DE60207419T2

DE60207419T2 - Wasserbeständiges tintenstrahlaufzeichnungsblatt

Info

Publication number: DE60207419T2
Application number: DE2002607419
Authority: DE
Inventors: L. Paul BENENATI; T. Charles HILL; F. Charles KAHLE; P. Joseph KOVACS; E. Larry LIPKO; M. Luciano PARRINELLO
Original assignee: PPG Industries Ohio Inc
Current assignee: PPG Industries Ohio Inc
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: ES2252492T3; MXPA04000998A; JP2007106132A; CA2454906A1; CO5560598A2; CN100352666C; DK1412197T3; EP1412197A1; NO20040458L; HK1069568A1; AU2002355743B2; US20030180523A1; JP3927951B2; EP1412197B1; WO2003011608A1; US20030096087A1; JP2005518955A; DE60207419D1; BR0211856A; ATE309914T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf ein einen Tintenstrahl aufnehmendes Substrat gerichtet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein wasserbeständiges, beschichtetes, eine Tinte aufnehmendes Substrat. Diese Anmeldung ist eine Weiterführung der provisorischen U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/309,348, die am 01. August 2001 angemeldet wurde.
Es ist auf dem Gebiet bekannt, Papier mit verleimenden Komponenten für den Zweck des Zurückhaltens oder der Vermeidung des Eindringens von Flüssigkeiten in die Struktur zu verleimen. „Inneres Verleimen" besteht aus dem Einführen von Leimmaterialien in den Papierbrei während der Papierherstellung. Die Leimmaterialien werden auf die Fasern hauptsächlich für den Zweck der Steuerung des Eindringens von Flüssigkeiten in das fertige, trockene Papier ausgefällt. Das „Oberflächenverleimen" involviert das Auftragen von Dispersionen aus Film-bildenden Substanzen, wie umgesetzten Stärken, Gummis und modifizierten Polymeren auf zuvor gebildetes Papier. Das Oberflächenverleimen vermittelt dem Papier Stärke.
Die Verwendung von verleimtem Papier zum Bedrucken mit einem Tintenstrahldrucker, der hauptsächlich wasserbasierende Tinten enthält, kann Papiere mit Bildern ergeben, die eine Tendenz haben, sich aufzurollen. Die Verwendung von nicht verleimtem Papier kann in der Migration des Bildes durch das Blatt und zu einer Wechselwirkung mit dem Bild auf der anderen Seite führen, wenn eine Seite des Blattes mit dem Bild mit Wasser in Kontakt kommt.
Es wurden verschiedene Versuche auf dem Gebiet unternommen, die zuvor genannten Probleme zu beheben. Zum Beispiel offenbart das U.S. Patent 5,799,976 ein Papiersubstrat, das mit einer hydrophoben Grenzschicht und einer Bild-aufnehmenden Schicht beschichtet ist. Die hydrophobe Grenzschicht ist auf beiden Seiten des Papiers beschichtet und umfasst eine wasserunlösliche Komponente und ein wasser- oder alkohollösliches Antiaufrollmittel. Das U.S. Patent 6,140,412 lehrt ein Verfahren zur Beschichtung von Papier mit einer wässrigen, kationischen Polyurethanharzlösung. Die japanische Patentanmeldung (JP) 11216945 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Papier mit einer Zusammensetzung, die Polyvinylpyrrolidon, eine Polyurethanharzemulsion, Polyvinylalkohol und ein kationisches Harz umfasst.
Die U.S. Patente 4,861,644 und 5,196,262 offenbaren ein mikroporöses Blattmaterial, das eine Matrix aus einem linearen, ultrahoch molekulargewichtigen Polyolefin, einem großen Anteil an fein verteiltem, wasserunlöslichen Kieselgelfüllmittel und miteinander verbundene Poren umfasst. Das U.S. Patent Nr. 6,025,068 lehrt ein Verfahren zur Beschichtung eines mikroporösen Polyolefinsubstrats mit einer Beschichtungszusammensetzung, die ein Bindemittel umfasst, das in einem flüchtigen, wässrigen, flüssigen Medium aufgelöst oder dispergiert ist. Das Bindemittel umfasst ein Film-bildendes, organisches Polymer aus einem wasserlöslichen Poly(ethylenoxid) und ein wasserlösliches oder in Wasser dispergierbares, vernetzbares Urethanacrylathybridpolymer.
Eine andere Beschichtungszusammensetzung für Tintenstrahl aufnehmende Materialien wird in den japanischen Patent (JP) 2001-184881 offenbart. Dieses Dokument offenbart eine Beschichtungszusammensetzung, die ein nicht ionisches oder anionisches Polyurethan und das Reaktionsprodukt eines monomeren, sekundären Amins und Epichlorhydrin umfasst. Die japanischen Patente (JP) 11268406 und (JP) 2000153667 offenbaren kationische Polyurethane, die in wasserbeständigen Beschichtungen für Tinten aufnehmende Substrate nützlich sind.
Es bleibt ein Bedarf an einem Tintenstrahl aufnehmenden Medium, das stabil, wasserwiderstandsfähig und in der Lage ist, scharfe Bilder aufzunehmen, wenn eine Tintenstrahldrucktinte darauf aufgetragen wird.
ZUSAMMENSETZUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine wasserwiderstandsfähige Beschichtungszusammensetzung für ein Tinte aufnehmendes Substrat gerichtet. Die Beschichtungszusammensetzung hat einen pH-Wert von weniger als 7 und umfasst:

(a) eine wässrige Dispersion eines anionischen Polyurethans; und
(b) eine wässrige Lösung einer kationischen, stickstoffhaltigen, polymeren, farbstofffixierenden Verbindung.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Beschichtung eines Tinte aufnehmenden Substrats gerichtet, bei dem die oben definierte Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat aufgetragen wird.
Die vorliegende Erfindung ist zudem auf ein Tinte aufnehmendes Substrat gerichtet, worin wenigstens eine Seite des Substrats eine Beschichtungsschicht aus der oben beschriebenen Beschichtungszusammensetzung aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es sei denn, dieses wird anderweitig angezeigt, sind alle Bezüge auf (Meth)acrylsäure-, (Meth)acrylat- und (Meth)acrylamidmonomere dahingehend gemeint, sowohl die Methacrylsäure- wie auch Acrylsäureverbindungen zu umfassen.
Es werden in dieser Patentanmeldung verschiedene numerische Bereiche offenbart. Weil diese Bereiche kontinuierlich sind, umfassen sie jeden Wert zwischen den minimalen und maximalen Werten.
Die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst eine wässrige, anionische Polyurethandispersion und eine wässrige Lösung aus einer kationischen, stickstoffhaltigen, polymeren farbstofffixierenden Verbindung.
Das Vermischen eines anionischen Polymers und eines kationischen Polymers resultiert typischer Weise in einem Polysalz, das oft in Wasser und anderen Lösungsmitteln unlöslich ist. In der vorliegenden Erfindung wurde überraschender Weise herausgefunden, dass die Zugabe einer wässrigen Lösung aus einem kationischen, stickstoffhaltigen Polymer zu einer wässrigen, anionischen Polyurethandispersion in einer stabilen Dispersion resultiert, die als eine Beschichtungszusammensetzung für ein Tinte aufnehmendes Substrat nützlich ist. Jedoch resultiert eine Umkehr in der Reihenfolge der Zugabe, derart, dass die anionische Polyurethandispersion zu der wässrigen Lösung eines kationischen, stickstoffhaltigen Polymers hinzugegeben wird, in der Bildung und Ausfällung eines Polysalzes aus der wässrigen Lösung.
Eine wässrige Dispersion eines anionischen Polyurethanharzes zur Verwendung in der Erfindung umfasst Partikel eines anionischen Polyurethanpolymers, das in einem wässrigen Medium dispergiert ist. Das Polyurethanpolymer hat wenigstens eine daran anhängende Säuregruppe, die in der Gegenwart einer Base neutralisiert sein kann, um eine anionische Gruppe(n) zu bilden, wodurch die Dispersion stabilisiert wird.
Das anionische Polyurethan zur Verwendung in der Erfindung kann durch ein Verfahren, das auf dem Gebiet bekannt ist, hergestellt werden. Zum Beispiel produziert die Reaktion (i) eines Polyisocyanats, (ii) eines Polyols, (iii) einer Verbindung mit einer Säuregruppe und optional (iv) einer kettenverlängernden Verbindung, wie ein Polyamin oder Hydrazin, ein geeignetes, anionisches Polyurethan. Wie es hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich „Polyisocyanat" auf eine Verbindung mit mehr als einer Isocyanatgruppe. Beispiele von geeigneten Polyisocyanaten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen Diisocyanate wie Toluoldiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat und Dicyclohexylmethandiisocyanat; drei- oder mehrfunktionelle Isocyanate, die die Reaktionsprodukte von Diisocyanaten mit Polyolen wie Trimethylolpropan, Glycerin und Pentaerythritol sein können. Geeignete Polyisocyanate zur Verwendung in der Erfindung sind von der Bayer Corporation unter dem Markennamen „Desmodur" käuflich verfügbar.
Wie es hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich „Polyol" auf eine Verbindung mit mehr als einer Hydroxylgruppe. Beispiele von geeigneten Polyolen sind einfache Polyole wie diejenigen, die verwendet werden, um Polyisocyanate, Polyesterpolyole und Polyetherpolyole herzustellen.
Das anionische Polyurethan zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann eine Säuregruppe umfassen, wie eine Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppe, und zwei Gruppen umfassen, die mit entweder einem Polyisocyanat oder einem Polyol reagieren können. Ein Beispiel einer Gruppe, die mit einem Polyol reagieren kann, ist eine Isocyanatgruppe. Beispiele von Gruppen, die mit einem Polyisocyanat reagieren können, umfassen Hydroxylgruppen und Amingruppen. Ein Beispiel einer Verbindung mit zwei Hydroxylgruppen und einer Säuregruppe ist Dimethylolpropionsäure. Ein Beispiel eines Polyamins umfasst Ethylendiamin, Isophorondiamin und Diethylentriamin.
Die anionische Polyurethandispersion zur Verwendung in der Erfindung wird unter Verwendung einer Base dispergiert, die die ionische Gruppe(n) auf dem Polymer ionisiert und die Dispersion stabilisiert. Die Base kann jegliche bekannte anorgansiche Base, Ammoniak oder ein Amin umfassen.
Das (i) Polyisocyanat, (ii) die Verbindung mit einer Säuregruppe und (iii) das Polyol können in der Gegenwart eines organischen Lösungsmittels umgesetzt werden, um ein Isocyanat-endständiges Vorpolymer zu bilden. Geeignete organische Lösungsmittel umfassen n-Methylpyrrolidon, Tetrahydrofuran oder einen Glycolether. Das Isocyanat-endständige Vorpolymer kann in Wasser in der Gegenwart einer Base dispergiert werden und dann durch die Zugabe des Polyamins kettenverlängert werden. In einer Ausführungsform wird das Vorpolymer in einer organischen Lösungsmittellösung kettenverlängert und dann wird das Polyurethanpolymer in Wasser in der Gegenwart der Base dispergiert.
Geeignete anionische Polyurethane zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen anionische Polyurethane, die auf aromatischen Polyetherpolyurethanen, aliphatischen Polyetherpolyurethanen, aromatischen Polyesterpolyurethanen, aliphatischen Polyesterpolyurethanen, aromatischen Polycaprolactampolyurethanen und/oder aliphatischen Polycaprolactampolyurethanen basieren. Eine anionische Polyurethandispersion zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist kommerziell von der Crompton Corporation unter dem Markenname „WitcoBond^®" käuflich verfügbar.
Die wässrige, anionische Polyurethandispersion der Beschichtungszusammensetzung enthält bis zu 70 Gew.-% oder bis zu 65 Gew.-% oder bis zu 60 Gew.-% oder bis zu 50 Gew.-% des anionischen Polyurethans. Die wässrige, anionische Polyurethandispersion umfasst wenigstens 1 Gew.-% oder wenigstens 5 Gew.-% oder wenigstens 10 Gew.-% oder wenigstens 20 Gew.-% des anionischen Polyurethans. Die Menge an anionischem Polyurethan in der wässrigen, anionischen Polyurethandispersion ist nicht kritisch. Im Allgemeinen sollte die Menge nicht so hoch sein, dass sie bewirkt, dass die Dispersion selbst oder die Mischung mit dem stickstoffhaltigen Polymer instabil wird, oder so niedrig ist, dass die Beschichtungszusammensetzung keine ausreichende Wasser- oder Reibebeständigkeit bereit stellt, oder dass die Dispersion selbst instabil wird. Das anionische Polyurethan kann in der wässrigen anionischen Polyurethandispersion in einem Mengenbereich einschließlich den oben genannten vorliegen.
Eine kationische Polyurethandispersion kann ein bekanntes in Wasser dispergierbares kationisches Polyurethan umfassen. Geeignete kationische Polyurethane sind kommerziell von der Crompton Corporation unter dem Markennamen WitcoBond, zum Beispiel als WitcoBond W-213- und W-215-Formulierungen käuflich verfügbar.
Das kationische Polyurethan kann durch ein Verfahren, das auf dem Gebiet bekannt ist, hergestellt werden. Das U.S. Patent 3,470,310 offenbart die Herstellung einer Wasserdispersion eines Polyurethans, das salzartige Gruppen enthält, die mit dem Polyurethan verbunden sind. Das U.S. Patent 2,873,484 offenbart eine wässrige Dispersion eines Polyurethans, das aus quaternisiertem Polyurethanvorpolymer hergestellt ist, das durch das Umsetzen eines alkoxylierten Diols, eines N-Alkyldialkanolamins, eines organischen Diisocyanats und das Quaternisieren mit einem Dialkylsulfatquaternisierungsmittel hergestellt wird. Das U.S. Patent 6,221,954 lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanvorpolymers, bei dem ein N-Monoalkanol-tertiäres Amin mit einem Alkylenoxid in der Gegenwart einer starken Säure umgesetzt wird, um ein Polyolsalz zu bilden, das weiter mit einer Überschussmenge eines organischen Polyisocyanats umgesetzt wird und mit einer aktiven Wasserstoff-enthaltenden Verbindung kettenverlängert wird.
Die wässrige, kationische Polyurethandispersion enthält bis zu 70 Gew.-% oder bis zu 65 Gew.-% oder bis zu 60 Gew.-% oder bis zu 50 Gew.-% des kationischen Polyurethans. Die wässrige, kationische Polyurethandispersion umfasst wenigstens 1 Gew.-% oder wenigstens 5 Gew.-% oder wenigstens 10 Gew.-% oder wenigstens 20 Gew.-% des kationischen Polyurethans. Die Menge des kationischen Polyurethans in der wässrigen, kationischen Polyurethandispersion ist nicht kritisch. Im Allgemeinen sollte die Menge nicht so hoch sein, dass sie bewirkt, dass die Dispersion selbst oder die Mischung mit dem stickstoffhaltigen Polymer instabil wird, oder so niedrig sein, dass die Beschichtungszusammensetzung keine ausreichende Wasser- oder Reibewiderstandsfähigkeit bereit stellt oder dass die Dispersion selbst instabil wird. Das kationische Polyurethan kann in der wässrigen, kationischen Polyurethandispersion in einem Mengenbereich einschließlich den oben genannten vorliegen.
Eine nicht ionische Polyurethandispersion kann ein bekanntes in Wasser dispergierbares, nicht ionisches Polyurethan umfassen. Geeignete kationische Polyurethane sind kommerziell von der Crompton Corporation unter dem Markennamen WitcoBond, zum Beispiel als WitcoBond W-230-Formulierung, käuflich verfügbar.
Das nicht ionische Polyurethan kann durch ein Verfahren, das auf dem Gebiet bekannt ist, hergestellt werden. Zum Beispiel beschreibt Szycher (d. h., „Szycher's Book of Polyurethanes" von Michael Szycher, CRC Press, New York, NY, 1999, Seiten 14–10 bis 14–15) die Herstellung von Wasserdispersionen aus Polyurethanen, die hydrophile polyetherartige Gruppen enthalten, die entweder von den Hauptpolyurethanketten abzweigen oder endständig sind. Polyethylenoxideinheiten (mit einem Molekulargewicht (MG) von 200 bis 4.000) werden typischer Weise als dispergierende Bereiche verwendet. Nicht ionische Polyurethane können durch die Verwendung von Diolen oder Diisocyanatcomonomeren, die anhängende Polyethylenoxidketten tragen, hergestellt werden.
Die wässrige, nicht ionische Polyurethandispersion enthält bis zu 70 Gew.-% oder bis zu 65 Gew.-% oder bis zu 60 Gew.-% oder bis zu 50 Gew.-% des nicht ionischen Polyurethans. Die wässrige, nicht ionische Polyurethandispersion umfasst wenigstens 1 Gew.-% oder wenigstens 5 Gew.-% oder wenigstens 10 Gew.-% oder wenigstens 20 Gew.-% des nicht ionischen Polyurethans. Die Menge des nicht ionischen Polyurethans in der wässrigen, nicht ionischen Polyurethandispersion ist nicht kritisch. Im Allgemeinen sollte die Menge nicht so hoch sein, dass sie bewirkt, dass die Dispersion selbst oder die Mischung mit dem stickstoffhaltigen Polymer instabil wird, oder so niedrig sein, dass die Beschichtungszusammensetzung keine ausreichende Wasser- oder Reibewiderstandsfähigkeit bereit stellt oder dass die Dispersion selbst instabil wird. Das nicht ionische Polyurethan kann in der wässrigen, nicht ionischen Polyurethandispersion in jeglichem Bereich von Werten, einschließlich den oben genannten, vorhanden sein.
Die wässrige Lösung eines kationischen, stickstoffhaltigen Polymers zur Verwendung als eine farbstofffixierende Verbindung in der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung hat einen pH-Wert von weniger als 7 oder weniger als 6 oder weniger als 5. Ein pH-Wert in diesem Bereich ermöglicht es zu mindestens einem Teil der Stickstoffatome wenigstens einen Teil einer kationischen Ladung zu tragen. Die resultierende Beschichtungszusammensetzung wird einen pH-Wert von weniger als 7 oder weniger als 6 oder weniger als 5 aufweisen.
Wie sie hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bedeutet „wässrige Lösung", dass das kationische stickstoffhaltige Polymer in einem flüssigen Medium wie Wasser löslich ist.
Eine farbstofffixierende Verbindung wird im Allgemeinen verwendet, um Farbstoffe an ein Substrat zu fixieren, um zu verhindern, dass Farbstoffe aus dem Substrat ausbluten oder auswandern, wenn das Substrat mit Wasser in Kontakt kommt.
Ein bekanntes kationisches, stickstoffhaltiges Polymer, bei dem wenigstens ein Teil der Stickstoffatome wenigstens ein Teil einer kationischen Ladung innerhalb des oben genannten pH-Bereiches der Beschichtungszusammensetzung tragen, kann in der vorliegenden Beschichtungszusammensetzung als eine farbstofffixierende Verbindung verwendet werden. Geeignete kationische, stickstoffhaltige Polymere umfassen kationische Polymere mit einem oder mehreren Monomerresten, die aus einem oder mehreren der folgenden stickstoffhaltigen Monomere abgeleitet sind:
worin R¹ in jedem Falle und in jeder Struktur unabhängig voneinander gleich H oder aliphatischen C₁ bis C₃ darstellt; R² unabhängig für jede Struktur eine zweibindige verbindende Gruppe darstellt, die aus C₂ bis C₂₀ aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Polyethylenglycol und Propylenglycol ausgewählt ist; R³ unabhängig in jedem Falle für jede Struktur gleich H oder C₁ bis C₂₂-aliphatischen Kohlenwasserstoff oder einen Rest aus der Reaktion des Stickstoffes mit Epichlorhydrin darstellt; Z aus -O- oder -NR⁴-, ausgewählt ist, worin R⁴ gleich H oder CH₃ ist; und X ein Halogen oder Methylsulfat ist.
Beispiele von stickstoffhaltigen Monomeren oder resultierenden Monomerresten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, (Meth)acryloyloxyethyltrimethylammoniumhalogenide, (Meth)acryloyloxyethyltrimethylammoniummethylsulfat, Dimethylaminopropyl(meth)acrylamid, (Meth)acrylamidpropyltrimethylammoniumhalogenide, Aminoalkyl(meth)acrylamide, worin das Amin mit Epichlorhydrin umgesetzt ist, (Meth)acrylamidopropyltrimethylammoniummethylslfat, Diallylamin, Methyldiallylamin und Diallyldimethylammoniumhalogenide.
Die kationischen, stickstoffhaltigen Polymere können zusätzliche Monomerreste enthalten. Die zusätzlichen Monomerreste können aus jedem polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Monomer erhalten werden, das, wenn es mit den stickstoffhaltigen Monomeren copolymerisiert wird, es dem resultierenden Polymer ermöglicht, wenigstens teilweise in Wasser löslich zu sein. Wie es hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bedeutet „teilweise löslich", dass wenigstens 0,1 g des Polymers sich in Wasser auflösen, wenn zehn (10) g des Polymers zu einem (1) l Wasser hinzugegeben werden und für 24 Stunden vermischt werden.
Beispiele von Monomeren, die mit den stickstoffhaltigen Monomeren copolymerisiert werden können, umfassen (Meth)acrylamid, N-Alkyl(meth)acrylamide, (Meth)acrylsäure, Alkylester des (Meth)acrylats, Glycolester der (Meth)acrylsäure, Polyethylenglycolester der (Meth)acrylsäure, Hydroxyalkyl(meth)acrylate, Itaconsäure, Alkylether der Itaconsäure, Maleinsäure, Mono- und Dialkylester der Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Maleimid, Aconitinsäure, Alkylester von Aconitinsäure, Allylalkohol und Alkylether des Allylalkohols.
In einer Ausführungsform ist das kationische, stickstoffhaltige Polymer ein Homopolymer eines stickstoffhaltigen Monomers oder ein Copolymer aus einem oder mehreren stickstoffhaltigen Monomeren. In einer anderen Ausführungsform ist das stickstoffhaltige Polymer ein Copolymer aus einem oder mehreren polymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomeren und einem oder mehreren stickstoffhaltigen Monomeren. Wenn das stickstoffhaltige Polymer jegliche der zuvor genannten zusätzlichen polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Monomere umfasst, umfasst das stickstoffhaltige Polymer nicht mehr als 70 Mol-% oder nicht mehr als 50 Mol-% oder nicht mehr als 25 Mol-% oder nicht mehr als 10 Mol-% des stickstoffhaltigen Monomers. Die Menge des stickstoffhaltigen Monomers kann von dem spezifischen in der vorliegenden Beschichtungszusammensetzung verwendeten Polyurethan abhängen. Wenn die Menge des stickstoffhaltigen Monomers, das in dem stickstoffhaltigen Polymer verwendet wird, zu hoch ist, kann eine instabile Mischung des stickstoffhaltigen Polymers und der Polyurethandispersion resultieren. Es ist typischer Weise schwierig, eine instabile Mischung auf ein Tinte aufnehmendes Substrat aufzutragen.
Wenn das stickstoffhaltige Polymer jegliches der zuvor erwähnten zusätzlichen, polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Comonomere umfasst, umfasst das stickstoffhaltige Polymer wenigstens 0,1 Mol-% oder wenigstens 1,0 Mol-% oder wenigstens 2,5 Mol-% oder wenigstens 5 Mol-% des stickstoffhaltigen Monomers. Wenn die Menge des stickstoffhaltigen Monomers in dem stickstoffhaltigen Polymer zu gering ist, dann kann das stickstoffhaltige Polymer keine ausreichenden farbstofffixierenden Eigenschaften bereitstellen und einem aufgenommenen Tintenbild auf dem beschichteten Substrat können Wasser- und Reibewiderstandseigenschaften fehlen.
Die stickstoffhaltigen Monomere können in dem stickstoffhaltigen Polymer in einem Bereich von Werten, einschließlich der oben genannten, vorhanden sein. Die zusätzlichen, polymerisierbaren, ethylenisch ungesättigten Monomere werden in einer Menge vorhanden sein, so dass der gesamte Prozentanteil 100 Mol-% beträgt.
In der vorliegenden Erfindung umfasst die wässrige Lösung der kationischen, stickstoffhaltigen, polymeren farbstofffixierenden Verbindung wenigstens 5 Gew.-% oder wenigstens 10 Gew.-% oder wenigstens 15 Gew.-% des stickstoffhaltigen Polymers; und nicht mehr als 50 Gew.-% oder nicht mehr als 45 Gew.-% oder nicht mehr als 40 Gew.-% des stickstoffhaltigen Polymers. Wenn die Konzentration des stickstoffhaltigen Polymers zu gering ist, ist es für kommerzielle Anwendungen nicht ökonomisch und kann zu verdünnt sein, um optimale Verhältnisse mit den Polyurethanen bereit zu stellen. Wenn die Konzentration zu hoch ist, kann die Lösung zu viskos sein, um sie einfach in einem kommerziellen Umfeld zu verwenden. Beispiele von kationischen, stickstoffhaltigen Polymeren, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind Lösungen aus Polyamidaminen, die mit Epichlorhydrin umgesetzt sind, die unter dem Markennamen CinFix von der Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Deutschland, verfügbar sind.
Die Tinten aufnehmende Substratbeschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mischung einer wässrigen Lösung aus einem kationischen, stickstoffhaltigen Polymer und einer anionischen wässrigen Polyurethandispersion. Die Mischung umfasst 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% oder 20 Gew.-% bis 60 Gew.-% oder 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% einer wässrigen, anionischen Polyurethandispersion. Die Mischung wird auch 30 Gew.-% bis 90 Gew.-% oder 40 Gew.-% bis 80 Gew.-% oder 50 Gew.-% bis 70 Gew.-% einer wässrigen Lösung des kationischen, stickstoffhaltigen Polymers umfassen. Die Gewichtsprozentangaben basieren auf dem Gesamtgewicht der Tinte aufnehmenden Substratbeschichtungszusammensetzung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Wasser zu der Mischung des kationischen, stickstoffhaltigen Polymers und des anionischen Polyurethans hinzugegeben. Wenn das Wasser zu der Mischung hinzugefügt wird, hat die resultierende Tinte aufnehmende Substratbeschichtungszusammensetzung einen Gesamtharzfeststoffanteil von 1 Gew.-% bis 35 Gew.-% oder 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% oder 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Tinte aufnehmenden Substratbeschichtungszusammensetzung. Wenn der Gesamtharzfeststoffanteil zu hoch ist, kann die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung derart sein, dass ein schwaches Eindringen der Beschichtungszusammensetzung resultiert. Wenn der Gesamtharzfeststoffanteil zu niedrig ist, kann die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung derart sein, dass eine schlechte Beschichtung auf dem Substrat resultiert. In einer Ausführungsform beträgt die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung weniger als ungefähr 500 CPS oder weniger als 400 CPS; und wenigstens 10 CPS oder wenigstens 25 CPS, wenn unter Verwendung eines Brookfield-Viskosimeters gemessen wird (RVT, Spindel Nr. 1, 50 Upm bei 25°C). Eine Viskosität innerhalb der zuvor genannten Bereiche stellt für die Beschichtungszusammensetzung sicher, dass sie das Substrat benetzt und gleichzeitig ein Grad an Porosität in dem fertigen beschichteten Substrat beibehalten wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung ein Cosolvenz (Lösungsvermittler). Es kann ein Cosolvenz, das auf dem Gebiet bekannt ist, verwendet werden. Geeignete Cosolvenzien umfassen niedere Alkylalkohole, N-Methylpyrrolidon, Dowanol PM, Toluol und Glycolether.
Die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann auch andere Hilfsstoffe umfassen, die typischer Weise auf dem Gebiet bekannt sind. Solche Hilfsstoffe umfassen Tenside wie nicht ionische, kationische, anionische, amphotere und zwitterionische Tenside; Rheology/Fluss-steuernde Mittel wie Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Polyethylenoxide, Polyacrylamide, natürliche und synthetische Gummis; Biozide wie eine Mischung aus 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on und 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on, die kommerziell unter dem Markennamen Kathon von Rohm und Haas Co. verfügbar ist; 2-Hydroxypropylmethanthiosulfonat und Dithiocarbamate; und Kopplungsmittel wie Titan, silanartige, Trinatriumpyrophosphat.
Der pH-Wert der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung beträgt weniger als 7 oder weniger als 6 oder weniger als 5. Wenn der pH-Wert außerhalb dieser Bereiche vorliegt, kann die kationische, polymere, farbstofffixierende Verbindung keine ausreichende kationische Ladung tragen, um ihre vorgesehene Funktion auszuüben. Zudem kann auf bestimmten Substraten die Benetzungswirkung der Beschichtungszusammensetzung verbessert werden, wenn der pH in den zuvor genannten Bereichen liegt. In einer Ausführungsform für kommerzielle Anwendungen hat die Beschichtungszusammensetzung einen pH-Wert von mehr als 2.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Tinte aufnehmenden Substratbeschichtungszusammensetzung gerichtet. Das vorliegende Verfahren umfasst den Schritt der Zugabe der wässrigen Lösung aus einem kationischen, stickstoffhaltigen Polymer in eine wässrige, anionische Polyurethandispersion. Während der Zugabe wird eine ausreichende Vermischung beibehalten, um sicher zu stellen, dass eine homogene Mischung resultiert. Es wurde beobachtet, dass, wenn die wässrige, anionische Polyurethandispersion zu der wässrigen Lösung eines kationischen, stickstoffhaltigen Polymers hinzugegeben wird, es zu einer Koagulation kommt und eine homogene Mischung nicht erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist zudem auf ein Verfahren zur Beschichtung eines Tinte aufnehmenden Substrats gerichtet. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(a) das Bereitstellen eines Tinte aufnehmenden Substrats mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche;
(b) das Bereitstellen einer Beschichtungszusammensetzung, wie sie oben beschrieben wird; und
(c) das Aufbringen dieser Beschichtungszusammensetzung auf wenigstens eine Seite des Tinten aufnehmenden Substrats.

Es kann jegliches Tinte aufnehmendes Substrat in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das Tinten aufnehmende Substrat hat eine Porosität von wenigstens 35% oder von 35% bis 80% des Volumens des Substrats. Das Tinte aufnehmende Substrat zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann jegliches Zellulose-basierende Papier sein. Die U.S. Patente 4,861,644 und 5,196,262, die beide hiermit durch Referenzieren aufgenommen werden, beschreiben geeignete mikroporöse Substrate zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
In einer Ausführungsform ist das Tintenstrahl aufnehmende Substrat ein mikroporöses Substrat. Ein Beispiel eines geeigneten mikroporösen Substrats umfasst ein Tinte aufnehmendes Substrat, das eine obere Oberfläche und ein untere Oberfläche hat und folgendes umfasst:

(a) eine Matrix, die ein Polyolefin enthält;
(b) einen fein verteilten, teilchenförmigen Siliziumfüllstoff, der in der Matrix vollständig verteilt ist; und
(c) ein Netzwert von miteinander in Verbindung stehenden Poren, welche durch das gesamte mikroporöse Substrat hindurch miteinander in Kontakt stehen, wodurch diese Poren wenigstens ungefähr 25 Volumenprozent dieses mikroporösen Substrats ausmachen.

Es kann jegliches Polyolefin, das auf dem Gebiet bekannt ist, wie Polyethylen oder Polypropylen in dem mikroporösen Substrat verwendet werden. In einer Ausführungsform ist das Polyethylen ein lineares, hoch molekulargewichtiges Polyethylen mit einer intrinsischen Viskosität von wenigstens 10 Dezilitern/Gramm und das Polypropylen ist ein lineares, hoch molekulargewichtiges Polypropylen mit einer intrinsischen Viskosität von wenigstens 5 Dezilitern/Gramm.
Wie hierin und in den Ansprüchen genannt, wird die intrinsische Viskosität durch das Extrapolieren der reduzierten Viskositäten oder der inhärenten Viskositäten von verschiedenen verdünnten Lösungen des Polyolefins auf die Nullkonzentration bestimmt, wobei das Lösungsmittel destilliertes Decahydronaphthalen ist, zu dem 0,2 Gewichtsprozent 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxyhydrozimtsäure, Neopentantetraylester [CAS Registernummer 6683-19-8] hinzugefügt wurden. Die reduzierten Viskositäten oder die inhärenten Viskositäten des Polyolefins werden aus relativen Viskositäten bestätigt, die bei 135°C unter Verwendung eines Ubbelohde Nr. 1 Viskosimeters erhalten wurden.
Auf einer beschichtungsfreien, drucktintenfreien, imprägnierungsmittelfreien und Vor-Bindungs-Basis machen die Poren wenigstens 35 Volumenprozent des mikroporösen Substrats aus. In einigen Fällen umfassen die Poren wenigstens ungefähr 60 Volumenprozent des mikroporösen Substrats oder 35 bis ungefähr 80% oder 60% bis 75 Volumenprozent des mikroporösen Substrats.
Die Siliziumpartikel können in der Form einzelner Partikel, Aggregate von einzelnen Partikeln oder einer Kombination von beiden vorliegen. Wie er hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich der Begriff „einzelner Partikel" auf kleine diskrete Partikel kolloidaler, polymerisierter Kieselsäureeinheiten, die amorphe Kieselsäure ausmachen. Der Begriff „aggregieren", wie er hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf eine Struktur, in der einzelne Partikel kondensiert sind, um eine offene aber kontinuierliche Struktur von Ketten oder eine feste Struktur miteinander verbundener Poren zu produzieren.
In einer Ausführungsform sind die Silizium-haltigen Partikel fein verteilt. Wie es hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich „fein verteilt" auf eine maximale Retention von 0,01 Gewichtsprozent auf einem 40 Mesh Sieb.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Kieselgelpartikel im Wesentlichen unlöslich. Wie er hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich der Begriff „im Wesentlichen unlöslich" auf amorphe Kieselerde, die eine reproduzierbare Gleichgewichtslöslichkeit in Wasser aufzeigt, die im Bereich von 70 ppm bis mehr als 150 ppm in Wasser bei einer Temperatur von 25°C liegt. Es wird angenommen, dass Variationen in der Löslichkeit durch Unterschiede in der Partikelgröße, dem Zustand der inneren Hydrierung und dem Vorhandensein von Spuren von Verunreinigungen in der Kieselerde oder auf seiner Oberfläche absorbiert bedingt sind. Die Löslichkeit der Kieselerde kann auch abhängig von dem pH-Wert des Wassers sein. Wenn der pH-Wert von sich neutral (d. h., ein pH-Wert von 7) zu alkalisch (d. h., ein pH-Wert von mehr als 9) erhöht, erhöht sich die Löslichkeit der Kieselerde (siehe „The Chemistry of Silica", R. K. Iler, Wiley-Interscience, NY (1979), S. 40–58).
In der vorliegenden Erfindung haben wenigstens 90 Gewichtsprozent der Siliziumpartikel, die bei der Herstellung des mikroporösen Substrats verwendet werden, Partikelgrößen in dem Bereich von 5 bis 40 Mikrometer. Die Partikelgröße wird durch Verwendung eines Modell Tall Coulter Multisizer Particle Size Analyzer (Coulter Electronics, Inc.) bestimmt, wobei vor der Analyse durch den Coulter-Analysator das Füllmaterial für 10 Minuten in Isoton II Elektrolytlösung (Curtin Matheson Scientific, Inc.) unter Verwendung eines vierblattrigen Propellerrührers mit 4,445 Zentimeter Durchmesser gerührt wird. In einer Ausführungsform haben wenigstens 90 Gewichtsprozent der Siliziumpartikel Partikelgrößen in dem Bereich von 10 bis 20 Mikrometern. Es wird angenommen, dass die Größen der Füllmaterialagglomerate während der Verarbeitung der Inhaltsstoffe zur Herstellung des mikroporösen Substrats verringert werden können.
Geeignete Siliziumpartikel umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf, Partikel aus Kieselerde, Glimmer, Montmorillonit, Kaolinit, Asbest, Talk, Kieselgur, Vermiculit, natürliche und synthetische Zeolite, Mörtel, Kalziumsilikat, Aluminiumsilikat, Natriumaluminiumsilikat, Aluminiumpolysilikat, Aluminiumsilikatgele und Glaspartikel. Kieselerde und Lehmarten sind üblicher verwendete Siliziumhaltige Partikel. In einer Ausführungsform wird gefällte Kieselerde, Kieselgel oder gerauchte Kieselerde verwendet.
In einer Ausführungsform werden die Silikatpartikel vor dem Einbringen in das mikroporöse Substrat beschichtet. Es kann ein Verfahren, das auf dem Gebiet bekannt ist, verwendet werden, um die Partikel zu beschichten. Die Auswahl des Verfahrens zur Beschichtung der Siliziumpartikel ist nicht kritisch. Zum Beispiel können die Beschichtungsinhaltsstoffe zu einer wässrigen Aufschlämmung eines vorgewaschenen Kieselerdefilterkuchens unter ausreichendem Rühren hinzugefügt werden, um das vollständige Vermischen der Inhaltsstoffe zu ermöglichen, gefolgt durch Trocknen unter Verwendung von konventionellen Techniken, die auf dem Gebiet bekannt sind.
Die Beschichtung kann die zuvor genannten wässrigen Polyurethandispersionen und/oder die zuvor genannten kationischen, stickstoffhaltigen, polymeren Verbindungen umfassen.
Die U.S. Patentanmeldungen mit den Seriennummern 09/636,711; 09/636,312; 09/636,310; 09/636,308; 09/636,311 und 10/041,114 offenbaren geeignete Beschichtungszusammensetzungen und Verfahren zur Beschichtung von Kieselerdepartikeln, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Die partikelförmigen, siliziumhaltigen Füllmaterialien machen 50 bis 90 Prozent des mikroporösen Substrats aus. In einer Ausführungsform macht das Füllmaterial 50 bis 85 Prozent oder 60 bis 80 Gewichtsprozent des mikroporösen Substrats aus.
Zusätzlich zu den Siliziumpartikeln können auch im Wesentlichen wasserunlösliche Nicht-Siliziumfüllpartikel in dem mikroporösen Substrat verwendet werden. Beispiele von solchen optionalen, nicht-siliziumhaltigen Füllmaterialpartikeln umfassen Partikel aus Titanoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Zinkoxid, Antimonoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Molybdändisulfid, Zinksulfid, Bariumsulfat, Strontiumsulfat, Kalziumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid und fein verteilte im Wesentlichen wasserunlösliche, flammenbeständige Füllpartikel wie Partikel aus Ethylenbis(tetrabromphthalimid), Octabromdiphenyloxid, Decabromdiphenyloxid und Ethylenbisdibromnorbornandicarboximid.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat stark porös. Der Begriff „stark porös" bezieht sich auf ein Substrat mit einer Porosität von nicht mehr als 20.000 oder nicht mehr als 10.000 und in vielen Fällen nicht mehr als 7.500 Sekunden/100 cm³ Luft. Die Porosität beträgt typischer Weise wenigstens 50 Sekunden/100 cm³ Luft. Diese Porositätswerte werden gemäß dem Verfahren, das in ASTM D726 beschrieben wird, mit den folgenden Ausnahmen relativ zu dem Abschnitt 8 von ASTM bestimmt. In der vorliegenden Erfindung werden die Blattproben ohne Konditionierung gemäß ASTM D685 getestet, und es werden nur drei (3) Proben für einen gegebenen Probentyp für eine Gesamtzahl von sechs Messungen (drei Messungen pro zwei Oberflächen) für einen gegebenen Probentyp anstatt einem Minimum von 10 Proben für die gegebenen Proben, wie es in ASTM D726 dargestellt wird, gemessen. Je niedriger der Wert in Sekunden/cm³ Luft, desto poröser ist das Substrat. Hoch oder stark poröse Substrate können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, die auf dem Gebiet bekannt sind, wie die thermische Behandlung eines Substrats, das Orientieren, durch die Zusammensetzung durch das Erhöhen des Füllmaterialgehaltes, durch mikroraum-bildende Filme oder Ätzen. Beispiele von stark porösen Substraten umfassen thermisch behandelte mikroporöse Materialien wie Teslin TS-1000, das von PPG Industries, Inc., Pittsburgh, PA, käuflich verfügbar ist.
Das beschichtete mikroporöse Substrat hat eine Dicke von wenigstens 2,54 μm (0,1 Mil) oder 12,7 bis 2540 μm (0,5 bis 100 Mil) oder 24,5 bis 1270 μm (1 bis 50 Mil) und in einigen Fällen 101,6 bis 355 μm (4 bis 14 Mil). Wenn das beschichtete mikroporöse Substrat eine Dicke hat, die über die zuvor genannten Bereiche hinausgeht, kann es vielleicht nicht richtig durch einen Tintenstrahldrucker hindurchgeführt werden. Wenn das beschichtete mikroporöse Substrat unterhalb der genannten Bereiche liegt, kann es vielleicht keine ausreichende Stärke für seine vorgesehene Verwendung aufweisen.
Es kann jegliches Verfahren, das auf dem Gebiet bekannt ist, verwendet werden, um die Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung auf das Tinte aufnehmende Substrat aufzutragen, wie Flexografie, Aufsprühen, Luftrakelbeschichtung, Gießbeschichtung, Eintauchen, Stabbeschichtung, Messerbeschichtung, Gravur, Umkehrwalzenbeschichtung, Walzenauftrag, Aufsaugen, Leimpresse, Drucken Aufbürsten, Zeichnen, Schlitzdüsenbeschichtung und Extrudieren.
Nach dem Auftrag der Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat wird das Lösungsmittel aus der aufgetragenen Beschichtung durch jegliche konventionelle Trocknungstechnik entfernt. In einer Ausführungsform wird die Beschichtung durch das Aussetzen des beschichteten Substrats an eine Temperatur im Bereich der Raumtemperatur bis 177°C (350°F) getrocknet.
Die Beschichtungszusammensetzung wird wenigstens einmal auf wenigstens eine Oberfläche des Substrats aufgetragen. Wenn die Beschichtungszusammensetzung mehr als einmal aufgetragen wird, wird die aufgetragene Beschichtung üblicher Weise, nicht aber notwendiger Weise, zwischen den Beschichtungsanwendungen entweder teilweise oder vollständig getrocknet.
Wenn die Beschichtungszusammensetzung auf ein mikroporöses Substrat aufgetragen wird, wird die Beschichtungszusammensetzung oft in das Substrat eindringen. Das Eindringen der Beschichtungslage in das mikroporöse Substrat verbessert die Tintenstrahldruckqualität auf dem beschichteten Substrat. Typischer Weise dringt die Beschichtungsschicht in wenigstens den ersten Mikrometer der Oberfläche des mikroporösen Substrats ein. In einigen Fällen dringt die Beschichtungsschicht in wenigstens die ersten 10 Mikrometer oder wenigstens die ersten 20 Mikrometer oder wenigstens die ersten 30 Mikrometer des mikroporösen Substrats ein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Beschichtungszusammensetzung auf das Substrat unter Verwendung einer Luftrakelbeschichtungstechnik aufgetragen, bei der die überschüssige Beschichtung durch einen starken Luftstrahl aus einem Luftmesser „abgeblasen" wird. In einer anderen Ausführungsform wird ein Umkehrrollbeschichtungsverfahren verwendet. In dieser Prozedur wird die Beschichtungszusammensetzung auf eine Auftragungsrolle durch Präzisionseinstellung des Abstandes zwischen einer oberen Messrolle und der Auftragsrolle darunter eingemessen. Die Beschichtung wird von der Auftragungsrolle durch das Substrat abgewischt, während es über die Trägerrolle am Boden läuft.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Gravurbeschichtung verwendet, um die Beschichtungszusammensetzung aufzutragen. In dem Gravurbeschichtungsverfahren läuft eine gravierte Rolle in ein Beschichtungsbad, das die gravierten Punkte oder Linien der Rolle mit der Beschichtungszusammensetzung füllt. Jegliche überschüssige Beschichtung auf der Rolle wird durch eine Doktorklinge abgewischt und die Beschichtung wird auf dem Substrat abgesetzt, während es zwischen der Gravurrolle und einer Druckrolle durchläuft. Umkehrgravurbeschichtungsverfahren können verwendet werden. In diesem Verfahren wird die Beschichtungszusammensetzung durch die Gravur auf einer Rolle eingemessen, bevor sie wie in dem konventionellen Umkehrrollenbeschichtungsverfahren abgewischt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Messstab verwendet, um die Beschichtungszusammensetzung aufzutragen. Wenn ein Messstab verwendet wird, wird ein Überschuss der Beschichtung auf dem Substrat abgesetzt, während es über eine Badrolle geführt wird. Der mit Draht umwundene Messstab, der manchmal als Meyer-Stab bekannt ist, ermöglicht es der gewünschten Menge der Beschichtung auf dem Substrat zu verbleiben. Die Menge wird durch den Durchmesser des Drahtes, der auf dem Stab verwendet wird, bestimmt.
Die Menge der im Wesentlichen trockenen Beschichtung, die auf das Substrat aufgetragen wurde, oder das „Beschichtungsgewicht" wird als Beschichtungsgewicht pro beschichtete Fläche gemessen. Das Beschichtungsgewicht kann stark variieren, wird aber in den meisten Fällen wenigstens 0,001 g/m² oder wenigstens 0,01 g/m² und in einigen Fällen wenigstens 0,1 g/m² betragen. Das Beschichtungsgewicht beträgt nicht mehr als 50 g/m² oder nicht mehr als 40 g/m² und in einigen Fällen nicht mehr als 35 g/m². Das Beschichtungsgewicht kann zwischen jeglichen der genannten Mengen variieren.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein beschichtetes, mikroporöses Substrat gerichtet. Das beschichtete, mikroporöse Substrat umfasst das mikroporöse Substrat mit wenigstens einer der oben beschriebenen beschichteten Oberfläche. Die Oberfläche wird mit der zuvor genannten Beschichtungszusammensetzung beschichtet, die eine kationische, polymere, stickstoffhaltige, farbstofffixierende Verbindung und ein oder mehrere der oben beschriebenen Polyurethane umfasst. Die wesentlich getrocknete Beschichtungsschicht umfasst das Polyurethan zu 10 bis 70% oder zu 20 bis 60% und in einigen Fällen zu 30 bis 55 Gewichtsprozent der Beschichtungsschicht und das stickstoffhaltige Polymer zu 30 bis 90% oder zu 40 bis 80% und in einigen Fällen zu 45 bis 70 Gewichtsprozent der Beschichtungsschicht. Die Menge von jeder Komponente in der im Wesentlichen getrockneten Beschichtungsschicht wird durch die Menge von jeder Komponente bestimmt, die verwendet wurde, um die Beschichtungszusammensetzung herzustellen.
Wie es hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, wird „im Wesentlichen trocken" verwendet, um die Beschichtungslage zu bezeichnen, die sich bei der Berührung trocken anfühlt.
Die vorliegende Erfindung wird genauer in den folgenden Beispielen beschreiben, die nur als illustrativ vorgesehen sind, da viele Abweichungen und Variationen davon sich den Fachleuten auf dem Gebiet in offensichtlicher Weise ergeben. Es sei denn, dieses wird anderweitig spezifiziert, sind alle Teil- und Gewichtsangaben nach Gewicht und bei allen Bezügen auf Wasser ist deionisiertes Wasser gemeint.
BEISPIELE
Beispiel 1
Eine Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung wurde durch das Verdünnen eines 61,5 gewichtsprozentigen Feststoffanteils einer anionischen Polyurethandispersion, die unter dem Markennamen „WitcoBond^® 234", die von der Crompton Corporation, Greenwich, Connecticut, verfügbar ist, in einem Edelstahlmischtank unter Hochgeschwindigkeitsvermischen mit einem Überkopfrührer auf 9,22 Gewichtsprozent Feststoffanteile hergestellt. In einem getrennten Zufuhrtank wurde eine Lösung mit 55 Gewichtsprozent Feststoffanteil eines Polyamidamins, das mit Epichlorhydrin umgesetzt wurde, das unter dem Markennamen „CinFix NF" von der Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Deutschland, verkauft wird, auf 5,78 Gewichtsprozent Feststoffanteil verdünnt und anschließend zu der verdünnten anionischen Polyurethandispersion hinzugegeben und die Mischung wurde für 15 Minuten vermischt. Der pH-Wert wurde mit Eisessigsäure auf 5,0 ± 0,5 eingestellt. Der Gesamtharzfeststoffanteil der Mischung betrug 7,5% und die Viskosität der Mischung betrug 46 CPS, wie es unter Verwendung eines Brookfield Viskosimeters, RVT, Spindel Nr. 1, bei 50 Upm und 25°C bestimmt wurde.
Beispiele 2–4
Die Beschichtungszusammensetzungen wurden wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und auf mikroporöse Substrate aufgetragen, die unter dem Markennamen „Teslin" von PPG Industries, Pittsburgh, PA, verkauft werden. Ein Blatt von 215,9 mm × 279,4 mm (8,5'' × 11''), 254 μm (10 Mil) Dicke, Teslin^®, wurde auf ein 381 mm × 508 mm (15'' × 20'') × 508 μm (20 Mil) Stützblatt positioniert. Ein Messstab wurde 25,4–50,8 mm (1–2 Inch) oberhalb des Teslinblattes parallel zur Oberkante platziert. Eine 10–20 ml Menge der Beschichtung wurde in eine Plastikeinwegwerfspritze aufgezogen. Die Beschichtung wurde als ein Kügelchensteifen (ungefähr 3,175 mm (1/8 Inch) breit) direkt neben und den Messstab berührend abgesetzt. Der Stab wurde vollständig über das Teslinblatt mit dem Versuch einer kontinuierlichen/konstanten Geschwindigkeit gezogen. Das resultierende nasse Blatt wurde in einen Umluftofen platziert, gesichert und bei 95°C für 2 Minuten getrocknet. Das getrocknete Blatt wurde aus dem Ofen entfernt und die gleiche Beschichtungsprozedur wurde auf der gegenüberliegenden Seite des Blattes wiederholt. Das Blatt wurde dann bedruckt und getestet. Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften der gedruckten Blätter. Die Beschichtungszusammensetzungen wurden mit einem ungefähren Beschichtungsgewicht von 0.73 g/m² (insgeamt auf Vorder- und Rückseite) aufgetragen. Wie es hierin und in den Ansprüchen verwendet wird, bezieht sich „Beschichtungsgewicht" auf die Verbrauchsgeschwindigkeit der Beschichtung (als trockene Feststoffe) pro Einheitsfläche. Zum Beispiel ist das Beschichtungsgewicht von „X" g Beschichtung (als trockene Feststoffanteile), die in der Beschichtung von „Y" Quadratmetern Teslin verbraucht werden, gleich „X geteilt durch Y" g pro Quadratmeter.
TABELLE 1
Die Beispiele 2–4 wurden mit einem Tintenstrahldrucker, Model HP960, von der Hewlett Packard Company, Palo Alto, Kalifornien bedruckt und über Nacht in Wasser bei Raumtemperatur saugen gelassen. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung schien es, dass die aufgenommenen Bilder intakt verblieben, d. h. die Tinten bluteten nicht und die optische Dichte des Bildes verringerte sich nicht signifikant.
Beispiele 5–8
Eine Beschichtungszusammensetzung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und auf mikroporöse Teslin-Substrate aufgetragen. Zwei Substrate (Beispiele 5 und 7) wurden unter Verwendung eines Messstabes wie es in Beispiel 2 beschrieben wird beschichtet. Für Beschichtungszusammensetzungen mit einem Gesamtharzfeststoffanteil von 7,5% betrug die Viskosität 46 CPS; und für 10% Feststoffanteil betrug die Viskosität 63 CPS. Die Viskositätswerte wurden unter Verwendung eines Brookfield Viskosimeters, RVT, Spindel Nr. 1, bei 50 Upm und 25°C gemessen.
Zwei Substrate (Beispiele 6 und 8) wurden unter Verwendung eines flexografischen oder Gravurbeschichtungsverfahrens beschichtet, um die Beschichtung aufzutragen. In diesem Beschichtungsverfahren wurde ein Produktionsband, das aus zwei Beschichtungsstationen mit jeweils einem Umluftofen besteht, verwendet. Jede Beschichtungsstation bestand aus einer Beschichtungszuführkammer, einer Aniloxrolle und einer Gummiauftragungsrolle. Die Beschichtungszuführkammer wurde aus einem beschichtungshaltenden Tank und mit einer Pumpe beladen. Beide Seiten des Teslin Blattes wurden beschichtet. Die Vorrichtung wurde mit einer 7 BCM (Milliarden Kubikmikrometer) Aniloxrolle ausgestattet, die Bandgeschwindigkeit betrug 180 fpm, die Ofentemperatur betrug 105°C (220°F) und es wurden 8 Passagen pro Rolle durchgeführt, was 4 Passagen pro Oberfläche darstellt. Die Beschichtungszusammensetzungen wurden mit einem ungefähren Beschichtungsgewicht von 0,73 g/m² (insgesamt für Vorder- und Rückseite) aufgetragen.
Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften der hergestellten Blätter. TABELLE 2

* UPO = Unebenheiten pro Oberfläche

Die resultierenden beschichteten Blätter wurden in einem Testdruckmuster auf einem Modell HP970 (Hewlett Packard Company) Tintenstrahldrucker bedruckt. Die Testbalken aus dem Testdruckmuster wurden auf optische Dichte durch das Eintauchen in deionisiertes Wasser bei Raumtemperatur für einen Zeitraum von 15 Minuten, das Entfernen aus dem Wasser und das Ermöglichen des Trocknens für 1 Stunde und das Messen jeder Farbe auf optische Dichte gemessen. Die optische Dichte von Cyan (C), Magenta (M), gelb, schwarz (K) und Kompositeschwarz (CMY) wurde unter Verwendung eines Modell RD922, MacBeth ANSWER II Densitometers, das von der Kolimorgen Instrument Corporation hergestellt wird, vor und nach dem Wassersaugen gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
TABELLE 3
Beispiel 9 (vergleichend)
Eine Lösung aus WitcoBond 234 mit einem 9,22 gewichtsprozentigen Feststoffanteil wurde auf ein Teslin TS1000 Substrat unter Verwendung eines Messstabes, wie es in den Beispielen 2–4 beschrieben wird, aufgetragen. Direkt danach wurde in ähnlicher Weise eine Lösung CinFix NF mit 5,78 gewichtsprozentigem Feststoffanteil auf das Substrat aufgetragen. Das beschichtete Teslin TS1000 wurde dann bei 95°C für 2 Minuten getrocknet. Das getrocknete Blatt wurde aus dem Ofen entfernt und die gleiche Beschichtungsprozedur wurde auf der anderen Seite des Blattes wiederholt. Ein Testdruckmuster wurde auf das beschichtete Teslin unter Verwendung eines HP970 Tintenstrahldruckers gedruckt, wie es in den Beispielen 5–8 beschrieben wird. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung zeigte das gedruckte Bild exzessives Tintenausbluten und schlechte Trocknungseigenschaften.
Beispiel 10 (vergleichend)
Eine Lösung aus CinFix NF mit 5,78 Gewichtsprozent Feststoffanteil wurde auf ein Teslin TS1000 Substrat aufgetragen, wie es in den Beispielen 2–4 beschrieben wird. Direkt danach wurde in ähnlicher Weise eine Lösung aus WitcoBond 234 mit 9,22 Gewichtsprozent Feststoffanteil auf das Substrat aufgetragen. Das beschichtete Teslin TS1000 wurde dann bei 95°C für 2 Minuten getrocknet. Das getrocknete Blatt wurde aus dem Ofen entfernt und die gleiche Beschichtungsprozedur wurde auf der gegenüberliegenden Seite des Blattes wiederholt. Ein Testdruckmuster wurde auf das beschichtete Teslin unter Verwendung eines HP970 Tintenstrahldruckers aufgedruckt, wie es in den Beispielen 5–8 beschrieben wird. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung zeigte das gedruckte Bild ausgiebiges Tintenausbluten und schlechte Trocknungseigenschaften.
Beispiel 11 (vergleichend)
Es wurde eine Lösung aus CinFix NF mit einem 5,78 gewichtsprozentigen Feststoffanteil auf ein Teslin TS1000 Substrat aufgetragen, wie es in den Beispielen 2–4 beschrieben wird. Das beschichtete Teslin TS1000 wurde dann bei 95°C für 2 Minuten getrocknet. Das getrocknete Blatt wurde aus dem Ofen entfernt und die gleiche Beschichtungsprozedur wurde auf der gegenüberliegenden Seite des Blattes wiederholt. Ein Testdruckmuster wurde auf das beschichtete Teslin unter Verwendung eines HP970 Tintenstrahldruckers aufgedruckt, wie es in den Beispielen 5–8 beschrieben wird. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung war das gedruckte Bild akzeptabel, jedoch zeigte das bedruckte Substrat eine schwache Wasserwiderstandsfähigkeit.
Beispiel 12 (vergleichend)
Eine Lösung aus WitcoBond 234 mit 9,22 Gewichtsprozent Feststoffanteil wurde auf ein Teslin TS1000 Substrat aufgetragen, wie es in den Beispielen 2–4 beschrieben wird. Das beschichtete Teslin TS1000 wurde dann bei 95°C für 2 Minuten getrocknet. Das getrocknete Blatt wurde aus dem Ofen entfernt und die gleiche Beschichtungsprozedur wurde auf der gegenüberliegenden Seite des Blattes wiederholt. Ein Testdruckmuster wurde auf das beschichtete Teslin unter Verwendung eines HP970 Tintenstrahldruckers aufgedruckt, wie es in den Beispielen 5–8 beschrieben wird. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung zeigte das gedruckte Bild eine nicht akzeptable Druckqualität.
Beispiel 13 (vergleichend)
Eine Beschichtungszusammensetzung wurde durch das Verdünnen einer Dispersion aus anionischem Polyurethan mit 61,5 Gewichtsprozent Feststoffanteil, die unter dem Markennamen WitcoBond^® 234 von der Crompton Corporation, Greenwich, Connecticut vertrieben wird, in einem Edelstahlmischtank unter Hochgeschwindigkeitsvermischen mit einem Überkopfmischer auf 9,22 Gewichtsprozent Feststoffanteil hergestellt. In einen getrennten Zuführtank wurde eine Lösung aus 55 Gewichtsprozent Feststoffanteil eines Polyamidamins, das mit Epichlorhydrin umgesetzt wurde, das unter dem Markennamen CinFix NF von der Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Deutschland, vertrieben wird, auf 5,78 Gewichtsprozent Feststoffanteil verdünnt. Die WitcoBond 234 Dispersion wurde zu der verdünnten CinFix NF Lösung hinzugegeben. Die resultierende Suspension zeigte ein nicht akzeptables schweres Präzipitat, das ein Polysalz von CinFix NF und WitcoBond 234 war.
Beispiele 14–16
Es wurden Beschichtungszusammensetzungen wie in Beispiel 1 hergestellt und auf Seidenfaser, 45,36 g/0,836 m² (0,10 Pfund/Quadratyard), 127 μm (5 Mil) Masseinheit, Baumwollfaser (154,2 g/0,836 m²) (0,34 Pfund/Quadratyard), 345,4 μm, (13,6 Mil) Masseinheit und ein Polypropylen/Zellulosefliesgewebesubstrat (63,5 g/0,836 m²) (0,14 Pfund/Quadratyard), 241,3 μm (9,5 Mil) Masseinheit aufgetragen. Für jedes beschichtete Material wurde ein Blatt (215,9 × 279,4 mm) (8,5'' × 11'') auf ein (381 ml × 508 mm × 508 μm) (15'' × 20'' × 20 Mil) Stützblatt fixiert. Ein Messstab wurde (25,4–50,8 mm)(1–2 Inch) oberhalb des Blattes parallel zu der Oberkante platziert. Eine 10–20 ml Menge der Beschichtung wurde in eine Plastikwegwerfspitze aufgezogen. Die Beschichtung wurde als ein Tropfenstreifen (ungefähr 1/8 Inch breit) direkt neben und den Messstab berührend abgesetzt. Der Stab wurde dann vollständig über das Blatt mit einer kontinuierlichen/konstanten Geschwindigkeit gezogen. Das resultierende nasse Blatt wurde in einen Umluftofen platziert, gesichert und bei 95°C für 2 Minuten getrocknet. Das getrocknete Blatt wurde aus dem Ofen entfernt und die gleiche Beschichtungsprozedur wurde auf der gegenüberliegenden Seite des Blattes wiederholt. Das Blatt wurde dann auf ein transparentes Blatt geklebt, um Festigkeit zu vermitteln, und war dann fertig, zum Bedrucken und Testen. Die Beschichtungs zusammensetzungen wurden mit einem ungefähren Beschichtungsgewicht von 0,73 g/m² (vollständige Vorder- und Rückseite) aufgetragen. Das Beschichtungsgewicht wurde wie zuvor in den Beispielen 2–4 beschrieben bestimmt.
Die Beispiele 14–16 wurden mit einem Tintenstrahldrucker, Model HP970 von Hewlett Packard Company, Palo Alto, Kalifornien, bedruckt und mit den gleichen Substraten ohne Beschichtung verglichen. Nach dem Bedrucken wurde jedes Blatt von dem festen, durchsichtigen Blatt entfernt. Beschichtete und unbeschichtete, bedruckte Blatttypen wurden in Wasser bei Raumtemperatur für 5 Tage saugen gelassen. Die optische Dichte wurde nach 5 Tagen Einweichen gemessen. Die optische Dichten von Cyan (C), Magenta (M), Gelb (Y), Schwarz (K) und Kompositeschwarz (CMY) wurden unter Verwendung eines Modell RD922, MacBeth ANSWER II Densitometers, hergestellt von der Kolimorgen Instrument Corporation, vor und nach dem Einweichen mit Wasser gemessen.
Die aufgenommenen Bilder für die beschichteten Substrate blieben nach 15 Minuten intakt, d. h. die Tinte blutete nicht aus oder die optische Dichte des Bildes war für jede Probe nicht signifikant verringert. Die unbeschichteten Blätter bluteten sofort aus und wuschen das gedruckte Bild innerhalb der 15 Minuten Einweichzeit vollständig heraus. Das gedruckte Bild auf jedem der beschichteten Substrate zeigte ein Tintenausbluten nach 5 Tagen des Aussetzens an Weichen mit Wasser, wie man durch optische Dichtewerte sehen kann. Die resultierenden gedruckten Bilder verblassten, hatten aber eine gute Linienschärfe und einen lesbaren Text.
Beispiel 17
Es wurde eine Beschichtungszusammensetzung, die hierin als „01" bezeichnet wird, wie folgt hergestellt. In einem Mischgefäß mit einem Überkopfmischer wurde eine anionische Polyurethandispersion mit 61,5 Gewichtsprozent Feststoffanteil, die unter dem Markenname Witcobond W-234 von der Crompton Corporation, Greenwich, Connecticut, verfügbar ist, unter Hochgeschwindigkeitsvermischen mit deionisiertem Wasser auf eine Dispersion mit 10,0 Gewichtsprozent Feststoffanteil verdünnt. In einem getrennten Gefäß wurde eine Lösung aus einem Polyamidamin mit einem 55 gewichtsprozentigen Feststoffanteil, das mit Epichlorhydrin umgesetzt wurde, die unter dem Markennamen CinFix NF verkauft wird, die von der Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Deutschland, verfügbar ist, mit deionisiertem Wasser auf eine Lösung mit 10,0 Gewichtsprozent Feststoffanteil verdünnt und anschließend zu der verdünnten anionischen Polyurethandispersion hinzugefügt. Die Mischung wurde für 15 Minuten nach Vervollständigung der Zugabe vermischt. Die resultierende Mischung enthielt 40 Gewichtsprozent Feststoffanteil CinFix NF und 60 Gewichtsprozent Feststoffanteil Witcobond W-234.
Es wurde eine zweite Beschichtung, wie es oben beschrieben wurde, hergestellt, mit der Ausnahme, dass CinFix NF mit einem Äquivalent CinFix RDF auf trockener Feststoffbasis ersetzt wurde. Diese zweite Beschichtungszusammensetzung wird hierin als „01/RDF" bezeichnet. CinFix RDF ist eine Wasserlösung aus Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) mit 31 Gewichtsprozent Feststoffanteil, die kommerziell von der Stockhausen GmbH & Co. KG, Krefeld, Deutschland, verfügbar ist. Das CinFix RDF wurde auf 10 Gewichtsprozent Feststoffanteil vor der Zugabe zu dem Witcobond W-234 verdünnt.
Es wurde eine dritte Beschichtung, wie es oben für die „01"-Zusammensetzung beschrieben wurde, hergestellt, mit der Ausnahme, dass CinFix NF mit einem Äquivalent auf trockener Feststoffbasis Diallyldimethylammoniumchlorid ersetzt wurde. Die dritte Beschichtungszusammensetzung wird hierin als „01/DADMAC" bezeichnet. Diallyldimethylammoniumchlorid ist kommerziell von der Aldrich Chemical Company of Milwaukee, WI, als 65%-ige Lösung in Wasser verfügbar. Es wurde auf 10,0 Gewichtsprozent Feststoffe vor der Zugabe zu dem Witcobond W-234 verdünnt.
Es wurde eine vierte Beschichtung, wie es oben für die „01"-Zusammensetzung beschrieben wird, hergestellt, mit der Ausnahme, dass CinFix NF mit einem Äquivalent einer Verbindung auf trockener Feststoffbasis, die das Reaktionsprodukt equimolarer Mengen an Diethylamin und Epichlorhydrin ist, mit 30% Feststoffanteil in Wasser, ersetzt wurde. Diese vierte Beschichtungszusammensetzung wird hierin als „01/DEA-EPI" bezeichnet. Das Reaktionsprodukt war nicht vollständig mit Wasser in der 30/70 gewichtsanteiligen Mischung mischbar, die für 30% Feststoffanteil notwendig war, und wurde daher auf einen pH-Wert von 5 mit Essigsäure angesäuert, um es in Wasser zur Verwendung in der Beschichtung löslich zu machen. Es wurde auf 10 Gewichtsprozent Feststoffanteil vor der Zugabe zu dem Witcobond W-234 verdünnt.
Blätter von Teslin^® TS1000 und SP1000 wurden auf beiden Seiten mit jeder der oben genannten Beschichtungen unter Verwendung eines #9-Stabes beschichtet. Die Beschichtung wurde auf die vordere Oberfläche aufgetragen, für einen Zeitraum von 2 Minuten bei einer Temperatur von 95°C getrocknet, und dann auf die Rückseite aufgetragen und für 2 Minuten bei 95°C getrocknet. Die fertigen Blätter wurden dann mit einem Muster auf einem Hewlett-Packart 960C Drucker bei der „HP Premium Photo Paper – Glossy" Einstellung bedruckt. Die Farbdichte des bedruckten Farbbalkenabschnittes auf dem Muster wurde unter Verwendung eines X-Rite Modell 418 Densitometers gemessen, das mit einem weißen Fliesenstandard kalibriert worden war. Der gedruckte Farbbalkenabschnitt wurde aus jedem Blatt ausgeschnitten und in einem Becherglas mit deionisiertem Wasser über Nacht eingetaucht (d. h. 14 Stunden). Die Abschnitte wurden dann aus den Wasserbädern entfernt und für einen Zeitraum von 4 Stunden trocknen gelassen. Die Farbdichte nach dem Einweichen wurde dann gemessen.
Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle gezeigt:
Die "01"-Beschichtung auf jedem der Substrate zeigte eine akzeptable Farbdichte und Wasserwiderstandsfähigkeit und es gab keinen sichtbaren Beweis von Farbbluten. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung waren die gedruckten Bilder scharf und klar. Die „01/RDF"-Beschichtung zeigte auch eine akzeptable Farbdichte und Wasserwiderstandsfähigkeit und zeigte kein sichtbares Ausbluten. Jedoch gab es basierend auf der Inspektion durch Sichtung, ein leichtes „Ausfasern" oder Verschwimmen des Bildes auf dem SP1000-Substrat. Die „01/DADMAC"-Beschichtung hatte eine hohe Farbdichte vor dem Einweichen, aber basierend auf der Inspektion durch Sichtung trockneten die Tinten nicht vollständig auf der Oberfläche und wurden fast vollständig von beiden der Substrate während des Einweichens entfernt. Zudem waren basierend auf der Inspektion durch Sichtung die Bilder nicht schart, es gab ein signifikantes Farbausbluten gab und die Bilder waren nicht klar. Die „01/DA-EPI"-Beschichtung hatte eine niedrige Farbdichte auf beiden Substraten und die Wasserwiderstandsfähigkeit war schlecht. Basierend auf der Inspektion durch Sichtung, gab es kein Farbbluten und die Bilder waren klar, erschienen aber verblasst.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Offensichtliche Modifikationen und Änderungen werden sich Anderen beim Lesen und Verstehen der detaillierten Beschreibung ergeben.

Claims

Eine Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat mit einem pH von weniger als 7, enthaltend: (a) eine wässrige Dispersion eines anionischen Polyurethans; und (b) eine wässrige Lösung einer kationischen stickstoffhaltigen polymeren farbstofffixierenden Verbindung, erhältlich durch Zugabe der stickstoffhaltigen polymeren farbstofffixierenden Verbindung (b) in die anionische wässrige Polyurethandispersion (a).
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäß Anspruch 1, wobei die wässrige anionische Polyurethandispersion ein oder mehrere anionische Polyurethane umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Polyetherpolyurethanen, aliphatischen Polyetherpolyurethanen, aromatischen Polyesterpolyurethanen, aliphatischen Polyesterpolyurethanen, aromatischen Polycaprolactampolyurethanen und aliphatischen Polycaprolactampolyurethanen.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das wässrige anionische Polyurethan eine oder mehrere Säuregruppen hat, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carbonsäure, Sulfonsäure und Mischungen davon.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wässrige Lösung einer stickstoffhaltigen polymeren farbstofffixierenden Verbindung ein Polymer umfasst, das monomere Einheiten enthält, abgeleitet von einem oder mehreren stickstoffhaltigen Monomeren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
worin R¹ in jedem Falle und in jeder Struktur unabhängig voneinander ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus H und C₁-C₃-aliphatischem Kohlenwasserstoff; R² für jede Struktur unabhängig voneinander eine zweibindige verbindende Gruppe ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C₂-C₂₀-aliphatischem Kohlenwasserstoff, Polyethylenglycol und Polypropylenglycol; R³ ist in jedem Falle und in jeder Struktur unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, C₁- C₂₂-aliphatischem Kohlenwasserstoff und einem Rest aus der Reaktion des Stickstoffs mit Epichlorhydrin; Z ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus -O- und -NR⁴-, worin R⁴ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus H und CH₃; und X ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenen und Methylsulfat.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die wässrige anionische Polyurethandispersion mit 10 bis 70 Gewichtsprozent der Beschichtungszusammensetzung für das tinteaufnehmende Substrat vorliegt und die wässrige Lösung einer stickstoffhaltigen polymeren farbstofffixierenden Verbindung mit von 30 bis 90 Gewichtsprozent der Beschichtungszusammensetzung für das tinteaufnehmende Substrat vorliegt.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss Anspruch 4 oder 5, wobei das stickstoffhaltige Monomer eines oder mehrere ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, (Meth)acryloyloxyethyltrimethylammoniumhalogene, (Meth)acryloyloxyethyltrimethylammoniummethylsulfat, Dimethylaminopropyl(meth)acrylamid, (Meth)acrylamidopropyltrimethylammoniumhalogene, (Meth)acrylamidopropyltrimethylammoniummethylsulfat, Aminoalkyl(meth)acrylamid, worin das Amin mit Epichlorhydrin, Diallylamin, Methyldiallylamin und Diallyldimethylammoniumhalogenen reagiert hat.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das anionische Polyurethan eines oder mehrere ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Polyetherpolyurethanen, aliphatischen Polyetherpolyurethanen, aromatischen Polyesterpolyurethanen und aliphatischen Polyesterpolyurethanen.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die stickstoffhaltige polymere farbstofffixierende Verbindung ein Polyamidamin ist, das mit Epichlorhydrin in Reaktion gebracht wurde.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der gesamte Harz-Feststoffgehalt 1 bis 35 Gewichtsprozent beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung für das tinteaufnehmende Substrat.
Die Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung für das tinteaufnehmende Substrat weniger als 500 cps ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungszusammensetzung für ein tinteaufnehmendes Substrat gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10 durch Zugabe einer wässrigen Lösung einer kationischen polymeren stickstoffhaltigen farbstofffixierenden Verbindung (b) zu einer wässrigen Dispersion eines anionischen Polyurethans (a).
Ein Verfahren zur Beschichtung eines tinteaufnehmendem Substrats, umfassend: (a) Bereitstellen eines tinteaufnehmendem Substrats mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche; (b) Bereitstellen einer Beschichtungszusammensetzung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, (c) Aufbringen dieser Beschichtungszusammensetzung auf wenigstens eine Seite des tinteaufnehmenden Substrats.
Das Verfahren gemäss Anspruch 12, wobei das tintenaufnehmende Substrat ein mikroporöses Substrat umfasst, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche hat, und umfasst: (a) eine Matrix, die ein Polyolefin enthält; (b) einen fein verteilten teilchenförmigen Siliciumfüllstoff, der in der Matrix vollständig verteilt ist; und (c) ein Netzwerk von miteinander in Verbindung stehenden Poren, welche durch das gesamte mikroporöse Substrat hindurch miteinander in Kontakt stehen, wobei diese Poren wenigstens ungefähr 25 Volumenprozent dieses mikroporösen Substrates ausmachen.
Das Verfahren gemäss Anspruch 12 oder 13, wobei das Polyolefin eins oder beide umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem linearen Polyethylen mit hohem Molekulargewicht mit einer intrinsischen Viskosität von wenigstens 10 dl/g und einem linearen Polypropylen mit hohem Molekulargewicht mit einer intrinsischen Viskosität von wenigstens 5 dl/g.
Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Siliciumfüllstoff 50 bis 90 Gewichtsprozent des mikroporösen Substrates ausmacht.
Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das tinteaufnehmende Substrat eine Porosität von nicht mehr als 20 000 Sekunden/100 cc Luft hat.
Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Beschichtungszusammensetzung auf beide Seiten des tintenaufnehmenden Substrats aufgebracht wird.
Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung umfasst: (a) Aufbringen der Beschichtungszusammensetzung auf das tinteaufnehmende Substrat unter Verwendung eines Verfahrens, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Flexographie, Aufsprühen, Luftrakelauftrag, Gießlackierung, Eintauchen, Rakelbeschichtung, Blattbeschichtung, Gravur, Umkehrwalzenbeschichtung, Walzenauftrag, Aufsaugen, Leimpresse, Drucken, Aufbürsten, Zeichnen, Schlitzdüsenbeschichtung und Extrudieren; und (b) Trocknen des beschichteten, tinteaufnehmenden Substrats durch Anwenden einer Temperatur von Umgebungstemperatur bis 177°C (350°F).
Ein beschichtetes mikroporöses Substrat, erhältlich durch das Verfahren gemäss der Ansprüche 13 bis 18.
Ein beschichtetes mikroporöses Substrat, umfassend: (a) ein mikroporöses Substrat, wie es in einem der Ansprüche 13 bis 16 definiert ist; und (b) eine bedeckende Schicht auf wenigstens einer Oberfläche des mikroporösen Substrats, wobei diese bedeckende Schicht eine Beschichtungszusammensetzung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Das beschichtete mikroporöse Substrat gemäss einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die bedeckende Schicht in wenigstens den ersten 1 μm der Oberfläche des mikroporösen Substrates eindringt.
Das beschichtete mikroporöse Substrat gemäss einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei das mikroporöse Substrat eine Dicke von 12,7 bis 2540 μm hat.
Das beschichtete mikroporöse Substrat gemäss einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei das Beschichtungsgewicht 0,001 g/m² bis 50 g/m² beträgt.
Das beschichtete mikroporöse Substrat gemäss einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei das mikroporöse Substrat (a) eine Porosität von nicht mehr als 20 000 Sekunden/100 cc Luft hat.