DE4446551C1 - Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck - Google Patents
Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial für TintenstrahldruckInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein wasserfestes Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck mit
Papiercharakter, das eine außergewöhnlich hohe Wasserfestigkeit des Druckbildes
und des Trägermaterials für die Aufzeichnungsschicht aufweist.
In DE 30 18 342 A1 wird ein synthetisches Papier für den Inkjetdruck beschrieben,
das nach dem Bedrucken im Inkjetdrucker durch Hitze transparentisiert wird, um
mehrfarbige Tintenstrahlaufzeichnungen mit hoher Aufzeichnungsdichte, guter
Farbwiedergabe und hoher Wasserfestigkeit zu erhalten. Erst durch das
nachträgliche Aufschmelzen wird der zunächst blaß erscheinende Ausdruck
kontrastreich und wasserfest. Diese Art Papiere haben dann den Nachteil der
geringen Opazität (hohe Transparenz) sowie den des zusätzlichen Prozeßschrittes
der thermischen Nachbehandlung.
EP 01 64 196 A1 offenbart eine Aufzeichnungsschicht für Tintenstrahlverfahren auf
einem flächigen Basismaterial, das auch Papiere aus synthetischen Fasern
beinhaltet, wobei die Schicht sowohl ein kationisches Polymer als auch ein
mehrwertiges Metallsalz zur Fixierung von wäßrigen Tinten enthält. Zusätzlich
können in einer solchen Schicht wasserpenetrierbare oder wasserquellbare Binder,
wie z. B. Polyvinylalkohol sowie Pigmente, wie z. B. Calciumcarbonat, Kaolin,
Harnstoff-Formaldehyd-Füllstoffe enthalten sein. Die Wasserfestigkeit der
Ausdrucke im Tintenstrahlverfahren ist durch die Auswahl der verwendeten
Komponenten (PVA; mehrwertiges Metallsalz; kationisches Polymer) relativ gering,
auch wenn der beschriebene Wasserfestigkeitstest (eine Minute eintauchen in
Wasser danach abtrocknen) positiv dargestellt wird. Ziel dieser Anmeldung war in
erster Linie, ein schnelltrocknendes und stapelfähiges (non-offsetting) Papier mit
brillantem Ausdruck herzustellen.
Für Anwendungen im Außenbereich oder andauerndem Wassereinfluß sind bisher
bekannte Inkjetpapiere ohne weitere Verfahrensschritte, wie die Laminierung mit
Folie, nicht geeignet, da die Wasserfestigkeit der Basispapiere und der Aufzeich
nungsschicht nicht ausreichend sind. Gerade bei Anwendungen, wie z. B. Baupläne,
Landkarten, Lagepläne z. B. für Taucher, Etiketten, Schilder, Markierungen sind
auch unter Wassereinfluß mechanisch stabile und uneingeschränkt farbstabile
Tintenstrahldrucke gefordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Aufzeichnungsmaterial für
Tintenstrahldruck zur Verfügung zu stellen, das für Außenanwendung inklusive
Unterwasseranwendung geeignet ist und dabei jeder Art von Feuchte- oder
Wassereinfluß widersteht. Hierfür ist sowohl die mechanische Festigkeit des
Trägerpapieres unter Wassereinfluß als auch die Wasserbeständigkeit des
Tintenstrahlbildes gefordert. Weiterhin ist ein brillanter, kontrastreicher, farbiger
oder schwarzer Tintenstrahldruck mit hoher Auflösung und sehr guter Randschärfe
notwendig.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein wasserfestes
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck mit wäßrigen Tinten mit einem
synthetische Fasern enthaltenden Trägerpapier und mit einer oder beidseitig
auf dem Trägerpapier angeordneter Aufzeichnungsschicht mit
einem Flächengewicht von 10 g/m² bis 50 g/m², dadurch gekennzeichnet, daß das
Trägerpapier einen Anteil an Cellulosefasern von 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% und
einen Anteil an synthetischen Fasern von 40 Gew.-% bis 1 Gew.-% und einen Anteil
an Bindemittel von 50 Gew.-% bis 5 Gew.-% bezogen auf Gesamtgewicht des
Trägerpapieres aufweist, und das Aufzeichnungsmaterial nach 24stündiger
Lagerung bei 23°C in Wasser über 80% des Durchreißwiderstandes des trockenen
Papieres, gemessen nach DIN 53128 (Elmendorf), aufweist und der Farbabstand
ΔE, gemessen nach DIN 6174, von im Tintenstrahlverfahren aufgebrachten Farb
flächen der Grundfarben bezogen auf die Ausgangsfarbwerte kleiner als 10 ist.
Vorzugsweise enthält das Trägerpapier neben dem (den) Bindemittel(n) noch
Füllstoffe und/oder Pigmente, wobei sich durch deren Anwesenheit der
Bindemittelanteil entsprechend verringert. Geeignete Pigmente sind Kaolin,
Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, TiO₂. Der Pigment/Füllstoffgehalt
kann 2,0 Gew.-% bis 30 Gew.-% betragen. Die Naßfestigkeit des Trägerpapieres
kann durch Mitverwendung von Vernetzungsmitteln für das Bindemittel und/oder
Naßfestmittel entsprechend den Erfordernissen eingestellt werden. Bevorzugte
Bindemittel sind Polyvinylacetat, Polyvinylacetatcopolymere,
Styrol/Butadiencopolymere, Styrol/Butadien/Acylnitrilterpalymere, Styrol/(Meth)
acrylatcapolymere, (Meth)acrylpolymere, Ethylen/(Meth)acrylsäurecopolymere
Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Stärke,
Stärkederivate, Kasein oder Mischungen derselben. Derartige filmbildende Polymere
sind kommerziell erhältlich.
Als Vernetzungsmittel können beispielsweise Melamin-Formaldehydharze oder
Harnstoff-Formadehydharze verwendet werden. Das Trägerpapier wird auf üblichen
Papiermaschinen nach bekannten Verfahren hergestellt und vorzugsweise in der
Leimpresse und/oder durch nachträgliche Beschichtung in einer üblichen
Beschichtungsmaschine mit dem Bindemittel versehen. Als synthetische Fasern
können z. B. Polyamidfasern, Polyesterfasern, Viskosefasern oder Mischungen
derselben im Trägerpapier enthalten sein. Das Flächengewicht des Trägerpapieres
kann 50 g/m² bis 300 g/m², vorzugsweise 80 g/m² bis 200 g/m² betragen.
Wegen der geringen Aufnahmefähigkeit des Papieres für wäßrige Tinten ergibt ein
direkter Druck mittels eines Tintenstrahldruckers ein schlecht trocknendes und
verlaufenes, nicht wasserfestes Bild. Das Trägerpapier selbst weist eine
ausgezeichnete Wasserfestigkeit auf, was sich durch einen hohen
Weiterreißwiderstand in vollständig nassem Zustand ausdrückt.
Auf dieses Papier wird deshalb einseitig oder beidseitig eine wasserfeste
Aufzeichnungsschicht aufgebracht. Diese enthält Bindemittel, Pigment(e),
vorzugsweise Farbstoffixiermittel und übliche weitere Hilfsstoffe.
Überraschend wurde gefunden, daß die Kombination des speziellen Papieres, das
synthetische Fasern enthält, mit Beschichtungen basierend auf hochporösen
feinteiligen Pigmenten zu einem abriebfesten und außerordentlich wasserfesten
Papier führt, das auch z. B. nach 24 h Lagerung in Wasser seine Festigkeit behält
und die Bildinformation abriebfest, nahezu ohne Verlust an Kontrast zeigt.
Die auf das synthetische Basispapier aufgebrachte Aufzeichnungsschicht bewirkt
schnelle Tintenaufnahme und die Fixierung der in der Druckfarbe (Tinte)
enthaltenen Farbstoffe. Weiterhin muß diese Beschichtung auf dem Basispapier
hervorragend haften, sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand. Die
Beschichtung selbst muß eine hohe Kohäsion aufweisen, so daß eine mechanische
Beanspruchung durch Knicken, Falten, Falzen oder Reiben sowohl im nassen als
auch trockenen Zustand nicht zu einer Beschädigung der Schicht bzw. des
Druckbildes führt.
Um die gute Aufnahmefähigkeit für wäßrige Tinten zu gewährleisten, wird in der
Aufzeichnungsschicht poröses, abriebfestes Pigment, insbesondere Siliciumdioxid
eingesetzt. Geeignete Pigmente haben eine Oberfläche (gemessen nach BET) von
über 200 m²/g. Geeignete Pigmente sind z. B gefällte Kieselsäurepartikel mit einer
mittleren Teilchengröße zwischen 1 µm und 20 µm, bevorzugt zwischen 4 µm und 12
µm und der vorstehend genannten BET-Oberfläche.
Um die Tintenfarbstoffe zu fixieren, sind vorzugsweise wasserlösliche, kationische
Polymere mit hohem Gehalt an quaternären Ammoniumgruppen in der
Aufzeichnungsschicht enthalten. Geeignet sind quaternäre Polyacrylate, Poly-diallyl
dimethylammoniumchlorid, kationisch modifiziertes Polystyrol, kationisch modifizierte
Stärke, kationisch modifizierter Polyvinylalkohol, quaternäres Polyethylenimin,
quaternäres Polyvinylpyridin sowie Copolymere dieser Verbindungen untereinander
oder mit anderen nichtionogenen oder an ionischen Monomerbausteinen. Bevorzugt
werden auf 1 Teil poröses Pigment 0,1 bis 1 Teil kationisches Polymer
zugegeben.
Um eine besonders wasserfeste Schicht zu erhalten, ist es zweckmäßig ein
Bindemittel für das Pigment auszuwählen, das nach der Trocknung der in der Regel
wäßrigen Beschichtung von Wasser nicht mehr angelöst werden kann. Geeignet für
diesen Zweck haben sich Kunststoffdispersionen, wie z. B. Vinylacetat-homo- oder
Co-polymerisate, Acrylat-(Co)polymerisate, Styrol-Butadien-Copolymerisate,
Ethylen- oder Vinylchloridcopolymerisate erwiesen. Um die Flexibilität der Schicht
und die Haftung zum Papier zu gewährleisten, werden bevorzugt Dispersionen mit
einer Mindestfilmbildungstemperatur zwischen -20°C und +50°C, bevorzugt
zwischen -10°C und +20°C eingesetzt. Weiterhin können wasserlösliche Binder,
wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Stärke, Stärkederivate eingesetzt
werden. Um die Wasserfestigkeit weiter zu erhöhen, können Vernetzungshilfsmittel
in die Beschichtungslösung eingearbeitet werden, die beim Trocknen der Schicht
abreagieren. Geeignete Substanzen finden sich unter Harnstoff- oder Melamin-
Formaldehydharzen, Aziridinen, mehrfunktionellen Isocyanaten, Borsäure (für PVA).
Als Hilfsmittel in der Schicht können weiterhin optische Aufheller, Netzmittel, weitere
Pigmente, z. B. Aluminiumhydroxide oder -oxide, Kaolin, Calciumcarbonat,
Farbstoffe, Haftvermittler, Entschäumer, Verdickungsmittel, Dispergierhilfsmittel etc.
vorhanden sein.
Die Tintenabsorptionsschicht wird mit Hilfe von üblichen Beschichtungsverfahren, z. B.
mit Walzenauftrag und Luftbürsten- oder Rollrakeldosierung, bevorzugt aus
wäßriger Dispersion, auf das synthetische Papier aufgebracht und mit Heißluft
getrocknet. Die Auftragsmenge der getrockneten Beschichtung beträgt zwischen 10
und 50 g/m², bevorzugt 15 bis 30 g/m². Diese Auftragsmenge ist notwendig, um die
Tintenflüssigkeit beim Druck schnell in der Beschichtung aufnehmen zu können und
damit ein Verlaufen der Bildlinien zu verhindern. Je nach Drucker und Tintenmenge
kann die Auftragsmenge variieren.
Die Tintenabsorptionsschicht der vorliegenden Erfindung haftet ausgezeichnet an
dem synthetischen Basispapier und weist eine gute Kohäsion sowie Flexibilität auf,
so daß sie jeglichen mechanischen Beanspruchungen standhält sowohl im
trockenen als auch im nassen Zustand. Die Beschichtung ist somit knick-, falz-, und
abriebbeständig; weiterhin kann die Schicht im Schichthaftungstest mittels
Klebeband, ähnlich dem Gitterschnittest, nicht beschädigt werden.
Das beschichtete Papier weist einen hohen Widerstand gegen mechanische
Beanspruchung auf, d. h. ein Einreißen und Zerreißen des Papieres ist sowohl im
trockenen als auch nassen Zustand nur mit hohem Kraftaufwand möglich.
Insbesondere weist das Papier im völlig durchnäßten Zustand über 80% des
Durchreißwiderstandes des trockenen Papieres, gemessen nach DIN 53128, auf.
Das in der vorliegenden Erfindung beschriebene Papier kann mit handelsüblichen
Tintenstrahldruckern mit einem kontrastreichen, bei Farbdruckern farbigen,
kantenscharfen Bild mit hoher Auflösung bedruckt werden. Das Papier nimmt dabei
die meist wäßrige Tinte schnell in der Beschichtung auf und ist kurz nach dem
Ausdruck trocken und wischfest. Geeignete Drucker sind z. B. Drucker, die nach
dem Bubblejet-Prinzip oder dem Piezoprinzip arbeiten, wie sie in verschiedenen
Varianten z. B. von den Firmen Canon, Epson, Hewlett Packard u. a. angeboten
werden. Sowohl kleinformatige (DIN A3 und A4) als auch großformatige Ausdrucke,
z. B. Rollen für Poster, sind möglich. Die in den o. g. Druckern verwendeten Tinten
enthalten in der Regel neben Wasser und anionischen Farbstoffen weitere
Hilfsstoffe, wie z. B. Hochsieder (Glykole, NMP etc.), Netzmittel.
Die wasserlöslichen an ionischen Farbstoffe dieser Tinten werden in der
Beschichtung durch ionische Wechselwirkung mit den kationischen Fixiermitteln so
fest fixiert, daß das Druckbild außerordentlich wasserfest wird. Das Druckbild ist
außerdem sehr knick-, falt-, falz- und kratzbeständig sowohl im nassen als auch im
trockenen Zustand, so daß die Bildinformation auch unter extremen
Umweltbedingungen uneingeschränkt erhalten bleibt. Bevorzugt werden Tinten für
die Bebilderung gewählt, die eine hohe Lichtbeständigkeit auch gegen UV-Licht
aufweisen. Aufgrund der Fixierung der Farbstoffe und der Wasserfestigkeit der
Beschichtung selbst übersteht das Material auch lange Einwirkung von Wasser. So
nimmt die Farbintensität (Kontrast) des Druckbildes innerhalb von 24 h Lagerung in
Wasser von 23°C nicht oder nur geringfügig ab. Auf jeden Fall ist die Farbstabilität
unter diesen Bedingungen so gut, daß nach dieser Behandlung der Farbabstand ΔE
von Farbflächen der Grundfarben Schwarz Cyan, Magenta, Gelb, Blau, Rot, Grün
bezogen auf die Ausgangsfarbwerte kleiner als 10 ist.
Auf das wasserfeste Inkjetpapier wird mittels eines Tintenstrahldruckers ein Testbild
aufgebracht, das insbesondere größere Farbflächen aller Grundfarben (cyan,
magenta, gelb und schwarz) sowie der binären Mischfarben (blau, grün, rot) enthält.
10 min nach Erstellen des Testbildes wird das Aufzeichnungsblatt vollständig in 23°C
Wasser für 24 h eingetaucht. Nach dieser Lagerzeit wird die mechanische
Festigkeit des Papieres in Längs- und Querrichtung im nassen Zustand nach DIN 53128
bestimmt (Durchreißwiderstand). Ebenso wird der Durchreißwiderstand des
trockenen bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte klimatisierten Papieres bestimmt.
Weiterhin wird das 24 h in Wasser gelagerte Papier in einem Trockenschrank bei 80°C
für 5 min getrocknet. Danach wird, wie schon direkt nach dem Testausdruck, der
Farbort in Cielab-Koordinaten jeder Farbfläche mittels eines Farbmeßgerätes nach
DIN 6174 bestimmt. Der Farbabstand ΔE, berechnet aus den Messungen vor und
nach Wasserlagerung des jeweiligen Farbfeldes, ist ein Maß für die Verfärbung der
bedruckten Flächen bzw. Fixierung der Farbstoffe der Tintenstrahltinten.
Ein handelsübliches synthetisches Papier von 140 g/m² bestehend aus 61%
Zellstoffasern, 4% synthetischen Fasern, 12% synthetischen Bindemitteln und
Hilfsmitteln wird mit folgender Beschichtungsmasse zu 25 g/m² Auftragsgewicht
(fest) mittels eines Rollrakels beschichtet und in einem Trockenschrank bei 100°C 5
Minuten getrocknet.
Wasser|600 g | |
gefällte Kieselsäure | 80 g |
Poly-(diallydimethylammonium)chlorid mit mittlerer Molmasse 75 000 | 10 g |
Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymerdispersion (50%ig) | 90 g |
Netzmittel | 2,5 g |
Polyvinylalkohol 10%ige Lösung | 225 g |
Ammoniak (25%ig) | 7 g |
Die Beschichtungsmasse hat einen Feststoffgehalt von 15,8% und einen pH-Wert
von 8,0.
Das so beschichtete Papier wird mit einem Testausdruck mittels eines
Tintenstrahldruckers Canon BJC 800 mit zugehörigen Tintenpatronen bedruckt. Es
besitzt eine außergewöhnlich hohe Wasserfestigkeit: das 24 h in Wasser bei 23°C
gelagerte bebilderte Papier hat einen Durchreißwiderstand von längs 3,16 N und
quer von 3,64 N gegenüber längs 1,6 N und quer 2,0 N im trockenen Zustand.
Die Farbflächen zeigen durch die Behandlung keinen oder nur sehr geringe
Farbveränderungen gegenüber den Ausgangsfarbwerten:
ΔE | |
Schwarz: | |
0,9 | |
Cyan: | 5,0 |
Magenta: | 6,5 |
Gelb: | 8,1 |
Blau: | 1,3 |
Grün: | 2,1 |
Rot: | 4,7 |
Der Ausdruck zeigt nach dieser Behandlung ohne sichtbare Veränderung ein
kontrastreiches, kantenscharfes, hochaufgelöstes Bild.
Claims (7)
1. Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck mit
wäßrigen Tinten mit einem synthetische Fasern enthaltenden Trägerpapier und
mit ein- oder beidseitig auf dem Trägerpapier angeordneter
Aufzeichnungsschicht, die hoch poröses, abriebfestes Pigment und
Bindemittel enthält mit einem Flächengewicht von 10 g/m² bis 50 g/m², dadurch
gekennzeichnet, daß das Trägerpapier einen Anteil an Cellulosefasern von 10
Gew.-% bis 90 Gew.-% und einen Anteil an synthetischen Fasern von 40 Gew.-%
bis 1 Gew.-% und einen Anteil an Bindemittel von 50 Gew.-% bis 5 Gew.-% bezogen
auf Gesamtgewicht des Trägerpapiers aufweist und das Aufzeichnungsmaterial
nach 24stündiger Lagerung bei 23°C in Wasser über 80% des Durchreiß
widerstandes des trockenen Papieres, gemessen nach DIN 53128 aufweist und
der Farbabstand ΔE, gemessen nach DIN 6174, von im Tintenstrahldruck auf
die Aufzeichnungsschicht aufgebrachten Farbflächen der Grundfarben bezogen
auf die Ausgangsfarbwerte < 10 ist.
2. Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägerpapier als synthetische Fasern Polyamidfasern, Polyesterfasern,
Viskosefasern oder Mischungen derselben enthält.
3. Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht polymeres Bindemittel und 10
Gew.-% bis 70 Gew.-% bezogen auf Gesamtschichtgewicht Siliciumdioxid enthält.
4. Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsschicht als Bindemittel Polyvinylacetat,
Polyvinylacetat-Copolymere, Styrol/Butadiencopolymere, Styrol/Butadien/Acryl
nitrilterpolymere, Styrol-(Meth)-acrylatcopolymere, (Meth)acrylpolymere,
Ethylen/(Meth)acrylsäurecopolymere, Ethylen- oder Vinylchloridcopolymerisate
oder Mischungen derselben enthält.
5. Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufzeichnungsschicht ein polymeres kationisches Fixiermittel für wäßrige
Tinten enthält.
6. Wasserfestes Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das polymere kationische Fixiermittel modifiziertes Polystyrol, kationisches
(Meth)acrylatcopolymer, quaternäres Polyimin, Poly-(diallyldimethylammonium)
chlorid oder eine Mischung derselben ist.
7. Verwendung des wasserfesten Aufzeichnungsmaterials nach einem der
Ansprüche 1-6 für Aufzeichnungen durch Tintenstrahldruck mit
wasserlösliche Farbstoffe enthaltenden Tinten.
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