CZ20004053A3

CZ20004053A3 - Způsob stanovení absorpce inkoustu povrchem

Info

Publication number: CZ20004053A3
Application number: CZ20004053A
Authority: CZ
Inventors: Michael G. Londo
Original assignee: Engelhard Corporation
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2002-01-16
Also published as: AU758245B2; AU3861499A; BR9910163A; EP1092143A1; WO1999057539A1; CN1300363A

Description

Oblast techniky

Vynález se týká 2lepšeného způsobu stanovení absorpce inkoustu povrchem substrátů, zaloáeného na síle potřebné k extrakci vzorku ze substrátu ve styku s inkoustem. Zvláště se vynález týká způsobu předpovídání tryskové potiskovatelnosti vícebarevným inkoustem povrchu substrátů samotným měřením kontaktního úhlu bez nanesní tisku na povrch.

Dosavadní stav techniky

Problém vyhodnocování prostředků vhodných k nátěru povrchů pro potiskování je naléhavý, jde-li o natírání velkých vzorků papíru (nebo jiných substrátů) uskutečněným tiskem na vzorky s následným hodnocením kvality potištěných vzorků z hlediska rozlišitelnosti a hustoty tisku. Zatímco je uvedený způsob přímočarým a spolehlivým přístupem při volbě vhodných nátěrových prostředků, je poněkud časově náročný, zejména z hlediska pžřípravý vzorků a analýzy obrazu po jeho vytištění

Americký patentový spis číslo 4 446 174 (dále patent ”174), popisuje způsob vytváření zaznameného obrazu na list potiskovaný tryskaným vodným inkoustem. Tryskaný inkoust je zaměřen na list opatřený povrchovým nátěrem obsahujícím pigment. Povrchová vrstva adsorbuje barevnou složku obsaženou v inkoustu. Vynález dokládá, že byl nalezena vhodná kombinace pigmentového nátěru a vodného inkoustu, obsahuje-li povrchová vrstva pigment a lepidlo s hodnotou Rf (což je poměr vzdálenosti pronikání barviva pigmentovým nátěrem k proniknutí rozpouštědla ve vodném inkoustu) 0,59. Principem, na němž je vynález založen, je papírová chromatografie.

Nevýhodou způsobu, popsaného v patentu 174, je, že * I ·<· * · · · • · · « ·· ·« k dosažení hodnoty Rf, musí být nátěr nanesen na skleněnou desku. To znamená, že při tomto testu nejsou vzaty v úvahu proměnné veličiny papíru. Tak se může stát, še způsobem podle patentu 174 je předpověděn nátěr mající přijatelnou hodnotu Rf, je-li však nanesen na papír nebo jiné medium, jsou výsledky odlišné.

Naproti tomu poskytuje vynález alternativní způsob určování správných prostředků pigmentového nátěru a/nebo substrátu pro použití s vícebarevnými vodnými inkousty, dále popsanými, které aktuálně testují absorpci inkoustu nátěrem ve spojení se substrátem nebo substrátem samotným.

Podstata vynálezu

Způsob stanovení absorpce inkoustu povrchem, spočívá podle vynálezu v tom, še se (a) zajistí vzorek povrchu, (b) ponoří a vyjme se vzorek s inkoustem a (c) změří se síla během ponořování a vyjímání vzorku z inkoustu.

Vynález se týká také způsobu stanovení vhodného prostředku pro nátěr povrchu k přijímání vícebarevných inkoustů, při kterém se (a) opatří vzorek povrchu natřeného prostředkem, (b1 ponoří se jednotlivé části vzorku do více než jednoho barevného inkoustu a vyjmou se, (c) měří se síly během ponořování a vyjímání částí vzorku z každého inkoustu, (d) porovnávají se naměřené síly pro každý inkoust, (e) nastavuje se nátěrový prostředek, je-li naměřená síla pro každý inkoust odchylná o více než předem stanovenou hodnota.

Vynález se dále týká způsobu stanovení vhodného prostřed• * · v · ··· · * * « · · · · · • » · » · · ·· ·· ·· ·· ku v závislosti na odezvě povrchu, spočívající v následujících stupních:

(a) opatří se vzorek povrchu natřeného prostředkem, (b) ponoří a vyjmou se jednotlivé části vzorku do více než jednoho barevného inkoustu, (c) měří se síly během ponořování a vyjímání částí vzorku z každého inkoustu, (d) porovnají se naměřené síly pro každý inkoust, (e) nastaví se jedno nebo několik složení inkoustu, je-li naměřená síla pro každý inkoust a povrch odchylná o více než je předem stanovená hodnota.

Vynález se dále týká způsobu stanovení vhodného složení substrátu k přijetí vícebarevných inkoustů spočívajícího v následujících stupních:

(a) opatří se V2orek substrátu,

Cb) ponoří a vyjmou se jednotlivé části vzorku do více než jednoho barevného inkoustu, (c) měří se síly během ponořování a vyjímání částí vzorku z každého inkoustu, (d) porovnávají se naměřené síly pro každý inkoust, (e) nastaví se složení substrátu, je-li naměřená síla pro každý inkoust odchylná o více než předem stanovenou hodnotu.

Předností vynálezu je poskytnutí rychlého a spolehlivého způsobu pro přehled nátěrových prostředků vhodných k použití v potiskovacích aplikacích. Alternativně může být způsobu použito k nastavení složení barviva nebo inkoustu v závislosti na povrchu nebo jako způsobu stanovení vhodného složení substrátu v závislosti na barvivu nebo inkoustu.

Seznam obrázků na výkresech

Na obr. 1 je schéma zařízení vhodného k provádění způsobu podle vynálezu ♦ 9 · · · · • 9 • 99

9 9 99 9 * 9 9 » 9 • 9 9 9 9 • 9 99 ·99

Vynález blíže objasňuje následující podrobný popis.

Vnález se týká zlepšených způsobu k rychlému a spolehlivému získání přehledu o vhodném povrchu k potiskování a pot lakovacích inkoustů, které vedou k výjimečným charakteristikám vytištěného obrazu o vysoké hustotě a vysoké definici. Vynález objasní následující definice a pojednání.

Substrátem je medium vhodné k potiskování, například papír, lepenka, látka, plátno, polymery jako vinylacetát a mylar

Povrchem je natřený nebo nenatřený povrch substrátu.

Kontaktním úhlem je styčný úhel kapaliny na povrchu.

V závislosti na afinitě kapaliny k povrchu může být kapalina rozprostřena po celém povrchu (nízký kontaktní úhel) nebo může být povrchem odpuzována (vysoký kontaktní úhel). Kontaktní úhly je možno vypočítat z dynamických kontaktních úhlů naměřených během ponořování a vyímání povrchu z kapaliny během měřeného času. Příliš velká odchylka kontaktního úhlu způsobí buď ztrátu hustoty nebo nadměrné krvácení barvy. Kromě toho je žáe o doučí řídit hodnotu kontaktního úhlu 60 až 110 , s výhodou 70 až 100 a nejvýhodněji 70 až 80 . Kontaktní úhly menší než 70 vedou k horší hustotě obrazu. Kontaktní úhly větší než 100 budou mít sklon ke krvácení barvy. Záměrem je mít podobné odezvy kontaktních úhlů pro všechny inkousty k dosažení výtečného vyvážení mezi hustotou barvy a definicí. Jestliže některá kombinace čtyř inkoustů odpovídá nátěru mimo toto rozmezí, je výkonnost ohrožena. Dojde buď ke krvácení barev vytvořenému 0 inkousty, které odpovídají více než 100 nebo chudé hustotě o

barev vytvořených s méně než 70 .

Předem stanovená odchylka

Tato odchylka se týká přijatelného kolísání naměřené nebo vypočtené síly mezi inkoustem a povrchem, která udává žádoucí ·

• · fc · •·* ·*· * · · • · ♦ * · • * ··· • · · · · « · * * ftt ·· kvalitu hustoty definice barvy. V některých aplikacích může být žádoucí odchylka dosti malá k dosaženi vyvážené vysoké hustoty a vysoké rozlišitelnosti. Obvyklé přijatelné kvality tisku se dosáhne, je-li odchylka vyjádřená kontaktním úhlem menší než ±10, s výhodou menší než ±5 a nejvýhodněji menší než ±3 od číselného průměru naměřeného kontakního úhlu.

Především je vynález založen na identifikaci složení nátěrové hmoty nebo inkoustů, které jsou odpovídající rovněž se zřetelem na individuální afinitu inkoustu k povrchu. Jestliže by se například složení nátěru odpovídá stejně různým povrchovým napětím (což je míra síly nebo afinity inkoustu k povrchu) čtyř barev použitých k tryskovému inkoustovému potiskování, vedlo by to k mimořádné hustotě a definici obrazu. Příliš velká odchylka povrchového napětí mezi inkousty vůči nátěru povrchu by způsobila buď ztrátu hustoty obrazu nebo nadměrné krvácení barvy (tedy ztrátu definice). Je tedy žádoucí, aby různá povrchová napětí inkoustů měla pokud možno stejnou hodnotu k dosažení podobné afinity vůči složení nátěru.

S výhodou se afinita inkoustů k povrchu vyjádřuje kontaktními úhly mezi inkousty a povrchem. Jak shora uvedeno, dají se kontaktní úhly 2jistit měřením dynamického kontaktního úhlu. Použít se dá obchodně dostupných zařízení k dynamickému měření kontaktního úhlu, jako je Cahn DCA 315 (společnost Cahn Instruments, Madison, KI). Tento přístroj obsahuje přístrojové softverové vybavení KinDCA mající copyright od roku 1996, které vypočte kontakní úhel na základě ponoření a vytažení vzorku povrchu z kapaliny na vzdálenost 4 mm během 25 sekund od okamžiku styku. Tyto parametry se mohou měnit.

Ha obr. 1 je zjednodušené schéma přístroje Cahn DCA 315. Vzorek £ o rozměrech 25,4x25,4 mm je zavěšen na rameni 2, které je spojeno se siloměrem 3. Kádinka 4, obsahující zkoušený inkoust 5, se zvedne ručně až do těsné blízkosti zkoušeného • 4·4 • · · · «·« ··«

9· 4· inkoustu 5 se vzorkem 1.. Ta vzdálenost je zpravidla menší než 0,5 cm. Spustí se program přístroje, který zvedne zkoušený inkoust 5 ke styku a ponoření vzorku 1. Jamile je dosaženo styku mezi vzorkem i a povrchem zkoušeného inkoustu 5, dojde ke změně sily související se stykem. Změna síly na specifikované dráze indikuje afinitu nebo odpuzování zkoušeného inkoustu 5 pro vzorek 1_. Program pak změří sílu mezi vytažením vzorku 1. ze zkoušeného inkoustu 5. Všech měření se pak použiji k vypočtení dynamického kontaktního úhlu zkoušeného inkoustu 5.

Jakkoliv se popisuje zjišťování afinity vzorek/inkoust za použití přístroje Cahn, může být použito i jiných zařízení k měření afinity vzorek/inkoust, Jako taková zařízení se uvádějí goniometr, reflexní technika a ostatní konvenční cesty k měření afinity prostřednictvím techniky povrchového napětí.

Vynález objasňují, nijak však neomezují následující příklady praktického provedení. Díly a procenta jsou míněny hmotnostně, pokud není uvedeno jinak.

Přiklad provedeni vynálezu

Dále je popsán postup měření pomocí přístroje Cahn DCA 315. Ze čtyř barviv na papír (společnost Clariant Corporation) se připraví čtyři inkousty reprezentující inkousty používané v tryskových inkoustových tiskárnách. Barvivý na papír jsou kapalina Brilliant Blue GNS (cyanová barva), Red A-4G New Liquid (fuchsinová barva), Cartasol Yellow 3GF Liquid (žlutá barva) a Ink Black RAS Liquid Purified P75 (černá barva). Každá z těchto barev se převede na zkoušené inkousty zředěním 100 mi krolitrů barvy s postačujícím množstvím deionizované vody k získání celkového objemu inkoustů 40 mililitrů. Naměřená povrchová napětí každého z těchto inkoustů jsou:

φ »

Φ«φ φ φφφ • · • » » · φ» «φ

Inkoust

Povrchové napětí (dyn/cm) cyan f uchs i n žluť čerň

56, 8 61,6 60, 8 63, 7

Měří se afinita těchto připravených barev ke třen povrchům. Zkoušenými povrchy jsou nenatřený kus balicího papíru (Base Sheet), obchodně dostupný natíraný list prémium k inkoutovému tisku (Prémium Sheet) a pokusně natřený list (Experimental Sheet).

Kontaktní úhly získané popsaným způsobem pomocí přístroje Cahn DCA 315 pro připravené inkousty a zkoušené listy jsou uvedeny v tabulce I

Tabulka I

Kontaktní úhly (ve stupních)

List	Cyan (od,)¹	Fuchsin (od.)¹	Žluťlod,)¹	Čerň (od.)¹	AVG
BASE	111,21*17.35)	88,3(-6,55)	89,1(-4,75	86,81-7,05!	93,85
miíiuH	79,1( +2,28)	80,2(+3.38)	79,11*2,28)	68,9(-7,92)	76,82
EXPE8I-
říEHTAL	81,3( +0,05)	80,3(-0.95)	81,51*0,25)	81,91 *0,65)	81,25

¹ od. = odchylk kontaktního úhlu od AVG = kontaktní úhel jednotlivého inkoustu -AVG

Z tabulky I vyplývá, áe u základního listu BASE SHEET se kontaktní úhel pro barvu cyan dosti významně liší ve srovnání s odchylkami kontaktních úhlů pro barvy fuchsin, žluť a čerň. Pokud jde o list PRÉMIUM SHEET je patrno, ěe se kontaktní úhel pro černou barvu dosti významně liší od kontaktních úhlů pro barvy cyan, fuchsin a žluť. Pokud jde o výsledky listu EXPERIMENTA SHEET, je patrná jen malá odchylka.

Účinnost vynálesu v předpovídání a korelaci charakteristik tisku, jako je hustota barev a deinice barvy založených na kontaktních úhlech, je uvedena dále, založená va vyhodnocení potištěných vzorků tiskárnou HP 560 C Deskjet.

Popis zatřídění hustoty a definice barev

Zkušební obrazec Díetsgen inkoustové tiskárny HP Deskjet kompatibilní s programem DOS poskytuje pole pro analýzu jak hustoty, tak definice barev.

Hustoty barev se měří densitometrem COSAR 200 s polarizačním filtrem. Pro každou barvu je provedeno 5 čtení z barevného bloku o rozměrech přibližně 25,4x25,4 mm, vytvořeného tiskárnou. Čtení je ze čtyř rohů a ze středu barevného čtverce a vypočte se a zaznamená průměr.

Pokud jde o definování barvy, použije se pevných barevných bloků pro všechny primární a komplementární barvy. Určuje se zatřídění do tříd dobrá, “slabá a mírná. Určení pro každou barvu se týká ostrosti na okryaji barevného bloku, ostrosti netištěné čáry (uvnitř barevných bloků) ve svislém a ve vodorovném směru. Zkušební blok má však přídavné plochy k určení definice černé barvy. Má bloky pro porovnání tónu. Černé bloky H, Ha plného tónu také určují definici. Čím lepší je rozlišení tónu, tím lepší je definice.

Plocha obrazce pro jemnou definici je toho druhu, že se vytiskne osm řádek, jak vodorovně tak svisle, se společného bodu. Jsou od sebe odděleny o přibližně 1 stupeň na vzdálenosti 43,IS mm. Proto čím blíže k ohnisku je čára identifikova• · · • · · • · ··* • · · · · • · · · • · ·· • · • · • · ··· ··♦ ·· ·· telná, tím lepší je definice. Zatřídění je provedeno se všech těchto ploch a je jim přiřaseno celkové utřídění definice.

V tabulce 2 jsou uvedeny příslušné hustoty barev a definice barev.

Tabulka II

Výledky hustoty a definice barev

Hustota barev

List	Kyan	Fuchs i n	Žluť	Čerň
BASE	1,32	0, 97	0, 77	1,75
PRÉMIUM	1,65	1, 10	0, 85	2, 50
EXPERIMENTAL	1,51	1,07	0, 83	1,88

Definice barev

List	Kyan	Fuchs i n	Žluť	Čerň
BASE	slabá	slabá	dobrá	slabá
PRÉMIUM	dobrá	dobrá	dobrá	mírná
EXPERIMENTAL	dobrá	dobrá	dobrá	slabá

Z tabulek I a II vyplývá že způsob podle vynálezu je schopný předpovědět jak hustotu, tak definici barev.

Například výsledky kontaktních úhlů z tabulky I zařazují listy do následujícího pořadí od nejmenšího k největšímu kontaktnímu úhlu pro barvu cyan ^: PRÉMIUM (79,1), EXPERIMENTAL (81,3) a BASE (111,2). Výsledky hustoty barev v tabulce II mají pro tyto listy odpovídající pořadí od nejnišší k nejvyšší hustotě barvy: BASE (1,32), EXPERIMENTAL (1,51) a PRÉMIUM (1,65). Je tedy patrno, že čím větší je kontaktní úhel, tím • 0 » 0 Φ · ·

Φ Φ 0 φ 0 0 ·« Φ 000 00 Φ· poměrného • φ ΦΦΦ • φ φ · · φ 0 φ ·« · nižší je hustota barvy. Je-li tedy známa závislost kontaktního úhlu, může být určena závislost relativní hustoty barvy. Všechny ostatní inkousty vykázaly odpovídající korelaci mezi kontaktním úhlem a hustotou barvy.

Podobně je mošno uvést do závislosti výsledky definice barev porovnáním odchylek z tabulky I porovnáním s pozorovanými výsledky definice barev v tabulce II. Například barva cyan má z hlediska odchylek měřeného kontakního úhlu následující pořadí od nejnižší k nejvyšší: EXPERIMENTAL (+0,05), PRÉMIUM (+2,28) a BASE (+17,35). Tomu odpovídají výsledky definice barvy EXPERIMENTAL a PRÉMIUM jako dobré a BASE jako slabé. Je tedy patrno, še definice barev je nepříznivě ovlivněna, jsou-li odchylky kontaktního úhlu velké. Výsledky u všech ostatních barev potvrzují tento trend.

Poznatků, týkajících se hodnot kontakních úhlů a odchylek kontaktních úhlů, je možno použít k předpovídání a korelaci výsledků hustoty a definice barvy.

Principy, výhodná provedení a způsoby přípravy jsou shora popsány. Vynález není však omezován na shora uvedená provedení, která ho jen objasňují a jsou možné varianty a obměny v rámci rozsahu vynálezu, jak je pracovníkům v oboru zřejmé.

Průmyslová využitelnost

Způsobu předpovídání hustoty a definice barev například pro tryskové tiskárny.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob stanovení absorpce Inkoustu povrchem, vyznačující se tím, že se (a) zajistí vzorek povrchu, (b) ponoří a vyjme se vzorek s inkoustem a (c) změři se síla během ponořování a vyjímání vzorku z inkoustu .
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m, Se síla je vyjádřena v hodnotách povrchového napětí.
3. Způsob podle nároku í,vyznačující se tím, Se síla je vyjádřena jako kontaktní úhel inkoustu vůči povrchu,

4. t í m, Způsob podle že kontakní úhel nároku 3, v y z n je 60 až 110 . a č u j ící se 5. Způsob podle nároku 4, v y z n a č u j í c í se t i ra, že kontakní úhel je 70 až 110*. 6. Způsob stanovení vhodného složení substrátu k přijetí vícebarevných inkoustů, vyznačuj í c í s e t í m,

Se se (a) opatří vzorek povrchu natřeného prostředkem, (b) ponoří se jednotlivé části vzorku do více než jednoho barevného inkoustu a vyjmou se, (c) měří se síly během ponořování a vyjímání částí vzorku z každého inkoustu,

Cd) porovnávají se naměřené síly pro každý inkoust, íe) nastavuje se nátěrový prostředek, je-li naměřená síla pro každý inkoust odchylná o více než předem stanovená hodnota.

7.

Způsob podle nároku 6, vyznačuj íc í ·· · • « v 44 • · 4 · • 4 4 4 • 4 ·
4 4 4*· • · · 4 « · • · 4 · · · 44 44 t í m, Se síla je vyjádřena v hodnotách kontakního úhlu.
8. Způsob podle nároku 7, vyznačuj ící se tím, že hodnota měřených kontaknich úhlů je 60 až 110 .
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že předem stanovená odchylka každého kontaktního úhlu není větší než ± 10 stupňů od číselného průměru všech naměřených kontaktních úhlů.
10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se c

tím, Se předem stanovená odchylka je ±5 .
11. Způsob podle nároku 10, vyznačuj ící se

B tím, Se předem stanovená odchylka je +3 .
12. Způsob určení vhodného složení inkoustu v odezvě na povrch, vyznačující se tím, Se se (a) opatří se vzorek povrchu natřeného prostředkem, (b) ponoří a vyjmou se jednotlivé části vzorku do více neš jednoho barevného inkoustu, (c) měří se síly během ponořování a vyjímání částí vzorku z každého inkoustu, (d) porovnají se naměřené síly pro každý inkoust, (e) nastaví se jedno nebo několik složení inkoustu, je-li naměřená síla pro každý inkoust a povrch odchylná o více než je předem stanovená hodnota.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačuj íc í se tím, že síla se měří v hodnotách kontakního úhlu.
14. Způsob podle nároku 13, vyznačuj íc í se t í m, že hodnota naměřeného kontakního úhlu je 60 až 110 .
15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že předem stanovená odchylka každého kontaktního úhlu • · ··· * 4 9 4 4 4 • 4 4 4 4 ·»·««!

• · · 4 « · · 4 9 4

44 44 4«· 444 49 94 není větší než + 10 stupňů od číselného průměru všech naměřených kontaktních úhlů.
16. Způsob podle nároku 15, vyznačuj ící se tím, že předem stanovená odchylka je ±5 .
17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se e

tím, že předem stanovená odchylka je ±3 .
18. Způsob stanovení vhodného složení substrátu k přijeti vícebarevných inkoustů, vyznačující se tím, že se (a) opatří se vzorek substrátu, (b) ponoří a vyjmou se jednotlivé Části vzorku do více než jednoho barevného inkoustu, (c) měří se síly během ponořování a vyjímání částí vzorku 2 každého inkoustu, (d) porovnávají se naměřené síly pro každý inkoust, (e) nastaví se složení substrátu, je-li naměřená síla pro každý inkoust odchylná o více než předem stanovenou hodnotu.
19. Způsob podle nároku 18, vyznačuj ící se tím, že síla se měři v hodnotách kontakního úhlu.
20. Způsob podle nároku 19, vyznačuj íc í se c

tím, že hodnota naměřeného kontakního úhlu je 60 až 110 .
21. Způsob podle nároku 20, vyznačuj ící se tím, že předem stanovená odchylka každého kontaktního úhlu není větší než + 10 stupňů od číselného průměru všech naměřených kontaktních úhlů.
22. Způsob podle nároku 21, vyznačující se o

tím, Se předem stanovená odchylka je ±5 .
23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se e

tím, že předem stanovená odchylka je ±3 ,