EP0321388B1 - Farbband zur Farbstoffübertragung unter Wärmeeinwirkung - Google Patents

Farbband zur Farbstoffübertragung unter Wärmeeinwirkung Download PDF

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EP0321388B1
EP0321388B1 EP19880730277 EP88730277A EP0321388B1 EP 0321388 B1 EP0321388 B1 EP 0321388B1 EP 19880730277 EP19880730277 EP 19880730277 EP 88730277 A EP88730277 A EP 88730277A EP 0321388 B1 EP0321388 B1 EP 0321388B1
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Definitions

  • the invention relates to an ink ribbon for dye transfer under the action of heat with a carrier layer, a color layer and an exothermic decomposable component which supports dye transfer when heat is supplied.
  • an ink layer applied to a carrier layer contains an aromatic azido compound which decomposes exothermically when heat is supplied by a thermal printhead with a reaction temperature in the range from 170 ° C to 200 ° C and thereby additional Delivers heat to soften the paint layer.
  • a heat-sensitive ink ribbon with hydrazone derivatives is known as an exothermically decomposable component in the ink layer or as an intermediate layer between the carrier layer and the ink layer; the decomposition temperature is in the range between 150 ° C and 200 ° C; the typical value for the released energy is 200 J / g.
  • the invention has for its object the decomposition temperature in an ink ribbon with an exothermic decomposable component to reduce even further and to increase the energy thereby released in order to be able to further reduce the drive energy for printing with this ink ribbon.
  • the component consists of cellulose nitrate, the decomposition temperature of which is set in the range between 100 ° C. and 150 ° C. by catalytic additives.
  • the main advantage of the ink ribbon according to the invention is that the cellulose nitrate decomposes explosively when the ink ribbon is heated locally in the area of the printing zone, thereby supplying additional heat to soften the ink layer, as well as a firm bond due to the gases released explosively when the cellulose nitrate decomposes the color on the recording medium to be printed.
  • the energy released during the local exothermic decomposition of the cellulose nitrate is, depending on the respective degree of nitration of the cellulose nitrate, in the order of magnitude of conventional explosives such as TNT or nitroglycerin, so that the color is pressed deeply into the recording medium by the kinetic energy of the gases released during the decomposition and in particular fills up surface depressions of the record carrier.
  • the decomposition temperature i.e. the temperature threshold at which the decomposition of the cellulose nitrate starts, is on the one hand well above the normal ambient temperature and the operating temperature of a printer, while on the other hand the printing temperature required for printing and thus the control energy required for a thermal print head is relatively low .
  • the cellulose nitrate is contained as a component in the ink layer in a heat-meltable ink layer.
  • the latter in the case of a release layer formed between the ink layer on the carrier layer, the latter consists of the cellulose nitrate.
  • the high specific decomposition energy of the cellulose nitrate advantageously allows the release layer to be made very thin, the cellulose nitrate itself forming the release layer and requiring no additional polymer as a binder. This results in a particularly sharp print image in thermal transfer printing because, due to the thinness of the release layer, its local decomposition area with respect to the heating area of the printing zone is defined with particularly sharp edges, for example by heating elements of a thermal print head or a heat radiation source.
  • the release layer decomposes completely in the region of its local heating, so that afterwards it is no longer possible for the color transferred to the recording medium to stick to the ink ribbon. It is therefore also not absolutely necessary to detach the ink ribbon from the recording medium immediately behind the printing zone, so that in connection with the ink ribbon according to the invention it is also possible to use thermal print heads which are only designed for use with ink ribbons without a release layer.
  • the release layer consisting of cellulose nitrate can be very easily applied from a solution to the carrier layer in the production of the ink ribbon according to the invention.
  • the cellulose nitrate preferably contains 1 to 20 percent by weight of amidosulfonic acid as a catalytic additive, as a result of which the decomposition temperature of the cellulose nitrate is significantly reduced from approximately 180 ° C. to 190 ° C. to approximately 130 ° C. to 140 ° C. A further reduction in the decomposition temperature to approximately 110 ° C. to 130 ° C. is advantageously achieved in that the cellulose nitrate as a catalytic additive has a weight of 1 to 20 percent toluene-4-sulfonic acid contains.
  • the ink ribbon 1 shown in Figure 1 has a carrier layer 2, which consists for example of polyethylene terephthalate or polycarbonate.
  • a color layer 3 is applied to the carrier layer 2, which contains dyes bound in waxes and / or thermoplastics and cellulose nitrate as an exothermic decomposable component.
  • the decomposition temperature of the cellulose nitrate is adjusted by catalytic additives such as, for example, organic acids and / or metal salts, to adapt to the heating capacity of various types of printer in which the ribbon 1 according to the invention is to be used.
  • amidosulfonic acid which is also known under the names amino-sulfuric acid or sulfamic acid, or toluene-4-sulfonic acid, also known as para-toluenesulfonic acid, are added to the cellulose nitrate as catalytic additives.
  • the decomposition temperature of the cellulose nitrate is reduced by these catalytic additives to approximately 130 ° to 140 ° C or 110 ° C to 130 °, the heat energy released as a function of temperature at catalyst concentrations below 10% being very sharp and steep, at higher catalyst concentrations wider .
  • the specific amount of heat and gas released during the decomposition of the cellulose nitrate depends on the selected degree of nitration of the cellulose nitrate, which is 10.9% to 12.2%; the specific decomposition energy achieved ranges from 500 J / g to 2000 J / g and is thus far above the values for the hydrazone derivatives given in US Pat. No. 4,525,722.
  • the amount of gas released is up to 70% of the amount of cellulose nitrate.
  • the ink ribbon 1 on its side formed by the carrier layer 2 in a manner not shown here is locally heated to a temperature above the decomposition temperature of the cellulose nitrate with the catalytic additives by heating elements of a thermal print head or a heat radiation source (laser) warmed up.
  • the cellulose nitrate decomposes explosively, releasing additional heat and releasing gases (CO2, CO, N2, H2).
  • the additional heat causes the ink layer 3 to melt, while the released gases bind the melted ink particles to the recording medium adjacent to the ink layer 3 with high kinetic energy.
  • the ink ribbon 4 shown in Figure 2 has a carrier layer 5, which consists for example of polyethylene terephthalate or polycarbonate.
  • the carrier layer 5 carries a release layer 6, which consists of cellulose nitrate and is applied from an organic solution such as butyl acetate, ethyl acetate or acetone.
  • the decomposition temperature of the release layer can also be adjusted, as described above for the exemplary embodiment according to FIG. 1, by catalytic additives, such as acids or metal salts, to adapt to the heating capacity of various types of printers in which the ink ribbon 4 is used, the temperature during the decomposition of the release layer 6 the amount of heat and gas released depends on the selected degree of nitration of the cellulose nitrate.
  • Adhesive layer 6 adheres to an ink layer 7, on which, during thermal transfer printing, a recording medium to be printed is guided past (not shown here) with the ink ribbon 4 interposed on a thermal printhead (also not shown) or a heat radiation source.
  • the color layer 7 contains dyes bound in waxes and / or thermoplastics.
  • the ink ribbon 4 is locally heated on its side formed by the carrier layer 5 in a manner not shown here by heating elements of the thermal print head or the heat radiation source to a temperature above the decomposition temperature of the release layer 6.
  • the release layer 6 decomposes explosively, releasing additional heat and releasing gases (CO2, CO, N2, H2).
  • the additional heat causes the ink layer 7 to melt, while the released gases bind the melted ink particles to the recording medium lying against the ink layer 7 with high kinetic energy. Since the release layer 6 decomposes almost completely in the region of its heating, the ink detached in this region can no longer stick to the ink ribbon 1 after the printing zone has cooled, so that a perfect ink transfer to the recording medium is ensured.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Farbband zur Farbstoffübertragung unter Wärmeeinwirkung mit einer Trägerschicht, einer Farbschicht und einer die Farbstoffübertragung bei Wärmezufuhr unterstützenden exotherm zersetzbaren Komponente.
  • Bei einem derartigen aus der EP-A-0150383 bekannten Farbband enthält eine auf einer Trägerschicht aufgebrachte Farbschicht eine aromatische Azido-Verbindung, die sich bei Wärmezufuhr durch einen Thermodruckkopf exotherm mit einer Reaktionstemperatur im Bereich von 170°C bis 200°C zersetzt und dabei zusätzliche Wärme zur Erweichung der Farbschicht liefert.
  • Aus der US-A-4525722 ist ein wärmeempfindliches Farbband mit Hydrazonderivaten als exotherm zersetzbarer Komponente in der Farbschicht oder als Zwischenschicht zwischen der Trägerschicht und der Farbschicht bekannt; die Zersetzungstemperatur liegt im Bereich zwischen 150°C und 200°C; für die dabei freiwerdende spezifische Energie ist als typischer Wert 200 J/g angegeben.
  • Schließlich ist aus der JP-A-59165690 (Patent Abstracts of Japan, Bd. 9, Nr. 18 (M-353)(1741), 25. Januar 1985) sowie aus "IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 19, Nr. 2, Juli 1976, Seite 672 Cellulosenitrat (auch unter der Bezeichnung "Nitrocellulose¨ bekannt) als Haftvermittler zwischen der Trägerschicht und der Farbe eines wärmeempfindlichen Farbbandes bekannt, jedoch dient dort das Cellulosenitrat lediglich der Haftvermittlung und ist nicht exotherm reaktiv.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Farbband mit einer exotherm zersetzbaren Komponente die Zersetzungstemperatur noch weiter zu verringern und die dabei freiwerdende Energie zu erhöhen, um die Ansteuerenergie zum Drucken mit diesem Farbband weiter verringern zu können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung bei dem Farbband der eingangs angegebenen Art die Komponente aus Cellulosenitrat, dessen Zersetzungstemperatur durch katalytische Zusätze im Bereich zwischen 100°C und 150°C eingestellt ist.
  • Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Farbbandes besteht darin, daß sich das Cellulosenitrat bei lokaler Aufheizung des Farbbandes im Bereich der Druckzone explosionsartig zersetzt und dabei sowohl zusätzliche Wärme zur Erweichung der Farbschicht liefert, als auch durch die bei der Zersetzung des Cellulosenitrats explosionsartig freiwerdenden Gase eine feste Anbindung der Farbe an dem zu bedruckenden Aufzeichnungsträger bewirkt. Die bei der lokalen exothermen Zersetzung des Cellulosenitrats freiwerdende Energie liegt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Nitrierungsgrad des Cellulosenitrats in der Größenordnung von üblichen Sprengstoffen wie TNT oder Nitroglycerin, so daß durch die kinetische Energie der bei der Zersetzung freiwerdenden Gase die Farbe tief in den Aufzeichnungsträger eingedrückt wird und dabei insbesondere Oberflächenvertiefungen des Aufzeichnungsträgers auffüllt. Aufgrund der katalytischen Zusätze liegt die Zersetzungstemperatur, also die Temperaturschwelle, bei der die Zersetzung des Cellulosenitrats einsetzt, einerseits deutlich über der normalen Umgebungstemperatur und der Betriebstemperatur eines Druckers, während andererseits die zum Drucken erforderliche Drucktemperatur und damit die erforderliche Ansteuerenergie für einen Thermodruckkopf verhältnismäßig gering ist.
  • Entsprechend einer ersten Ausbildung des erfindungsgemäßen Farbbandes ist bei einer wärmeschmelzbaren Farbschicht das Cellulosenitrat als Komponente in der Farbschicht enthalten.
  • Bei einer alternativen Ausbildung des erfindungsgemäßen Farbbandes besteht bei einer zwischen der Farbschicht auf der Trägerschicht ausgebildeten Ablöseschicht diese aus dem Cellulosenitrat. Die hohe spezifische Zersetzungsenergie des Cellulosenitrats erlaubt dabei in vorteilhafter Weise eine sehr dünne Ausbildung der Ablöseschicht, wobei das Cellulosenitrat selbst die Ablöseschicht bildet und kein zusätzliches Polymer als Binder erfordert. Hierdurch wird ein besonders scharfes Druckbild beim Thermotransferdruck erzielt, weil aufgrund der Dünne der Ablöseschicht deren lokaler Zersetzungsbereich in bezug auf den Erwärmungsbereich der Druckzone beispielsweise durch Heizelemente eines Thermodruckkopfes oder eine Wärmestrahlungsquelle besonders scharfrandig definiert wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich die Ablöseschicht im Bereich ihrer lokalen Erwärmung vollständig zersetzt, so daß danach ein Ankleben der auf den Aufzeichnungsträger übertragenen Farbe an dem Farbband nicht mehr möglich ist. Es ist daher auch nicht zwingend erforderlich, das Farbband unmittelbar hinter der Druckzone von dem Aufzeichnungsträger abzulösen, so daß in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Farbband auch solche Thermodruckköpfe Verwendung finden können, die lediglich für eine Verwendung mit Farbbändern ohne Ablöseschicht ausgebildet sind. Schließlich läßt sich die aus Cellulosenitrat bestehende Ablöseschicht bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Farbbandes sehr einfach aus einer Lösung auf der Trägerschicht aufbringen.
  • Als katalytische Zusätze kommen insbesondere Metallsalze und/oder organische Säuren in Betracht. Vorzugsweise enthält das Cellulosenitrat als katalytischen Zusatz 1 bis 20 Gewichtsprozente Amidosulfonsäure, wodurch die Zersetzungstemperatur des Cellulosenitrats von etwa 180°C bis 190°C signifikant auf etwa 130°C bis 140°C gesenkt wird. Eine noch weitere Absenkung der Zersetzungstemperatur auf etwa 110°C bis 130°C wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, daß das Cellulosenitrat als katalytischen Zusatz 1 bis 20 Gewichts prozente Toluol-4-Sulfonsäure enthält.
  • Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, die zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Farbbandes zeigen.
  • Das in Figur 1 dargestellte Farbband 1 weist eine Trägerschicht 2 auf, die beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polycarbonat besteht. Auf der Trägerschicht 2 ist eine Farbschicht 3 aufgebracht, die in Wachsen und/oder Thermoplasten gebundene Farbstoffe und als exotherm zersetzbare Komponente Cellulosenitrat enthält. Die Zersetzungstemperatur des Cellulosenitrats ist durch katalytische Zusätze wie z.B. organische Säuren und/oder Metallsalze in Anpassung an das Heizvermögen verschiedener Druckertypen, in denen das erfindungsgemäße Farbband 1 verwendet werden soll, angepaßt. Als katalytische Zusätze sind dem Cellulosenitrat 1 bis 20, vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozente Amidosulfonsäure, die auch unter den Bezeichnungen Aminoschwefelsäure oder Sulfaminsäure bekannt ist, oder Toluol-4-Sulfonsäure, auch als para-Toluolsulfonsäure bekannt, zugesetzt. Die Zersetzungstemperatur des Cellulosenitrats wird durch diese katalytischen Zusätze auf etwa 130° bis 140°C bzw. 110°C bis 130° gesenkt, wobei die freiwerdende Wärmeenergie als Funktion der Temperatur bei Katalysatorkonzentrationen unter 10% sehr scharf und steilflankig, bei höheren Katalysatorkonzentrationen breiter verläuft. Die bei der Zersetzung des Cellulosenitrats freiwerdende spezifische Wärme- und Gasmenge ist von dem gewählten Nitrierungsgrad des Cellulosenitrats abhängig, der 10,9% bis 12,2% beträgt; die erreichte spezifische Zersetzungsenergie reicht dabei von 500 J/g bis 2000 J/g und liegt damit weit über den in der US-A-4525722 angegebenen Werten für die Hydrazonderivate. Die freiwerdende Gasmenge beträgt bis zu 70% der Menge des Cellulosenitrats.
  • Zum Drucken eines Bildmusters auf einem hier nicht dargestellten Aufzeichnungsträger wird das Farbband 1 an seiner von der Trägerschicht 2 gebildeten Seite in hier nicht dargestellter Weise durch Heizelemente eines Thermodruckkopfes oder einer Wärmestrahlungsquelle (Laser) lokal auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur des Cellulosenitrats mit den katalytischen Zusätzen erwärmt. An der Erwärmungsstelle zersetzt sich das Cellulosenitrat explosionsartig unter Abgabe zusätzlicher Wärme und unter Freisetzung von Gasen (CO₂, CO, N₂, H₂). Die zusätzliche Wärme bewirkt ein Aufschmelzen der Farbschicht 3, während die freiwerdenden Gase die aufgeschmolzenen Farbpartikel mit hoher kinetischer Energie an den an der Farbschicht 3 anliegenden Aufzeichnungsträger anbinden.
  • Das in Figur 2 dargestellte Farbband 4 weist eine Trägerschicht 5 auf, die beispielsweise aus Polyethylenterephthalat oder Polycarbonat besteht. Die Trägerschicht 5 trägt eine Ablöseschicht (Release-Schicht) 6, die aus Cellulosenitrat besteht und aus einer organischen Lösung wie z.B. Butylacetat, Ethylacetat oder Aceton aufgetragen wird. Die Zersetzungstemperatur der Ablöseschicht ist ebenso, wie oben für das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben, durch katalytische Zusätze wie z.B. Säuren oder Metallsalze in Anpassung an das Heizvermögen verschiedener Druckertypen, in denen das Farbband 4 verwendet wird, einstellbar, wobei die bei der Zersetzung der Ablöseschicht 6 freiwerdenden Wärme- und Gasmenge von dem gewählten Nitrierungsgrad des Cellulosenitrats abhängig ist. An der Ablöseschicht 6 haftet eine Farbschicht 7, an der beim Thermotransferdruck ein zu bedruckender Aufzeichnungsträger anliegend (hier nicht dargestellt) unter Zwischenlage des Farbbandes 4 an einem ebenfalls nicht gezeigten Thermodruckkopf oder einer Wärmestrahlungsquelle vorbeigeführt wird. Die Farbschicht 7 enthält in Wachsen und/oder Thermoplasten gebundene Farbstoffe.
  • Zum Drucken eines Bildmusters wird das Farbband 4 an seiner von der Trägerschicht 5 gebildeten Seite in hier nicht dargestellter Weise durch Heizelemente des Thermodruckkopfes oder der Wärmestrahlungsquelle lokal auf eine Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur der Ablöseschicht 6 erwärmt. An dieser Stelle zersetzt sich die Ablöseschicht 6 explosionsartig unter Abgabe zusätzlicher Wärme und unter Freisetzung von Gasen (CO₂, CO, N₂, H₂). Die zusätzliche Wärme bewirkt ein Aufschmelzen der Farbschicht 7, während die freiwerdenden Gase die aufgeschmolzenen Farbpartikel mit hoher kinetischer Energie an den an der Farbschicht 7 anliegenden Aufzeichnungsträger anbinden. Da sich die Ablöseschicht 6 im Bereich ihrer Erwärmung nahezu vollständig zersetzt, kann die in diesem Bereich abgelöste Farbe nach dem Abkühlen der Druckzone nicht mehr an dem Farbband 1 kleben, so daß eine einwandfreie Farbübertragung auf den Aufzeichnungsträger gewährleistet ist.

Claims (5)

1. Farbband (1; 4) zur Farbstoffübertragung unter Wärmeeinwirkung mit einer Trägerschicht (2; 5), einer Farbschicht (3; 7) und einer die Farbstoffübertragung bei Wärmezufuhr unterstützenden, zersetzbaren Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus Cellulosenitratbesteht, dessen Zersetzungstemperatur durch katalytische Zusätze im Bereich zwischen 100°C und 150°C eingestellt ist.
2. Farbband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer wärmeschmelzbaren Farbschicht das Cellulosenitrat als Komponente in der Farbschicht (3) enthalten ist.
3. Farbband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zwischen der Farbschicht (7) und der Trägerschicht (5) ausgebildeten Ablöseschicht (6) diese aus dem Cellulosenitrat besteht.
4. Farbband nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosenitrat als katalytischen Zusatz 1 bis 20 Gewichtsprozente Amidosulfonsäure enthält.
5. Farbband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosenitrat als katalytischen Zusatz 1 bis 20 Gewichtsprozente Toluol-4-Sulfonsäure enthält.
EP19880730277 1987-12-15 1988-12-08 Farbband zur Farbstoffübertragung unter Wärmeeinwirkung Expired - Lifetime EP0321388B1 (de)

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