DE68928643T2

DE68928643T2 - Mit einer lichtdurchlässigen Phasenaustausch-Tinte bedrucktes Substrat und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE68928643T2
Application number: DE68928643T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey J Anderson; Charles Wayne Jaeger; James D Rise; Donald R Titterington
Original assignee: Tektronix Inc; Spectra Inc
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1988-08-25
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2009-07-05
Also published as: DE68928643D1; JPH0299383A; EP0355342B1; EP0355342A3; JPH0554826B2; EP0355342A2; US4889761A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Substrat, das eine gemusterte Schicht einer lichtdurchlässigen phasenveränderlichen Tinte trägt, die auf das Substrat gedruckt ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen bedruckten Substrats.
Allgemein liegen phasenveränderliche Tinten bei Umgebungstemperatur in der festen Phase vor, sind jedoch bei der erhöhten Betriebstemperatur einer Tintenstrahl-Druckvorrichtung flüssig. Tintenstrahltröpfchen in Flüssigphase werden bei der Betriebstemperatur von der Druckvorrichtung ausgeworfen, und wenn die Tintentröpfchen mit der Oberfläche des Druckmediums in Kontakt kommen, verfestigen sie sich schnell zur Bildung eines vorbestimmten Musters.
Phasenveränderliche Tinte ist bevorzugt, weil beim Versand, bei lang dauernder Lagerung etc. bei Raumtemperatur in fester Phase verbleibt. Auch sind die Probleme, die einer Düsenverstopfung durch Tintenverdunstung zugeordnet sind, weitgehend beseitigt, um hierdurch die Zuverlässigkeit des Tintenstrahldrucks zu verbessern. Weil sich ferner die Tintentröpfchen beim Kontakt mit dem Substrat schnell verfestigen, ist die Wanderung der Tinte entlang dem Druckmedium stark reduziert, und die Bildqualität ist besser. Die schnelle Verfestigung gestattet es, auf einer Vielzahl von Druckmedien Bilder mit hoher Qualität zu drucken.
Die anfänglichen herkömmlichen phasenveränderlichen Tinten für Tintenstrahldruck beinhalteten monochrome Tinten, die von elektrostatischen Druckvorrichtungen ausgespritzt wurden. Beispielsweise wird in der US 3,653,932 eine niedrig schmelzende Tinte (30 ºC bis 50 ºC) verwendet, die eine Tintenbasis mit Diestern von Sebacinsäure verwendet. Bei einem ähnlichen Verfahren beschreibt die US 3,715,219 eine weitere Tinte mit niedrigem Schmelzpunkt (30 ºC bis 60 ºC) mit auf Paraffin-Alkohol basierender Tinte. Wenn man jedoch beim Drucken auf ein Substrat phasenveränderliche Tinten mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet, zeigen diese Offset-Probleme; wenn nämlich die mit diesen Tinten bedruckten Substrate zur nachfolgenden Verwendung gestapelt und aufbewahrt werden, können sie aneinander festkleben, insbesondere wenn sie hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.
Das US-Patent Nr. 4,390,369 und das US-Patent Nr. 4,484,948 beschreiben Verfahren zum Herstellen monochromer phasenveränderlicher Tinten, unter Verwendung einer Naturwachs-Tintenbasis, wie etwa Japanwachs, Candelillawachs, Carnaubawachs etc., das bei einer Temperatur im Bereich zwischen 65 ºC und 75 ºC aus einer Einweg-Tintenstrahlvorrichtung gedruckt wird. In dem US-Patent Nr. 4,659,383 wird eine monochrome Tintenzusammensetzung mit einer Tintenbasis vorgeschlagen, die eine C20-24 Säure oder Alkohol, ein keton und einen Acrylharz-Plastifizierer enthält. Diese monochromen Tintenzusammensetzungen sind nicht haltbar und können im gedruckten Zustand bei Routinehandhabung und Faltung verschmieren.
In der japanischen Patentanmeldung 128,05,78 werden als Drucktinten aliphatische und aromatische Amide verwendet, die bei Raumtemperatur fest sind, wie etwa Acetamide. Die US-4,486,956 ist auf monochrome phasenveränderliche Tinten gerichtet, die synthetisches mikrokristallines Wachs (kohlenwasserstoffwachs) und mikrokristallines Polyethylenwachs verwenden. Diese geschmolzene Zusammensetzung läßt sich unter Verwendung von Einweg-Tintenstrahl-Auftragetechniken auf eine Vielzahl poröser und nicht-poröser Subs)trate auftragen.
Schließlich betreffen die EP 0187352 und EP 0206286 Farbtintenstrahldruck mit phasenveränderlicher Tinte. Die Tintenbasen für diese Systeme umfassen Fettsäuren, ein thermoplastisches Polyethylen und ein phasenveränderliches Material bei der ersten Auftragung; und den Alkoholanteil einer heißfixierenden Harzpaarung, ein Gemisch organischer Lösungsmittel (o- und p-Toluol-sulfonamid) sowie einen Farbstoff bei der zweiten Auftragung.
Im Stand der Technik gibt es verschiedene Hinweise auf die Handhabung von Bildem, die aus phasenveränderlichen Tinten gebildet sind, wobei diese Handhabung entweder während oder nach dem Druckprozeß statifindet. In der US 4,745,420 werden Tröpfchen aus phasenveränderliche Tinte auf ein Ziel ausgeworfen und durch Druckausübung ausgebreitet, um die Abdeckung zu vergrößern und das Tintenvolumen zu minimieren, das zum Auftragen auf die Oberfläche des Ziels erforderlich ist. Anders gesagt, es werden Flecken aus phasenveränderlicher Tinte, die anfänglich nicht das gesamte Ziel abdecken, durch Druckausübung über die gesamte Zieloberfläche ausgebreitet. In ähnlicher Weise wird bei der xerographischen Bildverschmelzung die Kontaktfläche zwischen dem Toner und dem Substrat wesentlich erhöht, indem man den Toner ausbreiten und ein wenig in das darunterliegende Substrat eindringen läßt, siehe "The Physics and Technology of Xerographic Processes" von Williams, veröffentlicht 1984 von J. Wiley & Sons. Die mechanischen Eigenschaften des Toners sind derart, daß dieser sich leicht plastisch verformt und fließt. Im Falle der phasenveränderlichen Tinte in der US 4,745,420 oder des xerographischen Toners erfolgt das Ausbreiten der Tinte oder des Toners über das Papier, um hierauf opake Buchstaben oder Muster zu bilden.
Obwohl die vorigen Druckschriften das Verschmelzen von Bildern zwischen einem Paar mechanisch belasteter Walzen bei Umgebungstemperatu ren beschreiben, benutzte man bei Toneranwendungen auch die Heißwalzen-Verschmelzung. Dies ist ein Verfahren, bei dem zwei Walzen (eine davon erhitzt) mechanisch zusammengedrückt und gedreht werden, um Wärme und Druck auf das Substrat zu übertragen. Typischerweise wird der Toner über seine Einfriertemperatur (T&sub9;) erwärmt, so daß er koaleszieren, fließen und in das Substrat eindringen kann. Der Walzdruck und die Kapillarwirkung erleichtern die Überdeckung (siehe "Trends and Advances in Dry Toner Fusing" von Dr. John. W. Trainer, Institute For Graphic Communication, Juni 1985).
Ein weiteres System zum Auftragen phasenveränderlicher Tinten nach der US 4,751,528 betrifft eine Tintenstrahlvorrichtung zur gesteuerten Verfestigung solcher Tinten, um das gesteuerte Eindringen in das Substrat zu unterstützen. Die Vorrichtung enthält eine Substrat tragende, thermisch leitfähige Platte und einen Heizer und eine thermoelektrische Kühlanordnung, die beide mit der Platte in Wärmeverbindung angeordnet sind.
Farbige Tinten für Tintenstrahldruck auflichtdurchlässigen Medien zum Darstellen von Farbbildern durch Overhead-Projektion (GB 2142579) sind schon lange ein Problem. Im Falle wäßriger Tinten müssen beispielsweise spezielle Beschichtungen auf dem lichtdurchlässigen Medium vorgesehen sein, um das Lösungsmittel zu absorbieren, so daß Bilder mit hoher Qualität erzeugt werden. Siehe US 4,503,111, US 4,547,405 und US 4,555,437. Obwohl keine besonderen Beschichtungen auf Aufnahmefolien erforderlich sind, die für phasenveränderlichen Tintenstrahldruck verwendet werden, wenn herkömmliche farbige phasenveränderliche Tinten auf transparente Substrate gedruckt werden, läßt sich das Bild nicht bei einem Overhead-Projektionssystem verwenden. Hierfür gibt es zwei Gründe. Erstens sind die Tinten selbst nicht transparent und lassen nicht den Großteil des Lichts durch, der auf diese auftrifft. Der zweite Grund ist in Figur 1 dargestellt. Tröpfchen aus phasenveränderlicher Tinte 12 haben die Neigung, auf dem Substrat 14 als Halbkugeln zu verfestigen, die Licht 1 von den Sammellinsen 18 des Projektionssystems auf einem nicht geradlinigen Weg wegbrechen, auch wenn die Tinte selbst optisch durchlässig ist. Somit ist das projezierte Bild nur im Kontrast sichtbar und die meisten Farben des Bildes erscheinen nicht. Daher wurden bislang zum Anzeigen von Farbbildern durch Overhead-Projektionstechniken im wesentlichen keine phasenveränderlichen Tinten benutzt.
Demzufolge besteht Bedarf nach Substraten, die mit phasenveränderlicher Tinte bedruckt sind, die Licht auf einem geradlinigen Weg durchläßt, so daß ein Bild projeziert werden kann, das intensive Farben mit vorbestimmtem Muster aus solcher phasenveränderlicher Tinte aufweist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Lichtdurchlässigkeitsprobleme zu überwinden, die bei phasenveränderlichen Tintenprodukten der oben beschriebenen herkömmlichen Systeme vorhanden sind, um insbesondere die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften eines Tintenstrahl-bedruckten Substrats zu verbessern. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines mit lichtdurchlässiger phasenveränderlicher Tinte bedruckten Substrats beschrieben, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, und dann Bedrucken zumindest einer Oberfläche des Substrats mit einem vorbestimmten Muster aus lichtdurchlässiger phasenveränderlicher Tinte, die zu Anfang Licht auf einem nicht geradlinigen Weg durchläßt. Das Muster der verfestigten phasenveränderlichen Tinte wird dann neu orientiert, um eine Tintenschicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke zu bilden. Diese Tintenschicht wird wiederum ein Bild erzeugen, welches dann das Licht auf einen im wesentlichen geradlinigen Weg durchläßt.
Das Substrat ist lichtdurchlässig, und die neu orientierte Tintenschicht zeigt einen hohen Helligkeits- und Farbsättigungsgrad und überträgt Licht auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg. Auf diese Weise läßt sich das Substrat in einer Projektionsvorrichtung verwenden, um ein Bild mit klaren gesättigten Farben zu projezieren.
Ferner läßt sich ein bevorzugtes Verfahren erzielen, um ein mit phasenveränderlicher Tinte bedrucktes Substrat neu zu orientieren. Zuerst wird ein Substrat bereitgestellt, das auf zumindest einer seiner Oberflächen ein Muster aus lichtdurchlässiger phasenverlnderlicher Tinte trägt, die Licht auf einem nicht geradlinigen Weg durchläßt. Dann wird in gesteuerter Weise auf dem Substrat aus dem phasenveränderlichen Tintenmuster eine Schicht aus phasenveränderlicher Tinte mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke gebildet, der Licht auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg durchläßt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus farbiger phasenveränderlicher Tinten auf der Oberfläche eines Substrats beginnt typischerweise mit der Bildung von farbiger phasenveränderlicher Tinte in der festen Phase. In der festen Phase wird dann die farbige phasenveränderliche Tinte auf ein Auftragemittel überführt. Die Betriebstemperatur des Auftragemittels wird dann auf einen Pegel angehoben, durch den eine flüssige Phase der phasenveränderlichen Tinte hervorgerufen wird. Das Substrat wird dann in enge Nachbarschaft zu dem Auftragemittel gebracht. Dann wird ein vorbestimmtes Muster von flüssigphasiger Tinte auf zumindest eine Oberfläche des Substrats aufgetragen. Die Temperatur der aufgetragenen Tinte wird dann gesenkt, um auf dem Substrat ein festphasiges Tintenmuster zu bilden. Schließlich wird das festphasige Tintenmuster neu orientiert, um eine Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke zu erzeugen, die Licht auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg durchläßt.
Insbesondere wird, wie in Figur 2 dargestellt, ein Substrat 14 bereitgestellt, auf deren zumindest einer Oberfläche in einem vorbestimmten Muster Tröpfchen aus lichtdurchlässiger phasenveränderlicher Tinte aufgetragen werden. Die Tröpfchen aus phasenveränderlicher Tinte, die nach dem Auftragen durch Abkühlung verfestigt werden, überträgt Licht auf einem im wesentlichen nicht geradlinigen Weg. Die phasenveränderlichen Tintentröpfchen werden dann durch die gesteuerte Bildung einer Schicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke neu orientiert, wie nachfolgend beschrieben, um eine Schicht oder einen Film 20 mit phasenveränderlicher Tinte zu erzeugen, die Licht auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg durchläßt. Weil das Substrat 14 ebenfalls lichtdurchlässig ist, hat somit das Substrat einen hohen Grad an Durchlässigkeit und Farbsättigung und überträgt den Lichtstrahl 10 auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg 22, um hierdurch ein projeziertes Bild mit klar sichtbaren intensiven Farben herzustellen, wenn die Lichtstrahlen durch eine Sammellinse 18 projeziert werden.
Die vorstehenden und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführung ersichtlich, die unter Hinweis auf die Zeichnungen folgt. In den Zeichnungen:
Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Übertragung von Lichtstrahlen von einer Lichtprojektionsquelle durch ein Substrat, welches Licht auf einem im wesentlichen nicht geradlinigen Weg durchläßt;
Figur 2 ist eine schematische Darstellung der Übertragung von Lichtstrahlen von einer Lichtprojektionsquelle durch ein Substrat, das Licht auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg durchläßt, und
Figur 3 ist eine perspektivische Darstellung eines Druck-Neuorientierungssystems.
Die Erfindung ist auf ein Substrat gerichtet, das ein aufgedrucktes Muster aus lichtdurchlässiger phasenveränderlicher Tinte aufweist, und auf Verfahren zur Herstellung von Substraten, auf denen Bilder hergestellt werden, die aus einer Tintenschicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke bestehen. Solche Schichten lassen das Licht dann auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg durch.
Die vorliegende phasenveränderliche Tintenzusammensetzung umfaßt die Kombination einer phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung und ein kompatibles Färbemittel. Die vorliegende phasenveränderliche Tinten-Trägerzusammensetzung umfaßt typischerweise ein Fettamid enthaltendes Material. Das Fettamid enthaltende Material der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt eine Tetraamid-Verbindung. Die bevorzugten Tetraamid-Verbindungen zum Herstellen einer phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung sind Tetraamide auf Dimersäu rebasis, die bevorzugt das Reaktionsprodukt einer Fettsäure, eines riamins (Ethylendiamin) und einer Dimersäure enthalten. Bei der Bildung der Tetraamide auf Dimersäurebasis werden bevorzugt Fettsäuren mit 10 bis 22 Kohlenstoffatomen verwendet. Diese Tetraamide auf Dimersäurebasis werden von Union Camp hergestellt und enthalten das Reaktionsprodukt von Ethylendiamin, Dimersäure und den folgenden Fettsäuren: Decansäure (Union Camp X3202-23), Myristinsäure (Union Camp X3202-56), Stearinsäure (Union Camp X3138-43, X3164-23, X3202-44, X3202-46, X3222-65, X3261-37, X3261-53 sowie X3290-72), Docosansäure (Union Camp X3202-36). Zum Zweck dieser Erfindung ist das am meisten bevorzugte Tetraamid auf Dimersäurebasis das Reaktionsprodukt von Dimersäure, Ethylendiamin und Stearinsäure in einem stöchiometrischen Verhältnis von 1:2:2. Stearinsäure ist der bevorzugte Fettsäurenreaktant, weil ihr Addukt mit Dimersäure und Ethylendiamin die niedrigste Viskosität der Tetraamide auf Dimersäurebasis hat. Deren Ingredientien sind auch am leichtesten verfügbar und verursachen daher die geringsten Kosten. Das Fettamid-enthaltende Material kann auch ein Monoamid aufweisen. In der Tat enthält im bevorzugten Fall die phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung sowohl eine Tetraamidverbindung als auch einen Monoamidverbindung. Die Monoamidverbindung enthält typischerweise entweder ein primäres oder sekundäres Monoamid, bevorzugt jedoch ein sekundäres Monoamid. Als primäres Monoamid läßt sich hierin Stearamid verwenden, wie etwa (Kemamide S, hergestellt von Witco Chemical Company. Was die sekundären Monoamide betrifft, sind Behenyl- Kemamide EX-672) alle hergestellt von Witco Chemical Company, besonders brauchbare Monoamide. Jedoch ist Stearylstearamid das Monoamid der Wahl bei der Herstellung der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
Ein anderer Weg zur Beschreibung der bevorzugten sekundären Monoamidverbindung dieser Erfindung ist die Strukturformel insbesondere liegt die sekundäre Monoamidverbindung als Verbindung vor, die durch die Strukturformel wiedergegeben ist:
CxHy-CO-NHCaHb
wobei:
x eine ganze Zahl von 5 bis 21 ist
y eine ganze Zahl von 11 bis 43 ist
a eine ganze Zahl von 6 bis 22 ist
b eine ganze Zahl von 13 bis 45 ist.
Die bevorzugten Fettamid-enthaltenden Verbindungen dieser Erfindung enthalten eine Mehrzahl von Fettamidmaterialien, die physikalisch miteinander kompatibel sind. Typischerweise hat die Trägerzusammensetzung einen im wesentlichen einzigen Schmelzpunktübergang, auch wenn eine Mehrzahl von Fettamid-enthaltenden Verbindungen verwendet werden, um die phasenveränderliche Tinten-Trägerzusammensetzung herzustellen. Der Schmelzpunkt der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung liegt bevorzugt bei zumindest etwa 70 ºC, besonders bevorzugt bei zumindest etwa 80 ºC, und am meisten bevorzugt bei zumindest etwa 85 ºC.
Die bevorzugte phasenveränderliche Tinten-Trägerzusammensetzung enthält ein Tetraamid und ein Monoamid. Das Gewichtsverhältnis des Tetraamids zum Monoamid beträgt im bevorzugten Fall von etwa 2:1 bis 1:10, und besonders bevorzugt von etwa 1:1 bis 1:3.
Um der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung mehr Flexibilität und Klebfähigkeit zu geben, läßt sich ein Klebrigmacher verwenden. Die bevorzugten Klebrigmacher sind jene, die mit Fettamid-enthaltenden Materialien kompatibel sind. Diese umfassen z.B. Foral 85, ein Glycerolester einer hydrogenierten Abietin(Harz)Säure, sowie Foral 105, ein Pentaerythritolester von Hydroabietin(Harz)Säure, beide hergestellt von Hercules Chemical Company; Nevtac 100 und Nevtac 80, synthetische Polyterpenharze, hergestellt von Neville Chemical Company; sowie Wingtack 86, ein modifiziertes synthetisches Polyterpenharz, hergestellt von Goodyear Chemical Company. Jedoch ist Foral 105 der Klebrigmacher der Wahl bei der Herstellung der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
Eine weitere Verbindung, die bei der Herstellung der vorliegenden phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung hinzugefügt werden kann, ist ein Plastifizierer, der in der Trägerzusammensetzung beigegeben wird, um deren Flexibilität zu erhöhen und deren Schmelzviskosität zu senken. Plastifizierer, die sich in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, beinhalten bevorzugt Dioctylphthalat, Diundecylphthalat, Alkylbenzylphthalat (Santicizer 278) sowie Triphenylphosphat, alle herg stellt von Monsanto Chemical Company; Tributoxyethylphosphat (KP-140), hergestellt von FMC Corporation; Dicyclohexylphthalat (Morflex 150), hergestellt von Morflex Chemical Company Inc.; sowie Trioctyltrimellitat, hergestellt von Kodak. Jedoch ist Santicizer 278 der Plastifizierer der Wahl bei der Herstellung der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
Der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung können andere Materialien hinzugefügt werden. Bei einer typischen chemischen Zusammensetzung für phasenveränderlichen Tinten werden Antioxidantien hinzugefügt, um eine Entfärbung der Trägerzusammensetzung zu verhindern. Die bevorzugten antioxidierenden Materialien können Irganox 1010, hergestellt von Ciba Geigy; sowie Naugard 76, Naugard 512 und Naugard 524, hergestellt von Uniroyal Chemical Company umfassen; das am meisten bevorzugte Antioxidans ist Naugard 524.
Im bevorzugten Fall umfaßt die phasenveränderliche Tinten-Trägerzusammensetzung ein Tetraamid und eine Monoamidverbindung, einen Klebrigmacher, einen Plastifizierer und ein viskositätsmodifizierendes Mittel. Die bevorzugten Zusammensetzungsbereiche dieser phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung sind wie folgt: von etwa 10 bis 50 Gewichtsprozent einer Tetraamidverbindung, von etwa 30 bis 80 Gewichtsprozent einer Monoamidverbindung, von etwa 0 bis 25 Gewichtsprozent eines Klebrigmachers, von etwa 0 bis 25 Gewichtsprozent eines Plastifizierers sowie von etwa 0 bis 10 Gewichtsprozent eines viskositätsmodifizierenden Mittels.
Wie zuvor gesagt, zeigt die vorliegende phasenveränderliche Tinte, die aus der phasenveränderlichen Tinten-Trägerzusammensetzung gebildet ist, ausgezeichnete physikalische Eigenschaften. Beispielsweise zeigt die vorliegende phasenveränderhohe Tinte, anders als herkömmliche phasenveränderliche Tinten, einen hohen Grad an Helligkeit, Farbsättigung und geradliniger Lichtdurchlässigkeit, wenn man ihn in einem dünnen Film mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke verwendet, so daß Farbbilder unter Verwendung von Overhead-Projektionstechniken wiedergegeben werden können. Eine weitere ausgezeichnete Eigenschaft des Tintenträgers ist, daß er sich nach dem Druck zu einer dünnen Folie neu orientieren läßt, ohne zu brechen oder Übertragung auf die Walzen, die typischerweise zur Neuorientierung verwendet werden.
Ein mit phasenveränderlicher Tinte bedrucktes Substrat wird typischerweise nach den Verfahren dieser Erfindung in einer Hochgeschwindigkeits-Tintenstrahl-Druckvorrichtung verwendet, wie etwa einem Einweg-Tintenstrahldrucker. Die phasenveränderliche Tinte wird auf zumindest eine Oberfläche des Substrats in Form eines vorbestimmten Musters verfestiger Tröpfchen aufgetragen. Beim Aufprall auf die Substratoberfläche benetzen die Tintentröpfchen, die im Flug im wesentlichen kugelförmig sind, das Substrat, erfahren eine Phasenänderung von flüssig zu fest und haften auf dem Substrat. Jeder Tropfen auf der Substratoberfläche ist in der Dicke ungleichmäßig und übertrgt Licht auf einem nicht geradlinigen Weg.
Das Muster verfestigter phasenveränderlicher Tintentröpfchen kann jedoch neu orientiert werden, um einen lichtdurchlässigen phasenveränderlichen Tintenfilm auf dem Substrat zu erzeugen, der einen hohen Grad an Helligkeit und Farbsättigung hat, wenn man dies mit einem Transmissionspektrophotometer mißt, und der Licht auf einen im wesentlichen geradlinigen Weg durchläßt. Der Neuorientierungsschritt beinhaltet die gesteuerte Bildung einer phasenveränderlichen Tintenschicht auf im wesentlichen gleichförmige Dicke. Nach der Neuorientierung überträgt die Schicht aus lichtdurchlässiger Tinte das Licht auf einem im wesentlichen geradlinigen Weg. Wenn das Substrat, auf das diese Schicht aufgetragen wird, ebenfalls lichtdurchlässig ist, läßt sich ein projeziertes Bildl mit klar sichtbaren intensiven Farben bilden, wenn ein Lichtstrahl durch das neu orientierte gedruckte Substrat projeziert wird.
Die Transmissionsspektren jeder in dieser Erfindung verwendeten phasenveränderlichen Tinte wurden mit einem im Handel erhältlichen Spektrophotometer untersucht, dem ACS Spektrosensor I1 entsprechend dem in ASTM E805 herausgestellten Meßverfahren (Standardpraxis instrumenteller Verfahren zu Farb- oder Farbunterschiedsmessungen von Materialien) unter Verwendung der vom Instrumentenhersteller gelieferten geeigneten Eichstandards. Zum Zwecke der Verifizierung und Quantifizierung der gesamten colorimetrischen Leistung dieser Erfindung wurden die Meßdaten über eine Dreibereich-Integration gemäß ASTM E308 reduziert (Standardverfahren zur Berechnung der Farben von Gegenständen unter Verwendung des CIE-Systems) zur Berechnung von 1976 CIE L* (Helligkeit), a* (Rotheit-Grünheit), sowie b* (Geibheit-Blauheit), (CIELAB)-Werte für jede phasenveränderliche Tintenprobe. Zusätzlich wurden die Werte für CIELAB psychometrische Farbsättigung, C*ab, sowie CIELAB psychometrischer Farbtonwinkel hab nach der Druckschrift CIE 15.2, Colorimetry (Second Edition, Central Bureau de la CIE, Wien, 1986) berechnet.
Anders als bei herkömmlichen phasenveränderlichen Tintenträgern sind die Eigenschaften der erfindungsgemäßen phasenveränderlichen Tintenträgerzusammensetzung derart, daß dünne Filme mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke einen relativen hohen L*-Wert zeigen. Beispielsweise hat ein im wesentlichen gleichmäßig dünner Film eine Dicke von etwa 20 Mikrometer der erfindungsgemäßen phasenveränderlichen Tintenträgerzusammensetzung bevorzugt einen L*-Wert von zumindest etwa 65, bevorzugt etwa 75 und am meisten bevorzugt zumindest etwa 85.
Die phasenveränderliche Tintenträgerzusammensetzung bildet durch Kombination mit einem Farbstoff eine Tinte. Bevorzugt wird eine subtraktive primär colorierte phasenveränderliche Tintenzusammensetzung gebildet durch kombination einer Tintenträgerzusammensetzung mit kompatiblen subtraktiven Primärfarbstoffen. Die subtraktiven primär colorierten phasenveränderlichen Farbstoffe dieser Erfindung enthalten vier Farbstoffkomponenten, nämlich Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. Bevorzugt umfassen die verwendeten subtraktiven Primärfarbstoffe Farbstoffe einer Klasse des Polonndex (C.I.), lösliche Farbstoffe oder Dispersionsfarbstoffe. Die Verwendung einiger C.I.-Basisfarbstoffe war auch im wesentlichen beim Erzeugen eines in situ vorliegenden löslichen Farbstoffs erfolgreich, durch Zugabe einer äquimolaren Menge von Natriumstearat mit dem Basisfarbstoff zu der phasenveränderlichen Tintenträgerzusammensetzung. Saure Farbstoffe und Direktfarbstoffe erwiesen sich ebenfalls in gewissem Maße als kompatibel.
Die hieraus gebildeten phasenveränderlichen Tinten haben, zusätzlich zu einem relativ hohen L*-Wert, einen relativ hohen C*ab-Wert, wenn man sie als dünne Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke nach Auftragung auf ein Substrat mißt. Eine neu orientierte Schicht der phasenveränderlichen Tintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung auf einem Substrat hat einen C*ab-Wert als im wesentlichen gleichförmig dünner Film einer Dicke von etwa 20 Mikrometer, von subtraktiven, primär gelb-, magenta- und cyanfarbi gen phasenveränderlichen Tintenzusammensetzungen; sie betragen bevorzugt zumindest etwa 40 für die gelbe Tintenzusammensetzung, zumindest etwa 65 für die Magenta-Tintenzusammensetzung und zumindest etwa 30 für die Cyan-Tintenzusammensetzung.
Herkömmliche phasenveränderliche Tinten zum Drucken auf Substrate haben ein sehr geringes Maß geradliniger Lichtdurchlässigkeit, auch als Schichten mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke, im Vergleich zu den Schichten aus phasenveränderlichen Tinten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Substrate aufgetragen werden. Ferner erhöht die Neuorientierung der vorliegenden, auf die Substrate gedruckten phasenveränderlichen Tinte wesentlich die Lichtdurchlässig keitseigenschaften der Farbschicht im Vergleich zu jener eines anderweitig bedruckten Substrats, das keine gleichmäßige Dicke hat und nicht neuorientiert wurde. Insbesondere beträgt der Anstieg des C*ab-Werts der jeweiligen subtraktiven primären Gelb-, Magenta- und Cyanfarben der neuorientierten Tintenschichten dieser Erfindung im Vergleich zum C*ab-Wert der subtraktiven primären Gelbfarbe der ursprünglichen Tintenschicht, die keine gleichmäßige Dicke hat und nicht neu orientiert wurde, zumindest 20 für die gelbe Farbe, zumindest 35 für die Magentafarbe und zumindest 15 für die Cyanfarbe.
Auch ist es wichtig, daß die schwarze phasenveränderliche Tintenkomponente eine minimale Lichtdurchlässigkeit hat, so daß deren optische Dichte maximiert ist. Demzufolge beträgt der L*-Wert eines im wesentlichen gleichmäßig dünnen Films einer Dicke von etwa 20 Mikrometer einer schwarzen phasenveränderlichen Tinte bevorzugt nicht mehr als etwa 35, bevorzugt nicht mehr als etwa 30, und besonders bevorzugt nicht mehr als 25.
Die verfestigten Tintentröpfchen lassen sich zu einer Schicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke formen, indem man Druck auf sie ausübt, oder durch eine Kombination von Wärme und Druck, oder durch Wärme allein. Im Fall der ausschließlichen Verwendung von Druck, beispielsweise durch Verwendung des in Figur 3 gezeigten Druckneuorientierungssystems, läßt sich das ursprünglich erzeugte Bild neu orientieren, indem man es durch ein Paar gegenüberliegender nicht erwärmter Walzen unter gesteuerten Druckbedingungen hindurchlaufen läßt. Auf diese Weise erzeugt man ein Substrat, in dem die vorliegende phasenveränderliche Tintenschicht eine Schicht mit im wesentlicher gleichförmiger Dicke aufweist. Insbesondere zeigt Figur 3 ein Druckneuorientierungssystem 30, bei dem zwei Walzen 32 und 34 jeweils in endseitigen Rahmen 36 drehgelagert sind, welche eine Lagerstütze für die Walzen 32 und 34 bilden. Die Walzen 32 und 34 drehen sich in die mit den Pfeilen 38 bezeichneten Richtungen. Ein Substrat 42 bewegt sich zwischen den Walzen 32, 34 in die mit Pfeil 44 bezeichnete Richtung. Der Druck dieser Walzen wird durch Bolzen 46 eingestellt, die jeweils den Druck entlang der Kontaktlinie des darin bewegenden Substrats erhöhen oder senken. Dieser Walzdruck wird so gehalten, daß die phasenveränderliche Tinte auf dem Substrat neu orientiert werden kann, um eine Schicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke zu erzeugen. Die Walze 32 ist bevorzugt eine Stahlkernwalze mit einer Nylon Außenflächenschicht. Die Walze 34 ist bevorzugt eine chrombeschichtete Stahlwalze.
Wenn eine der oben beschriebenen Walzen erwärmt wird, läßt sich auch eine kombinierte Wärme-Druck-Neuorientierung bewirken, die auch eine Tintenschicht mit im wesentlichen gleichförmiger Dicke auf dem Substrat erzeugt. Bei Verwendung von Wärme und Druck beträgt der zum Erzeugen einer gleichmäßigen Dicke erforderliche Druck weniger als der Druck allein.
Schließlich läßt sich ein nur-Erwärmungssystem vorsehen, indem man das Substrat nach dem Bedrucken über eine erwärmte Platte führt oder das bedruckte Substrat nach dem Druck einer Wärmestrahlungsquelle aussetzt. Die Wärmeneuorientierungssysteme lassen sich auch in Verbindung mit einem nachfolgenden Druckneuorientierungsschritt verwenden.
Das Substrat, auf welches die Tinte gedruckt ist, kann auch durchlässig sein, wie etwa Papier u.dgl., oder undurchlässig, wie etwa eine dünne transparente Folie, einschließlich Polyesterfolien u.dgl. Auf einem durchlässigen Substrat dringt während der Neuorientierung die phasenveränderliche Tinte dieser Erfindung in die Struktur des Substrats ein. Wenn beispielsweise das Substrat Papier ist, füllt die Tinte die Hohlräume zwischen den Papierfasern. Die Haltbarkeit des Druckbilds wird dann durch Erhöhen der Klebkontaktfläche der Tinte mit dem Papier erhöht, sowie durch die Tatsache, daß die Tinte in die Massenstruktur des Papiers eingedrungen ist.
Auf einem nicht durchlässigem Substrat, wie etwa einer Polymerfohe o.dgl., werden die Tröpfchen während der Neuorientierung derart verformt, daß die Oberfläche der Tinte im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrats verläuft. Wichtig ist dies für Overhead-Projektionen von Bildern unter Verwendung lichtdurchlässiger Substrate, wie etwa dünner Folien. Wenn die Außenfläche der Tinte parallel zu jener des Substrats verläuft, treten Lichtstrahlen geradlinig durch die Tinte, ohne gebrochen zu werden (siehe Figur 2). Die Haltbarkeit des bedruckten Substrats wird ebenfalls erhöht, teilweise wegen einer Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen der Tinte und dem Substrat.

BEISPIEL 1

Dieses Beispiel zeigt, daß man einen viel höheren Grad an geradliniger Lichtdurchlässigkeit (C*ab) und Helligkeit (L*) erzielt, wenn die vorliegende phasenveränderliche Tintenschicht auf ein Substrat gedruckt wird und dann nach den Lehren der vorliegenden Erfindung neu orientiert wird.
Feste phasenveränderliche Tintenblöcke der subtraktiven Primärfarben wurden wie folgt hergestellt: 56 Gramm Kemamide S-180 , 30 Gramm Unirez X37-523-235 (ein auf Dimersäure beruhendes Tetraamidmaterial, hergestellt von Union Camp und gebildet durch die Reaktion von einem Mol Dimersäure, zwei Mol Ethylendiamin und zwei Mol Stearinsäure), 10 Gramm Foral 105 , 4 Gramm Santicizer 278 und 1 Gramm lntratherm Yeliow 346 gelber Farbstoff (Crompton und Knowles, C.I. Disperse Yellow 328 ) wurden in ein 500 ml Becherglas gegeben und unter Rühren auf eine Temperatur von 150 ºC erhitzt. Nachdem eine homogene Lösung der Materialien erzielt war, wurde die geschmolzene Tinte durch einen erwärmten Trichter gefiltert, der ein feines poröses rostfreies Stahlgitternetz enthielt. Das Filtrat wurde in Formen gegossen, um aushärten zu können. Hergestellt wurden feste Tintenblöcke mit gelbem Farbstoff.
Der obige Prozeß wurde mit den anderen primären Farbstoffen wiederholt, die für Tintenstrahlfarbdruck erforderlich sind, wobei der gelbe Farbstoff wie folgt ersetzt wurde: 2 Gramm von Neptun Red Base NB 543 (BASF, C.I. Solvent Red 49 ) zum Herstellen magentafarbiger fester Tintenblöcke; 2,4 Gramm Neopen Blue FF- 4012 primäres Cyanfarbstoff (BASF, bisher keine Farbindexnummer zugeordnet) zum Herstellen cyanfarbiger fester Tintenblöcke; und 3,0 Gramm Lampronol Black BR schwarzer Farbstoff (ICI, C.I. Solvent Black 35 ) zum Herstellen fester schwarzer Tintenblöcke.
Eine Probe jeder der in Absatz (A) beschriebenen gelben, magentafarbigen, cyanfarbigen und schwarzen phasenveränderlichen Tintenblöcke wurde in Tintenreservoirs eines modifizierten Einwegstrahldruckers für phasenveränderlichen Tinten gegeben, und die Temperatur wurde auf einen Betriebspegel von 150 ºC erhöht. Der Drucker wurde dann durch ein mit 10.000 Impulsen/Sekunde arbeitenden piezoelektrischen Keramikscheibe betrieben und er hatte einen Tintendruckkopf, wie er in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. 07/215 126 des Anmelders dieser Erfindung beschrieben ist. Die oben in Absatz (A) beschriebenen gelben, magentafarbigen, cyanfarbigen und schwarzen phasenveränderlichen Tintenproben wurden auf lichtdurchlässige Polyestersubstrate mit einer Zuordnung von 180 Tröpfchen pro cm (300 Tröpfchen pro Inch) gedruckt. Die Proben wurden vor und nach Durchführung des Neuorientierungsvorgangs einem Transmissionsspektraltest unterzogen.
Die bedruckten Substrate, die eine Schichte aus verhärteten Tröpfchen aus phasenveränderlicher Tinte mit im wesentlichen nicht gleichmäßiger Dicke aufwiesen, wurden einem Neuorientierungsschritt unter Verwendung des oben beschriebenen Prozesses unterzogen, und unter Verwendung des in Figur 3 gezeigten Druckneuorientierungssystems. Insbesondere hatten die Walzen 32 und 34 einen Durchmesser von 4,32 cm (1,7") und waren 22,86 cm (9") lang. Die Walze 32 in Kontakt mit der bedruckten Seite des Substrats wurde aus einem Stahlkern hergestellt, der mit einer hochpolierten Schicht aus Nylon beschichtet war. Die Walze 34 war eine chrombeschichtete Stahlkonstruktion. Die Walzen wurden bei Umgebungstemperatur mit einer Kraft von 105 bis 175 N/cm (60 bis 100 pH) in Kontakt gehalten. Die Achsen der Walzen wurden relativ zueinander mit einem kleinen Winkel verschränkt, um eine gleichmäßigere Kraftverteilung entlang der Kontaktlinie der Walzen und dem bedruckten Substrat zu erzielen. Eine Walze wurde durch eine Motorund Getriebeanordnung drehend angetrieben. Das lichtdurchlässige Substrat war eine James River Graphics 9031-131 1 Folie.
Die Daten des Transmissionsspektraltests für jede Tintenfarbe auf dem ursprünglichen ("O") und dem neu orientierten ("R") bedruckten Substrat ist in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet (die Meßbedingungen waren: Beleuchtung C, Beobachtung 2 Grad, kleine Blickfläche, Spiegel vorhanden, Wellenlängenabstand 10 nm.) TABELLE 1
Die erfindungsgemäßen mit neu orientierten, subtraktiven, primär mit Cyan, Magenta und Gelb gefärbten Tinten bedruckten Substrate hatten einen außerordentlich hohen Grad an geradliniger Lichtdurchlässigkeit, was die hohen C*ab-Werte zeigen.
Ferner hatten die neu orientierten bedruckten Substrate einen wesentlich höheren Grad an geradliniger Lichtdurchlässigkeit als die gleichen Substrate vor dem Neuorientierungsschritt. Insbesondere zeigen die obigen Daten jeweils Anstiege der C*ab-Werte von etwa 17, 41 bzw. 23 für die primär subtraktiv bedruckten Substrate und Zunahme der vergleichbaren Größe für die sekundär subtraktiv bedruckten Substrate.

BEISPIEL 2

Die Abriebbeständigkeit der jeweils neu orientierten und ursprünglichen (nur bedruckten) Proben, die in der in BEISPIEL 1 beschriebenen Weise hergestellt wurden, wurden quantifiziert durch Messen der Differenz der optischen Dichte, die sich ergab, wenn man die bedruckten Flächen der Substrate mit einem Schleifrad bearbeitete, nämlich einem Tabor Schleifer. Verwendet wurde ein CS-10 Schleifrad mit 500 Gramm Gewicht über 10 Umläufe des Schleifrads. Der Abrieb bewirkte, daß die schwarz bedruckten Flächen heller wurden, d.h. weniger optisch dicht. Durch Messen der L*-Koordinate jeder Probe vor und nach dem Abrieb und durch Differenzbildung zwischen diesen Messungen wurde die Änderung der optischen Dichte quantifiziert. Eine positive Änderung der optischen Dichte zeigt, daß eine Probe während des Abriebzyklus heller wurde. Je kleiner die Änderung der optischen Dichte, desto widerstandsfähiger ist die Probe gegen Abrieb. Die durchschnittliche Änderung der optischen Dichte, erzeugt durch Abrieb mehrerer ursprünglicher und neu orientierter bedruckter lichtdurchlässiger Substratproben, betrug 14,67 für die ursprünglichen Proben und 1,34 für die neu orientierten Proben. Daher waren die neu orientierten bedruckten Substratproben sehr viel beständiger gegen die Wirkungen von Abriebkräften, d.h. sie waren bedeutend haltbarer als die ursprünglichen (nur bedruckten) Gegenproben.

BEISPIEL 3

Der Prozeß zum Herstellen eines bedruckten Substrats, wie er in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde wiederholt, außer daß eine der Druckwalzen erwärmt wurde. Dies reduzierte die Kraft, die von den Walzen ausgeübt werden mußte, um die phasenveränderliche Tinte neu zu orientieren. Die zur Demonstration dieser Kombination von Wärme und Druck verwendete Vorrichtung bestand aus einer Teflon beschichteten erwärmten Walze und einer mit Silikongummi beschichteten Druckwalze. Die gedruckten Bilder wurden durch die Walzen geführt, wobei die Tinte die Teflon Fläche berührte. Die Teflon beschichtete Walze wurde aus einem Aluminiumrohr hergestellt und von innen mit einer Infrarotlampe erwärmt. Die Temperatur der Teflon Oberfläche wurde über den Bereich von Raumtemperatur bis 80 ºC gesteuert. Die Walzen wurden mit einer Kraft von weniger als 35 N pro cm (20 Pfund pro Inch) der Länge in Kontakt gehalten.
Die Verbesserungen der Bildqualität einer repräsentativen Cyanprobe, die sich aus dieser Kombination von Wärme und Druck ergab, sind in der folgenden Tabelle 2 beschrieben. TABELLE 2
Das oben verwendete Zeichen markiert eine Handelsmarke und/oder einen Produktnamen, der zum Identifizieren eines Produkts dient.

Claims

1. Tintenstrahl-bedrucktes Substrat, welches ein lichtdurchlässiges Substrat (14) umfaßt, das auf einer Hauptfläche desselben eine gemusterte Schicht (20) aus lichtdurchlässiger verfestigter phasenveränderlicher Tinte trägt, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftragen der gemusterten Schicht auf das Substrat (14) die verfestigte phasenveränderliche Tinte derart neu orientiert wird, daß die gemusterte Schicht (20) eine im wesentlichen gleichförmige Dicke aufweist, um einen im wesentlichen geradlinigen Lichtübertragungsweg (22) durch die gemusterte Schicht (20) hindurch vorzusehen.

2. Substrat nach Anspruch 1, wobei die gemusterte Schicht (20) der phasenveränderlichen Tinte durch Einwirken von mechanischem Druck auf die Schicht neu orientiert wird.

3. Substrat nach Anspruch 2, wobei die gemusterte Schicht (20) aus phasenveränderlicher Tinte durch Einwirken von Wärme und mechanischem Druck auf die Schicht neu orientiert wird.

4. Substrat nach Anspruch 1, wobei die phasenveränderliche Tinte ein Fettamid-enthaltendes Material in Kombination mit einem kompatiblen Farbstoff enthält.

5. Substrat nach Anspruch 4, wobei das Fettamid-enthaltende Material eine Tetraamidverbindung und eine Monoamidverbindung enthält.

6. Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus Iichtdurchlässiger, phasenveränderlicher farbiger Tinte auf einer Hauptfläche eines lichtdurchlässigen Substrats (14), umfassend: Auftragen einer gemusterten Schicht (20) aus der verfestigten phasenveränderlichen Tinte auf die Hauptoberfläche des Substrats (14), dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftragen der gemusterten Schicht auf das Substrat (14) die verfestigte phasenveränderliche Tinte derart neu orientiert wird, daß die gemusterte Schicht (20) eine im wesentlichen gleichförmige Dicke aufweist, um einen im wesentlichen geradlinigen Lichtübertragungsweg (22) durch die gemusterte Schicht (20) hindurch vorzusehen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Schicht (20) aus phasenveränderlicher Tinte durch Einwirkung von mechanischem Druck auf die Schicht neu orientiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Schicht (20) aus phasenveränderlicher Tinte durch Einwirkung von Wärme und mechanischem Druck auf die Schicht neu orientiert wird.