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Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein Tintenstrahl-Bildaufzeichnungselement
mit dem sich gedruckte Bilder mit hohen optischen Dichten, ausgezeichneter
Bildqualität,
hohem Glanz und schneller Trocknungsgeschwindigkeit herstellen lassen.
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In
einem typischen Tintenstrahl-Aufzeichnungs- oder Drucksystem werden
Tintentröpfchen
aus einer Düse
mit hoher Geschwindigkeit in Richtung eines Aufzeichnungselementes
oder Aufzeichnungsmediums ausgestoßen, um ein Bild auf dem Medium
zu erzeugen. Die Tintentröpfchen
oder die Aufzeichnungsflüssigkeit
enthält
im Allgemeinen ein Aufzeichnungsmittel, wie einen Farbstoff oder
ein Pigment sowie eine große Menge
an Lösungsmittel.
Das Lösungsmittel
oder die Trägerflüssigkeit
wird in typischer Weise aus Wasser hergestellt, einem organischen
Material wie einem einwertigen Alkohol, einem mehrwertigen Alkohol
oder Mischungen hiervon.
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Ein
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement enthält in typischer Weise einen
Träger,
der auf mindestens einer Oberfläche
eine Tintenempfangsschicht oder Bildaufzeichnungsschicht aufweist,
wobei zu diesen Elementen jene gehören, die für eine Reflexionsbetrachtung
bestimmt sind, die einen opaken Träger aufweisen und solche, die
für eine
Betrachtung mittels hindurchgelassenem Licht bestimmt sind, die
einen transparenten Träger
aufweisen.
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Obgleich
bisher eine große
Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Bildaufzeichnungselementen
für die
Verwendung mit Tintenstrahlgeräten
vorgeschlagen wurde, bestehen doch viele ungelöste Probleme und die bekannten
Produkte weisen viele Mängel
auf, die ihre kommerzielle Verwendbarkeit stark beschränkt haben.
Die Erfordernisse, die an ein Bildaufzeichnungsmedium oder Bildaufzeichnungselement
für die
Tintenstrahl-Aufzeichnung gestellt werden, sind sehr streng.
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Es
ist allgemein bekannt, dass, um Bilder von photographischer Qualität auf solch
einem Bildaufzeichnungselement zu erhalten und aufrecht zu erhalten,
ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement folgende Bedingungen erfüllen muss:
- – es
muss leicht benetzbar sein, so dass keine Puddeln auftreten, d.
h. eine Koaleszenz von benachbarten Tintentröpfchen, die zu einer ungleichförmigen Dichte
führt
- – es
darf kein Ausbluten des Bildes auftreten
- – es
muss zu maximalen gedruckten optischen Dichten führen
- – es
muss die Fähigkeit
haben, hohe Konzentrationen an Tinte zu absorbieren und rasch zu
trocknen, um eine Blockierung zu vermeiden gegenüber nachfolgenden Drucken oder
anderen Oberflächen,
wenn sie aufgestapelt werden
- – es
muss einen hohen Glanzgrad aufweisen und Glanzunterschiede vermeiden
- – es
darf keine Diskontinuitäten
oder Defekte aufgrund von Reaktionen zwischen dem Träger und/oder
der Schicht oder Schichten zeigen, wie eine Rissbildung, eine Abstoßung, Kammlinien
und dergleichen
- – es
darf unabsorbierten Farbstoffen nicht ermöglichen, auf der freien Oberfläche zu aggregieren
unter Erzeugung einer Farbstoff-Kristallisation, was zu einem Ausblühen oder
zu Bronzierungseffekten in den Bereichen mit aufgezeichnetem Bild
führt
- – es
muss eine optimierte Bildhaltbarkeit aufweisen, um ein Ausbleichen
bei Kontakt mit Wasser oder durch Einwirkung von Strahlung durch
Tageslicht, Wolframlicht oder fluoreszierendem Licht zu vermeiden.
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Beschichtungen
werden in typischer Weise auf Papier aufgetragen, wenn Glanz und
Tinten-Ausgiebigkeit
(eine Barriere für
Färbemittel)
erforderlich sind. Derartige Beschichtungen sind derart beschaffen,
dass sie in den Tintenlösungsmitteln
unlöslich
sind, so dass die Farbstoffe nicht penetrieren können, unter Verursachung eines
matten Finish. Eine derartige Maßnahme verhindert jedoch auch,
dass gedruckte Bilder rasch trocknen, da kein Weg für das Lösungsmittel
von der Tinte zum Papier vorhanden ist.
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Es
ist wünschenswert,
ein poröses
Material in einem Tintenstrahl-Aufzeichnungselement zu verwenden
aufgrund seiner Flüssigkeit
absorbierenden Fähigkeit,
die eine effektive Trocknung ermöglicht.
Diese schnelle Trocknungszeit kann die Druckwirksamkeit erhöhen und kann
in vielen Fällen
die Druckqualität
verbessern durch Eliminierung des Ausblutens von zwei einander benachbarten
Farben in dem Druck.
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Die
WO 97/33758 beschreibt verschiedene Lösungspolymere, die, wenn sie
auf einen porösen
Träger aufgetragen
werden, höhere
optische Dichten ermöglichen
als in dem Falle, in dem die Tinten direkt auf die poröse Trägerfläche aufgedruckt
werden. Im Falle von derartigen Lösungspolymeren besteht jedoch
ein Problem aufgrund ihrer hohen Quellbarkeit, was dazu führt, dass
die Färbemittel
von der Oberfläche
in die Beschichtung wandern unter Herbeiführung von geringen optischen
Dichten. Wenn pigmentierte Färbemittel
verwendet werden, kann ferner eine Rissbildung in dem Bereich mit
aufgezeichnetem Bild auftreten.
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Die
Literaturstelle Research Disclosure 39524 vom März 1997 betrifft Gesamt-Latexbeschichtungen für Papier
und Karton. Die Literaturstelle offenbart ferner, dass diese Gesamt-Latexbeschichtungen
im Rahmen von Tintenstrahl-Anwendungen verwendet werden können. In
dieser Literaturstelle findet sich jedoch kein Hinweise auf die
speziellen Latexpolymeren, die hier verwendet werden.
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Die
JP-A-09-109546 offenbart ein Blatt für die Tintenstrahl-Aufzeichnung
mit einer Tintenempfangsschicht auf einem Trägerblatt, wobei die Tintenempfangsschicht
ein hydrophiles Harz enthält
und ein wasserlösliches
Harz, wobei das Blatt verbesserte Trocknungseigenschaften aufweist
und eine exzellente Wasserresistenz.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement bereitgestellt,
das die folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge aufweist:
- I) einen Träger
aus einem Lösungsmittel
absorbierenden, porösen
Material, und
- II) eine Bildaufzeichnungsschicht mit einem Vinyllatexpolymer
mit der folgenden Formel: worin: A ein hydrophiles
Vinylmonomer ist, wie ein solches aus Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat,
Methacrylsäure,
Acrylsäure,
Vinylalkohol, Acrylamid, Methacrylamid oder Hydroxyethylacrylamid;
B
ein hydrophobes Vinylmonomer ist, wie Methylacrylat, Methylmethacrylat,
Butylacrylat, Butylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat,
Isopropylacrylat, Cyclohexylacrylat, Norbornylacrylat, Vinylacetat,
Vinylneodeconat oder Styrol;
C ein kationisches Monomer ist,
wie Trimethylammoniumethylacrylatchlorid, Trimethylammoniumethylacrylatmethylsulfat,
Trimethylammoniummethylacrylatchlorid, Trimethylammoniumethylmethacrylatmethylsulfat,
Methylvinylpyridiniumchlorid, Methylimidazoliumiodid oder Trimethylammoniumethylacrylamidchlorid;
x
steht für
10 bis 80 Mol-%;
y steht für
10 bis 80 Mol-% und
z steht für 2 bis 20 Mol-%.
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Das
Aufzeichnungselement der Erfindung hat die Fähigkeit, Flüssigkeit von der Tinte zu absorbieren, was
eine rasche Trocknung der Tinte nach dem Druck ermöglicht und
was das Ausbluten zwischen zwei benachbarten Farben eliminiert.
Weiterhin hält
die Bildaufzeichnungsschicht Färbemittel
im oberen Teil des Elementes fest, unter Erzeugung einer hohen Farbdichte.
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Im
Falle einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist A ein hydrophiles Vinylmonomer, das bei einem
pH-Wert von 2 nicht ionisch ist. Im Falle einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
ist A ein acrylisches Monomer. In einer noch anderen bevorzugten
Ausführungsform
ist B ein Acrylatmonomer. In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform
steht x für
20 bis 50 Mol-%, y steht für
50 bis 70 Mol-% und z steht für 5
bis 15 Mol-%.
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Zu
Beispielen des Vinyllatexpolymeren, das für die Erfindung geeignet ist,
gehören
die Folgenden:
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In
den obigen Polymeren 1–6
und 8 steht C für
Trimethylammoniumethylmethacrylat, Chloridsalz: CH2CH(CH3)COOC2H4N(CH3)·Cl
und z steht für
10. Im Falle des Polymeren 7 steht C für Trimethylammoniumethylacrylat,
Methylsulfatsalz: CH2CHCOOC2H4N(CH3)3·(OSO3CH3) und z steht
für 10.
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Jeder
Träger
oder jedes Substrat kann in dem Aufzeichnungselement der Erfindung
verwendet werden, vorausgesetzt, es ist porös. Trägermaterialien sollten porös sein,
so dass Flüssigkeit
von der Tinte schnell von der freien Oberfläche fortgeführt werden kann, um den Eindruck
einer schnellen Drucktrocknung zu vermitteln. Beispielsweise können verwendet werden
kalandriertes oder unkalandriertes Papier auf Pulpenbasis, durch
Vergießen
beschichtete oder mit Ton beschichtete Papiere, sowie Woven Fabrics
wie aus Baumwolle, Nylon, Polyestern, Rayon und dergleichen. Im
Falle einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht der Träger
aus Papier.
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Im
Falle einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
der Träger
ein mikroporöses Material
mit:
- (a) einer Matrix aus Polyolefin;
- (b) feinverteilten, in Wasser praktisch unlöslichen Füllstoffteilchen, von denen
vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% kieselsäurehaltige Teilchen sind, wobei
die Füllstoffteilchen über die
Matrix verteilt sind und 40 bis 90 Gew.-% des mikroporösen Materials
ausmachen; und
- (c) einem Netzwerk von miteinander verbundenen Poren, die wesentlich über das
mikroporöse
Material kommunizieren, wobei die Poren 35 bis 95 Vol.-% des mikroporösen Materials
ausmachen.
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Zu
für die
Erfindung geeigneten Polyolefinen gehören Polypropylen, Polyethylen,
Polymethylpenten und Mischungen hiervon. Polyolefincopolymere, einschließlich Copolymere
von Ethylen und Propylen sind ebenfalls geeignet. Zu bevorzugten
Polyolefinmaterialien gehören
im Wesentlichen lineares Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht
(UHMW) mit einer Intrinsik-Viskosität von mindestens 10 Dezilitern/g,
im Wesentlichen lineares UHMW-Propylen mit einer Intrinsik-Viskosität von mindestens
6 Dezilitern/g oder eine Mischung hiervon.
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Viele
Verfahren sind zur Herstellung eines porösen oder mikroporösen Polyolefins
bekannt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandt werden
können.
Derartige Verfahren werden beispielsweise beschrieben in der WO
97/22467 und in den US-A-5 605 750 und 5 244 861.
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Viele
der mikroporösen
Materialien, die im Rahmen der Aufzeichnungselemente der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, sind im Handel erhältlich. Zu Beispielen gehört ein ein
Polyethylenpolymer enthaltendes Material, das vertrieben wird von
der Firma PPG Industries, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania unter der Handelsbezeichnung
Teslin®,
Tyvek®,
ein synthetisches Papier (DuPont Corp.), natürliches Pulpenpapier und OPPalyte®-Filme
(Mobil Chemical Co.) sowie andere Verbundfilme, die in der US-A-5
244 861 wie oben diskutiert, aufgelistet sind.
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Die
Matrix des mikroporösen
Materials, das im Rahmen der Erfindung verwendet wird, besteht aus
einem porösen
Polyolefin, das extrudiert werden kann, kalandriert werden kann,
gepresst oder zu einem Film, einem Blatt, Streifen oder einer Bahn
aufgespult werden kann.
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Wie
in dem mikroporösen
Material, das gemäß der Erfindung
geeignet ist, vorhanden, können
die feinverteilten, praktisch in Wasser unlöslichen Füllstoffteilchen in Form von
elementaren (ultimate) Teilchen, Aggregaten von elementaren Teilchen
oder einer Kombination von beiden vorliegen. Im Allgemeinen haben
mindestens 90 Gew.-% der Kieselsäure
enthaltenden Teilchen, die zur Herstellung des mikroporösen Materials verwendet
werden, Gesamt-Teilchengrößen im Bereich
von 5 bis 40 μm,
vorzugsweise von 10 bis 30 μm.
Es wird erwartet, dass die Größen der
Füllstoff-Agglomerate
während
der Verarbeitung der Bestandteile zur Herstellung des mikroporösen Materials
zerkleinert werden. Infolgedessen kann die Verteilung der Gesamt-Teilchengrößen in dem
mikroporösen
Material kleiner sein als in dem rohen kieselsäurehaltigen Füllstoffmaterial selbst.
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Zu
Beispielen von geeigneten Kieselsäure enthaltenden Teilchen,
die für
die Erfindung geeignet sind, gehören
Teilchen von Kieselsäure,
Glimmer, Montmorillonit, Kaolinit, Asbest, Talkum, Diatomenerde,
Vermiculit, natürliche
und synthetische Zeolithe, Zement, Calciumsilikat, Aluminiumsilikat,
Natriumaluminiumsilikat, Aluminiumpolysilikat, Aluminiumsilicagele
und Glasteilchen. Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform
werden Kieselsäure
oder Siliziumdioxid wie ausgefällte
Kieselsäure,
Silicagel oder abgerauchte Kieselsäure und Tone verwendet.
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Zusätzlich zu
den kieselsäurehaltigen
Teilchen können
feinverteilte, in Wasser praktisch unlösliche Füllstoffteilchen, die keine
Kieselsäure
enthalten, verwendet werden. Zu Beispielen von derartigen, gegebenenfalls
keine Kieselsäure
enthaltenden Füllstoffteilchen
gehören
Teilchen von Tintanoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Zinkoxid, Antimonoxid,
Zirkondioxid, Magnesia, Aluminiumoxid, Molybdändisulfid, Zinksulfid, Bariumsulfat,
Strontiumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid
sowie feinverteilte, in Wasser praktisch unlösliche Flammen-resistente Füllstoffteilchen,
wie Teilchen aus Ethylen-bis(tetrabromophthalimid), Octabromodiphenyloxid,
Decabromodiphenyloxid und Ethylenbisdibromonorbornandicarboximid.
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Wenn
in dem mikroporösen
Material vorhanden, können
die feinverteilten, in Wasser praktisch unlöslichen, keine Kieselsäure enthaltenden
Füllstoffteilchen
in Form von elementaren (ultimate) Teilchen, Aggregaten von elementaren
Teilchen oder einer Kombination von beiden vorliegen. Im Allgemeinen
haben mindestens 75 Gew.-% der keine Kieselsäure enthaltenden Füllstoffteilchen,
die zur Herstellung des mikroporösen Materials
verwendet werden, eine Gesamt-Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 40 μm.
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Der
Träger
hat in geeigneter Weise eine Dicke von 50 bis 500 μm, vorzugsweise
von 75 bis 300 μm. Antioxidationsmittel,
antistatische Mittel, Plastifizierungsmittel und andere bekannte
Additive können
falls erwünscht
in den Träger
eingeführt
werden.
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Um
die Adhäsion
der Bildaufzeichnungsschicht auf dem Träger zu verbessern, kann die
Oberfläche des
Trägers
einer Corona-Entladungsbehandlung vor Aufbringen der Bildaufzeichnungsschicht
unterworfen werden.
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Zusätzlich kann
eine die Haftung verbessernde Schicht, wie eine Schicht, erzeugt
aus einem halogenierten Phenol oder einem teilweise hydrolysierten
Vinylchlorid-Vinylacetatcopolymer auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht werden, um
die Adhäsion
der Lösungsmittel
absorbierenden Schicht zu verbessern. Wird eine die Haftung verbessernde
Schicht verwendet, so sollte sie eine Dicke (d. h. eine Dicke der
trockenen Schicht) von weniger als 2 μm haben.
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Die
Latexbeschichtung kann auf eine oder beide freie Oberflächen des
Trägermaterials
aufgebracht werden, in Abhängigkeit
von dem erwünschten
Glanz sowie den Bildqualitäts-Charakteristika einer
jeden Bildaufzeichnungsoberfläche.
Die Latexbeschichtung kann wiederum mit einer beliebigen Anzahl
von erwünschten
Schichten überschichtet
werden, um eine weitere Steuerung der Tintenabsorption zu erleichtern,
in Abhängigkeit
von der genauen Zusammensetzung der Tinten, die beim Druckprozess
eingesetzt werden. Derartige Deck schichten können gleichzeitig mit der Latexbasisschicht
abgeschieden werden oder sie können
in nachfolgenden Beschichtungsstufen wie erforderlich aufgetragen
werden.
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Das
Latexpolymer kann auf dem Träger
abgeschieden werden nach irgendeinem einer Vielzahl von allgemein
bekannten Verfahren. In typischer Weise können derartige Beschichtungen
durch Wulstbeschichtung aufgebracht werden, durch Beschichtung mit
einem umwickelten Stab, durch Gravure-Beschichtung, Walzenumkehrbeschichtung,
Beschichtung mit einem Messer oder durch Tauchbeschichtung, durch
Vorhangbeschichtung usw.. Beschreibungen derartiger Beschichtungsverfahren
finden sich in "Coating
and Drying Defects" von
Edgar B. Gutoff und Edward D. Cohen, Verlag John Wiley and Sons,
1995.
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Nach
dem Aufbringen der Beschichtung oder des Beschichtungspacks, einschließlich der
Deckschichten, sollten diese völlig
erstarren gelassen werden, falls erforderlich (entweder durch Abschrecken,
Wärme-Erstarrung
oder durch Anwendung eines chemischen Fixier- oder Erstarrungsmittels)
und die Schichten sollten weiter getrocknet werden, um das Wasser
zu entfernen und um den Latex zu koaleszieren, in dem Ausmaße, dass
er koaleszieren kann. Ist beispielsweise die Beschichtungsstärke des
Polymerlatex niedrig genug, so kann dieser damit beginnen, in die
Substratporen einzudringen, unter Zurücklassung von wenigen der Teilchen in
einem ausreichend intimen Kontakt derart, dass sie wirksam koaleszieren
können.
Eine solche Situation kann besonders geeignet sein, wenn lediglich
eine teilweise Trägerporen-Verstopfung erwünscht ist,
so dass Tinten-Trocknungszeiten kurz sind.
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Obgleich
der Polymerlatex erfolgreich aus beliebigen Flüssigkeiten aufgetragen werden
kann, in denen er stabil bleibt, ist Wasser das bevorzugte Beschichtungslösungsmittel,
aufgrund seiner unschädlichen Natur.
Die Beschichtungszusammensetzung kann hergestellt werden mit einem
beliebigen Feststoffgehalt, der erwünscht ist, um eine besondere
Trocken-Beschichtungsstärke
zu erzielen, jedoch unter Erzeugung von relativ niedrigen Viskositäten, wobei
Polymerlatices aufgetragen werden können ausgehend von einem hohen Feststoffgehalt
von bis zu 50 Gew.-%, so dass die Nass-Beschichtungsstärke gering
ist und derart, dass weniger Energie und Zeit erforderlich ist,
um die Beschichtung wirksam zu trocknen. Bevorzugte Zusammensetzungen
enthalten 10–20
Gew.-% Feststoffe in Wasser. Additive, die aus dem sich auf Beschichtungen
beziehenden Stande der Technik bekannt sind, können in die Beschichtungszusammensetzung
eingeführt
werden, wie oberflächenaktive
Mittel, Gleitmit tel, Entschäumer,
Mattierungsteilchen, Koaleszenz-Hilfsmittel, Quervernetzungsmittel
und dergleichen.
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Obgleich
die Trocken-Beschichtungsstärke
der aufgetragenen Schicht je nach den Bedürfnissen variiert werden kann,
erzeugen höhere
Beschichtungsstärken
Beschichtungen mit einem höheren
Glanz. Die Trocken-Beschichtungsstärke der Polymerlatexschicht
sollte reichen von 0,50–10,0
g/m2, jedoch weiter bevorzugt sollte sie
liegen bei 2,0–5,0
g/m2.
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Deckschichtmaterialien,
sofern erforderlich, sollten ferner die Tinten-Empfangscharakteristika
des Bildaufzeichnungselementes steigern. In typischer Weise werden
glänzende
Tinten-Empfangsschichten
bevorzugt aufgrund einer erkennbaren Qualitäts-Perspektive, und mehrere
Typen von glänzenden,
Tinte absorbierenden Schichten sind offenbart worden. Zum Zwecke
einer erhöhten
Absorption von wässrigen
Tinten gehören
hierzu, ohne dass eine Beschränkung
hierauf erfolgt, natürlich
vorkommende hydrophile Kolloide und Gummis, wie Gelatine, Albumin,
Guar, Xanthan, Acacia, Chitosan, Stärken und ihre Derivate und
dergleichen. Derivate von natürlich
vorkommenden Polymeren, wie funktionalisierte Proteine, funktionalisierte
Gummis und Stärken
und Celluloseether sowie ihre Derivate sind ebenfalls erfolgreich
in glänzenden
Tinten-Empfangsschichten verwendet worden. Auch liefern synthetische
Polymere gute Bildaufzeichnungs-Charakteristika. Zu Beispielen von
derartigen Materialien von derartigen Materialien gehören Polyvinyloxazolin
und Polyvinylmethyloxazolin, Polyoxide, Polyether, Poly(ethylenimin),
Poly(acrylsäure),
Poly(methacrylsäure),
n-Vinylamide, einschließlich
Polyacrylamid und Polyvinylpyrrolidon sowie Poly(vinylakohol), seine
Derivate und Copolymere. Materialien und ihre Wasser-Absorptionscharakteristika
werden beschrieben in "Water-Soluble
Synthetic Polymers Properties and Behavior, Band 1 und 2", von Philip Molyneux,
CRC Pres, Inc., 1984.
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Polymerlatexteilchen
für den
Zweck dieser Erfindung sind das Ergebnis einer Emulsionspolymerisation.
Hierzu gehören
sowohl die festen Polymerteilchen, die in Wasser suspendiert sind
wie auch beliebige, in Wasser lösliche
Polymere, die ebenfalls in dem Wasser am Ende der Reaktion vorhanden
sind. Die Emulsionspolymerisation von Vinylmonomeren wird in der
Literatur ausführlich
beschrieben. Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers, von
Lowell und El-Asser, sowie andere Texte beschreiben verschiedene
Monomere, Initiatoren, oberflächenaktive
Mittel und Reaktionsverfahren. Zu den Dingen, die in diesen Texten
nicht beschrieben werden, gehört
die Steuerung des Glanzes in den Beschichtungen.
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Gegebenenfalls
kann eine zusätzliche
Rückschicht
oder eine Beschichtung auf die Rückseite
des Trägers
aufgebracht werden (d. h. die Seite des Trägers, die der Seite gegenüberliegt,
auf der die Bildempfangsschicht aufgetragen wird), um die Maschinen-Handhabungseigenschaften
des Aufzeichnungselementes zu verbessern, um die Reibung und den
Widerstand hiervon und dergleichen zu steuern. In typischer Weise
kann die Rückschicht
ein Bindemittel und einen Füllstoff
enthalten. Zu typischen Füllstoffen
gehören
amorphe und kristalline Kieselsäuren,
Poly(methylmethacrylat), hohle, kugelförmige Polystyrolkügelchen,
mikrokristalline Cellulose, Zinkoxid, Talkum und dergleichen. Die
Menge an Füllstoff,
die in die Rückschicht
eingeführt
wird, liegt im Allgemeinen bei weniger als 2 Gew.-% der Bindemittelkomponente
und die mittlere Teilchengröße des Füllstoffmaterials
liegt im Bereich von 5 bis 15 μm,
vorzugsweise 5 bis 10 μm.
Typische Bindemittel, die in der Rückschicht verwendet werden,
sind Polymere, wie Acrylate, Methacrylate, Polystyrole, Acrylamide,
Poly(vinylchlorid)-poly(vinylacetat)copolymere,
Poly(vinylalkohol), Cellulosederivate und dergleichen. Zusätzlich kann
ein antistatisch wirksames Mittel in die Rückschicht eingeführt werden,
um eine statische Aufladung des Aufzeichnungselementes zu verhindern.
Besonders geeignete antistatisch wirksame Mittel sind Verbindungen wie
Dodecylbenzolsulfonat, Natriumsalz; Octylsulfonat, Kaliumsalz; Oligostyrolsulfonat,
Natriumsalz; Laurylsulfosuccinat, Natriumsalz und dergleichen. Das
antistatisch wirksame Mittel kann der Bindemittelzusammensetzung
in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des
Bindemittels zugesetzt werden.
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Die
Bildaufzeichnungsschicht kann in jeder beliebigen Menge vorliegen,
die effektiv für
den beabsichtigten Zweck ist. Im Allgemeinen kann sie in einer Menge
von 0,5 bis 20 g/m2 vorliegen, vorzugsweise
in einer Menge von 1 bis 10 g/m2, was einer
Trocken-Dicke von 0,5 bis 20 μm,
vorzugsweise 2 bis 10 μm
entspricht.
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Im
Falle der vorliegenden Erfindung gelangen, wenn die Tinte aus der
Düse des
Tintenstrahl-Druckers in
Form von einzelnen Tröpfchen
ausgestoßen
wird, die Tröpfchen
durch die Bildaufzeichnungsschicht, in der der größte Teile
der Farbstoffe in der Tinte zurückgehalten
oder gebeizt wird, während
die übrigen
Farbstoffe und das Lösungsmittel
oder der Trägerteil
der Tinte frei durch die Bildaufzeichnungsschicht zu der Lösungsmittel
absorbierenden Schicht gelangen, wo sie schnell absorbiert werden
durch das poröse
oder mikroporöse Material.
Auf diese Weise werden große
Volumina der Tinte schnell durch die Aufzeichnungselemente der vorliegenden
Erfindung absorbiert, wodurch aufgezeichnete Bilder hoher Qualität erhalten
werden mit einer ausgezeichneten optischen Dichte sowie einem guten
Farbumfang.
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Tintenstrahl-Tinten,
die zur Bildaufzeichnung in den Aufzeichnungselementen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
sind aus dem Stande der Technik allgemein bekannt. Die Tintenzusammensetzungen,
die im Rahmen des Tintenstrahl-Druckes verwendet werden, sind in
typischer Weise flüssige
Zusammensetzungen mit einem Lösungsmittel
oder einer Trägerflüssigkeit,
Farbstoffen oder Pigmenten, Feuchthaltemitteln, organischen Lösungsmitteln,
Detergentien, Dickungsmitteln, Schutzmitteln und dergleichen. Das Lösungsmittel
oder die Trägerflüssigkeit
kann allein aus Wasser bestehen oder sie kann aus Wasser bestehen, das
mit anderen, mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln vermischt ist,
wie mehrwertigen Alkoholen. Tinten, in denen organische Materialien,
wie mehrwertige Alkohole der überwiegende
Träger
oder die überwiegende
Lösungsmittelflüssigkeit
sind, können
ebenfalls verwendet werden. Besonders geeignet sind gemischte Lösungsmittel
aus Wasser und mehrwertigen Alkoholen. Die Farbstoffe, die in derartigen
Zusammensetzungen verwendet werden, sind in typischer Weise in Wasser
lösliche
Farbstoffe vom Direkt-Typ oder Säure-Typ. Derartige flüssige Zusammensetzungen
sind ausführlich
im Stande der Technik beschrieben worden, wozu beispielsweise gehören die
US-A-4 381 946; die US-A-4 239 543 und die US-A-4 781 758.
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Obgleich
die Aufzeichnungselemente, die hier beschrieben werden, primär als solche
bezeichnet werden, die für
die Verwendung mit Tintenstrahl-Druckern verwendet werden, können sie
doch auch ferner als Aufzeichnungsmedien für Schreibgeräte vom Typ
der Pen Plotter Assemblies verwendet werden. Diese Schreibgeräte zeichnen
direkt auf der Oberfläche
eines Aufzeichnungsmediums auf unter Verwendung einer Feder, bestehend
aus einem Bündel
von Kapillarröhrchen
in Kontakt mit einem Tinten-Reservoir.
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Die
Bildaufzeichnungsschicht, die in den Aufzeichnungselementen der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ferner verschiedene
bekannte Zusätze
enthalten, wozu gehören
Mattierungsmittel wie Titandioxid, Zinkoxid, Kieselsäure und
Polymerkügelchen,
wie solche aus quervernetztem Poly(methylmethacrylat) oder Polystyrol,
um zu den nicht-blockierenden Charakteristika der Aufzeichnungselemente
beizutragen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet
werden und um die Verschmutzungsresistenz zu steuern; wozu ferner
gehören
oberflächenaktive
Mittel, wie nichtionische, oberflächenaktive Mittel vom Kohlenwasserstofftyp
oder Fluorkohlenwasserstofftyp oder kationische oberflächenaktive
Mittel, wie quaternäre Ammoniumsalze
zum Zwecke der Verbesserung des Alterungsverhaltens des Tinte absorbierenden
Harzes oder der Tinte absorbierenden Schicht, zur Förderung
der Absorption und Trocknung einer aufgebrachten Tinte, zur Steigerung
der Oberflächengleichförmigkeit
der Tinten-Empfangsschicht und zur Einstellung der Oberflächenspannung
der getrockneten Beschichtung; fluoreszierende Farbstoffe; pH-Steuermittel;
Antischäumungsmittel;
Gleitmittel; Schutzmittel; Viskositäts-Modifizierungsmittel; Farbstoff-Fixiermittel;
Mittel zur Verbesserung der Wasserfestigkeit; Dispergiermittel;
UV-Strahlung absorbierende Mittel; Anti-Schimmelmittel; Beizmittel;
antistatische Mittel, Antioxidantien, optische Aufheller und dergleichen.
Derartige Additive können ausgewählt werden
aus bekannten Verbindungen oder Materialien in Übereinstimmung mit den Zielen,
die erreicht werden sollen.
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen.
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Synthese von Polymerlatices
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Das
Polymer 1 wurde hergestellt durch Ausspülen von 250 ml destilliertem
Wasser mit Stickstoff in einem 1 l fassenden 3-Hals-Reaktionskolben,
ausgerüstet
mit einem Überkopf-Rührer und
einem Zusatz-/Einlassadapter. Ethoquod® O/12
(1,26 g), erhältlich
von der Firma Armak Chemicals, wurde in das mit Stickstoff ausgespülte Wasser
gegeben. Der Reaktionskolben wurde dann erwärmt und bei 80°C gehalten.
Destilliertes Wasser, 115 ml, wurde mit Stickstoff in einem 2 l
fassenden 3-Hals-Zugabetrichter ausgespült, der ausgerüstet war
mit einem Überkopf-Rührer und
einer Pumpe. Zu dem mit Stickstoff ausgespülten Wasser wurden in der folgenden
Reihenfolge gegeben 1,26 g Ethoquod® O/12,
Trimethylammoniumethylacrylat, Hydrochloridsalz (20,8 g, 0,1 Mole),
Butylacrylat (77 g, 0,6 Mole), Methylmethacrylat (15 g, 0,15 Mole)
und Methacrylsäure
(13 g, 0,15 Mole). Die Monomeren wurden mit dem Wasser und oberflächenaktiven
Mittel 15 Minuten lang gerührt. Der
Initiator 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid
(1,26 g) wurde in den Reaktionskolben gegeben und es wurde unmittelbar
mit der monomeren Zugabe begonnen mit einer Geschwindigkeit von
7 ml/Min.. Wenn die Zugabe des Monomeren beendet war, wurden weitere
1,26 g des Initiators in den Reaktionskolben gegeben und die Reaktionsmischung
wurde 2 Stunden lang bei 80°C
gerührt.
Der Kolben wurde dann von der Wärmequelle
entfernt und abgekühlt,
bevor sein Inhalt durch ein Polypropylenfiltermedium filtriert wurde.
Dieser Latex enthielt 24,1% Feststoffe und hatte eine Teilchengröße von 210
nm. Das isolierte Polymer hatte einen Tg-Wert von 21°C.
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Das
Polymer 2 wurde in gleicher Weise wie das Polymer 1 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass 1,7 g des gleichen oberflächenaktiven Mittels in dem
Reaktionsgefäß und in
der Monomer-Einspeisung verwendet wurden, 2,4 g des gleichen Initiators
und mit der Ausnahme, dass die folgenden Monomeren und Mengen eingespeist
wurden: Butylacrylat (154 g, 1,2 Mole); Methacrylsäure (52
g, 0,6 Mole); Trimethylammoniumethylacrylat, Hydrochloridsalz (52
g, 0,2 Mole). Der erhaltene Latex enthielt 24,5% Feststoffe und
hatte eine Teilchengröße von 108
nm. Das isolierte Polymer hatte einen Tg-Wert von 4°C. Beispiele
1–4 der
Erfindung
Tinten-Herstellungsverfahren
Mahlgut
| Polymerkügelchen,
mittlerer Durchmesser von 50 μm (Mahlmedium) | 325,0
g |
| Black
Pearls 880 (Cabot Chemical Company) (C. I. Pigment Black 7) | 30,0
g |
| Oleoylmethyltaurin,
(OMT) Natriumsalz | 10,5
g |
| Deionisiertes
Wasser | 209,5
g |
| Proxel® GLX
Biocid (Zeneca Colours) | 0,2
g |
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Die
obigen Komponenten wurden vermahlen unter Verwendung einer Hochenergie-Mühle, hergestellt von
der Firma Morehouse-Cowles Hochmeyer. Die Mühle wurde 8 Stunden lang bei
Raumtemperatur betrieben. Die Teilchengrößenverteilung wurde bestimmt
unter Verwendung eines Teilchengrößen-Analysegerätes vom
Typ Leeds and Northrup Ultra Particle Size Analyzer (UPA). Der D50-Wert
(50% der Teilchen waren kleiner als dieser Wert) des Mahlgutes lag
bei 0,080 μm.
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Aus
dem obigen Mahlgut wurde eine Tinte hergestellt derart, dass die
fertige Formulierung die folgenden Mengen enthielt (die Prozentangaben
beziehen sich auf Gew.-%):
| Pigment: | 2,15% |
| OMT: | 0,54% |
| Proxel
GXL: | 31
Teile pro Million |
| Strodex
PK-90: (Dexter Chemicals Corporation) | 0,30% |
| Diethylenglykol: | 12,0% |
| Triethanolamin: | wie
erforderlich, um den pH-Wert auf 8,0 zu erhöhen |
| Wasser
von hoher Reinheit: | zum
Ausgleich |
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Die
Polymeren 1 und 2 der Erfindung wurden nach dem Wulst-Beschichtungsverfahren
direkt auf poröses,
Poren aufweisendes Polyethylen aufgetragen (Teslin® SPID,
PPG Inc.) unter Erzeugung von Filmen mit einer Trocken-Beschichtungsstärke von
4,3 g/m2. Sie wurden gründlich durch erhitzte Druckluft
getrocknet.
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Auf
ihnen wurden Bilder aufgezeichnet unter Verwendung einer pigmentierten
schwarzen Tinte wie oben beschrieben, unter Verwendung eines Druckers
vom Typ Eastman Kodak Digital Science 2042 Printer. Der Glanz der
unbedruckten Fläche
wurde gemessen unter Verwendung eines BYK-Gardner-Microglossmeters,
eingestellt auf einen Einfallwinkel von 85° zum normalen Druck. Die optische
Dichte des gedruckten schwarzen Fleckens wurde gemessen unter Verwendung
eines X-Rite-Densitometers. Die Ergebnisse sind in der unten folgenden
Tabelle 1 zusammengestellt.
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Beispiele 5–12 – Vergleichs-
oder Kontrollmaterialien
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Beispiel
1 wurde wiederholt, jedoch unter Verwendung der folgenden Vergleichs-
oder Kontrollpolymeren:
| PVA: | Polyvinylalkohol,
Elvanol 52/22 (DuPont) |
| PVP: | Polyvinylpyrrolidon,
PVP K90 (International Specialty Products) (WO 97/33758, wie oben
angegeben) |
| PAAm-COOH: | carboxyliertes
Polyacrylamid, (Aldrich Chemical Company Incorporated) |
| Stärke: | EC0
Polysaccharidharz (Lorama Chemicals Inc.) |
| Pektin: | praktischer
Reinheitsgrad (Acros Organic Company) |
| FlocAid
19: | kationisch
modifizierte Acryldispersion (Alco Chemical) |
| Witco
W213: | Polyurethanlatex
(Witco Corporation) (hydrophobes Latexpolymer) |
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Es
wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
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Die
obigen Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung der Materialien der
Erfindung zu einer Kombination von hohem Glanz und hoher gedruckter
optischer Dichte führt
im Vergleich zu den Vergleichs- und Kontrollmaterialien, die nicht
aus Latexmaterialien bestanden oder hydrophobe Latexmaterialien
waren.
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Beispiele 13–17
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Die
Beispiele 13–15
gemäß der Erfindung
wurden hergestellt auf einem porösen
Träger
vom Typ Teslin SPID®, ähnlich wie jene, die oben beschrieben
wurden, mit der Ausnahme, dass eine zusätzliche Schicht in einigen
der Fälle
wie beschrieben in einer zweiten Beschichtungsstufe abgeschieden
wurde. Die Bildaufzeichnungsschicht der Erfindung enthielt 4,3 g/m2 von Polymer 2 wie oben beschrieben. Die
Vergleichs-Beispiele 16 und 17 wurden hergestellt mit und ohne Deckschicht
oder der Bildaufzeichnungsschicht gemäß der Erfindung wie unten dargestellt.
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Deckschicht
A: 1,1 g/m2 einer Kombination von 20 Gew.-%
Methylcellulose (Methocel® A4M, Dow Chemical Company),
80 Gew.-% kationisch modifizierte Hydroxyethylcellulose (Quatrisoft® LM200,
Amerchol Corporation)
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Deckschicht
B: 3,3 g/m2 einer Kombination aus 90 Gew.-%
Gelatine (mit Kalk aufgearbeitete Knochengelatine von photographischem
Reinheitsgrad, Eastman Gelatine) und 10 Gew.-% Co-poly(N-vinylbenzyl-N,N,N-trimethylammoniumchlorid-co-ethylenglykoldimethacrylat),
molares Verhältnis
93/7.
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Zu
100% gefüllte
Flecken wurden im Falle jeder primären Farbe gedruckt, bei Verwendung
von Tinten auf Farbstoffbasis vom Typ Encad® GA
unter Verwendung eines Druckers vom Typ Novajet®. Die
optische Dichte eines jeden Fleckens wurde gemessen unter Verwendung
eines X-Rite-Densitometers. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
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Die
obigen Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Materialien gemäß der Erfindung
zu höheren optischen
Dichten führt
im Vergleich zu den Vergleichs-Elementen.
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Beispiele 18–22
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Die
folgenden Beispiele zeigen die Wirksamkeit der Erfindung beim Auftrag
auf Papier auf Pulpenbasis. Das verwendete Papier war ein 30 Pfund-Träger, ein
Papier auf Pulpenbasis, das kalandriert worden war, bei einer Dicke
von 157 μm.
Die Basisschichten wurden beschichtet und getrocknet wie bereits
beschrieben für
den Poren aufweisenden Polyethylenträger (Teslin®) unter
Erzeugung einer Trocken-Beschichtungsstärke von 2,2 g/m2.
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Die
folgenden Vergleichsmaterialien wurden verwendet:
| AQ
55: | sulfonierte
Polyesterdispersion (Eastman Chemicals Co.). |
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Die
folgenden Kontrollmaterialien wurden verwendet:
| Chromaset® 600: | Styrol-Acryldispersion
(Hercules Incorporated) (hydrophober Latex). |
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In
jedem Fall wurden die Deckschichten im Rahmen einer zweiten Beschichtungsstufe
aufgetragen. Die Deckschichten bestanden aus einem zweischichtigen
System, in dem die Schichten gleichzeitig aufgetragen wurden. Die
unterste Schicht in Kontakt mit der Basisschicht wie hier beschrieben
hatte die Zusammensetzung von der "Deckschicht A" wie oben angegeben. Die Trocken-Beschichtungsstärke der
untersten Deckschicht lag bei 8,6 g/m2,
während
die Beschichtungsstärke
der oberen Deckschicht bei 1,1 g/m2 lag.
Der Glanz wurde für
jede aufgetragene Kombination gemessen bei 60° gegenüber dem normalen Papier und
85° gegenüber dem
normalen Papier. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
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Die
obigen Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Materialien gemäß der Erfindung
zu einem höheren
Glanz führt
als in dem Fall, in dem keine Farbmittel-Barriereschicht verwendet wird oder
wenn zum Vergleich oder zur Kontrolle ein hydrophobes Latexpolymer
verwendet wird.
