DE69120772T2

DE69120772T2 - "Self-contained" Drucktinte, die viel Feststoff enthält

Info

Publication number: DE69120772T2
Application number: DE69120772T
Authority: DE
Inventors: Gary W Doll; Michael Seitz
Original assignee: Standard Register Co
Current assignee: Standard Register Co
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2011-10-01
Also published as: AU637521B2; DK0485064T3; EP0485064B1; JPH04266974A; CA2050550C; HK1006014A1; ES2089145T3; MX9101947A; NZ239556A; JPH0791497B2; DE69120772D1; US5102856A; EP0485064A1; ATE140188T1; CA2050550A1; AU8275291A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf Wasser basierende "self-contained"-Drucktinte (SC-Tinte), die viel Feststoff enthält, und das dazugehörige Herstellungsverfahren und weiter ein kohlefreies Kopierpapierblatt, auf dem Tinte aufgetragen wird.
Fachleuten ist bekannt, daß druckempfindliches Schreibpapier, besser bekannt als kohlefreies Kopierpapier, bei einer Reihe von Systemen nützlich ist. So erweist sich dieses kohlefreie Kopierpapier zum Beispiel bei Computerausdrucken und anderen Druckmarkierungsanwendungen, wo es vorteilhaft ist, die Notwendigkeit eines Schreibmaschinenbandes oder einer unabhängigen Tintenzufuhr zu eliminieren, als besonders nützlich. Weiter ist bekannt, daß solche Systeme mit kohlefreiem Kopierpapier durch Bildung einer Schicht von auf Druck platzenden Mikrokapseln, die eine Lösung an farblosem Farbstoffvorläufer auf der Rückseite des ersten Blattes eines kohlefreien Kopierpapiersets beinhalten, hergestellt werden. Diese beschichtete Rückseite wird als CBBeschichtung bezeichnet. Um ein Bild oder eine Kopie zu entwikkeln, muß die CB-Beschichtung mit einem Papier zusammengebracht werden, das auf seiner Vorderseite eine Beschichtung eines passenden Farbentwicklers, auch Farbstoffakzeptor genannt, enthält. Diese beschichtete vordere Farbentwicklerbeschichtung wird als CF-Beschichtung bezeichnet. Der Farbentwickler ist ein Material, das für gewöhnlich säurehaltig und imstande ist, die Farbe des Farbstoffes durch eine Reaktion mit dem Farbstoff-Vorläufer zu bilden.
Das Markieren des druckempfindlichen Schreibpapiers erfolgt durch Brechen der Kapseln in der CB-Beschichtung mit Hilfe von Druck, um ein Auslaufen der Farbstoff-Vorläuferlösung auf die Vorderseite des darunterliegenden dazugehörigen Blattes hervorzurufen. Der farblose oder leicht farbige Farbstoff, oder Farbstoff-Vorläufer, reagiert dann mit dem Farbentwickler in den Bereichen, in denen die Mikrokapseln mit dem Farbstoff zerbrochen wurden, und dabei die Farbmarkierung beeinflußten. Dieser Mechanismus für die Technik zur Herstellung von druckempfindlichem Schreibpapier ist allgemein bekannt. Zum Beispiel beschreibt DE-A-3151735 ein Mikrokapsel-Blatt, das mit einer Lösung beschichtet wurde, das ein in Mikrokapseln eingeschlossenes Elektron beinhaltet, welches einen Farbformer, ein Bindemittel, ein Schutzmittel und einen oberflächenaktiven Stoff abgibt. Weiter wird ein Rohpapierbogen beschrieben, der mit einem Farbentwickler beschichtet ist.
Weitere Entwicklungen auf diesem Gebiet haben gezeigt, daß Mikrokapseln, die den Farbstoff-Vorläufer und die nicht eingekapselte Farbstoffentwickler-Dispersion beinhalten, mit einer einzigen Beschichtung auf Papier oder eine andere Unterlage aufgetragen werden können. Die Herstellung von "self-contained" kohlefreiem Kopierpapier, das einen Farbentwickler, einen Farbstoff-Vorläufer und ein gemeinsames Lösemittel für jeden davon aufweist, das auf einer Oberfläche des Rohpapiers isoliert wird, ist bekannt. Beispiele solcher "self-contained" kohlefreien Kopierblätter sind in den U.S. Patenten Nr. 3.663.256, 3.672.935, 3.732.120, 3.732.141 beschrieben. Üblicherweise sind bei diesen Patenten einer oder beide Farbstoff-Vorläufer und der Farbentwickler eingekapselt und werden auf die Unterlage als einzelne oder getrennte Beschichtung aufgetragen. Diese Beschichtungen verwendeten ein auf Wasser basierendes Lösemittel über die gesamte Oberfläche der Unterlage.
Die in diesen Patenten beschriebenen Prozesse haben den Nachteil, daß nach dem Auftragen der auf Wasser basierenden Beschichtungszusammensetzung eine beträchtliche Menge an Wasser verdunstet werden muß, womit bedeutende Energieausgaben verbunden sind. Zudem erfordert die notwendige Trocknung einer solchen auf Wasser basierenden Beschichtungszusammensetzung die Verwendung einer komplexen und teuren Vorrichtung. Im speziellen sind bei der Beseitigung des Wassers zahlreiche Kontrollen für die Beschichtungs- und Trockenvorrichtung notwendig, um zu verhindern, daß das Blatt verzogen wird, sich einringelt oder kräuselt. Auch sind spezielle Papierbeschaffenheiten notwendig, um übermäßiges Durchdringen und Bahnrisse auf der Beschichtungsvorrichtung zu vermeiden. Das Ergebnis ist eine Beschichtungs- und Trockenvorrichtung und begleitende Einrichtungen, die teuer zu bauen und zu bedienen sind. Die Zentralisierung der Produktion - aufgrund hoher Kapitalkosten - führt auch zu Kostenineffizienz in der Form hohen Ausschusses und hoher Transportkosten. Alle diese Faktoren tragen zur Erhöhung der Kosten für das resultierende "self-contained"-Blatt bei.
Es ist auch bekannt, daß Beschichtungen, die viel Feststoff enthalten, dadurch erzielt werden können, daß ein flüssiges Lösemittel verwendet wird, das imstande ist, die farbbildenden Reaktionspartner aufzulösen, aber nicht in die farbbildende Reaktion in schädlicher Weise eingreift. Wie aus dem U.S. Patent Nr. 3.663.256 hervorgeht, ist es so, daß bei einem bestimmten Lösemittel, das in die farbbildende Reaktion eingreift oder die Farbstärke der Markierung verringert, das Losemittel ausreichend flüchtig sein sollte, um sicherzustellen, daß es vom Ort der Reaktion entfernt werden kann, nachdem es die farbbildenden Reaktionspartner in engen Kontakt gebracht hat. Die Dickflüssigkeit dieser festen Lösungen und die notwendigerweise flüchtigen Lösemittel, die darin verwendet werden, führen jedoch zu Druckproblemen und verursachen ein Anschwellen von Gummiplatten und -walzen. Weiter brauchen sie viel Energie und weisen aufgrund der flüchtigen Lösemittel potentielle Probleme im Bereich der Umweltverschmutzung auf.
Demzufolge wird im U.S. Patent Nr.4.337.968 vorgeschlagen, daß ein nicht flüchtiges organisches Lösemittel als teilweiser Ersatz für den Wasserträger verwendet wird. Darin wird festgehalten, daß in Verbindung mit einem säurehaltigen Farbentwickler wie Phenolharz, ein Fettalkohol, und einer amorphen in Fett löslichen Silika, das nicht flüchtige Lösemittel die Eigenschaften des beschichteten Films verbessert, da ein Rückstand an Lösemittel in der festgewordenen Gel-Struktur des dabei hergestellten schwammigen Farbentwickler-Filmes bleiben wird. Dieses Lösemittel mit hohem Siedepunkt, wie im abgeschiedenen Film festgehalten, neigt dazu, als Weichmacher zu wirken und dem abgeschiedenen Film Flexibilität zu geben, wobei übermäßiges Stauben während des folgenden Druckens und der Handhabung vermieden werden. Die Beimengung eines solchen nicht flüchtigen Lösemittels als Wasserersatz hat jedoch eine nachteilige Auswirkung auf die resultierende Bildstärke der getrockneten Beschichtung. Es wird angenommen, daß die herabgesetzte Bildstärke bei der viel Feststoff enthaltenden "self-contained"-Beschichtung auf die Verdünnung von farbbildenden Reaktionspartnern zurückzuführen ist, die durch die Beimengung des nicht flüchtigen Lösemittels hervorgerufen wird.
Auf diesem Gebiet ist auch die Verwendung von Bindemitteln zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften und der Unterlagsbindeeigenschaften von eingekapselten Beschichtungen bekannt. Die rheologischen Eigenschaften sind außerordentlich wichtig, wenn die Beschichtungen auf die Papierunterlage durch Tiefdruck oder Flexodruck aufgetragen werden, wie in den U.S. Patenten 3.016.308 oder 3.914.511 gezeigt. Im speziellen ist bekannt, daß der Prozentsatz an Feststoffen für eine auf Wasser beruhende flexographische "self-contained"-Beschichtung weit unter 50% (d. h. 38 - 42%) liegen muß, andernfalls sie für ein Auftragen zu zähflüssig ist. Bindemittel helfen bei der Verbesserung der Bedruckbarkeit von Beschichtungen mit viel Feststoffen und liefern weiter hohe innere Festigkeit innerhalb der getrockneten Beschichtung. Bindemittel verringern aber auch die Bildstärke durch die Bildung eines Films zwischen dem farblosen Farbstoff-Vorläufer und dem säurehaltigen Farbentwickler Weiter schafft die Wechselwirkung zwischen dem nicht flüchtigen Lösemittel und dem Bindemittel einen Hemmstoff für die farbbildenden Reaktionspartner und schließt so eine vollständige Reaktion zwischen den Reaktionspartnern aus.
Folglich bleibt auf diesem Gebiet der Bedarf an auf Wasser basierender "self-contained"-Drucktinte, die viel Feststoff enthält, die eine verbesserte Bildstärke aufweist, wenn sie auf eine Unterlage gedruckt wird, und über geeignete rheologische Eigenschaften für das Bedrucken von kohlefreiem Kopierpapier verfügt.
Dieser Bedarf wird durch die vorliegende Erfindung gedeckt, die eine auf Wasser basierende "self-contained"-Drucktinte (im folgenden SC-Tinte)mit viel Feststoff und ein kohlefreies Kopierblatt bereitstellt, das eine Unterlagsfläche umfaßt, auf dem die SC-Tinte aufgetragen wird. Die SC-Tinte der vorliegenden Erfindung resultiert aufgrund des hohen Feststoffgehaltes in einer verbesserten Bildstärke im Vergleich zu den traditionellen "selfcontained"-Drucktintenrezepturen. So wie hierin verwendet, bezieht sich Feststoffanteil auf eine "self-contained"-Drucktinte, die mindestens 50% Feststoffe bei Naßgewicht aufweist. Außerdem weist die vorliegende SC-Tinte geeignete rheologische Eigenschaften für das Drucken auf und stellt kohlefreies Kopierpapier her, das nicht in dem Ausmaß dem Problem des Ringelns und Verziehens unterworfen ist, wie dies bei früheren auf Wasser basierenden "self-contained"-Drucktinten der Fall war, und das weniger Energie beim Trocknen braucht.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine auf Wasser basierende "self-contained"-Drucktinte, die viel Feststoff enthält, geschaffen, umfassend eine wäßrige Lösung, die ein nicht flüchtiges Verdünnungsmittel beinhaltet, das als teilweiser Ersatz für Wasser in der Tinte wirkt, einen säurehaltigen Farbentwickler, Mikrokapseln, die einen Farbstoff-Vorläufer beinhalten, der imstande ist, mit dem säurehaltigen Farbentwickler zu reagieren, um eine Farbe zu bilden, ein Bindemittel, das die Bindung der Tinte zu der Unterlage verstärkt, und einen wasserlöslichen anionischen oberflächenaktiven Stoff, der ein stark anionisches Salz umfaßt, das mit dem Bindemittel in der nassen Tinte verträglich ist, aber sich nicht mit dem Bindemittel verträgt, wenn die Tinte getrocknet ist, und die wäßrige Lösung mindestens 50 Gewichtsprozent Feststoffe enthält.
Das nicht flüchtige Verdünnungsmittel wirkt als teilweiser Ersatz für das Wasser in der Tinte und vergrößert damit den Anteil an Feststoffen in der Tinte. Es befindet sich in der Tinte vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 40 Gewichtsprozent. Das Verdünnungsmittel sollte in Wasser löslich oder mit Wasser vermengbar sein und sollte die Zähigkeit der Tinte nicht unangemessen erhöhen. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird das nicht flüchtige Verdünnungsmittel von der Gruppe ausgewählt, die aus mehrwertigen Alkoholen wie Alpha-Methyl- Glucosid, Sorbit und Erythrit, Polyolen wie Polyoxyethylen-Glykolen, Amiden und Hamstoffen wie Dimethyl-Harnstoff besteht.
Der säurehaltige Farbentwickler kann von den auf diesem Gebiet bekannten und bislang verwendeten Zusammensetzungen wie Zinksalicylat, Azetylphenolharz, salicylsäureveränderte Phenolharze, Zinkphenolharze und Novolak-Phenolharze ausgewählt werden. Es ist in der Tinte vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 10 - 60 Gewichtsprozent vorhanden.
In bezug auf die Mikrokapseln, die den Farbstoff-Vorläufer beinhalten, kann der Farbstoff-Vorläufer von den vielen farblosen oder nur leicht farbigen Zusammensetzungen ausgewählt werden, die bislang auf diesem Gebiet verwendet worden sind. Eine bevorzugte Gruppe von Farbstoff-Vorläufer-Zusamrnensetzungen schließt Triphenylmethane, Diphenylmethane, Leukofarbstoffe, Xanthen-Verbindungen, Thiazin-Verbindungen und Spiropyran- Verbindungen ein. Der Farbstoff-Vorläufer wird vorzugsweise in einem öligen Lösemittel wie Alkylatnaphthalin, Alkylatdiphenyl, chlorierten Diphenylen, Diphenylmethanen, Diphenylethanen und Alkylphthalaten aufgelöst. Bei der Drucktinte mit viel Feststoff der vorliegenden Erfindung sind die Mikrokapseln, die Farbstoff- Vorläufer beinhalten, in einer Menge von ungefähr 10-60 Gewichtsprozent vorzufinden.
Die Mikrokapseln, die Öl und Farbstoff-Vorläufer beinhalten, können durch jedes der auf diesem Gebiet bekannten Verfahren hergestellt werden, solange die Mikrokapseln stark genug sind, um dem Druck zu widerstehen, der mit flexographischen oder Offset-Tiefdrucktechniken verbunden ist, ohne daß es zu vorzeitigem Aufplatzen kommt. Das bevorzugte Verfahren der Mikroeinkapselung ist in dem U.S. Patent Nr.4.889.877, Seitz, beschrieben, und es wird darauf hinsichtlich einer vollständigeren Behandlung davon hingewiesen.
Das Vorhandensein eines Bindemittels in der SC-Tinte verbessert die rheologischen Eigenschaften der Tinte für eine bessere Bedruckbarkeit. Zudem unterstützt das Bindemittel die gute Haftung der SC-Tinte auf der Unterlage und fördert eine hohe innere Stärke innerhalb der gedruckten Tinte. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist das Bindemittel in einer Menge von ungefähr 1-9 Gewichtsprozent vorhanden und kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Stärke, Kasein, Polyvinyl-Alkohol, Polyvinylpyrrolidin, Carboxyl-Styrol-Butadien Kautschuk und Mischungen davon besteht. Schließlich schließt die SC-Tinte der vorliegenden Erfindung auch einen wasserlöslichen anionischen oberflächenaktiven Stoff ein, der mit dem Bindemittel verträglich ist, wenn die Tinte naß ist, aber nicht mit dem Bindemittel verträglich ist, wenn die Tinte getrocknet ist. Ein geeigneter oberflächenaktiver Stoff (Netzmittel) kann von der Klasse der Alkali-Metallsalze von aliphatischen, aromatischen und alkylsubstituierten aromatischen Sulfosäuren ausgewählt werden. Bevorzugt werden Natrium- und Kalisalze von alkyl-substituierten aromatischen Sulfosäuren. Ein bevorzugter wasserlöslicher oberflächenaktiver Stoff für diese Verwendung ist Natriumalkylnaphthalinsulfon. Vorzugsweise ist der wasserlösliche oberflächenaktive Stoff in der Tinte in einer Menge von ungefähr 0,1-3,0 Gewichtsprozent vorhanden.
Es ist die Verwendung dieses wasserlöslichen oberflächenaktiven Stoffes der vorliegenden Erfindung, der zu einer Tinte führt, die negative rheologische Eigenschaften wie hohe Zähigkeit vermeidet, die bei auf Wasser basierenden "self-contained"-Drucktinten mit hohem Feststoffgehalt des bekannten Stands der Technik, die ein Bindematerial einschließen, auftritt. Eine bevorzugte Verbindung von wasserlöslichem, oberflächenaktivern Stoff und Bindemittel ist die Verwendung eines Polyvinylpyrrolidin-Bindemittels in einer Bandbreite von 1 bis 9 % des Trockengewichtes und Natriumalkylnaphthalinsulfon in einer Bandbreite von 0,1 bis 3% des Trockengewichtes. Das Natriumalkylnaphthalinsulfon verringert die filmbildenden Tendenzen des Polyvinylpyrrolidin- Bindemittels mit dem Farbentwickler und greift dennoch nicht in die Funktion des Bindemittels in der nassen Tinte ein. Infolgedessen zeigt das fertige kohlefreie Kopierpapier eine verbesserte Bildstärke im Vergleich zu anderem kohlefreiem Kopierpapier, bei dem Tintenrezepturen mit hohem Feststoffanteil verwendet werden.
Ein wunschweiser Bestandteil der vorliegenden "self-contained"-Drucktinte, die viel Feststoff enthält, ist ein Füllmaterial in einer Bandbreite von 0 bis 30% des Trockengewichtes. Das Füllmaterial kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Aluminiumsilikaten, Kalziumkarbonaten, Wachs, Polyethylen und Mischungen daraus besteht. Das in der Praxis für die vorliegende Erfindung am bevorzugtesten verwendete Füllmaterial ist Polyethylen.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein "self-contained" kohlefreies Kopierblatt, das eine Unterlagsfläche und eine Beschichtung darauf umfaßt, wobei die Beschichtung folgendes umfaßt: ein nicht flüchtiges Verdünnungsmittel, das als teilweiser Ersatz für Wasser in der nassen Beschichtung wirkt, einen säurehaltigen Farbentwickler, Mikrokapseln, die einen Farbstoff-Vorläufer enthalten, der imstande ist, mit dem säurehaltigen Farbentwickler zu reagieren, um eine Farbe zu bilden, ein Bindemittel, das die Haftung der Beschichtung auf dem Auflageblatt verstärkt und einen wasserlöslichen anionischen oberflächenaktiven Stoff, der ein stark anionisches Salz umfaßt, das mit dem Bindemittel verträglich ist, wenn die Beschichtung naß ist, aber mit dem Bindemittel unverträglich ist, wenn die Beschichtung trocken geworden ist.
Demzufolge ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine SC-Tinte mit hohem Feststoffanteil zu schaffen, die unter Verwendung herkömmlicher Drucktechniken und eines kohlefreien Kopierpapierblattes, das mit einer solchen Drucktinte beschichtet ist, auf eine Unterlage aufgetragen werden kann. Dieses und andere Ziele, Merkmale und die damit verbundenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten auf diesem Gebiet durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der im Anhang genannten Patentansprüche deutlich werden.
In einer bevorzugten Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung kann die wäßrige "self-contained"-Drucktinte (SC-Tinte), die viel Feststoff enthält, dazu verwendet werden, unter Verwendung einfacher flexographischer oder Offset-Tiefdrucktechniken "self-contained" kohlefreie Kopierblätter herzustellen. Das bevorzugte Verfahren für das Auftragen der Drucktinte ist der Offset-Tiefdruck, dies wegen seiner Fähigkeit, eine gleichmäßige Beschichtung bei beständigem Beschichtungsgewicht durchführen zu können.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines nicht flüchtigen Verdünnungsmittels als teilweiser Ersatz für den Wassertrager in der SC-Tinte. Das ermöglicht die Entwicklung einer Tinte, die einen Feststoffanteil von mindestens 50% aufweist, bedeutend größer als jener von Tinten des bekannten Stands der Technik. Die Eigenschaften, die das nicht flüchtige Verdünnungsmittel vorzugsweise aufweisen sollte, schließen folgendes ein: eine Wasserlöslichkeit von 33%, ein relativ geringes Molekulargewicht, um eine niedrige, d.h. 50 nPa.s (50 cps) Zähigkeitslösung bereitzustellen, nicht hygroskopisch (oder nur leicht hygroskopisch) und fähig, zu einem nicht klebrigen Zustand getrocknet zu werden, einen Dampfdruck von weniger als 0,1 mmHg aufweist, um Umweltbeschränkungen zu vermeiden und die Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten.
Eine bevorzugte Gruppe von Zusammensetzungen für das nicht flüchtige Verdünnungsmittel sind rnehrwertige Alkohole wie Alphamethylglucosid. Alphamethylglucosid ist eine festes Material, das löslich ist und als Flüssigkeit wirkt, wenn es in eine wäßrige, "self-contained"-Drucktinte aufgenommen wird. Es hat einen relativ hohen (85,5% bei 25ºC) Punkt für die Neigung zur Wasseraufnahme. Als Ergebnis weist eine Unterlagsfläche wie z. B. eine Papierunterlage, die mit einem mehrwertigen Alkohol beschichtet ist, minimale Tendenzen für das Ringeln und/oder Verziehen von Papier auf. Andere mehrwertige Alkohole, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Sorbit, Pentaerythrit, Glycerol, Saccharose, Trirnethylolethan und Trimethylolpropan ein. Andere nicht flüchtige Verdünnungsmittel können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus rnehrwertigen Alkoholen, Amiden oder Hamstoffen wie Dimethylharnstoff und Dimethylhydantoinformaldehydharz bestehen. Die Menge des in der "self-contained"-Drucktinte verwendeten Verdünnungsmittels bewegt sich vorzugsweise zwischen 15 bis 40 Gewichtsprozent.
Der säurehaltige Farbentwickler kann jede Art von Farbentwickler sein, der wasserdispersionsfähig ist und als säurehaltiger Bildgestalter dient, der eine Farbe herstellt, wenn er mit einem Farbstoff-Vorläufer verbunden ist. Bevorzugt werden Phenolharze und Zinksalicylate, wobei Phenolharz am bevorzugtesten verwendet wird. Die Menge des in der Tintenrezeptur enthaltenen Farbentwicklers bewegt sich vorzugsweise zwischen 10 und 60 Gewichtsprozent.
Ein bevorzugtes Phenolharz für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist das Phenolformaldehydnovolakharz. Es können entweder sogenannte normale Novolakharze oder zinkreagierende Novolakharze verwendet werden. Harze, die mit anderen geeigneten Kationen reagieren, um die Reaktionsfähigkeit zu verbessern, können auch verwendet werden. Beispiele für zinkreagierende Novolakharze und andere Metallkationen, die zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit von Novolakharzen verwendet werden können, sind z.B. im U.S. Patent Nr.3.372.120 beschrieben. Anstatt zinkreagierend zu sein, kann das Novolakharz mit einem getrennten Zinksalz vorhanden sein, wie im U.S. Patent Nr. 3.723.156 beschrieben.
Somit wird die farbherstellende Funktionalität des Phenolharzes entscheidend verbessert, wenn es entweder in Verbindung mit einem Zinksalz oder in einer Form vorhanden ist, die tatsächlich mit einer Zinkverbindung reagiert, um ein Zinkharz herzustellen. Wenngleich der Begriff Zink verwendet wird, weil dies das bevorzugte Kation ist, können auch andere Metallkationen verwendet werden, wie Kadmium (III), Zirkonium (II), Kobalt (II), Strontium (II), Aluminium (III), Kupfer (III) und Zinn (II). Während Wasser, das nicht flüchtige Verdünnungsmittel, und der säurehaltige Farbentwickler Hauptbestandteile in der wäßrigen, "self-contained"-Drucktinte mit hohem Feststoffanteil der vorhegenden Erfindung umfassen, schließen andere wichtige Bestand teile ein Bindemittel und einen wasserlöslichen oberflächenaktiven Stoff (Bindegegner) ein, der mit dem Bindemittel verträglich ist, wenn dieses in einem nassen Zustand in der Tinte ist, aber mit dem Bindemittel unverträglich ist, wenn die Tinte trocken wurde, nachdem sie auf die Unterlage gedruckt worden ist.
Bindemittel werden verwendet, um das Haften der SC-Tinte auf der Unterlagsfläche zu verbessern, damit die Beschichtung auf dem kohlefreien Kopierpapierblatt nicht so leicht "abstaubt". Übermäßige Mengen an Bindemittel haben jedoch Auswirkungen auf die Bildherstellungsfähigkeit des Farbentwicklers und verringern daher die Bildstärke durch das Bilden eines Films zwischen dem farblosen Farbstoff und dem säurehaltigen Farbentwickler.
Allgemein können bekannte wäßrige Bindemittel wie Stärke, Kasein, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Carboxylstyrolbutadienkautschuk (SBR) und Mischungen davon verwendet werden. PVP, das nicht biologischer Zersetzung unterliegt und eine hohe Lagerfähigkeit aufweist, ist das bevorzugte Bindemittel für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung. In der "self-contained"-Drucktinte, die viel Feststoff enthält, können Bindemittel, wie z. B. PVP, zwischen 1 bis 9 Gewichtsprozent vorhanden sein.
Bei der SC-Tinte der vorliegenden Erfindung ist auch das Beimengen eines wasserlöslichen oberflächenaktiven Stoffes wichtig, der mit dem Bindemittel in einem nassen Zustand in der SC- Tinte verträglich ist, aber der mit dem Bindemittel unverträglich ist, wenn die Tinte trocken wurde, nachdem sie auf die Unterlage gedruckt worden ist. Der wasserlösliche oberflächenaktive Stoff ist auch zur Verbesserung der rheologischen Eigenschaften der Tinte nützlich, indem die höhere Zähigkeit verringert wird, die von der Verwendung eines Bindematerials resultiert.
Der wasserlösliche oberflächenaktive Stoff verringert nicht nur die negativen filmbildenden Eigenschaften (die die farbbildende Reaktion hemmen können, die auf der bedruckten Unterlage stattfinden soll) des Bindemittels in der trockenen Tinte, sondern ermöglicht zusätzlich dem vorhin genannten Bindemittel, seine Funktion im nassen Zustand dadurch zu erfüllen, daß es sich in der auf Wasser basierenden Tinte auflöst. Wenn die SC-Tinte aber auf der Unterlagsfläche trocknet, kristallisiert der wasserlösliche oberflächenaktive Stoff und ist daher mit dem Bindematerial im Trockenzustand nicht verträglich. Das Endergebnis der Einbindung dieses wasserlöslichen oberflächenaktiven Stoffes in die Tintenrezeptur ist eine verbesserte Bildstärke auf der bedruckten Unterlage, ohne daß es zu einem unangemessenen Anstieg bei der Zähigkeit der Tinte in der nassen Druckphase kommt.
Der wasserlösliche oberflächenaktive Stoff ist üblicherweise ein stark anionisches Salz, das aus der Gruppe der Alkalimetallsalze der alkylaromatischen Sulfonsäuren gewählt wird. Wenn das bevorzugte Bindematerial, nämlich Polyvinylpyrrolidon (PVP), verwendet wird, ist der damit verbundene bevorzugte wasserlösliche oberflächenaktive Stoff Natriumalkylnaphthalinsulfon, vorzugsweise in einer Bandbreite von ungefähr 0,1 bis 3% des Trokkengewichtes. Die Verwendung von Natriumalkylnaphthalinsulfon mit PVP resultiert in einer Verringerung der Zähigkeit, die mit dem Bindematerial (PVP) in der nassen Tinte in Zusammenhang steht, erlaubt jedoch dem PVP, seine Funktion bei der Verbesserung der Haftung der SC-Tinte auf der Unterlagsfläche auszuführen.
Schließlich kann als ein fakultativer Bestandteil der SC- Tinte ein Füllmaterial verwendet werden. Der Füllbestandteil kann gewichtsmäßig bis zu 30% der SC-Tinte der vorliegenden Erfindung ausmachen. Es sollte jedoch beachtet werden, daß die Füllmaterialien, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, im wesentlichen sowohl in der Tinte wie auch auf dem kohlefreien Kopierpapierblatt chemisch wirkungslos sind und ihre Verwendung daher wunschweise ist. Füllmaterialien werden einfach dazu verwendet, Masse zur SC-Tinte hinzuzufügen und die Handhabung und Druckeigenschaften der Tinte zu verbessern. Zu den Füllmaterialien, die verwendet werden können, zählen Aluminiumsilikate (Lehm), Kalziumcarbonate und andere Zusätze wie Wachs oder Polyethylenemulsionen und verschiedene Mischungen davon.
Wie auf diesem Fachgebiet üblich, werden geringe Mengen (bis zu 5 Gewichtsprozent) anderer verschiedener Bestandteile der SC-Tinte hinzugefügt. Zu diesen Bestandteilen kann eine Base wie Natriumhydroxyd, Natriumtetraborat (Borax) und ähnliches zählen. Ebenso kann für den Fall, daß - wie oben erwähnt - die Lagerfähigkeit durch biologische Zersetzung beeinträchtigt wird, eine solche schwache Base hinzugefügt werden, um die SC-Tinte druckbarer zu machen.
In der bevorzugten Ausführungsform schließt die SC-Tinte der vorliegenden Erfindung ölhaltige Mikrokapseln ein, die relativ stark sind, sodaß sie dem Druck widerstehen können, der bei flexographischen oder Offset-Tiefdrucktechniken auftritt, ohne daß es zu verfrühtem Bruch kommt. Diese Mikrokapseln sind vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 10 bis 60 Gewichtsprozent der SC-Tinte vorhanden.
Das bevorzugte Verfahren für die Mikroeinkapselung ist jenes, das im U.S. Patent Nr.4.889.877 beschrieben ist. Andere Zwischenflächenpolymerisationen, Zwischenflächen-Vernetzungsverfahren oder irgendein anderes bekanntes Verfahren zur Mikroeinkapselung können jedoch auch verwendet werden. Wie im U.S. Patent Nr.4.889.877 beschrieben, wird eine Öllösung eines Farbstoff-Vorläufers in einem Öllösemittel, die einen Vernetzungsstoff aufweist, in eine wäßrige Lösung von Kasein oder einem anderen Polyanion aufgeschwemmt, das unter Verwendung einer schwachen .Base aufgelöst wurde. Ein Polyamin, vorzugsweise mit einer Funktionalität von 3 oder höher, und vorzugsweise mit einem Molekulargewicht von weniger als 1200, wird vor oder nach der Emulgierung hinzugefügt.
Das bevorzugte Polyamin weist vorzugsweise auch zumindest einen aktiven Wasserstoff auf, der zumindest bei zwei der drei Aminogruppen verfügbar ist. Beispiele geeigneter Polyamine sind Diethylentriamin, Bis(hexamethylen)triamin, Polyoxypropylentriamine, Polyoxypropylenpolyamine und Aminepoxidaddukte (hydroxyalkyl-substituierte Polyamine).
Das Polyanion und Polyamin bilden ein mehrteiliges oder Polysalz, das als Reaktionspartner für den Vernetzungsstoff dient. Der Vernetzungsstoff ist dann der Reaktionspartner, der mit beiden Segrnenten der Polyamin-Polyanion-Zusammensetzung gleichzeitig reagiert oder mit dem Polyamin-Segment und dabei bewirkt, daß gleichzeitig das Polyanion-Segment abgeschieden wird, oder durch beide Mechanismen. Beispiele für geeignete Vernetzungsstoff-Reaktionspartner sind Polyisocyanate, Polysäurechloride, Polyanhydride, Polyepoxide, Polychloroformate oder Polyaldehyde. Man fand heraus, daß der Vernetzungsstoff beim System der vorliegenden Erfindung am besten funktioniert, wenn er eine Funktionalität von mindestens 3 enthält.
Isocyanate, die für diesen Zweck geeignet sind, sind Polyisocyanate und Polyisocyanatvorpolymere. Der Begriff "Polyisocyanate" schließt Polyisocyanate und Polyisothiocyanate mit ein. Beispiele für geeignete oleophile Polyisocyanate schließen Diisocyanate wie m-Phenylendiisocyanate, p-Phenyldiisocyanat, 2,6-Tolylen diisocyanat, 2,4-Tolylendiisocyanate, Naphthalin-1,4-diisocyanat, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanate,3,3'-Dimethoxy-4,4'-biphenyldiisocyanate,3,3'-Dimethyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanate, Xylylen- 1,4-diisocyanat, Xylylen- 1,3-diisocyanat, 4,4'-Diphenylpropandiisocyanat, Trimethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Propylen-1,2-diisocyanat, Butylen-1,2-diisocyanat, Ethylidendiisocyanat, Cyclohexylen-1,2-diisocyanat, Cyclohexylen-1,4-diisocyanate, Xylylen-1,4-diisothiocyanat, Ethylidendiisothiocyanat, Hexamethylendiisocanat usw. ein. Triisocyanate wie z.B. 4,4',4"-Triphenylmethantriisocyanat, Toluol-2,4,6-triisocyanat usw. und Tetraisocyanate wie 4,4'-Dimethyldiphenylmethan, 2,2',5,5'-Tetraisocyanat usw. Besonders bevorzugt sind das Zusatzprodukt Hexamethylen-Diisocyanat und Hexantriol, das Zusatzprodukt 2,4-Toluoldiisocyanat mit Pyrocatechin, das Zusatzprodukt Toluoldiisocyanat mit Hexantriol, das Zusatzprodukt Toluoldiisocyanat mit Trimethylolpropan, das Zusatzprodukt Tetramethylxylendiisocyanat mit Trimethylolpropan, das Zusatzprodukt Hexamethylendiisocyanat mit Trimethylolpropan, oder geeignete Polyisocyanate analog zu den genannten Zusammensetzungen, oder Methylen (Polyphenylisocyanate).
Andere verwendbare modifizierte Isocyanate sind solche, die auf Hexamethylen-1,6-diisocyanat, m-Xylylendiisocyanat, 4,4'-Diisocyanat-dicyclohexylmethan und Isophorondiisocyanat basieren, die mindestens zwei funktionelle Isocyanatgruppen pro Molekül enthalten. Polyisocynate, die auf Derivaten von Hexamethylen-1,6- diisocynat beruhen, die eine Biuretstruktur aufweisen, wie im U.S. Patent Nr.4.051.165 beschrieben, oder eine Isocyanurat-Struktur aufweisen, sind auch mit eingeschlossen.
Die Öllösung, in die der Reaktionspartner aufgelöst wird, beinhaltet vorzugsweise ein Öllösemittel wie irgendeines der Farbstoff-Vorläufer-Lösemittel, die normalerweiser in "self-contained"-Systemen verwendet werden. Geeignete Materialien schließen Alkylatnaphthaline, Alkylatbiphenyle, chlorierte Diphenyle, Diphenylmethane und -ethane, Alkylphthalate und dergleichen ein. Weitere Öllösemittel-Materialien, die eingesetzt werden können, schließen die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstofföle wie Kerosin, Leichtbenzin, Naphtha, Xylen, Toluol und dergleichen ein. Ebenso können bei der SC-Tinte typische Farbstoff- Vorläufer verwendet werden. Dazu zählen Triphenylmethan- und Diphenylmethan-Verbindungen, zu denen die bekannten Leukofarbstoffe, Xanthen-Verbindungen, Thiazin-Verbindungen, Spiropyran-Verbindungen und dergleichen gehören.
Die SC-Tinte der vorliegenden Erfindung kann ohne weiteres auf eine Unterlagsfläche wie beispielsweise eine Papierunterlage, Verbindungs- oder Grundlagenholz, das ein Gewicht von ungefähr 45 gm/m² bis 120 gm/m² aufweist, oder einen Plastikfilm wie z.B. Polyesterfilm aufgetragen werden, und zwar unter Verwendung herkömmlicher Druckausrüstung für Tiefdruck- oder flexographischen Druck. Das bevorzugte Verfahren zum Auftragen der SC-Tinte ist, wie oben erwähnt, der Offset-Tiefdruck, aufgrund der Fähigkeit, ein gleichmäßig geringes Schichtgewicht von weniger als 3 gm/m² aufzutragen.
Bei niedrigen Druckgeschwindigkeiten lufttrocknet die SC- Tinte der vorliegenden Erfindung bei Umgebungstemperatur. Bei höheren Druckgeschwindigkeiten, d. h. bei mehr als 60 m/Minute (200 Fuß pro Minute), können Infrarotheizer, ein kleiner Zusatzheißlufttrockner oder Heizrollen verwendet werden, um die beschichtete Unterlagsfläche zu trocknen. Im Handel erhältliche Einheiten können zu den bestehenden Druckpressen hinzugefügt werden, ohne größere Umbauten der Druckpresse erforderlich zu machen.
Damit die Erfindung besser verstanden werden kann, wird auf die folgenden Beispiele hingewiesen, die dazu dienen sollen, die Erfindung zu veranschaulichen, aber nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu verstehen sind.

Beispiel 1

Durch Umrühren wurden die folgenden Materialien miteinander vermischt, um eine sofort verwendbare, durch stabile Lagerfähigkeit gekennzeichnete, wäßrige "self-contained"-Drucktinte, die viel Feststoff enthält, herzustellen. Trockenteile Gewichtsanteile Naßteile Gewichtsanteile Kapselaufschlämmung¹ Phenoldispersion² Mehrwertiger Alkohol³ Polyethylenemulsion&sup4; Nichtverträglicher wasserlöslicher oberflächenaktiver Stoff&sup5; Bindematerial&sup6; Gesamt % Feststoffe Gesamt Aktive Phenole Gesamt Farbstoffinhalt #2 LVT Zähigkeit 3 RPM's ¹ Ölhaltige Mikrokapseln, die einen Farbstoff-Vorläufer beinhalten, hergestellt gemäß den Inhalten des U.S. Patents 4.889.877. ² HRJ 4002 Harz (Warenzeichen) von Schenectady Chemicals, Inc.
³ StaMeg 104 (Warenzeichen) von Horrizon Chemical Div. von A.E. Staley Mfg. Co.
&sup4; Michern Emulsion 32535 (Warenzeichen) von Michelman Inc.
&sup5; Nekal BX-78 (Warenzeichen) von GAF Chemicals Corp.
6 PVP-K30 (Warenzeichen) von GAF Chemicals Corp.
Den Fachleuten auf diesem Gebiet wird klar sein, daß verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den im Anhang angegebenen Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Wäßrige, "self-contained"-Drucktinte, die viel Feststoff enthält, folgendes umfassend:

eine wäßrige Lösung, die ein nicht flüchtiges Verdünnungsmittel enthält, das als teilweiser Ersatz für Wasser in der Tinte wirkt, einen säurehaltigen Farbentwickler, Mikrokapseln, die einen Farbstoff-Vorläufer enthalten, der imstande ist, mit dem säurehaltigen Farbentwickler zu reagieren, um eine Farbe zu bilden, ein Bindematerial, das die Haftung der Tinte auf der Unterlage fördert, und einen wasserlöslichen anionischen oberflächenaktiven Stoff, der ein stark anionisches Salz umfaßt, das mit dem Bindemittel in der Tinte verträglich ist, wenn die Tinte naß ist, aber mit dem Bindemittel nicht verträglich ist, wenn die Tinte trocken ist, und die wäßrige Lösung mindestens 50 Gewichtsprozent Feststoffe enthält.

2. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 1, wobei das nicht flüchtige Verdünnungsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus mehrwertigen Alkoholen, Polyolen, Amiden und Hamstoffen besteht.

3. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 1, wobei der säurehaltige Farbentwickler aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Zinksalicylat, Azetylphenolharzen, salicylic-säuremodifizierten Phenolharzen, Zinkphenolharzen und Novolakphenolharzen besteht.

4. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel aus der Gruppe gewählt wird, die aus Stärke, Kasein, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon und Carboxylstyrenbutadienkautschuk und Mischungen davon besteht.

5. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 1, wobei der wasserlösliche anionische oberflächenaktive Stoff Natriumalkylnaphthalinsulfon ist.

6. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 1, wobei die wäßrige Lösung auch ein Füllmaterial einschließt.

7. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 8, wobei das Füllmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminiumsilikaten, Kalziumkarbonaten, Wachs, Polyethylen und Mischungen davon besteht.

8. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 7, wobei das Füllmaterial Polyethylen ist.

9. "Self-contained"-Drucktinte nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff-Vorläufer aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Triphenylmethanen, Diphenylmethanen, Leukofarbstoffen, Xanthen-Verbindungen, Thiazin-Verbindungen und Spiropyran-Verbindungen besteht.

10. "Self-contained" kohlefreies Kopierblatt, das eine Unterlagsfläche umfaßt und eine Beschichtung darauf, wobei die Beschichtung folgendes umfaßt:

ein nicht flüchtiges Verdünnungsmittel, das als teilweiser Ersatz für Wasser in der Beschichtung wirkt, wenn diese naß ist einen säurehaltigen Farbentwickler, Mikrokapseln, die einen Farbstoff-Vorläufer enthalten, der imstande ist, mit dem säurehaltigen Farbentwickler zu reagieren, um eine Farbe zu bilden, ein Bindemittel, das die Haftung der Beschichtung auf der Unterlagsfläche fördert, und einen wasserlöslichen anionischen oberflächenaktiven Stoff, der ein stark anionisches Salz umfaßt, das mit dem Bindemittel verträglich ist, wenn die Beschichtung naß ist, aber mit dem Bindemittel unverträglich ist, wenn die Beschichtung trocken geworden ist.