DE69805470T2

DE69805470T2 - Aufzeichnungsmaterial für mehrfarbiges Tintenstrahldruckverfahren mit wässerigen Tinten

Info

Publication number: DE69805470T2
Application number: DE1998605470
Authority: DE
Inventors: Martinus Jacobus Jozef Maria Duijf; Mathieu Johannes Marie Hendriks
Original assignee: Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: NL1006663C2; EP0893271A1; EP0893271B1; AU7842898A; AU737734B2; DE69805470D1; JPH1178224A

Description

Die Erfindung betrifft Bildaufzeichnungspapier, das spezieller zum Drucken mit wässrigen Tinten in der Tintenstrahl-Farbdrucktechnik geeignet ist. Das erfindungsgemäße Bildaufzeichnungspapier umfaßt ein Trägerpapier, eine wasserabstoßende Schicht auf wenigstens einer Seite und oberhalb derselben eine Farbaufnahmeschicht oder einen Satz von Farbaufnahmeschichten. Tintenstrahl- Drucktechniken, insbesondere solche, die hauptsächlich mit wässrigen Tinten arbeiten, haben in den letzten Jahren eine rasche Entwicklung erfahren, sowohl im Hinblick auf die Zuverlässigkeit und die Bildqualität, die mit dem Druckgerät erreichbar ist, als auch im Hinblick auf die Kosten des Druckgerätes. Infolgedessen ist der Anwendungsbereich des Tintenstrahldruckens zunehmend ausgeweitet worden, und diese Technik wird nun auch für die Herstellung von Farbdrucken benutzt, die relativ hohe Qualitätsanforderungen erfüllen sollen, z. B. das Drucken von Farbpostern und Displaygraphiken in der graphischen Industrie. Qualitätsverbesserungen von Tintenstrahlvorrichtungen führen naturgemäß zu einem fortdauernden Bedarf an verbesserten Tinten, beispielsweise an Tinten mit größerer Farbfestigkeit, und an verbesserten Bildaufzeichnungsmaterialien.
Bildaufzeichnungsmaterialien für mehrfarbiges Tintenstrahldrucken haben üblicherweise eine Farbaufnahmeschicht oder einen Satz solcher Aufnahmeschichten, in denen ein oder mehrere wasseraufnehmende Bindemittel vorhanden sind. Um die Farbstoffe aus den Tinten zu binden, kann die Farbaufnahmeschicht Additive enthalten wie etwa Füllmaterial oder Füllmaterialien und/oder kationische Verbindungen. Typische kationische Verbindungen sind quaternäre Ammoniumverbindungen und Polymere oder Copolymere, die quaternäre Ammoniumgruppen tragen. Die Zusammensetzung der Farbaufnahmeschicht ist vorzugsweise von der Art, daß die beim Bilderzeugungsprozeß auf die Farbaufnahmeschicht aufgesprühten Tintentröpfchen schnell in der Farbaufnahmeschicht absorbiert werden, ohne daß sie übermäßig seitlich auslaufen, so daß scharfe Bildränder und saubere Farbtöne erhalten werden können. Der Farbstoff aus den Tinten muß auch vorzugsweise schnell in einem dünnen Schichtbereich der Farbaufnahmeschicht fixiert werden, damit man Bilder mit ausreichendem Kontrast und hinreichend hoher optischer Dichte erhält.
Die Menge an Wasser und organischen Lösungsmitteln, die beim Drucken eines mehrfarbigen Bildes mit wässrigen Tinten auf das Bildaufzeichnungsmaterial aufgebracht werden, können sehr groß sein und können sogar mehr als 30 g Flüssigkeit (zumeist Wasser) pro m² betragen, wenn sehr dunkle Tönungen zu reproduzieren sind. Wenn Aufzeichnungsmaterialien aus Papier benutzt werden, tritt das Problem auf, daß die Flüssigkeit über die Farbaufnahmeschicht in das Trägerpapier eindringt, und hier wird sie durch die Papierfasern absorbiert, so daß diese aufquellen und sich das Papier lokal wellt. Die Wellen bestehen fort, selbst nachdem der Druck getrocknet ist, weil die Papierfasern nicht wieder auf ihre ursprünglichen Abmessungen schrumpfen. Abgesehen von der Tatsache, daß der Qualitätseindruck des Druckes infolge der Wellen im Papier weniger zufriedenstellend ist, besteht der Nachteil, daß sich die Drucke verklemmen oder sich schwer oder gar nicht in Nachbearbeitungsmaschinen, z. B. Kunststoff-Kaschiermaschinen einführen lassen.
Das US-Patent Nr. 4 892 782 schlägt vor, das Papier einer möglichen Zusatzbehandlung mit einer wasserabstoßenden Substanz zu unterziehen, bevor die Farbaufnahmeschicht aufgebracht wird, um den Papierfasern eine größere Wasserfestigkeit zu verleihen. Das Ammoniumsalz von Styrol/Maleinsäureanhydrid-Copolymer wird als eine wasserabstoßende Substanz angegeben. Das Schlichten des Papiers mit dieser Substanz ist unzureichend, wenn große Mengen an Tinte, wie zuvor angegeben, lokal auf das Tintenempfangsmaterial aufgebracht werden. Diese Behandlung sollte als eine Feuchtigkeitskontrolle betrachtet werden, die in einem eher vertikalen als lateralen Eindringen resultiert, und weniger als eine Behandlung, die zu einer deutlich verringerten Feuchtigkeitsabsorption durch die Papierfasern selbst führt.
Die internationale Anmeldung WO 97/01 447 beschreibt ein Bildaufzeichnungsmaterial für das Tintenstrahldrucken mit wässriger Tinte, das einen Träger, eine poröse, wasserabsorbierende Schicht mit Latex-Bindemittel, hydrophilem Silika und wasserlöslichem Viskositätsmodifizierer und über dieser Schicht eine Schicht aufweist, die aus einem wasserlöslichen kationischen Polymer zusammengesetzt ist. Die beiden Schichten zusammen bilden die Tinte absorbierende Zusammensetzung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Bildaufzeichnungspapier nach dem Einleitungsteil, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die wasserabstoßende Schicht Bindemittel und Füllmaterial enthält und das mit der wasserabstoßenden Schicht versehene Papier einen maximalen Cobb 30 Wert von 5 aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß ein Tintenstrahlaufzeichnungspapier, das mit einer oben definierten wasserabstoßenden Schicht unterhalb der Farbaufnahmeschicht versehen ist, eine zufriedenstellende Beständigkeit gegenüber den flüssigen, zumeist wässrigen Tintenbestandteilen aufweist, so daß die Papierfasern kaum, wenn überhaupt, aufquellen, selbst an den Stellen, an denen große Mengen an Tinte von etwa 35 g/m² aufgebracht werden, um dunklere Farbtönungen zu bilden, und daß im wesentlichen flache Drucke erhalten werden, die in einer Endbehandlungsmaschine, etwa einer Kunststoff-Kaschiermaschine, behandelt werden können, ohne daß wiederholte Zufuhr- oder Transportfehler auftreten.
Außerdem hat die wasserabstoßende Schicht ein relativ geringes Gewicht, und sie kann im Prinzip zusammen mit der Farbaufnahmeschicht in einer Maschinenoperation auf den Trägerpapier aufgebracht werden, was unter Kostengesichtspunkten günstig ist.
Da in der wasserabstoßenden Schicht auch Füllmaterial vorhanden ist, hat die Schicht eine etwas rauhe Oberfläche und somit eine große Kontaktfläche, so daß eine angemessene Haftung zwischen der im wesentlichen hydrophilen oberen Farbaufnahmeschicht und der darunterliegenden hydrophoben wasserabstoßenden Schicht erhalten wird.
Wie bereits erwähnt wurde, sollte das mit der wasserabstoßenden Schicht versehene Papier eine maximale Cobb 30 Zahl von 5 aufweisen, was bedeutet, daß das Papier in einem Cobb-Test mit einer Eindringzeit von 30 Sekunden weniger als 5 g/m² absorbiert. Der Cobb-Test zur Messung der Flüssigkeitsabsorbtion in Papier und anderen Materialien wird ausgeführt, wie in der Norm ISO 535: 1991 (E) beschreiben wird. Natürlich wird der Cobb-Test auf der Seite des Papiers ausgeführt, auf der sich die wasserabstoßende Schicht befindet und auf der anschließend die Farbaufnahmeschicht aufgebracht wird.
Für die Durchführung des Cobb-Testes werden die folgenden Ausrüstungsgegenstände und Hilfsmittel benutzt:
- Ein hohler Metallzylinder mit einem Durchmesser von 112,80 mm und einer Höhe von ± 40 mm, bei dem eine der Stirnflächen glatt poliert ist.
- Eine flache Metallplatte, die auf einer Seite mit einer glatten Gummischicht bedeckt ist, so daß, wenn der Zylinder auf das Gummi aufgespannt und mit Wasser gefüllt wird, kein Leck auftritt. Die Gummischicht hat solche Abmessungen, daß, nachdem der Zylinder eingesetzt worden ist, das Gummi überall wenigstens 10 mm über den Zylinder übersteht.
- Eine Metallklammer, mit deren Hilfe der Zylinder so gegen die zu messende Probe und das darunter befindliche Gummi gespannt wird, daß keine Leckage auftritt.
- Löschpapier mit einem Gewicht von etwa 250 g/m² und einer Absorption von etwa 70 mm, gemessen nach NEN 1837 mit destilliertem Wasser.
Die Papierproben, mit denen der Cobb-Test ausgeführt wird, haben Abmessungen von 140 · 140 mm. Sie werden vor der Messung 24 Stunden lang bei 20ºC und 50% relativer Feuchte konditioniert. Die Messung selbst wird mit destilliertem Wasser bei einer Temperatur von 20ºC (± 1ºC) ausgeführt. Der Cobb-Test wird auch ausgeführt, wie in ISO 535: 1991 (E) beschrieben wird. Der hier definierte Wert von höchstens 5 für Cobb 30 ist der Mittelwert aus 5 Messungen.
Die wasserabstoßende Schicht enthält ein oder mehrere im wesentlichen hydrophobe filmbildende Bindemittel und ein oder mehrere Füllmaterialien. Geeignete Bindemittel zur Bildung der wasserabstoßenden Schicht umfassen Polyvinylchlorid, Polyacrylate und Polymethacrylate, Copolymere von Vinylchlorid mit Vinylazetat und ggf. einer ungesättigten Carbonsäure, Copolymere aus Styrol mit Butadien und ggf. Acrylonitril, Copolymere von Styrol mit Acrylnolotril und Copolymere von Acrylonitril mit Butadien, Copolymere von Styrol mit einem Acrylat und/oder Methacrylat, Polyvinylidenchlorid und Copolymere von Polyvinylidenchlorid.
Geeignete Füllmaterialien umfassen Ton, Kaolin, Talcum, Silika, Kalziumcarbonat (Kalk), Diatomazeenerde, Bariumsulfat, Titandioxid, Aluminiumoxid, Zinkoxid, synthetische Füllmaterialien und Gemische aus zwei oder mehreren dieser Füllmaterialien. Das Füllmaterial in der Schicht dient dazu, ihr eine gewisse Rauhigkeit und eine vergrößerte Kontaktfläche zu verleihen und so für eine angemessene Haftung der darauf aufzutragenden hydrohphilen Farbaufnahmeschicht zu sorgen. Der Gehalt an Füllmaterial in der wasserabstoßenden Schicht braucht nicht so groß zu sein, daß die Schicht wasserdurchlässig wird. Im allgemeinen sollte das Gewichtsverhältnis zwischen Füllmaterial und Polymer-Bindemittel weniger als 1 : 1 betragen, um einen Cobb 30 Wert von maximal 5 zu erreichen.
Das bevorzugte Verhältnis zwischen Füllmaterial und Bindemittel, um einerseits einen hinreichend niedrigen Cobb Wert (kleiner als 5) zu erreichen, um die Papierfasern gegen die Wirkung der Feuchtigkeit zu schützen, und andererseits eine ausreichende Rauhigkeit zu erreichen, damit die Farbaufnahmeschicht haftet, ist u. a. von der Art des Füllmaterials und des Bindemittels, der Partikelgröße und der Oberflächenbeschaffenheit der Füllmaterialpartikel, insbesondere ihrer Porosität / spezifischen Oberfläche abhängig.
Wenn Füllmaterialien wie etwa synthetische amorphe Silika mit einer Partikelgröße von 3 bis 4 Mikrometer und einem großen Porenvolumen von mehr als etwa 0,4 ml/g benutzt werden, hat sich als bevorzugte Menge an Füllmaterial allgemein 0,15-0,45 Gewichtsteile pro Gewichtsteil Bindemittel herausgestellt. Wenn Füllmaterialien mit annähernd den gleichen Partikelgrößen aber einem wesentlich kleineren Porenvolumen benutzt werden, ist die bevorzugte Menge an Füllmaterial 0,6-1 Gewichtsteil pro Gewichtsteil Bindemittel. Das wasserabstoßende Papier sollte das Trägerpapier vollständig bedecken, um einen guten Schutz der Papierfasern gegen den Einfluß der Feuchtigkeit zu erreichen. Das Trockengewicht der Schicht sollte nicht größer als nötig sein, um einen Cobb 30 Wert von maximal 5 zu erreichen. Im allgemeinen sollte das Trockengewicht der wasserabstoßenden Schicht zwischen 4 und 7 g/m² betragen.
Die wasserabstoßende Schicht kann auf dem Trägerpapier mit Hilfe einer Beschichtungsflüssigkeit aufgetragen werden, die auf ein oder mehreren organischen Lösungsmitteln basiert, in denen filmbildende Bindemittel gelöst oder dispergiert sind und Füllmaterial dispergiert ist. Vorzugsweise werden sie in Form einer im wesentlichen wässrigen Dispersion aus Bindemittel und Füllmaterial aufgebracht.
Sehr geeignete wasserabstoßende Schichten sind die Füllmaterial enthaltenden Schichten, die mit Hilfe einer wässrigen Dispersion gebildet werden und die als Bindemittel ein Copolymer von 50-75 Gew.-% Styrol und 50-25 Gew.-% Butadien und als Füllmaterial synthetisches amorphes Silika enthalten und bei denen das Verhältnis von Füllmaterial zu Bindemittel 0,15 bis 0,40 beträgt. Das Trockengewicht der Schicht beträgt vorzugsweise 4-6 g/m². Der Cobb 30 Wert einer solchen Schicht beträgt etwa 3,5.
Die wasserabstoßende Schicht wird auf beide Seiten des Trägerpapiers aufgebracht oder zumindest auf die Seite, auf der auch die Farbaufnahmeschicht aufzubringen ist.
Wenn die wasserabstoßende Schicht auch auf der Rückseite angebracht wird (d. h., auf der Seite, wo im wesentlichen keine Farbaufnahmeschicht aufgetragen wird, kann sie dieselbe Zusammensetzung wie die andere wasserabstoßende Schicht aber ein niedriges Trockengewicht oder eine andere Zusammensetzung haben, die zu einem höheren Cobb Wert, z. B. 7 bis 8, führt. Der höhere Cobb Wert ist zulässig, weil die Rückseite des Papiers weniger Feuchtigkeit verkraften muß als die Vorderseite, die die Farbaufnahmeschicht trägt. Substanzen wie etwa Schmiermittel, die den Papiertransport in der Druckvorrichtung unterstützen, können der Schicht auf der Rückseite zugesetzt werden.
Die Farbaufnahmeschicht, die auf der wasserabstoßenden Schicht angebracht wird, kann eine der Schichten, die für die Aufnahme von wässrigen Tintenstrahltinten bekannt sind, oder ein Satz von Schichten sein. Solche Schichten oder übereinander angeordnete Schichtkombinationen sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt und bestehen im allgemeinen aus ein oder mehreren absorbierenden Füllmaterialien, ein oder mehreren wasserlöslichen oder quellbaren Bindemitteln und ein oder mehreren kationogenen Substanzen, die polymer sein können oder nicht und die dazu angepaßt sind, die Farbstoffe aus wässrigen Tinten zu binden. Die am besten bekannten kationogenen Substanzen zu diesem Zweck sind (polymere) quaternäre Ammoniumverbindungen.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele erläutert werden.

Beispiel 1

Weißes Grundpapier mit einem Gewicht von etwa 80 g/m² (Typ Xerographic. BEX, hergestellt von Champion, Brasilien) wurde auf beiden Seiten mit einer wasserabstoßenden Schicht mit einem Trockengewicht von 6 g/m² versehen, mit Hilfe einer Flüssigkeit, die die folgende Zusammensetzung hatte:
100 ml einer Dispersion (50 g/Liter) eines Copolymers von Styrol mit Butadien in Wasser (Dow Latex 905, hergestellt von Dow Chemical, Niederlande)
50 g kristallines Silika (Min-u-sil 5 Mikrometer, von Pennsylvania Glass Sand, USA)
100 ml Wasser
Der Cobb Wert, gemessen auf der Seite, auf der die wasserabstoßende Schicht aufgebracht wurde, betrug 2, 3 (Mittelwert aus 5 Messungen an 5 verschiedenen Proben).
Das auf diese Weise wasserabstoßend gemachte Papier wurde auf einer Seite mit einer Farbaufnahmeschicht mit einem Trockengewicht von 10 g/m² versehen, mit Hilfe einer Flüssigkeit, die enthielt:
150 ml einer 10 Gew.-% Lösung aus Polyvinylalkohol in Wasser (Moviol 40- 80, hergestellt von Hoechst AG, Deutschland)
50 g Silika (Syloid 72 von W.R. Grace & Co, USA)
5 g quaternäres Ammoniumpolymer (Alcostat 167 von Allied Colloids, England)
150 ml Wasser
Das auf diese Weise erhaltene Tintenstrahl-Aufzeichnungspapier wurde in einem Tintenstrahldrucker, Typ Encad, Novajet.Pro, mit einem mehrfarbigen Bild bedruckt, das dunkle Farbzonen enthielt, wobei die Menge an aufgetragener Tinte lokal mehr als 30 g/m² betrug. Es trat kein übermäßiges Quellen der Papierfasern auf, und nach dem Trocknen war der erhaltene Druck vollständig flach (A4 Format), und es war möglich, ihn ohne Schwierigkeiten in einer Kunststoff-Kaschiermaschine zu verarbeiten.

Beispiel 2

Tintenstrahl-Aufzeichnungspapier wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, wobei die verwendete Flüssigkeit zur Bildung der wasserabstoßenden Schicht mit einem Trockengewicht von etwa 5 g/m² eine Flüssigkeit mit der folgenden Zusammensetzung war:
100 g Dow Latex 905 (siehe Beispiel 1)
23 g amorphes synthetisches Silika (Tixosil 311 von Rhône Poulenc. Frankreich)
100 ml Wasser
Die gemessene Schicht hatte einen Cobb Wert von 3,5 (Mittelwert aus 5 Messungen). Die Qualität der in einem Tintenstrahldrucker (siehe Beispiel 1) erzeugten Mehrfarbdrucke war im wesentlichen identisch zu derjenigen der Drucke, die mit dem Papier nach Beispiel 1 erhalten wurden.

Beispiel 3

Tintenstrahl-Empfangspapier wurde nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei die wasserabstoßende Schicht nun mit einem Trockengewicht von etwa 6 g/m² mit der folgenden Beschichtungsflüssigkeit gebildet wurde:
100 ml einer 50 Gew.-%-igen wässrigen Styrol/Acrylatemulsion. (Litex AP4120 von Hüls A.G., Deutschland)
40 g Kaliziumcarbonat (Microcal spa C100 von ECC International, Belgien)
80 ml Wasser
Der Cobb Wert war 4,3 (Mittelwert aus 5 Messungen)
Die mit diesem Papier in dem Drucker nach Beispiel 1 erhaltenen Drucke waren im wesentlichen identisch zu denjenigen, die mit Papieren nach den vorstehenden Beispielen erhalten wurden.

Beispiel 4

Das Papier, das nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 mit einer wasserabstoßenden Schicht versehen worden war, wurde mit einer Farbaufnahmeschicht mit einem Trockengewicht von etwa 10 g/m² beschichtet, mit Hilfe einer Flüssigkeit mit der folgenden Zusammensetzung:
50 ml einer 20 Gew.-%-igen wässrigen Lösung von Polyvinalalkohol (Moviol 8-88 von Hoechst A.G., Deutschland)
75 ml einer 15 Gew.%-igen wässrigen Lösung von Polyvinylpyrrolidon (PVP K90 von G.A.F., USA)
125 ml Wasser
Die mit diesem Papier in einem Tintenstrahldrucker nach Beispiel 1 erhaltenen Mehrfarbdrucke hatten eine gute Qualität, und das Trägerpapier zeigte keine Welligkeit infolge von Wasserabsorption.
Wenn die in den vorstehenden Beispielen verwendete Farbaufnahmeschicht (oder eine andere an sich bekannte Farbaufnahmeschicht) direkt auf dem Trägerpapier aufgebracht wird (d. h. ohne die wasserabstoßende Zwischenschicht) oder auf einem Trägerpapier aufgetragen wird, das mit 6 g/m² Trockengewicht eines Styrol/Maleinsäureanhydrids (Ammoniumsalz) behandelt worden war, wie in dem US-Patent 4 892 782 beschrieben wird, sind die beim Drucken in dem in Beispiel 1 erwähnten Gerät erhaltenen Drucke nicht flach, und sie führen zu wiederholten Fehlfunktionen beim Transport in einer Kunststoff-Kaschiermaschine.

Claims

1. Bildaufzeichnungspapier für das Drucken mit wässrigen Tintenstrahltinten, mit einem Trägerpapier, das auf wenigstens einer Seite mit einer wasserabstoßenden Schicht und darüber mit einer Farbaufnahmeschicht oder einem Satz aus Farbaufnahmeschichten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserabstoßende Schicht Bindemittel und Füllmaterial enthält und das mit der wasserabstoßenden Schicht versehene Papier einen maximalen Cobb 30 Wert von 5 hat.

2. Bildaufzeichnungspapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockengewicht der wasserabstoßenden Schicht höchstens 7 g/m² beträgt.

3. Bildaufzeichnungspapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Füllmaterial: Bindemittel in der wasserabstoßenden Schicht 1 ist.

4. Bildaufzeichnungspapier nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Füllmaterial: Bindemittel zwischen 0,15 und 0,45 beträgt.

5. Bildaufzeichnungspapier nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserabstoßende Schicht ein Bindemittel aus der Gruppe enthält, die gebildet wird durch Polyvinylchlorid, Polyacrylate, Polymethacrylate, Copolymere von Vinylchlorid mit Vinylazetat und ggf. ungesättigter Carbonsäure, Copolymer von Styrol mit Butadien und ggf. Acrylonitril, Copolymer von Styrol mit Acrylnolotril, Copolymer von Butadien und Acrylnolitril.

6. Bildaufzeichnungspapier nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Copolymer aus 50 bis 75 Gew.-% Styrol und 50-25 Gew.-% Butadien ist.

7. Bildaufzeichnungspapier nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es je Gewichtsteil Bindemittel zwischen 0,15 und 0,45 Gewichtsteile Füllmaterial mit einem Porenvolumen von mehr als 0,4 ml/g enthält.

8. Bildaufzeichnungspapier nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial synthetisches amorphes Silika ist.