EP0505362B1

EP0505362B1 - Thermotransferfarbband

Info

Publication number: EP0505362B1
Application number: EP90915090A
Authority: EP
Inventors: Johanna Von Unterrichter-Worthmann
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1989-12-15
Filing date: 1990-10-24
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-10-24
Also published as: DE59009424D1; DE3941517A1; JPH05501525A; WO1991008908A1; EP0505362A1

Abstract

Es wird ein neues Farbband für ein Thermotransferdruckverfahren vorgeschlagen, welches auf einer Trägerfolie zumindest Bindemittel, Farbpigmente sowie zumindest einen weiteren Farbstoff enthält, der gasförmig übertragbar ist. Das Farbband kann zum Bedrucken von rauhem Papier (auch Recycling-Papier) verwendet werden, wobei gleichzeitig eine gleichmäßig hohe Druckqualität erzielt wird.

Description

Bei einem Thermotransferdruckverfahren wird eine unter Wärmeeinwirkung übertragbare Tinte von einem Farbband auf ein Aufzeichnungsmaterial, insbesondere Papier übertragen. Ein dazu geeignetes Farbband besteht aus einem Trägermaterial, zum Beispiel einer flexiblen Folie und einer darauf aufgebrachten wärmeempfindlichen Tintenschicht. Diese enthält üblicherweise einen Pigmentfarbstoff, zum Beispiel Ruß, welcher in einem leicht schmelzenden Binder, zum Beispiel Wachs, dispergiert ist.
Die für die Tintenübertragung notwendige Wärme wird vom Drucker durch mehrere einzeln ansteuerbare Thermoelemente geliefert. Diese können zum Beispiel in Matrixform auf einem Druckkopf oder auch zeilenförmig auf einem sogenannten Thermokamm angeordnet sein.
Beim Druckvorgang selbst muß ein guter Kontakt sowohl zwischen Druckkopf und Farbband als auch zwischen Farbband und Aufzeichnungsträger hergestellt werden, um eine gute Wärmeübertragung auf das Farbband und eine gute Tintenübertragung auf den Aufzeichnungsträger zu gewährleisten. Zu diesem Zweck ist es auch erforderlich, daß der Aufzeichnungsträger eine glatte Oberfläche aufweist. Nur so kann ein scharfes Druckbild bei guter Farbhaftung auf dem Aufzeichnungsträger erzielt werden.
Um auch Aufzeichnungsträger, insbesondere Papier mit rauherer Oberfläche mit einem Thermotransferdruckverfahren bedrucken zu können, wurde in der DE-OS 34 16 067 vorgeschlagen, in das leicht schmelzende Bindemittel neben dem farbgebenden Mittel in Mikroverkapselung noch eine gasbildende Komponente einzumischen, die unter Wärmeeinwirkung ein Gas erzeugt, welches die Übertragung der Tinte unterstützt. Mit diesem Farbband läßt sich auf Papier mit nicht ganz ebener Oberfläche eine bezüglich Farbhaftung und Druckqualität verbesserte Farbübertragung erzielen. Im Zentrum eines erzeugten Bildpunktes oder Zeichens wird eine gute Farbsättigung beobachtet. Jedoch tritt an den Rändern der erzeugten Bildpunkte oder Zeichen die Struktur der Papieroberfläche zutage und erzeugt so in Abhängigkeit von der Papierqualität mehr oder weniger zerfaserte Druckkanten. Dies reduziert die optische Güte des Druckbilds insbesondere dann, wenn eine hohe Auflösung gefordert ist oder ein noch rauheres Papier verwendet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Farbband anzugeben, welches auf rauhem Papier eine verbesserte Druckqualität erzeugt und insbesondere auch zum Bedrucken von Recyclingpapier geeignet ist, welches zumindest teilweise aus Altpapier hergestellt ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Farbband, welches zumindest aufweist

einen Träger, insbesondere eine Folie,
auf einer Oberfläche des Trägers aufgebrachtes unter Wärmeeinwirkung schmelzbares oder zersetzbares Bindemittel,
in dem Bindemittel enthaltene Farbpigmente,
zumindest einen weiteren Farbstoff, der gasförmig übertragbar ist, sowie
eine darauf abgestimmte thermolabile Komponente, welche beim Zerfall ein Gas und Wärme freisetzt, um die Übertragung von Tintenkomponenten auf einen Aufzeichnungsträger zu unterstützen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit dem erfindungsgemäßen Farbband können selbst auf rauhem Papier (rauher bzw. weniger als 30 Bekk Sekunden) Bildpunkte oder Zeichen hoher Druckqualität erzeugt werden, die sowohl eine hohe Farbsättigung als auch scharfe und von der Struktur des Papiers unabhängige saubere Kanten aufweisen.
Die in dem Bindemittel enthaltenen farbgebenden Mittel sind Pigmentfarbstoffe und der weitere Farbstoff, der ein sublimierbarer Farbstoff sein kann. Dieser läßt sich problemlos und lagerstabil ins Bindemittel einarbeiten. Der Druckvorgang selbst ist nun keine rein "mechanische" Übertragung des Bindemittels samt der darin enthaltenen Farbpimente mehr. Vielmehr wird daneben durch die Energiezufuhr (beim Drucken) der Zerfall der thermolabilen Komponente gesteuert. Das dabei frei werdende Gas drückt das Bindemittel und die darin enthaltenen Farbpigmente auf das Papier bzw. den Aufzeichnungsträger. Gleichzeitig wird durch die Zerfallswärme der weitere Farbstoff verdampft oder sublimiert und kann in der Gasphase noch tiefer in die Papieroberfläche eindringen. Dieses Eindringen wird noch durch das freigesetzte Gas aus der thermolabilen Komponente unterstützt. So ist man nicht mehr auf einen guten Kontakt zwischen dem Farbband und dem Aufzeichnungsträger angewiesen und somit von der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers bzw. des Papiers weitgehend unabhängig. Da sich der weitere Farbstoff bevorzugt auf dem im Vergleich zum aufgeschmolzenen Bindemittel kühleren Papier niederschlägt, findet eine Farbgebung also vor allem in den Bereichen eines Bildpunktes bzw. Zeichens auf dem Aufzeichnungsträger statt, die beim Druckvorgang nicht von dem Bindemittel erreicht und bedeckt werden.
Neben der auch im Kantenbereich eines Bildpunktes guten Einfärbung des Papiers bis in tiefste Oberflächenunebenheiten wird durch eine geschickte Farbwahl des gasförmig zu übertragenden Farbstoffes eine Farbschönung des Druckbilds erzielt. Für schwarze Farbpigmente sind beispielsweise Blautöne als weiterer oder weitere Farbstoffe geeignet. Die Farbschönung kann auch durch eine entsprechende Farbpigmentmischung erzielt werden, zum Beispiel durch Zusatz von "Berliner Blau", "Milori-Blau" oder "Reflex-Blau" zu Ruß. Bei anderen Farben oder beim Vierfarbdruck werden entsprechende Farbpigmente (Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz) und gasförmig übertragbare Farbstoffe aufeinander abgestimmt. Die Pigmente können organischer oder anorganischer Natur sein. Mit fluoreszierenden Farbstoffen kann die Brillianz des Druckbildes gesteigert werden.
Vorteilhaft wird ein Farbstoff verwendet, der unterhalb 200°C sublimierbar ist. Ein zum Beispiel bei 160°C sublimierbarer Farbstoff kann beim Druckvorgang leicht in die Gasphase überführt werden und ist dennoch auf dem Farbband ausreichend stabil bzw. nicht zu flüchtig. Farbstoffe, die in diesem Bereich sublimierbar sind, sind zum Beispiel aus der Klasse der Anthrachinonfarbstoffe ausgewählt, zum Beispiel "disperse-blue 14" (1-(Methylamino)anthrachinon).
Geeignete thermolabile Komponenten sind zum Beispiel solche, die unter Einwirkung von Strahlung und/oder Wärme unter Bildung eines Gases chemisch zerfallen. Derartige Verbindungen können zum Beispiel aus der Gruppe der Azoverbindungen ausgewählt sein. Hierbei ist es auch möglich, mit Hilfe weiterer katalytisch wirkender Komponenten den Zerfall der Azoverbindungen in Mischungen bezüglich benötigter Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit zu beeinflussen. Eine gut geeignete thermolabile Verbindung ist Azodicarbonamid, die beim Zerfall nur toxikologisch unbedenkliche Stoffe freisetzt, so zum Beispiel die Gase N₂, CO oder CO₂, die nicht korrosiv wirken und geruchsfrei sind. Auch wird die Farbgebung durch Zersetzungsrückstände nicht beeinflußt.
Weitere dieser sogenannten Schäumer vom Azotyp sind Azobisisobutyronitril (AIBN), Diazoaminobenzol (DAB), und dergleichen. Die freisetzbaren Gasmengen liegen je nach Schäumermischung zwischen 100 und 220 ml/g, die Zerfallswärmemengen betragen ca. 300 bis 900 J/g (Reaktionsenthalpie).
Als katalytisch wirkende Komponenten zur Beeinflussung der Zerfallstemperatur der Azoverbindungen werden sogenannte Kicker, Starter-Verbindungen oder Mischungen davon verwendet. Diese können ausgewählt sein aus anorganischen Verbindungen wie zum Beispiel Zinkoxid, Hydrazin oder Aktivkohle, aus aromatischen und nicht aromatischen Hydrazon- und Sulfonylverbindungen, zum Beispiel p-Toluolsulfonylhydrazid (TSH), Benzolsulfonylhydrazid (BSH), p,p'-Oxybisbenzolsulfonylhydrazid, Dinitrosopentamethylentetramin (PNPT), Zinkbenzolsulfinat oder aus anderen organischen Explosivstoffen. Geeignet sind auch im Handel erhältliche feste Schäumermischungen auf ADC-Basis.
Solche Mischungen lassen sich auf Reaktionstemperaturen von zum Beispiel 80 bis 220°C einstellen. Vorteilhaft werden für das erfindungsgemäße Farbband jedoch Mischungen verwendet, die auf Reaktionstemperaturen über 130°C eingestellt sind, was sich als unterer Grenzwert für eine sichere Verarbeitung und stabile Lagerung des Farbbandes bzw. dessen Komponenten herausgestellt hat. Im fertigen Farbband bleiben sie auch während einer Lagerung bei 50°C für mindestens 4 Wochen stabil.
Der Aufbau des Farbbandes kann in mehreren oder auch nur in einer Schicht auf dem Träger realisiert werden. Letztere stellt eine Mikrodispersion der möglichst feinteiligen festen Bestandteile in dem Bindemittel dar. Als feste Bestandteile können zum Beispiel 10 bis 30 Gewichtsprozent farbgebende Mittel, zum Beispiel Pigmente oder Ruß, 5 bis 25 Gewichtsprozent einer thermolabilen Gas freisetzenden Komponente, gegebenenfalls in Abmischung mit einer katalytisch wirkenden Komponente, zum Beispiel eine Azoverbindung/Kickermischung sowie 2 bis 5 Gewichtsprozent eines gasförmig übertragbaren Farbstoffes (Thermotransferfarbstoff) enthalten sein.
Das Bindemittel weist als Hauptbestandteil ein Wachs auf, welches aus der Gruppe der Hartwachse, Paraffine oder Mikrowachse ausgewählt ist und welches zu ca. 40 bis 80 Gewichtsprozent in der gesamten Schicht enthalten ist. Als Hartwachse können raffinierte Montanwachse, Esterwachse oder natürliche Wachse wie zum Beispiel Carnauba-Wachs Verwendung finden.
Zur Einstellung der gewünschten Eigenschaften des Bindemittels ist dieses Hartwachs mit weiteren Bindemittelkomponenten modifiziert. So sind als Haftvermittler ca. 10 bis 20 Gewichtsprozent Harze wie modifiziertes Kolophonium oder hydrierte Kohlenwasserstoffharze enthalten. Als Weichmacher sind zum Beispiel Öle, Fette oder thermoplastische Polymere (Homo- und Copolymere) in einem Anteil von 5 bis 10 Gewichtsprozent enthalten.
Als weitere Additive mit 3 bis 15 Gewichtsprozent können höhere Fettsäuren und deren Derivate zum Beispiel Metallsalze, Ester oder Amide enthalten sein, etwa Stearinsäureester, Laurinsäureamid oder Ölsäureamid.
Solche Bindemittelmischungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Abmischung mit Farbstoffen bereits als Farbwachse im Handel angeboten. Sie müssen jedoch in chemischer Hinsicht auf den Schäumer abgestimmt sein. So kann ein Schäumer zum Beispiel hydrophil oder hydrophob eingestellt oder sauer katalysiert sein, so daß er in saurer Umgebung eine niedrigere Zerfallstemperatur aufweist.
Wichtig für das erfindungsgemäße Farbband ist, daß Erstarrungs-, Schmelz- oder Tropfpunkt der Bindemittelmischung in einem engen Intervall liegen, welches bevorzugt auf 80 bis 95°C eingestellt ist.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Farbbandes werden die erwähnten Bestandteile in das Bindemittel homogen eingearbeitet und dispergiert. Zur Aufbringung wird diese Mischung auf eine über dem Schmelzpunkt des Bindemittels liegende Temperatur gebracht, die jedoch mindestens 20°C unterhalb der Reaktionstemperatur der das Gas freisetzenden Komponente bzw. der Schäumermischung liegt und dann mit einer Rakel auf dem Träger aufgebracht. Dieser ist zum Beispiel eine PETB oder PBTB-Folie (Polyethylenterephthalat bzw. Polybutylenterephthalat) von ca. 4 »m Stärke. Herstellerbedingt aber nicht notwendigerweise kann die Folie mit einer Schutzschicht, einer sogenannten antisticking-Schicht versehen sein. Die Schichtdicke des Bindemittels wird von der Rakel bestimmt und auf ca. 3 bis 5 »m eingestellt.
Ein erfindungsgemäßes Farbband mit diesem Einschichtaufbau weist gegenüber einem noch zu beschreibenden Mehrschichtaufbau verschiedene Vorteile auf. Neben der einfachen Herstellung läßt sich ein erfindungsgemäßes Farbband im Einschichtaufbau auch ohne weiteres regenerieren oder auch neu- bzw. wiederbeschichten und für eine oder mehrere weitere Verwendungen wieder einsetzen. Insbesondere bei Farbbändern für Druckverfahren mit einem Thermokamm, die nach dem Druckvorgang ein Negativ des bedruckten Papieres darstellen und daher nahezu ebensoviel ungenutzte Farbbandfläche wie das bedruckte Papier unbedruckte Flächen aufweisen, ist dies besonders rentabel. Gleichzeitig wird so die "Kopie" des Druckvorgangs "vernichtet", was insbesondere bei schützenswerten Daten von Bedeutung ist.
Die Regeneration eines erfindungsgemäßen Farbbandes im Einschichtaufbau kann mit einer Abziehklinge unter leichtem Druck und erhöhter Temperatur erfolgen. Für die Temperatur gelten dabei dieselben Grenzwerte wie für das Herstellungsverfahren. Die maximale Anzahl möglicher Regenerierungen richtet sich nach dem Anteil an ungenutzter Farbbandfläche und nach der Dicke der die Tintenkomponenten enthaltenden Schicht, oder einfacher nach der Menge des noch zur Verfügung stehenden Schichtmaterials.
Ein besonders sauberes Druckbild wird jedoch mit einem Farbband erreicht, welches einen Mehrschichtaufbau aufweist. Dazu wird die Gas freisetzende Komponente zusammen mit der katalytisch wirkenden Komponente in einer weiteren Bindemittelschicht unter der die Farbpigmente und den Farbstoff enthaltenden Bindemittelschicht angeordnet. Für die letztgenannte obere Schicht wird bis auf die genannten Komponenten die gleiche Zusammensetzung gewählt wie im Einschichtaufbau. Die untere Schicht, die üblicherweise direkt auf dem Träger aufgebracht wird, enthält den Schäumer oder die Schäumermischung fein verteilt in einem weiteren Bindemittel. Letzteres kann ein organisches Poly- oder Copolymer sein und muß nur eine Verträglichkeit mit der Schäumermischung aufweisen. Für den Schäumer gelten sonst die gleichen Voraussetzungen wie im Einschichtaufbau, insbesondere muß seine Zerfallstemperatur auf den gasförmig übertragbaren Farbstoff und auf den Schmelzpunkt der den Farbstoff und die Farbpigmente enthaltenden Bindemittelschicht angepaßt sein. Andere Tinteneigenschaften, die auf das zu bedruckende Material abgestimmt sind, oder farbgebende Mittel sind für die Schäumerschicht nicht erforderlich.
Ein gut geeignetes Bindemittel für eine Azogruppen enthaltende Schäumermischung stellt Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) dar. Mit Wasser läßt sich daraus eine Dispersion darstellen, in die sich leicht ca. 5 bis 25 Gewichtsprozent, bevorzugt 15 Gewichtsprozent Schäumermischung einrühren lassen. Das Ganze wird dann kalt auf den Träger so aufgebracht, daß sich für die Trockenschicht eine Dicke von 0,3 bis 2,0 »m ergibt. Die Schicht ist bei Raumtemperatur innerhalb weniger Sekunden getrocknet. Mit dem EVA-Bindemittel ergibt sich sowohl gegenüber den verwendeten PETB- und PBTB-Folien als auch gegenüber den verwendeten Wachsmischungen eine sehr gute Haftung, so daß ein stabiler Dreischichtaufbau für das Farbband entsteht. Dies ist besonders für Hochgeschwindigkeitsdrucker von Bedeutung, wo ein solches Farbband hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen zwei Figuren noch näher erläutert. Die Figuren zeigen im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Farbband im Einschichtaufbau (Figur 1) und im Zweischichtaufbau (Figur 2).

1. Ausführungsbeispiel (Figur 2):

Auf einer 4 »m dicken PETB-Folie (Dupont) 1 wird eine wäßrige Dispersion eines Copolymerisats aus Vinylacetat und Ethylen (EP 17, Wacker), in die 10 Gewichtsprozent einer Schäumermischung (Porofor ADC-K, Bayer) eingerührt wurden, aufgebracht. Die Beschichtung erfolgt kalt und mit einer Rakel. Nach wenigen Sekunden ist die Schicht 3 abgetrocknet und weist nun eine Schichtdicke von 0,8 »m auf. Mit diesem Verfahren läßt sich eine Schicht von hoher Schichtdickengleichmäßigkeit erzeugen, deren oberflächliche Rauhigkeit lediglich der Teilchengröße der Schäumerpartikel entspricht und nur mikroskopisch festzustellen ist. Der Zersetzungsbeginn der Schäumerschicht 3 wird mit DSC gemessen und beträgt 125°C, das Maximum liegt bei 148°C.
Darauf wird nun eine Schicht 4 aufgebracht, welche aus einem im Handel erhältlichen Farbwachs (Bindemittelmischung und Pigmente) besteht, in welches ca. 5 Gewichtsprozent eines sublimierbaren Farbstoffes (zum Beispiel "disperse blue 14") eingerührt wurden. Der Schichtauftrag erfolgt mit einer Rakel bei 90°C. Nach dem Erstarren des Wachses bzw. Bindemittels ist das Farbband fertiggestellt. Die Haftung der Schichten untereinander ist sehr gut. Bei Druckversuchen im Thermotransferdruckverfahren wird auf rauhem Papier (zum Beispiel 30 Bekk Sekunden) ein scharfes Schriftbild erzeugt, dessen Bildpunkte bzw. Zeichen scharfe Ränder aufweisen.

2. Ausführungsbeispiel (Figur 1):

In eine Farbwachsmischung (Hoechst) werden 15 Gewichtsprozent einer Schäumermischung (Porofor VP-KL3-2014 und Porofor ADC-K, 1 : 1, Bayer) und ein sublimierbarer Farbstoff bei 85°C eingerührt und abgemischt. Bei Erreichen einer Mikrodispersion wird die Mischung auf eine 3,5 »m dicke mit antisticking-Beschichtung versehene Folie 1 (PETB, Toray) bei 90°C aufgebracht. Nach Erstarren weist die Schicht 2 eine Dicke von 4,2 »m auf. Die Haftung der Schichten 1 und 2 untereinander ist sehr gut. Der Zersetzungsbeginn der Schicht 2 wird über DSC zu 140°C (Maximum bei 152°C) bestimmt. Thermotransferdruckversuche mit diesem Farbband ergeben ebenfalls eine sehr gute Druckqualität mit hoher Auflösung und scharfen Kanten.

Claims

Farbband für ein Thermotransferdruckverfahren, welches aufweist
- einen Träger, insbesondere eine Folie,

- auf einer Oberfläche des Trägers aufgebrachtes unter Wärmeeinwirkung schmelzbares oder zersetzbares Bindemittel,

- in dem Bindemittel enthaltene Farbpigmente,

- zumindest einen weiteren im Bindemittel enthaltenen Farbstoff, der gasförmig übertragbar ist, sowie

- eine darauf abgestimmte thermolabile Komponente, welche beim Zerfall ein Gas und Wärme freisetzt, um die Übertragung von Tintenkomponenten auf einen Aufzeichnungsträger zu unterstützen.
Farbband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Farbstoff sublimierbar ist.
Farbband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Farbstoff unterhalb 200°C sublimierbar ist.
Farbband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermolabile Komponente eine Verbindung aus der Gruppe der Azoverbindungen ist.
Farbband nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht weitere katalytisch wirkende Komponenten enthält, die den Zerfall der Azoverbindungen nach Zeit und Starttemperatur regulieren.
Farbband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Komponenten zur Unterstützung der Gasphasenübertragung Azodicarbonamid ist.
Farbband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger nur eine einzige farbtragende Schicht vorgesehen ist, in der alle Tintenkomponenten vereinigt sind.
Farbband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sublimationstemperatur des weiteren Farbstoffs im Bereich der Zerfallstemperatur (Reaktionsmaximum) der thermolabilen Komponente liegt.