DE10361247A1

DE10361247A1 - Chitosan und dessen Verwendung als Farbfixierungsmittel in Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien

Info

Publication number: DE10361247A1
Application number: DE10361247A
Authority: DE
Inventors: Berthold Köhler; Michael Ahlers
Original assignee: Stoess & Co Gelatine; Deutsche Gelatine Fabriken Stoess and Co GmbH
Current assignee: Gelita AG
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-28
Also published as: EP1697142A2; WO2005063900A3; CN1898092A; IL175948A0; US20060284954A1; EA200601114A1; AU2004309031A1; ZA200605030B; CN100496992C; CA2550725A1; JP2007515318A; WO2005063900A2; BRPI0417978A

Abstract

Um ein Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial bereitzustellen, bei dem insbesondere das Problem der Lichtstabilität der Drucke, d. h. der oxidative Abbau der organischen Farbstoffe der Tinten, vermieden wird, wird die Verwendung von Chitosan oder einem Derivat hiervon als Farbfixiermittel in einer Farbaufnahmeschicht von Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Verwendung von Chitosan oder einem Derivat hiervon als Farbfixiermittel in einer Farbaufnahmeschicht von Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien sowie Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien mit einem flächigem Träger und einer Farbaufnahmeschicht.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Aufzeichnungsmaterialien.

Der Markt für Ink-Jet-Anwendungen, insbesondere im hochqualitativen Marktsegment der sogenannten Photo-Glossy-Papieren entwickelt sich sehr rasch. Bedingt durch die rasch ansteigende Anzahl von verkauften Digitalkameras, steigt auch der Bedarf an Photopapier, das mit Ink-Jet-Druckern im SOHO-Bereich (small office/home office) bedruckt werden kann, stark an.

Die Suche nach einer optimalen Papierbeschichtung für hochqualitative Bildreproduktionen führte zu verschiedenen Vorschlägen, zu denen beispielhaft nur auf die EP 0 847 868 verwiesen wird.

Nach wie vor besteht das Problem der Abstimmung mit den Druckertechnologien und der damit verbundenen Tintenformulierung sowie dem Papier als Farbaufnahme- oder Empfangsschicht. Die verschiedenen existierenden Konzepte der Papierbeschichtungen, die derzeit nebeneinander bestehen, lösen die auftretenden Probleme in unterschiedlichem Umfang und mit unterschiedlichen Schwerpunkten.

Bei einer Variante der gängigen Papierbeschichtungen ist der Einsatz von porösen Materialien (Pigmenten) mit preisgünstigem Bindemittel als Papierbeschichtung im Einsatz. Als Pigmente werden hier poröse Silica-Teilchen, zum Teil sogar als Nanopartikel oder aber auch andere hochporöse Materialien eingesetzt. Als Bindemittel dienen häufig nichtionische Polymere wie z.B. Polyvinylalkohol. Diese Papiere zeichnen sich durch schnelle Trocknungszeiten der Tinten aus. Die Farben andererseits sind jedoch häufig blass und der Glanz der Oberfläche ist gering. Daneben ist die Alterungsbeständigkeit dieser Papiere nur gering ausgeprägt.

Insbesondere durch die großen Oberflächen der porösen Materialien wird die Oxidation der organischen Farbstoffe durch Luftsauerstoff stark beschleunigt. Weiterhin nimmt man an, dass die als Farbfixierungsmittel eingesetzten kationischen Substanzen ebenfalls zur Beschleunigung der Oxidation beitragen. Häufig wird dabei auf PolyDAMAC zurückgegriffen, welches quaternäre Aminfunktionen beinhaltet. Kationische Farbfixiermittel sind andererseits zur Farbfixierung der der oft anionischen, organischen Farbstoffe in den Tinten notwendig, um zu vermeiden, dass diese leicht von dem Papier abgewischt werden können bzw. im Paper wandern. Dies gilt ganz besonders, nachdem Silica-haltige Beschichtungen einen eher anionischen Charakter aufweisen.

Alternativ zu den vorgenannten Beschichtungen mit porösen Materialien wird Gelatine als Beschichtung eingesetzt. Gelatine gehört zu den quellbaren filmbildenden Substanzen, mit denen leicht Beschichtungen zu realisieren sind. Beim Auftreffen von wässrigen Tinten quillt der Gelatinefilm um ein Vielfaches und kann so große Mengen an Wasser aufnehmen. Die Farbstoffe befinden sich nach dem Eindringen in der Schicht weit oben, sodass hohe Farbdichten erzielbar sind. Auch lässt sich mit Hilfe von Gelatine ein sehr homogener Film, d.h. eine sehr homogene Beschichtung, erzielen, woraus hohe Glanzwerte resultieren. Insbesondere eignen sich gelatinebeschichtete Papiere für die Eingangs erwähnten Photo-Glossy-Anwendungen, bei denen dann auf Grund der Gelatinebeschichtung eine hohe Lichtbeständigkeit der Drucke erreicht wird. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die Gelatine einen geschlossenen Film über den Farbstoffen bildet und verhindert, dass Kontakt mit dem Luftsauerstoff möglich wird. Da Gelatine ein Polyelektrolyt ist, trägt die Gelatine selbst mehr oder weniger (je nach Herstellungsverfahren) zur Farbfixierung von anionischen Farbstoffen bei. Jedoch ist diese Farbfixierwirkung in der Regel nicht ausreichend um eine befriedigende Farbfixierung zu erhalten.

Auch bei Gelatinebeschichtungen können kationische Farbfixiermittel zum Einsatz kommen. Neben Einflüssen auf die Bildqualität und die Trocknungszeit der Tinten, schädigen jedoch insbesondere herkömmlich bekannte Fixiermittel (PolyDADMAC) die Lichtstabilität von Drucken auf gelatinebeschichteten Papieren. Im Allgemeinen galt daher die Regel, dass eine Verbesserung der Farbfixierung gleichzeitig gegenläufig eine Verschlechterung der Lichtstabilität der Drucke zur Folge hatte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial vorzuschlagen, bei dem insbesondere das Problem der Lichtstabilität der Drucke, d.h. der oxidative Abbau der organischen Farbstoffe der Tinten vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ink-Jet-Aufzeichungsmaterial mit einem flächigem Träger und einer Farbaufnahmeschicht dadurch gelöst, dass die Farbaufnahmeschicht einen Anteil an Chitosan und/oder eines Derivates hiervon als Farbfixiermittel umfasst.

Gleichfalls ist deshalb generell Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Chitosan oder einem Derivat hiervon als Farbfixiermittel in einer Farbaufnahmeschicht von Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien.

Chitosan selbst ist ein modifiziertes Naturprodukt und basiert auf dem Naturprodukt Chitin, bei welchem nach einer Deacetylierungsreaktion eine hohe Anzahl an freien Aminogruppen, die bei niedrigen pH-Werten stark kationischen Charakter besitzen, vorhanden sind.

Chitosan wurde zwar schon im Zusammenhang mit der Herstellung von Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial beschrieben (vgl. z.B. die Eingangs erwähnte EP 0 847 868 ), jedoch nicht als Bestandteil der Farbempfangs- oder Farbaufnahmeschicht.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass der Einsatz von Chitosan als Farbfixiermittel zum einen eine sehr gute Farbfixierwirkung auf die organischen Farbstoffe der üblicherweise eingesetzten Ink-Jet-Tinten ausübt, andererseits die Lichtstabilität der organischen Farben der Ink-Jet-Tinten nicht negativ beeinflusst.

Der Begriff Chitosan wird im folgenden stellvertretend für Chitosanprodukte selbst oder Derivate hiervon verwendet.

Chitosan selbst wird bevorzugt mit einem Deacetylierungsgrad größer 50 %, insbesondere größer 70 % eingesetzt. Besonders gute Ergebnisse werden mit Chitosanqualitäten erzielt, deren Deacetylierungsgrad im Bereich von 75 bis 97 % liegt.

Von den vorbeschriebenen Chitosanqualitäten leiten sich die erfindungsgemäß ebenfalls einsetzbaren Chitosanderivate ab, beispielsweise Chitosan mit modifizierten Aminofunktionen. Die modifizierten Aminofunktionen lassen sich beispielsweise mit bifunktionalen Vernetzungsagentien zu vernetzten Chitosanderivaten umsetzen.

Der Anteil an Chitosan in dem oberflächennahen Bereich der Farbaufnahmeschicht beträgt bevorzugt bis zu 20 Gew.%. Höhere Anteile sind im Prinzip möglich, jedoch steigert sich die Farbfixiereigenschaft der Beschichtung dann nicht mehr wesentlich. Ein Einfluss auf die Lichtstabilität der Ink-Jet-Farben ist auch bei größeren Anteilen als 20 Gew.% Anteil in der Farbaufnahmeschicht, nicht zu verzeichnen. Andererseits nimmt die Bildqualität (z.B. Randschärfe der Druckpunkte sowie die Gleichförmigkeit von Farbflächen) bei höheren Chitosananteilen ab und die Trocknungszeit zu.

Im Hinblick auf den Kostenfaktor, den der Chitosananteil in der Beschichtung verursacht, wird bevorzugt dieser Anteil bis zu 10 Gew.% betragen. Deutliche Effekte erzielt man bereits mit Chitosananteilen oder Anteilen von dessen Derivaten in der Größenordung von 1 Gew.%.

Besonders bevorzugt wird die Farbaufnahmeschicht auf Gelatinebasis hergestellt. Hier erhält man die Eingangs erwähnten Vorteile von Gelatinebeschichtungen zusätzlich zu der hohen Farbfixierwirkung des Chitosans. Daneben profitiert das Aufzeichnungsmaterial von der guten Wasseraufnahmefähigkeit der Gelatine.

Die bevorzugt erfindungsgemäß zu verwendenden Gelatinequalitäten sind insbesondere niederbloomige Gelatine, insbesondere Knochengelatine und/oder mit Bernsteinsäureanhydrid modifizierte Gelatine.

Im Hinblick darauf, dass Chitosan in neutralem Wasser unlöslich ist, muss bei pH-Werten des wässrigen Mediums ≤ 5 gearbeitet werden.

Die Farbaufnahmeschicht der erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterialien wird bevorzugt mit einem Flächengewicht von 5 bis 20 g/m² auf die Trägerschicht aufgetragen. Insbesondere eignen sich Flächengewichte der Farbaufnahmeschicht im Bereich von 10 bis 15 g/m².

Die zuvor besprochenen Bestandteile der Farbaufnahmeschicht des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials können ergänzt werden durch Füllstoffe, anorganische Pigmente, UV-Absorber, Tenside und dergleichen.

Als Füllstoffe empfehlen sich beispielsweise Kaolin, Ca- oder Ba-Carbonate, Siliziumdioxid, Titandioxid, Bentonit, Zeolith, Aluminiumsilikat, Calciumsilikat, oder kolloides Siliziumdioxid. Ebenso können inerte organische Partikel wie z.B. Kunststoffkügelchen verwendet werden. Diese Kügelchen können aus Polyacrylaten, Polyacrylamiden, Polystyrol oder aus Acrylaten und Styrol bestehen (vgl. z.B. EP 1 000 767 A1 ).

Beispiele für anorganische Pigmente sind: Aluminiumoxid bzw. Aluminumhydroxid, Aluminiumoxidhydrat, poröse Kieselerde, kolloide Kieselerde und deren Mischungen, Bariumsulfat, Titanoxid und Böhmit (vgl. z.B. EP 1 226 959 A2 ) sowie Bentonit, Calciumcarbonat.

Geeignete UV Absorber sind z.B. Benztriazole, Benzophenone, Thiazolidone, Oxazole sowie Thiazole (vgl. z.B. EP 1 000 767 A1 ).

Als Tenside kommen z.B. folgende Verbindungen zum Einsatz: nichtionische, fluorierte Alkylester, Zonyl^®-Fluorchemikalien (DuPont Corp.), Polysiloxane, Polyoxyethylenlaurylether und andere Poly(oxyethylen-co-oxypropylene), Polyoxyethylene und ionische Tenside, wie z.B. Dowfax^® (Alkyldiphenyloxiddisulfonsäuren der Firma Dow Chemicals) oder Alkanol^® (Natriumalkylnaphthalinsulfonate der Firma DuPont Corp.) wie sie z.B. in der EP 1 211 089 A2 empfohlen werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Farbaufnahmeschicht für das Ink-Jet-Druckverfahren auf einem Aufzeichnungsmaterial, wobei eine Beschichtungsmasse, umfassend Chitosan und/oder ein Derivat hiervon mit einem polymeren filmbildenden Mittel, welches von Chitosan und/oder dem Chitosanderivat verschieden ist und einem Lösemittel hergestellt und auf einen flächigen Träger aufgetragen und trocknen gelassen wird.

Vor der Beschichtung wird das Papier vorzugsweise Corona-behandelt.

Bei der Herstellung der Beschichtemasse ist wieder zu berücksichtigen, dass Chitosan und dessen Derivate üblicherweise in Wasser unlöslich sind und erst bei einem pH-Wert des wässrigen Mediums ≤ 5 in Lösung geht.

Bevorzugt wird deshalb nach einer Variante des vorliegenden erfinderischen Verfahrens ein wässriges Medium mit einem pH ≤ 5 als Lösemittel verwendet und darin das Chitosan bzw. dessen Derivat aufgelöst und danach mit dem polymeren filmbildenden Mittel gemischt. Verwendet man Gelatine als filmbildendes Mittel, wird man bevorzugt die Gelatine zunächst in der Chitosan-/Chitosanderivatlösung quellen lassen und dann auf eine höhere Temperatur erwärmen, z.B. 60°C um die Gelatine vollständig zu lösen. Die so erhaltene Beschichtungsmasse ist streichfähig.

Alternativ können die Bestandteile Gelatine und Chitosan trocken gemischt und dann mit einem wässrigen Medium als Lösemittel mit einem pH ≤ 5 versetzt werden. Wird Gelatine wiederum als filmbildendes Mittel verwendet, wird zum Abschluss die Temperatur erhöht, um die Gelatine wieder vollständig in Lösung zu bringen. Auch auf diesem Weg kommt man zu einer Beschichtungsmasse, welche streichfähig ist.

Als Gelatine kommt vorzugsweise eine niedrigbloomige Gelatine zum Einsatz, insbesondere Knochengelatine und/oder mit Bersteinsäureanhydrid modifizierte Gelatine.

Als weiteren Bestandteil der Beschichtungsmasse empfehlen sich Tenside, die die Haftung auf dem flächigen Träger, bzw. schon beim Auftragen dessen Benetzung verbessern und auch die Qualität des Bildaufdruckes auf das Aufzeichnungsmaterial weiter verbessern helfen können.

Von den verfügbaren Chitosantypen oder Derivaten werden vorzugsweise niedrigviskose Produkte verwendet, die darüber hinaus vorzugsweise im Wesentlichen vollständig deacetyliert sind.

Die Beschichtungsdicke auf dem Träger ist in weiten Grenzen variabel, wobei häufig mit einer Beschichtung mit einem Flächengewicht (im trockenen Zustand) von 5 bis 20 g/m² gute Ergebnisse erzielt werden. Ein bevorzugter Bereich liegt bei 10 bis 15 g/m².

Nachdem die Farbfixierung nahe der Oberfläche der Farbaufnahmeschicht stattfindet, kann vorgesehen sein, die Farbaufnahmeschicht zweilagig zu gestalten, wobei die untere Lage vorzugsweise von demselben filmbildenden Mittel, wie es bei der Beschichtungsmasse der Farbaufnahmeschicht mit dem Farbfixiermittel verwendet wird, gebildet wird und darauf noch eine Beschichtungsmasse aufgetragen wird, in der dann der Anteil an Chitosan und/oder Chitosanderivat enthalten ist.

Jedenfalls ist ausreichend, wenn ein Anteil an Chitosan und/oder Chitosanderivat in der Nähe der Oberfläche der Farbaufnahmeschicht mit einer Konzentration von bis zu 20 Gew.% vorhanden ist.

Deutliche Effekte bezüglich der Farbfixierung erhält man bereits mit Anteilen von Chitosan und/oder Chitosanderivat von ca. 1 Gew.%. Der bevorzugte Bereich liegt demgemäß bei 1 bis 10 Gew.%.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Beispiele noch näher erläutert.
Beispiel 1
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel MS (mit Bernsteinsäureanhydrid modifizierte Schweineschwarten-Gelatine)
0,25 g Chitosan Typ TM 1220
84,75 g Wasser

Durchführung:
In ein 250 ml Becherglas werden zu 0,25 g Chitosan (ChitoClear^® TM 1220, Hersteller: Primex; Deacetylierungsgrad 97 %) 84,75 g Wasser zugegeben und die Mischung unter starkem Rühren mit konz. Essigsäure auf pH 5 eingestellt. Anschließend gibt man 15 g Gelatine dazu. Man lässt 25 Minuten quellen und erwärmt dann die Mischung auf 60° C bis die Gelatine gelöst ist. Der pH-Wert wird bestimmt. Das Ganze wird im Ultraschallbad bei T = 60° C entgast.
Die Mischung wird nun mit einem 120 μm Spiralrakel als Nassfilm auf herkömmlichem Polyethylen-beschichtetem Fotobasispapier (Hersteller: Felix Schoeller Holding GmbH & Co. KG) aufgetragen und danach 5 Minuten lang getrocknet. Damit erhält man ein Beschichtegewicht von ca. 15 g/m².
Anschließend wird das Papier noch einige Stunden bei Raumtemperatur aufgehängt. Nach dem Trocknen werden Unebenheiten, die durch die Klammern entstanden sind, weggeschnitten und das Papier auf A 4 Format zugeschnitten.
Beispiel 2
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel MS
0,5 g Chitosan Typ TM 1220
84,5 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 3
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel MS
1 g Chitosan Typ TM 1220
84 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 4

15 g Gelatine GELITA^® Imagel MS
3 g Chitosan Typ TM 1220
82 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 5
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel BP 150 (niederbloomige Knochengelatine)
0,25 g Chitosan Typ TM 1220
84,75 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 6
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel BP 150
0,5 g Chitosan Typ TM 1220
84,5 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 7
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel BP 150
1 g Chitosan Typ TM 1220
84 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 8
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel BP 150
3 g Chitosan Typ TM 1220
82 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 1.
Beispiel 9 (Vergleichsbeispiel)

Referenzbeschichtung mit PolyDADMAC-Lösung, Polydiallyldimethylammoniumchlorid 34 – 40%ig in Wasser (Certrex 340A, Hersteller: Mobil Oil AG)

Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel MS
3 g PolyDADMAC-Lösung
0,08 g Tensidlösung (zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens auf dem Polyethylenpapier)
83,92 g Wasser

Durchführung:
In ein 250ml Becherglas werden 15 g 15 g Gelatine GELITA^® Imagel MS, 0,08 g Tensidlösung, 3 g PolyDADMAC und 83,92 g Wasser gegeben. Man lässt 25 Minuten quellen und erwärmt dann die Mischung auf 60° C bis die Gelatine gelöst ist. Die Mischung wird mit verdünnter Essigsäure auf pH 5 eingestellt. Das Ganze wird im Ultraschallbad bei T = 60° C entgast.
Die Beschichtung des Polyethylenpapiers erfolgt wie in Beispiel 1. Das Beschichtegewicht beträgt ca. 15 g/m².
Beispiel 10 (Vergleichsbeispiel)
Referenzbeschichtung mit PolyDADMAC-Lösung
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel BP 150
3 g PolyDADMAC
0,08 g Tensidlösung (Beispiel 9)
83,92 g Wasser

Herstellung zur Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 9.
Beispiel 11 (Vergleichsbeispiel)
Referenzbeschichtung ohne Farbfixierungsmittel
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel BP 150
0,08 g Tensidlösung (Beispiel 9)
84,92 g Wasser

Herstellung der Mischung und der Beschichtung analog Beispiel 9.
Beispiel 12 (Vergleichsbeispiel)

Hochwertiges Referenzpapier von EPSON: EPSON Premium Photo Glossy Paper

Beispiel 13 (Vergleichsbeispiel)
Labormuster mit Spezial Inkjet Gelatine (GELITA^® Imagel MA; mit Dodecenylbernsteinsäure modifizierte Schweineschwartengelatine) und Pluronic PE 6200 (Hersteller: BASF) als Tensid mit erwiesen guten Konservierungseigenschaften für Inkjet Farbstoffe.
Ansatz:

15 g Gelatine GELITA^® Imagel MA
0,45 g Pluronic PE 6200
84,55 g Wasser

Durchführung:
In ein 250 ml Becherglas werden 15 g GELITA^® Imagel MA, 0,45 g Pluronic PE 6200 und 84,55 g Wasser gegeben. Man lässt 25 Minuten quellen und erwärmt dann die Mischung auf 60° C bis die Gelatine gelöst ist. Die Mischung wird mit verdünnter Natronlauge auf pH 8,5 gestellt. Das Ganze wird im Ultraschallbad bei T = 60° C entgast.
Die Mischung wird nun mit einem 120 μm Spiralrakel auf Polyethylenpapier aufgetragen und danach 5 Minuten bei 80° C getrocknet.
Nach dem Trocknen wird das Papier auf A 4 Format zugeschnitten.
Beschreibung der Testmethoden
Bestimmung der Bildqualität
Zur Bestimmung der Bildqualität wurden Testbilder auf 3 verschiedenen Druckern (HP 970 Cxi, Canon 5 800 und EPSON Stylus Photo 870), die für photoähnliche Ausdrucke geeignet und stellvertretend für verschiedene Technologien und Tinten im Markt sind, ausgedruckt und nach folgenden Kriterien qualitativ bewertet:
Tackiness, Bleeding, Beading, Banding, Bronzing, Wicking/Feathering.
Bestimmung der Trocknungszeit
Als Trocknungszeit wurde die Zeit bestimmt, nach der bei den ca. 1 mm dünnen Streifen wiederholt hintereinander ausgedruckten Grundfarben cyan, magenta, gelb und schwarz durch Überstreichen mit einem Moosgummi nach dem Druck kein Schmieren der Farben mehr zu beobachten ist. Die Trocknungszeiten wurden an Ausdrucken bestimmt, die auf dem HP 970 Cxi ausgedruckt wurden.
Bestimmung der Farbfixierung
Die Mischfarben grün, blau und schwarz werden mit verschiedenen, für Photodruck geeigneten Inkjet Druckern (s.o.) in Streifen von 14 mm Breite und 50 mm Länge gedruckt. Nach 24 h werden die Drucke zur Hälfte für 10 Minuten in Wasser (Raumtemperatur) getaucht. Danach werden die Drucke getrocknet und die Änderungen der Farbwerte Δ E* mit einem Farbmessgerät von Minolta (MINOLTA CHROMAMETER CR 300) bestimmt.
Bestimmung der Lichtstabilität
Zur Bestimmung der Lichtstabilität wurden Farbfelder (40 mm × 25 mm) der vier Grundfarben cyan, magenta, gelb und schwarz ausgedruckt. Nach einer Trocknungszeit von 24 Stunden wurden die Proben zur Hälfte abgedeckt und in einem Gerät der Firma ATLAS (SUNTEST XLS+) mit gelfiltertem Xenonlicht bestrahlt. Durch den Filter wurden Bedingungen hinter 3 mm Fensterglas simuliert. Die Lampenleistung wurde am Gerät auf 710 W/m² eingestellt.
Da beim SUNTEST XLS+ die Kontrolle der relativen Luftfeuchte und der Temperatur im Testraum nicht möglich ist, können nur relative Tests durchgeführt werden. Das heißt, es können nur die Messergebnisse der Proben miteinander verglichen werden, die zur selben Zeit der im Testraum gemessen wurden.
Nach Ende der Bestrahlung wurden die Farbänderungen Δ E* wiederum mit dem MINOLTA CHROMAMETER CR 300 bestimmt.
Untersuchungsergebnisse
Trocknungszeiten (bestimmt anhand von Ausdrucken auf HP DESKJET 970 CXI Tabelle 1
Der Vergleich der Bildqualität und Trocknungszeiten ergibt folgendes:
Beim Vergleich der Bildqualität und Trocknungszeiten ergab sich bis zu einer Konzentration von ca. 10 % Chitosan bezogen auf den Feststoffgehalt der Mischung (Beispiele 1, 2 ,3, 5, 6 und 7) kein störender Einfluss, bei höheren Feststoffgehalten an Chitosan wurde verstärktes Beading neben einer Verlängerung der Trocknungszeit beobachtet.
Bei den Beispielen 9 und 10 (Vergleichsbeispiele) wurden die Trocknungszeiten nicht bestimmt.
Farbfixierung der Beschichtung
Die Farbfixierung der Beschichtung wurde nach der zuvor beschriebenen Methode ermittelt. Die Werte, die für die Papiere der verschiedenen Beispiele erhalten wurden sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Werte für das Vergleichsbeispiel 13 sind nicht angegeben, da sich die Beschichtung bei den oben genannten Testbedingungen teilweise ablöst und somit sinnvoll zu messende Ergebnisse nicht erhältlich sind.
Die gemessenen Werte der Farbfixierung zeigen eindeutig, dass mit steigender Chitosankonzentration die Farbfixierung verbessert ist.
Lichtstabilität
Die Beschichtungen in Beispiel 3 und 7 zeigen ähnliche, meist sogar bessere Farbfixierungen wie die Vergleichsbeispiele (10, 11, 12). Daher wurden Beispiele 3, 9, 12 und 13 im Lichttest im direkten Vergleich, d.h. in einem Testlauf miteinander verglichen. Das Gelatinepapier (Beispiel 13) mit bekannt guter Lichtstabilität wurde als Benchmark in die Testreihen mit einbezogen. Bedruckt wurden die Papiere hier mit einem Canon-Drucker (Canon S 800) mit original Canon Tintensatz. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
TABELLE 3
In einer weiteren Testreihe wurden die mit Grundfarben bedruckten Papiere der Beispiele 7, 10, 12 und 13 im direkten Vergleich gestestet, d.h. alle 4 Proben wurden gleichzeitig in einem Testlauf bestrahlt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
TABELLE 4
Die Werte des Lichttests belegen eindeutig die wesentlich bessere Konservierung der Farbstoffe durch die Gelatine/Chitosan-Beschichtung im Vergleich zu den Beschichtungen mit PolyDADMAC und Gelatine sowie den im Handel erhältlichen EPSON Papier. Die hohen Lichtstabilitäten der Farben bei der reinen Gelatinebeschichtung werden nahezu erreicht oder übertroffen. Allerdings ist bei dem speziellen Gelatine-beschichteten Papier des Beispiels 13 die Farbfixierung nicht sinnvoll messbar, weil die Beschichtung bei den harten Testbedingungen des Farbfixierungstests zur Ablösung neigt.

Claims

Verwendung von Chitosan oder einem Derivat hiervon als Farbfixiermittel in einer Farbaufnahmeschicht von Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterialien.
Ink-Jet-Aufzeichnungsmaterial mit einem flächigen Träger und einer Farbaufnahmeschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbaufnahmeschicht einen Anteil an Chitosan und/oder eines Derivates hiervon als Farbfixiermittel umfasst.
Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Chitosan und/oder dessen Derivaten in dem oberflächennahen Bereich der Farbaufnahmeschicht bis zu 20 Gew.% beträgt.
Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Chitosan und/oder dessen Derivaten im oberflächennahen Bereich der Farbaufnahmeschicht 1 bis 10 Gew.% beträgt.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbaufnahmeschicht auf Gelatinebasis hergestellt ist.
Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelatineanteil der Farbaufnahmeschicht niederbloomige Gelatine, insbesondere Knochengelatine umfasst.
Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelatineanteil der Farbaufnahmeschicht mit Bernsteinsäureanhydrid modifizierte Gelatine umfasst.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Chitosan und/oder dessen Derivate ausgewählt sind aus niederviskosen, insbesondere mehr als 50 % deacetylierten Chitosanprodukten.
Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Chitosanprodukte mehr als 70 % deacetyliert sind.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Chitosanprodukt modifizierte Aminofunktionen aufweist.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbaufnahmeschicht ein Flächengewicht von 5 bis 20 g/m², insbesondere von 10 bis 15 g/m² aufweist.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbaufnahmeschicht einen Füllstoff und/oder ein anorganisches Pigment umfasst.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ausgewählt ist aus Kaolin, Ca- oder Ba-Carbonate, Siliziumdioxid, Titandioxid, Bentonit, Zeolith, Aluminiumsili kat, Calciumsilikat, kolloides Siliziumdioxid, inerten organischen Partikeln, wie z.B. Kunststoffkügelchen aus Polyacrylaten, Polyacrylamiden, Polystyrol oder aus Acrylaten und Styrol.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Pigment ausgewählt ist aus Aluminiumoxid bzw. Aluminumhydroxid, Aluminiumoxidhydrat, poröser Kieselerde, kolloider Kieselerde und deren Mischungen, Bariumsulfat, Titanoxid, Böhmite, Bentonit und Calciumcarbonat.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbaufnahmeschicht einen UV-Absorber umfasst, der insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe der Benztriazole, Benzophenone, Thiazolidone, Oxazole sowie Thiazole.
Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbaufnahmeschicht ein Tensid umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Farbaufnahmeschicht für das Ink-Jet-Druckverfahren auf einem Aufzeichnungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtungsmasse, umfassend Chitosan und/oder ein Derivat hiervon, mit einem polymeren filmbildenden Mittel, welches von Chitosan und/oder dem Chitosanderivat verschieden ist und einem Lösemittel hergestellt und auf einen flächigen Träger aufgetragen und trocknen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Chitosan und/oder das Chitosanderivat in einem wässrigen Medium als Lösemittel mit einem pH ≤ 5 gelöst wird und danach mit dem polymeren filmbildenden Mittel gemischt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere filmbildende Mittel PVA, Gelatine und/oder chemisch modifizierte Gelatine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der Beschichtemasse zunächst trocken gemischt und dann mit dem wässrigen Medium als Lösemittel mit einem pH ≤ 5 versetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass des filmbildende Mittel Gelatine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelatine eine niederbloomige Gelatine, insbesondere Knochengelatine ist.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelatine mit Bernsteinsäureanhydrid modifiziert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtemasse ein Tensid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Chitosan oder Chitosanderivat ein niedrigviskoses Chitosan und/oder Chitosanderivat verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als Chitosan mehr als 50 %, insbesondere mehr als 70 % deacetyliertes Chitosan oder Chitosanderivat verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Chitosan oder Chitosanderivat modifizierte Aminofunktionen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf dem Trägermaterial so durchgeführt wird, dass im trockenen Zustand ein Flächengewicht der Beschichtung von 5 bis 20 g/m², insbesondere von 10 bis 15 g/m² erzielt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Chitosan und/oder Chitosanderivat an der Beschichtung ≤ 20 Gew.% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Chitosan und/oder Chitosanderivat 1 bis 10 Gew.% beträgt.