DE60220520T2

DE60220520T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsmaterial

Info

Publication number: DE60220520T2
Application number: DE2002620520
Authority: DE
Inventors: Huub c/o AGFA-FEVAERT Van Aert; Stefaan c/o AGFA-GEVAERT Septestraat 27 Lingier
Original assignee: Agfa Gevaert NV; Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert NV; Agfa Gevaert AG
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: EP1393922A1; DE60220520D1; JP2004106527A; EP1393922B1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei der Mehrzahl der Anwendungen erfolgt der Druck durch Druckkontakt einer eingefärbten Druckform mit einem tintenanziehenden Material, bei dem es sich in der Regel um Normalpapier handelt. Die meist verwendete mechanische Drucktechnik ist bekannt als lithografischer Druck, der auf selektiver Anziehung von oleophiler Farbe auf einem geeigneten Empfangsmaterial basiert.
In jüngster Zeit aber haben sogenannte anschlagfreie Drucksysteme den herkömmlichen Druckkontaktdruck in gewissem Maße für spezifische Anwendungen verdrängt. Ein Überblick findet sich z.B. im Buch "Principles of Non Impact Printing" von Jerome L. Johnson (1986), Palatino Press, Irvine, CA 92715 , USA.
Als anschlagfreie Drucktechnik hat sich Tintenstrahldruck aufgrund der Einfachheit der Konstruktion, der praktischen Bedienung und des preisgünstigen Ankaufs zu einer populären Technik durchgesetzt. Insbesondere bei beschränkten Auflagen einer Drucksache ist Tintenstrahldruck zu einer Vorzugstechnologie geworden. Ein rezenter Überblick über die Fortschritte und Trends in Tintenstrahldrucktechnologie wird von Hue P. Le in „Journal of Imaging Science and Technology", Band 42 (1), Januar/Februar 1998, gegeben.
In JP 2001-080203A wird ein Aufzeichnungsmaterial offenbart, das sowohl Farbstofftinte als Pigmenttinte aufnehmen kann und dessen Aufbau dadurch gekennzeichnet ist, dass eine erste und zweite tintenaufnehmende Schicht, die ein Bindeharz und ein Pigment enthalten, auf zumindest einer Seite einer lichtdurchlässigen Kunststofffolie übereinander vorliegen. Bei dieser Zusammensetzung enthält das Bindeharz als Harzbestandteile 40 bis 60 Gewichtsteile eines wasserlöslichen Harzes und 60 bis 40 Gewichtsteile eines hydrophilen Harzes, liegt der Pigmentgehalt in der ersten tintenaufnehmenden Schicht höher als in der zweiten tintenaufnehmenden Schicht und weist die erste tintenaufnehmende Schicht eine höhere Filmstärke auf als die zweite tintenaufnehmende Schicht.
In JP 2000-043405A wird ein Aufzeichnungsmedium offenbart, das auf zumindest einer Oberfläche eines Schichtträgermaterials mit einer ein Tintenbild aufnehmenden Schicht versehen ist, die als wesentlicher Bestandteil ein Copolymerharz, das zumindest aus einem hydrophoben Monomer, einem kationisch modifizierten Acrylmonomer und Diacetonacrylamid als Monomerkomponente besteht, enthält. Durch Kaschieren der ein Tintenbild aufnehmenden Schicht und einer ein Copolymerharz und winzige Körner enthaltenden Schutzschicht wird ein Tintenstrahlaufzeichnungsmaterial mit hervorragender Bildqualität und ausgezeichnetem Tintentrocknungsvermögen erhalten. Darüber hinaus kann dank Verwendung von Diacetonacrylamid als Acrylmonomer in einem Amidsystem für das Färben der Tinte eine gute Bildqualität und in Kombination mit einer Dihydrazidverbindung eine komplette Wasserbeständigkeit erhalten werden.
In EP 0 415 849A wird ein einen Trägerkörper und eine Oberflächenschicht umfassender Druckbogen offenbart, wobei die Schicht mindestens eine Seite des Trägerkörpers bedeckt und ein zwei Arten von Acrylmonomeren enthaltendes Copolymer, d.h. eine Art der Monomere mit Carboxylgruppen und die andere Art von Monomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminogruppen und Amidgruppen, und gegebenenfalls ferner ein Pigment enthält.
Beim Tintenstrahldruck werden winzige Tropfen flüssiger Tinte direkt auf eine tintenanziehende Oberfläche gespritzt und kommen Druckeinrichtung und Empfangselement nicht physisch miteinander in Kontakt. Die Druckeinrichtung speichert die Druckdaten elektronisch und steuert einen Mechanismus zum bildmäßigen Ausstoßen der Tropfen. Beim Druck bewegt sich der Druckkopf über das Papier oder umgekehrt. Zu frühen Patentschriften über Tintenstrahldrucker zählen US 3 739 393 , US 3 805 273 und US 3 891 121 .
Das Aufspritzen der Tintentröpfchen kann in verschiedenen Weisen erfolgen. Bei einem ersten Typ von Spritzverfahren erfolgt die Erzeugung eines kontinuierlichen Tröpfchenstroms entsprechend einem Druckwellenmuster. Dieses Verfahren ist bekannt als Hochdruckverfahren. In einer ersten Ausführungsform wird der Tröpfchenstrom in Tröpfchen, die elektrostatisch aufgeladen, abgelenkt und wieder gesammelt werden, und in Tröpfchen, die ungeladen bleiben, geradlinig weiter fliegen und das Bild erstellen, aufgelöst. In einer anderen Ausführungsform bildet der aufgeladene abgelenkte Tröpfchenstrom das Bild und wird der nicht aufgeladene, nicht abgelenkte Tröpfchenstrom wieder gesammelt. In dieser Variante von Hochdruck-Tintenstrahlverfahren werden verschiedene Strahlen in unterschiedlichen Winkeln abgelenkt und zeichnen so das Bild auf (mehrfaches Ablenkungssystem).
Nach einem zweiten Verfahren können die Tintentröpfchen "auf Abruf" erzeugt werden ("DOD"-Verfahren oder "Drop an Demand"-Verfahren), wobei die Druckeinrichtung die Tröpfchen nur dort auf das tintenanziehende Material ausstößt, wo tatsächlich ein Bild erzeugt wird. Dadurch wird die Komplexität der Aufladung der Tropfen, der Ablenkungshardware und des Wiedersammelns der Tinte vermieden. Bei Tropfen-auf-Abruf kann die Tintentropfenerzeugung durch eine durch eine mechanische Bewegung eines piezoelektrischen Wandlers erzeugte Druckwelle (das sogenannte Piezoverfahren) oder durch diskrete Wärmestöße (das sogenannte "Bubble Jet"-Verfahren oder "Thermal Jet"-Verfahren) erzwungen werden.
Tintenzusammensetzungen für Tintenstrahldruck enthalten in der Regel folgende Ingredienzien: Farbstoffe oder Pigmente, Wasser und/oder organische Lösungsmittel, Anfeuchter wie Glycole, Detergenzien, Verdickungsmittel, polymere Bindemittel, Konservierungsmittel, usw. Man soll sich bewusst sein, dass die optimale Zusammensetzung einer solchen Tinte vom angewandten Tintenstrahldruckverfahren und von der Art des zu bedruckenden Substrats abhängt. Tintenzusammensetzungen können grob in folgende Kategorien aufgeteilt werden:

• wässrige Tintenzusammensetzungen: der Trocknungsmechanismus umfasst Absorption, Durchdringung und Verdampfung,
• ölige Tintenzusammensetzungen: der Trocknungsmechanismus umfasst Absorption und Durchdringung,
• Tintenzusammensetzungen auf Lösungsmittelbasis: die Trocknung beruht hauptsächlich auf Verdampfung,
• Heißschmelz- oder Phasenwechseltintenzusammensetzungen: das Bindemittel der Tinte ist flüssig bei Ausstoßtemperatur, aber fest bei Zimmertemperatur, keine Trocknung aber Erstarrung,
• UV-härtende Tintenzusammensetzungen: keine Trocknung aber Polymerisation.

An die in Tintenstrahlaufzeichnungsmaterialien verwendeten tintenanziehenden Schichten werden bekanntlich verschiedene strengste Anforderungen gestellt:

• die tintenanziehende Schicht soll ein hohes Drucktinte absorbierendes Vermögen aufweisen, so dass die Punkte nicht ausfließen und sich nicht mehr als notwendig ausbreiten werden, um eine hohe optische Dichte zu erhalten,
• die tintenanziehende Schicht soll eine hohe Drucktinte absorbierende Geschwindigkeit (kurze Tintentrocknungszeit) aufweisen, so dass die Tintentröpfchen nicht auslaufen werden, wenn sie sofort nach Aufspritzen verschmiert werden,
• die auf die tintenanziehende Schicht aufgetragenen Tintenpunkte sollen eine wesentlich runde Form aufweisen und eben am Umfang sein. Der Punktdurchmesser muss konstant und genau gesteuert werden,
• die tintenanziehende Schicht muss schnell angefeuchtet werden, um Zusammenlaufen zu vermeiden, d.h. so dass angrenzende Tintenpunkte nicht ineinander fließen können, und ein eher absorbierter Tintentropfen darf durchaus nicht "bluten", d.h. benachbarte oder später angebrachte Punkte überlappen,
• durchsichtige Tintenstrahlaufzeichnungselemente müssen einerseits einen niedrigen Trübungswert und andererseits hervorragende Durchlässigkeitseigenschaften aufweisen,
• das gedruckte Bild muss unter strengen Bedingungen von Temperatur und Feuchtigkeit mit einer guten Wasserbeständigkeit, Lichtbeständigkeit und Dauerhaftigkeit aufwarten,
• sowohl vor als nach dem Drucken darf das Tintenstrahlaufzeichnungselement beim Stapeln weder Kräuseln aufweisen noch klebrig sein und
• das Tintenstrahlaufzeichnungselement muss zügig durch verschiedene Typen von Druckern laufen können.

Oft müssen beim Erzielen all dieser Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden. Es ist ja schwierig, gleichzeitig all den obigen Bedingungen gerecht zu werden.
Zum Erhalten schnelltrocknender Hochglanzbilder mit hohen Farbdichten ist es wünschenswert, dass die tintenanziehende Schicht ein verhältnismäßig hohes Auftragsgewicht sowie ein hohes Pigment/Bindemittel-Verhältnis aufweist. Nachteil eines solchen hohen Pigment/Bindemittel-Verhältnisses ist aber, dass die tintenanziehende Schicht an mechanischer Festigkeit einbüßen dürfte, insbesondere bei Verwendung eines biegsamen Trägers. Dies wird sich oft als Mikrorisse sichtbar machen. Sehr wünschenswert sind deshalb Maßnahmen, die es erlauben, Rissbildung zu vermeiden, ohne aber die anderen guten Bildeigenschaften zu beeinträchtigen.
KURZE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Aufzeichnungsmaterials für Tintenstrahldruck, mit dem ein rissfreies fertiges Bild mit hohem Glanz und hohen Dichten erhalten wird.
Erzielt werden die oben erwähnten günstigen Effekte durch Bereitstellen eines Aufzeichnungsmaterials für Tintenstrahldruck mit einem Träger und zumindest einer tintenanziehenden Schicht, die ein Pigment und ein polymeres Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel eine von einem Monomer der folgenden Formel (I) abgeleitete Struktureinheit enthält:
in der R1 eine Alkylgruppe, R2 eine Alkylgruppe oder Arylgruppe, R3 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, L eine Verbindungseinheit aus der Gruppe bestehend aus CO-NH, CO-O und CO und R4 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe bedeutet, und das Verhältnis des Pigments zum Bindemittel zumindest 4 beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform bedeuten R1, R2 und R3 eine Methylgruppe, bedeutet L eine CO-NH-Gruppe und bedeutet R4 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe, d.h. das Monomer ist Diaceton(meth)acrylamid.
Vorzugsweise handelt es sich beim polymeren Bindemittel um ein Copolymerisat aus dem Monomer der Formel (I) und anderen Typen von Monomeren. Ganz besonders bevorzugt ist das polymere Bindemittel ein Copolymerisat aus Vinylalkohol, Vinylacetat und Diacetonacrylamid.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die verschiedenen Schichten und Inhaltsstoffe des erfindungsgemäßen tintenaufnehmenden Mediums werden nun im Nachstehenden im Einzelnen erläutert.
- Träger
Als Träger zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind aus der fotografischen Technologie allgemein bekannte Papierträger und polymere Träger zu nennen. Geeignete Papiertypen sind u.a. Normalpapier, gussgestrichenes Papier, polyethylenbeschichtetes Papier und polypropylenbeschichtetes Papier. Geeignete polymere Träger sind u.a. Träger aus Celluloseacetatpropionat oder Celluloseacetatbutyrat, Polyestern wie Polyethylenterephthalat und Polyethylennaphthalat, Polyamiden, Polycarbonaten, Polyimiden, Polyolefinen, Poly(vinylacetalen), Polyethern und Polysulfonamiden. Weitere Beispiele für erfindungsgemäß nutzbare hochqualitative polymere Träger sind u.a. lichtundurchlässige Träger aus weißem Polyester und Extrusionsgemischen aus Polyethylenterephthalat und Polypropylen. Aufgrund ihrer hervorragenden Formbeständigkeitseigenschaften werden Polyesterfilmträger und insbesondere Polyethylenterephthalatträger bevorzugt. Bei Verwendung eines solchen Polyesterträgers als Trägermaterial darf eine Haftschicht verwendet werden, um die Haftung der tintenaufnehmenden Schicht am Träger zu verbessern. Für diesen Zweck nutzbare Haftschichten sind allgemein bekannt aus dem fotografischen Bereich. Als Beispiele sind u.a. Polymere aus Vinylidenchlorid wie Terpolymere aus Vinylidenchlorid, Acrylnitril und Acrylsäure oder Terpolymere aus Vinylidenchlorid, Methylacrylat und Itakonsäure zu erwähnen.
- tintenaufnehmende Schicht
Das wesentliche Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht darin, das die poröse tintenaufnehmende Schicht außer einem Pigment auch ein polymeres Bindemittel mit einer von einem Monomer der Formel (I) abgeleiteten Struktureinheit enthält.
Nutzbare Monomere zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind in nachstehender Liste aufgelistet. Diacetonacrylamid, CASRN. 2873-97-4:
4-Methyl-1-octen-3,6-dion, CASRN 172946-87-1:
Diacetonmethacrylamid, CASRN 22029-67-0:
2-Methyl-2-propensäure-1,1-dimethyl-3-oxobutylester, CASRN 93940-09-1:
3-Oxo-1,1-dimethylbutylacrylat, CASRN155844-84-1:
N-(1-Methyl-1-ethyl-3-oxopentyl)-acrylamid, CASRN10193-02-9:
Diacetophenonacrylamid, CASRN20282-44-4:
N-(1-Isopropyl-1,5-dimethyl-3-oxohexyl)-acrylamid, CASRN40660-71-7:
N-[1,5-Dimethyl-1-(2-methyl-1-propyl)-3-oxohexyl]-acrylamid, CASRN10193-03-0:
N-(1,3-Dicyclohexyl-1-methyl-3-oxopropyl)-acrylamid, CASRN40660-70-6:
Solche Comonomere beinhalten als Vorteil, dass sie selbstvernetzend sind, die Vernetzung durch ein separates Vernetzungsmittel verbessern oder über ihre funktionelle Gruppe eine Wechselwirkung mit dem anorganischen Pigment eingehen können. Gegenüber ähnlichen polymeren Bindemitteln, die dieses funktionelle Monomer aber nicht enthalten, wartet die pigmentierte Schicht eindeutig mit einer verbesserten mechanischen Festigkeit und weniger Rissbildung auf. Außer der verbesserten Reißfestigkeit können ferner ein sehr hoher Glanz und hohe Druckdichten erhalten werden.
Das erfindungsgemäß verwendete polymere Bindemittel kann mit Fachleuten allgemein bekannten herkömmlichen Bindemitteln versetzt werden.
Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der tintenaufnehmenden Schicht ist ein Pigment.
Das in der tintenanziehenden Schicht verwendete Pigment ist vorzugsweise ein anorganisches, neutrales, anionisches oder kationisches Pigment. Zu nutzbaren Pigmenten zählen z.B. Kieselsäure, Talk, Ton, Hydrotalcit, Kaolin, Diatomeenerde, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat, Aluminiumsilikat, Aluminiumtrihydroxid, Aluminiumoxid (Tonerde), Titanoxid, Zinkoxid, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Zinksulfid, Satinweiß, Aluminiumhydroxid wie Böhmit, Zirconiumoxid oder Mischoxide.
Bevorzugt wird ein kationisches Pigment aus der Gruppe bestehend aus Tonerdehydraten, Aluminiumoxiden, Aluminiumhydroxiden, Aluminiumsilikaten und kationisch modifizierten Kieselsäuren.
Ein bevorzugter Typ von Aluminiumhydroxid ist kristallines Böhmit, ebenfalls γ-AlO(OH) genannt. Nutzbare Typen von Böhmit sind u.a., in Pulverform, DISPERAL, DISPERAL HP14 und DISPERAL 40 von Sasol, MARTOXIN VPP2000-2 und GL-3 von Martinswerk GmbH, und Flüssig-Böhmit-Tonerdesysteme, z.B. DISPAL 23N4-20, DISPAL 14N-25 und DISPERAL AL25 von Sasol. Patentschriften über Aluminiumhydroxid sind u.a. EP 500 021 , EP 634 286 , US 5 624 428 , EP 742 108 , US 6 238 047 , EP 622 244 , EP 810 101 usw.
Nutzbare kationische Aluminiumoxid-Typen (Tonerde-Typen) sind u.a. α-Al₂O₃-Typen, wie NORTON E700 von Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc., γ-Al₂O₃-Typen, wie ALUMINUM OXID C von Degussa, andere Aluminiumoxidklassen, wie BAIKALOX CR15 und CR30 von Baikowski Chemie, DURALOX-Klassen und MEDIALOX-Klassen von Baikowski Chemie, BAIKALOX CR80, CR140, CR125 und B105CR von Baikowski Chemie, CAB-O-SPERSE PG003, Warenzeichen von Cabot, CATALOX-Klassen und CATAPAL-Klassen von Sasol, wie PLURALOX HP14/150, kolloidale Al₂O₃-Typen, wie ALUMINASOL 100, ALUMINASOL 200, ALUMINASOL 220, ALUMINASOL 300 und ALUMINASOL 520, Warenzeichen von Nissan Chemical Industries, oder NALCO 8676, Warenzeichen von ONDEO Nalco.
Weitere nutzbare kationische anorganische Pigmente sind u.a. Aluminiumtrihydroxide, wie Bayerit, α-Al(OH)₃, wie das von Sasol vertriebene PLURAL BT, und Gibbsit, γ-Al(OH)₃, wie die von Martinswerk GmbH vertriebenen MARTINAL-Klassen, die von Martinswerk GmbH vertriebenen MARTIFIN-Klassen, wie MARTIFIN OL 104, MARTIFIN OL 107 und MARTIFIN OL 111, MICRAL-Klassen, wie MICRAL 1440, MICRAL 1500, MICRAL 632, MICRAL 855, MICRAL 916, MICRAL 932, MICRAL 932CM und MICRAL 9400 von JM Huber Company, HIGILITE-Klassen, z.B. HIGILITE H42 oder HIGILITE H43M von Showa Denka K.K., und HYDRAL COATES-Klasen von Alcoa Co., wie HYDRAL COAT 2, 5 und 7, HYDRAL PGA und HYDRAL 710.
Ein weiterer nutzbarer Typ von kationischem Pigment ist Zirconiumoxid, wie NALCO OOSS008, Warenzeichen von ONDEO Nalco, und mit Acetat stabilisiertes ZrO₂ und ZR20/20, ZR50/20, ZR100/20 und ZRYS4, Warenzeichen von Nyacol Nano Technologies.
Nutzbare Mischoxide sind u.a. die SIRAL-Klassen von Sasol und ferner kolloidale Metalloxide von Nalco, wie Nalco 1056, Nalco TX10496 und Nalco TX11678.
Ein weiterer bevorzugter Typ von anorganischem Pigment ist Kieselsäure und zwar in ihrer anionischen Basisform oder kationisch modifizierter Form. Kieselsäure als Pigment in tintenanziehenden Elementen wird beschrieben in zahlreichen alten und rezenten Patentschriften, z.B. US 4 892 591 , US 4 902 568 , EP 373 573 , EP 423 829 , EP 487 350 , EP 493 100 , EP 514 633 usw. Es kommen verschiedene Typen von Kieselsäure in Frage, wie kristalline Kieselsäure, amorfe Kieselsäure, Fällungskieselsäure, Gasphasen-Kieselsäure, Kieselgel, sphärische Kieselsäure und nicht-sphärische Kieselsäure. Die Kieselsäure kann geringe Mengen eines Metalloxids aus der Gruppe bestehend aus Al, Zr und Ti enthalten. Nutzbare Typen sind u.a. AEROSIL OX50 (spezifische Oberfläche nach der BET-Methode: 50 + 15 m²/g, mittlere primäre Teilchengröße 40 nm, SiO₂-Gehalt > 99,8%, Al₂O₃-Gehalt < 0,08%), AEROSIL MOX170 (spezifische Oberfläche nach der BET-Methode: 170 g/m², mittlere primäre Teilchengröße 15 nm, SiO₂-Gehalt > 98,3%, Al₂O₃-Gehalt 0,3–1,3%), AEROSIL MOX80 (spezifische Oberfläche nach der BET-Methode: 80 + 20 g/m², mittlere primäre Teilchengröße 30 nm, SiO₂-Gehalt > 98,3%, Al₂O₃- Gehalt 0,3–1,3%) oder andere hydrophile AEROSIL-Klassen von Degussa-Hüls AG, mit denen wässrige Dispersionen mit kleiner mittlerer Teilchengröße (< 500 nm) erhalten werden können.
Kationisch modifizierte Kieselsäure kann in nicht-limitativer Weise nach den folgenden Verfahren hergestellt werden:

(1) Oberflächenbehandlung von Kieselsäure mit einer anorganischen kationischen Verbindung wie gewissen Metalloxiden und Oxyhydroxiden, z.B. Aluminiumoxiden, und Aluminiumhydroxiden wie Böhmit und Pseudo-Böhmit/eine nutzbare kationische anorganische Verbindung zur Modifizierung von Kieselsäure ist Pseudo-Böhmit. Pseudo-Böhmit wird ebenfalls als Böhmitgel bezeichnet und ist feinteiliges nadelförmiges Aluminiumhydroxid. Die Zusammensetzung von Pseudo-Böhmit entspricht der allgemeinen Formel Al₂O₃·1,5-2H₂O und ist unterschiedlich zur Formel von kristallinem Böhmit,
(2) Oberflächenbehandlung von Kieselsäure mit einer organischen Verbindung, die sowohl eine Aminogruppe oder eine daraus hergestellte quaternäre Ammoniumgruppe oder quaternäre Phosphoniumgruppe als eine funktionelle, gegenüber einer Silanolgruppe auf der Oberfläche der Kieselsäure reaktive Gruppe, wie Aminethoxysilan oder Aminalkylglycidylether oder Isopropanolamin, enthält, und
(3) Polymerisation eines kationischen Monomers oder eines Monomers mit einer Aminfunktion in Gegenwart einer Kieselsäure.

In einer alternativen Ausführungsform können als Pigment organische Teilchen wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Silikone, Melamin-Formaldehyd-Kondensationspolymere, Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationspolymere, Polyester und Polyamide verwendet werden. Gemische aus anorganischen und organischen Pigmenten kommen auch ebenfalls in Frage. Ganz besonders bevorzugt ist das Pigment aber ein anorganisches Pigment.
Das Pigment ist in einem Verhältnis zu verwenden, das hinreicht, um die tintenanziehende Schicht genügend porös zu machen.
Zum Erhalten glänzender tintenanziehender Schichten soll die Teilchengröße des Pigments vorzugsweise weniger als 500 nm betragen. Zum Erhalten einer porösen glänzenden Schicht, die als tintenanziehende Schicht mit schneller Tintenaufnahme dienen kann, soll das Pigment-Bindemittel-Verhältnis zumindest 4 betragen. Nur bei solch hohen Verhältnissen ist das Bindemittel nicht länger in der Lage, alle durch die Pigmente erzeugten Poren und Hohlräume in der Beschichtung aufzufüllen. Damit die Porosität der Beschichtung für eine schnelle Tinteaufnahme hinreicht, soll das Porenvolumen dieser Beschichtungen mit hohem Pigmentgehalt mehr als 0,1 ml pro Gramm aufgetragener Feststoff betragen. Dieses Porenvolumen kann durch Gasadsorption (Stickstoff) oder Quecksilberdiffusion gemessen werden.
Die tintenanziehende Schicht kann eine einzelne Schicht oder aber eine aus zwei oder sogar noch mehr Schichten bestehende Anordnung sein. In letzteren Fällen ist bzw. sind das polymere Bindemittel und/oder das Pigment in einer der Schichten, in verschiedenen der Schichten oder aber in allen Schichten enthalten.
Außer den obenbeschriebenen Hauptinhaltsstoffen kann ferner eine als Beizmittel wirkende kationische Substanz in der tintenanziehenden Schicht verwendet werden. Solche Substanzen steigern die Fähigkeit der Schicht, den Farbstoff der Tintentropfen zu fixieren und festzuhalten. Eine besonders geeignete Verbindung ist ein Poly(diallyldimethylammoniumchlorid) oder abgekürzt ein Poly(DADMAC). Diese Verbindungen sind durch verschiedene Firmen erhältlich, z.B. Aldrich, Nalco, CIBA, Nitto Boseki Co., Clariant, BASF und EKA Chemicals.
Weitere nutzbare kationische Verbindungen sind u.a. DADMAC-Copolymere wie Copolymere mit Acrylamid, z.B. NALCO 1470, Warenzeichen von ONDEO Nalco, oder PAS-J-81, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., Copolymere von DADMAC mit Acrylaten, wie Nalco 8190, Warenzeichen von ONDEO Nalco, Copolymere von DADMAC mit SO₂, wie PAS-A-1 oder PAS-92, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., ein Copolymer von DADMAC mit Maleinsäure, z.B. PAS-410, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., ein Copolymer von DADMAC mit Diallyl-(3-chlor-2-hydroxypropyl)-aminhydrochlorid, z.B. PAS-880, Warenzeichen von Nitto Boseki Co., Dimethylamin-Epichlorhydrin-Copolymere, z.B. Nalco 7135, Warenzeichen von ONDEO Nalco, oder POLYFIX 700, Warenzeichen von Showa High Polymer Co., andere nutzbare POLYFIX-Klassen wie POLYFIX 601, POLYFIX 301, POLYFIX 301A, POLYFIX 250WS und POLYFIX 3000, NEOFIX E-117, Warenzeichen von Nicca Chemical Co. für ein Polyoxyalkylenpolyamindicyandiamin, REDIFLOC 4150, Warenzeichen von EKA Chemicals für ein Polyamin, mit MADAME (Methacrylatdimethylaminethyl = Dimethylaminethylmethacrylat) oder MADQUAT (Methacryloxyethyltrimethylammoniumchlorid) modifizierte Polymere, z.B. ROHAGIT KL280, ROHAGIT 210, ROHAGIT SL144, PLEX 4739L und PLEX 3073 von Röhm, DIAFLOC KP155 und andere DIAFLOC-Produkte von Diafloc Co., BMB 1305 und andere BMB-Produkte von EKA Chemicals, kationische Epichlorhydrin-Addukte, wie POLYCUP 171 und POLYCUP 172, Warenzeichen von Hercules Co., CYPRO-Produkte, z.B. CYPRO 514/515/516 und SUPERFLOC 507/521/567 von Cytec Industries, kationische Acrylpolymere, wie ALCOSTAT 567, Warenzeichen von CIBA, kationische Cellulose-Derivate wie CELQUAT L-200, H-100, SC-240C und SC-230M, Warenzeichen von Starch & Chemical Co., QUATRISOFT LM200, UCARE-Polymere, wie JR125, JR400, LR400, JR30M und LR30M und das UCARE-Polymer LK, PALSET JK-512, PALSET JK512L, PALSET JK-182, PALSET JK-220, WSC-173, WSC-173L, PALSET JK-320, PALSET JK-320L und PALSET JK-350, alle Fixiermittel von Chukyo Europe, Polyethylenimin und Polyethylenimin-Copolymere, z.B. LUPASOL, Warenzeichen von BASF AG, Triethanolamintitanchelat, z.B. TYZOR, Warenzeichen von Du Pont Co., Copolymere von Vinylpyrrolidon, wie VIVIPRINT 111, Warenzeichen von ISP, ein Methacrylamidpropyldimethylamin-Copolymer mit Dimethylaminethylmethacrylat, wie COPOLYMER 845 und COPOLYMER 937, Warenzeichen von ISP, und mit Vinylimidazol, z.B. LUVIQUAT CARE, LUVITEC 73W, LUVITEC VPI55 K18P, LUVITEC VP155 K72W, LUVIQUAT FC905, LUVIQUAT FC550, LUVIQUAT HM522 und SOKALAN HP56, alle Warenzeichen von BASF AG, Polyamidamine, z.B. RETAMINOL und NADAVIN, Warenzeichen von BAYER AG, Phosphoniumverbindungen, wie die in EP 609 930 beschriebenen, und andere kationische Polymere, wie NEOFIX RD-5, Warenzeichen von Nicca Chemical Co.
Die tintenanziehende Schicht und eine eventuelle Hilfsschicht, wie eine als Rollschutzschicht dienende Rückschicht, kann bzw. können ferner allgemein bekannte herkömmliche Inhaltsstoffe, wie als Gießzusätze dienende Tenside, Härter, Weichmacher, Weißmacher und Mattiermittel, enthalten.
Es können Tenside in den Schichten des erfindungsgemäßen Aufzeichnungselements verwendet werden. Diese Tenside können kationische, anionische, amfotere und nicht-ionische Tenside sein, wie beschrieben in JP 62-280068 (1987). Beispiele für Tenside sind N-Alkylaminosäuresalze, Alkylethercarbonsäuresalze, acylierte Peptide, Alkylsulfonsäuresalze, Alkylbenzolsulfonsäuresalze und Alkylnaphthalinsulfonsäuresalze, Sulfobernsteinsäuresalze, α-Olefinsulfonsäuresalze, N-Acylsulfonsäuresalze, sulfonierte Öle, Alkylsulfonsäuresalze, Alkylethersulfonsäuresalze, Alkylallylethersulfonsäuresalze, Alkylamidsulfonsäuresalze, Alkylphosphorsäuresalze, Alkyletherphosphorsäuresalze, Alkylallyletherphosphorsäuresalze, Alkyl- und Alkylallylpolyoxyethylenether, mit Alkylallylformaldehyd anellierte Säuresalze, Alkylallylethersulfonsäuresalze, Alkylamidsulfonsäuresalze, Alkylphosphorsäuresalze, Alkyletherphosphorsäuresalze, Alkylallyletherphosphorsäuresalze, Alkyl- und Alkylallylpolyoxyethylenether, mit Alkylallylformaldehyd anellierte Polyoxyethylenether, Blockpolymere mit Polyoxypropylen, Polyoxyethylenpolyoxypropylalkylether, Polyoxyethylenether von Glycolestern, Polyoxyethylenether von Sorbitanestern, Polyoxyethylenether von Sorbitestern, alifatische saure Polyethylenglycolester, Glycerinester, Sorbitanester, Propylenglycolester, Zuckerester, Fluor-C₂-C₁₀-alkylcarbonsäuren, Dinatrium-N-perfluoroctansulfonylglutamat, Natrium-3-(fluor-C₆-C₁₁-alkyloxy)-1-C₃-C₄-alkylsulfonate, Natrium-3-(ω-fluor-C₆-C₈-alkanoyl-N-ethylamin)-1-propansulfonate, N-[3-(Perfluoroctansulfonamid)-propyl]-N,N-dimethyl-N-carboxymethylenammoniumbetain, Fluor-C₁₁-C₂₀-alkylcarbonsäuren, Perfluor-C₇-C₁₃-alkylcarbonsäuren, Perfluoroctansulfonsäurediethanolamid, Li-, K- und Na-Perfluor-C₄-C₁₂-alkylsulfonate, N-Propyl-N-(2-hydroxyethyl)-perfluoroctansulfonamid, Perfluor-C₆-C₁₀-alkylsulfonamidpropylsulfonylglycinate, Bis-(N-perfluoroctylsulfonyl-N-ethanolaminethyl)-phosphonat, Monoperfluor-C₆-C₁₆-alkylethylphosphonate und Perfluoralkylbetain.
Zu nutzbaren kationischen Tensiden zählen N-Alkyldimethylammoniumchlorid, Palmityltrimethylammoniumchlorid, Dodecyldimethylamin, Tetradecyldimethylamin, ein ethoxylierter Alkylguanidinaminkomplex, Oleaminhydroxypropylbistrimoniumchlorid, Oleylimidazolin, Stearylimidazolin, Cocaminacetat, Palmitamin, Dihydroxyethylcocamin, Cocotrimoniumchlorid, Alkylpolyglycoletherammoniumsulfat, ethoxyliertes Oleamin, Laurylpyridiniumchlorid, N-Oleyl-1,3-diaminpropan, Stearamidpropyldimethylaminlactat, Kokosfettsäureamid, Oleylhydroxyethylimidazolin, Isostearylethylimidoniumethosulfat, Lauramidpropyl-PEG-dimoniumchloridphosphat, Palmityltrimethylammoniumchlorid und Cetyltrimethylammoniumbromid.
Besonders nutzbare Tenside sind die wie z.B. in US-P 4 781 985 beschriebenen Fluorkohlenstofftenside der Formel F(CF₂)_4-9CH₂CH₂SCH₂CH₂N⁺R₃X^–, in der R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe bedeutet, und die in US-P 5 084 340 beschriebenen Fluorkohlenstofftenside der Formel CF₃(CF₂)_mCH₂CH₂O(CH₂CH₂O)_nR, in der m = 2 bis 10, n = 1 bis 18 und R ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet. Diese Tenside sind erhältlich durch DuPont und 3M. Das Verhältnis der Tensidkomponente in der tintenanziehenden Schicht liegt in der Regel zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,4 und 1,5 Gew.-% und beträgt ganz besonders bevorzugt 0,75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Schicht.
Es kann ebenfalls separat ein Vernetzungsmittel in die tintenanziehende Schicht und/oder in eine Hilfsschicht eingebettet werden. Es gibt eine Vielzahl bekannter, ebenfalls als Härter bezeichneter Vernetzungsmittel, die die filmbildenden Bindemittel vernetzen. Härter können einzeln oder kombiniert und in freier oder blockierter Form benutzt werden. Es gibt eine breite Auswahl an erfindungsgemäß nutzbaren Härtern. Dazu zählen Formaldehyd und freie Dialdehyde, wie Succinaldehyd und Glutaraldehyd, blockierte Dialdehyde, aktive Ester, Sulfonatester, aktive Halogenverbindungen, Isocyanat oder blockierte Isocyanate, polyfunktionelle Isocyanate, Melamin-Derivate, s-Triazine und Diazine, Epoxide, aktive Olefine mit zwei oder mehr aktiven Bindungen, Carbodiimide, Zirconiumkomplexe, z.B. BACOTE 20, ZIRMEL 1000 oder Zirconiumacetat, Warenzeichen von MEL Chemicals, Titankomplexe, wie die TYZOR-Klassen von DuPont, in der 3-Stellung substituierte Isoxazoliumsalze, Ester von 2-Alkoxy-N-carboxydihydrochinolin, N-Carbamoylpyridiniumsalze, Härter mit gemischter Funktion, wie halogensubstituierte Aldehydsäuren (z.B. Mucochlor- und Mucobromsäuren), oniumsubstituierte Acroleine und Vinylsulfone und polymere Härter, wie Dialdehydstärken und ein Copolymer aus Acrolein und Methacrylsäure, Polymere mit einer Oxazolinfunktion, wie z.B. die EPOCROS WS-500-Serie und die EPOCROS K-1000-Serie, und Maleinsäureanhydrid-Copolymere, z.B. GANTREZ AN119.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung wird aber Borsäure als Vernetzungsmittel bevorzugt.
Die tintenanziehende Schicht und die eventuelle(n) Hilfsschicht(en) können ferner einen Weichmacher enthalten, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol, Propylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerinmonomethylether, Glycerinmonochlorhydrin, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Harnstoffphosphat, Triphenylphosphat, Glycerinmonostearat, Propylenglycolmonostearat, Tetramethylensulfon, n-Methyl-2-pyrrolidon und n-Vinyl-2-pyrrolidon.
Die verschiedenen Schichten können nach einer herkömmlichen Beschichtungstechnik, wie Tauchbeschichtung, Rakelbeschichtung, Extrusionsbeschichtung, Aufschleudern, Kaskadenbeschichtung und Vorhangbeschichtung, auf den Träger angebracht werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.
BEISPIELE
Beispiel 1
Folgende polymere Bindemittel werden verwendet:

• Bezugsbindemittel für die vergleichende Probe: der kationische Polyvinylalkohol GOSHEFIMER K210, Warenzeichen von Nippon Gohsei, 13-1, Muroyama 2-chome, Ikaraki, Osaka 567–0052, Japan. Gohsefimer K210 weist einen Hydrolysegrad zwischen 85,5 und 88,0 mol-% auf. Eine 4%ige wässrige Lösung von Gohsefimer K210 weist eine Viskosität zwischen 18,0 und 22,0 mPa·s auf.
• Bindemittel für die erfindungsgemäße Probe: D700, Warenzeichen von Unitika LTD, 4-1-3 Kyutara-Machi Chuo-Ku, Osaka, 541–8566 Japan, für ein modifiziertes Polyvinylalkoholcomonomer aus einem Vinylalkoholmonomer, einem Vinylacetatmonomer und einem Diacetonacrylamidmonomer. D700 hat das Aussehen cremefarbener Körnchen. Eine 4%ige wässrige Lösung weist eine mit einem Brookfield-Viskosimeter gemessene Viskosität zwischen 20 und 30 mPa·s bei 20°C auf.

Es werden Beschichtungsflüssigkeiten zur Bildung tintenanziehender Schichten hergestellt, indem 30 Feststoffgewichtsteile einer 40%igen wässrigen Lösung von Tonerde (CAB-O-SPERSE PG003, erhältlich durch Cabot Corp.) und 1,3 Gewichtsteile einer 4%igen wässrigen Borsäurelösung zu 7,4 Gewichtsteilen einer 10%igen wässrigen Lösung des Polyvinylalkohols GOSHEFIMER K210 (erhältlich durch Nippon Gohsei) für die vergleichende Probe oder zu 6,3 Gewichtsteilen einer 10%igen wässrigen Lösung des modifizierten Polyvinylalkohols D700 für die erfindungsgemäße Probe gegeben werden.
Die Beschichtungsflüssigkeit wird durch Stabbeschichtung mit Mayer-Rakel auf einen substrierten PET-Bogen (mit einer Stärke von 100 μm) aufgetragen und bildet nach Trocknung bei 40°C eine tintenanziehende Schicht mit einem Trockenschichtgewicht von 31,5 g/m². Der Spiegelglanz wird bei 60°C gemessen und die Rissbildung der Beschichtung visuell ausgewertet.
Auf den aufgerakelten Beschichtungsproben werden mittels eines EPSON STYLUS Photo 870-Tintenstrahldruckers (Warenzeichen von Seiko Epson Corp.) Farbfelder mit Primärfarben und Sekundärfarben gedruckt. Anhand dieser Farbfelder können die Trocknungszeit und die Farbdichte gemessen werden. Die Trocknungszeit entspricht der Zeit, nach der sich das gedruckte 100%ige Cyanfeld nicht mehr mit den Fingern verschmieren lässt. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 1 aufgelistet. TABELLE 1

Probe Glanz Rissbildung TZ* (s) Gelbdichte Magentadichte Cyandichte Schwarzdichte

vergl. 44,9 nein 11 1,30 1,52 1,97 1,82

erf. 74,2 nein 12 1,41 1,71 2,18 1,95

* TZ = Trocknungszeit

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die aufgetragene und bedruckte erfindungsgemäße Probe, die Verbindung D700 als Bindemittel enthält, mit einem höheren Glanz und höheren Farbdichten aufwartet und zwar ohne Einbuße an den physikalischen Eigenschaften wie Trocknungszeit und Reißfestigkeit.
Beispiel 2
Zur Herstellung eines erfindungsgemäß verwendeten polymeren Bindemittels über eine semikontinuierliche Emulsionspolymerisation von Butylacrylat und Diacetonacrylamid wird wie folgt vorgegangen.
10,8 g des kationischen Tensids Cetyltrimethylammoniumbromid werden unter Rühren bei 250 Umdrehungen/Min. in einem doppelwandigen 2 Liter-Reaktionsgefäß mit Stickstofffluss in 1.412 g Wasser gelöst. Anschließend wird das Reaktionsgefäß auf 85°C erhitzt. Dann werden 37,8 g Butylacrylat und 16,2 g Diacetonacrylamid in das Reaktionsgefäß gegeben und wird die Emulsion 5 Minuten gerührt. Anschließend wird durch Zugabe eines Gemisches aus 0,54 g einer 30%igen wässrigen H₂O₂-Lösung und 0,81 g Ascorbinsäure eine Latexkeimbildungsreaktion ausgelöst. Nach beendeter Latexkeimbildungsreaktion werden über 90 Minuten hinweg 214,2 g Butylacrylat und 91,8 g Diacetonacrylamid in das Reaktionsgefäß gepumpt. Zu gleicher Zeit aber wird über 110 Minuten hinweg auch eine Initiatorlösung, die ein Gemisch aus 3,06 g einer 30%igen wässrigen H₂O₂-Lösung und 0,81 g Ascorbinsäure enthält, in das Reaktionsgefäß eindosiert.
Sind alle Inhaltsstoffe einmal in das Reaktionsgefäß gegeben, lässt man die Reaktion 30 Minuten weiterlaufen, wonach das Restmonomer durch 1stündige Vakuumdestillation abdestilliert wird. Das Reaktionsgefäß wird auf Zimmertemperatur abgekühlt und der Latex anschließend über grobkörniges Filtrierpapier abfiltriert. Die Emulsionspolymerisation ergibt einen Latex mit einer mittleren Teilchengröße von 81 nm, einem pH von 2,31, einer Viskosität von 4,3 mPa·s und einem Feststoffgehalt von 21,0 Gew.-%.
Zum Herstellen eines Aufzeichnungsmediums für Tintenstrahldruck wird wie bei der vergleichenden Probe von Beispiel 1 vorgegangen, mit dem Unterschied jedoch, dass bei der Herstellung der Beschichtungsflüssigkeit statt des Polyvinylalkohols 3,0 Teile einer 21%igen wässrigen Emulsion des obenbeschriebenen polymeren Bindemittels, das Butylacrylat- und Diacetonacrylamidmonomere enthält, verwendet werden.
Der Auftrag und das Bedrucken der Proben erfolgen analog vergleichendem Beispiel 1. Das Ineinanderbluten von Farben wird gemäß einer willkürlich gewählten Skala von 1 bis 5 ausgewertet, wobei 5 das beste Ergebnis ohne Ineinanderbluten von Farben bedeutet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgelistet. TABELLE 2

Probe Glanz Bluten

vergl. Beispiel 1 44,9 2

erf. Beispiel 2 56,8 3
Aus Tabelle 2 lässt sich ersehen, dass die in diesem Beispiel 2 beschriebene aufgetragene und bedruckte erfindungsgemäße Probe mit höherem Glanz und weniger Ineinanderbluten von Farben aufwartet als die vergleichende Probe.
Nach der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dürfte es den Fachleuten auf diesem Gebiet klar sein, dass hier innerhalb des in den nachstehenden Ansprüchen definierten Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung zahlreiche Modifikationen möglich sind.

Claims

Ein Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck mit einem Träger und zumindest einer tintenanziehenden Schicht, die ein Pigment und ein polymeres Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel eine von einem Monomer der folgenden Formel (I) abgeleitete Struktureinheit enthält:
in der R1 eine Alkylgruppe, R2 eine Alkylgruppe oder Arylgruppe, R3 ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe oder eine Arylgruppe, L eine Verbindungseinheit aus der Gruppe bestehend aus CO-NH, CO-O und CO und R4 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe bedeutet, und das Verhältnis des Pigments zum Bindemittel zumindest 4 beträgt.
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel ein Copolymerisat aus dem Monomer der Formel (I) und zumindest einem anderen Monomer aus der Gruppe bestehend aus Vinylalkohol, Vinylamin, Allylamin, Acrylaten, Methacrylaten, Acrylamiden, Methacrylamiden, Allylethern, Vinylethern, Vinylestern, Styrol und Styrol-Derivaten, Vinylacetamid und Vinylformamid ist.
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomer der Formel (I) Diacetonacrylamid oder Diacetonmethacrylamid ist, wobei R1, R2 und R3 eine Methylgruppe bedeuten, L CO-NH bedeutet und R4 ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe bedeutet.
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel ein Copolymerisat aus Vinylalkohol, Vinylacetat und Diacetonacrylamid ist.
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel ein Copolymerisat aus n-Butylacrylat und Diacetonacrylamid ist.
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment ein anorganisches Pigment ist.
Aufzeichnungsmaterial für Tintenstrahldruck nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Pigment aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Böhmit, Pseudo-Böhmit, Gibbsit, Bayerit, Aluminiumhydroxid, Kieselsäure, Ton, Calciumcarbonat, Zirconium-Typen und Gemischen aus anorganischen Oxiden und Hydroxiden gewählt wird.