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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Aufzeichnungselement
für Tintenstrahldruck.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Bei
der Mehrzahl der Anwendungen erfolgt der Druck durch Druckkontakt
einer eingefärbten
Druckform mit einem Drucktinte aufnehmenden Material, bei dem es
sich in der Regel um Normalpapier handelt. Die meist verwendete
mechanische Drucktechnik ist bekannt als lithografischer Druck,
der auf selektiver Anziehung von oleophiler Farbe auf einem geeigneten
Empfangsmaterial basiert.
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In
jüngster
Zeit aber haben sogenannte anschlagfreie Drucksysteme den herkömmlichen
Druckkontaktdruck in gewissem Maße für spezifische Anwendungen verdrängt. Ein Überblick
findet sich z.B. im Buch "Principles
of Non Impact Printing" von
Jerome L. Johnson (1986), Palatino Press, Irvine, CA 92715, USA.
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Als
anschlagfreie Drucktechnik hat sich Tintenstrahldruck aufgrund der
Einfachheit der Konstruktion, der praktischen Bedienung und des
preisgünstigen
Ankaufs zu einer populären
Technik durchgesetzt. Insbesondere bei beschränkten Auflagen einer Drucksache
ist Tintenstrahldruck zu einer Vorzugstechnologie geworden. Ein
rezenter Überblick über die
Fortschritte und Trends in Tintenstrahldrucktechnologie wird von
Hue P. Le in „Journal
of Imaging Science and Technology", Band 42 (1), Januar/Februar 1998,
gegeben.
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Beim
Tintenstrahldruck werden winzige Tropfen flüssiger Tinte direkt auf eine
Drucktinte aufnehmende Oberfläche
gespritzt und kommen Druckeinrichtung und Empfangselement nicht
physisch miteinander in Kontakt. Die Druckeinrichtung speichert
die Druckdaten elektronisch und steuert einen Mechanismus zum bildmäßigen Ausstoßen der
Tropfen. Beim Druck bewegt sich der Druckkopf über das Papier oder umgekehrt.
Zu frühen
Patentschriften über
Tintenstrahldrucker zählen
US 3 739 393 ,
US 3 805 273 und
US 3 891 121 .
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Das
Aufspritzen der Tintentröpfchen
kann in verschiedenen Weisen erfolgen. Bei einem ersten Typ von
Spritzverfahren erfolgt die Erzeugung eines kontinuierlichen Tröpfchenstroms
entsprechend einem Druckwellenmuster. Dieses Verfahren ist bekannt
als Hochdruckverfahren. In einer ersten Ausführungsform wird der Tröpfchenstrom
in Tröpfchen,
die elektrostatisch aufgeladen, abgelenkt und wieder gesammelt werden,
und in Tröpfchen,
die ungeladen bleiben, geradlinig weiter fliegen und das Bild erstellen,
aufgelöst.
In einer anderen Ausführungsform
bildet der aufgeladene abgelenkte Tröpfchenstrom das Bild und wird
der nicht aufgeladene, nicht abgelenkte Tröpfchenstrom wieder gesammelt.
In dieser Variante von Hochdruck-Tintenstrahlverfahren werden verschiedene
Strahlen in unterschiedlichen Winkeln abgelenkt und zeichnen so
das Bild auf (mehrfaches Ablenkungssystem).
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Nach
einem zweiten Verfahren können
die Tintentröpfchen "auf Abruf" erzeugt werden ("DOD"-Verfahren oder "Drop on Demand"-Verfahren), wobei
die Druckeinrichtung die Tröpfchen
nur dann ausstößt, wenn sie
zur Bilderzeugung auf einem Drucktinte aufnehmenden Material dienen.
Dadurch wird die Komplexität
der Aufladung der Tropfen, der Ablenkungshardware und des Wiedersammelns
der Tinte vermieden. Bei Tropfen-auf-Abruf kann die Tintentropfenerzeugung
durch eine durch eine mechanische Bewegung eines piezoelektrischen
Wandlers erzeugte Druckwelle (das sogenannte Piezoverfahren) oder
durch diskrete Wärmestöße (das
sogenannte "Bubble
Jet"-Verfahren oder "Thermal Jet"-Verfahren) erzwungen
werden.
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Tintenzusammensetzungen
für Tintenstrahldruck
enthalten in der Regel folgende Ingredienzien: Farbstoffe oder Pigmente,
Wasser und/oder organische Lösungsmittel,
Anfeuchter wie Glycole, Detergenzien, Verdickungsmittel, polymere
Bindemittel, Konservierungsmittel, usw. Man soll sich bewusst sein,
dass die optimale Zusammensetzung einer solchen Tinte vom angewandten
Tintenstrahldruckverfahren und von der Art des zu bedruckenden Substrats
abhängt.
Tintenzusammensetzungen können
grob in folgende Kategorien aufgeteilt werden
- • wässrige Tintenzusammensetzungen:
der Trocknungsmechanismus umfasst Absorption, Durchdringung und
Verdampfung,
- • ölige Tintenzusammensetzungen:
der Trocknungsmechanismus umfasst Absorption und Durchdringung,
- • Tintenzusammensetzungen
auf Lösungsmittelbasis:
die Trocknung beruht hauptsächlich
auf Verdampfung,
- • Heißschmelz-
oder Phasenwechseltintenzusammensetzungen: das Bindemittel der Tinte
ist flüssig
bei Ausstoßtemperatur,
aber fest bei Zimmertemperatur, keine Trocknung aber Erstarrung,
- • UV-härtbare Tintenzusammensetzungen:
keine Trocknung aber Polymerisation.
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An
die in Tintenstrahlaufzeichnungselementen verwendeten Drucktinte
aufnehmenden Schichten werden bekanntlich verschiedene strengste
Anforderungen gestellt
- • die Drucktinte aufnehmende
Schicht soll ein hohes Drucktinte absorbierendes Vermögen aufweisen,
so dass die Punkte nicht ausfließen und sich nicht mehr als
notwendig ausbreiten werden, um eine hohe optische Dichte zu erhalten,
- • die
Drucktinte aufnehmende Schicht soll eine hohe Drucktinte absorbierende
Geschwindigkeit (kurze Tintentrocknungszeit) aufweisen, so dass
die Tintentröpfchen
nicht auslaufen werden, wenn sie sofort nach Aufspritzen verschmiert
werden,
- • die
auf die Drucktinte aufnehmende Schicht aufgetragenen Tintenpunkte
sollen eine wesentlich runde Form aufweisen und eben am Umfang sein.
Der Punktdurchmesser muss konstant und genau gesteuert werden,
- • die
Drucktinte aufnehmende Schicht muss schnell angefeuchtet werden,
um Zusammenlaufen zu vermeiden, d.h. so dass angrenzende Tintenpunkte
nicht ineinander fließen
können,
und ein eher absorbierter Tintentropfen darf durchaus nicht "bluten", d.h. benachbarte
oder später
angebrachte Punkte überlappen,
- • durchsichtige
Tintenstrahlaufzeichnungselemente müssen einerseits einen niedrigen
Trübungswert
und andererseits hervorragende Durchlässigkeitseigenschaften aufweisen,
- • das
gedruckte Bild muss unter strengen Bedingungen von Temperatur und
Feuchtigkeit mit einer guten Wasserbeständigkeit, Lichtbeständigkeit
und Dauerhaftigkeit aufwarten,
- • sowohl
vor als nach dem Drucken darf das Tintenstrahlaufzeichnungselement
beim Stapeln weder Kräuseln
aufweisen noch klebrig sein,
- • das
Tintenstrahlaufzeichnungselement muss zügig durch verschiedene Typen
von Druckern laufen können.
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Oft
müssen
beim Erzielen all dieser Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden.
Es ist ja schwierig, gleichzeitig all den obigen Bedingungen gerecht
zu werden.
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Insbesondere
bei Anwendungen, wo das Aussehen des fertigen Tintenstrahlbildes
eine „fast
fotografische Qualität" aufweisen muss,
wird bekanntlich harzbeschichtetes Papier als Träger benutzt. Bei solchem Träger handelt
es sich in der Regel um hochqualitatives polyethylenbeschichtetes
oder polypropylenbeschichtetes Papier, weil dies ebenfalls weit
verbreitete Anwendung in der Industrie hat. Problematisch bei solchen Trägern für Drucktinte
aufnehmende Schichten ist die kritische Art der sogenannten Trockenhaftungseigenschaft.
Darunter versteht sich, dass bei weiterer Behandlung des fertigen
Tintenstrahlbildes die Drucktinte aufnehmende Schicht die Neigung
hat, sich vom harzbeschichteten Träger zu lösen. Setzt dieses Phänomen sich in
mehreren Bereichen des Endbildes durch, so erhält das Bild ein zerknittertes
Aussehen und ist nicht mehr nutzbar. In der fotografischen Industrie,
wo harzbeschichtetes Papier als Träger für fotografisches Druckpapier weit
verbreitete Anwendung findet, wird das Problem der mangelhaften
Haftung zwischen der hydrophoben olefinen Harzbeschichtung und der
(den) hydrophilen lichtempfindlichen Schicht(en) durch Überziehen
des harzbeschichteten Trägers
mit zumindest einer und vorzugsweise zwei sogenannten Haftschichten
bewältigt. Experimentell
hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Maßnahme das Problem der unzureichenden "Trockenhaftung" nicht völlig löst, wenn
typische Drucktinte aufnehmende Zusammensetzungen auf einen solchen harzbeschichteten
Träger
aufgetragen werden.
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KURZE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist das Lösen des Problems der unzureichenden
Trockenhaftung des harzbeschichteten Papiers bei dessen Verwendung
als Träger
für eine
typische Drucktinte aufnehmende Schicht.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Verkürzen der
Trocknungszeit nach dem Tintenstrahldruck.
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Erzielt
werden die oben erwähnten
erwünschten
vorteilhaften Effekte durch Bereitstellen eines Tintenstrahlaufzeichnungsmaterials
mit einem harzbeschichteten Papierträger und einer Drucktinte aufnehmenden Schicht,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger und der Drucktinte aufnehmenden
Schicht eine haftungsfördernde
Schicht, die ein Bindemittel, Borsäure und ein kationisches anorganisches
Pigment enthält, angebracht
ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich beim kationischen anorganischen Pigment um ein Aluminiumoxid,
ein Aluminiumhydroxid, ein Tonerdehydrat, ein Aluminiumsilikat oder
eine kationische modifizierte Kieselsäure.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung
ersichtlich.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Die
Zusammensetzung der verschiedenen Schichten des erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungsmaterials
wird nun im Nachstehenden im Einzelnen erläutert.
- – der harzbeschichtete
Papierträger
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Als
Papier für
das harzbeschichtete Papier wird in der Regel Fotopapier mit sehr
gleichmäßigem Aussehen
verwendet. Die Papierstärke
beträgt
etwa 100 bis 200 g/m2. Als Harz kommen verschiedene
olefine Polymere in Frage, z.B. Polyethylen (PE) oder Polypropylen.
Ganz besonders bevorzugt wird Polyethylen, das sowohl als Polyethylen
hoher Dichte und Polyethylen niedriger Dichte als in Mischform erhältlich ist.
Die Stärke kann
zwischen 10 μm
und 30 μm
variieren. Nach Extrusion des Polyethylens kann eine Koronabehandlung
vorgenommen werden. Das Harzauftragsverhältnis kann symmetrisch (gleiches
Auftragsverhältnis
an beiden Trägerseiten)
oder aber asymmetrisch sein, z.B. mit höherem Auftragsverhältnis an
der als Rollschutzseite dienenden Rückseite. Die Harzschichten
können
Weißmacher,
wie Titandioxid, enthalten. Bei Verwendung einer Haftschicht wird
in der Regel eine Haftschicht auf Gelatinebasis verwendet.
- – die
haftungsfördernde
Schicht
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Ein
wesentliches Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht darin,
dass die haftungsfördernde Schicht
ein kationisches anorganisches Pigment und ein Bindemittel enthält.
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Unter
dem Begriff "kationisches
anorganisches Pigment" versteht
sich in der vorliegenden Erfindung eine Substanz bestehend aus feinen
Teilchen mit positiv geladenen Oberflächen. Zu spezifischen Beispielen dafür zählen feine
Teilchen bestehend aus Oxiden von Metallen wie Magnesium, Calcium,
Aluminium, Zirconium, Zink, Chrom, Eisen, Kupfer, Zinn, Blei und
Mangan. Substanzen mit negativ geladenen Oberflächen, wie Kieselsäure, kommen
ebenfalls in Frage, sofern ihre negative Oberflächenladung mittels einer Oberflächenbehandlung
positiv gemacht wird.
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Bevorzugt
wird ein kationisches anorganisches Pigment aus der Gruppe bestehend
aus Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden, Tonerdehydraten, Aluminiumsilikaten
und kationisch modifizierten Kieselsäuren.
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Ein
bevorzugter Typ von Aluminiumhydroxid ist kristallines Böhmit, ebenfalls γ-AlO(OH)
genannt. Nutzbare Typen von Böhmit
sind u.a., in Pulverform, DISPERAL, DISPERAL HPl4 und DISPERAL 40
von Sasol, MARTOXIN VPP2000-2 und GL-3 von Martinswerk GmbH, und
Flüssig-Böhmit-Tonerdesysteme,
z.B. DISPAL 23N4-20, DISPAL 14N-25 und DISPERAL AL25 von Sasol.
Patentschriften über
Aluminiumhydroxid sind u.a.
EP
500 021 ,
EP 634 286 ,
US 5 624 428 ,
EP 742 108 ,
US 6 238 047 ,
EP 622 244 ,
EP 810 101 usw. Zu weiteren nutzbaren
kationischen anorganischen Pigmenten zählen Aluminiumoxid (Tonerde),
u.a. α-Al
2O
3-Typen, wie NORTON E700 von Saint-Gobain
Ceramics & Plastics
Inc., γ-Al
2O
3-Typen, wie ALUMINUM
OXID C von Degussa, andere Aluminiumoxidklassen, wie BAIKALOX CR15
und CR30 von Baikowski Chemie, DURALOX-Klassen und MEDIALOX-Klassen
von Baikowski Chemie, BAIKALOX CR80, CR140, CR125 und B105CR von
Baikowski Chemie, CAB-O-SPERSE
PG003, Warenzeichen von Cabot, CATALOX-Klassen und CATAPAL-Klassen von Sasol,
wie PLURALOX HP14/150, kolloidale Al2O3-Typen, wie ALUMINASOL 100, ALUMINASOL
200, ALUMINASOL 220, ALUMINASOL 300 und ALUMINASOL 520, Warenzeichen
von Nissan Chemical Industries, oder NALCO 8676, Warenzeichen von
ONDEO Nalco.
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Weitere
nutzbare kationische anorganische Pigmente sind u.a. Aluminiumtrihydroxide,
wie Bayerit, α-Al(OH)3, wie das von Sasol vertriebene PLURAL BT,
und Gibbsit, γ-Al(OH)3, wie die von Martinswerk GmbH vertriebenen
MARTINAL-Klassen, wie MARTIFIN OL104, MARTIFIN OL 107 und MARTIFIN
OL 111 von Martinswerk GmbH, MICRAL-Klassen, wie MICRAL 1440, MICRAL 1500,
MICRAL 632, MICRAL 855, MICRAL 916, MICRAL 932, MICRAL 932CM und
MICRAL 9400 von JM Huber Company, und HIGILITE-Klassen, z.B. HIGILITE
H42 oder HIGILITE H43M von Showa Denka K.K.
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Ein
weiterer nutzbarer Typ von kationischem Pigment ist Zirconiumoxid,
wie NALCO OOSS008, Warenzeichen von ONDEO Nalco, und mit Acetat
stabilisiertes ZrO2 und ZR20/20, ZR50/20,
ZR100/20 und ZRYS4, Warenzeichen von Nyacol Nano Technologies.
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Nutzbare
Mischoxide sind u.a. die SIRAL-Klassen von Sasol und ferner kolloidale
Metalloxide von Nalco, wie Nalco 1056, Nalco TX10496 und Nalco TX11678.
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Ein
weiterer bevorzugter Typ von anorganischem kationischem Pigment
ist kationisch modifizierte Kieselsäure. Kieselsäure als
Pigment in Drucktinte aufnehmenden Elementen wird beschrieben in
zahlreichen alten und rezenten Patentschriften, z.B.
US 4 892 591 ,
US 4 902 568 ,
EP 373 573 ,
EP 423 829 ,
EP 487 350 ,
EP 493 100 ,
EP 514 633 usw. Es kommen verschiedene
Typen von noch nicht modifizierter Kieselsäure in Frage, wie kristalline
Kieselsäure,
amorfe Kieselsäure,
Fällungskieselsäure, Gasphasen-Kieselsäure, Kieselgel, sphärische Kieselsäure und
nicht-sphärische
Kieselsäure.
Die Kieselsäure
kann geringe Mengen eines Metalloxids aus der Gruppe bestehend aus
Al, Zr und Ti enthalten. Nutzbare Typen sind u.a. AEROSIL OX50 (spezifische
Oberfläche
nach der BET-Methode: 50 + 15 m
2/g, mittlere
primäre
Teilchengröße 40 nm,
SiO
2-Gehalt > 99,8%, Al
2O
3-Gehalt < 0,08%),
AEROSIL MOX170 (spezifische Oberfläche nach der BET-Methode: 170 g/m
2, mittlere primäre Teilchengröße 15 nm,
SiO
2-Gehalt > 98,3%, Al
2O
3-Gehalt 0,3-1,3%), AEROSIL MOX80 (spezifische
Oberfläche
nach der BET-Methode: 80 + 20 g/m
2, mittlere
primäre
Teilchengröße 30 nm,
SiO
2-Gehalt > 98,3%, Al
2O
3-Gehalt
0,3-1,3%) oder andere hydrophile AEROSIL-Klassen von Degussa-Hüls AG, mit denen wässrige Dispersionen
mit kleiner mittlerer Teilchengröße (< 500 nm) erhalten
werden können.
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Kationisch
modifizierte Kieselsäure
kann in nicht-limitativer Weise nach den folgenden Verfahren hergestellt
werden:
- (1) Oberflächenbehandlung von Kieselsäure mit
einer anorganischen kationischen Verbindung wie gewissen Metalloxiden
und Oxyhydroxiden, z.B. Aluminiumoxiden, und Aluminiumhydroxiden
wie Böhmit
und Pseudo-Böhmit,
wobei ein Beispiel für
eine solche Verfahrenweise in folgenden Dokumenten beschrieben wird:
- – „Cationic
silica dispersion for recording material". Field, Rex J., Darsillo Michael S.,
Fluck David J., Laufhutte, Rudiger. (Cabot Corporation, USA). WO
00/20221,
- – „Ink jet
recording element containing colloidal silica". Chu, Lixin, Romano, Charles Eugene,
Jr., Chen, Chen C., Eastman Kodak Co.) EP
983 867 ,
- – „Recording
medium excellent in ink absorptivity and process for its production,
and process for producing silica-alumina composite sol". Nakahara Katsumasa,
Inokuma Hisao, Hirano Hachirou, Matsubara Toshiya, Wakabayashi Masako,
Kon Yoshinori. (Asahi Glass Company Ltd., Japan). EP 1112962 A1 ,
- – „Ink-receptive
coating for ink-jet recording material". Chapman David Monroe. (W.R. Grace & Co.-Conn., USA).
WO 00/02736.
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Eine
nutzbare kationische anorganische Verbindung zur Modifizierung von
Kieselsäure
ist Pseudo-Böhmit.
Pseudo-Böhmit
wird ebenfalls als Böhmitgel
bezeichnet und ist feinteiliges nadelförmiges Aluminiumhydroxid. Die
Zusammensetzung entspricht der allgemeinen Formel Al2O3·1,5-2H2O und ist unterschiedlich zur Formel von
kristallinem Böhmit.
- (2) Oberflächenbehandlung
von Kieselsäure
mit einer organischen Verbindung, die sowohl eine Aminogruppe oder
eine daraus hergestellte quaternäre
Ammoniumgruppe oder quaternäre
Phosphoniumgruppe als eine funktionelle, gegenüber einer Silanolgruppe auf
der Oberfläche
der Kieselsäure
reaktive Gruppe, wie Aminethoxysilan oder Aminalkylglycidylether
oder Isopropanolamin, enthält,
wobei Beispiele für
solche Verfahrensweisen beschrieben sind in:
- – „Ink-jet
printing ink-accepting compositions comprising cationmodified silica,
vinyl polymers and cationic polymers for printing fabrics using
ink-jet printers with high color depth and printing fabrics coated
or impregnated with the compositions". Yasuda Masahiro, Okudo Toshifumi,
Hirota Yasuhide. (Kyoeisha Chemical Co., Ltd., Japan). JP-A 2000265380,
- – „Ink-jet-printable
image-transfer medium, process for transferring image, and cloth
imaged by this process". Sato
Yuko, Higuma Masahiko, Shino Yoshiyuki. (Canon Kabushiki Kaisha,
Japan). EP 933225 A1 ,
- – „Adsorption
of cationic surfactants on highly dispersed silica", Mikhailova I.V.,
Gerashchenko I.I., Institute of Surface Chemistry, National Academy
of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine. Colloid J. (2001), 63(4),
437-440,
- – „Functionalization
of silica particles towards cationic polyelectrolytes using vinylformamide
and 1,3-divinylimidazolidin-2-one
as monomers", Meyer
Torsten, Rehak Petra, Jager Christian, Voigt Ina, Simon Frank, Spange
Stefan. Polymer Chemistry, Institute for Chemistry, Chemnitz University
of Technology, Chemnitz, Deutschland. Macromol. Symp. (2001), 163
(Tailormade Polymers), 87-96,
- – „Image
receiving element and method of manufacturing the element", Yarmey Susan K.,
Steiner Michael L. (Imation Corp., USA). WO 01/05599,
- – „Coated
paper with good printability for ink-jet printing". Hirose Mifune,
Sakaki Mamoru, Katayama Masato, Higuma Masahiko, Moriya Kenichi,
Nishioka Yuko. (Canon K.K., Japan), EP 732 219 A2 ,
- – „Manufacture
of porous, laminar, inorganic products", Yokoyama Masaru, Hirao Shozo, Kishimoto
Takashi, Takahama Koichi. (Matsushita Electric Works, Ltd., Japan).
JP-A 62176969,
- (3) Polymerisation
eines kationischen Monomers oder eines Monomers mit einer Aminfunktion
in Gegenwart einer Kieselsäure,
wie z.B. beschrieben in:
- – „Ink-jet printing sheet containing
cationic silica",
Ito Hiroshi, Sawamoto Hidetada, Hasegawa Makoto. (Oji Paper Co.,
Ltd., Japan). JP-A 2001293948,
- – „Grafting
of polymers with controlled molecular weight onto carbon black and
ultrafine silica surface",
Tsubokawa Norio, Yoshikawa Sachio. Department of Material Science
and Technology, Faculty of Engineering, Niigata University, Niigata,
Japan. Recent Res. Dev. Polym. Sci. (1998), 2 (Punkt 2), 211-228,
- – „Cationic
polymer synthesis at inorganic surfaces", Spange, S. Inst. Org. Chem. Macromol.
Chem., Jena Univ., Jena, Deutschland. Vysokomol. Soedin., Ser. A
Ser. B (1993), 35(11), 1873-7.
- Im Prinzip können
Gemische aus mehr als einem kationischen anorganischen Pigment in
der haftungsfördernden
Schicht verwendet werden.
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Als
Bindemittel kommen verschiedene, den Fachleuten allgemein bekannte
Verbindungen in Frage, u.a. Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose,
Hydroxyethylmethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxybutylmethylcellulose,
Methylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose, Natriumcarboxymethylhydroxyethylcellulose,
wasserlösliche
Ethylhydroxyethylcellulose, Cellulosesulfat, Polyvinylalkohol, Vinylalkoholcopolymere,
Polyvinylacetat, Polyvinylacetal, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid,
Acrylamid/Acrylsäure-Copolymer, Polystyrol,
Styrol-Copolymere, Acrylsäure-
oder Methacrylsäure-Polymere,
Stryol/Acrylsäure-Copolymere,
Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Vinylmethylether/Maleinsäure-Copolymer, Poly-(2-acrylamid-2-methylpropansulfonsäure), Poly(diethylentriamin-co-adipinsäure), Polyvinylpyridin,
Polyvinylimidazol, mit Epichlorhydrin modifiziertes Polyethylenimin,
ethoxyliertes Polyethylenimin, Polyethylenoxid, Polyurethan, Melaminharze,
Gelatine, Carrageen, Dextran, Gummiarabicum, Casein, Pektin, Albumin,
Stärke,
Kollagen-Derivate, Kollodium und Agar-Agar.
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Ein
bevorzugtes Bindemittel für
die Praxis der vorliegenden Erfindung ist ein Polyvinylalkohol (PVA), ein
Vinylalkoholcopolymer oder ein modifizierter Polyvinylalkohol. Ganz
besonders bevorzugt ist der Polyvinylalkohol ein kationischer Polyvinylalkohol,
wie die kationischen Polyvinylalkoholklassen von Kuraray, wie POVAL
C506 und POVAL C118, und von Nippon Gohsei.
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Es
können
Gemische aus zwei oder mehr Bindemitteln verwendet werden.
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Das
Verhältnis
von kationisiertem Pigment zu Bindemittel in der haftungsfördernden
Schicht liegt vorzugsweise zwischen 1:4 und 10:1. Das Auftragsverhältnis der
haftungsfördernden
Schicht liegt vorzugsweise zwischen 1 und 8 g/m2.
- – die
Drucktinte aufnehmende Schicht
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Für die praktische
Ausführung
der vorliegenden Erfindung kommen zwei verschiedene Typen von Drucktinte
aufnehmender Schicht in Frage.
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In
einer ersten Ausführungsform,
die als Polymergemisch-Typ bekannt ist, enthält die Drucktinte aufnehmende
Schicht im Wesentlichen nur ein oder mehrere filmbildende Polymere.
Das Drucktintenabsorptionsvermögen
basiert auf der örtlichen
Quellung der mit den Tintentropfen bespritzten Schicht.
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Als
Polymer(e) kommen die oben für
die haftungsfördernde
Schicht erwähnten
polymeren Bindemittel in Frage. Bevorzugte Polymere sind Gelatine,
Polyvinylalkohol und Polyvinylalkohol-Derivate, Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylpyrrolidon-Derivate,
Celluloseether und Celluloseether-Derivate, Polyurethane und Polyethylenoxide.
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In
einer zweiten Ausführungsform,
die als poröser
oder mikroporöser
Typ bekannt ist, enthält
die Drucktinte aufnehmende Schicht ein Pigment und ein Bindemittel
in einem ziemlich hohen Pigment-Bindemittel-Mengenverhältnis. Das
Drucktintenabsorptionsvermögen
basiert auf mikrokapillaren Kräften.
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Als
Pigment kommen außer
den oben für
die haftungsfördernde
Schicht erwähnten
kationischen anorganischen Pigmenten ebenfalls neutrale oder anionische
Pigmenttypen in Frage. Zu nutzbaren Pigmenten zählen z.B. Kieselsäure, Talk,
Ton, Hydrotalcit, Kaolin, Diatomeenerde, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat,
basisches Magnesiumcarbonat, Aluminiumsilikat, Aluminiumtrihydroxid,
Aluminiumoxid (Tonerde), Titanoxid, Zinkoxid, Bariumsulfat, Calciumsulfat,
Zinksulfid, Satinweiß,
Böhmit
(Aluminiumhydroxid), Zirconiumoxid oder Mischoxide. Bevorzugt wird
ein Pigment aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden,
Tonerdehydraten, Aluminiumsilikaten und kationisch modifizierten
Kieselsäuren.
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In
einer alternativen Ausführungsform
können
als Pigment organische Teilchen, wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat,
Silikone, Melamin-Formaldehyd-Kondensationspolymere, Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationspolymere,
Polyester und Polyamide, verwendet werden. Gemische aus anorganischen
und organischen Pigmenten kommen ebenfalls in Frage. Ganz besonders
bevorzugt ist das Pigment aber ein anorganisches Pigment.
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Als
Bindemittel kommen die in vorstehender Liste erwähnten Bindemittel in Frage.
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Das
Pigment ist in einem Verhältnis
zu benutzen, das ausreicht, um die Drucktinte aufnehmende Schicht
genügend
porös zu
machen. Die untere Grenze des Gewichtsverhältnisses des Bindemittels zur
Gesamtmenge Pigment in der Drucktinte aufnehmenden Schicht beträgt vorzugsweise
etwa 1:50, ganz besonders bevorzugt 1:20, während die obere Grenze etwa
2:1, ganz besonders bevorzugt etwa 1:1 beträgt. Kommt die Pigmentmenge
einmal über
die obere Grenze hinaus, so wird die Stärke der Drucktinte aufnehmenden Schicht
selbst abnehmen und wird das erhaltene Bild eine Abnahme der Wischbeständigkeit
und Verschlechterung ähnlicher
Eigenschaften aufweisen. Bei zu hohem Bindemittel-Pigment-Verhältnis wird
andererseits das Tintenabsorptionsvermögen der erhaltenen Drucktinte
aufnehmenden Schicht nachlassen und weist das erhaltene Bild ein
erhöhtes
Risiko auf Beschädigung
auf.
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Außer den
obenbeschriebenen Hauptinhaltsstoffen kann die Drucktinte aufnehmende
Schicht eine als Beizmittel wirkende kationische Substanz enthalten.
Solche Substanzen steigern die Fähigkeit
der Schicht, den Farbstoff der Tintentropfen zu fixieren und festzuhalten.
Eine besonders geeignete Verbindung ist ein Poly(diallyldimethylammoniumchlorid)
oder abgekürzt
ein Poly(DADMAC). Diese Verbindungen sind durch verschiedene Firmen
erhältlich,
z.B. Aldrich, Nalco, CIBA, Nitto Boseki Co., Clariant, BASF und
EKA Chemicals.
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Weitere
nutzbare kationische Verbindungen sind u.a. DADMAC-Copolymere, wie Copolymere
mit Acrylamid, z.B. NALCO 1470, Warenzeichen von ONDEO Nalco, oder
PAS-J-81, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., Copolymere von DADMAC
mit Acrylaten, wie Nalco 8190, Warenzeichen von ONDEO Nalco, Copolymere
von DADMAC mit SO
2, wie PAS-A-1 oder PAS-92,
Warenzeichen von Nitto Boseki Co., ein Copolymer von DADMAC mit
Maleinsäure,
z.B. PAS-410, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., ein Copolymer von
DADMAC mit Diallyl-(3-chlor-2-hydroxypropyl)-aminhydrochlorid,
z.B. PAS-880, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., Dimethylamin-Epichlorhydrin-Copolymere,
z.B. Nalco 7135, Warenzeichen von ONDEO Nalco, oder POLYFIX 700,
Warenzeichen von Showa High Polymer Co., andere nutzbare POLYFIX-Klassen,
wie POLYFIX 601, POLYFIX 301, POLYFIX 301A, POLYFIX 250WS und POLYFIX
3000, NEOFIX E-117, Warenzeichen von Nicca Chemical Co. für ein Polyoxyalkylenpolyamindicyandiamin,
REDIFLOC 4150, Warenzeichen von EKA Chemicals für ein Polyamin, mit MADAME
(Methacrylatdimethylaminethyl = Dimethylaminethylmethacrylat) oder
MADQUAT (Methacryloxyethyltrimethylammoniumchlorid) modifizierte
Polymere, z.B. ROHAGIT KL280, ROHAGIT 210, ROHAGIT SL144, PLEX 4739L
und PLEX 3073 von Röhm,
DIAFLOC KP155 und andere DIAFLOC-Produkte von Diafloc Co., BMB 1305
und andere BMB-Produkte von EKA Chemicals, kationische Epichlorhydrin-Addukte,
wie POLYCUP 171 und POLYCUP 172, Warenzeichen von Hercules Co.,
CYPRO-Produkte, z.B. CYPRO 514/515/516 und SUPERFLOC 507/521/567
von Cytec Industries, kationische Acrylpolymere, wie ALCOSTAT 567,
Warenzeichen von CIBA, kationische Cellulose-Derivate, wie CELQUAT
L-200, H-100, SC-240C und SC-230M, Warenzeichen von Starch & Chemical Co.,
QUATRISOFT LM200, UCARE-Polymere, wie JR125, JR400, LR400, JR30M
und LR30M und das UCARE-Polymer LK, PALSET JK-512, PALSET JK512L,
PALSET JK-182, PALSET JK-220, WSC-173, WSC-173L, PALSET JK-320,
PALSET JK-320L und PALSET JK-350, alle Fixiermittel von Chukyo Europe,
Polyethylenimin und Copolymere, z.B. LUPASOL, Warenzeichen von BASF
AG, Triethanolamintitanchelat, z.B. TYZOR, Warenzeichen von Du Pont Co.,
Copolymere von Vinylpyrrolidon, wie VIVIPRINT 111, Warenzeichen
von ISP, ein Methacrylamidpropyldimethylamin-Copolymer mit Dimethylaminethylmethacrylat,
wie COPOLYMER 845 und COPOLYMER 937, Warenzeichen von ISP, und mit
Vinylimidazol, z.B. LUVIQUAT GARE, LUVITEC 73W, LUVITEC VPI55 K18P, LUVITEC
VP155 K72W, LUVIQUAT FC905, LUVIQUAT FC550, LUVIQUAT HM522 und SOKALAN
HP56, alle Warenzeichen von BASF AG, Polyamidamine, z.B. RETAMINOL
und NADAVIN, Warenzeichen von BAYER AG, Phosphoniumverbindungen,
wie die in
EP 609 930 beschriebenen,
und kationische Polymere, wie NEOFIX RD-5, Warenzeichen von Nicca
Chemical Co.
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Die
Drucktinte aufnehmende Schicht, die haftungsfördernde Schicht und eine eventuelle
Hilfsschicht, wie eine als Rollschutzschicht dienende Rückschicht,
können
ferner allgemein bekannte herkömmliche
Inhaltsstoffe, wie als Gießzusätze dienende
Tenside, Härter,
Weichmacher, Weißmacher
und Mattiermittel, enthalten.
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Es
können
Tenside in den Schichten des erfindungsgemäßen Aufzeichnungselements verwendet
werden. Diese Tenside können
kationische, anionische, amfotere und nicht-ionische Tenside sein,
wie beschrieben in JP-A 62-280068 (1987). Beispiele für die Tenside
sind N-Alkylaminosäuresalze,
Alkylethercarbonsäuresalze,
acylierte Peptide, Alkylsulfonsäuresalze,
Alkylbenzolsulfonsäuresalze
und Alkylnaphthalinsulfonsäuresalze,
Sulfobernsteinsäuresalze, α-Olefinsulfonsäuresalze,
N-Acylsulfonsäuresalze,
sulfonierte Öle,
Alkylsulfonsäuresalze,
Alkylethersulfonsäuresalze,
Alkylallylethersulfonsäuresalze,
Alkylamidsulfonsäuresalze,
Alkylphosphorsäuresalze,
Alkyletherphosphorsäuresalze,
Alkylallyletherphosphorsäuresalze,
Alkyl- und Alkylallylpolyoxyethylenether, mit Alkylallylformaldehyd
anellierte Säuresalze,
Alkylallylethersulfonsäuresalze,
Alkylamidsulfonsäuresalze,
Alkylphosphorsäuresalze,
Alkyletherphosphorsäuresalze,
Alkylallyletherphosphorsäuresalze,
Alkyl- und Alkylallylpolyoxyethylenether, mit Alkylallylformaldehyd
anellierte Polyoxyethy lenether, Blockpolymere mit Polyoxypropylen,
Polyoxyethylenpolyoxypropylalkylether, Polyoxyethylenether von Glycolestern,
Polyoxyethylenether von Sorbitanestern, Polyoxyethylenether von
Sorbitestern, alifatische saure Polyethylenglycolester, Glycerinester,
Sorbitanester, Propylenglycolester, Zuckerester, Fluor-C2-C10-alkylcarbonsäuren, Dinatrium-N-perfluoroctansulfonylglutamat,
Natrium-3-(fluor-C6-C11-alkyloxy)-1-C3-C4-alkylsulfonate, Natrium-3-(ω-fluor-C6-C8-alkanoyl-N-ethylamin)-1-propansulfonate,
N-[3-(Perfluoroctansulfonamid)-propyl]-N,N-dimethyl-N-carboxymethylenammoniumbetain,
Fluor-C11-C20-alkylcarbonsäuren, Perfluor-C7-C13-alkylcarbonsäuren, Perfluoroctansulfonsäurediethanolamid,
Li-, K- und Na-Perfluor-C4-C12-alkylsulfonate, N-Propyl-N-(2-hydroxyethyl)-perfluoroctansulfonamid,
Perfluor-C6-C10-alkylsulfonamidpropylsulfonylglycinate,
Bis-(N-perfluoroctylsulfonyl-N-ethanolaminoethyl)-phosphonat,
Monoperfluor-C6-C16-alkylethylphosphonate
und Perfluoralkylbetain.
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Zu
nutzbaren kationischen Tensiden zählen N-Alkyldimethylammoniumchlorid,
Palmityltrimethylammoniumchlorid, Dodecyldimethylamin, Tetradecyldimethylamin,
ein ethoxylierter Alkylguanidinaminkomplex, Oleaminhydroxypropylbistrimoniumchlorid,
Oleylimidazolin, Stearylimidazolin, Cocaminacetat, Palmitamin, Dihydroxyethylcocamin,
Cocotrimoniumchlorid, Alkylpolyglycoletherammoniumsulfat, ethoxyliertes
Oleamin, Laurylpyridiniumchlorid, N-Oleyl-1,3-diaminpropan, Stearamidpropyldimethylaminlactat,
Kokosfettsäureamid, Oleylhydroxyethylimidazolin,
Isostearylethylimidoniumethosulfat, Lauramidpropyl-PEG-dimoniumchloridphosphat,
Palmityltrimethylammoniumchlorid und Cetyltrimethylammoniumbromid.
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Besonders
nutzbare Tenside sind die wie zum Beispiel in der US-Patentschrift
4 781 985 beschriebenen Fluorkohlenstofftenside der Formel F(CF2)4-9CH2CH2SCH2CH2N+R3X–,
in der R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe bedeutet, und
die in der US-Patentschrift 5 084 340 beschriebenen Fluorkohlenstofftenside der
Formel CF3(CF2)mCH2CH2O(CH2CH2O)nR,
in der m = 2 bis 10, n = 1 bis 18 und R ein Wasserstoffatom oder eine
Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet. Diese Tenside
sind erhältlich
durch DuPont und 3M. Das Verhältnis
der Tensidkomponente in der Drucktinte aufnehmenden Schicht liegt
in der Regel zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,4
und 1,5 Gew.-% und beträgt
ganz besonders bevorzugt 0,75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamttrockengewicht
der Schicht.
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Die
Drucktinte aufnehmende Schicht, die haftungsfördernde Schicht und die eventuellen
Hilfsschichten können
ebenfalls vernetzt werden, um erwünschte Eigenschaften wie Wasserbeständigkeit
und das Vermeiden von Aneinanderhaften zu erhalten. Durch Vernetzung
wird die Schicht ferner abriebfest gemacht und davor geschützt, dass
während
der Handhabung Fingerabdrücke
auf dem Element zurückbleiben.
Es gibt eine Vielzahl bekannter, ebenfalls als Härter bezeichneter Vernetzungsmittel,
die die filmbildenden Bindemittel vernetzen. Härter können einzeln oder kombiniert
und in freier oder blockierter Form benutzt werden. Es gibt eine breite
Auswahl an erfindungsgemäß nutzbaren
Härtern.
Dazu zählen
Formaldehyd und freie Dialdehyde, wie Succinaldehyd und Glutaraldehyd,
blockierte Dialdehyde, aktive Ester, Sulfonatester, aktive Halogenverbindungen,
Isocyanat oder blockierte Isocyanate, polyfunktionelle Isocyanate,
Melamin-Derivate, s-Triazine und Diazine, Epoxide, aktive Olefine
mit zwei oder mehr aktiven Bindungen, Carbodiimide, Zirconiumkomplexe, z.B.
BACOTE 20, ZIRMEL 1000 oder Zirconiumacetat, Warenzeichen von MEL
Chemicals, Titankomplexe, wie die TYZOR-Klassen von DuPont, in der
3-Stellung substituierte Isoxazoliumsalze, Ester von 2-Alkoxy-N-carboxydihydrochinolin,
N-Carbamoylpyridiniumsalze, Härter
mit gemischter Funktion, wie halogensubstituierte Aldehydsäuren (z.B.
Mucochlor- und Mucobromsäuren),
oniumsubstituierte Acroleine und Vinylsulfone und polymere Härter, wie
Dialdehydstärken
und ein Copolymer aus Acrolein und Methacrylsäure, Polymere mit einer Oxazolinfunktion,
wie z.B. die EPOCROS WS-500-Serie und die EPOCROS K-1000-Serie,
und Maleinsäureanhydrid-Copolymere,
z.B. GANTREZ AN119.
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In
der Praxis der vorliegenden Erfindung wird Borsäure als Vernetzungsmittel für die haftungsfördernde
Schicht verwendet.
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Die
Drucktinte aufnehmende Schicht, die haftungsfördernde Schicht und die eventuellen
Hilfsschichten können
ebenfalls einen Weichmacher, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol,
Propylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerinmonomethylether, Glycerinmonochlorhydrin,
Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Tetrachlorphthalsäureanhydrid,
Tetrabromphthalsäureanhydrid,
Harnstoffphosphat, Triphenylphosphat, Glycerinmonostearat, Propylenglycolmonostearat,
Tetramethylensulfon, N-Methyl-2-pyrrolidon und N-Vinyl-2-pyrrolidon,
enthalten.
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Die
verschiedenen Schichten können
ferner Inhaltsstoffe enthalten, die die Lichtbeständigkeit
des Druckbildes verbessern, wie Antioxidantien, UV-Absorber, Peroxidfänger, Löscher für Singulettsauerstoff
wie HALS-Verbindungen (Hindered Amine Light Stabilizers) usw. Als
UV-Absorber werden Stilbenverbindungen bevorzugt.
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Die
verschiedenen Schichten können
nach einer herkömmlichen
Beschichtungstechnik, wie Tauchbeschichtung, Rakelbeschichtung,
Extrusionsbeschichtung, Aufschleudern, Kaskadenbeschichtung und
Vorhangbeschichtung, auf den harzbeschichteten Träger angebracht
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht,
ohne sie jedoch darauf zu beschränken.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Drucktinte aufnehmende Schicht (DAS)
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In
einer wässrigen
Umgebung wird eine die folgenden Inhaltsstoffe enthaltende Beschichtungszusammensetzung
DAS-1 des Polymergemisch-Typs hergestellt
- – 100 Teile
des handelsüblichen
Polyvinylalkohols MOWIOL 8-88 von Clariant und
- – 5
Teile Poly(DADMAC), wozu das handelsübliche Poly(DADMAC) CATFLOC
L von Nalco Corp. verwendet wird.
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Haftungsfördernde Schicht (HFS)
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Eine
erste Schicht HFS-1 wird in einer wässrigen Umgebung hergestellt
und enthält
folgende Inhaltsstoffe
- – 100 Teile des handelsüblichen
Böhmits
DISPERAL HP14/2 von Sasol,
- – 25
Teile eines Polyvinylalkoholbindemittels von Nippon Gohsei und
- – 2,5
Teile Borsäure.
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Eine
zweite Schicht HFS-2 wird in einer wässrigen Umgebung hergestellt
und enthält
folgende Inhaltsstoffe
- – 100 Teile Aluminiumoxid (CAB-O-SPERSE
PG003 von Cabot Corp.),
- – 6,5
Teile eines Polyvinylalkoholbindemittels von Nippon Gohsei und
- – 0,65
Teile Borsäure.
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Beschichtungen
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Als
Träger
wird ein harzbeschichteter Papierträger verwendet und die Beschichtungen
erfolgen mittels eines Kaskadenbeschichters. Bei Beschichtung Nr.
1 (vergleichende Beschichtung) wird nur die Drucktinte aufnehmende
Schicht, also ohne haftungsfördernde
Zwischenschicht, aufgetragen.
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Die
Beschichtungen Nr. 2 bis 7 sind doppelschichtige Beschichtungen
gemäß einem Nass-in-Nass-Beschichtungsprozess
(vgl. Tabelle 1). Tabelle
1
- * BS: Beschichtung
- ° ZS:
Zusammensetzung
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Auswertung
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Der
Druck erfolgt auf einem Encad 600-Großformat-Tintenstrahldrucker mit Drucktinten
auf Basis von GS+ (Encad Co.). Auswertung der Schmierzeiten: in
Tabelle 2 sind die Zeiten aufgelistet, die nach beendetem Druck
benötigt
sind, damit sich die mit Drucktinte benetzte Schicht nicht mehr
vom Träger
abzulösen
vermag und nicht mehr mit dem Träger
zusammengerieben wird, wenn die Tinte mit behandschuhtem Finger über den Druckbereich
verschmiert wird. Die letzte Spalte enthält eine Gesamtauswertungsziffer
gemäß einer
Skala von 5 (sehr schlecht) bis 0 (hervorragend). Tabelle
2
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Die
Ergebnisse in Tabelle 2 dieses Beispiels 1 zeigen eindeutig den
Einfluss der Anwesenheit der haftungsfördernden Schicht auf die Haftung
der Drucktinte aufnehmenden Schicht während des Drucks, wodurch viel
schnellere Trocknungszeiten erzielt werden.
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Nach
der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dürfte
es den Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein, dass hier innerhalb
des in den nachstehenden Ansprüchen definierten
Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zahlreiche Modifikationen
möglich
sind.