JP3973841B2

JP3973841B2 - Method for providing ink receiving layer on non-porous substrate

Info

Publication number: JP3973841B2
Application number: JP2001019837A
Authority: JP
Inventors: イーファ・ツァオ; ドウグラス・イー・ナイト; エリック・エル・バーチ; ユバイ・ビ; ボー−ジウン・ニウ; ペーター・シー・ザロブスキー; バーバラ・エー・カンプフ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2001246842A; DE60111655D1; EP1120280B1; DE60111655T2; EP1120280A3; EP1120280A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、インクジェットプリンティングに関し、より詳細には、顔料をベースとしたインクジェットインクによる多孔性プリント媒体上へのプリント方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク受け層は、プリント工程中に噴射されたインクベヒクルを吸収する必要がある。インク受け層（ink receiving layer）が非吸収性サブストレート上に塗布されると、そのサブストレートは吸収能力を示さず、結果的に、インク受け層が唯一の吸収材料とならなければならない。コーティングの吸収能力を高めるために、紙をサブストレートとするインクジェット媒体のサブストレート機能と同様、コーティングの能力を高めるべく作用するところのプレコートが従来技術において記述されている。
【０００３】
光沢、粘着性、表面エネルギー及び耐久性のような表面特性を制御するために、並びに吸収性プレコートと協同して機能させるために、上塗り（トップコート）が付けられる。加えて、そのトップコートは、コーティングにおいて認識されている不規則性又は不均一性の一因となるであろうところの欠陥があってはならない。
【０００４】
米国特許第5,275,867号には、プレコート上でトップコートが積層化されている場合の２層コーティング及びコーティングプロセスが記述されている。米国特許第5,605,750号には、トップコートが多孔ホッパー（multi-slot hopper）又はスライドホッパにおける乾燥前に両方の液体をコーティングすることによってプレコートに付けられる場合の3-層コーティング及びコーティングプロセスが記述されている。米国特許第5,576,088号には、トップコートがプレコート上に注型塗布(cast coated)される場合の２層コーティング及びコーティングプロセスが記述されている。これらの例は全て、特殊装置を伴う方法とその方法に適合するよう処理されたコーティングとを記述している。加えて、生産効率も比較的低い。
【０００５】
関連出願の米国特許出願番号09/491,642において、１または２以上のトップコートを多孔性ベースコートに付けて均一で且つ欠陥の無いコーティング層を作り出すことができる多層コーティングの作製を可能にするところのプロセスが開示され且つ範囲請求されている。特に、ベースコート中の空気をトップコーティングに先立ち除去するようにトップコーティング以前にある液体をベースコーティングに塗布するプロセスが提供される。このプロセスは、そこに記述された単純な装置とのインラインを行うことができるものである。この方法の付加的効果は、それによって単一処理におけるベースコートの乾燥後及びトップコートの塗布以前にそのコーティングに対し機能性を付加し又は化学処理を行うこともできるようになるということである。例えば、その湿潤液は、限定するものではないが、界面活性剤類、pH修正剤類、ポリマー類、架橋結合剤類、顔料類、及び／又は染料安定化剤を含んでいてもよい。
【０００６】
在来の光沢媒体は、ポリマー被覆表面を有している。インクは、ゆっくりとしたポリマーの膨潤（polymer swelling）によってコーティングに浸透する。イメージのプリント後、そのプリント表面はベヒクルで飽和されたままであり、従って乾燥時間も長い。多孔性ベヒクルに対しては、インクベヒクルは毛管作用によって多孔性コーティング中に急速に吸収し、従って乾燥時間が短い。より高速のインクジェットプリンティングに対する要求が高まれば高まる程、媒体のより速い乾燥時間がますます重要となってくるのである。
【０００７】
多孔性光沢プリント媒体の例としては、(1)高品質光沢紙、Epson's Stylusプリンタと併用されるEpson White Film S041072（不透明ポリエステル）および(2)Mile High Engineering Supply Company (Denver,CO)から入手可能な、Accuplot EGF Glossy White Filmがある。
【０００８】
しかし、多孔性媒体上の顔料含有インクのドットサイズは、いつも低かったため、結果的にドット間で白色空間が生じ、そのイメージはムラがあり且つ不均一であることは明らかである。インクと媒体の連結研究がドットサイズを高めるべく行われてきた。ポリマー被覆写真用紙上での染料型インクのドットサイズの拡大は、ほとんどの場合、インクの表面張力を低くすることによって行うことができるが、そのような対処法では、多孔性媒体上の顔料型インクに対してほとんど効果が得られない。
【０００９】
特に、被覆された多孔性プリント媒体上の顔料型インクのドットサイズを改善する試みにおいて、次の局面から検討がなされてきた。インク滴の重量、媒体コーティングの重量、媒体コーティングにおける顔料／バインダーの比、媒体コーティングにおける粒径、及びインク又は媒体中の界面活性剤。しかし、これらの実験は全て、ドットサイズに及ぼす効果がほとんど無いことを示した。
【００１０】
【発明が解決しようとしている課題】
従って、多孔性光沢媒体上で、その上でのプリント品質を改善するための、顔料ベースインクの拡大ドットサイズを実現する必要性は存在するのである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明の一実施形態では、少なくとも１つのインクジェットプリンティング用インク受け層を非多孔性サブストレートに設ける方法が提供される。当該方法は、（ａ）非多孔性サブストレートの表面に複数の孔を有する多孔性ベースコートを塗布するステップ、（ｂ）前記多孔性ベースコートを乾燥させ、次いで前記多孔性ベースコートに第一再湿潤液を塗布し濡れた多孔性ベースコートを形成するステップ、（ｃ）前記濡れた多孔性ベースコート上にトップコートを塗布するステップ、及び（ｄ）前記トップコートを乾燥させ、次いで前記トップコートに第二再湿潤液を塗布し濡れたトップコートを形成するステップを包含し、前記第二再湿潤液が、（１） 0.1-5 重量％の濃度で存在する、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、セルロース誘導体、及びポリエチレンオキシドから成る群から選択される水溶性ポリマー、（２） 0.1-5 重量％の濃度で存在するコロイドシリカ、及び（３） 0.1-5 重量％の濃度で存在するコロイドアルミナから成る群から選択される少なくとも１つの化学種を含有する水性溶液から成ることを特徴とする。当該方法で得られたインクジェットプリンティング用インク受け層は、前記第二湿潤液が無い場合よりも顔料型インクをより大きいドットでプリントできる。
【００１２】
本願発明の他の実施形態では、非浸透性サブストレートに付けられたインクジェットプリンティング用インク受け層の上にプリントされる顔料型インクのドットサイズを拡大する方法が提供される。当該方法は、（ａ）少なくとも１つの顔料と少なくとも１つの結合剤とを含有しさらに複数の孔を有する多孔性ベースコートを前記非多孔性サブストレートの表面に塗布するステップ、（ｂ）前記多孔性ベースコートを乾燥させ、次いで前記多孔性ベースコートに前記第一再湿潤液を塗布して、液体被覆ベースコートを形成し前記孔を満たすようにしたステップ、（ｃ）少なくとも１つの顔料と少なくとも１つの結合剤とを含有するトップコートを前記液体被覆ベースコート上に塗布するステップ、及び（ｄ）前記トップコートを乾燥させ、次いで前記トップコートに前記第二再湿潤液を塗布して液体被覆トップコートを形成するステップ、を包含し、前記第二再湿潤液が、（１） 0.1-5 重量％の濃度で存在する、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、セルロース誘導体、及びポリエチレンオキシドから成る群から選択される水溶性ポリマー、（２） 0.1-5 重量％の濃度で存在するコロイドシリカ、及び（３） 0.1-5 重量％の濃度で存在するコロイドアルミナから成る群から選択される少なくとも１つの化学種を含有する水性溶液から成ることを特徴とする。
【００１３】
顔料インクでプリントされた被覆多孔性媒体上でのドットサイズを拡大するための努力は以前には知られていない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施するために発明者によって現に実行された最良形態を開示する、本願発明の特定実施例について詳細に説明する。
【００１５】
関連出願の米国特許出願番号09/491,642に開示され且つ範囲請求されているベースコート及びトップコートは、各々、１または２以上の顔料と１または２以上のバインダー（binder）を含み、それらは、ベースコートとトップコートをそれに溶かしてサブストレートに塗布するところの溶媒に可溶性であるか又は分散性である高分子化合物である。顔料の例としては、シリカ及びアルミニウム及びその種々の水和物、チタニア、炭酸塩（例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム）、ガラスビーズ、及び有機顔料（例えば、橋かけSBRラテックス類、微小化ポリエチレン又はポリプロピレンワックス、アクリルビーズ及びメタクリルビーズのようなプラスチック又は高分子顔料）がある。その顔料は、ベースコートとトップコートの両方で同じか又は異なっていてもよい。
【００１６】
バインダーは、とりわけ、顔料（群）を決まった場所に保持するのに役立つ高分子マトリックスである。そのバインダーは、水溶性でも又は水分散性でもよい。水溶性バインダーの例には、ポリビニルアルコールとその誘導体、ポリビニルピロリドン／ポリ酢酸ビニルコポリマー、セルロース誘導体類、ポリアミド類、及びポリエチレンオキシドが含まれる。水分散性バインダーの例には、スチレンーブタジェンラテックス類、ポリアクリル類、ポリウレタン類、等が含まれる。そのバインダーは、ベースコートとトップコートの両方で同じか又は異なっていてもよい。
【００１７】
ベースコートとトップコートは、サブストレートに溶液の状態で別々に塗布しそして乾燥させる。
【００１８】
サブストレートは、フィルムベースの材料、例えば、マイラー(Mylar)、又は樹脂被覆紙（例えば、写真ベース紙）のような、非浸透性（非空気浸透性）材料から成る。
【００１９】
上に引用した出願においては、ベースコートの孔は、トップコート溶液が塗布される前に、これも本願明細書で再湿潤溶液と呼ばれる、液体で飽和されるか又はほぼ飽和される。好ましくは、ベースコートにある孔は、トップコート溶液が塗布される前に液体で飽和させる。また好ましくは、トップコートにおける溶媒と相容性である溶媒は、コーティング層間で最良の接着性を与えるものと思われる。
【００２０】
当該再湿潤液は、１つ以上の溶媒を含んでいてよい。当該再湿潤液は、加熱するか又は化学的に修飾してプレコートにおける浸透率を高めるようにしてもよい。
【００２１】
加熱する場合、その液体は、その沸点（又は２つ以上の溶媒が使用される場合はその最小の沸点）を越えない任意の温度に加熱する。
【００２２】
用語「化学的改質（chemical modified）」は、１または２以上の界面活性剤類、接着促進剤類、pH調節剤類、ポリマー類、架橋剤類、顔料類、及び／又は染料安定剤類をその液体に付加することを意味する。従って、化学的に改質された再湿潤液は、それがプリント媒体としてのその用途に関連する時、ベースコート、トップコート、そのコーティングプロセスの特性、又はコーティングの性能を改変する働きがある。有用な界面活性剤、pH調節剤、及び／又は架橋剤のどれかを本願発明の実施に用いてよい。例えば、ベースコートにおけるバインダーがポリビニルアルコールである場合、その液体に付加される適切な架橋剤は、ホウ酸塩又はグリオキシルである。このプロセスは、コーティングの液体又はプロセスと融和しない化学物質に対して特に有用である。
【００２３】
ベースコートの表面上の余剰液体をトップコーティングに先立ち除去することも望ましいことである。これは、ニップ（nip）、ドクター（掻き落とし）刃（doctoring blade）またはその類を使って達成することができる。
【００２４】
図１は、本願発明のプロセスにも有用であるところの、上述の特許出願に関連して開示された装置10を示す。従来の塗布装置（coater）であるところの、当該装置10は、再湿潤溶液14を容れる容器12を具備する。ウェブ16は非吸収性サブストレートとその上の多孔性ベースコートとから成り、そして溶液14は、塗布器ローラ18によって多孔性ベースコートの表面上に導かれる。ホールドダウンローラ20は、ウェブ16を塗布器ローラ18の最上面に接触させて動かすものである。塗布器ローラ18は、溶液14をウェブ16に塗布する。その溶液14は、ドクター24、又は他の適当な手段を備えた計量ローラ22によって塗布器ローラ18上へ計量して供給される。
【００２５】
代替実施例では、その余剰再湿潤溶液をウェブから掻き落としてもよい。
【００２６】
別の代替実施例では、再湿潤溶液は、可動ウェブ16上へ直接ポンプで計量供給してもよく、これによって掻き落としをする必要がなくなる。
【００２７】
溶液14の吸上げは、ウェブ16の速度に依存する。ウェブ16をできるだけ速く移動させてコーティング効率を最大にするのが望ましい。
【００２８】
再湿潤液の持続時間は、再湿潤液の塗布とコーティングの塗布との間の時間間隔として定義される。従って、持続時間は、再湿潤溶液がベースコート中へ浸透するのに利用される時間の長さを決定する。持続時間は、ウェブの速度と再湿潤装置とコーティング装置間のウェブの距離とによって変更することができる。ベースコートの適当な飽和を得るのに要する時間の長さは、再湿潤装置の設計、ベースコートの特性、トップコートの特性、及び再湿潤液の特性によって決定される。このプロセスの有効化を計るためには、コーティングプロセスを設計する際にこれらのパラメータ全てを配慮する必要がある。
【００２９】
当該発明によって多くの利点が実現される。第一に、それによって非多孔性サブストレート上に形成された多孔性ベースコート上にトップコート溶液を塗布することが可能となる。第二に、それによって、そうでなければ互いに不相容性であったであろうベースコート又はトップコートの何れかに使われる材料の取込み（混合）が可能となる。第三に、それによって、不相容性液体を多層系に被覆することが可能となる。
【００３０】
本願発明に従い、再湿潤溶液をトップコートに塗布する。図１に描かれている装置は、本発明の実施に適切に用いられるものである。採用の第二再湿潤溶液（第一再湿潤溶液はベースコート層に適用中）であるところの、この再湿潤溶液は、被覆媒体上で顔料型インクを用いてさらに良好なドット利得が得られるようにトップコーティングを改善する。
【００３１】
特に、水溶性ポリマー含有の液又はコロイドシリカ又はコロイドアルミナのような希釈無機顔料分散剤を含有している液を、コーティングの全ての孔を満たすのに十分な容積を送り出せるようにアプリケータを用いて多孔性被覆媒体（例えば、写真ベース紙）上に塗布する。計量供給装置、例えば、スクイージ、タオル、エアナイフを使用してトップコーティングの表面上の余分の液体を除去する。ついで、ぬれたコーティングを熱風で乾燥する。このプロセスで供給されるコーティングの厚さは、0.001と0.5μmの間であり、好ましくは、0.1μm厚を上回らないものと推定される。もしコーティングが厚すぎると、そのコーティングは、多分、インク媒質の浸透速度を大幅に減少させ、像質が劣ったものとなる。
【００３２】
本願発明に適切に使用される水溶性ポリマーの例には、ポリビニルアルコール及びポリ酢酸ビニルコポリマー（例えば、Air ProductsからのAirvol 523）、ポリビニルピロリドン（例えば、BASFからのLuviskol K30及びK90）及びポリアミド類、セルロース誘導体類、及びポリエチレンオキシドのようなその他の水溶性ポリマーがある。水溶性ポリマーの濃度は、第二再湿潤溶液の約0.1-5 wt%の範囲である。
【００３３】
この応用に適するコロイドシリカ（シリカゾル）の例には、Nalco 1140（粒径 D = 15 nm）、Nalco 1034（D = 20 nm）、Nalco 1060（D = 60 nm）、Nalco 2326（D = 5 nm）（以上全てNalco Chemical Companyより市販）；Nyalcol 2034DI（D = 20 nm）、Nyalcol 2040NH4（D = 20 nm）、及びNyalcol 215（D = 4 nm）（以上全てAkzo Nobel/Eka Chemicalsより市販）；及びSnowtex 40（D = 10-20 nm）、Snowtex N（D = 10-20 nm）、Snowtex O（D = 11-14 nm）、Snowtex OL（D = 40-50 nm）、Snowtex OXS（D = 4-6 nm）、Snowtex YL（D = 50-80 nm）、及びSnowtex ZL（D = 70-100 nm）（以上全てNissan Chemical Industries,Ltd.より市販）が含まれる。
【００３４】
真珠様のシリカゾルの例には、Nissan Chemical Industries,Ltd.から入手可能な、Snowtex ST-PSM（D = 18-22 nm幅、100-200 nm長）がある。
【００３５】
細形シリカゾルの例には、両方ともNissan Chemical Industries,Ltd.から入手可能な、Snowtex OUP（D = 10 nm幅、50-100 nm長）及びSnowtex UP（D = 5-20 nm幅、40-300 nm長）がある。
【００３６】
アルミナ被覆シリカゾルの例には、Nissan Chemical Industries,Ltd.から入手可能な、Snowtex C（D = 10-20 nm）がある。
【００３７】
カチオンシリカの例には、両方ともAkzo Nobel/Eka Chemicalsから入手可能な、Nyalcol IJ222（D = 70 nm）及びNyalcol IJ666（D = 5 nm）がある。
【００３８】
Nalco 2326についての実験では、プリントされたインクのドットサイズは、SiO₂の0及び0.2 wt%（重量％）の間で直線的に拡大しそして0.2 wt%以上では変わらないまま維持されることが示された、図２参照。シリカの濃度範囲は、0.05-5wt%の間であり、好ましくは、0.1-1wt%の間である。試験された全ての薬品の中でも、1 wt% シリカ再湿潤溶液（水に溶かした1 wt%シリカ；例えば、Nalco 2326）は、本願発明の再湿潤溶液を使用しないで得られた不足（デフォルト）ドットサイズより著しく大きいドットサイズ(85-90 μm)を示した。
【００３９】
コロイドアルミナの例には、両方ともAkzo Nobel/Eka Chemicalsから入手可能な、Nyalcol AL 20及びNyalcol AL20DWがある。コロイドアルミナの濃度は、第二再湿潤溶液の約0.1-5 wt%の範囲である。
【００４０】
水混和性有機溶媒（例えば、イソプロパノール及び1-ブタノール、再湿潤溶液全体の0.1-50 wt%の範囲の濃度）、ポリマー（例えば、ポリビニルアルコール-ポリ酢酸ビニル、再湿潤溶液全体の0.01-0.5 wt%の範囲の濃度）、又は界面活性剤のような、表面張力低減剤を第二再湿潤溶液に添加して、より良好な湿潤及びコーティングの均一性を達成するようにしてもよい。本願発明の実施に適切に用いられる界面活性剤の例には、Air Productsから市販のアセチレンのエトキシル化ジオール類であるところの、Surfynols及びAir Productsから市販の非イオン性アルコキシル化アルキノール類であるところの、Dynolsが含まれる。その界面活性剤の濃度は、第二再湿潤溶液の約0.01-5 wt%の範囲である。
【００４１】
さらに、架橋結合剤を第二再湿潤溶液に添加して、トップコートとベースコートを強化してもよい。本願発明の実施に適切に用いられる架橋結合剤の例には、無機ホウ酸塩類（例えば、ホウ酸ナトリウム）、グリオキサール、およびE.I.Du Pont de Nemours Co.から入手可能な、有機チタン酸塩／ジルコニウム酸塩であるところの、Tyzorが含まれる。その架橋結合剤の濃度は、第二再湿潤溶液の約0.1-10 wt%の範囲である。
【００４２】
実験例
全ての媒体は、テストプロットを用いて、ヒューレット・パッカード・カンパニー製のHewlett-Packard CP-2500プリンタでプリントした。そのドットサイズは、画像解析装置又は顕微鏡によって測定した。コントローの媒体は、関連出願の米国特許出願番号09/491,642に記載のもの、即ち、ベースコート、第一再湿潤溶液、及びトップコートが被覆された多孔性プリント媒体であった。
【００４３】
実験例１
ベースコート及びそれに続くトップコートを光沢プリント媒体上に被覆した。ベースコートとトップコートは、下の表Iに挙げられた組成を有していた。トップコートのコーティングに先立ち、熱湯を含む、第一再湿潤溶液をベースコート上に被覆し、そして余剰分をトップコートの塗布前に除去した。
【００４４】
【表１】

【００４５】
トップコートの塗布に続いて、本願発明に従い第二再湿潤溶液をトップコートに塗布した。試験した組成を下の表２及び表３に挙げる。
【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
第二再湿潤溶液の乾燥後、ヒューレット・パッカード・カンパニー製のHP DesignJet（商標）2500CPプリンタでHewlett-Packard 紫外線(UV)顔料ベースのインクを使って被覆媒体をプリントした。
【００４９】
プリントされたインクのドットサイズの測定値は、ポリマー及びコロイド分散剤を含んでいる再湿潤液について、それぞれ、（表２の組成に関しては）図３ａと図３ｂに及び（表３の組成に関しては）図４ａ、図４ｂに示した。全てのサンプルは、コントロールと同様の画像品質(IQ)（にじみ、全範囲及び領域充填の均一性）を示した。
【００５０】
ポリマー含有の液体による媒体の再湿潤は、ドットサイズを僅かに拡大した。しかし、コロイドシリカ含有の液による媒体の再湿潤は、ドットサイズに関してより顕著な効果を示した。試験された全てのシリカの中でも、Nalco 2326(1 wt%シリカ)は、図３ａ、図３ｂに示すように、最大の改善を立証した。このドットサイズの拡大は、また、プリント領域におけるやや高めの光学濃度に帰着する。この場合、媒体の光沢もまた20度で10-12%から25%まで増えたが、イメージの光沢は不変のままであった。
【００５１】
表４は、顔料洗浄コート(pigment wash coat)のドットサイズの測定値と沢の測定値を要約したものである。
【００５２】
【表４】

【００５３】
平均ドットサイズは、種々の色の平均ドットサイズを表す。全ての材料は、デフォルト媒体("None")より大きめのドット直径をもっていると見える。材料の幾つかは、媒体の光沢を高めるのに(＞11)用いてもよい。
【００５４】
実験例２
コーティングの欠陥（例えば、魚眼）は、希釈顔料分散剤の表面張力が高いために再湿潤処理中に起こることがある。イソプロパノール(IPA)、1-ブタノール(BuOH)、ポリビニルアルコール-ポリ酢酸ビニル（例えば、Airvol 523）、（Air Productsからの）Surfynol、及び（Air Productsからの）Dynolのような、表面張力低減剤を洗浄コートに組み入れて、より良好な湿潤及びコーティングの均一性を達成することができる。諸例と結果を表５に要約する。
【００５５】
【表５】

【００５６】
表面張力低減剤を付加することにより、ドットサイズと媒体の光沢に影響を与えないで、再湿潤溶液の比較的な滑らかなコーティングが生成される。
【００５７】
実験例３
トップコート又はベースコートを橋かけ結合することが知られている架橋結合剤を洗浄コートに付加してコーティングの接着性又は耐久性を改善するようにしてもよい。そのような架橋結合剤の例には、グリオキサールと（デュポン社から市販の）Tyzorがある。その結果を表６に要約する。
【００５８】
【表６】

【００５９】
表面張力低減剤の付加は、本願発明の第二再湿潤溶液でもたらされたドットサイズ及び媒体光沢の利点に影響を与えないで、トップコートとベースコートを強化する働きがあった。
【００６０】
本願発明のプロセスは、多孔性光沢印刷媒体上への熱式インクジェット印刷において用途を見出すものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施に有用な塗布装置の概略図。
【図２】ドットサイズに及ぼすシリカ濃度の作用を示す図。
【図３ａ】本発明によるコロイドシリカを含有する再湿潤液の種々の組成の関数としてシアン(C)、マゼンタ(M)、及びブラック(K)についてのドットサイズを示す図。
【図３ｂ】図３ａの結果、平均ドットサイズを示した図。
【図４ａ】本発明によるポリマーを含有する再湿潤液の種々の組成の関数としてシアン(C)、マゼンタ(M)、及びブラック(K)についてのドットサイズを示す図。
【図４ｂ】図４ａの結果、平均ドットサイズを示した図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to ink jet printing, and more particularly to a method for printing on porous print media with pigment based ink jet inks.
[0002]
[Prior art]
The ink receiving layer needs to absorb the ink vehicle ejected during the printing process. When an ink receiving layer is applied on a non-absorbing substrate, the substrate does not exhibit absorption capacity and consequently the ink receiving layer must be the only absorbent material. In order to increase the absorption capacity of the coating, a pre-coat has been described in the prior art which acts to increase the coating capacity, as well as the substrate function of ink jet media using paper as a substrate.
[0003]
A top coat is applied to control surface properties such as gloss, tack, surface energy and durability, and to function in concert with the absorbent precoat. In addition, the topcoat must be free of defects that would contribute to the irregularities or non-uniformities recognized in the coating.
[0004]
US Pat. No. 5,275,867 describes a two-layer coating and coating process where a topcoat is laminated on a precoat. US Pat. No. 5,605,750 describes a three-layer coating and coating process where the topcoat is applied to the precoat by coating both liquids prior to drying in a multi-slot hopper or slide hopper. ing. US Pat. No. 5,576,088 describes a two-layer coating and coating process where the topcoat is cast coated onto the precoat. All these examples describe a method involving special equipment and a coating that has been processed to fit that method. In addition, production efficiency is relatively low.
[0005]
In the related application US patent application Ser. No. 09 / 491,642, one or more topcoats can be applied to a porous basecoat to enable the creation of a multilayer coating that can create a uniform and defect-free coating layer. Is disclosed and claimed. In particular, a process is provided for applying a liquid prior to the top coating to the base coating so that air in the base coat is removed prior to the top coating. This process can be inlined with the simple device described therein. An additional effect of this method is that it also allows functionality to be added to the coating or chemical treatment after drying the base coat in a single process and before applying the top coat. For example, the wetting liquid may include, but is not limited to, surfactants, pH modifiers, polymers, cross-linking agents, pigments, and / or dye stabilizers.
[0006]
Conventional glossy media have a polymer coated surface. The ink penetrates the coating by slow polymer swelling. After printing the image, the printed surface remains saturated with the vehicle and therefore has a long drying time. For porous vehicles, the ink vehicle absorbs rapidly into the porous coating by capillary action and thus has a short drying time. The higher the demand for faster inkjet printing, the more important is the faster drying time of the media.
[0007]
Examples of porous glossy print media are (1) high-quality glossy paper, Epson White Film S041072 (opaque polyester) used with Epson's Stylus printer and (2) Mile High Engineering Supply Company (Denver, CO) There is Accuplot EGF Glossy White Film.
[0008]
However, the dot size of the pigment-containing ink on porous media, because he always Tsu low or, eventually white space occurs between the dots, the image is clear that it is there and uneven uneven. Ink and media connectivity studies have been conducted to increase dot size. Increasing the dot size of dye-based inks on polymer-coated photographic paper can be done in most cases by lowering the surface tension of the ink, but in such a solution, pigment types on porous media have such little effect can be obtained with respect to the ink.
[0009]
In particular, attempts have been made to improve the dot size of pigmented ink on coated porous print media from the following aspects. Ink drop weight, media coating weight, pigment / binder ratio in media coating, particle size in media coating, and surfactant in ink or media. However, all these experiments showed little effect on dot size.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, there is a need to achieve an enlarged dot size for pigment-based inks on porous glossy media to improve print quality thereon.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In one embodiment of the present invention, a method is provided for providing at least one ink-jet printing ink receiving layer on a non-porous substrate. The method includes: (a) applying a porous base coat having a plurality of pores on the surface of a non-porous substrate; (b) drying the porous base coat and then applying a first rewet liquid to the porous base coat (C) applying a topcoat over the wet porous basecoat; and (d) drying the topcoat and then applying a second recoat to the topcoat. Applying a wetting liquid to form a wet topcoat, wherein the second rewetting liquid is (1) present in a concentration of 0.1-5 wt%, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyamide , cellulose derivatives, and water soluble polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide, (2) 0.1-5 at a concentration of weight% Standing to colloidal silica, and (3) 0.1-5, characterized in that consists of an aqueous solution containing at least one species selected from the group consisting of colloidal alumina present in a concentration of weight%. The ink-receiving layer for inkjet printing obtained by this method can print pigment-type ink with larger dots than when the second wetting liquid is not present.
[0012]
In another embodiment of the present invention, a method is provided for enlarging the dot size of pigmented ink printed on an ink-jet printing ink-receiving layer applied to a non-permeable substrate. The method comprises (a) applying a porous base coat containing at least one pigment and at least one binder and having a plurality of pores to the surface of the non-porous substrate; (b) the porous Drying the base coat and then applying the first rewet liquid to the porous base coat to form a liquid coated base coat to fill the pores; (c) at least one pigment and at least one binder And (d) drying the topcoat and then applying the second rewet liquid to the topcoat to form a liquid-coated topcoat. step encompasses, the second rewet liquid is present in a concentration of (1) 0.1-5% by weight, polyvinyl alcohol, poly Acid, polyvinyl pyrrolidone, polyamides, cellulose derivatives, and water soluble polymer selected from the group consisting of polyethylene oxide, (2) 0.1-5 weight% colloidal silica present at a concentration of, and (3) 0.1-5 wt% Characterized in that it comprises an aqueous solution containing at least one chemical species selected from the group consisting of colloidal alumina present at a concentration of
[0013]
No effort has been previously known to increase the dot size on coated porous media printed with pigmented inks.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Reference will now be made in detail to a particular embodiment of the present invention which discloses the best mode actually carried out by the inventors for carrying out the invention.
[0015]
Each of the basecoats and topcoats disclosed and claimed in the related application US patent application Ser. No. 09 / 491,642 each include one or more pigments and one or more binders, which are basecoats And a polymer compound that is soluble or dispersible in the solvent in which the top coat is dissolved and applied to the substrate. Examples of pigments include silica and aluminum and their various hydrates, titania, carbonates (eg, calcium carbonate, magnesium carbonate), glass beads, and organic pigments (eg, crosslinked SBR latexes, micronized polyethylene or And plastic or polymer pigments such as polypropylene wax, acrylic beads and methacrylic beads). The pigment may be the same or different in both the base coat and the top coat.
[0016]
A binder is a polymeric matrix that helps, among other things, hold the pigment (s) in place. The binder may be water soluble or water dispersible. Examples of water-soluble binders include polyvinyl alcohol and its derivatives, polyvinyl pyrrolidone / polyvinyl acetate copolymers, cellulose derivatives, polyamides, and polyethylene oxide. Examples of water dispersible binders include styrene-butadiene latexes, polyacrylics, polyurethanes, and the like. The binder may be the same or different for both the base coat and the top coat.
[0017]
The base coat and top coat are applied separately in solution to the substrate and dried.
[0018]
The substrate consists of a non-permeable (non-air permeable) material, such as a film-based material, for example Mylar, or resin-coated paper (eg, photographic base paper).
[0019]
In the applications cited above, the basecoat pores are saturated or nearly saturated with a liquid, also referred to herein as a rewet solution, before the topcoat solution is applied. Preferably, the holes in the base coat are saturated with liquid before the top coat solution is applied. Also preferably, a solvent that is compatible with the solvent in the topcoat will provide the best adhesion between the coating layers.
[0020]
The rewet liquid may contain one or more solvents. The rewetting liquid may be heated or chemically modified to increase the penetration rate in the precoat.
[0021]
When heated, the liquid is heated to any temperature that does not exceed its boiling point (or its minimum boiling point if more than one solvent is used).
[0022]
The term “chemically modified” refers to one or more surfactants, adhesion promoters, pH modifiers, polymers, crosslinkers, pigments, and / or dye stabilizers. Is added to the liquid. Thus, a chemically modified rewet fluid serves to modify the base coat, top coat, characteristics of the coating process, or coating performance when it is associated with its use as a print medium. Any of the useful surfactants, pH modifiers, and / or crosslinkers may be used in the practice of the present invention. For example, when the binder in the base coat is polyvinyl alcohol, a suitable crosslinker added to the liquid is borate or glyoxyl. This process is particularly useful for chemicals that are not compatible with the coating liquid or process.
[0023]
It is also desirable to remove excess liquid on the surface of the base coat prior to the top coating. This can be accomplished using a nip, a doctoring blade or the like.
[0024]
FIG. 1 shows an apparatus 10 disclosed in connection with the above-mentioned patent application that is also useful for the process of the present invention. The device 10, which is a conventional coater, comprises a container 12 containing a rewet solution 14. Web 16 comprises a non-absorbent substrate and a porous base coat thereon, and solution 14 is directed onto the surface of the porous base coat by applicator roller 18. The hold-down roller 20 moves the web 16 in contact with the uppermost surface of the applicator roller 18. The applicator roller 18 applies the solution 14 to the web 16. The solution 14 is metered onto the applicator roller 18 by a metering roller 22 equipped with a doctor 24 or other suitable means.
[0025]
In an alternative embodiment, the excess rewet solution may be scraped off the web.
[0026]
In another alternative embodiment, the rewet solution may be pumped directly onto the movable web 16, thereby eliminating the need for scraping.
[0027]
The wicking of the solution 14 depends on the speed of the web 16. It is desirable to move the web 16 as fast as possible to maximize coating efficiency.
[0028]
The duration of the rewet liquid is defined as the time interval between the application of the rewet liquid and the application of the coating. Thus, the duration determines the length of time that the rewet solution is utilized to penetrate into the base coat. The duration can be varied depending on the web speed and the web distance between the rewet device and the coating device. The amount of time it takes to achieve adequate saturation of the base coat is determined by the rewet equipment design, base coat characteristics, top coat characteristics, and rewet fluid characteristics. In order to measure the effectiveness of this process, it is necessary to consider all these parameters when designing the coating process.
[0029]
Many advantages are realized by the invention. First, it makes it possible to apply a topcoat solution on a porous basecoat formed on a nonporous substrate. Second, it allows for the incorporation (mixing) of materials used in either the base coat or the top coat that would otherwise be incompatible with each other. Thirdly, it makes it possible to coat incompatible liquids in a multilayer system.
[0030]
In accordance with the present invention, a rewetting solution is applied to the topcoat. The apparatus depicted in FIG. 1 is suitable for use in the practice of the present invention. Where the second rewet solution employed (the first rewet solution is being applied to the basecoat layer), this rewet solution will provide even better dot gain using pigmented ink on the coated media. Improve the top coating.
[0031]
In particular, the applicator should be able to deliver a volume containing a water-soluble polymer or a liquid containing a dilute inorganic pigment dispersant such as colloidal silica or colloidal alumina to fill all the pores of the coating. And coated on a porous coated medium (eg, photographic base paper). Excess liquid on the surface of the top coating is removed using a metering device, such as a squeegee, towel, air knife. The wet coating is then dried with hot air. The thickness of the coating supplied in this process is between 0.001 and 0.5 μm, and is preferably estimated not to exceed 0.1 μm thickness. If the coating is too thick, the coating will probably significantly reduce the penetration rate of the ink medium, resulting in poor image quality.
[0032]
Examples of water-soluble polymers suitably used in the present invention include polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate copolymers (eg Airvol 523 from Air Products), polyvinylpyrrolidone (eg Luviskol K30 and K90 from BASF) and polyamides , Cellulose derivatives, and other water soluble polymers such as polyethylene oxide. The concentration of the water-soluble polymer is in the range of about 0.1-5 wt% of the second rewet solution.
[0033]
Examples of colloidal silica (silica sol) suitable for this application include Nalco 1140 (particle size D = 15 nm), Nalco 1034 (D = 20 nm), Nalco 1060 (D = 60 nm), Nalco 2326 (D = 5 nm) (All commercially available from Nalco Chemical Company); Nyalcol 2034DI (D = 20 nm), Nyalcol 2040NH4 (D = 20 nm), and Nyalcol 215 (D = 4 nm) (all commercially available from Akzo Nobel / Eka Chemicals); And Snowtex 40 (D = 10-20 nm), Snowtex N (D = 10-20 nm), Snowtex O (D = 11-14 nm), Snowtex OL (D = 40-50 nm), Snowtex OXS (D = 4-6 nm), Snowtex YL (D = 50-80 nm), and Snowtex ZL (D = 70-100 nm) (all commercially available from Nissan Chemical Industries, Ltd.).
[0034]
An example of a pearl-like silica sol is Snowtex ST-PSM (D = 18-22 nm wide, 100-200 nm long) available from Nissan Chemical Industries, Ltd.
[0035]
Examples of narrow silica sols include Snowtex OUP (D = 10 nm width, 50-100 nm length) and Snowtex UP (D = 5-20 nm width, 40− both), both available from Nissan Chemical Industries, Ltd. 300 nm long).
[0036]
An example of an alumina-coated silica sol is Snowtex C (D = 10-20 nm), available from Nissan Chemical Industries, Ltd.
[0037]
Examples of cationic silicas include Nyalcol IJ222 (D = 70 nm) and Nyalcol IJ666 (D = 5 nm), both available from Akzo Nobel / Eka Chemicals.
[0038]
In the experiment for Nalco 2326, the dot size of the printed ink, to be kept unchanged at linearly expanded and 0.2 wt% or more between 0 and 0.2 wt% of SiO ₂ (wt%) As shown, see FIG. The concentration range of silica is between 0.05-5 wt%, preferably between 0.1-1 wt%. Among all drugs tested, 1 wt% silica rewet solution (1 wt% silica in water; eg, Nalco 2326) is a deficiency obtained without using the rewet solution of the present invention (default) The dot size (85-90 μm) was significantly larger than the dot size.
[0039]
Examples of colloidal alumina include Nyalcol AL 20 and Nyalcol AL20DW, both available from Akzo Nobel / Eka Chemicals. The concentration of colloidal alumina is in the range of about 0.1-5 wt% of the second rewet solution.
[0040]
Water-miscible organic solvents (eg, isopropanol and 1-butanol, concentrations in the range of 0.1-50 wt% of the total rewet solution), polymers (eg, polyvinyl alcohol-polyvinyl acetate, 0.01-0.5 wt of the total rewet solution) %)), Or a surface tension reducing agent, such as a surfactant, may be added to the second rewet solution to achieve better wetting and coating uniformity. Examples of surfactants suitably used in the practice of the present invention are acetylenic ethoxylated diols commercially available from Air Products, but nonionic alkoxylated alkynols commercially available from Surfynols and Air Products. Dynols are included. The concentration of the surfactant is in the range of about 0.01-5 wt% of the second rewet solution.
[0041]
In addition, a cross-linking agent may be added to the second rewet solution to strengthen the topcoat and basecoat. Examples of cross-linking agents that are suitably used in the practice of the present invention include inorganic borates (eg, sodium borate), glyoxal, and organotitanate / zirconium acid available from EIDu Pont de Nemours Co. Tyzor, which is a salt, is included. The concentration of the cross-linking agent ranges from about 0.1-10 wt% of the second rewet solution.
[0042]
Experimental Example All media were printed on a Hewlett-Packard CP-2500 printer from Hewlett-Packard Company using a test plot. The dot size was measured with an image analyzer or a microscope. The control medium was that described in the related application US patent application Ser. No. 09 / 491,642, ie, a porous print medium coated with a base coat, a first rewet solution, and a top coat.
[0043]
Experimental example 1
A base coat and subsequent top coat were coated on the glossy print media. The base coat and top coat had the compositions listed in Table I below. Prior to topcoat coating, a first rewet solution containing hot water was coated on the basecoat and the excess was removed prior to topcoat application.
[0044]
[Table 1]

[0045]
Following application of the topcoat, a second rewet solution was applied to the topcoat in accordance with the present invention. The tested compositions are listed in Tables 2 and 3 below.
[0046]
[Table 2]

[0047]
[Table 3]

[0048]
After drying the second rewet solution, the coated media was printed with a Hewlett-Packard UV (UV) pigment based ink on an HP DesignJet ™ 2500CP printer from Hewlett-Packard Company.
[0049]
Printed ink dot size measurements are shown in FIGS. 3a and 3b (for the composition in Table 2) and (for the composition in Table 3) for the rewet containing polymer and colloidal dispersant, respectively. This is shown in FIGS. 4a and 4b. All samples showed similar image quality (IQ) (bleeding, full coverage and area filling uniformity) as the control.
[0050]
Rewetting of the medium with polymer-containing liquid slightly increased the dot size. However, rewet of the media with colloidal silica containing liquid showed a more pronounced effect on dot size. Of all the silicas tested, Nalco 2326 (1 wt% silica) demonstrated the greatest improvement, as shown in FIGS. 3a and 3b. This increase in dot size also results in a slightly higher optical density in the print area. In this case, the gloss of the medium also increased from 10-12% to 25% at 20 degrees, but the gloss of the image remained unchanged.
[0051]
Table 4 summarizes the dot size measurements and many measurements of the pigment wash coat.
[0052]
[Table 4]

[0053]
The average dot size represents the average dot size of various colors. All materials appear to have a larger dot diameter than the default media ("None"). Some of the materials may be used (> 11) to increase the gloss of the media.
[0054]
Experimental example 2
Defects in the coating (eg fisheye) can occur during the rewet process due to the high surface tension of the diluted pigment dispersant. Surface tension reducing agents such as isopropanol (IPA), 1-butanol (BuOH), polyvinyl alcohol-polyvinyl acetate (eg Airvol 523), Surfynol (from Air Products), and Dynal (from Air Products) It can be incorporated into a washcoat to achieve better wetting and coating uniformity. Examples and results are summarized in Table 5.
[0055]
[Table 5]

[0056]
Adding a surface tension reducing agent produces a relatively smooth coating of the rewet solution without affecting dot size and media gloss.
[0057]
Experimental example 3
A cross-linking agent known to crosslink the topcoat or basecoat may be added to the washcoat to improve the adhesion or durability of the coating. Examples of such cross-linking agents are glyoxal and Tyzor (commercially available from DuPont). The results are summarized in Table 6.
[0058]
[Table 6]

[0059]
The addition of the surface tension reducing agent served to strengthen the topcoat and basecoat without affecting the dot size and media gloss benefits provided by the second rewet solution of the present invention.
[0060]
The process of the present invention is expected to find use in thermal ink jet printing on porous glossy print media.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a coating apparatus useful for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the effect of silica concentration on dot size.
FIG. 3a shows the dot size for cyan (C), magenta (M), and black (K) as a function of various compositions of a rewetting liquid containing colloidal silica according to the present invention.
FIG. 3b is a diagram showing the average dot size as a result of FIG. 3a.
FIG. 4a shows the dot size for cyan (C), magenta (M) and black (K) as a function of different compositions of a rewet containing a polymer according to the invention.
FIG. 4B is a diagram showing an average dot size as a result of FIG. 4A.

Claims

A method of providing at least one ink-jet printing ink receiving layer on a non-porous substrate,
(A) applying a porous base coat having a plurality of pores on the surface of the non-porous substrate; (b) drying the porous base coat and then applying a first rewetting liquid to the porous base coat Forming a porous base coat, (c) applying a top coat on the wet porous base coat, (d) drying the top coat, and then applying a second rewetting liquid to the top coat. Forming a wet topcoat,
Encompasses, the second rewet liquid is present in (1) the concentration of 0 .1-5% by weight, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyamide, from the group consisting of cellulose derivatives, and polyethylene oxide water-soluble polymer selected, is selected from the group consisting of (2) 0 .1-5% by weight colloidal silica present at a concentration of, and (3) 0 .1-5 wt% colloidal alumina present in a concentration of A method comprising an aqueous solution containing at least one chemical species, wherein the at least one ink jet printing ink-receiving layer is capable of printing pigment-type ink with larger dots than without the second wetting liquid.

The method of claim 1, wherein the base coat and the top coat each independently comprise at least one pigment, at least one binder, and at least one solvent.

The method of claim 1, wherein the first rewet liquid comprises a solvent that is compatible with at least one solvent of the topcoat.

The method of claim 1, wherein the second rewet liquid further comprises at least one chemical species selected from the group consisting of a surface tension reducing agent and a crosslinking agent.

The surface tension reducing agent is selected from the group consisting of a water miscible organic solvent, a polymer and a surfactant, and the cross-linking agent is a group consisting of borate, glyoxal, and organotitanate / zirconate. The method of claim 4, selected from:

The water miscible organic solvent is selected from the group consisting of isopropanol and 1-butanol, and the polymer comprises a copolymer of polyvinyl alcohol and polyvinyl acetate, and the surfactant is an ethoxylated diol of acetylene and 6. A process according to claim 5 selected from the group consisting of nonionic alkoxylated alkynols.

The surface tension reducing agent is in the range of 0.1-50% by weight for the water miscible organic solvent, or in the range of 0.01-0.5% by weight for the polymer, or 0.01-5% by weight for the surfactant. 6. The method of claim 5, wherein the second rewet is added to the second rewet solution to a concentration in the range or the cross-linking agent is added to the second rewet solution to a concentration in the range of 1-10% by weight. .

A method for enlarging the dot size of a pigment-type ink printed on an ink-receiving layer for inkjet printing attached to a non-permeable substrate,
(A) applying a porous base coat containing at least one pigment and at least one binder and having a plurality of pores to the surface of the non-porous substrate;
(B) drying the porous base coat and then applying the first rewet liquid to the porous base coat to form a liquid-coated base coat to fill the pores;
(C) applying a topcoat containing at least one pigment and at least one binder on the liquid-coated basecoat;
(D) drying the topcoat and then applying the second rewet liquid to the topcoat to form a liquid-coated topcoat;
Encompasses, the second rewet liquid is present in (1) the concentration of 0 .1-5% by weight, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyamide, from the group consisting of cellulose derivatives, and polyethylene oxide water-soluble polymer selected, is selected from the group consisting of (2) 0 .1-5% by weight colloidal silica present at a concentration of, and (3) 0 .1-5 wt% colloidal alumina present in a concentration of A method comprising an aqueous solution containing at least one chemical species, wherein the ink-jet printing ink-receiving layer is capable of printing pigment-type ink with larger dots than without the second wetting liquid.