Tintenstrahlaufnahmeschicht, Papier bzw. Folie mit einer derartigen Schicht und Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche
Die Erfindung betrifft eine Tintenstrahlaufnahmeschicht, Papier bzw. Folie mit einer Tintenstrahlaufnahmeschicht sowie ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche, insbesondere eines Papiers und/oder einer Folie. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Aufnahmeschichten für pigmentierte, von Tintenstrahlern versprühte Tinten.
Ziel bei einem Druck mittels Tintenstrahl ist es, ein ansprechendes Druckbild zu erreichen. Insbesondere sollte das Druckbild klare bzw. beherrschbare Konturen, einen angenehmen Glanz sowie einen gleichförmigen Farbauftrag aufweisen. Auch sollte die Bedruckung ausreichend stabil gegen Verformungen, insbesondere ein Verbiegen oder Wellen von bedrucktem Papier bzw. bedruckten Folien, sein. Dieses gilt insbesondere im Zusammenhang mit einem Bedrucken von Glossypapieren bzw. -folien sowie von Transparentpapieren bzw. - folien, bei welchen die Anforderungen an eine Brillanz des Druckbildes besonders hoch sind.
Ein verhältnismäßig brillantes Druckbild lässt sich beispielsweise durch pigmentierte Tinte erreichen. Hierbei werden in der Tinte enthaltene Pigmente auf einer Oberfläche abgelegt, während ein ebenfalls in der Tinte vorhandener Träger zumindest teilweise diese
Oberfläche durchdringt. Dieser Träger verbleibt entweder unter der Oberfläche oder wird, beispielsweise durch Verdunsten, abgeführt.
Um derartige Vorgänge ausreichend gut beherrschen zu können, ist es bekannt, zu bedruckende Oberflächen, wie Papiere oder Folien, mit einer Schicht zu versehen, die entsprechende geeignete Eigenschaften aufweist. Die Verwendung einer derartigen Beschichtung ist nicht auf pigmentierte Tinten beschränkt, sie wird üblicherweise auch für andere Tinten im Zusammenhang mit den verschiedensten Oberflächenarten bzw. Papier- und Folienarten eingesetzt.
Es zeigt sich jedoch, dass in dem Druck im nachhinein mechanische Fehlstellen, beispielsweise ein "Cracken", auftreten können, die bei noch so großer Tintenqualität das Druckbild in erheblichen Maße beeinträchtigen.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Auftreten derartiger mechanischer Fehlstellen bzw. ein Auftreten von Cracken zu vermeiden bzw. unter die Sichtbarkeitsgrenze zu bringen.
Als Lösung schlägt die Erfindung eine Tintenstrahlaufnahmeschicht mit einer Schicht vor, die Glycidether und einen Binder mit einer hydroxy-funktionellen Gruppe, welche miteinander vernetzt sind, umfasst, wobei wenigstens ein Glycidetherrest über mindestens zwei Glycidether-Hydroxy-Bindeglieder in die Vernetzung eingebaut ist Ebenso schlägt die Erfindung ein Papier bzw. eine Folie mit einer derartigen Tintenstrahlaufnahmeschicht vor. Darüber hinaus schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche,
insbesondere eines Papiers und/oder einer Folie, vor, bei weichemein Glycidether mit mindestens zwei Epoxygruppen und ein Binder mit einer hydroxy-funktionellen Gruppe auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und miteinander vernetzt werden.
Hierbei umfasst der Begriff Glycidether jedes Molekül mit einem Epoxyring und einer Etherbrücke. Als Namensgeber für diese Gruppe dient verethertes Glycidol (2,3-Epoxy-l-propanol).
Als Binder mit einer hydroxy-funktionellen Gruppe kommen beispielsweise Hydroxyacrylate, Gelatine, PVA (Polyvinylalkohol), Acrylate, PVP (Polyvinylpyrrolidone), Stärke, Kaseine oder Amine in Frage.
In vorliegendem Zusammenhang beschreibt der Begriff eines Glycidether-Hydroxy-Bindegliedes jede Atomverbindung, die aus einer Verbindung eines Glycidethers mit einer hydroxy-funktionellen Gruppe entsteht. Dieses kann beispielsweise bei einer Verbindung eines Glycidether der Form (COC)-C-O-R, wobei (COC) einen Epoxidring und R einen beliebigen Rest beschreibt, mit einer Hydroxy gruppe P-OH, wobei P einen beliebigen Rest der Hydroxygruppe beschreibt, eine Atomverbindung der Form P-0-C-C(OH)-C-0-R sein. Es versteht sich, dass die Rest P und R zu dem eigentlichen Glycidether-Hydroxy-Bindeglied nicht zählen.
Dadurch, dass erfindungsgemäß mindestens zwei Glycidether- Hydroxy-Bindeglieder mit entsprechenden Vernetzungsmöglichkeiten zur Anwendung kommen, stellt die Erfindung eine Gruppe von
TmtenstraWauf ahmeschichten bereit, deren Eigenschaften über ein äußerst weites Spektrum an gegebene Bedürfnisse angepasst werden können. Eine derartige Anpassung kann insbesondere durch verhältnismäßig einfache und gut beherrschbare Maßnahmen erfolgen.
Insbesondere können die Beschichtungsgeschwmdigkeit, die Konzentrationen und die Temperatur beim Beschichten derart gewählt werden, dass ein ausreichend flexibler Film entsteht. Ein derartiger, ausreichend flexibler Film gewährleistet einerseits, dass der Film auch bei Bewegung der beschichteten Oberfläche, wie des Papiers bzw. der Folie, gut auf der Oberfläche haftet und einer derartigen Bewegung zerstörungsfrei bzw. ohne nennenswerte Schäden folgen kann. Ein derartiger Film hat darüber hinaus den Vorteil, dass bei einem Bedrucken dieses Films ein Cracken vermieden bzw. unter der Sichtbarkeitsgrenze gebracht wird. Dieses gilt insbesondere im Zusammenhang mit pigmentierten Tinten.
Hierbei scheinen die äußeren Bedingungen, wie Beschichtungsgeschwmdigkeit, Konzentration und Temperatur beim Beschichten, die zu einer Tintenstrahlaufnahmeschicht führen, die diese vorerwähnten Vorteile aufweist, eine Schicht mit einer erhöhten Wasserfestigkeit, die nicht vollständig durchvernetzt ist, zu bilden. Diese Schicht scheint einerseits ausreichend flexibel zu sein, um einen Pigmentträger, wie beispielsweise Wasser, ausreichend schnell aufzunehmen bzw. abzuführen und dennoch eine ausreichend flexible Stabilität aufzuweisen, die als sichere Unterlage für die Farbe bzw. die Pigmente dienen kann.
Neben der Wahl der Beschichmngsgeschwindigkeit, der Konzentration und der Temperatur können die Eigenschaften der Tintenstrahlaufnahmeschicht auch durch die Wahl des Glycidether sowie des Binders angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, dass der Glycidether, je nach Erfordernissen, neben seinen funktionalen Gruppen hydrophile bzw. hydrophobe Bestandteile aufweist. Selbiges gilt auch für den Binder.
Im vorliegenden Zusammenhang beschreibt der Begriff einer funktionalen Gruppe die jenige chemische Gruppe eines Moleküls, die dessen Haupteigenschaften bzw. dessen Namen definiert. So ist dieses bei den Glycidether zumindest ein Epoxyring und eine Etherbrücke und bei dem Binder zumindest eine Hydroxy gruppe.
Die vorbeschriebene hydrophilen bzw. hydrophoben Bestandteile können einerseits bereits Bestandteil des Glycidethers bzw. des Binders sein, bevor der Beschichtungsvorgang initiiert wird. Andererseits können diese Bestandteile auch während des Beschichtungsverfahrens in den Glycidether bzw. den Bindern eingebaut werden. So ist es beispielsweise möglich, dem Glycidether bzw. dem Binder entsprechende Zusatzstoffe aufzugeben, bevor diese miteinander in Kontakt gebracht werden.
Darüber hinaus können derartige hydrophile bzw. hydrophobe Gruppen auch an gesonderten Zusatzstoffen befindlich in die Tintenstrahlaufnahmeschicht eingebracht werden. Es ist insbesondere auch möglich diese Zusatzstoffe in die Vernetzung aus Glycidether und Binder einzubauen.
Vorliegende Erfindung ermöglicht es, insbesondere im Zusammenhang mit Transparentpapier bzw. -folien sowie mit Glossypapier bzw. -folien, in überraschender Weise positive Ergebnisse hinsichtlich der Brillanz eines Tintenstrahldrucks zu erzielen. Dieses gilt insbesondere im Zusammenhang mit pigmentierten Tinten.
Die Vorteile einer erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufnahmeschicht zeigen sich insbesondere dann, wenn die Tintenstrahlaufnahmeschicht an einer Seite frei zugänglich ist. Der Tintenstrahl kann dann auf dieser Seite unmittelbar auf die Tintenstrahlaufnahmeschicht aufgebracht werden. Es ist andererseits auch denkbar, dass der Tintenstrahl zuvor eine Oberschicht durchdringen muss, bis er die erfindungsgemäße Tintenstrahlaufnahmeschicht erreicht. Insbesondere kann diese Oberschicht bereits Pigmente zurückhalten, während eine in dem Tintenstrahl enthaltende Trägerflüssigkeit in die Tintenstrahlaufnahmeschicht überführt wird.
Die große Bandbreite und Variabilität der Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Tmtenstrahlaufnahmeschicht erschließt neue Möglichkeiten, auf Papieren bzw. Folien oder sonstigen Oberflächen brillante Drucke, besonders brillante Tintenstrahldrucke zu erhalten.
Bei der Oberflächenbeschichtung können Glycidether und Binder als Gemenge auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht werden. Hierdurch kann eine ausreichend innige Vermischung dieser beiden Komponenten gewährleistet werden, so dass die gewünschte Vernetzung ausreichend gleichförmig erfolgt. Es versteht sich
andererseits, dass je nach gewünschtem Schichtaufbau Glycidether und Binder auch einzeln auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht werden können. Dieses gilt auch für eventuell noch beizugebende Zusatzstoffe, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels erläutert.
Beispielsweise kann folgende Rezeptur als erfindungsgemäße Tintenstrahlaufnahmeschicht Verwendung finden:
78 % teilverseifter Polyvinylalkohol (zum Beispiel Mowiol 18- 88, Airvol 523)
10 % kationisches Polyacrylat (beispielsweise Induquat ECR 766/964 L)
10 % Hydroxyethylcellulose (beispielsweise Tylose H 20)
2 % Glycerintriglycidether
Zur Steuerung des Vernetzungsgrades und der Quellgeschwindigkeit der Polymerschicht bei Druck mittels Tintenstrahl kann die Glycidetherkonzentration so gewählt werden, dass ein breites Anwendungsspektrum abgedeckt werden kann. Einsatzkonzentrationen zwischen 1 % bis 10 % Glycidether zeigen gute Eigenschaften für die Bildung eines ausreichend flexiblen und quellfähigen Films, insbesondere hinsichtlich der Lösungsmittelbestandteile von Tintenstrahltinten.
Weiterhin kann durch die Wahl des Glycidethers, beispielsweise Tri- methylpropan-Polyglycidether, Polypropylenglykoldiglycidether,
Resorcindiglycidether und andere, die Hydrophobie bzw. Hydrophilie des vernetzten Polymerfilms eingestellt werden.
Zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur kann die Reaktion zwischen Glycidether und hydroxy-funktioneller Gruppe durch den Einsatz gängiger Katalysatoren, wie p-Toluolsulfonsäure, Lewis-Säuren, tert.-Aminen, Natronlauge und anderen, beschleunigt werden. Da die Reaktionsführung aufgrund des Epoxidrings sich sowohl im sauren wie auch im basischen Medium durchführen lässt, kann ein breiter Temperaturbereich genutzt werden. Insbesondere können Temperaturen zwischen 80 °C und 250 °C gewählt werden.
Bei Verbindungen, die Amingruppen neben den OH-Gruppen im Polymer enthalten, kann eine Reaktion schon bei Raumtemperaturen stattfinden. Dieses hängt insbesondere von dem pH-Wert des Beschichtungslackes ab. Darüber hinaus kann die Reaktivität des Systems über die Anzahl der Epoxidgruppen im Glycidethermolekül gesteuert werden.
Die Polymerlösung, die den Glycidether enthält, kann mit allen gängigen Beschichtungsverfahren, wie Rollrakel, Reverse-Gravur und anderen, auf das zu beschichtende Medium aufgebracht werden. Als Medium kommen beispielsweise Transparentpapiere, Glossypapiere und -folien in Frage. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Beschichtung für die Beschichtung von Transparentpapieren mit einem
Gewicht zwischen 90 und 200 g/m2. Bei der Beschichtung von Glossypapieren bzw. -folien kommt es bei dem Einsatz des Glycidethers zu keinem Glanzabfall der Beschichtung.
Beim Beschichten können beispielsweise Maschinengeschwindigkeiten zwischen 10 und 100 m/min gewählt werden, wobei hierdurch unter anderem auch der Vernetzungsgrad der Schicht über die Geschwindigkeit gesteuert werden kann. Hierbei wird über die Geschwindigkeit insbesondere die Verweilzeit in einem Trockenkanal gewählt.
Mit der vorbeschriebenen Beschichtung, die unter den oben beschriebenen Bedingungen aufgebracht wurden, lassen sich in Gegenüberstellung mit einer üblichen Standardrezeptur aus teilverseiften Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon bei einem Bedrucken mit einem InkJet folgende Ergebnisse erzielen:
Standardrezeptur Beispielrezeptur
Farbdichten Cyan 2,40 2,48
Magenta 2,40 2,42
Gelb 2,16 2,12
Schwarz 0,98 2,22
Cracking % schwarz 61,00 10,00
Tintentrockenzeit min 5,00 5,00
Hierbei erfolgt die Angabe des "Cracking" nach folgender Formel:
Cracking : FDcmv ~ FDs
FD, cmg
wobei FDcmg die Farbdichte eines zusammengesetzten Schwarz und FDS die Farbdichte eines Original-Schwarz bezeichnet.