DE69804058T2 - Verfahren zum Aufbringen einer deckenden Schutzschicht auf Druckmedien - Google Patents
Verfahren zum Aufbringen einer deckenden Schutzschicht auf DruckmedienInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer elektrostatisch aufgebrachten Schutzschicht auf Drucken, die mit unterschiedlichen auf dem Markt befindlichen Druckern, etwa Tintenstrahldruckern, Offset-Pressen, usw., hergestellt wurden.
- Mit dem stetig steigenden Einsatz unterschiedlichster Druck- und Abbildungstechniken sowohl im Verlagswesen als auch im Privatbereich ist ein Bedarf entstanden, die Abbildungen oder Drucke gegen Abrieb, Farbübertragung auf Deckmaterialien aus Polyvinychlorid, Wasser- oder Alkoholflecken, das Verschmieren der Farbe oder andere die Bildqualität verschlechternde Prozesse und schädliche Einflüsse schützen zu können.
- Eine Möglichkeit, die Abriebfestigkeit eines Druckprodukts zu verbessern, ist das Laminieren. Beim Laminieren wird eine auf einem geeigneten Trägermaterial vorhandene dauerhafte und/oder klebende Schutzschicht auf das zu schützende Bild aufgebracht. Das Trägermaterial der Schutzschicht kann dauerhaft mit der Schutzschicht verbunden bleiben oder anschließend abgezogen werden, so dass nur die Schutzschicht mit dem Bild verbunden bleibt. Das Laminieren ist jedoch insofern mit verschiedenen Nachteilen verbunden, als durch das Beschichten eines zusätzlichen Trägermaterials zusätzliche Kosten entstehen. Außerdem können während des Laminiervorgangs Lufteinschlüsse entstehen, die später Bildfehler verursachen.
- Ein anderes häufig verwendetes Verfahren zum Schutz von Bildern gegen Oberflächenbeschädigungen ist das Aufbringen einer flüssigen Deckschicht. Bei diesem Verfahren entstehen zwar keine Lufteinschlüsse, es bringt aber andere Probleme mit sich, zum Beispiel durch die Handhabung von Flüssigkeiten, die Schmutz verursachen oder unter Umständen schwierig zu trocknen und auszuhärten sind, und die Verwendung von umweltbelastenden Lösungsmitteln.
- Das elektrostatische Aufbringen geladener Tonerpartikel auf einen ein entgegengesetzt geladenes Bildmuster tragenden Lichtleiter, die anschließende Übertragung des Tonerbildes auf ein geeignetes Empfangsmaterial und die Erzeugung des endgültigen Bildes durch Fixieren der Tonerpartikel mittels Wärme sind in der Elektrofotografie bekannt. Außerdem wurden, wie in US-A-5,339,146 und 5,045,888 sowie im japanischen Kokoku 84f025214 beschrieben, bereits geladene klare Toner auf elektrostatisch erzeugte Bilder aufgebracht. Die Verwendung dieser Toner als Schutzschicht, die nach dem eigentlichen Druckprozess auf ein mit flüssiger Tinte gedrucktes Element aufgebracht wird, ist jedoch in diesen Veröffentlichungen nicht offenbart.
- DE-A-33 15 139 beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden einer Deckschicht auf einem gedruckten Bild, durch das verbesserte Stabilität erreicht wird. Bei diesem Verfahren erzeugt man durch Aufbringen einer Bildschicht auf ein Substrat mittels flüssiger Tinte ein Bildelement, lädt das Bildelement mit einer gegebenen Polarität auf, bringt farblose geladene Partikel auf das Element auf, so dass diese elektrostatisch von der Oberfläche der Bildschicht angezogen werden, und fixiert die Partikel mittels Wärme, so dass man eine die gesamte Oberfläche der Bildschicht bedeckende Schutzschicht erhält. Dieses Verfahren ist jedoch vom Substrat abhängig; das Substrat kann nicht leitfähig sein und mit einem leitfähigen Material, z. B. einem normalerweise verwendeten Metallzylinder, in Kontakt gebracht werden, da dadurch die Ladung abgeleitet werden könnte. In diesem Fall wird dann der Toner nicht von der Oberfläche des Bildelements angezogen, da die Ladung verloren gegangen ist. Wünschenswert wäre ein Verfahren, das vom Substrat unabhängig ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht auf ein Druck- oder Bildelement anzugeben, bei dem die Schicht nach dem Druck- oder Bilderzeugungsvorgang derart aufgebracht wird, dass die Deckschicht die gesamte Oberfläche des Elements bedeckt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein derartiges Verfahren anzugeben, das die Stabilität des so erhaltenen Bildes gegen Abrieb und unerwünschte Farbübertragung auf andere Oberflächen verbessert.
- Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß erfüllt durch ein Verfahren zum Erzeugen einer Deckschicht auf einem Bildabzug zur Erzielung verbesserter Stabilität mit den folgenden Verfahrensschritten:
- a) Erzeugen eines Bildes aus flüssiger Tine auf einem Substrat aus Papier oder Polyvinylchlorid unter Verwendung eines Tintenstrahl-, Offset- oder Tiefdruckverfahrens, um ein mit der Abbildung versehenes Element zu erhalten,
- b) Anlegen einer Spannung an die Oberfläche des Elements, welches von einer leitfähigen Fläche hinter dem Element angezogen wird,
- c) Aufbringen farbloser, geladener Teilchen auf das Element, wodurch diese von der Oberfläche der Bildschicht elektrostatisch angezogen werden, und
- d) Wärmefixieren der Teilchen, um eine Schutzschicht auf der gesamten Oberfläche der Bildschicht zu erzeugen.
- Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebrachte Deckschicht verbessert die Kratz- und Abriebfestigkeit des Elements sowie auch die Beständigkeit gegen unerwünschte Farbübertragung auf andere Oberflächen.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Bild im Tintenstrahlverfahren erzeugt. Tintenstrahlverfahren sind dem Fachmann bekannt. Bei diesem Verfahren bringt ein Druckkopf flüssige Tinte durch Ausstoßen von Tintentröpfchen durch einen Druckspalt auf das Substrat, etwa Papier, auf. Mit diesem Verfahren arbeitende Drucker werden von vielen Unternehmen im Handel angeboten.
- Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Bild mittels eines Offset- oder Tiefdruckverfahrens hergestellt. Offset-Druckverfahren sind dem Fachmann bekannt. Beim Offset-Druck nimmt ein für Tinte aufnahmefähige Bildbereiche aufweisender Zylinder Tinte aus einem Behälter auf und überträgt sie auf eine Zwischenwalze, die die Tinte dann auf das endgültige Substrat, z. B. Papier, überträgt. Dieses Verfahren wird für jede der zu druckenden Farben wiederholt.
- Auch das Tiefdruckverfahren ist dem Fachmann bekannt. Das Tiefdruckverfahren ist dem Offsetdruck ähnlich mit der Ausnahme, dass die Zylinder anstelle der für Tinte aufnahmefähigen Bereiche Vertiefungen aufweisen, die die Tinte aufnehmen. In manchen Fällen ist auch die Offset-Walze nicht erforderlich.
- Die vorliegende Erfindung eignet sich für Verfahren, bei denen ein Bild mittels einer flüssigen Tinte auf ein Substrat aufgebracht wird. Flüssige Tinten, einschließlich Offset- Farben, werden sowohl im Tintenstrahlverfahren als auch bei den vorstehend beschriebenen Offset- und Tiefdruckverfahren eingesetzt. Diese Tinten sind dem Fachmann bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.
- Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, wird nach der Bilderzeugung eine Spannung an die Oberfläche des Elements angelegt, das von einer leitfähigen Oberfläche hinter dem Element angezogen wird.
- Ein Verfahren, bei dem Tonerpartikel von der Oberfläche des Bildelements angezogen werden, ist die sogenannte Entwicklung durch Vormagnetisierung. Bei diesem Verfahren wird eine Spannung an die Oberfläche des Elements angelegt, das von einer leitfähigen Oberfläche hinter dem Element, zum Beispiel einer Metalloberfläche, angezogen wird. Bei diesem Verfahren entsteht ein Mechanismus, durch den Teilchen von der Oberfläche des Bildelements angezogen werden.
- Die Tonerpartikel können zum Beispiel dadurch geladen werden, dass sie zusammen mit einem magnetischen Träger, zum Beispiel Ferrit-Teilchen, in einer Mischkammer bewegt werden. Die Ladungsstärke und die Polarität des Toners können durch Zugabe von Ladungs-Steuerungsmitteln zum Toner oder Polymerbeschichtungen des Magnetträgers gesteuert werden. Dies kann in einem zeitlichen Bereich von mehreren Sekunden bis zu einer Minute erfolgen. Diese Vorgehensweise ist in der Elektrofotografie bekannt, wie zum Beispiel aus US-A-4,546,060 hervorgeht. Nachdem die Tonerpartikel gemischt und geladen wurden, werden sie üblicherweise mittels in einem Gehäuse enthaltener rotierender Magnete zu einer Offsetwalze transportiert. Durch elektrostatische Kräfte werden die Partikel dann unter Anwendung einer der vorstehend beschriebenen Techniken angezogen und auf das Bildelement übertragen.
- Nach dem Aufbringen der farblosen, entgegengesetzt geladenen Partikel auf die Oberfläche des Elements werden die Partikel mittels Wärme und/oder Druck fixiert, so dass man eine das gesamte Bild überdeckende Schutzschicht erhält. Dies kann in der Weise bewerkstelligt werden, dass man das Bildelement unter Anwendung eines Drucks von 6,9 · 10³ bis 8,3 · 10&sup4; Pa (10-120 psi) bei einer Transportgeschwindigkeit von 0,005 mls bis 0,50 m/s durch ein zum Beispiel auf eine Temperatur von 100ºC bis 200ºC aufgeheiztes beheiztes Walzenpaar hindurchführt. Dies ist, wie zum Beispiel aus US-A-3,861,863 hervorgeht, in der Elektrofotografie bekannt.
- Für das erfindungsgemäße Verfahren sind in der Elektrofotografie bekannte farblose Tonerpartikel einsetzbar. Zum Beispiel können die in US-A-5,339,146; 5,045,888 und im japanischen Kokai 50/023826 beschriebenen Materialien verwendet werden. Als Beispiel derartiger Materialien sind Harze zu nennen, die im allgemeinen farblos oder fast farblos und transparent sind und deren Erweichungspunkt im Bereich von 50 bis 150ºC liegt.
- Beispiele derartiger Partikel sind unter anderem Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid-co-Vinylidenchlorid, chloriertes Polypropylen, Polyvinylchlorid-co- Vinylacetat, Polyvinylchlorid-co-Vinylacetat-co-Maleinsäureanhydrid Ethylcellulose, Nitrocellulose, Polyacrylsäureester, leinölmodifizierte Alkydharze, harzmodifizierte Alkydharze, phenolmodifizierte Alkydharze, Phenolcanbonsäure, Polyester, Polyvinylbutyral, Polyisocyanatharze, Polyurethane, Polyvinylacetat, Polyamide, Chromanharze, Dammarharz, Ketonharze, Maleinsäureharze, Vinylpolymere wie Polystyrol und Polyvinyltoluol oder Copolymere von Vinylpolymeren mit Methacrylaten oder Acrylaten, Polyethylen niedriger Molekülmasse, phenolmodifizierte Pentaerythritolester, Polystyrol-co-Inden-co-Acrylonitril, Polystyrol-co-Inden, Polystyrol-co- Acrylonitril, Copolymere mit Siloxanen, Polyalkene und Polystyrol-co-Butadien, welche allein oder in Kombination verwendet werden können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die farblosen Partikel entweder aus einem Polyester oder aus Polystyrol-co-Butylacrylat.
- Um die Abriebfestigkeit der Deckschicht zu erhöhen, können quervernetzte oder verzweigte Polymere verwendet werden. Einsetzbar sind zum Beispiel Polystyrol-co- Inden-co-Divinylbenzol, Polystyrol-co-Acrylonitril-co-Divinylbenzol oder Polystyrol-co- Butadien-co-Divinylbenzol. Als Trägermaterial für das Bildelement sind gemäß der Erfindung Papier oder Polyvinylchlorid einsetzbar. Das Trägermaterial weist im allgemeinen eine Dicke von 5 bis 2000 um auf. Die Erfindung soll anhand des folgenden Beispiels illustriert werden.
- Es wurden Druckmedien unterschiedlicher Art entweder im Handel beschafft oder so gedruckt, dass man schwarze Bilder erhielt. Diese Bilder wurden deshalb zur Auswertung und für Tests verwendet, weil Drucke dieser Art der maximalen Farbmenge entsprechen, die in einem Bild enthalten sein kann. Diese Bilder bieten also die größte Chance für die Feststellung von Fehlern, da in Bereichen, die keine solchen Farbstoffe enthalten, auch kein Farbstoff oder Pigment verloren geht.
- Es wurden die folgenden zu untersuchenden Proben hergestellt:
- E-1: Mit einem Tintenstrahldrucker HP Deskjet® 870CXI wurde im normalen Druckmodus ein schwarzes Feld auf Colormark® Waterfast Removable Vinyl der Firma Lasermaster Co. gedruckt.
- E-2: Mit einem Tintenstrahldrucker HP Deskjet® 870CXI wurde im normalen Druckmodus ein schwarzes Feld auf DMVLA5 (ein entfernbares Vinylmaterial) der Firma Color Ink Jet Products, Rexham Graphics, gedruckt.
- E-3: Die überwiegend schwarze Anzeige auf der Rückseite von Seite 21 in Sensational Spiderman, Mai 97, Marvel Comics Group. Es ist dies ein Beispiel für Offset-Lithographie.
- E-4: Mit einem Tintenstrahldrucker HP Deskjet® 870CXI wurde im normalen Druckmodus ein schwarzes Feld auf HP Glossy Premium Media gedruckt. Die von HP verwendete schwarze Farbe ist eine Farbe auf Pigmentbasis.
- E-5: Mit einem Tintenstrahldrucker HP Deskjet® 870CXI wurde im normalen Druckmodus ein schwarzes Feld auf normales Papier gedruckt. Die von HP verwendete schwarze Farbe ist eine Farbe auf Pigmentbasis.
- E-6: Mit einem Tintenstrahldrucker Epson Stylus® 600 wurde im normalen 360 dpi-Modus ein schwarzes Feld auf normales Papier gedruckt. Epson verwendet schwarze Tinten auf Farbstoffbasis.
- E-7: Seite 24 von National Geographic, Band 190, Nr. 5 11/96; es ist dies ein überwiegend schwarzes Bild, ein Beispiel für im Tiefdruck gedruckte Medien.
- Zum elektrostatischen Tonern wurden 800 g des Polymers und magnetischer Trägerpartikel in einen Tonerbehälter gegeben. Der Träger bestand aus Partikeln eines Eisen-Strontium-Keramikmaterials (6 : 1) in der Nenngröße von 30-50 um. Der Träger transportierte den Toner mittels in einem Gehäuse rotierender Magnete. Das Bildelement war an einer geerdeten leitfähigen Trommel befestigt und rotierte mit 5,1 cm/sek. etwa 0,076 cm über dem Gehäuse. An das Gehäuse wurde eine Vorspannung von -700 V angelegt, um den Toner in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen auf die Beschichtung des Bildelements zu übertragen. Bei dem Toner handelte es sich um einen Polyester-Toner Kao P® (KAO Inc., Racine WI). Das getonerte Bildelement durchlief dann mit einer Geschwindigkeit von 5,1 cm/sek. ein Paar beheizter Walzen bei einer Kontaktwalzentemperatur von 132ºC und einer Gegenwalzentemperatur von 88ºC.
- Das so erhaltene Bildelement mit der Schutzschicht wurde zusammen mit einem nicht verarbeiteten Bildelement mittels eines Standard-Labortests geprüft; dieser besteht darin, dass man eine rotierende Scheibe mit einer Masse von 125 g als Gewicht 50 mal auf der Probe rotieren lässt. Dies führt in reproduzierbarer Weise zu Abrieb auf der Probe. Der Abrieb der Proben wird in der Weise gemessen, dass man den Durchschnitt von fünf auf einem X-Rite-Densitometer Modell 820 (X-Rite, Corp.) abgelesen Werten der sichtbaren Reflexionsdichte im Zustand A im abgeriebenen und nicht abgeriebenen Bereich ermittelt.
- Anschließend wurde der prozentuale Anteil der verloren gegangenen (abgeriebenen) Druckfläche unter Anwendung dec Murray-Davies-Gleichung (angenommener Dmin = 0,0) wie in Tabelle 1 dargestellt ermittelt. Die Murray-Davies-Gleichung wurde von A. Murray in J. Franklin Inst. 221, 721-244 (Juni 1936) beschrieben. TABELLE 1
- Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass in allen Fällen der Schutz des Bildes gegen Abrieb durch eine Schutzdeckschicht, die durch das Fixieren klarer Tonerpartikel auf der Probenoberfläche erzielt wurde, verbessert wurde. Dies ist eindeutig an dem geringeren Prozentsatz der verloren gegangenen Fläche bei allen Proben, mit Ausnahme der Probe E-6, zu erkennen. Bei E-6 ist der Verlust bei dem nicht beschichteten Medium (0,3) so gering, dass Veränderungen im Glanz zu dominieren beginnen. Veränderungen im Glanz führen in allen Fällen zu höheren Dichten bei Beschichtung. Für das Auge erschienen alle Proben weniger durch Abrieb beschädigt, wenn sie beschichtet waren.
- Zum Messen der Wasserfestigkeit des Bildelements wurde ein Wattebausch in destilliertes Wasser getaucht und damit leicht über die Oberfläche gewischt. Die auf den Wattebausch übertragene Farbmenge wurde, wie in Tabelle 2 dargestellt, auf einer Skala gemessen. Wenn der Wischtest nach dem Trocknen des Wassers auf dem Bildelement sichtbar war, wurde dies außerdem vermerkt. Die Ergebnisse stellten sich wie folgt dar: TABELLE 2
- *0 - Keine Farbe auf dem Bausch
- 1 - Helle Farbe
- 2 - Mittel
- 3 - Dunkel
- Vorstehende Ergebnisse zeigen, dass bei allen untersuchten Proben die Bildelemente, die eine Deckschicht aufwiesen, bessere oder gleiche Ergebnisse wie alle nicht beschichteten Bildelemente ergaben (beim Wassertest mittels Wattebausch wurde bei den beschichteten Proben weniger Farbe entfernt). Außerdem zeigten die beschichteten Proben im allgemeinen eine geringere Bildverschlechterung.
Claims (3)
1. Verfahren zum Erzeugen einer Deckschicht auf einem Bildabzug zur Erzielung
verbesserter Stabilität, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) Erzeugen eines Bildes aus flüssiger Tinte auf einem Substrat aus Papier oder
Polyvinylchlorid unter Verwendung eines Tintenstrahl-, Offset- oder
Tiefdruckverfahrens, um ein mit einer Abbildung versehenes Element zu erhalten,
b) Anlegen einer Spannung an die Oberfläche des Elements, welches von einer
leitfähigen Fläche hinter dem Element angezogen wird,
c) Aufbringen farbloser, geladener Teilchen auf das Element, wodurch diese von der
Oberfläche der Bildschicht elektrostatisch angezogen werden, und
d) Wärmefixieren der Teilchen, um eine Schutzschicht auf der gesamten Oberfläche
der Bildschicht zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die farblosen
Teilchen entweder ein Polyester oder Styrol-Butylacrylat-Copolymer umfassen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass Verfahrensschritt b)
durch Anlegen einer Spannung an die Oberfläche des Elements erreicht wird,
welches von einer Metallfläche hinter dem Element angezogen wird.
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