DE60005465T2

DE60005465T2 - Tintenstrahldruckverfahren

Info

Publication number: DE60005465T2
Application number: DE2000605465
Authority: DE
Inventors: Sridhar Rochester Sadasivan; Suresh Rochester Sunderrajan; Michelle M. Rochester Oakland; Patrick J. Rochester Whittaker; Elwood C. Rochester Samons; Craig Th. Rochester Mollon
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: EP1106377B1; JP2001199159A; DE60005465D1; EP1106377A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahldruckverfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Tintenstrahldruckverfahren, das ein Pigmente enthaltendes Aufzeichnungselement verwendet.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
US-A-5,851,651 betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement mit einem Papierträger, der eine Beschichtung aus anorganischen Pigmenten und einem System aus anionischen, organischen Co-Bindemittel umfasst. Das System aus Co-Bindemitteln besteht aus Polyvinylalkohol (PVOH) und Polyvinylpyrrolidon (PVP) oder einem Copolymer von Polyvinylpyrrolidon-Vinylacetat (PVP-VA). Ein Problem bei diesem Element besteht allerdings darin, dass die Bildqualität hinter der wünschenswerten Bildqualität zurückbleibt, und zwar gemessen nach optischer Dichte, Durchschlagen des Bildes und Wasserfestigkeit.
JP-A-10 217601, US-A-5 908 723, EP-A-1 013 464 und WO-00 02736 betreffen Tintenstrahlaufzeichnungselemente, die verschiedene Bindemittel und Pigmente verwenden.
DE 19,534,327A1 betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement, das eine Aufzeichnungsschicht enthält, die ein anorganisches, kationisches Pigment und ein kationisches organisches Bindemittel umfasst. Gemessen nach optischer Dichte, Durchschlagen des Bildes und Wasserfestigkeit hat diese Aufzeichnungsschicht jedoch nicht die gewünschte Bildqualität.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahldruckverfahren bereitzustellen, das ein Aufzeichnungselement mit kurzer Tintentrocknungszeit verwendet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Tintenstrahldruckverfahren bereitzustellen, das ein Aufzeichnungselement mit guter Bildqualität verwendet.
Diese und weitere Aufgaben werden mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die ein Tintenstrahldruckverfahren mit folgenden Schritten umfasst:

a) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers, der auf digitale Datensignale anspricht;
b) Laden des Druckers mit einem Tintenstrahlaufzeichnungselement, das ein Substrat umfasst, auf dem eine Bildempfangsschicht angeordnet ist, die ein anorganisches, anionisches Pigment, ein organisches, anionisches Bindemittel und ein organisches, kationisches Beizmittel, das eine Polymerlatexdispersion ist, umfasst;

c) Laden des Druckers mit einer Tintenstrahltintenzusammensetzung; und
d) Bedrucken des Aufzeichnungselement mit der Tintenstrahltinte in Abhängigkeit von den digitalen Datensignalen.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Tintenstrahlaufzeichnungselement liefert guten Glanz, gute Bildqualität und kurze Tintentrocknungszeiten.
Das anorganische, anionische Pigment, das in dem für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Aufzeichnungselement verwendbar ist, kann Kaolinton, ein calcinierter Ton, 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 liegt im Bereich 50% bis 95% der Bildempfangsschicht.
Das organische, anionische Bindemittel, das fir das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Aufzeichnungselement geeignet ist, kann ein Styrolacryllatex, ein Styrolbutadienlatex, ein Poly(vinylalkohol) oder ein Poly(vinylacetat) sein. Ein kommerziell erhältliches und in der vorliegenden Erfindung verwendbares Styrolacryllatex ist Acronal^® 5-728 (BASF Corp.). Ein kommerziell erhältliches und in der vorliegenden Erfindung verwendbares Butadienlatex ist Styronal^® BN 4606X (BASF Corp.). Ein kommerziell erhältlicher und in der vorliegenden Erfindung verwendbarer Poly(vinylalkohol) ist Airvol^® 21-205 (Air Products Inc.). Ein kommerziell erhältliches und in der vorliegenden Erfindung verwendbares Poly(vinylacetat) ist Vinac^® 884 (Air Products Inc.).
Das organische, anionische Bindemittel ist in einer Menge von 5% bis 20% der Bildempfangsschicht verwendbar. Das Verhältnis von Pigment zu Bindemittel beträgt 5:1 bis 8:1.
Das organische, kationische Beizmittel, das für das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Aufzeichnungselement geeignet ist, ist eine Polymerlatexdispersion. 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.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das organische, kationische Beizmittel: M1: Poly(N-Vinylbenzyl-N-Benzyl-N,N-Dimethylamnioniumchlorid-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).
Das Beizpolymer ist in einer Menge von 1 bis 75 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden, vorzugsweise von 10 bis 20 Gew.-%.
Kleinere Mengen von bis zu 10% anderer Bindemittel können der Bildempfangsschicht ebenfalls zugegeben werden, wie beispielsweise PVP, das als Luviskol^® VA 64W (BASF Corp.) vertrieben wird, oder das Copolymer PVP-VA, 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.
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.
Die Tintenstrahlbeschichtung kann auf einer oder beiden Oberflächen des Substrats durch konventionelle vorbemessene oder nachbemessene Beschichtungsverfahren 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 einen prozentualen Anteil an Feststoffen in der Beschichtung von 40–60% und eine niedrige Scherviskosität bei 10,5^s-1 (100 U/min mit Rotationsviskosimeter nach Brookfield) von 500–2000 mPa·s (500–2000 centiPoise).
Die Dicke der Bildempfangsschicht kann zwischen 5 und 60 μm betragen, vorzugsweise 20 bis 40 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. Die Beschichtung kann in einer einzelnen Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden, so dass die Funktionalität jeder Beschichtungsschicht angegeben werden kann; beispielsweise kann eine zweischichtige Struktur erstellt werden, worin die Grundbeschichtung als Sumpf zur Absorption des Tintenlösemittels dient, während die obere Schicht die Tinte festhält.
Nach dem Beschichten kann das Tintenstrahlaufzeichnungselement zur Verbesserung der Oberflächenglätte einer Kalandrierung oder Superkalandrierung unterzogen werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 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.
Das Substrat, das in dem Tintenstrahlaufzeichnungselement für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, kann lichtundurchlässig, lichtdurchscheinend 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.
Die zur Bebilderung der Aufzeichnungselemente in dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 Materialien, 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.
Die folgenden Beispiele dienen lediglich als Bezugsbeispiele.
Beispiel 1 (Bezugsbeispiel)
Es wurden Beschichtungsformulierungen in folgender Zusammensetzung angefertigt (g Trockenmasse):
Der zuvor genannte Kaolinton und Styrolacryllatex sind beide vorwiegend anionisch. Das Beizpolymer M3 ist kationisch. 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.
Jede Beschichtung wurde mit einem Meyer Drahtumspinnbeschichter von 0,51 ⎕m bei einem Nassauftrag von 40 ⎕m Dicke auf einen Papierträger aufgetragen, um die Kontrollelemente 1 und 2 sowie das Element 1 zu bilden. Der verwendete Papierträger war Nekoosa Solutions Smooth^® (Georgia Pacific Co.), Grade 5128 (Carrara White ^®, Color 9220), Grundgewicht 150 g/m². Nach dem Auftragen wurden die Elemente luftgetrocknet. Element 1 wurde dann einer Weichspalt-Kalandrierung bei einer Temperatur von 65°C, einem Druck von 14.000 kg/m und einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s unterzogen.
Proben der genannten Elemente wurden mit einem Drucker des Typs Hewlett Packard Photosmart® in der Druckereinstellung „photoglossy paper, best / Fotoglanzpapier, höchste Qualität" bedruckt und nachfolgend auf Trocknungszeit und optische Dichte des zusammengesetzten schwarzen Streifens getestet. Als Tinten kamen Tinten des Typs Hewlett Packard Photosmart® zum Einsatz.
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. Eine Probe je Element wurde dem Trocknungstest unterzogen. 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. Sofort nach Abschluss des Druckvorgangs wurde die Probe auf einem Schaumträger angeordnet, ein Stück Kopierpapier wurde auf die Probe gelegt, und ein gewichteter glatter Stab wurde über das Papier gerollt. Das Kopierpapier wurde dann von der Probe weggenommen und auf Rückübertragung kontrol liert. Die Ergebnisse in Tabelle 1 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).
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.
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: Tabelle 1
Die vorausgehenden Ergebnisse zeigen, dass Element 1 eine höhere optische Dichte im Vergleich mit den Kontrollelementen aufweist, während eine kurze Trocknungszeit gewahrt bleibt.
Beispiel 2 (nur Bezugsbeispiel)
Die Wasserfestigkeit, definiert als der Verlust der optischen Bilddichte nach längerem Eintauchen in Wasser, wurde mit einem Einweichtest gemessen. Die Tintenaufzeichnungselemente aus Beispiel 1 wurden für fünf Minuten unter leichtem Rühren in destilliertem Wasser eingeweicht. Die Elemente konnten dann über nach auf einem Tisch an der Luft trocknen. Die optische Dichte wurde vor und nach dem Eintauchen gemessen, wobei die prozentuale Änderung der Dichte jedes Farbstreifens aufgezeichnet wurde. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: Tabelle 2 – Wasserfestigkeit
Die vorausgehenden Ergebnisse zeigen, dass das Element mit der Beschichtung 1 einen weit geringeren Verlust an optischer Dichte im Vergleich mit den Kontrollelementen erleidet, was auf eine bessere Wasserfestigkeit hinweist.

Claims

Tintenstrahldruckverfahren mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers, der auf digitale Datensignale anspricht; b) Laden des Druckers mit einem Tintenstrahlaufzeichnungselement, das ein Substrat umfasst, auf dem eine Bildempfangsschicht angeordnet ist, die ein anorganisches, anionisches Pigment, ein organisches, anionisches Bindemittel und ein organisches, kationisches Beizmittel, das eine Polymerlatexdispersion ist, umfasst; wobei das anorganische, anionische Pigment in einer Menge von 50 bis 95 Gew.% der Bildempfangsschicht vorhanden ist; das organische, anionische Bindemittel in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden ist, und das Verhältnis von Pigment zu Bindemittel 5:1 bis 8:1 beträgt, und das organische, kationische Beizmittel in einer Menge von 1 bis 75 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden ist; c) Laden des Druckers mit einer Tintenstrahltintenzusammensetzung; und d) Bedrucken des Aufzeichnungselements mit der Tintenstrahltinte in Abhängigkeit von den digitalen Datensignalen.
Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 1, worin das anorganische, anionische Pigment ein Kaolinton, ein calcinierter Ton, Titandioxid, Talkum oder ein Silicat ist.
Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 1, worin das anorganische, anionische Pigment ein Kaolinton ist.
Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 1, worin das organische, anionische Bindemittel ein Styrolacryllatex, ein Styrolbutadienlatex, ein Poly(vinylalkohol) oder ein Poly(vinylacetat) ist.
Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 1, worin das organische, anionische Bindemittel ein Styrolacryllatex ist.
Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 1, worin das organische, kationische Beizmittel Poly(N-Vinylbenzyl-N-Benzyl-N,N-Dimethylammoniumchlorid-Co-Styrol-Co-Divinylbenzen); Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Ethylenglycoldimethacrylat); oder Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen) ist.
Tintenstrahldruckverfahren nach Anspruch 1, worin das organische, kationische Beizmittel Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen) ist.