SE524769C2 - Mycket visköst beläggningsmaterial för porösa substrat - Google Patents

Description

-., .vu man; 10 15 20 25 l I 7 I i ” 30 . . . (_71 RD »F2- *<3 (j.

V2 n ~ n - f. ponenter, ofta katjonaktiva, innefattar specialbehandlade hög- bulkiga oxider av metall, såsom aluminium, titan, zirkonium, lantan, magnesium, modifierade stärkelser, vattenlösliga poly- meriska bindemedel, såsom hydrolyserad PVA, och hartser. Bero- ende på sammansättningen och beläggningsmetod uppvisar sådana substrat varierande grader av punktbredning, ljushet, optisk densitet, absorptionshastighet eller torkningshastighet och vattenbeständighet hos den bläcksträleskrivna bilden.

Användningen av hydroxylalkaliserad polyetylenimine (EPI) i bläckstrålebläck har visats väsentligen förbättra vattenbe- ständigheten hos bläck. Emellertid flyter polymeriska bläck, som använder EPI eller andra polymerer för att förbättra be- ständigheten av en bild, inte lika bra i skrivaren som icke- polymeriska bläck, och erfordrar tätare systemunderhåll. Dess- utom åstadkommer icke-svarta bläck endast modesta förbättring- ar av vattenbeständigheten med EPI, troligen pà grund av ex- trem löslighet hos icke-svarta färgbläck.

En beläggningsvätska som innefattar en lösning av etoxylerad polyetylenimine, ett ytaktivt ämne och en elektrolyt har be- skrivits i den ännu ej avgjorda ansökningen med serienr. 09/572,550, med samma sökande. Vätskan uppvisade, då den ap- plicerades medelst ett bläckstràleskrivarhuvud på ett avbild- ningssubstrat, en väsentlig förbättring av vattenbeständighe- ten även i fallet med icke-svarta bilder, som normalt är svåra att fixera på grund av deras små molekylvikter och extrema löslighet.

Emedan beläggningsvätskan som beskrivs i US patentansökningen med serienr. 09/572,55O är speciellt väl lämpad i många bläck- stråletillämpningar har beläggningsvästkan tyvärr vattnets (viskositet ~ 1,0 centipois). konsistens Följaktligen, då vätskan appliceras i en valsbeläggare, var resultatet inte svensk text 71618; 2002-09-25 unn- ~|>»a 10 15 20 30 (_71 FJ ra “Q fx M2 - | . n « | ~ . u ø nu uppmuntrande. Beläggningen fanns till stor del på kanterna av substratet, medan mittenområdet var fläckig och ojämn. Detta gav ojämna bilder med dålig vattenbeständighet.

Det inses således att det finns ett behov av en förbättrad teknik för att åstadkomma lämplig viskositet hos beläggnings- vätskan för att vara lämplig för en valstillämpning, och att finna ett medel för att detektera ojämnhet på ett behandlat substrat.

Sammanfattning av uppfinningen Detta behov fylls av en beläggningssammansåttning enligt före- liggande uppfinning, varvid en förbättring av beständigheten av svart och speciellt icke-svarta färgbläckstråleutskrifter àstadkommes. Den polymera lösningen appliceras pà substratet som en förbeläggning eller en överbeläggning på det skrivna porösa substratet. Detta har fördelen att det medger att till- räckligt mycket polymerer används utan att negativt påverka flytbarheten hos bläcket. Dessutom producerar beläggningsmate- rialet enligt föreliggande uppfinning färgförbättrade utskrif- ter som är beständiga mot nedsmutsning och genomslag då de ut- sätts för fukt. Viskositeten hos beläggningsvätskan är sär- skilt lämpad för valsapplicering.

I enlighet med en aspekt av föreliggande uppfinning innefattar en beläggningssammansättning för applicerande på ett poröst substrat för användning med en valstillämpning, en etoxylerad polyetylenimine, en pH-modifierare, ett förtjockande tillsats- ett ytaktivt ämne och vatten. Val- medel, en ammoniumsulfat, fria tillsatsmedel kan innefatta en biocid, en lägre alifatisk alkohol och en UV-fluorescerande färg. Då beläggningssamman- sättningen appliceras på det porösa substratet produceras vat- tenfasta utskrifter som år beständiga mot smuts och genomslag då de utsätts för fukt. svensk text 71618,- 2002-09-25 10 15 20 ”_. 25 :vu-a 30 524 759 . n o n o. n Andra syften och fördelar med uppfinningen kommer att framgà ur följande beskrivning och de bifogade kraven.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Föreliggande uppfinning föreslår en beläggningssammansättning för applicering pà ett poröst substrat. Applicerandet kan ske före eller efter skrivning, genom att använda varje lämpligt medel för att applicera, såsom sprayning. Beläggningsmateria- let är särskilt fördelaktigt för användning pà ett poröst sub- strat, inklusive ett textil-, pappers- eller massabaserade substrat. Substratbeläggningen förbättrar beständigheten hos bläckstràleavbildning pà substratet för att producera vatten- fasta utskrifter som är beständiga mot smuts eller genomslag även då de utsätts för fukt.

I enlighet med föreliggande uppfinning höjs viskositeten för beläggningssammansättningen till 50-1000 cps utan att under- gräva stabiliteten och effektiviteten hos vätskan, och där ett föredraget intervall är 100-500 cps.

En beläggningssammansättning gjord enligt föreliggande uppfin- ning kan tillverkas enligt följande: BEREDNING AV BELÄGGNINGSVÄTSKA Exempel I Det följande är en utföringsform av en beläggningssammansätt- ning framställd i enlighet med föreliggande uppfinning.

Bestàndsdel vikt % Dimetyletanolamin 0,10 Förtjockande tillsatsmedel 0,50 Ammoniumsulfat 1,00 Ytaktivt ämne 0,30 1,2-Benzisothiazoline-2-one (biocid) 0,20 UV-fluorescerande färg 0,50 Svensk text 71618; 2002-09-25 ~ »acw 10 15 20 ";25 :ao-p o n n . e.

« . Q o o ø | Q ~ » u Hydroxylalkyliserad polyetylenimine 5,00 Avjoniserat vatten 92,40 Dä beläggningssammansättningen formulerades enligt ovan i en- lighet med föreliggande uppfinning, applicerades beläggnings- sammansättningen pà ett skrivet, poröst substrat. Substratet användes för att producera färgförbättrade utskrifter, genom användning av en kontinuerlig bläcksträleskrivare, såsom den typ som tillverkas av Scitex Digital Printing, Inc., i Dayton, Ohio. Utskrifterna som genererades genom användning av belägg- ningssammansättningen formulerad i enlighet härmed producerade färgförbättrade utskrifter som var beständiga mot smuts och genomslag dà de utsattes för fukt.

För att höja viskositeten hos beläggningsvätskan kan löslig- hetsbegränsningar inte näs innan man när önskad viskositet, säsom kan ske dä tillsatsmedlet är en stärkelse eller en alge- nisk surt salt. Dessutom är det önskvärt att processen inte är alltför omständlig, såsom då något av ett flertal polyvinylal- koholer (PVA) används som tillsatsmedel, då polyvinylalkoholer har genomsnittliga molekylvikter mellan 10 000 och 186 000.

Att upplösa tillräckligt med PVA-kristaller för att uppnà ens 30 cps skulle vara en omständlig process, som erfordrar många timmar av omskakning och uppvärmning.

I enlighet med föreliggande uppfinning kan förtjockningsmedlet användas för att åstadkomma den erfordrade viskositeten. Genom att till exempel använda 0,5 % av ett förtjockningsmedel i be- läggningssammansättningen kan en viskositet på 460 cps åstad- kommas. Ett möjligt förtjockningsmedel är karboximetylcellulo- sa natriumsalt. Emellertid introducerar en beläggningsvätska som innefattar karboximetylcellulosa en instabilitet i väts- kan, där vätskan separeras till tvà skikt under loppet av en enda dag. Om förtjockningsmedlet är en anjonaktiv förening, svensk text 71618; 2002-09-25 n uvo. lO 15 20 25 -_'_': 30 gm x D -Iß- \J ¿\ \3 « n u o u. o u såsom karboximetylcellulosa natriumsalt, måste pH för samman- sättningen höjas, vilket kan påverka fixeringsförmàgan hos be- läggningen. Föreliggande uppfinning identifierar därför en klass förtjockningsmedel som tillhandahåller den önskade vis- kositeten utan att interferera med stabiliteten för belägg- ningsvätskan. Föredragna förtjockningsmedel som är kommersi- ellt tillgängliga innefattar, till exempel, Guar 8/22 eller Guar 8/24, från Tic Gums, Inc. Mängden förtjockningsmedel som används bestämmer den slutliga viskositeten hos beläggnings- vätskan. Typiskt tillhandahåller användandet av upp till 1,0 viktprocent Guar alla viskositetsintervall som erfordras och en stabil beläggningsvätska som är mycket effektiv för att tillhandahålla nära 100 % vattentàlighet då den appliceras på substratet med bilden. Användandet av 0,5 % Guar i ovan be- skrivna exempel gav en viskositet på 434 CPS. Användandet av 0,3 % och 0,6 % Guar gav viskositeter på 55 respektive 940 CPS. Därför föredras ett intervall pä 0,1%-1,0% förtjocknings- medel, eller en kombination av tillgängliga förtjockningsme- del.

Föreliggande uppfinning föreslàr även att höja pH för vätskan genom att lägga till N,N-dimetyletanolamin (DMEA). Tillägget av DMEA hade den effekten att den höjde pH i vätskan till 11.

Emellertid minskade vattenbeständighetsförmàgan hos belägg- ningsvätskan avsevärt vid ett så högt pH. Dimetyletanolamin (DMEA) används i denna sammansättning som en pH-modifierare för att hålla pH för beläggningsvätskan mellan 8,8 och 9,1.

Vid ett pH lägre än 8,8 blir polymeren mindre stabil; då där- emot polymeren vid ett pH högre än 9,1 blir mindre katjonak- tiv, och kommer därför att ha mindre tendens att interagera med den anjonaktiv färgen i bläcket för att erhålla fullstän- dig fixering av bilden. svensk text 71618; 2002-09-25 10 15 20 25 (TI FJ .§:.

\J Ci' xl o u..

Att använda ammoniumsulfid i beläggningssammansättningen en- ligt föreliggande uppfinning har den fördelen att det ökar den katjonaktiva laddningen pä polymeren genom att minska pH. Det- ta ökar tendensen hos polymeren att fixera den anjonaktiva färgen. I en föredragen utföringsform av uppfinningen är ammo- niumsulfiden närvarande i en mängd pà ungefär 0,5 % till 5 %.

Det ytaktiva ämnet kan vara varje icke-jonisk, anjonaktiva el- ler katjonaktiva ytaktiva ämnen sàsom till exempel surfynol 465, surfynol TGE och surfynol l04E. Dessa belysande surfynol- produkter är baserade pà acetylinic dioleskemi och är kommer- siellt tillgängliga från Air Produkts. Det ytaktiva ämnet i beläggningsvätskan förbättrar vätande av mycket vattenavvisan- de substrat.

Det hydroxylalkaliserad polyetyleniminet (EPI) som används i beläggningssammansättningen är kommersiellt tillgängligt, så- som EPI fràn BASF under varumärket Lupasol SC-6lB. I en före- dragen utföringsform av föreliggande uppfinning finns EPI i beläggningssammansättningen i en mängd från ungefär 0,5 % till ungefär 10 % med 37 % kommersiell styrka.

Den UV-fluorescerande färgen i beläggningssammansättningen kan vara varje lämplig, kommersiellt tillgänglig färg, såsom den kommersiellt tillgängliga Ciba Tinopal ABP-A vätska. Den UV- fluorescerande färgen kan finnas i sammansättningen för att medge okulärbesiktning av fullständigheten hos beläggnings- skiktet under UV-ljus. Den (UV) fluorescerande färgen kan vara en modifierad stilbendisulfonsyra som är färglöst pà papper, med som får en klarblà färg under ultraviolett eller ”svart” strålning.

Andra förtjockningsmedel som valfritt innefattas i lösningen enligt föreliggande uppfinning är lägre alifatisk alkohol från ungefär 0-10 % såsom etanol eller IPA, och en biocid såsom svensk text 71618; 2002-09-25 n D >~ -J GÅ \C c o n ; nu n o n a ~ n | u u - Q o o n v n o (I) 1,2-Benzisothiazolin-2-one fràn ungefär 0-0,3 %. Balansen för sammansättningen innefattas sedan i avjoniserat vatten.

En oväntad ytterligare fördel med beläggningsvätskan observe- rades för alla bläck pà ett flertal olika substrat. Dà belägg- 5 ningsvätskan användes som en överbeläggning observerades en väsentlig förbättring av utskriftens färg.

Följande tabell visar ökningen i optisk densitet efter belägg- ning med beläggningsvätskan vs. Ej belagda bläckstràleutskrif- ter: 10 Exempel 2 Bläck Optisk densitet för ej Optisk densitet för belagd utskrift belagd utskrift 1040 Svart 1,05 1,20 8090A Mörkblå 1,14 1,21 1056 Blà 0,45 0,53 8440 Magenta 0,30 0,43 1060 Röd 0,30 0,40 1036 Svart 1,28 1,43 ': Dessutom uppvisade de belagda utskrifterna i Exempel 2 nästan 100 % beständighet dä de genomdränktes i vatten under en mi- nu nut. Äšd Tabellen i Exempel 3 visar vattentàlighetsresultaten för fyra =nv|» 15 bläck pà ett flertal substrat med bilder, belagda med belägg- ningsvätskan enligt föreliggande uppfinning. Värdena inom pa- kni rentes representerar vattenfasthet utan applicerande av be- läggningsvätskan. svensk text 71618; 2002-09-25 a;.,, 5 5214)- 759 9 ' . .Z.. .;,, ; Exempel 3 Substrat Vattenfast- Vattenfast- Vattenfast- Vattenfast- het % (1036 het % (8000 het % (8010 het % (8020 Svart) cyan) Magenta) gul) Mead Escanaba 99 (43) 98 (26) 100 (46) 100 (31) Enamel #60 Midland Mul- 100 (40) 93 (26) 100 (34) 100 (25) tiweb Gloss5#8O Text sterling Ulc- 100 (51) 100 (56) 100 (70) loo (37) ra #70 Web Gloss Midland MPc 100 (57) 100 (33) 100 (42) 100 (28) Matte #70 Text champion in- 100 (46) 100 (36) 100 (49) loo (27) fluence Soft Gloss #60 Courtland 100 (39) 100 (36) 100 (49) 100 (27) Gloss #60 sterling 99 (48) loo (30) 100 (56) loo (29) Litho Gloss #60 Beläggningsvätskan enligt föreliggande uppfinning är lämplig för bläckstràleutskrifter applicerade pä varje poröst sub- strat, och är särskilt lämplig för rollerapplicering. Belägg- ningsvätskan kan appliceras som en förbeläggning eller belägg- svensk text 71618; 2002-09-25 10 15 20 -øs;r 30 ning över ett substrat med utskrift på för att producera färg- förbättrade utskrifter som är beständiga mot smuts och genom- slag dä de utsätts för fukt. Beläggningsvätskan kan appliceras med utmärkta resultat vid förbättring och fixering av utskrif- ten pà varje poröst papperssubstrat, såväl som bomull eller annat tyg- eller textilsubstrat.

Beläggningslösningen kan appliceras medelst varje lämpligt me- del, såsom till exempel genom sprayning, rolleranordning eller applicering medelst ett skrivarhuvud beläget i linje med de bläckapplicerande skrivarhuvudena. Dà ett skrivarhuvud används för att applicera beläggningslösningen finns alternativet att endast täcka omrâdet med den skriva bilden med beläggningsma- terialet, snarare än hela substratets område. Efter en efter- beläggningsapplikation kan utskriften torkas, såsom med en värmepistol, för att sätta bilden.

Alternativt kan beläggningssammansättningen appliceras pá sub- stratet innan utskrift, som en förbeläggningsvätska. Förbe- läggningsapplicering kan tillhandahålla den fördelen att den eliminerar färg-till-färg genomslag under utskrift, eftersom färgerna fixeras omedelbart då bläcket kommer i kontakt med det förbelagda substratet. Dessutom, med förbeläggning verkar bilder mörkare och har skarpare kantdefinition, eftersom beläggningen minimerar bläckpenetrering och medger mer fixerade bläck pà ytan. Slutligen behöver fullständig torkning av det förbelagda substratet inte vara nödvändig. Därför kan torkning appliceras en gàng efter utskrift, vilket resulterar i väsentliga energibesparingar.

Då bilderna skrivs ut innan applicerandet av beläggningsväts- kan, orsakar applicerandet av fukt på utskriften ett extremt genomslag, till den punkt att färgen nästan helt avlägsnas.

Emellertid, då beläggningslösningen enligt föreliggande upp- svensk text 71618; 2002-09-25 -Iuvu 10 15 20 525 30 Efïfi u.;% 7 if- 9 « - | - u. ll finning appliceras pá bläckstràleskrivare, och sedan torkas, är bilderna nära nog 100 % beständiga även då de sprayas med vatten. Alternativt kan beläggningslösningen appliceras som en för-utskriftsbeläggning pä substratet, dvs. innan utskrift, med väsentligen ekvivalenta resultat.

Såsom kommer att vara uppenbart för en fackman inom området är komponenterna som innefattas i beläggningen kommersiellt till- gängliga och kan bytas ut mot andra kommersiellt tillgängliga ekvivalenter. Det inses även, och är känt inom omràdet, att vattenbeständighet är färgspecifik, vilket resulterar i varia- tioner i mängden vattenbeständighet som àstadkommes, speciellt dà bläcken som appliceras pà substratet ändras, och dä sub- stratet självt ändras. Nästan alla bläcksträleskrivarbläck ap- plicerade pà ett flertal handelsvarusubstrat ger väldigt vari- erande bildkvalitet. Skillnader uppstàr i optisk densitet, ljustäthet, beständighet, torkning och punktupplösning. Sub- stratbeläggningssammansättningen enligt föreliggande uppfin- ning är särskilt användbar för att skriva ut permanenta bilder genom användning av rollerapplicering. Porösa substrat och textilmaterial utskrivna med direkta färger kan behandlas med beläggningssammansättningen enligt föreliggande uppfinning.

Direkta färger har mycket bristfällig vattenbeständighet pà cellulosaplasttyg. Behandling av tyget med beläggningslösning- en enligt föreliggande uppfinning kan producera tyger med ut- märkt vattenbeständighet.

Uppfinningen har beskrivits i detalj med särskild referens till vissa föredragna utföringsformer, men det inses att modi- fieringar och variationer kan göras inom ramen för uppfinning- en.

Svensk text 71618; 2002-09-25

Claims (9)

10 15 20 25 .If z. -~u CNN; \Û Patentkrav

1. Beläggningssammansättning för applicering pà bläckstràleutskrivna porösa substrat för att förbättra vattenbeständigheten hos bläckstrálebilden, innefattande en polymer, en pH-modifierare, ett förtjockande tillsatsmedel, en elektrolyt, ett ytaktivt ämne och vatten, varvid polymeren innefattar etoxylerad polyetylenimine i en mängd frán 0,5 till 10 % med 37 % kommersiell styrka.

2. Beläggningssammansättning enligt krav 1, varvid det ytaktiva ämnet väljs ur en grupp bestående av icke-joniska, anjonaktiva och katjonaktiva ytaktiva ämnen.

3. Beläggningssammansättning enligt krav 1, varvid pH- modifieraren innefattar N,N-dimetyletanolamin.

4. Beläggningssammansättning enligt krav 1, varvid elektrolyten innefattar ammoniumsulfid.

5. Beläggningssammansättning enligt krav 1, varvid det förtjockande tillsatsmedlet innefattar Guar.

6. Beläggningssammansättning enligt krav 1, vidare innefattande en lägre alifatisk alkohol.

7. Beläggningssammansättning enligt krav 1, vidare innefattande en biocid.

8. Beläggningssammansättning enligt krav 1, vidare innefattande en ultraviolett fluorescerande färg.

9. Beläggningssammansättning enligt krav 1, varvid beläggningssamman ättningen används som en förbeläggningsbehandling innan bläckstràleutskrift pà substratet. 71618 nya patentkrav doc; 2004-01-12