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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahlaufzeichnungselement,
das Partikel enthält.
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In
einem typischen Tintenstrahlaufzeichnungs- oder Tintenstrahldrucksystem
werden Tintentröpfchen aus
einer Düse
mit hoher Geschwindigkeit auf ein Aufzeichnungselement oder Aufzeichnungsmedium
ausgeworfen, um ein Bild auf dem Medium zu erzeugen. Die Tintentröpfchen oder
die Aufzeichnungsflüssigkeit
umfassen im Allgemeinen ein Aufzeichnungsmittel, wie einen Farbstoff
oder ein Pigment, und eine große
Menge an Lösemittel.
Das Lösemittel
oder die Trägerflüssigkeit
besteht typischerweise aus Wasser, einem organischen Material, wie
einem einwertigen Alkohol, einem mehrwertigen Alkohol oder Mischungen
daraus.
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Ein
Tintenstrahlaufzeichnungselement umfasst typischerweise einen Träger, auf
dessen mindestens einer Oberfläche
eine Tintenempfangsschicht oder Bilderzeugungsschicht angeordnet
ist, und es umfasst derartige Schichten, die zur Aufsichtsbetrachtung
vorgesehen sind und einen lichtundurchlässigen Träger aufweisen, sowie derartige
Schichten, die zur Durchsichtsbetrachtung vorgesehen sind und einen
durchsichtigen Träger
aufweisen.
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Zwar
sind bislang zahlreiche unterschiedliche Arten von Bildaufzeichnungselementen
zur Verwendung mit Tintenstrahlvorrichtungen vorgeschlagen worden,
aber nach dem Stand der Technik bestehen viele ungelöste Probleme
und zahlreiche Nachteile in den bekannten Produkten, die deren kommerzielle
Eignung einschränken.
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Es
ist bekannt, dass zur Erzeugung und Beibehaltung von Bildern in
fotografischer Qualität
auf einem derartigen Bildaufzeichnungselement ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement
folgende Eigenschaften aufweisen muss:
- – Es muss
sich problemlos benetzen lassen, damit kein Puddeln auftritt, d.h.
damit es zu keinem Zusammenwachsen benachbarter Tintentröpfchen kommt,
was zu einer ungleichmäßigen Dichte
führt.
- – Kein
Auslaufen des Bildes.
- – Fähigkeit
zur Absorption hoher Konzentrationen von Tinte und schnelles Trocknen,
um zu verhindern, dass Elemente zusammenkleben, wenn sie zu mehreren
Drucken oder mit anderen Oberflächen
gestapelt werden.
- – Keine
Diskontinuitäten
oder Defekte aufgrund von Interaktionen zwischen dem Träger und/oder
der oder den Schichten, wie Reißen,
Abstoßspuren,
Kammlinien usw.
- – Kein
Zusammenballen nicht absorbierter Farbstoffe an der freien Oberfläche, was
eine Kristallisation der Farbstoffe bewirkt, so dass die bebilderten
Flächen
ausblühen
oder brünieren.
- – Optimierte
Bildfestigkeit zur Vermeidung von Auslaufen bei Kontakt mit Wasser
oder Einwirkung von Tageslicht, Kunstlicht oder Fluoreszenzlicht.
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Ein
Tintenstrahlaufzeichnungselement, das gleichzeitig eine nahezu sofortige
Trocknung und gute Bildqualität
bietet, ist wünschenswert.
Angesichts der Vielzahl von Tintenzusammensetzungen und Tintenvolumina,
die ein Aufzeichnungselement aufnehmen muss, sind diese Anforderungen
an Tintenstrahlaufzeichnungsmedien nur schwer zu erfüllen.
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Es
sind Tintenstrahlaufzeichnungselemente bekannt, die poröse oder
nicht poröse,
einschichtige oder mehrschichtige Beschichtungen verwenden, die
als geeignete Bildempfangsschichten auf einer oder auf beiden Seiten
eines porösen
oder nicht porösen
Trägers
dienen. Aufzeichnungselemente, die nicht poröse Beschichtungen verwenden,
haben typischerweise eine gute Bildqualität, weisen jedoch eine schlechte
Tintentrocknungszeit auf. Aufzeichnungselemente, die poröse Beschichtungen
verwenden, weise oft eine schlechtere Bildqualität aber bessere Trocknungszeiten
auf.
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US-A-5,104,730
betrifft einen Tintenstrahlaufzeichnungsbogen, der ein Substrat
und auf dem Substrat ausgebildete, poröse, tintenabsorbierende Schichten
umfasst, worin die untere Schicht Pseudo-Boehmit mit einem Bindemittel
und die obere Schicht ein feines Siliciumdioxidpulver ist. Ein Problem
bei diesem Element besteht jedoch darin, dass die obere Schicht
nach dem Drucken abgezogen werden muss, was die optische Bilddichte
reduziert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
bereitzustellen, das eine kurze Trocknungszeit aufweist. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
bereitzustellen, das eine gute Bildqualität aufweist. Eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
bereitzustellen, das einen verbesserten Glanz aufweist.
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Diese
und weitere Aufgaben werden mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die
ein Tintenstrahlaufzeichnungselement mit einem Substrat umfasst,
auf dem eine Bildempfangsschicht angeordnet ist, die ein anorganisches,
anionisches Pigment enthält,
ein organisches, anionisches Bindemittel und ein organisches, kationisches
Beizmittel, und mit einer porösen
Deckschicht, die über
der Bildempfangsschicht angeordnet ist, wobei die poröse Deckschicht
ein anorganisches Pigment und ein organisches, anionisches Bindemittel
umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex dieses
anorganischen Pigments in der Deckschicht mindestens 0,05 Brechungsindexeinheiten
kleiner ist als der Brechungsindex des anorganischen, anionischen Pigments
in der Bildempfangsschicht.
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Das
Tintenstrahlaufzeichnungselement liefert gute Bildqualität, kurze
Tintentrocknungszeiten und verbesserten Glanz.
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Das
anorganische, anionische Pigment in dem für die Erfindung verwendbaren
Aufzeichnungselement kann Kaolinton, ein calcinierter Ton, Kaliumcarbonat,
Titandioxid, Talkum oder ein Silicat sein. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das anorganische, anionische Pigment ein unter
dem Markennamen Hydragloss® 92 (J.M.Huber Company)
vertriebener Kaolinton. Die Menge des verwendeten anorganischen,
anionischen Pigments kann im Bereich 50% bis 95% der Bildempfangsschicht
liegen.
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Das
organische, anionische Bindemittel jeder in der Erfindung verwendbaren
Schicht kann ein Styrolacryllatex, ein Styrolbutadienlatex, wie
Styronal® BN
4606X (BASF Corp.), ein Poly(vinylalkohol), ein Poly(vinylacetat),
wie Vinac® 884
(Air Products Inc.), ein Cellulose- oder ein Polyurethanbindemittel sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird in der Bildempfangsschicht ein kommerziell verfügbares Styrolacryllatex
verwendet, wie Acronal® S–728 (BASF Corp.). In einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird ein kommerziell verfügbarer Poly(vinylalkohol),
wie Airvol® 21–205 (Air
Products Inc.), in der Deckschicht verwendet.
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Das
organische, anionische Bindemittel ist in einer Menge von 5% bis
20% der Bildempfangsschicht oder Deckschicht verwendbar. Im Allgemeinen
werden gute Ergebnisse erzielt, wenn das Verhältnis von Pigment zu Bindemittel
zwischen 5:1 und 8:1 liegt.
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Das
in der Erfindung verwendbare organische, kationische Beizmittel
kann eine Polymerlatexdispersion oder eine wasserlösliche Polymerlösung sein.
Beispiele für
die in der Erfindung geeigneten Beizmittel sind in US-A-5,474,843
beschrieben. Weitere verwendbare Beizmittel umfassen kationische
Urethandispersionen, die unter dem Markennamen Witcobond® W–213 und
Witcobond® W–215 (Witco
Corporation) vertrieben werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das organische, kationische Beizmittel:
- M1: Poly(N-Vinylbenzyl-N-Benzyl-N,N-Dimethylammoniumchlorid-Co-Styrol-Co-Divinylbenzen),
- M2: Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Ethylenglycoldimethacrylat),
oder
- M3: Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen).
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Im
Allgemeinen wurden gute Ergebnisse erzielt, wenn das Beizpolymer
in einer Menge von 1 bis 75 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden
ist, vorzugsweise von 10 bis 20 Gew.-%.
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Kleinere
Mengen von bis zu 10% anderer Bindemittel können der Bildempfangsschicht
ebenfalls zugegeben werden, wie beispielsweise Poly(vinylpyrrolidon),
das als Luviskol®VA 64W (BASF Corp.) vertrieben wird,
oder Poly(vinylpyrrolidon-Covinylacetat), das als Luviquat® PQ11PN
(BASF Corp.) vertrieben wird. Zusätzlich zu den vorausgehenden
Hauptkomponenten können
bei Bedarf weitere Additive zugegeben werden, etwa pH-Modifikatoren,
wie Salpetersäure,
Vernetzungsmittel, Rheologiemodifikatoren, Surfactants, UV-Absorptionsmittel,
Biozide, Schmiermittel, Farbstoffe, optische Aufheller usw.
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Wie
bereits erwähnt,
beträgt
der Brechungsindex des anorganischen Pigments in der Deckschicht mindestens
0,05, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,25 Brechungsindexeinheiten
weniger als der Brechungsindex des anorganischen, anionischen Pigments
in der Bildempfangsschicht. Diese Deckschicht ist im Allgemeinen
optisch klar und bewirkt eine Reduzierung der Lichtstreuung durch
das Aufzeichnungselement. Eine Reduzierung der Lichtstreuung führt zu einer
besseren optischen Dichte und Glanzwirkung.
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Das
in der Deckschicht der Erfindung verwendbare anorganische Pigment
kann beispielsweise Siliciumdioxid (wie kolloidales Siliciumdioxid,
verdampftes Siliciumdioxid oder Kieselgel), Aluminiumoxid (wie Tonerde,
Aluminiumoxidhydrat oder Pseudo-Boehmit), Calciumcarbonat, modifizierter
Kaolinton, Montmorillonitton, Hydrotalcitton oder Laponitton sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das anorganische Pigment ein Aluminiumoxidhydrat,
das unter dem Handelsnamen Dispal® 23N4–80 (Condea
Vista Company) vertrieben wird.
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Die
Menge des verwendeten anorganischen Pigments kann im Bereich von
50% bis 95% der Bildempfangsschicht liegen.
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Die
Substrate können
porös sein,
wie Papier, oder nicht porös,
wie Celluloseacetat- oder Polyesterfilme. Die Oberfläche des
Substrats kann behandelt sein, um die Adhäsion der Bildempfangsschicht
auf dem Träger
zu verbessern. Beispielsweise kann die Oberfläche durch Coronaentladung behandelt
werden, bevor die Bildempfangsschicht auf den Träger aufgebracht wird. Alternativ
hierzu kann eine Unterschicht oder Substratschicht, beispielsweise
eine von einem halogenierten Phenol oder einem teilweise hydrolysierten
Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer ausgebildete Schicht, auf der
Oberfläche
des Träges
ausgebildet werden.
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Die
Tintenstrahlbeschichtung kann auf einer oder beiden Oberflächen des
Substrats durch konventionelle Beschichtungsverfahren mit Vor- oder
Nachbemessung aufgetragen werden, wie Rakel-, Luftrakel-, Stangen-
oder Walzenbeschichtung usw. Die Wahl des Beschichtungsprozesses
ergibt sich aus wirtschaftlichen Überlegungen und bestimmt die
Formulierung, wie Beschichtungsstoffe, Beschichtungsviskosität und Beschichtungsgeschwindigkeit.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat die Beschichtungsformulierung der Bildempfangsschicht einen
prozentualen Anteil an Feststoffen in der Beschichtung von 40–60% und eine niedrige
Scherviskosität
(100 U/min mit Rotationsviskosimeter nach Brookfield) von 500–2000 mPa–s (500–2000 centiPoise).
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Beschichtungsformulierung
der Deckschicht einen prozentualen Anteil an Feststoffen in der
Beschichtung von 20–40%
und eine niedrige Scherviskosität
(100 U/min mit Rotationsviskosimeter nach Brookfield) von 400–2000 mPa–s (500–2000 centiPoise).
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Die
Dicke der Bildempfangsschicht kann zwischen 5 und 60 μm betragen,
vorzugsweise von 10 bis 30 μm.
Die Dicke der Bildempfangsschicht kann zwischen 2 und 20 μm betragen,
vorzugsweise 4 bis 10 μm.
Die erforderliche Beschichtungsdicke bestimmt sich durch die Notwendigkeit,
dass die Beschichtung als Sumpf zur Absorption von Tintenlösemittel
dient, und der Notwendigkeit, die Tinte in Nähe der Beschichtungsoberfläche zu halten.
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Nach
dem Beschichten kann das Tintenstrahlaufzeichnungselement zur Verbesserung
der Oberflächenglätte einer
Kalandrierung oder Superkalandrierung unterzogen werden. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das Tintenstrahlaufzeichnungselement einer warmen
Weichspalt-Kalandrierung bei einer Temperatur von 65°C und einem
Druck von 14.000 kg/m bei einer Geschwindigkeit von 0,15 m/s bis
0,3 m/s unterzogen.
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Das
Substrat, das in dem erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungselement
verwendet wird, kann lichtundurchlässig, durchscheinend oder lichtdurchlässig sein.
Verwendbar sind beispielsweise Normalpapiere, harzbeschichtete Papiere,
verschiedene Kunststoffe, u.a. ein Polyesterharz, wie Poly(ethylenterephthalat),
Poly(ethylennaphthalat) und Poly(esterdiacetat), ein Polycarbonatharz,
ein Fluorharz, wie Poly(tetrafluorethylen), Metallfolie, verschiedene
Glasmaterialien usw. Die Dicke des in der Erfindung verwendeten
Substrats kann zwischen 12 und 500 μm und vorzugsweise zwischen
75 und 300 μm
betragen.
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Die
zur Bebilderung der erfindungsgemäßen Aufzeichnungselemente verwendeten
Tintenstrahltinten sind in der Technik bekannt. Die im Tintenstrahldrucken
verwendeten Tintenzusammensetzungen sind typischerweise flüssige Zusammensetzungen
aus einem Lösemittel
oder einer Trägerflüssigkeit,
Farbstoffen oder Pigmenten, Feuchthaltemitteln, organischen Lösemitteln,
Detergenzien, Verdickern, Konservierungsstoffen usw. Das Lösemittel
oder die Trägerflüssigkeit
können
reines Wasser sein oder Wasser, das mit anderen wassermischbaren
Lösemitteln
gemischt ist, wie mehrwertigen Alkoholen. Tinten, in denen organische
Materi alien, wie mehrwertige Alkohole, die vorherrschende Träger- oder
Lösemittelflüssigkeit
sind, sind ebenfalls verwendbar. Insbesondere sind gemischte Lösemittel
aus Wasser und mehrwertigen Alkoholen geeignet. Die in diesen Zusammensetzungen
verwendeten Farbstoffe sind typischerweise wasserlösliche Direktfarbstoffe
oder saure Farbstoffe. Derartige flüssige Zusammensetzungen sind
in der Technik bereits ausführlich
beschrieben worden, beispielsweise in US-A-4,381,946; US-A-4,239,543
und US-A-4,781,758.
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Obwohl
die hier beschriebenen Aufzeichnungselemente hauptsächlich zur
Verwendung mit Tintenstrahldruckern beschrieben werden, sind sie
auch als Aufzeichnungsmedien für
Stiftplotter verwendbar. Stiftplotter werden so betrieben, dass
sie direkt auf die Oberfläche
eines Aufzeichnungsmediums mit einem Stift schreiben, der aus einem
Bündel
von Kapillarröhrchen
besteht, die in Kontakt mit einem Tintenbehälter stehen.
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Das
folgende Beispiel dient zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung.
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Beispiel 1
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Kontrollelement 1
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Ein
Papierträger
von Nekoosa Solutions Smooth® (Georgia Pacific Co.),
Sorte 5128 (Carrara White®, Color 9220), Grundgewicht
150 g/m2, wurde mit einer Bildempfangsschicht
beschichtet, wie in der folgenden Tabelle 1 beschrieben (Trockengewicht).
Die Beschichtung wurde mit einem Meyer Drahtumspannbeschichter von
0,51 μm
bei einem Nassauftrag von 40 μm
Dicke auf den Papierträger
aufgebracht. Das Element wurde dann luftgetrocknet.
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Die
Bildempfangsschicht enthält
Kaolinton (Hydragloss® 92) und Styrolacryllatex,
die beide vorwiegend anionisch sind. Die Schicht enthält zudem
ein kationisches Beizpolymer M3. Die Beschichtungsformulierung umfasst
somit eine Mischung aus anionischen und kationischen Materialien.
Um eine stabile Formulierung zu erhalten, ist es notwendig, die
anionische Ladung zu minimieren und die kationische Ladung konstant zu
halten. Dies lässt
sich durch Einstellen des pH-Werts des Kaolintons und des Styrolacryllatex
mit Salpetersäure
erreichen. Um eine stabile Formulierung zu erreichen, müssen der
Kaolinton und der Styrolacryllatex dem kationischen Beizmittel M3
zugesetzt und der pH-Wert eingestellt werden.
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Kontrollelement 2
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Auf
einen Teil des Kontrollelements 1 wurde eine, in Tabelle 1 beschriebene,
Deckschicht mit einem Spritzenbeschichter bei vorbemessener Auftragsrate
von 6 cm3/Min. über ein 107 cm langes Substrat
aufgetragen und an der Luft getrocknet. Die Deckschichtformulierung
bestand aus Kaolinton (Digitex® 1000), dispergiert in
Wasser, um eine Lösung
aus 30% Feststoffen und Poly(vinylalkohol) zu bilden, wie in Tabelle
1 beschrieben.
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Erfindungsgemäßes Element
1
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Dieses
Element entsprach dem Kontrollelement 2, mit dem Unterschied, dass
der Deckschicht Aluminiumoxidhydrat zugegeben wurde, wie in Tabelle
1 aufgeführt.
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Tabelle
1 zeigt die Substituenten der Schichten in den o.g. Elementen:
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Tabelle
1 - Substituenten (Trockengewicht in g)
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Brechungsindex
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Tabelle
2 zeigt die Brechungsindizes der in dem Beispiel verwendeten Pigmente:
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Drucken
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Beispiele
der o.g. Elemente wurden mit einem Drucker des Typs Hewlett Packard
Photosmart® in
der Druckereinstellung "photoglossy
paper, best" (Hochglanz-Fotopapier,
beste Einstellung) bedruckt. Als Tinten kamen Tinten des Typs Hewlett
Packard Photosmart® zum Einsatz. Es wurde
ein Streifentarget gedruckt, das einen 100% Auftrag aus gelb, blaugrün und purpurrot,
einen 200% Auftrag aus rot, grün
und blau sowie einen 300% Auftrag für schwarz in Bereichen von
1 cm mal 23 cm umfasste. Der schwarze Streifen wurde auf Trocknungszeit
und optische Dichte getestet.
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Trocknungszeit und optische
Dichte
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Die
Trocknungszeit, definiert als die Zeit nach dem Druckvorgang, bei
dem keine Rückübertragung
der Tinte von dem bedruckten Element auf ein Nachweispapier mehr
erkennbar ist, wurde mit einer Nachweistechnik gemessen. Sofort
nach Abschluss des Druckvorgangs wurde jedes Element auf einem Schaumträger angeordnet,
ein Stück
Kopierpapier wurde auf die Probe gelegt, und ein gewichteter glatter
Stab wurde über
das Kopierpapier gerollt. Das Kopierpapier wurde dann abgenommen,
um die Rückübertragung
zu kontrollieren.
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Die
Ergebnisse in Tabelle 3 zeigen die Bewertung von 1 bis 5, wobei
1 für keine Übertragung
auf das Kopierpapier steht (kurze Trocknungszeit), während 5
für eine
vollständige Übertragung
steht (der gesamte Streifen ist auf dem Kopierpapier sichtbar).
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Die
optische Dichte der gedruckten Aufzeichnungselemente wurde mit einem
Durchlicht/Auflicht-Densitometer des Typs X-Rite® Model
820 mit Status-A-Filtration gemessen Der schwarze Streifen auf dem
Target wurde getestet. Die Ergebnisse sind Mittelwerte von drei
Messungen.
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Es
wurden folgende Ergebnisse erzielt:
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Die
vorausgehenden Ergebnisse zeigen, dass das erfindungsgemäße Element
1 eine höhere
optische Dichte im Vergleich mit den Kontrollelementen 1 und 2 aufweist,
während
eine kurze Trocknungszeit gewahrt bleibt.
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Glanz
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Der
Glanz der o.g. Aufzeichnungselemente wurde mit einem Gardner Tri-Glanzmessgerät in der 60-Grad-Einstellung
gemäß ASTM D523
Norm gemessen. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
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Die
vorausgehenden Ergebnisse zeigen, dass das erfindungsgemäße Element
1 im Vergleich mit den Kontrollelementen 1 und 2 einen höheren Glanz
aufweist.