DE69523240T2

DE69523240T2 - Nichthaftendes, klares Farbakzeptorblatt

Info

Publication number: DE69523240T2
Application number: DE69523240T
Authority: DE
Inventors: David Atherton; Miaoling Huang; Steven J. Sargeant; Kang Sun; Sen Yang
Original assignee: Arkwright Inc
Current assignee: Arkwright Inc
Priority date: 1994-07-18
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: DE69523240D1; CA2154016A1; EP0698502B1; EP0698502A1; JP2760961B2; CA2154016C; US5714245A; JPH0852937A

Description

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Farbakzeptorblatt, insbesondere ein transparentes Farbakzeptorblatt mit Antihafteigenschaften für die Verwendung mit Tintenstrahldruckern.

Beschreibung des Standes der Technik

Um beim Tintenstrahldrucken auf einem Farbakzeptorblatt eine hohe Farbdichte und -treue zu erreichen, ist die Farbaufnahme des Farbakzeptorblattes üblicherweise hoch. Gegenwärtig im Handel erhältliche Farbakzeptorblätter, insbesondere transparente Farbakzeptorblätter, erlauben jedoch keine hohe Farbaufnahme, wegen einer Haftung zwischen dem Bild, das auf dem Farbakzeptorblatt gebildet wird, und irgendwelchen Materialien, die mit dem Bild in Kontakt kommen können. Mit anderen Worten, wegen der Natur der Tinte und des Farbakzeptorblattes wird die Tinte unerwünscht von dem Farbakzeptorblatt auf Materialien übertragen, die damit in Kontakt kommen. Diese Verblockung ist auf diesem Gebiet zu einem der hauptsächlichen Probleme geworden, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-Tintenstrahldruckern.
Es sind zahlreiche Ansätze zur Verbesserung der Antiverblockungseigenschaften von Farbakzeptorblättern unternommen worden. Für die Verwendung in verschiedenen Farbakzeptorblättern sind eine Anzahl von Gestaltungen vorgeschlagen worden. Iqbal et al., US-Patent 4 935 307 beschreibt eine für Tinte durchlässige Schutzschicht, die ein partikelförmiges Material enthält; Desjarlais, US- Patent 4 775 594 beschreibt die Verwendung von Silika als ein Antihaftmittel; Light, US-Patent 5 084 338 diskutiert inerte Partikel mit einer Partikelgröße von 25 um oder weniger; Bedell, US-Patent 4 547 405 diskutiert ebenfalls die Verwendung von Partikeln wie etwa Glasperlen in dem Farbakzeptorblatt. Obgleich diese Vorschläge die Verwendung von Partikeln beinhalten, wurden in keinem von ihnen die Schlüsselparameter spezifiziert: Partikelgrößenverteilung, Begrenzung der Partikelgröße und Brechungsindex. Erwünschte Antihafteigenschaften und Klarheit können nur erreicht werden, wenn die Partikelgröße, die Partikelgrößenverteilung und der Brechungsindex optimiert werden. Wenn die Partikelgröße zu klein ist, dringen die Partikel nicht durch die farbaufnehmende Beschichtung, und die Verblockungsfreiheit ist gering. Wenn die Partikel zu groß sind, werden die Partikel projiziert, wenn das Farbakzeptorblatt als ein Transparent für die Präsentation benutzt wird. Darüber hinaus beeinflußt der Unterschied im Brechungsindex zwischen den Partikeln und der farbaufnehmenden Beschichtung die Klarheit und die Projektionsqualität. Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen beseitigen die Probleme auf diesem Gebiet offensichtlich nicht. Diese Gestaltungen müssen einen Kompromiß schließen zwischen der Verblockungsfreiheit und der Klarheit. Infolgedessen muß ein unerwünschter Kompromiß gemacht werden zwischen der Farbaufnahme und der Verblockungsfreiheit.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine optimierte Gestaltung, die sowohl ausgezeichnete Verblockungsfreiheit als auch hohe Klarheit des Farbakzeptorblattes bietet.

Kurzdarstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein transparentes Farbakzeptorblatt zu schaffen, das die bei herkömmlichen Farbakzeptorblättern auftretenden Verblockungsprobleme vermeidet, unter Beibehaltung von hoher Farbaufnahme und Klarheit.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine farbaufnehmende Beschichtung für ein Farbakzeptorblatt zu schaffen, die Antihafteigenschaften ergibt, ohne daß eine separate, für Tinte durchlässige Schutzschicht benötigt wird, unter Beibehaltung hoher Farbaufnahme und guter Klarheit.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Tintenstrahldurekverfahren zum Drucken von Bildern auf transparente Farbakzeptorblätter anzugeben, daß die bei herkömmlichen Verfahren auftretenden Probleme vermeidet.
Diese und weitere Ziele und Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erreicht, die eine Lösung zur Befriedigung des Bedarfs an verblockungsfreien klaren Farbakzeptorblättern bietet. Die Verbesserungen bei der Verblockungsfreiheit und Klarheit werden erfindungsgemäß erreicht durch die Verwendung spezieller partikelförmiger Substanzen als Abstandshalter in dem Farbakzeptorblatt.
Spezieller werden die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht durch ein transparentes Farbakzeptorblatt mit Antihafteigenschaften, das aufweist:
a) ein Polymersubstrat,
b) eine farbaufnehmende Beschichtung auf wenigstens einer Seite des Substrats, mit wenigstens einer Schicht, die eine wasserlösliche Komponente enthält,
c) partikelförmige Substanzen, die in der farbaufnehmenden Beschichtung dispergiert sind und eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 15 um bis etwa 50 um haben, vorzugsweise von etwa 20 um bis etwa 40 um, und eine Spreizung der Partikelgröße, die kleiner oder gleich 1,0, vorzugsweise < 0,8 ist, und
d) partikelförmige Substanzen, die in der farbaufnehmenden Beschichtung dispergiert sind und einen Brechungsindex von etwa 1, 2 bis etwa 2,4 haben, wobei die farbaufnehmende Beschichtung in einer Menge von 2 g/m² bis 30 g/m² vorhanden ist.
Die Ziele und Vorteile werden auch erreicht durch eine farbaufnehmende Beschichtung für ein Farbakzeptorblatt, die enthält:
1) wenigstens eine Schicht, die eine wasserlösliche Komponente enthält, und
2) partikelförmige Substanzen, die darin dispergiert sind und eine durchschnittliche Partikelgröße von 15 um bis etwa 50 um haben, eine Spreizung der Partikelgröße, die kleiner oder gleich 1,0 ist, und einen Brechungsindex von 1, 2 bis etwa 2,4, wobei diese Beschichtung in einer Menge von 2 g/m² bis 30 g/m² vorhanden ist.
Der weitere Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird verdeutlicht durch die nachfolgend gegebene detaillierte Beschreibung. Es versteht sich jedoch, daß die detaillierte Beschreibung und spezielle Beispiele zwar als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betrachtet werden können, jedoch nur zu Illustrationszwecken dienen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Beispiele für geeignete Substrate für das Farbakzeptorblatt umfassen transparente Kunststoffe wie etwa Poly(ethylenterephthalat), Polykarbonat, Polystyrol, Zelluloseester, Poly(vinylazetat) und andere. Die Dicke des Substrats ist nicht besonders beschränkt, sollte jedoch im Bereich von etwa 0,038 - 0,254 mm (1,5 bis etwa 10 mil) vorzugsweise 0,051 - 0,127 mm (2,0 bis 5,0 mil liegen). Die Substrate können vorbehandelt sein, um die Haftung der Beschichtungen daran zu verbessern. Die farbaufnehmende Beschichtung, die auf wenigstens einer Seite des Polymersubstrats angebracht ist, enthält wenigstens eine Schicht, die wenigstens eine wasserlösliche Komponente enthält. Die farbaufnehmende Beschichtung kann einen einschichtigen Aufbau aufweisen oder mehrere Schichten haben. Wenn mehrere Schichten vorhanden sind, können sich die Partikel in irgendeiner dieser Schichten befinden, solange die Partikel an der Oberfläche der farbaufnehmenden Beschichtung freiliegen.
Die farbaufnehmende Beschichtung kann sowohl wasserlösliche als auch wasserunlösliche Komponenten erhalten, solange die farbaufnehmende Beschichtung ihre Tintenaufnahmefunktion erfüllt. Beispiele für wasserlösliche Komponenten umfassen Poly(vinylalkohol), Poly(vinylazetat), Poly(vinylpyrrolidon), Poly(acrylsäure), Zelluloseester, Gelantine, Proteine, Poly(ethylenoxyid), Alginate, Poly(ethylenglykol) und wasserlösliche Gummi. Beispiele für wasserunlösliche Komponenten umfassen Methylmethacrylat, Styrol, Urethan, Butadien, 2-Hydroxyethylacrylat, Ethylacrylat, N-Hydroxyethyl-Acrylamid, N-Hydroxymethyl- Acrylamid und Ethylenterephthalat. Diese wasserlöslichen und wasserunlöslichen Komponenten können als die Komponenten eines Homopoly ners, eines Copolymers oder eines Polymergemisches integriert sein. Das Beschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt von etwa 2 g/m² bis etwa 30 g/m² und vorzugsweise von etwa 4 g/m² bis etwa 20 g/m².
Die in dieser Erfindung beschriebenen Partikelsubstanzen haben eine mittlere Partikelgröße von 15 um bis etwa 50 um, vorzugsweise von etwa 20 um bis etwa 40 um; eine Spreizung der Partikelgröße kleiner oder gleich 1,0, vorzugsweise < 0,8, und einen Brechungsindex von etwa 1, 2 bis etwa 2,4. Beispiele für die Partikelsubstanzen umfassen Glasperlen, Poly(methylmethacrylat), Polystyrol, Stärke, Silika, Polyurethan, Calziumkarbonat und andere organische oder anorganische Partikel mit der spezifizierten Partikelgröße, Partikelgrößenspreizung und Brechungsindex. Die Konzentration der Partikel in dem Farbakzeptorblatt kann je nach Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung und Farbaufnahme zwischen etwa 0,5% und etwa 10% betragen (Gewichtsprozent auf der Basis des Feststoffgehalts der Beschichtung). Üblicherweise sind niedrige Konzentrationen gefordert, wenn große Partikel mit kleiner Spreizung der Partikelgröße benutzt werden.
Die Glattheit des in dieser Erfindung beschriebenen Farbakzeptorblattes kann von etwa 200 bis etwa 400 Sheffield-Einheiten betragen, vorzugsweise ungefähr 240 bis etwa 360 Sheffield-Einheiten. Die Trübung des Farbakzeptorblattes ist < 8%. Die Sheffield-Glattheit wurde gemessen mit einem Paper Smoothness Tester, Model 538 (Hagerty Technologies). Die Trübung wurde gemessen mit Haze Guard System, XL-211 (BKY Gardner). Die mittlere Partikelgröße und die Partikelgrößenverteilung wurden gemessen mit MasterSizer, MS-20 (Malvern Instruments). Die durchschnittliche Partikelgröße ist definiert durch die mittlere Partikelgröße oder D50. Die Partikelgrößenverteilung ist ausgedrückt durch die Spreizung der Partikelgröße, die definiert ist als:
Partikelgrößenspreizung = (D90-D10)/(D50)
wobei D90 der neunzigste Perzentildurchmesser, D 10 der zehnte Perzentildurchmesser und D50 der fünfzigste Perzentildurchmesser ist.
Wenn die farbaufnehmende Beschichtung sich auf einer Seite des Substrats befindet, kann die Seite des Substrats, die nicht mit der farbaufnehmenden Beschichtung bedeckt ist, eine Rückseitenkaschierung aufweisen, um die elektrostatische Aufladung zu vermindern und die Reibung und Haftung von Blatt zu Blatt zu vermindern. Das Kaschierungsmaterial kann, wie im Stand der Technik bekannt ist, entweder eine Polymerbeschichtung, eine farbaufnehmende Beschichtung, ein Polymerfilm oder Papier sein und ist nicht besonders beschränkt. Um die Verblockung zu verhindern, können die in dieser Erfindung angegebenen Partikelsubstanzen auch dem Rückseiten-Kaschierungsmaterial hinzugefügt sein.
Zum Auftragen der farbaufnehmenden Beschichtung auf das Polymersubstrat kann irgendeines aus einer Anzahl von im Stand der Technik anerkannten Beschichtungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise Walzbeschichtung, Drahtstabbeschichtung, Tauchbeschichtung, Extrusionsbeschichtung, Luftmesser-Beschichtung, Vorhangbeschichtung, Gleitbeschichtung, Rakelbeschichtung oder Siebdruck. Diese Techniken sind im Stand der Technik bekannt.
Die nachstehenden Beispiele dienen lediglich zur Illustration der Erfindung und sind nicht als Beschränkung der Erfindung zu interpretieren. Beispiel 1
1 Poly(vinylpyrrolidon), GAF Corporation
2 Ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Hydroxyethylmethacrylat, 40% Feststoff
3 Glasperlen, die durchschnittliche Partikelgröße beträgt etwa 22 um, die Spreizung der Partikelgröße beträgt etwa 0,72, und der Brechungsindex beträgt etwa 1,65 (Herstellerangaben)
4 Propylenglycol-Monomethylether, Dow Chemical Corporation
5 Hydroxyethylzellulose, Union Carbide
Die Grundierung wurde mit einem Meyerstab Nr. 36 auf die Polyester-Basis aufgetragen. Nach dem Trocknen der Grundierungsschicht, 2 Minuten lang bei 120ºC, wurde die Oberflächenschicht mit einem Meyerstab Nr. 8 unter denselben Bedingungen aufgetragen. Das Trockenbeschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt etwa 10 g/m². Beispiel 2
1 Quaternäres Copolymer aus Methylmethacrylat und Dimethylaminoethyl- Methacrylat, 35% Feststoff.
Die Grundierungsschicht wurde mit einem Meyerstab Nr. 36 auf die Polyesther- Basis aufgetragen. Nach dem Trocknen der Grundierungsschicht, 2 Minuten lang bei 120ºC, wurde die Oberflächenschicht mit einem Meyerstab Nr. 8 unter denselben Bedingung aufgetragen. Das Trockenbeschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt etwa 10 g/m². Beispiel 3
1 Poly(methylmethacrylat), die mittlere Partikelgröße beträgt etwa 28 um, die Spreizung der Partikelgröße beträgt etwa 0,65, und der Brechungsindex beträgt etwa 1,49 (nach J. Brandup & E. H. Immergut, Polymer Handbook, 3. Auflage, John Wily & Sons, 1989).
Die Grundierung wurde mit einem Meyerstab Nr. 38 auf die Polyester-Basis aufgetragen. Nach dem Trocknen der Grundierungsschicht, 2 Minuten lang bei 120ºC, wurde die Oberflächenschicht mit einem Meyerstab Nr. 8 unter denselben Bedingungen aufgetragen. Das Trockenbeschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt etwa 10 g/m². Beispiel 4
1 Ein Pfropf-Copolymer aus Methylmethacrylat und Hydroxyethylmethacrylat, 25º Feststoff
2 Glasperlen, die mittlere Partikelgröße beträgt etwa 41 um, die Spreizung der Partikelgröße beträgt etwa 0,3, und der Brechungsindex beträgt etwa 1,51 (Herstellerangaben)
Die Grundierungsschicht wurde mit einem Meyerstab Nr. 46 auf die Polyester- Basis aufgetragen. Nach dem Trocknen der Grundierungsschicht, 2 Minuten lang bei 120ºC, wurde die Oberflächenschicht mit einem Meyerstab Nr. 8 unter denselben Bedingungen aufgetragen. Das Trockenbeschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt etwa 10 g/m². Vergleichsbeispiel 1
1 Poly(methylmethacrylat), die durchschnittliche Partikelgröße beträgt etwa 18 um, die Spreizung der Partikelgröße beträgt etwa 1,19, und der Brechungsindex beträgt etwa 1,49.
Die Grundierung wurde mit einem Meyerstab Nr. 46 auf die Polyester-Basis aufgetragen. Nach dem Trocknen der Grundierungsschicht, 2 Minuten lang bei 120ºC, wurde die Oberflächenschicht mit einem Meyerstab Nr. 16 unter denselben Bedingungen aufgetragen. Das Trockenbeschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt etwa 10 g/m². Vergleichsbeispiel 2
1 Maisstärke, die mittlere Partikelgröße beträgt etwa 15 um, die Spreizung der Partikelgröße beträgt etwa 1,05, und der Brechungsindex beträgt etwa 1,52 (nach Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Auflage, Band 18, John Wiley & Sons, 1969).
Die Grundierungsschicht wurde mit einem Meyerstab Nr. 46 auf die Polyester- Basis aufgetragen. Nach dem Trocknen der Grundierungsschicht, 2 Minuten lang bei 120ºC, wurde die Oberflächenschicht mit einem Meyerstab Nr. 8 unter denselben Bedingungen aufgetragen. Das Trockenbeschichtungsgewicht der farbaufnehmenden Beschichtung beträgt etwa 10 g/m².
Proben, die nach den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen zubereitet wurden, wurden auf einem Hewlett-Packard Tintenstrahldrucker mit einer Farbtintenpatrone bei 50% RF und 22ºC bedruckt. Die Proben wurden 15 Minuten lang trocknen gelassen und dann in eine Kunststoffhülle eingebracht. Die Proben wurden 72 Stunden lang bei 80% RF und 30ºC in der Kunststoffhülle gelagert. Die Verblockung wurde bewertet durch Untersuchung der Größe der Kontaktflächen zwischen dem Bild und der Hülle und Zuweisung eines Skalenwertes (ein Skalenwert von 5 gibt das beste Ergebnis und ein Skalenwert von 0 das schlechteste Ergebnis an). Die Resultate sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Eigenschaftsvergleich

Claims

1. Ein transparentes Farbakzeptorblatt mit Antihafteigenschaften, mit:

(a) einem Polymersubstrat,

(b) einer auf wenigstens einer Seite des Substrats angebrachten farbaufnehmenden Beschichtung mit wenigstens einer Schicht, die eine wasserlösliche Komponente enthält und

(c) Partikelsubstanzen, die in der farbaufnehmenden Beschichtung dispergiert sind, mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 15 um bis 50 um, einer Partikelgrößenspreizung kleiner oder gleich 1,0 und einem Brechungsindex von 1, 2 bis 2, 4,

mit der Maßgabe, daß die farbaufnehmende Beschichtung in einer Menge von 2 g/m² bis 30 g/m² vorhanden ist,

wobei die durchschnittliche Partikelgröße und die Partikelgrößenspreizung bestimmt sind mit einem MasterSizer MS-20, die durchschnittliche Partikelgröße definiert ist durch die mittlere Partikelgröße oder D50, die Partikelgrößenspreizung definiert ist als (D90-D10)/D50, wobei D90 der neunzigste Perzentildurchmesser, D 10 der zehnte Perzentildurchmesser und D50 der fünfzigste Perzentildurchmesser ist.

2. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die farbaufnehmende Beschichtung in einer Menge von 4 g/m² bis 20 g/m² vorhanden ist.

3. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die farbaufnehmende Beschichtung eine Sheffield-Glattheit von 200 bis 400 aufweist.

4. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sheffield-Glattheit zwischen 240 und 360 beträgt.

5. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbakzeptorblatt eine Trübung von weniger als 8% hat.

6. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die farbaufnehmende Beschichtung mehrere Schichten aufweist.

7. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Poly(vinylalkohol), Poly(vinylpyrrolidon), Gelantine, Poly(vinylazetat), Zelluloseester, Poly(arcrylsäure), Alginat, Protein, Poly(ethylerioxid), Poly(ethylenglylkol), wasserlöslichem Gummi und Gemischen hieraus.

8. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelsubstanzen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasperlen, Silika, Polyolefinen, Polystyrol, Poly(methylmethacrylat), Stärke und Calziumkarbonat.

9. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Partikelsubstanz 0,5 bis 10 Gew.-% auf der Basis des Gesamt- Feststoffgewichts der Beschichtung beträgt.

10. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Dicke von 0,038 bis 0,127 mm hat.

11. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke 0,051 bis 0,127 mm beträgt.

12. Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein transparenter Kunststoff ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polycarbonat, Polystyrol, Zelluloseester, Poly(vinylazetat) und Gemischen hieraus.

13. Tintenstrahldruckverfahren, bei dem flüssige Tinte auf die farbaufnehmende Beschichtung des Farbakzeptorblattes nach Anspruch 1 aufgetragen wird.

14. Transparentes Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelsubstanzen Poly(methylmethacrylat) enthalten.

15. Transparentes Farbakzeptorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelsubstanzen Glasperlen umfassen.

16. Transparentes Farbakzeptorblatt mit Antihafteigenschaften mit:

(a) einem Polymersubstrat

(b) einer farbaufnehmenden Beschichtung, die auf wenigstens einer Seite des Substrats angebracht ist und wenigstens eine Schicht aufweist, die eine wasserlösliche Komponente enthält, und

(c) organischen Partikeln, die in der farbaufnehmenden Beschichtung dispergiert sind und eine mittlere Partikelgröße von 15 um bis 50 um, eine Partikelgrößenspreizung kleiner oder gleich 1,0 und einen Brechungsindex von 1, 2 bis 2, 4 haben,

mit der Maßgabe, daß die farbaufnehmende Beschichtung in einer Menge von 2 g/m² bis 30 g/m² vorhanden ist, die durchschnittliche Partikelgröße und die Partikelgrößenspreizung bestimmt sind mit einem MasterSizer MS20, die durchschnittliche Partikelgröße definiert ist als die mittlere Partikelgröße oder D50, die Partikelgrößenspreizung definiert ist als (D90-D10)/D50, wobei D90 der neunzigste Perzentildurchmesser, D10 der zehnte Perzentildurchmesser und D50 der fünfzigste Perzentildurchmesser ist.