DE60209490T2

DE60209490T2 - Herstellungsverfahren von tintenstrahlaufzeichnungsmedien

Info

Publication number: DE60209490T2
Application number: DE2002609490
Authority: DE
Inventors: Linlin Wayne XING; The Cau Providence HO
Original assignee: Arkwright Inc
Current assignee: Arkwright Inc
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: US20070009683A1; US7166332B2; EP1401664B1; US7427429B2; US6936308B2; US20050276929A1; EP1401664A1; ATE318716T1; WO2002094574A1; US20040009301A1; DE60209490D1; US6610388B2; ES2258637T3; US20030064201A1

Description

HINTERGRUND Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aufzeichnungsmedien, die für den Gebrauch mit Tintenstrahldruckern geeignet sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien, die ein Papiersubstrat aufweisen, das auf einer Oberfläche mit einer strahlungshärtenden Zusammensetzung und einer Tinte aufnehmenden Zusammensetzung beschichtet ist. Die andere Oberfläche des Papiers kann mit einem Polymer beschichtet sein, damit die Maßhaltigkeit des Papiers verbessert wird. Die Erfindung schließt ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung solcher Aufzeichnungsmedien in einer Fertigungslinie ein.
Kurze Beschreibung des Standes der Technik
Heute wenden sich einzelne Verbraucher und Unternehmen Tintenstrahl-Drucksystemen und der Digitaltechnologie zu, um zahlreiche unterschiedliche Produkte mit Bildaufzeichnungmedien herzustellen. Mit der Einführung neuer Computer, Software und Digitalkameras sind Verbraucher nun in der Lage, Grußkarten, Poster, Kalender, Briefe, Informationsblätter, Fenster-Abziehbilder und dergleichen in der komfortablen Umgebung ihrer eigenen Wohnung herzustellen. Unternehmen können kleinformatige Produkte wie etwa Visitenkarten, Unternehmensnachrichten, Broschüren, Werbematerialien, Overhead-Transparente und dergleichen kreieren. Unternehmen können auch große Werbedisplays für den Einsatz in Gebäuden und im Freien sowie andere Gaphikprodukte für geschäftlich Präsentationen kreieren.
In einem Tintenstrahl-Druckprozeß wird flüssige Tinte in einem Drucker durch sehr feine Düsen ausgespritzt. Die resultierenden Tintentröpfchen erzeugen ein Bild direkt auf einem Aufzeichnungsmedium, das typischerweise einen beschichteten Film oder ein Papiersubstrat aufweist. Die Qualität des endgültigen Bildes oder Textes ist zum Teil von der Zusammensetzung des Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums abhängig, insbesondere von der Beschichtung oder den Beschichtungen und dem Substrat. Die in den meisten Tintenstrahldruckern verwendeten Tinten sind Tinten auf wässriger Basis, die molekulare Farbstoffe oder pigmentierte Färbemittel enthalten. Wasser ist der Hauptbestandteil der wässrigen Tinten. Es können auch kleine Mengen an wassermischbaren Lösungsmitteln wie etwa Glykolen und Glykolethern vorhandern sein. Andere Tintenstrahl-Tinten sind nichtwässrige Tinten, die als Hauptkomponente organische Träger (z. B. Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel) enthalten.
"Photopapiere" sind besonders popolär, weil man auf diesen Materialien photographieähnliche Bilder erzeugen kann. Zur Herstellung von Photopapieren können Papiersubstrate, z. B. Schlichtpapier, tonbeschichtete Papiere und mit Polyethylenharz beschichtete Papiere verwendet werden. Das Papiersubstrat wird mit speziell formulierten Beschichtungen beschichtet, die in der Lage sind, wässrige Tinten von Tintenstrahldruckern aufzunehmen.
Häufig ist das Substrat ein mit Polyethylen beschichtetes Papier. Solche Papiere haben eine gute Maßstabilität und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Die Polyethylenbeschichtung wirkt als eine Barriereschicht gegen Feuchtigkeit, die dazu beiträgt, das Eindringen des wässrigen Basismaterials der Tinte in das Basispapier zu verhindern. Mit Polyethylen beschichtete Papiere sind unter verschiedenen Handelsmarken im Handel erhältlich von Jen-Coat, Inc. (Westfield, MA) und anderen Unternehmen. Bei der Verwendung von mit Polyethylen beschichteten Papieren gibt es jedoch gewisse Nachteile, einschließ ihrer Herstellungskosten und Wärmebeständigkeit. Zum Beispiel kann es wegen der thermoplastischen Eigenschaften von Polyethylen schwierig sein, mit Polyethylen beschichtete Papiere bei Herstellungsoperationen unter hoher Temperatur zu verwenden, etwa solchen, bei denen weitere Beschichtungslagen getrocknet werden müssen. Außerdem haben einige mit Polyethylen beschichtete Papier die Tendenz, nur einen geringen Oberflächenglanz aufzuweisen, was für gewisser kommerzielle Anwendungen unerwünscht sein mag. Als eine Alternative können mit Ton beschichtete Papiere verwendet werden. Die Kosten von mit Ton beschichteten Papieren sind allgemein geringer. Die mit Ton beschichteten Papiere haben jedoch die Tendenz, das wässrige Basismaterial der Tinte zu absorbieren, und diese Absorption kann zu einem Einrollen der Ränder des Papiers und zur Wellenbildung auf der Papieroberfläche führen.
D'Anna et al., US-Patent 5 800 884, beschreiben eine Glanzbeschichtungszusammensetzung mit strahlunghärtenden Oligomeren und Monomeren und Photosensitivierern. Die Beschichtungszusammensetzung wird auf wenigstens eine Oberfläche eines Substrats aufgetragen und einer ultravioletten Lichtquelle ausge setzt, was zum Aushärten der Zusammensetzung auf der Oberfläche des Substrats führt. Das Patent beschreibt, daß die Beschichtung auf ungewebte oder gewebte Substrate, synthetisches Papier, Papier, Pappe, Kunststoff oder Metallsubstrate aufgetragen werden kann. Das Patent offenbart weiterhin, daß die Beschichtungszusammensetzung als eine Grundierung auf einer Oberfläche des Substrats verwendet werden kann, wobei die Oberfläche der Beschichtung in der Lage ist, mit ultraviolett oder ultraviolettkompatiblen Tinten bedruckt zu werden. Alternativ oder zusätzlich zu der Grundierung werden die Beschichtungszusammensetzungen als eine Deckschicht auf einer Substratoberfläche verwendet, um dem Substrat Glanz, gute Abriebfestigkeit und Flexibilität zu verleihen.
Nowak, US-Patent 4 265 976, beschreibt eine ultraviolett-strahlungshärtende Beschichtungszusammensetzung mit (1) chloriertem Gummi, (2) chloriertem Paraffin, (3) Vinylazetat, (4) Trimethylolpropan-Triacrylat, (5) Photoinitiator und (6) Wärme- und Lichtstabilisatoren für die Chlorkohlenstoffverbindungen. Das Patent beschreibt, daß die Beschichtung als Feuchtigkeitssperrfilm zum Schutz von Substraten wie etwa Papier und Pappe verwendbar ist. Zum Beispiel beschreibt das Patent, daß das Beschichtungssystem in einer einzigen Beschichtungsprozedur eine als Feuchtigkeitssperre dienende Beschichtung auf Waschmittelkartons ergeben kann.
Mehta et al., US-Patent 5, 219 641, beschreibt die Verwendung einer strahlungshärtenden Beschichtung auf gewissen Substraten, um sie für Bilder von einem Thermodrucker empfänglich zu machen. Die Beschichtung ist eine Mischung aus strahlungshärtenden Oligomeren und Monomeren und wahlweise einen Initiator mit freien Radikalen. Das Patent offenbart, daß die Beschichtung auf beschichtete oder unbeschichtete Papiere für die elektronische Datenverarbeitung, Bondpapiere, kalandrierte Papiere hoher Qualität, gussgestrichene Papiere und andere Geschäftsformulare aufgetragen werden kann.
EP 0 770 493 A1 beschreibt ein Trägerblatt für ein Tintenstrahl-aufzeichnungsmaterial, das einen Substratbogen und eine harzartige Beschichtungslage aufweist, die auf einer Oberfläche des Substratbogens gebildet ist und als eine Hauptkomponente ein strahlungshärtendes Produkt aus wenigstens einer ungersättigten organischen Verbindung enthält, die durch Strahlungseinwirkung aushärtbar ist. Eine Tinte aufnehmende Schicht des Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterials kann mit einer getrockneten wässrigen Beschichtungszusammensetzung beschichtet sein.
WO 01/10640 A1 beschreibt einen Träger für ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsmaterial, wobei der Träger ein Substrat und eine UV-gehärtete harzartige Beschichtungslage auf dem Substrat aufweist, wobei die harzartige Beschichtungslage ein tetrafunktionales Polyester-Acrylat, einen difunktionalen Acrylester, einen UV-Photoinitiator und einen Polyether enthält.
JP 08 193533 A beschreibt eine Harz-Beschichtungslage für einen Tintenstrahl-Aufzeichnungsbogen. Die Harz-Beschichtungslage ist zusammengesetzt aus einem gehärteten Material mit einer Zusammensetzung, die 20 bis 80 Gew.% Weißpigment enthält und auf einer ungesättigten organischen Verbindung basiert, die in der Lage ist, durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl ausgehärtet zu werden, und die auf wenigstens einer Oberfläche eines Papiersubstrats auf der Basis von Naturpulpe gebildet ist. Darauf ist eine Tinte aufnehmende Beschichtungslage angebracht. Die mittels Elektronenstrahl aushärtbare ungesättigte Verbindung ist ausgewählt aus Acrylatverbindungen von aliphatischem, alizyklischem oder aromatischem Alkohol und Polyalkylenglykol.
JP 08 002089 A beschreibt einen doppelseitigen Tintenstrahl-Aufzeichnungsbogen, bei dem die gleichen oder veschiedene Rohpapiere auf beide Oberflächen einer Zwischenlage auflaminiert sind, die zusammengesetzt ist aus einem mittels Elektronenstrahl härtbaren Harz, das durch Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl ausgehärtet wird. Tinte aufnehmende Lagen sind auf den Rohpapieren auf der nicht der Zwischenlage zugewandten Seite angebracht. Weiterhin sind in einem doppelseitigen Tinten-Aufzeichnungsbogen auf beide Oberflächen der Zwischenlage Schichten auflaminiert, die eine Permeation der Rohpapiere verhindern.
Die Tintenstrahlindustrie strebt die Entwicklung neuer Medien auf Papierbasis an, die in der Lage sind, wässrige Tinten zu absorbieren, um Bilder hoher Qualität zu erzeugen, die gute Farbechtheit, Brillianz und Auflösung aufweisen. Die Medien sollten gute Eigenschaften als Feuchtigkeitsbarriere aufweisen und vorzugsweise einen hohen Oberflächenglanz haben. Ein kostengünstiges und effizientes Herstellungsverfahren zur Herstellung solcher Medien wäre ebenfalls wünschenswert. Die vorliegende Erfindung schafft einen kontinuierlichen Prozeß in einer Fertigungslinie zur Herstellung solcher Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien.
Die nach dem Verfahren gemäß dieser Erfindung hergestellten Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien weisen eine strahlungsgehärtete Schicht und eine Tinte aufnehmende Schicht, z. B. eine Tinte aufnehmende Polymerschicht auf. Die strahlungsgehärtete Lage trägt dazu bei, den Oberflächenglanz der Medien zu erhalten, und bietet gute Eigenschaften als Feuchtigkeitsbarriere. Bemerkenswerterweise ist die strahlungsgehärtete Schicht thermisch stabil bei Temperaturen, die größer sind als Temperaturen, bei denen herkömmliche Polyethylene und vergleichbare thermoplastische Materialien (z. B. Polymere und Copolymere auf der Basis von Olefin) thermisch stabil sind.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums mit: a) einem Papiersubstrat, b) einer strahlungsgehärteten Schicht auf einer Oberfläche des Papiersubstrats und c) einer Tinte aufnehmenden Schicht auf der strahlungsgehärteten Schicht, wobei das Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium eine Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr als 186 Gramm pro Quadratmeter und Tag (186 g/m²/d)(12 g/100 in²/24 Stunden (5 g/100 in²/24 h)) aufweist. Vorzugsweise ist die Wasserdampf-Transmissionsrate nicht größer als 124 g/m²/d (8 g/100 in²/24 h). Das Medium hat vorzugsweise einen schimmernden Oberflächenglanz. In solchen Ausführungsformen glänzender Medien beträgt der Oberfächenglanz mindestens 70 und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 85 bis etwa 95. In anderen Ausführungsformen können satin-artige Medien hergestellt werden, die Oberflächen-Glanzwerte im Bereich von 20 bsi 70 haben. In noch weiteren Ausführungsformen können matte Medien hergestellt werden, die Oberflächen-Glanzwerte von weniger als 20 haben.
Vorzugsweise ist das Papiersubstrat ein mit Ton beschichtetes Papier mit eine Dicke im Bereich von etwa 101,6 bis etwa 203,2 μm (etwa 4 bis etwa 8 mil). Die strahlungsgehärtete Schicht kann gebildet werden, indem eine Beschichtung, die ein strahlungshärtendes Oligomer und einen Photoinitiator enthält, bestrahlt wird. Vorzugsweise enthält die Beschichtung, die zur Bildung der strahlungsgehärteten Schicht verwendet wird, wenigstens etwa 60 % Oligomer und 3 % Photoinitiator bezogen auf das Gewicht. Die Beschichtung kann weiterhin ein strahlungshärtendes Monomer und Additive enthalten. Zum Beispiel kann eine Beschichtung verwendet werden, die 60 % Oligomer, 3 % Photoinitiator, 20 % Monomer, 15 Pigment und 2 % UV-Lichtstabilisator bezogen auf das Gewicht enthält. Geeignete Oligomere umfassen acrylierte Polyether, acrylierte Polyester und acrylierte Acryle. Geeignete Monomere umfassen Trimethylolpropan-Trimethacrylat. Geeignete Photoinitiatoren umfassen 1- Hydroxy-Cyclohexyl-Phenylketon und ein Gemisch aus Trimethylbenzophenon, polymerem Hydroxyketon und Trimethylbenzoyldiphenyl-Phosphinoxid. Allgemein hat die strahlungsgehärtete Schicht ein Gewicht im Bereich von etwa 1 bis etwa 40 g/m². Zum Aushärten der Beschichtung kann Bestrahlung mit ultraviolettem Licht oder Elektronenstrahl verwendet werden.
Die Tinte aufnehmende Schicht kann ein wasserlösliches Bindemittelharz enthalten, z. B. Polyvinylalkohole, Poly(vinylpyrrolidon), Poly(2-Ethyl-2-Oxazolin), Methylzellulose, Poly(ethylenoxid) und Copolymere und Gemische hieraus. Vorzugsweise enthält die Beschichtung mindestens 40 Gew. % wasserlösliches Bindemittel. Die Beschichtung kann weiterhin ein in Wasser dispergierbares Harz enthalten. Auf das Substrat können mehrere Tinte aufnehmende Schichten aufgetragen werden. Allgemein liegt das Trockenbeschichtungsgewicht der Tinte aufnehmenden Schicht im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 g/m².
In einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung ist die Rückseite des Basispapiers mit einem Polymer beschichtet, das weiter dazu beiträgt, das Eindringen von Feuchtigkeit in das Basispapier zu verhindern. Geeignete in Wasser dispergierbare Harze umfassen z. B. Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Copolymere, Polyvinylidenchlorid, Vinylidenchlorid-Copolymere, Acrylate, Methacrylate, Polyvinylazetate, Polyacrylonitril, Polystyrol, Styrol-Copolymere und Gemische hieraus. Alternativ kann die Polymerschicht auf der Rückseite des Papiers eine strahlungsgehärtete Schicht sein, die gebildet wird, indem eine Beschichtung, die strahlungshärtende Oligomere, Monomere, Photoinitiatoren und Additive enthält, bestrahlt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren in einer Fertigungslinie zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums. In einer Ausführungsform umfaßt das Verfahren die Schritte: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung auf eine Oberfläche eines Substratmaterials, b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung, so daß die Beschichtung aushärtet, und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung auf der bestrahlten Beschichtung. Vorzugsweise haben die durch das kontinuierliche Verfahren hergestellten Medien eine Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr als 186 g/m²/d (12 g/100 in²/24 h) und besonders bevorzugt nicht mehr als 77,5 g/m²/d (5g/100 in²/24 h). Hergestellt werden können glänzende Medien mit einem Oberflächenglanz von mehr als 70 sowie satin-artige Medien mit einem Oberflächenglanz im Bereich von 20 bis 70 und matte Medien mit einem Oberflächenglanz von weniger als 20. Die bestrahlte Beschichtung kann vor dem Auftragen der Tinte aufnehmenden Beschichtung mit Korona-Entladung behandelt werden. In einer anderen Ausführungsform kann vor dem Auftragen der Tinte aufnehmenden Beschichtung eine Schicht, die Haftsvermittler enthält, auf die bestrahlte Beschichtung aufgetragen werden. Wie oben beschrieben wurde, kann die Rückseite des Substratmaterials mit einem Polymer beschichtet werden, um die Maßstabilität des Materials zu verbessern. Das kontinuierlich in einer Fertigungslinie ausgeführte Verfahren kann mit einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 304,8 mm/s (60 Fuß pro Minute) ablaufen. Die bestrahlte Beschichtung hat eine gute thermische Stabilität. Somit kann das Substrat mit der bestrahlten Beschichtung weiteren Behandlungen und Verarbeitungen bei Temperaturen (z. B. 140°C bis 200°C) unterzogen werden, die größer sind als Temperaturen, bei denen herkömmliches Polyethylen und vergleichbare thermoplastische Materialien (z. B. Polymere und Copolymere auf der Basis von Olefin) typischerweise behandelt und verarbeitet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums, das nach einem Verfahren gemäß dieser Erfindung hergestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 umfaßt das Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium ein Papiersubstrat (10) mit zwei Oberflächen. Die erste Oberfläche, die mit der strahlungshärtenden Schicht und der Tinte aufnehmenden Schicht beschichtet ist, kann als die "Vorderseite" oder "Bildseite" bezeichnet werden. Die zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, kann mit der Polymerbeschichtung versehen sein und kann als die "Rückseite" oder "bildfreie Seite" bezeichnet werden. Papiersubstrate sind in der Tintenstrahlindustrie bekannt, und in der vorliegenden Erfindung kann jedes geeignete Papier verwendet werden. Zum Beispiel können Schlichtpapiere, mit Ton beschichtete Papiere oder harzbeschichtete Papiere verwendet werden. Vorzugsweise ist das Papier ein mit Ton beschichtetes Papier. Geeignete Papiersubstrate umfassen z. B. Centura Cover 60# Papier (erhältlich von Consolidated Papers, Inc.) und Polyjet_Base 112# Papier (erhältlich von P. H. Glatfelter Company). Das Basisgewicht des Papiers ist nicht besonders beschränkt, es sollte jedoch allgemein im Bereich von etwa 80 Gramm pro Quadratmeter (g/m²) bis etwa 250 g/ m² liegen, vorzugsweise im Bereich von 130 g/m² bis 180 g/m². Die Dicke des Papiers ist nicht besonders beschränkt, sie sollte jedoch allgemein im Bereich von 101,6 bis etwa 203,2 μm (etwa 4 mil bis etwa 8 mil) liegen. Das Papiersubstrat kann mit herkömmlichen Haftvermittleren vorbehandelt sein, um die Haftung der Beschichtungen an dem Papier oder anderen Grundierungen zu verbessern.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Vorderseite des Basispapiers von einer strahlugnsgehärteten Schicht (12) überlagert. Die strahlungsgehärtete Schicht wird hergestellt, indem zunächst eine strahlungshärtende Beschichtung auf das Papiersubstrat aufgetragen wird. Die Beschichtung enthält strahlungshärtende Olegomere und Monomere wie etwa acrylierte Oligomere, multifunktionale Acrylat-Monomere, difunktionale und monofunktionale Monomere und Gemische hieraus. Zum Aushärten der nassen Beschichtung wird Strahlung von einem Elektronenstrahl oder einer unltravioletten (UV) Lichtquelle verwendet. Die Strahlung induziert die Bildung von freien Radikalen, die die Polymerisation der Oligomere und Monomere initiieren. Bei Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl initiiert ein Beschuß mit Elektronen die Polymerisation der freien Radikale. Bei Bestrahlung mit ultraviolettem (UV) Licht absorbieren Photoinitiatoren (Photosensitivierer) das UV-Licht und initiieren die Polymerisation der freien Radikale.
Allgemein sind die strahlunghärtenden Oligomere und Monomere im Handel erhältlich. Zum Beispiel können acrylierte Oligomere wie etwa acrylierte Polyether, acrylierte Polyester und acrylierte Acryle verwendet werden. Es ist bevorzugt, daß in der strahlungshärtenden Beschichtung ein relativ hydrophobes Oligomer verwendet wird. Eine solche Verbindung trägt dazu bei, der strahlungsgehärteten Schicht gute Eigenschaften als Feuchtigkeitsbarriere zu verleihen, weil sich die Eigenschaften als Feuchtigkeitsbarriere in dem Maße verbessern, wie die Hydrophobizität des Oligomers zunimmt. Infolgedessen kann die Feuchtigkeit weniger leicht in das Basispapier eindringen, und die Welligkeit und Krümmung des Papiers werden minimiert. Geeignete acrylierte Oligomere, die im Handel erhältlich sind, umfassen LAROMER PE 44F (acryliertes Polyester) und LAROMER 8981 (acryliertes Polyester), erhältlich von BASF Corp.; EBECRYL 588 (chlorierter acrylierter Polyester) erhältlich von UCB Chemicals Corp., und CN 301 (Polybutadien-Dimethacrylat) und CN 302 (Polybutadien-Diacrylat) erhältlich von Sartomer Co. Vorzugsweise enthält die strahlungshärtende Beschichtung ein Oligomer in einer Menge von wenigstens etwa 60 % bezogen auf das Gewicht der Beschichtungsformulierung. Besonders bevorzugt enthält die Beschichtung ein strahlungshärtendes Oligemer, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus acrylierten Polyestern, Polybutadien-Dimethylacrylat und Polybutadien-Diacrylat.
Geeignete strahlungshärtende Monomere umfassen multifunktionale Acrylate wie etwa Pentaerythritol-Triacrylat (PETA), Trimethylolpropan-Triacrylat (TMPTA), 1,6 Hexandiol-Diacrylat (HODA), Tritriprophylenglykol-Diacrylat (TRPGDA) und Triethylenglycol-Diacrylat (TREGDA). Beispiele für Monomere, die im Handel erhältlich sind, umfassen TMPTA-N (Trimethylolpropan-Triacrylat) und EB-40 (Tetraacrylat-Monomer) erhältlich von UCB Chemicals Corp. Difunktionale und monofunktionale Monomere können ebenfalls verwendet werden. Beispiele für monofunktionale Monomere umfassen 2-Ethylhexylacrylat, Vinylazetat, Butylacrylat, Dimethylaminoethyl-Acrylat, Isobutoxymethyl-Acrylamid und Dimethylacrylamid. Vorzugsweise enthält die strahlungshärtende Beschichtung ein Monomer in einer Menge von etwa 20 % bezogen auf das Gewicht der Beschichtungsformulierung. Besonders bevorzugt ist das strahlungshärtende Monomer Trimethylolpropan-Triacrylat (TMPTA).
In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ultraviolettes Licht zum Aushärten der Beschichtung verwendet, und die Beschichtungsformulierung enthält einen Photoinitiator. Wie oben erläutert wurde, absorbieren bei der UV-Bestrahlung Photoinitiatoren in der Beschichtung das UV-Licht und initiieren die Polymerisation der freien Radikale. Beispiele für geeignete Photoinitiatoren umfassen Benzoin-Ether (Norrish type I Initiator) und Benzophenon (Norrish type 2 Initiatoren, die es erfordern, daß Amin-Coinitiatoren aktiv sind). IGRACURE 184 (1-Hydroxy-Cyclohexyl-Phenylketon) und Phenylbis(2,4,6-Trimethyl-Benzoyl)-Phosphinoxid sind erhältlich von Ciba Specialty Chemicals Corp. und ESACURE KTO-46 (Gemisch aus Trimethylbenzophenon, polymerem Hydroxyketon und Trimethyl-Benzoyldiphenyl-Phosphinoxid) ist erhältlich von Sartomer Co. Vorzugsweise enthält die strahlunghärtende Beschichtung einen Photoinitiator in einer Menge von wenigstens 3 % bezogen auf das Gewicht der Beschichtungsformulierung. Besonders bevorzugt enthält die Beschichtung einen Photoinitiator der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1-Hydroxy-Cyclohexyl-Phenylketon und einem Gemisch aus Trimethylbenzophenon, polymerem Hydroxyketon und Trimethylbenzoyldiphenyl-Phosphinoxid.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß die Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien eine Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr 186 Gramm/Quadratmeter/Tag (12,0 g/100 Quadratzoll/24 Stunden) haben, ge messen mit den nachstehend beschriebenen Testverfahren. Vorzugsweise ist die Wasserdampf-Transmissionsrate nicht größer als 77,5 g/m²/d (5,0 g/100 in²/24 h). Bei solchen Medien kann die Tinte aufnehmende Schicht wässrige Tinten absorbieren, und die Tinten haben nicht die Tendenz, in das Basispapier einzudringen. So können Aufrollen des Papiers, Welligkeit und andere Druckdefekte minimiert werden. Es hat sich gezeigt, daß nicht alle strahlungshärtenden Zusammensetzungen für den Gebrauch in dieser Erfindung geeignet sind. Wie in den folgenden Vergleichsbeispielen gezeigt wird, verleihen einige stralungshärtende Beschichtungen dem Medien keine ausreichenden Eigenschaften als Feuchtigkeitsbarriere.
Die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Schicht ist ebenfalls eine wichtige Eigenschaft. Wie oben erörtert wurde, kann das Substrat, das die bestrahlte Beschichtung aufweist, weiteren Behandlungen und Verarbeitungen bei Temperaturen (z.B. 140°C bis 200°C) unterzogen werden, die größer sind als Temperaturen, bei denen herkömmliches Polyethylen und vergleichbare thermoplastische Materialien (z.B. Polymere und Copolymere auf der Basis von Olefin) thermisch stabil sind. Tinte aufnehmende Zwischenschichten und Deckschichten können auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen werden, und diese Beschichtungen können anschließend verarbeitet werden, ohne daß die strahlungsgehärtete Schicht verzogen oder beschädigt wird. Die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Schicht kann signifikante Verarbeitungsvorteile bieten.
Zum Beispiel kann die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Schicht eine schnellere oder vollständigere Trocknung von nachfolgenden Beschichtungslagen erlauben. Zweitens kann diese thermische Stabilität dafür sorgen, daß wichtige chemische Reaktionen während der Verarbeitung der Medien ablaufen, z.B. ein nützliches Maß der Quervernetzung in der Tinte aufnehmenden Schicht. Quervernetzung in der Tinte aufnehmenden Schicht kann wichtig sein zur Erreichung guter Wasserfestigkeit, wie in den nachstehenden Beispielen demonstriert wird. Drittens kann diese thermische Stabilität es erlauben, daß nachfolgende Beschichtungslagen in Bezug auf einander oder externe Objekte physikalisch manipuliert werden. Insbesondere macht die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Schicht es möglich, die Beschichtungslagen aufzuschmelzen, um Haftung von Schicht zu Schicht, Haftung externer Objekte, z.B. mit einem laminiertem Film, oder eine gewünschte Oberflächentextur in verschiedenen Regionen des Mediums zu erreichen.
Außerdem kann die strahlungshärtende Beschichtung Additive enthalten wie z.B. Inhibitoren, oberflächenaktive Mittel, Wachse, Härtungsbeschleuniger, Entschäumungsmittel, Pigmente, Dispersionsmittel, optische Aufheller, UV-Lichtstabilisatoren (Blocker), UV-Absorptionsmittel, Haftvermittler und dergleichen. Inhibitoren werden dazu verwendet, unerwünschte Polymerisation der Oligomere und Monomere anzuhalten oder zu verzögern. Die Zugabe solcher Inhibitoren zu der Beschichtungsformulierung kann von Vorteil sein, wenn die Formulierung für längere Zeit gelagert werden soll. Falls erwünscht, können Weißpigmente zugegeben werden, um den Weißton des Papiers zu modifizieren. Vorzugsweise enthält die strahlungshärtende Beschichtung Pigmente in einer Menge von etwa 15 Gew.% und einen UV-Stabilisator in einer Menge von etwa 2% auf der Basis des Gewichts der Beschichtungsformulierung.
In der Praxis werden die strahlungshärtenden Oligomere und Monomere miteinander und mit einem Photoinitiator und Additiven gemischt. Das Gemisch kann erhitzt werden, um seine Viskosität zu vermindern. Die Beschichtungsformulierung kann nach einem herkömmlichen Verfahren auf das Basispapier aufgetragen werden, um eine gleichförmige Beschichtung zu bilden. Geeignete Verfahren zur Beschichtung des Basispapiers umfassen z.B. Meyer-Stab-, Walz-, Klingen-, Draht-stab-, Tauch-, Lösungsextrusions-, Luftmesser-, Vorhang-, Gleitbeschichtungs-, Rakelmesser- und Siebdruckverfahren. Zum Aushärten der nassen Beschichtung kann UV-Licht verwendet werden. Allgemein hat das UV-Licht eine Wellenlänge im Bereich von etwa 200 nm bis etwa 400 nm. Es können handelsübliche Ausrüstungen zur UV-Härtung verwendet werden. Allgemein umfaßt eine solche Ausrüstung eine UV-Lichtquelle (z.B. eine Glasröhren-Lampe), Reflektoren zum Fokussieren oder Streuen des UV-Lichts und ein Kühlsystem zum Abführen der Wärme aus dem Bereich der Lampe. Nach dem Aushärten kann das Papier mit einer Korona-Entladung behandelt werden, um seine Haftung an der Tinte aufnehmenden Schicht zu verbessern. Allgemein liegt das Gewicht der strahlungsgehärteten Schicht im Bereich von etwa 1 bis etwa 40 Gramm pro Quadratmeter (g/m²), und das bevorzugte Gewicht ist etwa 4 bis 15 g/m².
Das Papiersubstrat wird mit einer polymeren Tinte aufnehemenden Schicht (14) beschichtet, die die strahlungsgehärtete Schicht überlagert. Die Tinte aufnehmende Schicht ist in der Lage, wässrige Tinten zu absorbieren, um glänzende Bilder zu erzeugen, die einen guten Farbumfang und gute ptische Dichte haben.
Die polymere Tinte aufnehmende Schicht kann zubereitet werden aus einer Beschichtungsformulierung, die wenigstens ein wasserlösliches Bindesmittelharz enthält. Geeignete wasserlösliche Bindemittelharze umfassen z.B. solche die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylalkoholen, modiftzierten Polyvinylalkoholen (z.B. Carboxyl-modiftzierter PVA, Sulfon-modifizierter PVA, Acrylamidmodifizierter PVA, kationisch modifizierter PVA, langkettig Alkyl-modifizierter PVA, Silikon-modifizierter PVA, Maleinsäure-modifizierter PVA und Itaconsäure-modifizierter PVA), Poly(Vinylpyrrolidon) Vinylpyrrolidon-Copolymeren, Poly(2-Ethyl-2-Oxazolin), Poly(Ethylenoxid), Poly(Ethylenglykol), Poly(Acrylsäure), Stärke, modifizierte Stärke (z.B. oxdierte Stärke, kationische Stärke, Hydroxypropyl-Stärke und Hydroxyethyl-Stärke), Zellulose, Zellulosederivaten (z.B. oxidierte Zellulose, Zelluloseether, Zelluloseester, Mythylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose, Benzylzellulose, Phenylzellulose, Hydroxypropylzellulose, Ethyl-Hydroxyethylzellulose, Hydroxyethyl-Methylzellulose, Hydroxypropyl-Methylzellulose, Hydroxy-Butylmethylzellulose, Dihydroxypropylzellulose, Hydroxypropyl-Hydroxyethylzellulose, Chlorodesoxyzellulose, Aminodesoxyzellulose, Diethylammoniumchlorid-Hydroxyethylzellulose, Hydroxypropyl-Trimethylammoniumchlorid-Hydroxyethylzellulose, Natriumzellulosesulfat und Natrium-Carboxymethlyhydroxyethylzellulose), Alginaten und wasserlöslichen Gummis, Dextranen, Carrageenan, Xanthan, Chitin, Proteinen, Gelantinen, Agar und Gemischen hieraus.
Vorzugsweise enthält die Tinte aufnehmende Schicht wenigstens ein wasserlösliches Bindemittelharz in einer Menge von wenigstens 40% und vorzugsweise in einer Menge von 45 bis 96% bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht. Besonders bevorzugt ist das wasserlösliche Bindemittelharz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylalkoholen, Poly(Vinylpyrrolidon), Poly(2-Ethyl-2-Oxazolin), Methylzellulose, Poly(Ethylenoxid) und Copolymeren und Gemischen hieraus.
Außerdem kann die Tinte aufnehmende Beschichtungsformulierung auch ein in Wasser dispergierbares Harz enthalten. Geeignete im Wasser dispergierbare Harze umfassen z.B. solche die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Copolymeren (z.B. Ethylen-Vinylchlorid), Polyvinylidenchlorid, Vinylidenchlorid-Copolymeren, Acrylaten, Methacrylaten, Polyvinalyazetaten, Vinylazetat-Copolymeren (z.B. Ethylen-Vinylazetat Copolymeren und Acryl-Vinylazetat Copolymeren), Polyacrylonitril, Polystyrol, Styrol-Copolymeren (z.B. Styrol-Maleinsäure und Anhydrid-Copolymeren und Styrol-Butadien-Copolymeren), Latexgum mi, Polyestern, Vinyl-Acryl-Terpolymeren, Polyacrylonitril, Acrylonitril-Copolymeren (z.B. Butadien-Acrylometril-Copolymer, Butadien-Acrylometril-Styrol-Terpolymer), Polyurethanen und Gemischen hieraus.
In Übereinstimmung mit der Erfindung können Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien hergestellt werden, die ein unterschiedliches Oberflächenfinish aufweisen. Bevorzugt hat das Medium einen hohen Oberflächenglanz (größer als 70) und besonders bevorzugt ist der Oberflächenglanz im Bereich von etwa 85 bis etwa 95. Solche Medien sind in der Lage, wässrige Tinten zu absorbieren, um glänzende Bilder mit gutem Farbumfang und guter optischer Dichte zu erzeugen. Herkömmliche Tintenstrahldrucker, z.B. Encad Novajet Pro50, Océ CS 5070 von Océ Printing Systems, Hetlett-Packard HP 2500 oder HP970 Cse können zum Drucken solcher Bilder verwendet werden. Die bedruckten Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien können zur Herstellung von Laminaten verwendet werden, indem ein transparenter Film auf das gedruckte Bild auflaminiert wird. Sowohl Kaltlaminate (d.h. Filme, die bei Zimmertemperatur laminiert werden) und Heißlaminate (d.h., Filme, die bei erhöhten Temperaturen laminiert werden) können hergestellt werden.
In anderen Ausführungsformen können satin-artige Medien hergestellt werden, die Oberflächenglanzwerte im Bereich von 20 bis 70 haben. In noch weiteren Ausführungsformen können matte Medien hergestellt werden, die Oberflächenglanzwerte von weniger als 20 haben, z.B. im Bereich von 1 bis 20.
In erster Linie verleiht die Tinte aufnehmende Schicht den Medien Oberflächenglanz, doch ist auch die strahlungsgehärtete Schicht signifikant, weil sie dazu beiträgt, den Oberflächenglanz zu erhalten.
Die Tinte aufnehmende Beschichtung kann auch kationisch modifizierte Polymere enthalten, die als Farbfixiermittel wirken, z.B. polyquaternäre Ammoniumsalze. Weiterhin kann die Tinte aufnehmende Beschichtung Additive wie etwa Pigmente enthalten. Weißpigmente wie etwa Titandioxid, Zirkonoxid, Zinkoxid, Zinksulfid, Antimonoxid, Bariumsulfat und Kalziumcarbonat können zugegeben werden, um den Weißton des Papiers zu modifizieren. Andere Pigmente wie etwa Silika, Aluminiumoxid, Aluminiumhydrat, Tone, Glas, Polystyrol, Stärke, Poly(Methylmethacrylat), Polytetrafluorethylen und dergleichen können zugegeben werden, um die Absorptionsfähigkeit der Beschichtung für Tinte zu verbessern und ihre Oberflächenreibung zu modifizieren. Weiterhin können oberflächenaktive Mittel, die die Benetzungs- oder Verlaufswirkung der Beschichtung steuern, antistatische Mittel, Suspensionsmittel, azidische Verbindungen zur Steuerung des pH-Wertes der Beschichtung, optische Aufheller, UV-Stabilisatoren, Entschäumungsmittel, Wachse, Plastifizierer und dergleichen zu der Formulierung zugegeben werden.
In der vorliegenden Erfindung kann das Papiersubstrat mit mehreren Tinte aufnehmenden Lagen beschichtet werden. Zum Beispiel kann eine Beschichtungsformulierung (d.h., Zwischenschicht oder Grundierungsschicht), die Wasser, Poly(Vinylpyrrolidon), Poly(Vinylalkohol), Polyurethan und einen optischen Aufheller enthält, auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen werden, um eine erste Tinte aufnehmende Schicht zu bilden. Nachdem die Zwischenschicht getrocknet worden ist, kann eine zweite Beschichtungsformulierung (d.h. Deckschicht), die Wasser, Metyhlzellulose, Polyethylenoxid, Polyurethan und Aluminiumoxid enthält, auf die erste Tinte aufnehmende Schicht aufgetragen werden, um eine zweite Tinte aufnehmende Schicht zu bilden.
Weiterhin können die Medien eine oder mehrere Zwischenschichten zwischen der strahlungsgehärteten Schicht und der Tinte aufnehmenden Schicht aufweisen. Zum Beispiel kann eine Beschichtung, die Haftvermittler enthält, auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen werden, um die Haftung der strahlungsgehärteten Schicht an der Tinte aufnehmenden Schicht zu verbessern.
In der Praxis kann ein wasserlösliches Bindemittelharz mit Wasser und einem in Wasser dispergierbaren Bindemittelharz (optional) und Additiven (optional) gemischt werden, um eine Beschichtungsformulierung zu bilden. Ein Vorgemisch, das einen Teil der wasserlöslichen Harze enthält, kann zunächst in einem kleinen Gefäß zubereitet werden und dann in ein größeres Gefäß gegeben werden. Anschließend können Additive und andere Harze zugegeben und in größeren Gefäßen miteinander gemischt werden. Zum Auftragen der Tinte aufnehmenden Beschichtung auf das Substrat können verschiedene Beschichtungsverfahren eingesetzt werden, einschließlich Meyerstab-, Walz-, Klingen-, Drahtstab-, Tauch-, Lösungsextrusions-, Luftmesser-, Vorhang-, Gleit-, Rakelmesser- und Tiefdruckverfahren. Die Beschichtungsformulierungen sollten eine niedrige und konsistente Viskosität haben, so daß sie leicht auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen werden können. Das beschichtete Papier kann in einen Heißluftofen mit Zwangslüftung gegeben werden, um die Tinte aufnehmende Schicht zu trocknen. Allgemein ist das Trockenbeschich tungsgewicht der Tinte aufnehmenden Schicht im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 g/m², und das bevorzugte Gewicht beträgt etwa 15 bis etwa 25 g/m².
Außerdem kann die Rückseite des Basispapiers mit einer polymeren Beschichtung (16) beschichtet werden, die weiter dazu beiträgt, das Eindringen von Feuchtigkeit in das Basispapier zu verhindern. Die Polymerbeschichtung auf der Rückseite des Papiers verbessert die Maßstabilität des Papiers und trägt dazu bei, das Aufrollen des Papiers, Welligkeit und andere Defekte zu minimieren.
In einer Ausführungsform kann eine polymere Beschichtung (16) zubereitet werden, die ein in Wasser dispergierbares filmbildendes Harz enthält. Solche in Wasser dispergierbaren Harze umfassen z.B. Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Copolymere (z.B. Ethylen-Vinylchlorid), Polyvinylidenchlorid, Vinylidenchlorid-Copolymere, Vinyl-Acryl-Copolymere, Vinyl-Acryl-Terpolymere, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyvinylazetat, Polyacrylonitril, Polystyrol, Styrol-Butadien-Copolymere, Styrol-Copolymere und Gemische hieraus. Eine wässrige Beschichtungsformulierung, die das filmbildende Harz enthält, kann zubereitet und mit Hilfe der oben beschriebenen Beschichtungsverfahren auf die Rückseite des Basispapiers aufgetragen werden. Die Polymerbeschichtung kann die oben beschriebenen Additive enthalten, insbesondere Wachse und Pigmente. In anderen Ausführungsformen ist die Polymerschicht auf der Rückseite des Papiers eine strahlungsgehärtete Schicht, die aus einer Beschichtung zubereitet ist, die strahlungshärtende Oligomere, Monomere, Photoinitiatoren und Additive enthält, wie oben beschrieben wurde. Wenn eine Polymerbeschichtung auf der Rückseite angebracht wird, liegt das Trockenbeschichtungsgewicht der Polymerschicht im allgemeinen im Bereich von etwa 5 bis etwa 40 g/m², und das bevorzugte Gewicht beträgt etwa 15 bis etwa 25 g/m².
Die vorliegende Erfindung umfaßt ein kontinuierliches, in einer Fertigungslinie ausgeführtes Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums. Im allgemeinen umfaßt das Verfahren die folgenden Schritte: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung auf eine Oberfläche eines Substratmaterials, b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung, um eine frisch bestrahlte Beschichtung zu bilden, die eine Aushärtung erfährt, und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung auf der frisch bestrahlten Beschichtung, um ein Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium zu bilden.
Ohne durch irgendeine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, daß das kontinuierliche, in einer Fertigungslinie ausgeführte Verfahren gemäß dieser Erfindung Vorteile gegenüber anderen Herstellungsverfahren bieten kann. Wie oben erörtert wurde, wird das Substrat mit einer strahlungshärtenden Zusammensetzung beschichtet, und die Beschichtung wird bald danach bestrahlt. Die bestrahlte Beschichtung unterliegt einer Aushärtung, die mehrere konstituierende chemische und physikalische Prozesse umfaßt. Die konstituierenden Bestrahlungs- und Aushärtungsprozesse umfassen die Bildung von aktiven Stellen durch Bestrahlung (typischerweise freie Radikale), die Reaktionen oder Deaktivierung dieser Stellen (typischerweise durch Quervernetzung oder Quenching mit eintretendem Sauerstoff, die thermisch und mechanisch induzierte Relaxation der Beschichtungsmorphologie in stabilere Konfigurationen (typischerweise die molekulare Relaxation in Konfigurationen, die unter diesen Bedingungen stabiler sind), Trocknen und ähnliche Prozesse.
Es wird angenommen, daß die bestrahlte Beschichtung, während sie dem Aushärtungsprozeß unterliegt, auf nachfolgende Behandlungen in der Fertigungslinie anders reagiert als eine vollständig ausgehärtete oder nicht bestrahlte Beschichtung (z.B. die oben beschriebenen polyethylenbeschichteten Papiere). Die "frisch bestrahlte" Beschichtung wird Oberflächeneigenschaften haben, die von denen eines Substrats mit einer vollständig ausgehärteten oder nicht bestrahlten Beschichtung verschieden sind. Diese Unterschiede können dazu ausgenutzt werden, die anschließend aufgetragenen Beschichtungslagen fester oder schwächer an der frisch bestrahlten Beschichtung haften zu lassen. Weiterhin können die Oberflächeneigenschaften der "frisch bestrahlten Beschichtung" dazu ausgenutzt werden, die Produktionseffizienz zu steigern, den Energieverbrauch zu reduzieren oder die Zusammensetzung der nachher aufgetragenen Beschichtungslagen zu verändern. Zum Beispiel kann die frisch bestrahlte Beschichtung einer Koronabehandlung unterzogen werden, während das Substrat die Fertigungslinie durchläuft. Wenn eine Beschichtungslage einer Koronabehandlung für eine bestimmte Zeitdauer unterzogen werden muß, um eine Schicht zu erzeugen, die akzeptable Oberflächeneigenschaften hat, ist es möglich, daß dieselben Eigenschaften einer "frisch bestrahlten" Beschichtung bei Verwendung derselben Koronabehandlung in kürzerer Zeit erteilt werden könnten. Infolgedessen könnte die Fertigungslinie mit höherer Geschwindigkeiten betrieben werden, oder die Leistung der Koronaentladung könnte reduziert werden oder der Platzbedarf für die Station zur Koronabehandlung könnte reduziert werden.
Die Bestrahlung der strahlungshärtenden Beschichtung in der Fertigungslinie kann zusätzliche Vorteile bieten. Ein wichtier Vorteil bezieht sich auf chemische Wechselwirkungen zwischen der "frisch bestrahlten" Beschichtung und nachfolgenden Behandlungen. Einige der reaktivsten chemischen Einheiten, die bei Bestrahlung vorhanden sind, etwa freie Radikale, sind in einer vollständig ausgehärteten Beschichtung nicht mehr in einem nutzbaren Ausmaß vorhanden. Ein Entwickler von Beschichtungen kann eine "frisch bestrahlte" Beschichtung einsetzen, um den Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien wünschenswerte Eigenschaften zu verleihen. Auch die physikalischen Eigenschaften oder Materialeigenschaften einer "frisch bestrahlten" Beschichtung sind von denen einer vollständig ausgehärteten Beschichtung verschieden. Typischerweise ist die "frisch bestrahlte" Beschichtung weicher und nachgiebiger als eine vollständig ausgehärtete. Infolgedessen kann die frisch bestrahlte Beschichtung vorteilhafter behandelt werden unter Einsatz von physikalischer Haftung, Mustereinprägung und ähnlichen Prozessen. Da außerdem die "frisch bestrahlte" Beschichtung nicht vollständig ausgehärtet ist, ist die Molekularbewegung und der Transport in die und aus der Beschichtung in der Tendenz leichter. Diese molekulare Beweglichkeit und Transport können Grenzflächenmischung mit anderen Beschichtungslagen erlauben, und dies kann vorteilhaft sein zur Verbesserung der Haftung, zur Krontrolle der Krümmung der Medien und der Reaktion auf andere externe Umgebungsfaktoren wie etwa Änderungen der Feuchtigkeit.
Es kann vorteilhaft sein, die bestrahlte Beschichtung innerhalb einer (1) Minute Bestrahlungszeit zu behandeln. In einem solchen Prozeß werden die Bestrahlungsstation und die nächste Behandlungsstation (z.B. eine Korona-Entladungseinheit) in der Produktionslinie in einem Abstand von 18,288 Meter (60 (sechzig) Fuß) voneinander liegen. Das Substrat würde sich mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 304,8 mm/s (60 (sechzig) Fuß pro Minute) bewegen, während es die Produktionslinie durchläuft.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele unter Verwendung der nachstehenden Testverfahren näher erläutert, doch sollten diese Beispiele nicht als Beschränkung der Tragwerte der Erfindung ausgelegt werden.
Testverfahren
Wasserdampf-Transmission (WVT)
Die Wasserdampf-Transmissionsrate (WVT) der Proben wurde mit einem Vapometer (erhältlich von Thwing-Albert Instrument Company) gemäß den Standstardprozeduren gemessen, die in dem vom Hersteller gelieferten Gerätehandbuch beschrieben sind. Insbesondere wurden die Proben etwa 24 Stunden lang bei 15°C und 20° relativer Feuchte ins Gleichgewicht gebracht. Die Wasserdampf-Transmissionsrate (WVT) wurde dann 24 Stunden lang bei 15°C und 20° relativer Feuchte mit einem Vapometer gemessen. Die Messungen wurden an drei (3) Proben ausgeführt, und der Mittelwert wurde berichtet.
Oberflächenglanz
Der Oberflächenglanz der Proben wurde mit einem Mikro Tri-Gloss Meter (erhältlich von BYK Gardner, Inc.) gemäß den Standardprozeduren gemessen, die in dem vom Hersteller gelieferten Gerätehandbuch beschrieben sind. Insbesondere wurde die Probe in Bögen mit den Abmessungen 21,59 cm mal 27,94 cm (8,5 Zoll mal 11 Zoll) geschnitten. Der Oberflächenglanz wurde an den Bögen vor dem Bedrucken gemessen. Das Mikro-Tri Gloss Meter wurde mit Hilfe des von der Einheit bereitgestellten Standards auf sechzig (60) Grad kalibriert. Die Probe wurde auf eine flache Oberfläche gelegt, und der Oberflächenglanz wurde bei sechzig (60) Grad gemessen. Die Messungen wurden an drei (3) Proben vorgenommen, und der Mittelwert wurde berichtet.
Farbumfang
Die Proben der Medien wurden auf einem Encad Novajet Pro50 Drucker, der GS-Tinte enthielt, mit einem IAS2 Testmuster bedruckt. Die bedruckten Proben wurden 24 Stunden lang bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Anschließend wurde der Farbumfang jeder Probe mit einem X-RITE 918 Tristimulus Reflection Colorimeter (erhältlich von X-Rite, Inc.) gemäß Standardprozeduren gemessen, die in dem vom Hersteller gelieferten Gerätehandbuch beschrieben sind. Allgemein ergeben Medien mit einem größeren Farbumfang Bilder mit höherer Farbqualität.
Optische Dichte
Die Proben der Medien wurden auf einem Encad Novajet Pro50 Drucker, der GS-Tinte enthielt, mit einem mehrfarbigen Testmuster bedruckt. Die bedruckten Proben wurden 24 Stunden lang bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Anschließend wurde die optische Dichte von schwarzer Tinte für jede Probe mit einem X-RITE 408 Reflection Densitometer (erhältlich von X-Rite, Inc.) gemäß Standardprozeduren gemessen, die in dem vom Hersteller gelieferten Gerätehandbuch beschrieben sind. Allgemein ergeben Medien mit höherer optischer Dichte Bilder mit höherer Qualität und Auflösung.
Thermische Stabilität
Die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Schicht auf Proben von Papiersubstraten wurde gemessen. Der Test wurde bei festen Temperaturen im Bereich von 150°C bis 200°C ausgeführt, kann jedoch bei jeder gewünschten Temperatur ausgeführt werden. Die Proben der Papiersubstrate wurden mit einer strahlungshärtenden Beschichtung beschichtet, und die Beschichtung wurde bestrahlt, wie in den nachstehenden Beispielen beschrieben wird. Die bestrahlte, beschichtete Oberfläche der Papiersubstrate wurde eine (1) Minute lang mit einer erhitzten Platte in Berührung gebracht. Dann wurde die beschichtete Oberfläche des Papiers visuell inspiziert, um festzustellen, ob irgendwelche Schäden oder Veränderungen an der Oberfläche vorhanden waren oder nicht. Solche Veränderungen könnten eine chemische Veränderung oder eine signifikante physikalische Veränderung wie etwa Schmelzen oder eine andere strukturelle Modifikation sein. Wenn keine Oberfächenschäden oder -veränderungen beobachtet wurden, so wurde die beschichtete Oberfläche für diese Testtemperatur als "bestanden" bewertet. Wenn Oberflächenschäden oder -veränderungen beobachtet wurden, wurde die beschichtete Oberfläche für diese Temperatur als "durchgefallen" bewertet.
Wasserfestigkeit
Die Proben der Medien wurden mit einem kleinformatigen Tintenstrahldrucker, Hewlett-Packard 970 Cxi, bedruckt. Die bedruckten Proben wurden 24 Stunden lang bei Zimmertemperatur aufbewahrt. Die Dichte jeder der farbigen Druckflächen auf jeder Probe wurde mit einem X-Rite 408 Reflection Densitometer (erhältlich von X-Rite, Inc.) gemäß Standardprozeduren gemessen, die in dem vom Hersteller gelieferten Gerätehandbuch beschrieben sind.
Die bedruckten Proben wurden dann 12 Stunden lang in Wasser eingetaucht. Die nassen, bedruckten Proben wurden entnommen und 12 Stunden lang bei Zimmertemperatur getrocknet. Dann wurde die Dichte jeder der farbigen Druckflächen auf jeder Probe mit einem X-Rite 408 Reflection Densitometer gemessen. Der Farbverlust (%) wurde gemäß folgender Gleichung berechnet:
Allgemein besitzen Medien mit einem relativ hohen Farbverlust eine geringe Wasserfestigkeit, und Medien mit einem relativ geringen Farbverlust haben eine gute Wasserfestigkeit.
ARBEITSBEISPIELE
In den folgenden Beispielen beziehen sich Prozentangaben auf das Gewicht der Beschichtungsformulierung, sofern nichts anderes angegeben wird. Die erhaltenen Proben der Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedien wurden bewertet, und die Resultate sind unten in Tabellen 1 und 2 angegeben.
BEISPIEL 1 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Polyesteracrylat (Oligomer) erhältlich von BASF Corp., Charlotte, NC 28273.
2. 1-Hydroxycyclohexyl-Phenylketon(Photoinitiator), erhältlich von Ciba Specialty Chemicals Corp., Tarrytown, NY 10591.
3. Polyvinylalkohol, erhältlich von Kuraray Company, Ltd.
4. Polyvinylpyrrolidon, erhältlich von ISP Technologies Inc., Wayne, NJ 07470.
5. Polyurethandispersion, erhältlich von Crompton Corp., Greenwich, CT 06831.
6. Ein arcylisches Glättungsadditiv, erhältlich von BYK-Chemie, USA, Wallingford, CT 06292.
7. Ethylenvinylchlorid-Copolymer-Emulsion, erhältlich von Air Products, Allentown, PA 18195.
8. Niedermolekulares Polyethylenwachs, erhältlich von Lubrizol, Wickliffe, OH 44092.
9. Ethoxyliertes 2,4,7,9-Tetramethyl 5, Decyn-4,7-Diol, erhältlich von Air Products, Allentown PA18195
10. Ein Dispersionsmittel, erhältlich von Air Products, Allentown, PA 18195.
11. Modifiziertes Polysiloxan-Copolymer, erhältlich von Drew Industrial Division, Boonton, NJ 07005.

Die strahlungshärtende Beschichtung wurde mit einem Offsetdruck-Beschichter mit einer Gravurwalze (85 pyramid roll) auf die Vorderseite eines 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichteten Papiersubstrats (Centura Cover 60# Papier, erhältlich von Consolidated Papers Inc.) aufgetragen. Die nasse Beschichtung wurde mit einem UV-Schmelzfixiersystem (Modell VP6/1600, erhältlich von Fusion UV Systems, Inc., Gaithersburg, MD 20878) mit zwei Reihen von 300 Watt/cm H-Lampen ausgehärtet. Die UV-Intensitäten der Lampen waren auf 100 % eingestellt. Nach der UV-Härtung wurde die strahlungsgehärtete Schicht einer Korona-Entladungsbehandlung unterzogen.
Nach der Korona-Entladungsbehandlung wurde die erste Tinte aufnehmende Beschichtung (Zwischenschicht) mit einem Meyerstab auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen, und die Beschichtung wurde bei 107,2°C (255°F) getrocknet. Die erste Tinte aufnehmende Schicht enthielt 28 % Polyvinyalkohol 51 % Polyvinylpyrrolidon, 19 % Polyurethan und 2 % acrylisches Glättungsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht. Die zweite Tinte aufnehmende Beschichtung (Deckschicht) wurde mit einem Meyerstab auf die Zwischenschicht aufgetragen und bei 107,2°C (225°F) getrocknet. Die zweite Tinte aufnehmende Schicht enthielt 62 % Polyvinylalkohol, 34 % Polyvinylpyrrolidon, 2,4 % acrylisches Glättungsmittel und 2,5 % Zitronensäure, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht.
Die Polymerbeschichtung wurde mit einem Meyerstab auf die Rückseite des Papiers aufgetragen, und die Beschichtung wurde bei 104,4°C (220°F) getrocknet. Die Polymerbeschichtung enthielt etwa 88 % Ethylenvinylchlorid-Copolymer, 9 % niedermolekulares Polyethylenwachs, 2,8 % Diol als oberflächenaktives Mittel und 0,2 % modifiziertes Polysiloxan-Copolymer, bezogen auf das Trockengewicht der Polymerbeschichtung.
BEISPIEL 2 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Trimethylpropantriacrylat (tri-funktionales Monomer, erhältlich von UCB Chemicals Corp. Smyrna, GA 30080.

In diesem Beispiel 2 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung ein strahlungshärtendes Monomer (TMPTA-N) zusammen mit einem Oligomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und feuchtigkeitssperrenden Beschichtungen hatten die gleichen Zusammensetzungen wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise behandelt wie in Beispiel 1.
BEISPIEL 3 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Chloriniertes Polyesteracrylat, UCB Chemicals Corp., Smyma, GA 30080.

In diesem Beispiel 3 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung zwei strahlungshärtende Oligomere (Laromer PE 44F und Ebecryl 588), ein Monomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und feuchtigkeitssperrenden Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 4 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Polybutadien-Dimethyacrelat, Sartomer Company, Exton, PA 19341.

In diesem Beispiel 4 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung zwei strahlungshärtende Oligomere (Laromer PE 44F und CN 301), zusammen mit einem Monomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 5 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Polybutadien-Diacrylat, Sartomer Company, Exton, PA 19341.

In diesem Beispiel 5 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung zwei strahlungshärtende Oligomere (Laromer PE 44F und CN 302), zusammen mit einem Monomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 6 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.
In diesem Beispiel 6 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung zwei strahlungshärtende Oligomere (Ebecryl 588 und CN 301), zusammen mit einem Monomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 7 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.
In diesem Beispiel 7 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung drei strahlungshärtende Oligomere (Laromer PE 44F, Ebecryl 588 und CN 301), zusammen mit einem Monomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 8 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.
In diesem Beispiel 8 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung drei strahlungshärtende Oligomere (Laromer PE 44F, Ebecryl 588 und CN 302), zusammen mit einem Monomer und Photoinitiator. Die Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 1. Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 9 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Titandioxid, erhältlich von Kronos, Inc., Highstown, NJ 08520
2. Gemisch aus Trimetylbenzophenon, polymerem Hydroxyketon und Trimethylbenzoyldiphenyl-Phosphinoxid, erhältlich von Sartomer Company, Inc., Baxton, PA 19341
3. Blockierter Amin-Lichtstabilisator (HALS), erhältlich von Ciba Specialty Chemicals Corp., Tarrytown Ny 10591.
4. Polyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, PA 18195.
5. Polyurethan-Emulsion, erhältnlich von BF Goodrich Specialties Division, Cleveland, OH 44141.
6. Hydroxypropylmethylcellulose, erhältlich von Dow Chemical Comp. Midland, MI 48642.
7. Hydroxypopyl-Methylcellulose, erhältlich bei Dow Chemical Comp. Midland, MI 48642.
8. Polyethylenoxid, erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury,. CT 06817.
9. Alumina-Sol, erhältlich von Vista Chemical Comp., Houston, TX 77079
10. Acrylische Polymeremulsioin, erhältlich von Rohm und Haas Comp, New Milford, CT 06776.
11. Vinyl-Acryl-Terpolymeremulsion, erhältlich von NeoResins, Wihnington, MA 1011887.

In diesem Beispiel 9 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung strahlungshärtendes Monomer (TMPTA-N) zusammen mit einem Oligomer (Laromer PE 44F, Titanoxid-Pigment (Kronos 1072), zwei Photoinitiatoren (Esacure KTO-46, Irgacure 184), Dispersionsmittel und Lichtstabilisator (Tinuvin 229). Die strahlungshärtende Beschichtungen wurde auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
Die erste Tinte aufnehmende Beschichtung (Zwischenschicht) wurde mit einem Meyerstab auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen, und die Beschichtung wurde bei 107,2°C (225° F) getrocknet. Die erste Tinte aufnehmende Schicht enthielt etwa 31 % Polyvinylalkohol, 38 % Polyvinylpyrrolidon, 29 % Polyurethan und 2 % acrylisches Glätttungsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht. Die zweite Tinte aufnehmende Beschichtung (Deckschicht) wurde mit einem Meyerstab auf die Zwischenschicht aufgetragen und bei 107,2°C (225° F) getrocknet. Die zweite Tinte aufnehmende Schicht enthielt etwa 42% Hydroxypropyl-Methylzellulose, 7% Polyethylenoxid, 8,5% Polyurethan, 41% Aluminiumoxid und 1,5% acrylisches Glättungsmittel, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht.
Die wässrige polymere Beschichtung wurde mit einem Meyerstab auf die Rückseite des Papiers aufgetragen, und die Beschichtung wurde bei 104,4°C (220°F) getrocknet. Die polymere Schicht enthielt etwa 33% Acrylpolymer, 74% Vinyl-Acryl-Terpolymer, 18% niedermolekekulares Polyethylenwachs, 1,5% Diol und 0,5% modifiziertes Polysiloxan-Copolymer, bezogen auf das Trockengewicht der polymeren Schicht.
Beispiel 10 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Polyether-Acrylat-Oligomer, erhältlich von BASF Corp, Charlotte NC 28273.
2. Siliziumdioxid, erhältlich von Crosfield, Joliet, IL 60435.

In diesem Beispiel 10 hatte die UV-strahlungshärtende Beschichtung die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 3. Die Tinte aufnehmenden Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 9. Die strahlungshärtenden und Tinte aufnehmenden Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt. Die Polymerschicht enthielt strahlungshärtendes Oligomer (Laromer PO 43F) und Photoinitiator (Irgacure 184) zusammen mit Siliziumdioxid (Gasil UV 70C).
BEISPIEL 11 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Polyester-Oligomer, erhältlich von BASF Corp. Charlotte, NC 28273.
2. Titandioxid. erhältlich von DuPont, Wilmington, DE 19880.
3. Phenylbis(2,4,6-Trimethyl-Benzoyl)-Phosphinoxid, erhältlich von Ciba Specialty Chemicals Corp., Tarrytown, NY 10591.
4. Gelatine, erhältlich von Kind & Knox Gelatine, Inc.
5. Acrylatcopolymer, erhältlich von Interpolymer Corp., Canton, MA 02021.
6. Diglycidylether von Dibromneopentylglycol, erhältlich von Shell Chemicals Comp. Housten TX 7725

In diesem Beispiel 11 enthielt die strahlungshärtende Beschichtung strahlungshärtendes Monomer (TMPTA-N) zusammen mit einem Oligomer (Laromer 8981), Titandioxid-Pigment (Ti-Pure R-960), zwei Photoinitiatoren (CGI 819 XF; Irgacure 184), Dispersionsmittel und Lichtstabilisator (Tinuvin 292). Die strahlungshärtende Beschichtung wurde auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
Die Tinte aufnehmende Beschichtung wurde mit einem Meyerstab auf die strahlungshärtende Schicht aufgetragen, und die Beschichtung wurde bei 150° C (302° F) 2 Minuten lang getrocknet. Die Tinte aufnehmende Schicht enthielt etwa 70 % wasserlösliche Gelatine, 29 % Acrylat-Copolymer, 1 % Diglycidylether von Dibrom-Neopentylgycol, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht.
Die wässrige Polymerbeschichtung wurde auf die Rückseite des Papiers aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 9 behandelt.
BEISPIEL 12 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.
UV-strahlungshärtende Beschichtung
Gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 3.
Tinte aufnehmende Beschichtung (Zwischenschicht)
Gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1.
Tinte aufnehmende Beschichtung (Deckschicht)
Gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1.
Polymerbeschichtung für Rückseite
Keine
In diesem Beispiel 12 hatte die strahlungshärtende Beschichtung die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 3. Die Tinte aufnehmenden Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1. Die strahlungshärtenden und Tinte aufnehmenden Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt. Auf der Rückseite des Papiers war keine Polymerbeschichtung angebracht.
Beispiel 13 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.
Die strahlungshärtende Beschichtung wurde auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
Die Tinte aufnehmende Beschichtung wurde mit einem Meyerstab auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen, und die Beschichtung wurde bei 302° F (150° C) 2 Minuten lang getrocknet. Die wässrige Polymerbeschichtung wurde auf die Rückseite des Papiers aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 9 behandelt.
Die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Schicht auf dem Papiersubstrat wurde mit den oben beschriebenen Testverfahren getestet. Der Test wurde bei festen Temperaturen im Bereich von 150°C bis 200°C ausgeführt, und die beschichtete Oberfläche wurde bei jeder Temperatur mit 'bestanden" bewertet.
BEISPIEL 14 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Silika, erhältlich von Grace Davision, Baltimore, MD21203.

In diesem Beispiel 14 hatte die strahlungshärtende Beschichtung die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2. Die erste Tinte aufnehmende Schicht und die polymere Rückseitenbeschichtung hatten die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1.
Die zweite Tinte aufnehmende Schicht enthielt 95 % Polyvinylalkohol, 23 % Polyvinylpyrrolidon, 13 % Silika, 3 % acrylisches Glättungsmittel und 2 % Zitronensäure, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht.
Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und polymeren Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 15 (Referenz)
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.
In diesem Beispiel 15 hatte die strahlungshärtende Beschichtung die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 2. Die erste Tinte aufnehmende Schicht und die als Feuchtigkeitssperre dienende Beschichtung hatten die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 1.
Die zweite Tinte aufnehmende Schicht enthielt 49 % Polyvinylalkohol, 15 % Polyvinylpyrrolidon, 32,5 % Silika, 2 % acrylisches Glättungsmittel und 1,5 % Zitronensäure, bezogen auf das Trockengewicht der Tinte aufnehmenden Schicht.
Die strahlungshärtenden, Tinte aufnehmenden und als Feuchtigkeitssperre dienenden Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
BEISPIEL 16 (Erfindung)
In diesem Beispiel 16 wurde ein kontinuierliches, in einer Fertigungslinie ausgeführtes Verfahren dazu verwendet, das Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium herzustellen.
Zunächst wurde in einer ersten Beschichtungsstation die in Beispiel 9 beschriebene UV-strahlungshärtende Beschichtung auf die Vorderseite eines 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichteten Papiersubstrats (Centura Cover 60# Papier, erhältlich von Consolidated Papers Inc.) aufgetragen, unter Verwendung eines Offsetdruck-Be schichters mit einer Gravurwalze (85 quad channeled roll). Die nasse Beschichtung wurde mit einem Fusion UV Lichtaushärtungssystem (Modell VP6/1600 erhältlich von Fusion UV Systems, Inc. Gaithersburg, MD 20878) mit zwei Reihen von 600 Watt/cm H+-Lampen ausgehärtet. Die Strahlungsintensität der UV-Lampen war auf 100 % eingestellt. Die Durchlaufgeschwindigkeit war größer als 508 mm/s (100 Fuß pro Minute (fpm)). Nach Durchlauf durch die UV-Lichthärtungsstation lief die Bahn durch eine Koronabehandlungsstation, wo die strahlungsgehärtete Schicht einer Koronabehandlung mit einer Leistung von 2,5 kW unterzogen wurde. Nach der Korona-Entladungsbehandlung lief die Bahn zu einer zweiten Beschichtungsstation, wo die Tinte aufnehmende Zwischenschicht gemäß Beispiel 9 mit einem Meyerstab auf die strahlungsgehärtete Schicht aufgetragen wurde. Die Zwischenschicht wurde in einem in die Fertigungslinie integrierten Trockner bei 107,2°C (225°F) getrocknet. Dann lief die Bahn zu einer dritten Beschichtungsstation, wo die Tinte aufnehmende Deckschicht gemäß Beispiel 9 mit einem Meyerstab auf die Zwischenschicht aufgetragen wurde. Die Deckschicht wurde in einem in die Fertigungslinie integrierten Trockner bei 107,2° C (225° F) getrocknet. Dann lief die Bahn über einen Wendestab. Die Rückseite der durchlaufenden Bahn wurde in einer vierten Beschichtungsstation mit einer wässrigen Polymerbeschichtung versehen, wie in Beispiel 9 beschrieben. Die wässrige Rückseitenbeschichtung wurde mit einem Meyerstab aufgetragen und bei 104,4° C (220° F) getrocknet.
Vergleichsbeispiel A
Es wurden die folgenden Beschichtungsformulierungen zubereitet.

1. Epoxy-Polyacrylat (Oigomelr) erhältlich von BASF Corp. Charlotte, NC 28273.

In diesem Vergleichsbeispiel A enthielt die strahlungshärtende Beschichtung zwei strahlungshärtende Oligomere (Laromer PE 44F und Laromer 8965) und einen Photoinitiator (Irgacure 184). Die Tinte aufnehmenden Beschichtungen hatten die gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 9. Die strahlungshärtende Beschich tung und die Tinte aufnehmenden Beschichtungen wurden auf ein 139,7 μm (5,5 mil) tonbeschichtetes Papier (Centura Cover 60# Papier) aufgetragen und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt.
Vergleichsbeispiel B
Es wurden die folgende Beschichtungsformulierungen zubereitet.
UV-strahlungshärtende Beschichtung
Keine
Tinte aufnehmende Beschichtung
Gleiche Zusammensetzung wie in Beispiel 13.
Polymerbeschichtung für Rückseite
Keine (*es wurde JEN COAT 6 mil polybeschichtetes Papier verwendet, mit einer Polyethylenbeschichtung auf beiden Seiten).
Die Tinte aufnehmende Beschichtung wurde auf ein JEN COAT 6 mil polybeschichtetes weißes glänzendes Papier (ein polyethylenbeschichtetes Papier erhältlich von JEN COAT, Inc, Westfield, MA) aufgetragen. Die Tinte aufnehmende Beschichtung wurde mit einem Meyerstab auf die Oberfläche des Papiers aufgetragen und die Beschichtung wurde bei 250° F (121 ° C) 2 Minuten lang getrocknet.
Die thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Beschichtung auf dem Papiersubstrat wurde mit den oben beschriebenen Testmethoden getestet. Der Test wurde bei festen Temperaturen im Bereich von 150° C bis 200° C ausgeführt, und die beschichtete Oberfläche wurde bei jeder Temperatur mit "durchgefallen" bewertet.
TABELLE 1
In Tabelle 1, Vergleichsbeispiel A, enthielt die UV-strahlungshärtende Beschichtung zwei strahlungshärtende Polyester-Acrylat-Oligomere und einen Photoinitiator. Das erhaltene Medium zeigte hohen Oberflächenglanz, hatte jedoch auch eine hohe Wasserdampf-Transmissionsrate WVT (221,65 g/m²/d) (14,3 g/Quadratzoll/24 Stunden). Wie in Beispielen 1 bis 16 gezeigt ist, wurde jedoch gefunden, das Medien mit niedriger Wasserdampf-Transmissionsrate (WVT) und unterschiedlichem Oberflächenglanz durch Verwendung bestimmter UV-strahlungshärtender, Tinte aufnehmender und als Feuchtigkeitsbarriere dienender Beschichtungen hergestellt werden können. Außerdem ergeben die Medien in Beispielen 1–16 Tintenstrahlbilder mit gutem Farbumfang und optischer Dichte.
TABELLE 2 (Wasserfestigkeit - Farbverlust)
Gemäß Tabelle 2 zeigt das Tintenstrahlaufzeichungsmedium nach Beispiel 13 überlegene Wasserfestigkeit im Vergleich zu dem Tintenstrahl-Aufzeichnungsmedium nach Vergleichsbeispiel B, obgleich dieselben wasserfesten, Tinte aufnehmenden Beschichtungen mit denselben Beschichtungsgewichten auf jedes der Substrate aufgetragen wurden. Es wird angenommen, daß die überlegene Wasserfestigkeit des Mediums nach Beispiel 13 darauf zurückzuführen ist, daß es 2 Minuten lang bei 302° F (150° C) behandelt wurde, während das Medium nach Vergleichsbeispiel B 2 Minuten lang bei 250° F (121°C) behandelt wurde. Wie oben erwähnt wurde, fiel das JEN-COAT polybeschichtete Papier im Vergleichsbeispiel B bei dem Test auf thermische Stabilität bei 150° C durch, es mußte somit bei niedrigerer Temperatur behandelt werden, um das Trocknen und andere thermisch induzierte Änderungen zu erreichen. In Beispiel 13 macht die größere thermische Stabilität der strahlungsgehärteten Beschichtung es möglich, die Tinte aufnehmende Schicht bei höheren Temperaturen zu verarbeiten und überlegende Wasserfestigkeit zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums, mit den Schritten: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung (12) auf eine Oberfläche eines Substratmaterials (10), b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung (12) und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung (14) auf der bestrahlten Beschichtung (12), zur Bildung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ein kontinuierliches Verfahren in einer Fertigungslinie ist und daß in Schritt b) die strahlungshärtende Beschichtung (12) bestrahlt wird, um eine frisch bestrahlte Beschichtung zu bilden, die aushärtet, und daß in Schritt c) die Tinte aufnehmende Beschichtung (14) auf die frisch bestrahlte Beschichtung (12) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die strahlungshärtende Beschichtung (12) mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die strahlungshärtende Beschichtung (12) mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt der Behandlung der frisch bestrahlten Beschichtung (12) mit einer Coronaentladung vor dem Auftragen der Tinte aufnehmenden Beschichtung (14).
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt des Auftragens einer Beschichtung, die Haftvermittler enthält, auf die frisch bestrahlte Beschichtung (12) vor dem Auftragen der Tinte aufnehmenden Beschichtung (14).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das kontinuierliche Verfahren in einer Fertigungslinie mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 30 cm pro Sekunde (60 Fuß pro Minute) abläuft
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die strahlungshärtende Beschichtung (12) ein strahlungshärtendes Oligomer und einer Photoinitiator enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Tinte aufnehmende Beschichtung (14) wenigstens 40 Gew.% wasserlösliches Bindemittelharz auf der Grundlage des Trockengewichts der Tinte aufnehmenden Schicht enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das wasserlösliche Bindemittelharz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylalkoholen, Poly(Vinylpyrrolidon), Poly(2-Ethyl-2-Oxazolin), Methylzellulose, Poly(Ethylenoxid) und Copolymeren und Gemischen hieraus.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gewicht der bestrahlten Beschichtung (12) im Bereich von 1–40 g/m² liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gewicht der Tinte aufnehmenden Beschichtung (14) im Bereich von 5 bis 50 g/m² liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung (12) auf eine Oberfläche eines Substratmaterials (10) b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung (12) zur Bildung einer frisch bestrahlten Beschichtung, die aushärtet, und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung (14) auf der frisch bestrahlten Beschichtung, zur Bildung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums mit einer Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr als 186 g/m²/Tag (12 g/100 Quadratzoll/24 Stunden) und einem Oberflächenglanz von wenigstens 70.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung (12) auf eine erste Oberfläche eines Substratmaterials (10), das eine erste und eine zweite Oberfläche hat, b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung (12) zur Bildung einer frisch bestrahlten Beschichtung, die aushärtet, und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung (14) auf der frisch bestrahlten strahlungshärtenden Beschichtung (12) und d) Auftragen einer polymeren Beschichtung (16) auf die zweite Oberfläche des Substratmaterials (10), zur Bildung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums mit einer Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr als 186 g/qm²/Tag (12 g/100 Quadratzoll/24 Stunden) und einem Glanz von wenigstens 70 auf der ersten Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung (12) auf eine Oberfläche eines Substratmaterials (10), b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung (12) zur Bildung einer frisch bestrahlten Beschichtung, die aushärtet, und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung (14) auf der frisch bestrahlten Beschichtung (12) zur Bildung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums mit einer Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr als 186 g/qm²/Tag (12 g/100 Quadratzoll/24 Stunden) und ein Oberflächenglanz im Bereich von 20 bis 70.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: a) Auftragen einer strahlungshärtenden Beschichtung (12) auf eine Oberfläche eines Substratmaterials (10) b) Bestrahlen der strahlungshärtenden Beschichtung (12) zur Bildung einer frisch bestrahlten Beschichtung, die aushärtet, und c) Auftragen einer Tinte aufnehmenden Beschichtung (14) auf der frisch bestrahlten Beschichtung (12) zur Bildung eines Tintenstrahl-Aufzeichnungsmediums mit einer Wasserdampf-Transmissionsrate von nicht mehr als 186 g/qm²/Tag (12 g/100 Quadratzoll/24 Stunden) und einem Oberflächenglanz von weniger als 20.