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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungsmedium,
das für
eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist, einschließlich Präsentationen
per Overhead-Projektor und Graphik, technische Anwendung und Home
Office-Projekten. Das Tintenstrahlaufzeichnungsmedium umfasst ein
Substrat, auf das eine tintenabsorbierende Schicht und eine Feuchtigkeitssperrschicht
aufgebracht ist, beide wie in Anspruch 1 definiert.
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Kurze Beschreibung der
damit verbundenen Technik
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Die
Tintenstrahl-Drucktechnologie wird für eine Vielzahl von Anwendungen
verwendet einschließlich Präsentationen
per Overhead-Projektor, Graphik, technische Anwendung und Home Office-Anwendungen.
Ein Tintenstrahlaufzeichnungsmedium muss wichtigen Leistungskriterien
entsprechen, wie geringe Tintenmigration, große Farbskala, gute Farbwiedergabe
und hohe Bildauflösung.
Ein besonders wichtiges Leistungskriterium ist die Fähigkeit,
nach der Tintenanwendung rasch zu trocknen. Bei fortschreitender
Tintenstrahl-Drucktechnologie und zunehmender Druckgeschwindigkeit
ist es wichtig, dass die Tintenstrahlaufzeichnungsmedien schnell
genug trocknen, um mit der Geschwindigkeit des Druckers Schritt
zu halten. Es ist auch wichtig, dass das Tintenstrahlaufzeichnungsmedium
in einer Vielzahl von umweltbedingten Feuchtigkeitsbereichen gut funktioniert.
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Die
folgenden Medien sind aus der Literatur bekannt, wobei jedes von
ihnen signifikant von dem vorliegenden Tintenstrahlaufzeichnungsmedium
der Erfindung abweicht.
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Misuda
et al., US-Patent Nr. 5 275 867, stellt einen Aufzeichnungsfilm
bereit, der ein transparentes Substrat, eine auf dem Substrat gebildete
poröse
Aluminiumoxid-Hydratschicht und eine opake poröse Schicht umfasst, die auf
der Aluminiumoxid-Hydratschicht aufgebracht ist.
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Atherton
et al., US-Patent Nr. 5 190 805, stellt ein Filmmedium bereit, das
beim Tintenstrahldrucken brauchbar ist, wobei der Film ein transparentes
oder opakes Substrat umfasst, das auf mindestens einer Seite hiervon
eine ansehnliche wasserunlösliche,
wasserabsorbierende und tintenrezeptive Matrix hat, wobei die Matrix
aus einem Hydrogel-Komplex und einem Pigment besteht.
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Sakaki
et al., US-Patent Nr. 5 182 175, stellt ein Aufzeichnungsmedium
bereit, das ein Substrat und eine darauf vorgesehene tintenrezeptive
Schicht umfasst, wobei die tintenrezeptive Schicht wasserunlösliches und
amorphes basisches Aluminiumsalz enthält. Das Aluminiumsalz wird
dargestellt durch die allgemeine Formel Alx(OH)yXz, wobei X ein
Säurerest
ist, und x, y und z sind entsprechend positive ganze Zahlen und
genügen
den Relationen z = 3X – y,
und x/z ≥ 3.
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Misuda
et al., US-Patent Nr. 5 104 730, stellt einen Aufzeichnungsbogen
bereit, der ein Substrat und eine poröse Schicht von darauf ausgebildetem
Tintenabsorptionsmittel umfasst, wobei die poröse tintenabsorbierende Schicht
hauptsächlich
aus Pseudo-Boehmit besteht.
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Edwards
et al., US-Patent Nr. 4 956 230, stellt einen transparenten Bogen
für die
Verwendung mit Tintenstrahldruckern und Zeichenstiftplottern bereit,
die hydrophile Tinten auf der Basis von Lösungsmitteln verwenden. Der
Bogen umfasst eine transparente Rückseite, die auf mindestens
einer Hauptoberfläche
davon eine transparente Beschichtung trägt, die gebildet ist aus einer
Mischung aus mindestens einem hydrophilen Polymer, welches eine
Carbonylamido-funktionelle Gruppe enthält, und mindestens einem hydrophoben
Polymer, das im Wesentlichen frei von sauren funktionellen Gruppen,
Hydroxylgruppen, >NH-Gruppen
und NH2-Gruppen ist.
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Misuda
et al., US-Patent Nr. 4 879 166, stellt ein Trägermedium für ein Farbmittel bereit, welches
ein tintenabsorbierendes Mittel und eine Substanz umfasst, das auf
der Oberfläche
des absorbierenden Mittels vorhanden ist, welche ein Absorptionsvermögen von
20 bis 100 mg/g hat.
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Otouma
et al., US-Patent Nr. 4 780 356, stellt einen Aufzeichnungsbogen
bereit, der ein Blatt Papier und poröse Teilchen umfasst, die auf
der Papieroberfläche
bereit gestellt sind, wobei die porösen Teilchen eine durchschnittliche
Porengröße von 1
bis 500 nm, ein Porenvolumen von 0,05 bis 3,0 cm3 und
eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 bis 50 μm haben.
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Während viele
Ausführungen
eines Tintenstrahlaufzeichnungsmediums erhältlich sind, besteht weiterhin
ein Bedarf an einem Tintenstrahlaufzeichnungsmedium mit einer guten
Bildqualität,
das in unterschiedlichen Umgebungsbedingungen schnell trocknend
ist. Die vorliegende Erfindung stellt ein solches Tintenstrahlaufzeichnungsmedium
bereit.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Tintenstrahlaufzeichnungsmedium
bereit, das schnell trocknend ist und eine ausgezeichnete Bildqualität vorsieht.
Das Tintenstrahlaufzeichnungsmedium umfasst ein Substrat, das mit
einer dicken tintenabsorbierenden Schicht beschichtet ist, die eine
Mischung aus Poly(2-ethyl-2-oxazolin), Poly(vinylpyrrolidon) und
einem hydrophoben Polymer sowie eine dünne Feuchtigkeitssperrschicht
umfasst, was eine polymere Schicht bedeutet, die im Wesentlichen
für Wasser
und wässrige
Tinten durchlässig ist,
aber relativ wasserdampfabsorptionsbeständig ist, die eine Mischung
aus Polyethylenoxid und Boehmit-Aluminiumoxid
umfasst, wobei die Sperrschicht auf der tintenabsorbierenden Schicht
aufgebracht ist. Optional kann die Sperrschicht ein Celluloseetherderivat
enthalten, wie in Anspruch 3 spezifiziert. Die tintenabsorbierende
Schicht ist stärker
absorbierend als die Feuchtigkeitssperrschicht, so dass, wenn Tinte
auf das Aufzeichnungsmedium angewandt wird, sie im Wesentlichen
durch die Feuchtigkeitssperrschicht dringt und von der tintenabsorbierenden
Schicht aufgenommen wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
folgende Ausführliche
Beschreibung (einschließlich
der dargelegten Beispiele) wird als eine Hilfe für diejenigen bereit gestellt,
die die vorliegende Erfindung in die Praxis umsetzen möchten, wie
in den Ansprüchen
1-13 beansprucht. Sie soll nicht so ausgelegt sein, dass sie die
vorliegende erfinderische Erkenntnis übermäßig einschränkt, da diejenigen mit durchschnittlichen
Kenntnissen auf dem Gebiet rasch erkennen werden, dass die Ausführungsformen
der hierin beschriebenen Erkenntnis der Erfinder modifiziert werden
können, indem
im Fachbereich bekannte Standardtechniken und Materialien verwendet
werden, solange sie nicht vom Umfang der vorliegenden erfinderischen
Erkenntnis, wie durch die Ansprüche
1-13 definiert, abweichen.
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Herkömmliche
Tintenstrahlaufzeichnungsmedien sind zum Absorbieren wässriger
Tinten mit Polymerschichten beschichtet. Bei hoher Luftfeuchtigkeit
können
diese Aufzeichnungsmedien signifikante Mengen an Wasser vor dem
Abbilden (Drucken) absorbieren. Diese Absorption von Wasserdampf
verringert die Fähigkeit der
Medien, wässrige
Tinten während
des Abbildens zu absorbieren. Weiter müssen die gesättigten
Medien nach dem Abbilden über
lange Zeiträume
getrocknet werden, um das Bild vollständig zu trocknen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Tintenstrahlaufzeichnungsmedium
bereit, das ein Substrat umfasst, welches eine tintenabsorbierende
Schicht und eine Feuchtigkeitssperrschicht besitzt, die auf der
tintenabsorbierenden Schicht vorgesehen sind, beide wie in Anspruch
1 definiert. Wie hierin verwendet, versteht man unter dem Begriff „Feuchtigkeitssperrschicht" eine Polymerschicht,
die im Wesentlichen für
Wasser und wässrige
Tinten durchlässig,
aber relativ beständig
gegen Wasserdampfabsorption ist. Diese dünne Feuchtigkeitssperrschicht
vermindert mit ihrer geringen Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit
die schädlichen
Auswirkungen von Feuchtigkeit auf das abgebildete Medium.
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Obwohl
die Feuchtigkeitssperrschicht nicht signifikant Wasserdampf absorbiert,
absorbiert sie wässrige
Tinten. Aber die tintenabsorbierende Schicht ist wässrigen
Tinten gegenüber
stärker
absorbierend als die Feuchtigkeitssperrschicht, so dass, wenn wässrige Tinte
auf das Aufzeichnungsmedium angewandt wird, es im Wesentlichen durch
die Feuchtigkeitssperrschicht dringt, und von der tintenabsorbierenden
Schicht absorbiert wird.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendete tintenabsorbierende Schicht
umfasst eine Mischung aus hydrophilen und hydrophoben Polymeren.
Die in der tintenabsorbierenden Schicht verwendeten hydrophilen (d.
h. wasserlöslichen)
Polymere sind Poly(2-ethyl-2-oxazolin) und Poly(vinylpyrrolidon).
Mindestens ein hydrophobes (d. h. wasserunlösliches) Polymer wird ebenso
in der tintenabsorbierenden Schicht verwendet und ist vorzugsweise
gewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Celluloseacetatpropionat, Polyvinylbutyral,
Polyurethan, Butadien-Styrol-Copolymeren und Mischungen hiervon.
Vorzugsweise umfasst die tintenabsorbierende Schicht (bezogen auf
das Gewicht) 70% bis 90% Poly(2-ethyl-2-oxazolin), 1% bis 15% wasserunlösliches
Polymer und 1% bis 15% Poly(vinylpyrrolidon), bezogen auf das Gewicht
der tintenabsorbierenden Schicht.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendete Feuchtigkeitssperrschicht
umfasst Poly(ethylenoxid), Boehmit-Aluminiumoxid und optional ein
Celluloseetherderivat. Vorzugsweise umfasst die Feuchtigkeitssperrschicht
der vorliegenden Erfindung (bezogen auf das Gewicht) 7% bis 42%
Poly(ethylenoxid) und 58% bis 93% Boehmit-Aluminiumoxid, bezogen
auf das Gewicht der Feuchtigkeitssperrschicht. Wenn ein Celluloseetherderivat
in der Sperrschicht verwendet wird, ist die verwendete Menge nicht
größer als
50 Gewichtsprozent. Es ist besonders wichtig, dass die Feuchtigkeitssperrschicht
Poly(ethylenoxid) enthält.
Wenn die Feuchtigkeitssperrschicht kein Poly(ethylenoxid) enthält, ist
das mit einem Abbild versehene Medium empfänglicher für Feuchtigkeit, was in einer
längeren
Bildtrocknungszeit resultiert, wie in den Beispielen unten veranschaulicht.
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Die
Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben erkannt, dass die Verwendung
einer besonderen Lösungsmittelmischung
vorteilhaft dabei ist, die Komponenten der tintenabsorbierenden
Schichtmischung kompatibel zu machen. Diese Lösungsmittelmischung umfasst
mehrere übliche
Lösungsmittel
einschließlich
aromatischer Kohlenwasserstoffe, Glycolether, Ketone und dergleichen
zusammen mit einem polaren Lösungsmittel.
Das polare Lösungsmittel
kann gewählt
sein aus der Gruppe, bestehend aus Methanol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol
und Essig säure,
obwohl es nicht auf diese speziellen polaren Lösungsmittel beschränkt ist. Die
Erfinder haben nachgewiesen, dass eine Mischung aus Ethylalkohol,
Methylethylketon und Propylenglycolmonomethylether besonders vorteilhaft
ist.
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Die
Tintenstrahlaufzeichnungsmedien dieser Erfindung können mit
einer Vielzahl von Substraten einschließlich transparenter, transluzenter
und opaker Kunststofffilme oder Papiere hergestellt werden. Geeignete Substrate
schließen
Kunststofffilme ein, die Polyester, Celluloseester, Polystyrole,
Polypropylene, Poly(vinylacetate) und Polycarbonate sowie Ton-beschichtete
und Polyolefin-beschichtete Papiere umfassen. Polyesterfilme sind
besonders bevorzugte Filmsubstrate. Ton-beschichtete und Polyolefin-beschichtete
Papiere sind besonders bevorzugte Papiersubstrate. Die Dicke des
Grundsubstrats ist nicht besonders eingeschränkt, liegt aber typischerweise
im Bereich von 1 Millimeter bis 10 Millimeter und am typischsten
im Bereich von 3 Millimeter bis 5 Millimeter.
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Das
Grundsubstrat kann mit einer herkömmlichen haftverstärkenden
Schicht auf seiner nicht abbildenden Oberfläche (d. h. seiner Rückseite,
welche die beiden Beschichtungsschichten nicht trägt) behandelt
werden, wie es im Fachbereich bekannt ist. Wenn gewünscht, kann
die nicht abbildende Oberfläche
des Grundsubstrats ein darauf aufgebrachtes Trägermaterial aufweisen, um die
elektrostatische Aufladung, die Blatt-zu-Blatt-Reibung und das Zusammenkleben
sowie das Kräuseln
zu verringern. Der Träger
kann eine Polymerbeschichtung, ein Polymerfilm oder Papier sein.
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In
der Praxis können
auch mehrere Zusatzstoffe in einer oder beiden Schichten verwendet
werden. Diese Zusatzstoffe schließen oberflächenaktive Mittel ein, die
die Benetzungs- oder Sprühfunktion
der Beschichtungslösungen,
Antistatikmittel, Suspendiermittel und sauren Komponenten steuern,
um den pH-Wert der Beschichtung zu steuern. Andere Zusatzstoffe
können
ebenfalls verwendet werden, falls gewünscht. Die tintenabsorbierende
Schicht kann weiter Teilchen in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 15
Gew.-% an trockener Beschichtung umfassen. Diese Teilchen können organisch
oder anorganisch sein. Einige Beispiele geeigneter anorganischer
Teilchen schließen
Siliciumdioxid, Aluminiumdioxid, Kaolin, Glasperlen, Calciumcarbonat
und Titandioxid ein. Geeignete organische Teilchen schließen Polyolefine,
Polystyrol, Stärke,
Poly(methylmethacrylat) und Poly(tetrafluoroethylen) ein.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen, wie hierin beschrieben, werden hergestellt
und auf das gewünschte
Substrat angewandt, um das Tintenstrahlaufzeichnungsmedium herzustellen.
Es kann jede Anzahl von Beschichtungsverfahren angewandt werden
einschließlich
Walzenbeschichtung, Klingenbeschichtung, Drahtstabbeschichtung,
Tauchbeschichten, Extrusionsbe schichtung, Luftmesserbeschichtung,
Vorhangbeschichtung, Gleitbeschichtung, Rakelmesserbeschichtung
oder Tiefdruckbeschichtung. Diese und andere solche Verfahren sind
im Fachgebiet allgemein bekannt.
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Die
Beschichtungsschichten sind so gestaltet, dass das Tintenstrahlaufzeichnungsmedium
eine dicke tintenabsorbierende Unterschicht und eine dünne Schutz-Feuchtigkeitssperrschicht
umfasst. Die dünne Feuchtigkeitssperrschicht
liefert eine ausgezeichnete Bildqualität, während gleichzeitig der Großteil der
aufgebrachten Tinte rasch zu der tintenabsorbierenden Schicht dringen
kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird
die tintenabsorbierende Schicht in einer Dicke von 10 bis 16 Gramm
pro m2 auf das Substrat aufgebracht, während die
Feuchtigkeitssperrschicht in einer Dicke von 0,5 Gramm pro m2 auf die tintenabsorbierende Schicht aufgebracht
wird. Die Gesamtdicke der Beschichtung, einschließlich der
tintenabsorbierenden Schicht und Feuchtigkeitssperrschicht, ist
nicht besonders eingeschränkt,
liegt aber im Allgemeinen im Bereich von 10 Gramm pro m2 bis
25 Gramm pro m2.
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Beispiele
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Die
folgenden Beispiele werden lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung
gegeben und sind nicht so auszulegen, als schränkten sie die vorliegende erfinderische
Erkenntnis ein. In den folgenden Beispielen ist der Feststoffgehalt
der aufgeführten
Bestandteile auf einer Teil/Teil (Gew.-%/Gew.-%)-Grundlage vorgesehen. Beispiel
1 Schicht
1: Tintenabsorbierende Schicht
Poly(2-ethyl-2-oxazolin) | 16,8
Teile |
Celluloseacetatpropionat | 1,8
Teile |
Poly(vinylpyrrolidon) | 1,4
Teile |
Ethylalkohol | 15,0
Teile |
Propylenglycolmonomethylether | 24,0
Teile |
Methylethyllceton | 36,0
Teile |
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Eine
Beschichtung wurde gemäß der obigen
Formulierung hergestellt und auf einen Polyesterfilm (erhältlich von
ICI Films) unter Verwendung eines Meyer-Stabs Nr. 40 aufgebracht.
Der beschichtete Film wurde dann bei 130°C für 1,5 Minuten getrocknet. Schicht
2: Feuchtigkeitssperrschicht
Hxdroxypropylcellulose | 0,34
Teile |
Poly(ethylenoxid) | 0,80
Teile |
Boehmit-Aluminiumoxid | 6,08
Teile |
Wasser | 92,78
Teile |
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Eine
Beschichtung wurde gemäß der obigen
Formulierung hergestellt und auf die Beschichtungsschicht 1 unter
Verwendung eines Meyer-Stabs Nr. 16 angewandt. Der beschichtete
Film wurde dann bei 95°C für 2 Minuten
getrocknet.
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Beispiel 2
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Es
wurde eine Beschichtung mit der gleichen Formulierung wie für Schicht
1 im obigen Beispiel 1 auf ein Polyolefin-beschichtetes Papier (erhältlich von
Jencoat) unter Verwendung eines Meyer-Stabs Nr. 40 aufgebracht.
Das Papier wurde dann bei 130°C
für 1,5
Minuten getrocknet. Dann wurde eine Beschichtung mit der gleichen
Formulierung wie für
Schicht 2 im obigen Beispiel 1 auf das Papier (auf die erste Schicht)
unter Verwendung eines Meyer-Stabs Nr. 16 aufgebracht. Das beschichtete
Papier wurde dann bei 95°C
für 2 Minuten
getrocknet. Beispiel
3 Schicht
1: Tintenabsorbierende Schicht
Poly(2-ethyl-2-oxazolin) | 13,32
Teile |
Celluloseacetatpropionat | 3,19
Teile |
Poly(vinylpyrrolidon) | 1,26
Teile |
Ethylalkohol | 16,4
Teile |
Propylenglycolmonomethylether | 19,68
Teile |
Methylethylketon 46,3
Teile | |
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Eine
Beschichtung wurde gemäß der obigen
Formulierung hergestellt und auf einen Polyesterfilm (erhältlich von
ICI Films) unter Verwendung eines Meyer-Stabs Nr. 40 aufgebracht.
Der Film mit Beschichtungsschicht 1 wurde dann bei 130°C für 1,5 Minuten
getrocknet. Schicht
2: Feuchtigkeitssperrschicht
Hxdroxypropylcellulose | 0,35
Teile |
Poly(ethylenoxid) | 0,83
Teile |
Boehmit-Aluminiumoxid | 6,32
Teile |
Wasser | 92,50
Teile |
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Eine
Beschichtung wurde gemäß der obigen
Formulierung hergestellt und auf die Beschichtungsschicht 1 des
Films unter Verwendung eines Meyer-Stabs Nr. 20 angewandt. Der beschichtete
Film wurde dann bei 95°C
für 2 Minuten
getrocknet.
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Vergleichsbeispiel A
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Eine
Zwischenschicht-Beschichtung; welche Poly(2-ethyl-2-oxazolin) und
ein hydrophobes Polymer umfasst, wurde auf einen Polyesterfilm aufgebracht.
Der Film mit der Zwischenschichtbeschichtung wurde dann bei 130°C für 1,5 Minuten
getrocknet. Dann wurde eine Oberschicht, die eine Mischung aus Celluloseethern
und Boehmit-Aluminiumoxid umfasst, auf die Zwischenschicht aufgebracht.
Weder die Zwischenschicht noch die Oberschicht enthielt Polyethylenoxid.
Der beschichtete Film wurde dann bei 95°C für 2 Minuten getrocknet.
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Um
die entsprechende Unempfindlichkeit für Bedingungen durch die Umgebung
(Temperatur und Feuchtigkeit) zu veranschaulichen, wurden Vergleichsbeispiel
A und Beispiel 2 auf einem HP Deskjet
® 660C bei
verschiedenen Temperaturen und entsprechenden Feuchtigkeitsbedingungen
gedruckt, und es wurden die Trocknungszeiten gemessen (Tabelle 1).
Wie in Tabelle 1 dargestellt, hat das Vergleichsbeispiel A längere Trocknungszeiten
mit einer relativ großen
Schwankung in den Trocknungszeiten, wohingegen Beispiel 2 kürzere Trocknungszeiten
mit einer relativ geringen Schwankung in den Trocknungszeiten aufweist. Tabelle
1 Trocknungszeiten
(in Minuten)