DE3627973A1 - Ink-jet aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Aufzeichnungsmaterial für Aufzeichnungen mit dem sogenannten Tintenspritzverfahren, d. h. ein Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial.

Ink-Jet- oder Tintenspritzaufzeichnungsverfahren sind seit längerer Zeit bekannt. Bei diesen Aufzeichnungsmaterialien werden in der Regel wäßrige gefärbte Flüssigkeiten, sogenannte Tinten, in Form winziger Tröpfchen auf das Aufzeichnungsmaterial aufgebracht, so daß ein entsprechendes Rasterbild entsteht. Bei entsprechend feinem Raster entstehen flächendeckende Färbungen.

Die Problematik der für solche Verfahren geeigneten Aufzeichnungsmaterialien besteht darin, daß die Aufzeichnungsschicht die aufgebrachten Tintentröpfchen sehr rasch aufnehmen soll, um ein wischfestes Bild zu erzeugen, andererseits aber die Tröpfchen sich auf der Oberfläche nicht wesentlich ausbreiten dürfen, damit randscharfe Aufzeichnungen ausgebildet werden können.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, Trägermaterialien mit Aufzeichnungsschichten zu versehen, die die aufgebrachte Tinte rasch, ohne wesentliches Ausbreiten auf der Oberfläche der Schicht absorbieren. Aus US-PS 44 74 850 ist beispielsweise ein transparentes Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial bekannt aus einer transparenten Trägerfolie aus Kunststoff, insbesondere Polyesterfolie, mit einer farbaufnehmenden Schicht aus einem Salz eines hochmolekularen carboxylierten Polymer oder Copolymer, die gegebenenfalls auch noch bis zu 5 Gewichtsprozent feinteiliges Pigment enthalten kann. Die carboxylierten Polymeren oder Copolymeren werden vorzugsweise mit organischen Aminen oder anorganischen Hydroxyden in Salzform überführt.

Beim Nacharbeiten der Beispiel dieser Patentschrift stellte sich heraus, daß die bevorzugt empfohlenen Acrylpolymeren kein ausreichend schnelles Farbaufnahmevermögen aufweisen und die mit üblichen wäßrigen Tinten erhaltene optische Farbdichte für viele praktische Zwecke nicht ausreichend ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Aufzeichnungsmaterial zu verbessern, insbesondere die Aufnahmegeschwindigkeit der farbaufnehmenden Schicht und die optische Dichte der mit wäßrigen Tinten erzeugten farbigen Aufzeichnungen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial mit einer Trägerfolie aus synthetischen Polymeren und einer darauf angeordneten Aufzeichnungsschicht, die ein carboxyliertes Acrylpolymer als filmbildendes Bindemittel, gegebenenfalls Pigmente und übliche Hilfsstoffe enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das filmbildende Bindemittel ein im alkalischen Medium quellendes, gradkettiges, nicht vernetztes Acrylsäureester/Acrylsäure-, Acrylsäureester/Methacrylsäure-, Methacrylsäureester/Acrylsäure-, Methacrylsäureester/Methacrylsäure-, Vinylester/Acrylsäure- oder Vinylester/Methacrylsäurecopolymer mit einem Gehalt an Säuremonomer von 2-30 Gewichtsprozent, bezogen auf Copolymer, ist.

Völlig überraschend wurde gefunden, daß keinesfalls alle hochmolekularen (50 000 bis 1 000 000 Molekulargewicht des Polymeren) carboxylierten Polymeren oder Copolymeren, auf Kunststoffolien aufgebracht, praktisch brauchbare Tintenstrahlaufzeichnungsmaterialien ergeben, sondern nur ganz speziell ausgewählte Produkte die Aufgabe lösen, nämlich im alkalischen Medium quellende, lineare, unvernetzte carboxylierte Copolymere, die als Säuremonomer 2-30 Gewichtsprozent Acrylsäure oder Methacrylsäure in Kombination mit einem Ester von Acrylsäure oder Methacrylsäure oder einem Vinylester als Co-Monomeren enthalten. Bei den als Co-Monomeren verwendeten Estern der Methacrylsäure und Acrylsäure handelt es sich um die Methylester, Ethylester oder Butylester und um Vinylessigsäureester.

Der Polymerisationsgrad der Copolymeren beträgt vorzugsweise 8000 bis 50 000.

Höhermolekulare Produkte haben sich als weniger brauchbar erwiesen. Die erfindungsgemäß einzusetzenden carboxylierten Copolymeren können in Form anionischer, wäßriger Dispersionen pH-Werte im Bereich von 2-5, 25-50 Gewichtsprozent Trockensubstanz in der Dispersion aufweisen und sind auch bei hohem Trockensubstanzgehalt niedrig viskos (max. 20 mPa · s bei 25°C). Diese wäßrigen Dispersionen trocknen auf Kunststoffolien, wie Polyesterfolien, Polycarbonatfolien, Polyethylenfolien, Polystyrolfolien, Polyvinylchloridfolien, Polymethylmethacrylatfolien oder Celluloseacetatfolien, zu farblosen harten, jedoch flexiblen transparenten Beschichtungen auf, die wasserunlöslich sind.

Das Aufbringen der Beschichtung kann nach bekannten Verfahren durch Walzenauftrag, Rakel oder Luftbürste erfolgen. Das Auftragsgewicht kann 2-20 g/qm betragen, liegt vorzugsweise zwischen 4 und 10 g/qm. Die geeigneten Trägerfolien haben eine Dicke von 10-200 µm, vorzugsweise 75-150 µm.

Um die Aufzeichnungseigenschaften der Schicht weiter zu verbessern, können noch kleine Mengen von Pigmenten in die Beschichtung eingebracht werden. Geeignete Pigmente sind Calciumcarbonat, Kaolin, Clay, Zinkoxyd, Aluminiumoxyd, Silikate, Titandioxyd, ganz besonders bevorzugt ist feinteilige colloidale Kieselsäure. Der mittlere Teilchendurchmesser der Pigmente soll vorzugsweise unter 10 µm liegen. Wenn opake Aufzeichnungsmaterialien erwünscht sind, beträgt der Pigmentgehalt in der Schicht 10% bis 50%, je nach Pigment. Wenn transparente Aufzeichnungsmaterialien erwünscht sind, beträgt der Pigmentgehalt 0,5 bis 20 Gewichtsprozent, jeweils bezogen auf Gesamtgewicht der aufgebrachten Schicht, je nach Art des Pigments. Höhere Gehalte mindern die Transparenz. Vorzugsweise beträgt der Pigmentanteil 1-5 Gewichtsprozent.

Als weiterer Zusatz in der Aufzeichnungsschicht kann bis zu 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1-10 Gewichtsprozent einer stark abgebauten, nicht mehr gelierenden Gelatine, Gummi-Arabicum oder Polyvinylalkohol in die Aufzeichnungsschicht mit eingebracht werden. Diese Stoffe und gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe, wie Entschäumer, nicht ionogene oder anionische Netzmittel können den Beschichtungszusammensetzungen zugesetzt werden, um das Aufbringen auf die Trägerfolie zu erleichtern und die Haftung zu verbessern. Eine Haftungsverbesserung kann durch Coronavorbehandlung der Folie oder gegebenenfalls auch durch entsprechende Vorbeschichtungen erreicht werden. Grundsätzlich ist jedoch die Haftung der erfindungsgemäß zu verwendenden Copolymeren auf den üblichen Kunststoffolien auch ohne besondere Vorbehandlung ausreichend.

Die Erfindung wird anhand der Beispiele nun näher beschrieben.

Beispiel 1

Auf einer Trägerfolie aus Polyestermaterial einer Dicke von 100 Micrometer werden 7 g/qm Trockengewicht einer Aufzeichnungsschicht aufgebracht.

Zusammensetzung der Beschichtungsmasse:

70 Gewichtsteileeiner kommerziell erhältlichen anionischen, carboxylgruppenhaltigen Ethylacrylat/ Acrylsäurecopolymerdispersion mit einem pH-Wert von 2-3 und 25% Trockensubstanz, 30 Gewichtsteileeiner kommerziell erhältlichen anionischen, linearen Acrylharzcopolymerdispersion mit einem pH-Wert 2,5-3,5 und einem Trockensubstanzgehalt von 40%, 6 GewichtsteileWasser, 0,25 GewichtsteileNatriumsalz eines Maleinsäureanhydridcopolymeren (Netzmittel), 0,30 GewichtsteileEmulgatorgemisch auf Phosphorsäureesterbasis.

Die Beschichtungszusammensetzung wird auf die Trägerfolie aufgebracht und unter üblichen Bedingungen getrocknet.

Das erhaltene Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial wird dann mittels eines handelsüblichen Aufzeichnungsgerätes mit einer mehrfarbigen Aufzeichnung versehen und die Transparenz und optische Dichte bestimmt. Die Werte sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Beispiel 2

Eine Beschichtungszusammensetzung mit folgenden Bestandteilen:

100 Gewichtsteileeiner kommerziell erhältlichen anionischen linearen Acrylaxcopolymeremulsion mit einem pH von 3-5 und einem Trockengehalt von 30%, 20 GewichtsteileWasser, 0,3 GewichtsteileNatriumsalz eines Maleinsäureanhydridcopolymeren

wird auf eine Polyesterfolie, wie in Beispiel 1, mit einem Auftragsgewicht von 6 g/qm aufgebracht und wie üblich getrocknet. Das erhaltene Ink-Jet- Aufzeichnungsmaterial wird dann mit einem handelsüblichen Gerät mit mehrfarbigen Aufzeichnungen versehen. Die Ergebnisse sind tabellarisch zusammengestellt.

Beispiel 3

Eine Beschichtungszusammensetzung aus

50 Gewichtsteileneiner kommerziell erhältlichen anionischen Acrylat/ Acrylsäurecopolymerdispersion mit einem pH-Wert von 2-3, 25% Trockensubstanz und einem K-Wert nach Fikentscher über 100, 100 GewichtsteilenWasser, 1 GewichtsteilGummi-Arabicum, 0,2 GewichtsteilenNatriumsalz eines Maleinsäureanhydridcopolymeren, 0,4 Gewichtsteileneiner Kombination anionischem/nicht ionischem Netzmittel

wird auf eine Folie als Träger aufgebracht und wie üblich getrocknet.

Die Beschichtung erfolgte auf eine substrierte Polyethylenterephthalatfolie (Melinex ICI) einer Dicke von 75 µm mit einem Auftragsgewicht der trockenen Beschichtung von 7 g/qm.

Die Ergebnisse einer Farbaufzeichnung mit einem üblichen Gerät sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Beispiel 4

Eine Beschichtungszusammensetzung aus

100 Gewichtsteilenkommerziell erhältlicher wäßriger anionischer, linearer Acrylharzcopolymerdispersion mit einem pH-Wert von 2,5-3,5 und einem Trockensubstanzgehalt von 40%, 20 GewichtsteilenWasser, 1,5 Gewichtsteileneinteiliger colloidaler Kieselsäure

wird auf eine Trägerfolie aufgebracht.

Die Beschichtungszusammensetzung wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 3 auf eine transparente Trägerfolie aufgebracht und getrocknet. Mehrfarbige Aufzeichnungen erfolgten mit einem handelsüblichen Ink-Jet-Drucker. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

Vergleichsbeispiel 1

Entsprechend Beispiel 1 von US-PS 44 74 850 wurde folgende Beschichtungszusammensetzung auf die Trägerfolie gemäß Beispiel 1 aufgebracht.

20 Gewichtsteilecarboxyliertes Acrylharz der Type NS 78-3955 der Firma National Starch 40 GewichtsteileIsopropanol 1,5 Gewichtsteilecolloidale Kieselsäure (Syloid AI)

Das Beschichtungsgewicht betrug 6 g/qm. Das erhaltene Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial wurde in gleicher Weise, wie in den Beispielen 1 bis 4 beschrieben, mit einem mehrfarbigen Aufzeichnungsbild versehen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Entsprechend Beispiel 3 von US-PS 44 74 850 wurde folgende Beschichtungszusammensetzung mit einem Strichgewicht von 7 g/qm aufgebracht.

50 Gewichtsteilecarboxyliertes Acrylharz der Type NS 78-3955 100 GewichtsteileIsopropanol 2,5 GewichtsteileTriethanolamin

Die Beschichtung erfolgt in gleicher Weise wie bei den Beispielen und Vergleichsbeispiel 1, mit einem Auftragsgewicht von 7 g/qm.

Die Aufzeichnung erfolgte mit einem Gerät Canon PJ 10 80 A mit einer 5×7-dot-Matrix mit Zeichengröße 1,5×2,7 mm und einer Aufzeichnungsgeschwindigkeit von 37 Zeichen pro Sekunde.

Während die Aufzeichnungen gemäß erfindungsgemäßen Beispielen 1-4 nach wenigen Sekunden trocken und wischfest waren, blieben die Aufzeichnungen der Vergleichsbeispiele auch nach Stunden noch verwischbar.

Die Reflexion der farbigen Aufzeichnungen wurden mit einem Macbeth RD 512 Gerät bestimmt, mit einem 0-Wert gegen Standard weiß (Macbeth).

Reflexion

Macbeth RD 514

Die Tabelle zeigt, daß die erfindungsgemäßen Aufzeichnungen bei den meisten Farben deutlich intensiver sind als bei dem Aufzeichnungsmaterial gemäß dem Stand der Technik.

Transmission

opt. Dichte Macbeth TD 528 (Wratten 106)

Neben der Reflexion wurde auch die Durchlässigkeit oder optische Dichte der Aufzeichnungen mit einem Macbeth-Gerät TD 528 (Wratten 106) bestimmt. Dabei zeigt sich, daß für die meisten Farben auch die optische Dichte der auf erfindungsgemäßem Aufzeichnungsmaterial hergestellten farbigen Aufzeichnungen deutlich höher ist als auf den Mustern nach dem Stand der Technik.

Der vorstehende Vergleich zeigt, daß das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial, hergestellt mit den speziell ausgewählten Copolymeren, gegenüber den bekannten Materialien deutliche Vorteile aufweist.

Die praktischen Ergebnisse der entsprechend aufgeführten Beispiele zeigen deutlich, daß das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial, gegenüber dem Aufzeichnungsmaterial gemäß dem Stand der Technik, erhebliche Vorteile aufweist.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Materialien in Overheadprojektoren wird in der Regel ein gut differenziertes Farbwiedergabevermögen gefordert.

Die höhere optische Dichte, die mit dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial erreicht wird, bedeutet gleichzeitig eine höhere Farbintensität, durch die, gegenüber dem Stand der Technik, wesentlich verbesserte Ergebnisse erzielt werden.

Weiterhin ist für eine schnelle und problemlose Handhabung des Aufzeichnungsmaterials nach dem Ausdruck ein schnelles Aufnahmevermögen der Tinte erforderlich. Auch hier zeigt sich das erfindungsgemäße Material überlegen.

Zusätzlich weisen die Muster der Vergleichsbeispiele den Nachteil auf, daß die Farben nach wenigen Tagen während des Trockenprozesses erheblich an Farbintensität verlieren, die Farbe also nicht ausreichend lagerstabil ist.

Claims (3)

1. Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial mit einer Trägerfolie aus synthetischem Polymer und einer darauf angeordneten Aufzeichnungsschicht, die ein carboxyliertes Acrylpolymer als filmbildendes Bindemittel, gegebenenfalls Pigmente und übliche Hilfsstoffe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das filmbildende Bindemittel ein im alkalischen Medium quellendes, gradkettiges, nicht vernetztes Acrylsäureester, Methacrylsäureester, Vinylester/Acrylsäure-, Methacrylsäurecopolymer mit einem Säuregehalt von 2-30 Gewichtsprozent ist.

2. Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure Methylester, Ethylester oder Butylester und der Vinylester Vinylessigsäureester sind.

3. Verwendung der Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien nach Ansprüchen 1 oder 2 zum Aufzeichnen von einfarbigen oder mehrfarbigen Informationen mittels Tintenspritzverfahren.