DE69727979T2

DE69727979T2 - Bedruckbares Thermodruckmaterial

Info

Publication number: DE69727979T2
Application number: DE69727979T
Authority: DE
Inventors: Francis Joseph Kronzer
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Neenah Inc
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: DE69703320T2; DE69727979D1; EP0987120B1; US6113725A; DE29724429U1; JPH1086599A; EP0820874B1; ES2214804T3; CA2209704A1; JP2007320320A; DE69703320D1; EP0820874A1; EP0987120A1; US6200668B1; ES2151211T3; US5798179A; CA2209704C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermodruckmaterial, wie ein Thermodruckpapier.
In den letzten Jahren hat sich eine bedeutende Industrie entwickelt, die das Aufbringen von Mustern, Botschaften, Illustrationen und dergleichen nach Wahl des Kunden (gemeinsam nachfolgend als "vom Kunden gewählte Graphiken" bezeichnet) auf Kleidungsartikel, wie T-Shirts, Sweatshirts und dergleichen beinhaltet. Diese vom Kunden gewählten Graphiken sind für gewöhnlich im Handel erhältliche Produkte, die auf diesen bestimmten Endgebrauch zugeschnitten sind und auf ein Trenn- oder Übertragungspapier gedruckt werden. Sie werden durch Wärme und Druck auf den Bekleidungsartikel aufgebracht, wonach das Trenn- oder Übertragungspapier entfernt wird.
Einige Bemühungen waren darauf gerichtet, den Kunden die Gelegenheit zu bieten, eigene Graphiken für das Aufbringen auf ein Bekleidungsstück zu erstellen. Das Erstellen solcher Graphiken kann die Verwendung von Farbstiften mit sich bringen, die aus einem wärmeübertragbaren Material sind. Solche Stifte wurden in Form eines Ausrüstungssatzes zur Verfügung gestellt, der auch ein nicht spezifiziertes Thermodruckblatt enthält, das Konturen eines Musters aufweist. In einer Abänderung des Ausrüstungssatzes ist das übertragbare Muster aus einem Durchschlagpapier eines Thermodruckblattes und einem rückseitigen oder anzuhebenden Kopierblatt gebildet mit einer durch Druck übertragbaren Beschichtung aus wärmeübertragbarem Material darauf. Wenn auf der Vorderseite des Übertragungsblattes mit dem Druck eines Zeicheninstrumentes das Muster oder Kunstwerk gebildet wird, entsteht durch Druckübertragung von dem Kopierblatt ein wärmeübertragbares, spiegelbildliches Muster auf der Rückseite des Übertragungsblattes. Das wärmeübertragbare Spiegelbild kann dann auf ein T-Shirt oder einen anderen Artikel durch Thermodruck aufgebracht werden.
Die Bildung persönlicher, kreativer Muster oder Bilder auf einem Stoff, wie einem T-Shirt oder dergleichen, durch die Verwendung eines Personal-Computersystems wurde in Dokument WO90/00473 beschrieben. Das Verfahren beinhaltet die elektronische Erzeugung eines Bildes, die elektronische Übertragung des Bildes zu einem Drucker, das Drucken des Bildes mit Hilfe des Druckers auf eine Vorderseite eines Übertragungsblattes, das eine End- oder Oberbeschichtung aufweist, die im Wesentlichen aus Singapore Dammar Resin besteht, das Anordnen der Vorderseite des Übertragungsblattes auf dem Stoff, und das Aufbringen von Energie auf die Rückseite des Übertragungsblattes zur Übertragung des Bildes auf den Stoff. Das Übertragungsblatt kann jedes im Handel erhältliche Übertragungsblatt sein, dessen wärmeübertragbare Beschichtung mit einem Überzug aus Singapore Dammar Resin überzogen wurde. Es wurde auch die Verwendung von Schleifpartikeln in der Beschichtung mit Singapore Dammar Resin beschrieben. Die Schleifpartikel dienen zur Verstärkung der Aufnahmefähigkeit des Übertragungsblattes für verschiedene Tinten und Stifte auf Wachsbasis.
WO 91/06433 offenbart ein Thermodruckblatt, das eine flexible Auflage, eine übertragbare thermoplastische Lage, die für Druck- und/oder Schreibmittel aufnahmefähig ist und an den Materialien haften kann, welche die Oberfläche des Produktes bilden und eine Trennkomponente umfasst, die in der flexiblen Auflage enthalten oder in Form einer Zwischenlage vorhanden ist, die sich zwischen der Auflage und der übertragbaren Lage befindet.
Es sind verbesserte Thermodruckpapiere mit einer verstärkten Aufnahmefähigkeit für Bilder, die mit Stiften auf Wachsbasis gebildet wurden, Thermodruckerbänder und Impaktband- oder Matrixdrucker offenbart worden. Zum Beispiel hat ein Basisblatt aus Cellulose eine bildaufnehmende Beschichtung, die von etwa 15 bis etwa 80 Gewichtsprozent eines folienbildenden Bindemittels und von etwa 85 bis etwa 20 Gewichtsprozent eines pulverförmigen Polymers enthält, das aus Partikeln mit Durchmessern von etwa 2 bis etwa 50 μm (Mikrometer) besteht. Das Bindemittel ist für gewöhnlich ein Latex. Als Alternative hat ein Basisblatt aus Cellulose eine bildaufnehmende Beschichtung, die für gewöhnlich durch Schmelzextrusion oder durch Laminieren einer Folie auf das Basisblatt gebildet wird. Die Oberfläche der Beschichtung oder Folie wird dann aufgeraut, indem das beschichtete Basisblatt zum Beispiel durch eine Prägewalze geleitet wird.
WO 95/08419 offenbart eine durch Wärme aktivierte Applikation mit einer oberen, thermoplastischen, elastomeren Lage, die durch einen thermoplastischen Klebstoff an ein Stoffsubstrat gebunden ist.
Einige Bemühungen waren auch auf die grundsätzliche Verbesserung der Übertragung eines bildtragenden Laminats auf ein Substrat gerichtet. Zum Beispiel wurde ein verbessertes Trennmittel beschrieben, bei dem sich bei der Übertragung das Trennmittel von einem Träger löst und eine Schutzbeschichtung über dem übertragenen Bild bildet. Das Trennmittel wird als Lösung aufgetragen und enthält ein Montanwachs, einen Harzester oder Kohlenwasserstoffharz, ein Lösemittel und ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit geringem Vinylacetatgehalt.
Weitere Bemühungen waren auf die Verbesserung der Adhäsion des übertragenen Laminats an porösen, halbporösen oder nichtporösen Materialien sowie auf die Entwicklung einer gleichförmigen Übertragungsschicht gerichtet, welche die Verwendung der Schmelzübertragungsbahn zur Übertragung von Bildern auf unebene Oberflächen ermöglicht.
GB-A-2243332 offenbart ein Verfahren zum Drucken eines Bildes auf einem bildaufnehmenden Element, umfassend die Schritte der Übertragung eines Bildes auf ein Übertragungsblatt, das eine Klebstoffschicht vom Heißschmelztyp umfasst, zur Bereitstellung eines Druckblattes, und der Rückübertragung des Tintenbildes und des Klebstoffes vom Heißschmelztyp auf das bildaufnehmende Element, indem das Übertragungsblatt erwärmt angepresst wird, wodurch ein endgültiger Druck auf dem aufnehmenden Element bereitgestellt wird.
US-A-4322467 offenbart ein Abziehbild, das eine Unterlagsschicht, eine darauf abgelegte Trennschicht und wenigstens eine Schicht umfasst, welche aus wärmebearbeitbarer, geschmolzener, thermoplastischer Tinte besteht, welche über der Trennschicht abgelegt ist, wobei die thermoplastische Tinte aus einem geschmolzenen Zustand in zumindest einen teilweise verfestigten Zustand wärmebearbeitet wird, bevor sie auf der Trennschicht abgelegt wird, und eine Druckempfindlichkeit bei einer Temperatur aufweist, die unter jener liegt bei welcher die Tinte wärmebearbeitbar wird.
Schließlich kann festgehalten werden, dass es eine große Anzahl von Entgegenhaltungen gibt, die sich auf Thermodruckpapiere beziehen. Die meisten von ihnen betreffen Materialien, die einen Farbstoff und/oder eine Farbstoffübertragungsschicht enthalten oder auf andere weise mit sich bringen, eine Technik, die sich von jener der vorliegenden Erfindung deutlich unterscheidet.
Trotz der Verbesserungen bei Thermodruckpapieren erfordern alle die Entfernung des Träger- oder Basisblattes von dem Material, auf welches ein Bild übertragen wurde, während das Träger- oder Basisblatt noch warm ist. Diese Anforderung führt zu einzigartigen Problemen, wenn eine Übertragung mit einem Handbügeleisen versucht wird sowohl wegen der ungleichmäßigen Erwärmung, die für Bügeln von Hand charakteristisch ist, als auch wegen der Abkühlung zuvor gebügelter Abschnitte des Übertragungsmaterials. Folglich bietet sich eine Gelegenheit für ein verbessertes Thermodruckpapier, das die Entfernung des Träger- oder Basisblattes nach dessen Abkühlen ermöglicht, d. h., ein bedruckbares Thermodruckpapier mit Kalttrenneigenschaften. Es besteht auch ein Bedarf für ein solches Papier, das tintenstrahlbedruckbar ist.
Die vorliegende Erfindung versucht, die oben besprochenen Probleme zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch das bedruckbare Thermodruckmaterial gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und durch das tintenstrahlbedruckbare Thermodruckmaterial gemäß dem abhängigen Anspruch 2 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor.
Die vorliegende Erfindung behandelt einige der zuvor besprochenen Schwierigkeiten und Probleme durch die Bereitstellung eines bedruckbaren Thermodruckmaterials mit Kalttrenneigenschaften, wobei das Material eine flexible erste Lage mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche aufweist. Die erste Lage ist eine Folie oder eine Cellulosevliesstoffbahn. Eine zweite Lage liegt über der ersten Oberfläche der ersten Lage und umfasst ein thermoplastisches Polymer, welches bei Thermodrucktemperaturen (z. B. 177 Grad Celsius oder °C) im Wesentlichen keine Klebrigkeit aufweist, einen Löslichkeitsparameter von wenigstens 19 (Mpa)^1/2 und eine Glasübergangstemperatur oder T_g von wenigstens 0°C hat. Das thermoplastische Polymer, das die zweite Lage umfasst, ist ein Hartacrylpolymer oder Poly(vinylacetat). Eine fünfte Lage liegt über der zweiten Lage, und eine dritte Lage liegt über der fünften Lage und enthält ein thermoplastisches Polymer, das in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt.
Zum Beispiel kann die erste Lage eine Cellulosevliesstoffbahn sein. Die Cellulosevliesstoffbahn kann zum Beispiel ein lateximprägniertes Papier sein. Als anderes Beispiel kann das thermoplastische Polymer, das in der zweiten Lage enthalten ist, eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 25°C haben. Als weiteres Beispiel kann die dritte Lage ein folienbildendes Bindemittel enthalten, wobei das Bindemittel ein pulverförmiges thermoplastisches Polymer enthalten kann. Zusätzlich kann die zweite Lage auch eine wirksame Menge eines ablösungsfördernden Additivs, wie ein bivalentes Metallionensalz einer Fettsäure, ein Polyethylenglycol oder eine Mischung daraus enthalten. Das ablösungsfördernde Additiv kann zum Beispiel Calciumstearat, ein Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 2.000 bis 100.000 oder eine Mischung davon sein.
Nach Wunsch kann eine vierte Lage über der dritten Lage liegen, um ein tintenstrahlbedruckbares Thermodruckmaterial bereitzustellen. Die vierte Lage enthält für gewöhnlich ein folienbildendes Bindemittel und ein pulverförmiges, thermoplastisches Polymer, von denen jedes in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt. Die fünfte Lage enthält ein folienbildendes Bindemittel, das wie oben beschrieben, in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt. Das erhaltene tintenstrahlbedruckbare Thermodruckmaterial besitzt Kalttrenneigenschaften.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff "bedruckbar" die Anordnung eines Bildes auf einem Material durch ein beliebiges Mittel, wie zum Beispiel durch Direkt- und Offsettiefdrucker, Siebdruck, Schreibmaschinen, Laserdrucker, Matrixdrucker und Tintenstrahldrucker, zur Veranschaulichung, beinhalten. Des Weiteren kann die Bildzusammensetzung jede beliebige aus den Tinten oder den anderen Zusammensetzungen sein, die für gewöhnlich in Druckverfahren verwendet werden.
Der Begriff "tintenstrahlbedruckbar" bezieht sich auf die Erzeugung eines Bildes auf einem Material, z. B. Papier, durch einen Tintenstrahldrucker. In einem Tintenstrahldrucker wird Tinte durch eine winzige Düse (oder eine Reihe von Düsen) zur Bildung von Tröpfchen gedrückt. Die Tröpfchen können elektrostatisch geladen sein und zu einer entgegengesetzt geladenen Walze hinter dem Papier gezogen werden. Durch elektrisch gesteuerte Ablenkplatten können die Flugbahnen der Tröpfchen so gesteuert werden, dass sie auf der gewünschten Stelle auf dem Papier auftreffen. Unbenutzte Tröpfchen werden von dem Papier in einen Behäl ter zur Wiederverwendung abgelenkt. In einem anderen Verfahren werden die Tröpfchen nach Bedarf aus winzigen Tintenbehältern durch Erwärmung ausgestoßen und bilden Blasen, wenn der Druckkopf das Papier abtastet.
Der Begriff "Molekulargewicht" bezeichnet im Allgemeinen ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts, wenn nicht eine andere Bedeutung klar aus dem Zusammenhang hervorgeht, oder der Begriff sich nicht auf ein Polymer bezieht. Seit langem wird davon ausgegangen und angenommen, dass die Einheit für das Molekulargewicht die Atommasseneinheit ist, die manchmal als "Dalton" bezeichnet wird. Folglich sind Einheiten in der gängigen Literatur selten angegeben. Unter Beibehaltung dieser Praxis werden hierin daher keine Einheiten für Molekulargewichte angegeben.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Cellulosevliesstoffbahn" jede Bahn oder jedes blattförmige Material umfassen, das wenigstens 50 Gewichtsprozent Cellulosefasern enthält. Zusätzlich zu Cellulosefasern kann die Bahn andere natürliche Fasern, synthetische Fasern oder Mischungen daraus enthalten. Cellulosevliesstoffbahnen können durch Luftablegen oder Nassablegen relativ kurzer Fasern zur Bildung einer Bahn oder eines Blattes hergestellt werden. Somit umfasst der Begriff Vliesstoffbahnen, die aus einem Papierfaserstoff hergestellt sind. Ein solcher Faserstoff kann nur Cellulosefasern oder eine Mischung aus Cellulosefasern mit anderen natürlichen Fasern und/oder synthetischen Fasern enthalten. Der Faserstoff kann auch Additive und andere Materialien, wie Füllmittel, z. B. Ton und Titandioxid, oberflächenaktive Substanzen, Entschäumungsmittel und dergleichen enthalten, wie in der Papierherstellungstechnik allgemein bekannt ist.
Der Begriff "Hartacrylpolymer", wie hierin verwendet, soll jedes Acrylpolymer bezeichnen, das für gewöhnlich eine Glasübergangstemperatur T_g von wenigstens 0°C aufweist. Zum Beispiel kann die T_g wenigstens 25°C betragen. Als anderes Beispiel kann die T_g in einem Bereich von 25°C bis 100°C liegen. Ein Hartacrylpolymer ist für gewöhnlich ein Polymer, das durch Additionspolymerisation einer Mischung aus Acrylat- oder Methacrylatestern oder beiden gebildet wird. Der Esteranteil dieser Monomere können C₁-C₆-Alkylgruppen sein, wie zum Beispiel Methyl-, Ethyl- und Butylgruppen. Methylester verleihen für gewöhnlich "harte" Eigenschaften, während andere Ester für gewöhnlich "weiche" Eigenschaften verleihen. Die Begriffe "hart" und "weich" werden qualitativ zur Bezeichnung der Härte bei Raumtemperatur bzw. der Flexibilität bei geringer Temperatur verwendet. Weiche Latexpolymere. haben im Allgemeinen Glasübergangstemperaturen unter 0°C. Diese Polymere fließen zu leicht und neigen dazu, sich an den Stoff zu binden, wenn Wärme und Druck für die Übertragung verwendet werden. Die weniger harten, leichter zu verformenden Hartpolymere erfordern im Allgemeinen Füllmittel, um die Beschichtung ausreichend zu härten. Somit steht die Glasübergangstemperatur in ziemlich guter Beziehung zu der Polymerhärte.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "Kalttrenneigenschaften", dass, sobald ein Bild auf ein Substrat, wie einen Stoff, übertragen wurde, das Unterlags- oder Trägerblatt (die erste Lage in der vorliegenden Erfindung) leicht und sauber von dem Substrat entfernt werden kann, nachdem das Thermodruckmaterial auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist. Das heißt, nach dem Abkühlen kann das Unterlags- oder Trägerblatt von dem Substrat, auf welches ein Bild übertragen wurde, abgezogen werden, ohne der Entfernung zu widerstehen, ohne Bildteile auf dem Trägerblatt zu hinterlassen oder Mängel in der übertragenen Bildbeschichtung zu verursachen.
Wie zuvor festgehalten wurde, stellt die vorliegende Erfindung ein bedruckbares Thermodruckmaterial mit Kalttrenneigenschaften bereit. Das bedruckbare Thermodruckmaterial enthält eine flexible erste Lage mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche. Die flexible erste Lage dient als Basis- oder Unterlagsblatt. Die flexible erste Lage ist eine Folie oder eine Cellulosevliesstoffbahn. Außer Flexibilität sollte die erste Lage auch eine ausreichende Festigkeit aufweisen für die Handhabung, Beschichtung, Bahnenbildung und andere Vorgänge, die mit ihrer Herstellung zusammenhängen, und zur Entfernung nach der Übertragung eines Bildes. Beispielsweise kann die erste Lage ein Papier sein, wie jenes, das allgemein in der Herstellung von Thermodruckpapieren verwendet wird.
In einigen Ausführungsbeispielen ist die erste Lage ein lateximprägniertes Papier. Nur zur Veranschaulichung kann das lateximprägnierte Papier ein Löschpapierblatt aus Zellstofffasern oder Alpha-Zellstofffasern sein, das mit einem reaktionsfähigen Acrylpolymerlatex, wie Rhoplex^® B-15 (Rohm und Haas Company, Philadelphia, Pennsylvania) imprägniert ist. Falls gewünscht, kann jedoch jeder aus einer Reihe anderer Latizes verwendet werden, von welchen einige Beispiele in der Tabelle A unten zusammengefasst sind.
Tabelle A Geeignete Latizes zur Imprägnierung der ersten Lage
Die imprägnierende Dispersion wird für gewöhnlich Ton und ein Trübungsmittel, wie Titandioxid, enthalten. Beispielhafte Mengen dieser beiden Materialien sind 16 Teile bzw. 4 Teile pro 100 Teilen Polymer auf einer Trockengewichtsbasis. Nur als Beispiel kann die erste Lage ein Flächengewicht von 50 g/m² (13,3 lbs/1300 ft²) vor der Imprägnierung aufweisen.
Das imprägnierte Papier kann im Allgemeinen ein Imprägnierungsmittel auf einer Trockengewichtsbasis in einem Bereich von etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent enthalten, obwohl in einigen Fällen höhere Werte des Imprägnierungsmittels im Papier geeignet sein können. Zur Veranschaulichung kann das Papier 18 Teile imprägnierende Feststoffe pro 100 Teilen Faser, auf das Gewicht bezogen, enthalten und kann ein Flächengewicht von 58 g/m² (15,6 lbs/1300 ft²), beide auf Trockengewichtsbasis, aufweisen. Eine geeignete Dicke ist 97 ± 8 μm (Mikrometer) (3,8 ± 0,3 mil).
Außer der Imprägnierung mit Polymerdispersionen wie oben beschrieben, kann das Papier auch mit einer Lösung oder Dispersion von Polymeren imprägniert sein, die vollständig oder teilweise, z. B. in heißem Wasser, löslich sind. Zum Beispiel kann das Papier mit einer pigmenthaltigen Poly(vinylalkohol)-Lösung imprägniert sein. Zu weiteren löslichen Polymeren zählen, nur zur Veranschaulichung, Styrol-Maleinsäureanhydrid-Copolymere (basenlöslich), Stärke, Polyvinylpyrrolidon und Carboxyethylcellulose.
Die erste Lage wird einfach durch Verfahren hergestellt, die dem Durchschnittsfachmann gut bekannt sind. Zusätzlich sind auch Papierimprägnierungstechniken dem Durchschnittsfachmann gut bekannt. Für gewöhnlich wird ein Papier einem Überschuss an imprägnierender Dispersion ausgesetzt, durch einen Walzenspalt geleitet und getrocknet.
Eine zweite oder Trennlage liegt über der ersten Oberfläche der ersten Lage. Die zweite Lage umfasst ein thermoplastisches Polymer, das im Wesentlichen keine Klebrigkeit bei Übertragungstemperaturen (z. B. 177°C), einen Löslichkeitsparameter von wenigstens 19 (Mpa)^1/2 und eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 0°C aufweist. Wie hierin verwendet, bedeutet die Phrase "im Wesentlichen keine Klebrigkeit bei Übertragungstemperaturen aufweisen", dass die zweite Lage nicht an der fünften Lage in einem Maße klebt, das ausreicht, die Qualität des übertragenen Bildes nachteilig zu beeinflussen. Das thermoplastische Polymer ist ein Hartacrylpolymer oder Poly(vinylacetat). Zum Beispiel kann das thermoplastische Polymer eine Glasübergangstemperatur (T_g) von wenigstens 25°C aufweisen. Als ein anderes Beispiel kann die T_g in einem Bereich von 25°C bis 100°C liegen. Beispiele für geeignete Polymere umfassen die Acrylpolymere und Polyvinylacetate, die in Tabelle A aufgeführt sind und geeignete Glasübergangstemperaturen haben. Die zweite Lage kann auch eine wirksame Menge eines ablösungsfördernden Additivs enthalten, wie ein Polyethylenglycol. Zum Beispiel kann das ablösungsfördernde Additiv ein Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 2.000 bis 100.000 sein.
Eine dritte Lage liegt über der fünften Lage und kann ein thermoplastisches Polymer enthalten, das in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt. Die dritte Lage dient als Übertragungsbeschichtung zur Verbesserung der Adhäsion nachfolgender Lagen, um ein vorzeitiges Delaminieren von dem Thermodruckmaterial zu verhindern. Die Lage kann durch Auftragen einer Beschichtung aus einem folienbildenden Bindemittel über der zweiten Lage gebildet werden. Das Bindemittel kann ein pulverförmiges thermoplastisches Polymer enthalten, wobei in diesem Fall die dritte Lage von etwa 15 bis etwa 80 Gewichtsprozent eines folienbildenden Bindemittels und von etwa 85 bis etwa 20 Gewichtsprozent des pulverförmigen thermoplastischen Polymers enthält. Im Allgemeinen schmilzt sowohl das folienbildende Bindemittel als auch das pulverförmige thermoplastische Polymer in einem Bereich von 65°C bis 180°C. Zum Beispiel können sowohl das folienbildende Bindemittel als auch das pulverförmige thermoplastische Polymer in einem Bereich von 80°C bis 120°C schmelzen. Zusätzlich besteht das pulverförmige thermoplastische Polymer aus Partikeln, die einen Durchmesser von etwa 2 bis etwa 50 μm (Mikrometer) aufweisen. Wünschenswerterweise beträgt die Dicke der dritten Lage von etwa 12 bis etwa 80 μm (Mikrometer).
Im Allgemeinen kann jedes folienbildende Bindemittel verwendet werden, das die hierin spezifizierten Kriterien erfüllt. In der Praxis haben sich in Wasser dispergierbare Ethylen-Acrylsäure-Copolymere als besonders wirksame folienbildende Bindemittel erwiesen.
Ebenso kann das pulverförmige thermoplastische Polymer jedes thermoplastische Polymer sein, das die hierin spezifizierten Kriterien erfüllt. Beispielsweise kann das pulverförmige thermoplastische Polymer ein Polyolefin, Polyester, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer oder Polyolefin sein.
Der Begriff "schmelzen" und Varianten desselben werden hierin nur in einem qualitativen Sinn verwendet und sollen sich nicht auf ein bestimmtes Testverfahren beziehen. Wenn hierin auf eine Schmelztemperatur oder einen Bereich Bezug genommen wird, soll damit nur eine ungefähre Temperatur oder ein ungefährer Bereich angegeben werden, in dem das folienbildende Bindemittel und/oder das pulverförmige thermoplastische Polymer unter den Bedingungen des Schmelz-Übertragungsverfahrens schmelzen und fließen, um eine im Wesentlichen glatte Folie zu ergeben. Dabei können solche Materialien und insbesondere das pulverförmige thermoplastische Polymer teilweise in die Fasermatrix des Stoffes fließen, auf den ein Bild übertragen wird.
Von Herstellern veröffentlichte Angaben in Bezug auf das Schmelzverhalten von folienbildenden Bindemitteln oder pulverförmigen thermoplastischen Polymeren stimmen mit den hierin beschriebenen Schmelzanforderungen überein. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass, abhängig von der Art des Materials, entweder ein absoluter Schmelzpunkt oder ein Erweichungspunkt angegeben sein kann. Zum Beispiel schmelzen Materialien, wie Polyolefine und Wachse, die überwiegend aus linearen polymeren Molekülen bestehen, im Allgemeinen in einem relativ engen Temperaturbereich, da sie unterhalb des Schmelzpunktes etwas kristallin sind. Schmelzpunkte, wenn sie nicht vom Hersteller vorgegeben sind, werden leicht durch bekannte Verfahren bestimmt, wie durch die Differential-Scanning-Kalorimetrie. Viele Polymere, und insbesondere Copolymere, sind wegen Verzweigungen in den Polymerketten oder den Seitenkettengliedern amorph. Diese Materialien beginnen bei steigender Temperatur sich mehr schrittweise zu erweichen und zu fließen. Es wird angenommen, dass der Ring- und Kugel-Erweichungspunkt solcher Materialien, wie durch das ASTM Testverfahren E-28 bestimmt wird, bei der Vorhersage ihres Verhaltens in der vorliegenden Erfindung zweckdienlich ist. Des Weiteren sind die beschriebenen Schmelzpunkte oder Erweichungspunkte bessere Leistungsindikatoren in dieser Erfindung als die chemische Natur des Polymers.
Die dritte Lage umfasst eine schmelzextrudierte Folie. Die Kriterien für eine schmelzextrudierte Folie, welche die dritte Lage bildet, sind im Allgemeinen dieselben wie jene, die oben für die dritte Lage beschrieben wurden. Das Polymer, aus dem eine schmelzextrudierte dritte Lage besteht, schmilzt für gewöhnlich in einem Bereich von etwa 80°C bis etwa 130°C. Das Polymer sollte einen Schmelzindex, wie gemäß dem ASTM Testverfahren D-1238 bestimmt, von wenigstens etwa 25 g/10 Minuten aufweisen. Die chemische Natur des Polymers ist nicht als klimakterisch bekannt. Polymerarten, welche diese Kriterien erfüllen, sind Copolymere von Ethylen und Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylacetat, Ethylacetat oder Butylacrylat. Andere Polymere, die verwendet werden können, sind Polyester, Polyamide und Polyurethane. Wachse, Weichmacher, Rheologie modifizierende Mittel, Antioxidationsmittel, Antistatika, Antihaftmittel, und andere Additive können entweder nach Wunsch oder Bedarf enthalten sein.
Die schmelzextrudierte dritte Lage kann mit einem Extrusionsbeschichter aufgebracht werden, der das geschmolzene Polymer durch eine Schnecke in eine Schlitzform extrudiert. Die Folie tritt aus der Schlitzform und fließt durch Schwerkraft auf die erste Lage. Die erhaltene beschichtete erste Lage wird durch einen Walzenspalt geleitet, um die zweite Lage abzukühlen und an die erste Lage zu binden. Bei weniger viskosen Polymeren könnte das geschmolzene Polymer keine selbsttragende Folie bilden. In diesen Fällen kann die erste Lage beschichtet werden, indem sie in Kontakt mit der Schlitzform gelenkt wird oder zur Beförderung des geschmolzenen Polymers von einem Bad zu der ersten Lage, Walzen verwendet werden.
Da die Tinten, die in Tintenstrahldruckern verwendet werden, auf Wasser basieren, ist eine vierte Lage für ein bedruckbares Thermodruckmaterial zweckdienlich, auf dem ein Bild mittels eines Tintenstrahldruckers aufgebracht werden soll. Die vierte Lage verhindert oder minimiert ein Verlaufen des gedruckten Bildes und ein Ausbluten oder einen Verlust des Bildes, wenn das übertragene Bild Wasser ausgesetzt wird. Somit ist die vierte Lage eine Tintenstrahldrucklage oder -Beschichtung. Die vierte Lage kann zum Beispiel die zweite oder die Drucklage sein, die in der U.S. Patentschrift Nr. 5,501,902 an Kronzer beschrieben ist. Somit kann die vierte Lage Partikel eines thermoplastischen Polymers mit größten Dimensionen von weniger als 50 μm (Mikrometer) enthalten. Wünschenswerterweise haben die Partikel größte Dimensionen von weniger als etwa 20 μm (Mikrometer). Im Allgemeinen kann das thermoplastische Polymer jedes thermoplastische Polymer sein, das die hierin festgelegten Kriterien erfüllt. Wünschenswerterweise wird das pulverförmige thermoplastische Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden und Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren.
Die vierte Lage enthält auch von etwa 10 bis etwa 50 Gewichtsprozent eines folienbildenden Bindemittels, basierend auf dem Gewicht des thermoplastischen Polymers. Wünschenswerterweise beträgt die Menge an Bindemittel von etwa 10 bis etwa 30 Gewichtsprozent. Im Allgemeinen kann jedes folienbildende Bindemittel verwendet werden, das die hierin festgelegten Kriterien erfüllt. Wenn die vierte Lage ein kationisches Polymer enthält, wie unten beschrieben, kann eine nichtionische oder kationische Dispersion oder Lösung als Bindemittel verwendet werden. Zu geeigneten Bindemitteln zählen Polyacrylate, Polyethylene und Ethylen-Vinylacetat-Copolymere. Letztere sind wegen ihrer Stabilität in Gegenwart kationischer Polymere besonders erwünscht. Das Bindemittel ist Wünschenswerterweise bei Temperaturen von 120°C oder weniger durch Wärme erweichbar.
Das Flächengewicht der vierten Lage kann von etwa 5 bis etwa 30 g/m² variieren. Wünschenswerterweise beträgt das Flächengewicht von etwa 10 bis etwa 20 g/m². Die vierte Lage kann durch Mittel, die dem Durchschnittsfachmann gut bekannt sind, wie bereits beschrieben, auf die dritte Lage aufgebracht werden. Die vierte Lage hat für gewöhnlich einen Schmelzpunkt von 65°C bis 180°C. Des Weiteren kann die vierte Lage von etwa 2 bis etwa 20 Gewichtsprozent eines kationischen Polymers enthalten, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymers. Das kationische Polymer kann zum Beispiel ein Amid-Epichlorhydrinpolymer, Polyacrylamide mit kationischen funktionellen Gruppen, Polyethylenimine, Polydiallylamine und dergleichen sein. Wenn ein kationisches Polymer vorhanden ist, sollte ein kompatibles Bindemittel gewählt werden, wie eine nichtionische oder kationische Dispersion oder Lösung. Wie in der. Papierbeschichtungstechnik gut bekannt ist, haben viele im Handel erhältliche Bindemittel anionisch geladene Partikel oder Polymermoleküle. Diese Materialien sind im Allgemeinen nicht kompatibel mit dem kationischen Polymer, das in der vierten Lage verwendet werden kann.
Eine oder mehrere andere Komponenten können in der vierten Lage verwendet werden. Zum Beispiel kann diese Lage von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent eines Feuchthaltemittels enthalten, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymers. Wünschenswerterweise wird das Feuchthaltemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol und Poly(ethylenglycol). Das Poly(ethylenglycol) hat für gewöhnlich ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 100 bis etwa 40 000. Ein Poly(ethylenglycol) mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 200 bis etwa 800 ist besonders zweckdienlich.
Die vierte Lage kann auch von etwa 0,2 bis etwa 10 Gewichtsprozent eines die Tintenviskosität modifizierendes Mittel enthalten, bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymers. Das Viskosität modifizierende Mittel ist wünschenswerterweise ein Poly(ethylenglycol) mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 100.000 bis etwa 2.000.000. Wünschenswerterweise wird ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von Poly(ethylenglycol) bei etwa 100.000 bis etwa 600.000 liegen.
Andere Komponenten, die in der vierten Lage vorhanden sein können, umfassen von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent einer schwachen Säure und von etwa 0,5 bis etwa 5 Gewichtsprozent einer oberflächenaktiven Substanz, beide bezogen auf das Gewicht des thermoplastischen Polymers. Eine besonders geeignete schwache Säure ist Zitronensäure. Der Begriff "schwache Säure" wird hierin zur Bezeichnung einer Säure verwendet mit einer Dissoziationskonstante kleiner Eins (oder mit einem negativen log der Dissoziationskonstante größer 1).
Die oberflächenaktive Substanz kann eine anionische, eine nichtionische oder eine kationische oberflächenaktive Substanz sein. Wenn ein kationisches Polymer in der vierten Lage vorhanden ist, sollte die oberflächenaktive Substanz keine anionische oberflächenaktive Substanz sein. Wünschenswerterweise ist die oberflächenaktive Substanz eine nichtionische oder kationische oberflächenaktive Substanz. Allerdings kann in Abwesenheit des kationischen Polymers nach Wunsch eine anionische oberflächenaktive Substanz verwendet werden. Beispiele für anionische oberflächenaktive Substanzen umfassen, unter anderem, lineare und verzweigtkettige Natriumalkylbenzolsulfonate, lineare und verzweigtkettige Alkylsulfate und lineare und verzweigtkettige Alkylethoxysulfate. Zu kationischen oberflächenaktiven Substanzen zählen zur Veranschaulichung Talgtrimethylammoniumchlorid. Beispiele für nichtionische oberflächenaktive Substanzen umfassen, wieder nur zur Veranschaulichung, Alkylpolyethoxylate, polyethoxylierte Alkylphenole, Fettsäureethanolamide, komplexe Polymere von Ethylenoxid, Propylenoxid und Alkoholen, und Polysiloxanpolyether. Insbesondere wird die oberflächen aktive Substanz eine nichtionische oberflächenaktive Substanz sein.
Schließlich liegt eine fünfte oder Zwischenlage über der zweiten Lage und unter der dritten Lage, so dass sie zwischen der zweiten Lage und der dritten Lage angeordnet ist. Im Allgemeinen ist die fünfte Lage nicht hilfreich, wenn die dritte Lage aus einem folienbildenden Bindemittel gebildet ist. Wenn die dritte Lage eine schmelzextrudierte Folie ist, kann die dritte Lage jedoch eine schlechte Adhäsion an die zweite Lage zeigen. Eine schlechte Adhäsion kann in einem Drucker, insbesondere in Laserdruckern, zum Delaminieren der dritten Lage von der zweiten Lage führen. Zur Vermeidung eines Delaminierens in solchen Fällen ist die fünfte Lage notwendig. Die fünfte Lage enthält ein folienbildendes Bindemittel, das in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt, wie für die dritte Lage beschrieben wurde. Des Weiteren kann die fünfte Lage auch ein pulverförmiges thermoplastisches Polymer enthalten, wie für die dritte Lage beschrieben wurde.
Nach Wunsch kann jede der vorher genannten Folienlagen andere Materialien enthalten, wie Verarbeitungshilfen, Trennungsmittel, Pigmente, glanzreduzierende Mittel, Entschäumungsmittel und dergleichen. Die Verwendung dieser und ähnlicher Materialien ist dem Durchschnittsfachmann gut bekannt.
Die Lagen, die auf einem folienbildenden Bindemittel basieren, können auf einer bestimmten Lage durch bekannte Beschichtungstechniken, wie Walzen-, Rakel- und Luftmesserbeschichtungsverfahren gebildet werden. Das erhaltene Thermodruckmaterial kann dann durch Mittel, wie zum Beispiel dampferwärmte Trommeln, Luftaufprall, Strahlungsheizung oder eine Kombination davon, getrocknet werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher beschrieben. Derartige Beispiele sind jedoch nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend zu verstehen. Wenn möglich, sind Maßeinheiten auch als SI Einheiten (internationales System für Einheiten) angegeben, entweder als Grund- oder abgeleitete Einheiten. Soweit nicht anders angegeben, sind alle Teile Gewichtsteile und alle Flächengewichte beruhen auf einer Trockengewichtsbasis. Wenn das Trocknen einer Beschichtung in einem Beispiel angeführt ist, wurde ein Modell 28 „Precision Scientific Electric Drying Oven" verwendet. Bilder wurden auf T-Shirts aus 100 Prozent Baumwolle der Marke Haynes^® oder deren Entsprechung gedruckt. Waschtests wurden in einer Standard-Haushaltswaschmaschine durchgeführt und die Trocknung erfolgte in einem Standard-Haushaltstrockner. Die Bildübertragung beinhaltete die Verwendung entweder eines dampflosen Haushaltshandbügeleisens der Marke Proctor Silex^®, das auf etwa 163°C–177°C und/oder eine Baumwoll-Einstellung eingestellt war, oder einer Thermodruck- bzw. Wärmeübertragungspresse Modell S-600 (Hix Corporation, Pittsburgh, Kansas).
Beispiele
Aufgrund der großen Menge an Versuchsdaten und der Komplexität der Produkte, die getestet werden, wird ein Kodiersystem zur Darlegung der Daten verwendet. Erste Lagen (oder Basispapiere) sind als IA, IB usw. bezeichnet. Die zweiten Lagen sind als IIA, IIB usw. bezeichnet; die dritten Lagen als IIIA usw.; die vierten Lagen als IVA usw.; und die fünften Lagen als VA, VB usw. Dementsprechend sind die Tabellen I–V nachfolgend dargelegt. In diesen und allen folgenden Tabellen wurde der Buchstabe "I" ausgelassen, so dass nicht irrtümlich eine Kennzeichnung als römische Zahl verstanden wird, bei welcher der Buchstabenteil fehlt.
Nur die Beispiele, die die fünfte Lage umfassen, stellen Beispiele der Erfindung dar.
Tabelle I Erste Lagen
Tabelle I, Fortsetzung
Tabelle II Zweite Lagen
Tabelle II, Fortsetzung
Soweit nicht anders angegeben, wurden die zweiten Lagen als Dispersionen in Wasser mit einer Meyer-Stabrakel aufgetragen und in einem Umluftofen getrocknet. Das getrocknete Beschichtungsgewicht lag zwischen etwa 9 und 17 g/m² (zwischen 2,5 und 4,5 lb/1300 ft²), soweit nicht anders angegeben.
Tabelle III Dritte Lagen
Tabelle III, Fortsetzung
Tabelle III, Fortsetzung
Tabelle IV Vierte Lagen
Tabelle V Fünfte Lagen
Anfängliche Durchmusterungsexperimente sollten feststellen, ob das Konzept eines "kalt abziehbaren" TintenstrahlThermodruckmaterials durchführbar ist. Diese Experimente sind in Tabelle VI unten zusammengefasst. Proben (die in der "ID" Spalte identifiziert sind) in Tabelle VI (und nachfolgende Tabellen) sind mit der Tabellennummer und einem Buchstaben (A bis Z) numeriert; zum Beispiel wäre "VIA" die erste Probe in Tabelle VI. Die angewandte Durchmusterungstechnik beinhaltete das Auflegen eines Papierhandtuchs auf eine T-Shirt-Presse (Hix Modell S-600, Hix Corp., Pittsburgh, Pennsylvania). Eine Folie der dritten Lage wurde auf das Papierhandtuch gelegt, und die beschichtete Versuchsprobe wurde auf die Folie gelegt. Das erhaltene "Sandwich" wurde bei etwa 185°C (365°F) für 30 Sekunden warmgepresst. Nach dem Pressen wurde etwa ein Drittel des Papiers sofort entfernt, während das Sandwich noch heiß war, etwa ein Drittel nach etwa 30 Sekunden, und das restliche Drittel nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur. Das leichte Abziehen wurde dann subjektiv als ausgezeichnet, gut, befriedigend oder schlecht bewertet (die schlechten Proben konnten normalerweise überhaupt nicht entfernt werden). Die Formparameter einer der interessantesten Proben, VIP, wurden dann in ein tintenstrahlbedruckbares, kalt abziehbares Thermodruckpapier, VIQ, eingearbeitet, indem eine Folie aus Nucrel^® 599 (Lage IVA) auf das beschichtete Papier der zweiten Lage in einer Warmpresse bei 100°C für etwa 30 Sekunden laminiert wurde, und dann diese Probe mit der Beschichtung vom Typ IVA beschichtet wurde. Die Probe wurde dann mit einem Testmuster bedruckt und auf T-Shirt-Material (100% Baumwolle) übertragen. Das Bild konnte gut übertragen werden, nachdem es für 30 Sekunden bei etwa 191°C (375°F) gepresst und abgekühlt worden war. Das Bild wurde vollständig übertragen und war glatter und glänzender als "heiß abgelöste bzw. abgezogene" Übertragungen bei denen das Papier vom Typ C-90642 verwendet worden war (ein heiß abziehbares Thermodruckpapier, das im Handel von der Kimberly-Clark Corporation erhältlich ist).
Tabelle VI Anfängliche Formen und Abziehtestergebnisse
Tabelle VI, Fortsetzung
In der ersten Versuchsreihe war die dritte Lage immer eine extrudierte Folie. Die nächste Versuchsreihe, die in Tabelle VII unten zusammengefasst ist, wurde zum Testen aller Beschichtungen auf Wasserbasis durchgeführt. Kombinationen aus Microthene^® FE532 und Michem^® 58035 erwiesen sich mit mehreren zweiten Lagen – insbesondere Rhoplex^® HA16 und Ton – als ziemlich gut. Das übertragene Polymer hatte noch eine glänzende Oberfläche. Ebenso hielten Waschtests von T-Shirt-Materialien mit Übertragungen von diesen Proben keine Farbe zurück, ebenso wie Kontrollen mit dem heiß abziehbaren Papier vom Typ C-90642 (Bilder wurden nach dem Warmpressen für 30 Sekunden bei etwa 182°C oder 360°F übertragen).
Tabelle VII Bewertung von kalt abziehbaren, tintenstrahlbedruckbaren Kandidaten auf Wasserbasis
Die Verwendung der dritten Lagen IIIB oder IIIC und BP101 (erste Lage IB), und einer neuen zweiten Lage, IIH, schien das Glanzproblem zu lösen. Die zweite Lage IIH hatte eine matte, "mikroraue" Oberfläche aus dem Celite 263 Füllmittel, das eine Diatomeenerde ist. Diese Ergebnisse sind in Tabelle VIII unten zusammengefasst. Die Warmpressbedingungen waren dieselben wie in Tabelle VII. Die Basisschicht IIID – unter Verwendung von Micropowders MPP635VF anstelle des Ethylen-Vinylacetat-Copolymers Microthene^® FE532, wurde getestet, um festzustellen, ob die Waschbarkeit verbessert werden könnte. Sie trennte sich jedoch nicht von der zweiten Lage IIH.
Tabelle VIII Bewertung von zweiten Lagen mit matter Oberfläche mit Tintenstrahltinten auf Wasserbasis
Die nächste Reihe von Versuchsproben beinhaltete die Herstellung einer Reihe von Proben, die mit der zweiten Lage beschichtet waren und anschließend mit der Nucrel^® 599 Folie (IIIA dritte Lage) beschichtet wurden, indem die Proben an eine Papierbahn geklebt wurden, die beschichtet wurde. Die beschichteten Proben, die eine ausreichende Adhäsion der Basisschicht aufwiesen, wurden mit einer vierten Lage, IVA, beschichtet, die mit einem Testmuster bedruckt und unter Verwendung eines Handbügeleisens auf T-Shirt-Material aus 100% Baumwolle übertragen wurde. Das Bügeleisen wurde auf die #6 Einstellung (Baumwolle) gestellt und vorgewärmt. Das Papier wurde in zwei Gängen mit geringer Druckausübung gebügelt; d. h., ein Gang entlang der Länge jeder Seite eines 21,6 cm × 27,9 cm (8 1/2'' × 11'') Blattes, mit einer Überlappung in der Mitte. Dann wurden 10 rasche Bewegungen über das Papier, von denen jede über die gesamte Oberfläche verlief mit mäßigem Druck ausgeführt. Das Papier wurde nach einer Minute Abkühlen entfernt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IX zusammengefasst.
Tabelle IX Ergebnisse mit Proben, die mit einer dritten Lage Nucrel^® 599 beschichtet waren
Die Proben IXB und IXC wurden in den Versuchsläufen TR-A bzw. TR-B dupliziert. Als jedoch die Vorläuferrollen mit der dritten Lage IIIA beschichtet wurden, war die Adhäsion schlecht, und es wurde kein brauchbares Material erhalten. Dies führte wieder zu der Modifizierung der zweiten Lage, d. h., zu einer Verringerung der Menge an Carbowax^® PEG 20M auf 10 Teile (zweite Lage IIN). Die Versuche TR-C und TR-D, die mit dieser Trennschicht durchgeführt wurden, waren erfolgreicher, aber der Extrusionsbeschichtungsschritt (Auftragen der dritten Lage IIIA) musste sehr langsam (60 fpm) verlaufen, um das Auftreten einer Foliendelaminierung bei der Verarbeitung zu verhindern.
Es wurde beobachtet, dass es mehrere Nachteile bei den Proben von TR-C und TR-D gab. Die mit TR-D gemachten Übertragungen bei denen eine zusätzliche Polymerlage auf den Stoff (fünfte Lage) übertragen worden war, neigten nach mehreren Waschvorgängen zur Entwicklung von Rissen in der Polymerlage. Ein ähnliches, aber weniger schwerwiegendes Problem wurde bei der Probe TR-C festgestellt. Dies war zum Teil wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass beim heißen Abziehen des Papiers etwas Polymer auf dem Papier verbleibt, während es bei den Kaltabziehformen vollständig übertragen wird. Ein weiterer Faktor ist, dass Menschen wahrscheinlich dazu neigen werden, beim Bügeln der Kaltabziehform weniger Wärme und Druck anzuwenden, da immer die gesamte Polymerlage übertragen wird, selbst wenn das Eindringen in den Stoff nicht so vollständig ist, wie es sein könnte. Ein weiteres Problem waren die zu erwartenden hohen Kosten der Mehrfachbeschichtungen für diese Form, insbesondere da eine der Beschichtungen auf einem Extruder bei sehr langsamer Geschwindigkeit gebildet wurde. Die Lösung all dieser Probleme schien möglich, wenn die gesamte Beschichtung mit Polymeren auf Wasserbasis gebildet werden konnte, und so wurden neue Alternativen auf Wasserbasis gesucht.
Die Ergebnisse der nächsten Versuchsreihe mit allen Beschichtungen auf Wasserbasis sind in Tabelle X zusammengefasst. Diese wurden unter Verwendung der bereits beschriebenen Handbügeltechnik bewertet.
Tabelle X Bewertung von Formen auf Wasserbasis
Einige der Proben, insbesondere XE, die keine fünfte Lage hat, sahen sehr vielversprechend aus. Die Beseitigung der fünften Schicht schien eine geringere Rissbildung im Bild zu verursachen. Dies wurde auf die Verwendung von Polymeren mit geringerem Molekulargewicht (IIIE) zurückgeführt, die beim Übertragen des Bildes stärker in den Stoff einfließen sollten. Da keine dieser Komponenten sich jedoch von der zweiten Lage IIN ablöste, wurden alternative zweite Lagen gesucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle XI zusammengefasst.
Tabelle XI Bewertung aller tintenstrahlbedruckbaren Proben auf Wasserbasis mit verbesserten Trennbeschichtungen, leichterer Ablösung und geringem Geruch
Aus den Daten in Tabelle XI wurden mehrere Schlüsse gezogen. Auch hier wurde die zuvor beschriebene Bügeltechnik angewandt. Die zweiten Lagen waren die ersten, die zu einer guten Ablösung der Micropowders-Michem^®-Prime-Beschichtungen führten; das erhaltene Produkt schien fast annehmbar. Ein Versuch zum Erweichen der übertragenen Polymermasse (Probe XIC) war in die richtige Richtung. Bei dieser Probe wurde ein Ethylen-Acrylsäure-Bindemittel mit geringerem Molekulargewicht als Michem^® Prime 4983 verwendet. Unimoll^® 66 und Tone^® 0201 wurden zugegeben, um festzustellen, ob Orgasol^®, das ein Polyamid ist, erweicht werden konnte. Tone^® 0201 erweichte es deutlich, führte aber zu einem stärkeren Ausbluten von Tinte beim Drucken und zu einer schlechten Waschbarkeit. Nach diesen vielversprechenden Ergebnissen wurde entdeckt, dass Carboset^® 760 beim Erwärmen dazu neigt gelb zu werden bzw. zu vergilben.
Die Probe XIG wurde hergestellt, um festzustellen, ob ein ungesättigtes Bindepapier für die erste Lage (oder das Basispapier) dieser Form verwendet werden konnte, z. B. um Gerüche von dem Sättigungsmittel zu beseitigen ebenso wie Formaldehyd. Leider kam es zu leicht zum Delaminieren, und dadurch blieb die Möglichkeit eines Versagens beim Bügeln bestehen. Folglich wurden in der nächsten Versuchsreihe einige formaldehydfreie, gerucharme Latizes von B. F. Goodrich sowohl als Sättigungsmittel als auch als zweite Lagen bewertet.
B. F. Goodrich stellte zwei formaldehydfreie Versionen von Hycar^® 26172 bereit, d. h. ein formaldehydfreies Hycar^® 26106 und ein formaldehydfreies Hycar^® 26084. Bei 26172 und 26106 handelt es sich um harte Acrylharze, während 26084 weicher ist und einen leichten Geruch nach Acrylat hat.
Die erste Lage oder das Basispaper IF, ein Basispapier aus einer Eukalyptuslaubholzmischung mit einem Flächengewicht von 62 g/m² (16,5 lb pro 1300 ft²) wurde mit Formulierungen gesättigt, die jeden Latex in Kombination mit 25 Trockenteilen Titandioxiddispersion (PD 14) enthielten. Die Sättigungsmittelaufnahme betrug 40 ± 4%. Nach dem Trocknen wurde jede Probe für 30 Sekunden bei 191°C (375°F) in einer Warmpresse erwärmt und auch mit der heißesten Handbügeleiseneinstellung über ein Stück T-Shirt-Material gebügelt. Keine der Proben mit den Hycar^® 26172 Varianten wurde beim Warmpressen gelb. Sie wurden beim Bügeln leicht gelb. Die Proben mit den Hycar^® 26084 und 26106 Varianten wurden stärker gelb.
Die vier Latizes wurden auch als zweite Lagen bewertet, von welchen jede 20 Trockenteile PEG 20M aufwies. Die dritte Lage, die für diese Tests verwendet wurde, war IIIF, und die vierte Lage war IVB. Nachdem diese Beschichtungen auf die zweiten Lagen aufgebracht worden waren, wurden die Proben auf T-Shirt-Material gebügelt, abgekühlt und abgezogen. Die Daten sind in Tabelle XII zusammengefasst. Leider wiesen die "am wenigsten gelb werdenden" Latexproben nicht dieselbe Ablösung auf wie die modifizierten 26106 oder 26172. Dies wurde auf Unterschiede bei den oberflächenaktiven Substanzen zurückgeführt, da einige der oberflächenaktiven Substanzen für eine Ablösung sorgen können, indem sie sich an der Beschichtungsoberfläche konzentrieren. Tatsächlich wurde die Ablösung ausgezeichnet, als Calciumstearat zugegeben wurde.
Tabelle XII Bewertung von gerucharmen, formaldehydfreien zweiten Lagen mit einer dritten Lage IIIF und einer vierten Lage IVB
Mehrere zusätzliche Versuche, das auf das T-Shirt-Material übertragene Bild (Polymer) zu erweichen, sind in Tabelle XIII zusammengefasst. Auch hier wurde die zuvor beschriebene Bügeltechnik angewandt. Aus dieser Arbeit ging hervor, dass geringere Flächengewichte der dritten Lage (Probe XIIIC) die Rissbildung schlimmer machten. Wachse oder Polymere mit geringerem Molekulargewicht (Probe XIIIB) beseitigten die Rissbildung, aber die Waschbarkeit war schlechter, d. h., beim Waschen ging mehr Farbe verloren. Polymere mit höherem Molekulargewicht, wie Microthene^® FE532 und Orgasol^® 3501, die der dritten Lage zugegeben wurden, verstärkten die Rissbildung.
Tabelle XIII Versuchsproben mit Papier, beschichtet mit einer zweiten Versuchslage – Versuche zum Erweichen des übertragenen Bildes
Die in Tabelle XIII zusammengefassten Daten bestätigten die Schwierigkeit, das übertragene Polymerbild weicher zu machen, während die Rissbildung beseitigt wird und die gute Waschbarkeit erhalten bleibt. Der einzige Anhaltspunkt zur Lösung dieses Problems bestand darin, dass die Rissbildung bei Verringerung des Beschichtungsgewichts schlechter wurde (Probe XIIIC). Dies steht im Gegensatz zu dem, was zu erwarten wäre, da die Rissbildung immer von überschüssigem Polymer an der Stoffoberfläche zu kommen schien. Daher wurden höhere Flächengewichte der dritten Lage untersucht. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle XIV zusammengefasst; auch hier wurde das Bügeln wie zuvor beschrieben durchgeführt. Die Daten in Tabelle XIV bestätigten die Notwendigkeit einer schweren dritten Lage zur Beseitigung des Rissbildungsproblems. Es ist nun bekannt, dass sich die Risse in dem Polymer auf dem Stoff entwickeln, wenn die gesamte übertragene Polymermasse zu hart ist oder wenn die Molekulargewichte der Materialien zu hoch sind. Die Polymermasse der vierten Lage hat selbst ein hohes Molekulargewicht und dieses kann nicht verändert werden, ohne Probleme bezüglich Druckbarkeit oder Waschbarkeit hervorzurufen. Die dritte Lage kann ein viel geringeres Molekulargewicht aufweisen oder viel weicher sein, sie wird aber nur wirksam, wenn ihre Masse viel größer als die Masse der vierten Lage ist. Allerdings führt ein zu geringes Molekulargewicht zu einer schlechten Waschbarkeit. Alle Veränderungen der dritten Lage, die bisher durchgeführt wurden, waren in der Erzielung der notwendigen Wirkung mit dem Beschichtungsgewicht von 2,7 kg (6 lb) pro Ries ineffektiv.
Tabelle XIV Zusammenfassung von Formen mit einem Gewicht der dritten Lage von 9 bis 11 lb. pro 1300 ft^2a
Tabelle XIV, Fortsetzung
Proben in Tabelle XIV, die sich nach der Übertragung auf das T-Shirt-Material am weichsten anfühlten, zeigten keine Rissbildung, verloren aber im Allgemeinen mehr Farbe beim Waschen. In diesen Proben waren viele der Materialien, welche die weichmachende Wirkung hatten, in der vierten Lage effektiver als in der dritten Lage. Es wird angenommen, dass das Calciumstearat in der dritten Lage eine härtende Wirkung hatte, während das Ammoniumstearat den Eindruck eines weichen Griffs vermittelt, da es beim Trocknen Ammoniak verliert und zu Stearinsäure wird. Bei Carbowax^® PEG 20M handelt es sich um ein sehr weiches, wachsförmiges Material, das die gewünschte weichmachende Wirkung verlieh, aber das Bild wasserempfindlicher zu machen schien. (Natürlich ist PEG wasserlöslich). Überraschenderweise schien das PEG 200 eine weichmachende Wirkung ohne negative Beeinträchtigung der Waschbarkeit zu haben. Eine Theorie dafür ist, dass. es das Orgasol^® Polyamid bei hohen Temperaturen erweichen kann, wenn die Übertragung durchgeführt wird, aber nach dem Abkühlen wieder inkompatibel werden kann. Dann wird es einfach aus der Polymermasse ausgewaschen, wenn der Stoff gewaschen wird. Es muss ein größerer Aufwand betrieben werden, bevor der ideale PEG-Gehalt und das Molekulargewicht bestimmt sind. PEG 200 kann zu flüchtig sein und der Dampf könnte störend sein, während Carbowax^® PEG 20M eine schlechte Waschbarkeit zeigt. Ein dazwischenliegendes Molekulargewicht wäre ideal.
Fünf einzelne Zubereitungen der Probe XIVJ ergaben annehmbare Ergebnisse. In jedem Versuch wurde die bedruckte Probe auf ein T-Shirt-Material aus 100% Baumwolle unter Anwendung der zuvor beschriebenen Vorgehensweise gebügelt. Das T-Shirt-Material wurde fünfmal in einer Haushaltswaschmaschine gewaschen, wobei die Maschine auf den Warm/Kalt-Zyklus eingestellt war. Es gab keine Rissbildung bei dem Bild. In einem Vergleich der XIVJ Probe mit einer Kontrolle ergab die XIVJ Probe eine glänzendere Bildfläche, wenn sie kalt aber nicht heiß von dem Stoff abgezogen wurde. Die Kontrolle war der "heiß abziehbare" Typ C-90642.
In weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die zweite Lage des bedruckbaren Thermodruckmaterials oder des tintenstrahlbedruckbaren Thermodruckmaterials weiter eine wirksame Menge eines ablösungsfördernden Additivs umfassen, wobei das ablösungsfördernde Additiv ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem bivalenten Metallionensalz einer Fettsäure, einem Polyethylenglycol oder einer Mischung daraus. Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das ablösungsfördernde Additiv Calciumstearat, ein Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 2 000 bis 100 000 oder eine Mischung daraus.
Während die Beschreibung in Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon ausführlich dargelegt wurde, wird sich der Durchschnittsfachmann beim Erlangen eines Verständnisses von dem, was vorher dargelegt wurde, rasch Änderungen, Variationen und Äquivalente zu diesen Ausführungsformen vorstellen können. Folglich sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung als der der angehängten Ansprüche und jedwede Äquivalente dazu beurteilt werden.

Claims

Bedruckbares Thermodruckmaterial umfassend: eine flexible erste Lage, welche eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist und aus der Gruppe bestehend aus Folien und Cellulosevliesstoffbahnen ausgewählt ist; eine zweite Lage, welche über der ersten Oberfläche der ersten Lage liegt, eine fünfte Lage, welche über der zweiten Lage liegt, und eine dritte Lage, welche über der fünften Lage liegt, wobei die zweite Lage ein thermoplastisches Polymer umfasst, welches aus der Gruppe bestehend aus Acrylpolymeren und Polyvinylacetaten ausgewählt ist, bei Thermodrucktemperaturen im Wesentlichen keine Klebrigkeit aufweist, einen Löslichkeitsparameter von wenigstens 19 (MPa)^1/2 und eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 0°C aufweist; die fünfte Lage ein folienbildendes Bindemittel umfasst, welches in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt; und wobei die dritte Lage eine thermoplastische Polymerfolie umfasst, umfassend ein thermoplastisches Polymer, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Copolymeren aus Ethylen und Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylacetat, Ethylacetat, Butylacrylat, Polyestern, Polyamiden und Polyurethanen, wobei das thermoplastische Polymer in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmilzt; wobei die zweite und die fünfte Lage derart ausgebildet sind, dass nach dem Transfer eines Bildes auf ein Substrat die erste Lage und die zweite Lage einfach und sauber vom Substrat abgelöst werden können, nachdem das Thermodruckmaterial auf Umgebungstemperatur gekühlt wurde.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss Anspruch 1 ferner umfassend: eine vierte Lage, welche über der dritten Lage liegt, wobei die vierte Lage ein folienbildendes Bindemittel und ein pulverförmiges thermoplastisches Polymer umfasst, wobei sowohl das folienbildende Bindemittel als auch das pulverförmige thermoplastische Polymer in einem Bereich von 65°C bis 180°C schmelzen, wobei das Thermodruckmaterial tintenstrahlbedruckbar ist.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei die dritte Lage ein folienbildendes Bindemittel umfasst.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Lage ein pulverförmiges thermoplastisches Polymer und ein folienbildendes Bindemittel umfasst.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Lage eine Cellulosevliesstoffbahn ist.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss Anspruch 5, wobei die Cellulosevliesstoffbahn ein lateximprägniertes Papier ist.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Polymer, welches die zweite Lage bildet, eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 25°C aufweist.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Lage und/oder die fünfte Lage einen Löslichkeitsparameter kleiner als 19 (MPa)^1/2 aufweist.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Lage ferner eine wirksame Menge eines ablösungsfördernden Additivs umfasst.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss Anspruch 9, wobei das ablösungsfördernde Additiv ein Polyethylenglycol ist.
Bedruckbares Thermodruckmaterial gemäss Anspruch 10, wobei das ablösungsfördernde Additiv ein Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 2 000 bis 100 000 ist.