NL1006663C2 - Beeldontvangstpapier voor kleuren inkjet bedrukking met waterige inkten. - Google Patents

Description

Océ-Technologies B.V., te Venlo

Beeldontvangstpapier voor kleuren inkjet bedrukking met waterige inkten 5 De uitvinding heeft betrekking op beeldontvangstpapier dat in het bijzonder geschikt is voor bedrukken met waterige inkten in een kleuren inkjet druktechniek. Het beeldontvangstpapier volgens de uitvinding omvat een papieren drager, tenminste aan één zijde een waterafsluitende laag en daarboven een inktontvangstlaag of samenstel van inktontvangstlagen.

10 Inkjet druktechnieken, in het bijzonder die waarbij met in hoofdzaak waterige inkten wordt gedrukt, hebben de laatste jaren een snelle ontwikkeling doorgemaakt, zowel wat betreft betrouwbaarheid en realiseerbare beeldkwaliteit van de drukinrichting, als wat betreft kostprijs van de drukinrichting. Als gevolg hiervan is het toepassingsgebied van de inkjetdruk steeds verder uitgebreid en vindt deze techniek thans ook toepassing voor 15 de vervaardiging van kleurendrukwerk dat aan relatief hoge kwaliteitseisen moet voldoen, zoals bijvoorbeeld het drukken van kleurenposters en reclame-affiches (display graphics) in de grafische technieken. Kwaliteitsverbetering van inkjet apparaten leidt uiteraard ook tot een voortdurende behoefte aan verbeterde, bijvoorbeeld licht-echtere inkten, en verbeterde beeldontvangstmaterialen.

20 De beeldontvangstmaterialen voor de meerkleuren inkjetdruk, zijn als regel voorzien van een inktontvangstlaag of samenstel van zulke ontvangstlagen, waarin één of meer water-aannemende bindmiddelen aanwezig zijn. Om de kleurstoffen uit de inkten te binden, kan de beeldontvangstlaag toevoegingen bevatten zoals vulstof of vulstoffen en/of een kationische verbinding. Typische kationische verbindingen zijn quaternaire 25 ammonium verbindingen en quaternaire ammonium groepen dragende polymeren of copolymeren. De inktontvangstlaag is daarbij bij voorkeur zodanig samengesteld dat de inktdruppels, die tijdens het beeldvormingsproces op de inkt ontvangstlaag worden gespoten, daarin snel worden opgenomen, zonder een al te sterk zijdelings uitvloeien te vertonen om aldus ook scherpe beeldranden en zuivere kleurtinten te kunnen 30 realiseren. Bovendien moet de kleurstof uit de inkten bij voorkeur snel, in een dun laaggedeelte van de inktontvangstlaag worden gebonden, om beelden met voldoende contrast en voldoende hoge optische dichtheid te realiseren.

De hoeveelheid water en organisch oplosmiddel, die bij het met zogenaamde waterige inkten drukken van een meerkleurenbeeld, plaatselijk op het beeldontvangstmateriaal 1006663 2 wordt aangebracht, kan erg hoog zijn en kan déór waar zeer donkere tinten moeten worden weergegeven zelfs tot meer dan 30 g. vloeistof (voor het merendeel water) per m2 bedragen. Bij gebruik van papieren ontvangstmaterialen treedt daarbij het probleem op dat de vloeistof via de inktontvangstlaag in de papieren drager dringt waar zij door 5 de papiervezels wordt opgenomen met als gevolg dat de papiervezels gaan zwellen en het papier ter plaatse gaat opbollen. Zelfs nadat de afdruk weer droog is, blijven de welvingen bestaan, omdat de papiervezels niet tot hun oorspronkelijke dimensie krimpen. Behalve dat de kwaliteitsindruk van de afdruk door de welvingen in het papier minder goed is, treedt het bezwaar op dat de afdrukken vastlopen of niet of moeilijk in 10 te voeren zijn in afwerkmachines, zoals bijvoorbeeld plastificeermachines.

In Amerikaans octrooischrift No. 4 892 787 wordt voorgesteld om papier vóór het aanbrengen van de inktontvangstlaag eventueel extra te behandelen met een waterwerende stof, om de papiervezels een grotere waterbestendigheid te geven.

Als waterwerende stof wordt het ammoniumzout van styreen/maleinezuuranhydride 15 copolymeer genoemd. Lijming van het papier met deze stof is onvoldoende als grote hoeveelheden inkt, zoals hiervoor aangegeven, plaatselijk op het inktontvangstmateriaal worden aangebracht. Veeleer is deze behandeling te zien als een vocht-regulering die leidt tot een meer verticale dan zijdelingse penetratie, dan dat zij een behandeling is die resulteert in een duidelijk geringere vochtabsorptie van de papiervezels zelf.

20 De uitvinding voorziet in verbeterd beeldontvangstpapier volgens de inleiding, dat is gekenmerkt doordat de waterafsluitende laag vulstof en filmvormend polymeer bevat en het van de waterafsluitende laag voorziene papier een Cobb 30 getal heeft van ten hoogste 5.

Gebleken is dat een inkjet ontvangstpapier dat onder de inktontvangstlaag is voorzien 25 van een waterafsluitende laag zoals hiervoor gedefinieerd, goed bestand is tegen de inwerking van de vloeibare, in hoofdzaak waterige, inktbestanddelen, waardoor de papiervezels ook op de plaatsen, waar ter vorming van donkere kleurtinten, grote hoeveelheden inkt van circa 35 g/m2 worden opgebracht, niet of nauwelijks zwellen en in wezen vlakliggende afdrukken worden verkregen die in een afwerkmachine, zoals 30 een plastificieermachine kunnen worden verwerkt, zonder dat herhaaldelijk invoer- of transportstoringen optreden.

Bovendien heeft de waterafsluitende laag een relatief gering gewicht en kan zij in principe samen met de inktontvangstlaag in één machinebewerking op de papieren drager worden aangebracht, hetgeen uit kostprijsoverwegingen gunstig is.

1006663 3

Doordat verder vulstof in de waterafsluitende laag aanwezig is, is bereikt dat de laag een enigszins ruw oppervlak en bijgevolg een groot contactoppervlak heeft, waardoor een voldoende hechting tussen de in wezen hydrofiele, bovenliggende inktontvangstlaag en de hydrofobe onderliggende waterafsluitende laag wordt 5 gerealiseerd.

Het van de waterafsluitende laag voorziene papier dient, zoals gezegd, een Cobb 30 getal van ten hoogste 5 te bezitten, wat betekent dat het papier bij een Cobb-test met een penetratietijd van 30 seconden minder dan 5 g/m* water opneemt. De Cobb-test voor het meten van vloeistofopnamen in papier en andere materialen wordt uitgevoerd 10 zoals is beschreven in de norm ISO 535:1991 (E). Uiteraard wordt de Cobb-test uitgevoerd aan die zijde van het papier waar zich de waterafsluitende laag bevindt waarboven later de inktontvangstlaag wordt aangebracht.

Voor de uitvoering van de Cobb-test worden de volgende apparatuur en hulpmiddelen toegepast: 15 - Een holle metalen cilinder met een diameter van 112,80 mm en een hoogte van ± 40 mm, waarvan een der eindvlakken glad gepolijst is.

- Een vlakke metalen plaat, die aan één zijde is bedekt met een gladde rubberlaag, zodat, wanneer de cilinder op de rubber wordt geklemd en met water wordt gevuld, geen lek optreedt. De rubberlaag heeft zulke afmetingen, dat na het plaatsen van de 20 cilinder, de rubber overal tenminste 10 mm buiten de cilinder uitsteekt.

- Een metalen klem, waarmee de cilinder tegen het te meten monster en de daar onder liggende rubber wordt geklemd, zodat geen lek optreedt.

- Vloeikarton met een massa van ca. 250 g/m2 en een absorberend vermogen van ca. 70 mm, gemeten volgens NEN 1837 met gedestilleerd water.

25 De papiermonsters waaraan de Cobb-test wordt uitgevoerd hebben een afmeting van 140 x 140 mm. Vóór de meting worden zij gedurende 24 uur geconditioneerd bij 20°C en 50% R.V. De meting zelf wordt verricht met gedestilleerd water van 20°C (± 1°C).

De Cobb-test wordt voorts uitgevoerd zoals in ISO 535 :1991 (E) beschreven. De hier voor Cobb 30 gedefinieerde waarde van maximaal 5, is het gemiddelde van 5 30 metingen.

De waterafsluitende laag bevat één of meer min of meer hydrofobe, filmvormende bindmiddelen en een of meer vulstoffen. Geschikte bindmiddelen voor het vormen van de waterafsluitende laag zijn onder meer polyvinylchloride, polyacrylaten en 1006663 4 polymethacrylaten, copolymeren van vinylchloride met vinylacetaat en eventueel een onverzadigd carbonzuur, copolymeren van styreen met butadeen en eventueel acrylonitril, copolymeren van styreen met acrylonitril en copolymeren van acyrlonitril met butadieen, copolymeren van styreen met een acrylaat en/of methacrylaat, 5 polyvinylideenchloride en copolymeren van polyvinylideenchloride.

Als geschikte vulstof komen onder andere in aanmerking klei, kaolien, talk, silica, calciumcarbonaat (krijt), diatomeeënaarde, bariumsulfaat, titaandioxide, aluminiumoxide, zinkoxide, synthetische vulstoffen, alsmede mengsels van twee of meer van de hier genoemde vulstoffen. De vulstof in de laag dient om deze een zekere 10 ruwheid en een vergroot contactoppervlak te geven en zó een voldoende hechting te realiseren van de erop aan te brengen hydrofiele inktontvangstlaag. Het gehalte aan vulstof in de waterafsluitende laag mag niet zo hoog zijn dat de laag waterdoorlatend wordt. In het algemeen geldt dat de gewichtsverhouding vulstof tot polymeer bindmiddel beneden 1:1 dient te liggen om een Cobb 30 waarde van ten hoogste 5 te bereiken.

15 De verhouding vulstof tot bindmiddel die te prefereren is om enerzijds een voldoende lage Cobb-waarde (< 5) te geven om de papiervezels tegen de vochtinwerking te beschermen en anderzijds toch voldoende ruwheid te realiseren om de inktontvangstlaag te doen hechten, is afhankelijk van onder meer de aard vulstof en bindmiddel, de deeltjesgrootte en de oppervlaktegesteldheid van de vulstofdeeltjes, met 20 name hun porositeit/specifiek oppervlak.

Bij toepassing van vulstoffen zoals synthetische amorfe silica’s met een deeltjesgrootte van 3 è 4 micrometer en een groot poriënvolume, groter dan ca. 0,4 ml/g, blijkt de te prefereren hoeveelheid vulstof doorgaans 0,15 - 0,45 gewichtsdelen per gewichtsdeel bindmiddel te bedragen. Bij gebruik van vulstoffen met ongeveer dezelfde 25 deeltjesgrootte, maar een wezenlijk geringer poriënvolume, blijkt de te prefereren hoeveelheid vulstof 0,6 -1 gewichtsdeel per gewichtsdeel bindmiddel te bedragen.

De waterafsluitende laag dient de papierdrager volledig te bedekken om een goede bescherming van de papiervezels tegen de vochtinwerking te bewerkstelligen. Het droge gewicht van de laag hoeft ook niet groter te zijn dan nodig is om een Cobb 30 30 waarde van ten hoogste 5 te bereiken. In het algemeen geldt dat het droge gewicht van de waterafsluitende laag tussen 4 en 7 g/m2 bedraagt.

De waterafsluitende laag kan met behulp van een bekledingsvloeistof op basis van één of meer organische oplosmiddelen, waarin filmvormend bindmiddel is opgelost of gedispergeerd en vulstof is gedispergeerd, op de papieren drager worden aangebracht.

1006663 5

Bij voorkeur evenwel wordt zij aangebracht vanuit een in hoofdzaak waterige dispersie van bindmiddel en vulstof.

Zeer geschikte waterafsluitende lagen zijn de met behulp van een waterige dispersie gevormde vulstofhoudende lagen die als bindmiddel een copolymeer van 50-75 5 gewichtprocent styreen en 50-25 gewichtsprocent buadieen en als vulstof synthetische amorfe silica bevatten en waarin de gewichtsverhouding vulstof op bindmiddel 0,15 tot 0,40 bedraagt. Het droge gewicht van de laag bedraagt bij voorkeur 4-6 g/m2. De Cobb 30 waarde bij een dergelijke laag bedraagt circa 3,5.

De waterafsluitende laag wordt aan beide zijden van de papieren drager aangebracht, 10 of ten minste aan die zijde waar ook de inktontvangstlaag wordt aangebracht.

Indien de waterafsluitende laag ook aan de achterzijde wordt aangebracht (dus aan een zijde waar vervolgens geen inktontvangstlaag wordt opgebracht) kan zij dezelfde samenstelling hebben als de andere waterafsluitende laag maar een lager droog gewicht of een andere samenstelling resulterend in een hogere Cobb-waarde, 15 bijvoorbeeld 7 è 8. De hogere Cobb-waarde is toelaatbaar omdat de achterzijde van het papier minder vocht krijgt te verwerken dan de inktontvangstlaag dragende voorzijde. Aan de achterzijdelaag kunnen stoffen worden toegevoegd, zoals glijmiddelen, die het papier transport in de drukinrichting bevorderen.

De inktontvangstlaag die over de waterafsluitende laag wordt aangebracht, kan één van 20 de voor ontvangst van waterige inkjet inkten bekende lagen of samenstel van lagen zijn. Zulke lagen of combinaties van over elkaar aangebrachte lagen, zijn in vele uitvoeringsvormen bekend en zij bestaan doorgaans uit één of meer absorberende vulstoffen, een of meer in water oplosbare of zwelbare bindmiddelen en één of meer al dan niet polymere kationogene stoffen die in staat zijn de kleurstoffen uit de waterige 25 inkten te binden. De meest bekende voor dit doel toegepaste kationogene stoffen zijn (polymere) quaternaire ammoniumverbindingen.

De uitvinding wordt aan de hand van de hierna volgende voorbeelden naar toegelicht. Voorbeeld 1 30 Wit basispapier van ca. 80 g/m2 (type Xerographic BEX van Champion, Brazilië) werd aan beide zijden voorzien van een waterafsluitende laag met een droog gewicht van 6 g/m2, met behulp van een vloeistof van de samenstelling 100 ml van een dispersie (50 g/liter) van een copolymeer van styreen met butadieen in water (Dow Latex 905 van Dow Chemical, Nederland) 1006663 6 50 g kristallijne silica (Min-u-sil 5 micrometer, van Pennsylvania Glass Sand, USA) 100 ml water

De Cobb-waarde gemeten aan de zijde waar de waterafsluitende laag was aangebracht 5 bedroeg 2,3 (gemiddelde van 5 metingen aan 5 verschillende monsters).

Het aldus van een waterafsluitende laag voorziene papier werd aan één zijde voorzien van een inktontvangstlaag van 10 g/m2 droog gewicht met behulp van een vloeistof bevattende: 10 150 ml van een 10 gewichtsprocentige oplossing van polyvinylalcohol in water (Mowiol 40-80 van Hoechst AG, Duitsland) 15 g silica (Syloid 72 van W.R. Grace & Co, USA) 5 g quatemair ammonium polymeer (Alcostat 167 van Allied Colloids, Engeland) 150 ml water 15

Het zo verkregen inkjet ontvangstpapier werd in een inkjet drukinrichting, type Encad, Novajet.Pro, bedrukt met een meerkleurenbeeld dat donkere kleur-regionen bevatte, waarbij de opbrengst aan inkt plaatselijk meer dan 30 g/m2 bedroeg. Er trad geen overmatig zwellen van de papiervezels op en, na droging, werd een geheel vlak 20 liggende afdruk verkregen (formaat A4) die in een plastificieermachine probleemloos kon worden verwerkt.

Voorbeeld 2

Analoog aan de in voorbeeld 1 beschreven werkwijze werd inkjet-ontvangstpapier 25 vervaardigd, waarbij nu voor het vormen van de waterafsluitende laag met een droog gewicht van circa 5 g/m2 gebruik werd gemaakt van een vloeistof van de samenstelling 100 g Dow Latex 905 (zie voorbeeld 1) 23 g amorfe synthetische silica (Tixosil 311 van Rhöne Poulenc, Frankrijk) 100 ml water 30

De gemeten laag had een Cobb-waarde was 3,5 (gemiddelde waarde van 5 metingen). De kwaliteit van de meerkleurafdrukken gegenereerd in een inkjet inrichting (zie voorbeeld 1) was nagenoeg identiek aan die van de afdrukken die met het papier volgens voorbeeld 1 werden verkregen.

1006663 7

Voorbeeld 3

Volgens de werkwijze van voorbeeld 1 werd inkjet ontvangstpapier vervaardigd, waarbij de waterafsluitende laag nu werd gevormd in een droog gewicht van circa 6 g/m2 met 5 de volgende bekledingsvloeistof: 100 ml van een 50 gewichtsprocentige, waterige styreen/acrylaat emulsie (Litex AP4120 van Hüls A.G., Duitsland) 40 g calciumcarbonaat (Microcal spa C100 van ECC International, België) 80 ml water 10

De Cobb-waarde bedroeg 4,3 (gemiddelde van 5 metingen).

De afdrukken die met dit papier in de volgens voorbeeld 1 gebruikte drukinrichting werden verkregen, waren vrijwel gelijk aan die welke met de papieren volgens de 15 voorgaande voorbeelden verkregen werden.

Voorbeeld 4

Het volgens de werkwijze van voorbeeld 1 van een waterafsluitende laag voorziene papier, werd bekleed met een inktontvangstlaag met een droog gewicht van circa 20 10g/m2 met behulp van een vloeistof van de samenstelling: 50 ml van een 20 gewichtsprocentige, waterige oplossing van polyvinylalcohol (Mowiol 8-88 van Hoechst A.G. Duitsland) 75 ml van een gewichtsprocentige, waterige oplossing van polyvinylpyrrolidon (PVP K90 van G.A.F. USA) 25 125 ml water

De met dit papier in een inkjet drukinrichting volgens voorbeeld 1 verkregen meerkleuren afdrukken waren van goede kwaliteit en de papierdrager vertoonde geen welvingen als gevolg van wateropname.

30 Indien de in voorgaande voorbeelden gebruikte inktontvangstlaag (of een andere op zichzelf bekende inktontvangstlaag) rechtstreeks, dat wil zeggen zonder tussenliggende waterafsluitende laag, op de papieren drager wordt aangebracht, of wordt aangebracht op een papieren drager dit is behandeld met 6 g/m2 droog gewicht van een styreen/maleïnezuuranhydride (ammoniumzout) zoals beschreven in USP 4 892 787, 1006663 8 worden bij bedrukken in de inrichting genoemd in voorbeeld 1, niet vlak-liggende afdrukken verkregen die in een plastificeermachine herhaaldelijk transportstoringen opleveren.

1006663

Claims (8)

1. Beeldontvangstpapier geschikt voor bedrukking met waterige inkjet inkten, omvattende een papierdrager die aan ten minste één zijde is voorzien van een 5 waterafsluitende laag en een inktontvangstlaag of samenstel van inktontvangstlagen, met het kenmerk, dat de waterafsluitende laag bindmiddel en vulstof bevat en het van de waterafsluitende laag voorziene papier een Cobb 30 waarde heeft van ten hoogste 5.

2. Beeldontvangstpapier volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het droge 10 gewicht van de waterafsluitende laag ten hoogste 7g/m2 bedraagt.

3. Beeldontvangstpapier volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de waterafsluitende laag de gewichtsverhouding vulstof:bindmiddel < 1 is.

4. Beeldontvangstpapier volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de gewichtsverhouding vulstof:bindmiddel tussen 0,15 en 0,45 bedraagt.

5. Beeldontvangstpapier volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de waterafsluitende laag een bindmiddel bevat uit groep gevormd door polyvinylchloride, polyacrylaten, polymetacrylaten, copolymeer van vinylchloride met vinylacetaat en eventueel onverzadigd carbonzuur, copolymeer van styreen met butadieen en eventueel acrylnitril, copolymeer van styreen en acrylnitril, copolymeer 20 van butadieen en acrylnitril.

6. Beeldontvangstpapier volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het bindmiddel een copolymeer is van 50-75 gewichtsprocent styreen en 50-25 gewichtsprocent butadieen.

7. Beeldontvangstpapier volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat zij per 25 gewichtsdeel bindmiddel tussen 0,14 en 0,45 gewichtsdelen vulstof met een poriënvolume groter dan 0,4 ml/g bevat.

8. Beeldontvangstpapier volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de vulstof synthetische amorfe silica is. 1006663