Tinte erforderlich, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen. In diesem Fall wird ein Tintenstrahldruckkopf verwendet, um eine präzise Steuerung des Fixierungsmittels zu erzielen.
- Im Fall des Überdeckens ist eine solch präzise Ausrichtung von Fixierungsmittel und Tinte nicht so wichtig, solange das Fixierungsmittel die gedruckte Tinte bedeckt. Somit ist ein Tintenstrahldruckkopf nicht notwendig, obwohl er verwendet werden kann, falls gewünscht. Alternativ dazu wird eine mechanische Vorrichtung, die unter Druck ein Fluid ausstößt, verwendet, z.B. ein Zerstäuber oder eine Luftbürste. Da das Fixierungsmittel transparent ist, kann man davon sprechen, dass das Fixierungsmittel durch eine Transparentfluidaufbringvorrichtung aufgebracht wird, ob durch einen Druckkopf, einen Zerstäuber, eine Luftbürste oder ein anderes geeignetes System. Folglich wird die Verwendung eines Fixierungsmittels, um die gedruckte Tinte zu bedecken, hierin alternativ als Überdrucken bzw. Überdecken bezeichnet.
- Zweiteilige Systeme bestehen vorzugsweise aus: (a) reaktiven Monomeren oder Oligomeren in der 5.- und/oder 6.-Stift-Kassette und (b) reaktiven Komponenten in einer Farbkassette. Beispiele umfassen Oligomere mit endständiger Isocyanat-(TDI oder MDI) oder Epoxygruppe in dem 5. und/oder 6. Stift und Polyole, Polyvinylalkohole und einen Katalysator in der Farbkassette. Die Polymerisation erfolgt durch Mischen der Lösungen (a) und (b) während des Überdeckens und Unterdruckens. Katalysatoren für Isocyanat bestehen üblicherweise aus Aminen und Alkoxiden, während Amine, Alkoxide und Metallionen für Epoxide nützlich sind.
- Wie oben erwähnt wurde, basiert das Lösungsmittel bei dem zweiteiligen System entweder auf Wasser oder auf Lösungsmittel. Auf Wasser beruhende Systeme beziehen sich auf diejenigen, bei denen Wasser die wichtigste oder einzige Lösungsmittelkomponente ist. Wasserlösliche organische Lösungsmittel und Tenside können enthalten sein, um ein gleichmäßiges Verteilen und Trocknen auf Druckmedien zu liefern. Beispiele von solchen wasserlöslichen oder mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln und Tensiden umfassen diejenigen, die oben in Verbindung mit Trägermittelkomponenten aufgeführt wurden.
- Dagegen beziehen sich Systeme auf Lösungsmittelbasis auf diejenigen, bei denen das Polymer in einem Trägermittel, das aus einem oder mehr organischen Lösungsmitteln besteht, entweder löslich oder dispergiert ist. Üblicherweise weisen die Gemische eine begrenzte Mischbarkeit mit Wasser von etwa 5 bis 10 Gew.-% auf. Beispiele organischer Lösungsmittel umfassen die folgenden: (1) halogenierte Kohlenwasserstoffe wie z.B. Dichlorethan, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Trichlorethan und Trichlorethylen; (2) aliphatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. dearomatisiertes Petroleumdestillat, White Spirit und Synthetics; (3) aromatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Schwerbenzin, Solventnaphtha, Toluen, Trimethylbenzen und Xylen; (4) Alkohole wie z.B. Ethanol, Isopropanol, n-Propanol, n-Butanol, sec-Butanol und Diacetonalkohol; (5) Ester wie z.B. Ethylacetat, Ethyllactat und N-Butylacetat; (6) Ether wie z.B. Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonopropylether und Ethylenglykolmonobutylether; (7) Ketone wie z.B. Cyclohexanon, Methylethylketon und Methylisobutylether; und (8) Terpene wie z.B. Dipenten, Terpineol und Terpentin. Die Konzentration des bzw. der organischen Lösungsmittel(s) liegt im Bereich von etwa 0,1 bis 98 Gew.-% des Fixierungsmittelsystems.
- Das Fixierungsmittelsystem kann auch ein oder mehr Tenside in dem Konzentrationsbereich von etwa 0,1 bis 20 Gew.-% um fassen. Das bzw. die Tensid(e) ist bzw. sind vorzugsweise in organischen Lösungsmitteln löslich, z.B. in denen mit Niedrigethylenoxid-Wiederholungseinheiten, die in den Tensidserien SURFYNOLS, TERGITOLS und TRITONS erhältlich sind. Die SURFYNOLS sind acetylenische ethoxylierte Diole, die von Air Products erhältlich sind, die TERGITOLS sind Polyethylen- oder Polypropylenoxidether, die von Union Carbide erhältlich sind, und die TRITONS sind Alkylphenylpolyethylenoxide, die von Rohm & Haas Co. erhältlich sind. In der Technik der Beschichtungsindustrie ist es hinreichend bekannt, ein Gemisch der Obigen zu verwenden, um die gewünschten Beschichtungseigenschaften, wie z.B. Trocknungsgeschwindigkeit, Gleichmäßigkeit der Beschichtung und Glanz, zu erzielen.
- Die vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung einer klaren Lösung (Fixierungsmittel) bezogen, um eine Druckseite zu überdecken, um das Druckverhalten wie z.B. Schmierechtheit, Verwischen, Wasserechtheit und Lichtechtheit zu verbessern. Die Lösung wird als feines Aerosol unter Verwendung einer mit Druck beaufschlagten Vorrichtung wie z.B. einer Luftbürste oder einem Zerstäuber als Überschicht auf gedruckte Seiten aufgebracht. Somit wird sie als Fixierungslösung oder Fixierungsmittel bezeichnet.
- Isocyanate umfassen:
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- Bei einem zweiteiligen System umfasst die Fixierungslösung der vorliegenden Erfindung (1) ein reaktives Monomer oder Oligomer in einem Trägermittel, wobei das reaktive Monomer oder Oligomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Isocyanaten und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht, und (2) zumindest eine zweite Komponente umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyolen, Polyvinylalkoholen und Basekatalysatoren besteht. Das reaktive Monomer oder Oligomer ist in einer von der bzw. den Tintenstrahltintendruckkassette(n) separaten Kassette enthalten, während die zweite(n) Komponente(n) in zumindest einer Tintenstrahltintendruckkassette enthalten ist bzw. sind. Das reaktive Monomer oder Oligomer reagiert mit der bzw. den zweiten Komponente(n) an dem Druckmedium, um ein Polymer zu bilden, das eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich zwischen –50°C und +100°C und eine Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 30°C und 150°C aufweist. Das Trägermittel kann Wasser alleine oder Wasser in Kombination mit einem oder mehr oben aufgeführten wasserlöslichen organischen Lösungsmitteln umfassen.
- Wenn das Fixierungsmittel bezüglich der Farbmittel nicht reaktionsbereit ist, dient es als hydrophobe Überschicht gegen ein In-Berührung-Kommen mit der Umwelt, einschließlich Wasser und/oder Verschmieren/Verwischen.
- INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
- Man geht davon aus, dass die Fixierungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung beim Tintenstrahldrucken zum Einsatz kommen.
- Somit wurden zweiteilige Fixierungssysteme zum Unterdrucken, Überdecken oder beides in Verbindung mit Tintenstrahldrucken auf Druckmedien offenbart.
Claims (7)
- Ein Fixierungsmittel zum Tintenstrahldrucken, wobei das Fixierungsmittel zum Unterdrucken oder Überdecken, oder beides, zumindest einer auf ein Druckmedium gedruckten Tinte dient, wobei jede dieser Tinten von einer separaten Druckkassette aus gedruckt wird, wobei das Fixierungsmittel ein zweiteiliges System aufweist und (1) ein reaktives Monomer oder Oligomer in einem Trägermittel, wobei das reaktive Monomer oder Oligomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Isocyanaten und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht, und (2) zumindest eine zweite Komponente umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyolen, Polyvinylalkoholen und Basekatalysatoren besteht, wobei das reaktive Monomer oder Oligomer in einer von der zumindest einen Tintenstrahltintendruckkassette separaten Kassette enthalten ist und die zumindest eine zweite Komponente in der zumindest einen Tintenstrahltintendruckkassette enthalten ist, wobei das reaktive Monomer oder Oligomer mit zumindest einer zweiten Komponente an dem Druckmedium reagiert, um ein Polymer zu bilden, wobei das Polymer eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich zwischen –50°C und +100°C und eine Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 30°C und 150°C aufweist.
- Das Fixierungsmittel gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest drei Farbtinten in drei separaten Druckkassetten vorgesehen sind.
- Das Fixierungsmittel gemäß Anspruch 2, bei dem die zumindest drei Farbtinten Cyan, Gelb und Magenta sind.
- Das Fixierungsmittel gemäß Anspruch 2, bei dem drei Farbtinten in drei separaten Druckkassetten und eine schwarze Tinte in einer vierten separaten Druckkassette vorgesehen sind.
- Das Fixierungsmittel gemäß Anspruch 1, bei dem das Monomer oder Oligomer eine Konzentration in dem Trägermittel in einem Bereich zwischen 2 und 30 Gewichtsprozent aufweist.
- Das Fixierungsmittel gemäß Anspruch 1, bei dem (1) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TDI, MDI und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht.
- Ein zweiteiliges Fixierungsmittel-Tintenstrahldrucksystem, das eine erste Kassette, die (1) ein reaktives Monomer oder Oligomer in einem Trägermittel aufweist, wobei das reaktive Monomer oder Oligomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Isocyanaten und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht, aufweist, und eine zweite Tintenstrahltintendruckkassette aufweist, die (2) zumindest eine zweite Komponente aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyolen, Polyvinylalkoholen und Basekatalysatoren besteht; wobei das Fixierungsmittel zum Unterdrucken oder Überdecken, oder beides, zumindest einer auf ein Druckmedium gedruckten Tinte dient, wobei jede dieser Tinten von einer separaten Druckkassette aus gedruckt wird; wobei das reaktive Monomer oder Oligomer in der Lage ist, mit der zumindest einen zweiten Komponente auf dem Druckmedium zu reagieren, um ein Polymer zu bilden, wobei das Polymer eine Glasübergangstemperatur in einem Bereich zwischen –50°C und +100°C und eine Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 30°C und 150°C aufweist.
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