PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004006225T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001578613
Titel ABBILDUNGSMEDIEN UND DARIN VERWENDETE MATERIALIEN
Anmelder Hewlett-Packard Development Co., L.P., Houston, Tex., US
Erfinder KASPERCHIK, Vladek P., Corvallis, Oregon 97330, US;
GORE, Makarand P., Corvallis, Oregon 97330, US;
FIELD, Marshall, Corvallis, Oregon 97330, US;
BHATT, Jayprakash, Corvallis, Oregon 97330, US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 602004006225
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.09.2004
EP-Aktenzeichen 047839436
WO-Anmeldetag 13.09.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/US2004/029918
WO-Veröffentlichungsnummer 2005044579
WO-Veröffentlichungsdatum 19.05.2005
EP-Offenlegungsdatum 28.09.2005
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse B41M 5/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G11B 7/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G03C 1/73(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND

Materialien, die auf eine Stimulation mit Energie, z.B. Licht oder Wärme, eine Farbveränderung erzeugen, finden möglicherweise bei der Bilderzeugung Anwendung. Beispielsweise finden sich derartige Materialien bei Thermotintenstrahldruckern und Sofortbilderzeugungsfilmen. Allgemein können bekannte Materialien und Zusammensetzungen eine Mehrschicht- und/oder Mehrphasenfilmstruktur und eine weitere Verarbeitung erfordern, um ein Bild zu erzeugen (z.B. Sofortbilderzeugungsfilme wie zum Beispiel Polaroid). Im Fall von Faksimile- und Thermokopfmedien wird ein Eintrag hoher Energie von mehr als 1 J/cm2 benötigt, um gute Bilder zu erzielen. Die Zusammensetzungen bei Mehrschicht-/Mehrphasenmedien können eine Steuerung einer Diffusion einer Farbildungschemie und eine weitere Verarbeitung erfordern und finden sich in separaten Phasen und Schichten. Die meisten Thermo- und Faksimile-Papierbeschichtungen bestehen aus Beschichtungen, die dadurch hergestellt werden, dass feine Dispersionen von mehr als zwei Komponenten hergestellt werden. Auf ein Anlegen von Energie hin vermischen sich die Komponenten und reagieren, was zu einem gefärbten Material führt. Um das notwendige Mischen zu bewerkstelligen, müssen sich die Partikel über drei oder mehr Phasen oder Schichten hinweg berühren und sich zu einer neuen Phase vereinigen. Auf Grund dieser mehreren Phasen und Schichten ist zum Durchführen dieses Prozesses ein hohes Maß an Energie erforderlich. Beispielsweise kann zum Erzeugen einer Markierung ein relativ leistungsstarker Kohlendioxidlaser mit einer Energiedichte von 3 J/cm2 bei Belichtungszeiten von mehr als 100 &mgr;s erforderlich sein. In manchen Fällen kann dieses Anlegen eines hohen Maßes an Energie eine Beschädigung des Abbildungssubstrats bewirken. In vielen Situationen kann es wünschenswert sein, eine sichtbare Markierung auf effizientere Weise unter Verwendung entweder eines weniger intensiven, weniger leistungsstarken und/oder kürzeren Energieanlegens zu erzeugen.

Alternativ dazu kann eine Markierungszusammensetzung zum Bilden scharf umrissener Markierungen auf der Oberfläche eines geformten Artikels mittels Laserstrahlbestrahlung verwendet werden. Üblicherweise umfasst die Beschichtungsfarbbildungschemie einen Leukofarbstoff und einen Phenolentwickler (Aktivator) (die beide eine geringe Löslichkeit aufweisen), die als separate Phasen in einer mittels Strahlung härtbaren Polymermatrix oder einer in Lösungsmittel/Wasser getragenen Beschichtung dispergiert sind. Die Beschichtung umfasst auch eine Antenne, die eine chemische Spezies mit einem Hoher-Extinktionskoeffizient-Absorptionsband ist, das einer Bilderzeugungslaserwellenlänge entspricht. Jedoch ist die Antenne lediglich in einer der separaten Phasen vorhanden, was nicht zu einer sehr effizienten Absorbanz von Laserstrahlung führt. Folglich ist die Energiedichte, die zum Markieren dieser Beschichtung benötigt wird, relativ hoch (> 0,5 J/cm2 und üblicherweise etwa 3 J/cm2). Eine Verwendung derartiger Energiedichten kann dazu führen, dass die Beschichtung und/oder das Substrat unter der Beschichtung abladiert oder beschädigt wird. Eine Verwendung einer derartigen abbildbaren Beschichtung, die hohe Energiedichten erfordert, kann ferner die Verwendung derartiger Beschichtungen zum Etikettieren von temperatur- oder energieempfindlichen Datenträgern (aufzeichnungsfähigen CDs, DVDs usw.) verkomplizieren. Angesichts des Vorstehenden besteht ein Bedarf an schnell markierenden Beschichtungen und farbbildenden Materialien, die durch/mittels einer Niedrigenergiestrahlung initiiert werden und adressierbar sind.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abbildungsverbindung: eine Matrix, die eine Antenne und einen Aktivator aufweist; und eine Legierung, die als unabhängige Phase in der Matrix dispergiert ist, wobei die Legierung eine Antenne aufweist und ferner einen gleichmäßig in der Legierung verteilten Leukofarbstoff und Beschleuniger aufweist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Abbildungsmaterials. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Pulvers, das einen Aktivator und eine Antenne aufweist, ein Auflösen des Aktivator/Antenne-Pulvers, um eine Aktivator/Matrix-Präpolymerlösung zu bilden, ein Bereitstellen einer Leukofarbstofflegierung, und ein Dispergieren der Leukofarbstofflegierung in die Aktivator/Matrix-Präpolymerlösung, um eine strahlungsvulkanisierbare Paste zu bilden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Bildaufzeichnungsmedium, das ein Substrat, eine Matrix auf dem Substrat, wobei die Matrix eine Antenne und einen Aktivator aufweist, und eine Legierung, die als unabhängige Phase in der Matrix dispergiert ist, wobei die Legierung eine Antenne aufweist und ferner einen gleichmäßig in der Legierung verteilten Leukofarbstoff und Beschleuniger aufweist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Obwohl die Spezifikation mit Patentansprüchen endet, die das, was als die vorliegende Erfindung erachtet wird, besonders hervorheben und deutlich beanspruchen, lässt sich die vorliegende Erfindung leichter aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ermitteln, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, bei denen:

1 ein Verfahren zum Herstellen eines Abbildungsmaterials gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und

2 ein Abbildungsmedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung umfasst Beschichtungen, die zu deutlichen Markierungen und einer hervorragenden Bildqualität führen, wenn sie mit einer geeigneten Energiequelle wie z.B. IR-Strahlung, UV-Strahlung oder sichtbarem Licht markiert werden. Die Materialien, die dazu verwendet werden, auf eine Stimulation durch Energie hin eine Farbänderung zu erzeugen, umfassen einen Farbbildner wie z.B. einen Leukofarbstoff und einen Aktivator, der in einer Matrix dispergiert ist (z.B. mittels Strahlung gehärtete Acrylatoligomere und -monomere), die auf ein Substrat aufgebracht wird. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann entweder der Leukofarbstoff oder der Aktivator unter Umgebungsbedingungen in der Matrix im Wesentlichen unlöslich sein. Ein effizienter Strahlungsenergieabsorber, der dahin gehend fungiert, Energie zu absorbieren und sie an die Recktanten zu liefern, liegt in der Beschichtung ebenfalls vor. Dann kann Energie angelegt werden, was dazu führt, dass entweder der Aktivator, der Farbbildner oder beide erhitzt und gemischt werden, was bewirkt, dass der Leukofarbstoff aktiviert wird und dass eine Markierung erzeugt wird.

Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument bedeutet der Begriff „Leukofarbstoff" eine farbbildende Substanz, die in einem nicht-aktivierten Zustand farblos ist oder eine erste Farbe aufweist und die in einem aktivierten Zustand anschließend eine Farbe oder eine Veränderung von der ersten Farbe zu einer zweiten Farbe aufweist. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument ist der Begriff „Aktivator" eine Substanz, die mit einem Leukofarbstoff reagiert und bewirkt, dass der Leukofarbstoff eine chemische Struktur ändert und seine Farbe verändert oder Farbe erlangt. Lediglich beispielhaft können Aktivatoren phenolische oder sonstige Protonen abgebende Spezies sein, die diese Veränderung bewirken können. Der Begriff „Antenne" bedeutet jegliche strahlungsabsorbierende Verbindung. Die Antenne absorbiert ohne weiteres eine gewünschte spezifische Wellenlänge der Markierungsstrahlung.

Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Beschichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine strahlungshärtbare Polymermatrix, beispielsweise eine auf UV-härtbaren Präpolymeren basierende Matrix. Eine Antenne ist gleichmäßig in der Matrix verteilt oder aufgelöst. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument umfasst der Begriff Antenne jegliche Verbindung, die Strahlung auf effektive Weise von einem Bilderzeugungslaser absorbiert. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Antenne ein Infrarot-Farbstoff (IR-Farbstoff). Beispiele von Antennen umfassen IR780 (Aldrich 42,531-1), IR783 (Aldrich 54,329-2), Syntec 9/1, Syntec 9/3 oder Metallkomplexe (z.B. Dithiolan-Metallkomplexe und Indoanilin-Metallkomplexe), sind aber nicht auf diese beschränkt. Ein säurehaltiger (Protonen abgebender) Aktivator (z.B. Entwickler) ist ebenfalls in der Matrix aufgelöst. Die Beschichtung umfasst ferner eine Legierung (amorph eutektisch oder polykristallin), die einen Leukofarbstoff, einen Beschleuniger (vorzugsweise eine niedrig schmelzende aromatische Verbindung) und eine Antenne umfasst. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendete Leukofarbstoffe sind auf Fluoran basierende Verbindungen. Das Vorliegen des Beschleunigers unterstützt die Reduzierung der Schmelztemperatur von hoch schmelzenden Fluoranfarbstoffen und liefert somit eine verbesserte Reaktivität auf ein Erhitzen hin. Die Verwendung eines Beschleunigers ermöglicht auch eine gleichmäßige Auflösung der Antenne in der Leukofarbstofflegierung. Die Beschichtung umfasst zwei separate Phasen. Die erste Phase umfasst die strahlungshärtbare Polymermatrix, bei der der säurehaltige Aktivator in der Polymermatrix aufgelöst ist. Die zweite Phase umfasst das niedrig schmelzende Eutektikum eines Leukofarbstoffs, der entweder unlöslich ist oder eine relativ geringe Löslichkeit (z.B. weniger als 5 % Löslichkeit oder, am stärksten bevorzugt, weniger als 2 %) in der Matrix aufweist, jedoch als feine Dispersion gleichmäßig in der Matrix verteilt ist.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen der strahlungshärtbaren abbildbaren Beschichtung. Das Verfahren umfasst eine Herstellung einer Aktivator/Antenne-Legierung. Aktivator wird bis zum Schmelzen erhitzt, und Antenne wird in der Schmelze aufgelöst. Optional könnte Antenne zuvor in einer kleineren Menge des niedrig schmelzenden organischen Lösungsmittels aufgelöst werden (Schmelzhilfe), mit anschließendem Hinzugeben und Schmelzen des Aktivators. Die Schmelze wird auf Umgebungstemperatur abgekühlt und zu einer geringeren Partikelgröße (üblicherweise unter 20 bis 50 &mgr;m) zerstoßen. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel umfasst der Aktivator eine säurehaltige (Protonen abgebende) Verbindung, die eine Phenolgruppe aufweist. Geeignete Aktivatoren zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfassen jegliche säurehaltige Verbindung wie z.B. Bis-Phenol A, p-Hydroxybenzylbenzoat, TG-SA (Phenol, 4,4'-Sulfonylbis[2-(2-propenyl)]) und Polyphenole. Geeignete Aktivatoren zur Verwendung bei der Erfindung sollten eine gute Löslichkeit mit Antenne aufweisen.

Optional kann zu der Beschichtung eine Schmelzhilfe hinzugegeben werden, um die Schmelztemperatur von kristallinen organischen Substanzen in der Beschichtung auf zwischen 50°C und 120°C zu senken. Geeignete Schmelzhilfen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung umfassen jegliche Verbindungen, die als gutes Lösungsmittel sowohl für den Aktivator als auch die Antenne fungieren. Beispiele von Schmelzhilfen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, m-Tolylether von Ethylenglykol, Dibenzyloxalat und Dibenzylterephthalat.

Anschließend wird die Aktivator/Matrix-Präpolymerlösung hergestellt, indem die zerstoßene Aktivator/Antenne-Legierung in einer Präpolymerlösung der UV-härtbaren Matrix aufgelöst wird. Der Gehalt an Aktivator/Antenne-Legierung in der Präpolymerlösung kann zwischen 2 Gew.-% und 90 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Präpolymerlösung), wünschenswerterweise zwischen 3 Gew.-% und 60 Gew.-%, und am stärksten bevorzugt zwischen 5 und 45 Gew.-%, betragen. Die zerstoßene Aktivator/Antenne-Legierung sollte derart in einer Präpolymerphase aufgelöst werden, dass die Komponenten gleichmäßig und homogen in der Flüssigphase verteilt sind. Eine Herstellung der Aktivator/Antenne-Legierung liefert eine verbesserte Auflösung der Antenne in dem flüssigen Präpolymer. Dies ist besonders nützlich, da viele herkömmliche IR-Farbstoffe in Präpolymeren mit einer hohen Viskosität eine geringe Auflösung aufweisen. Eine Auflösung der Antenne in der Aktivatorschmelze mit einer anschließenden Auflösung der Schmelze in dem Präpolymer ermöglicht eine gleichmäßige/homogene Verteilung von Antenne in der Matrix und verbessert die Sensibilität der Antenne bezüglich der Strahlung des Abbildungslasers.

Die Leukofarbstofflegierung (Eutektikum) wird hergestellt, indem die Antenne in der Beschleunigerschmelze aufgelöst wird. Anschließend wird Leukofarbstoff in der Beschleunigerschmelze aufgelöst, was zu der Bildung einer Leukofarbstoff/Beschleuniger/Antenne-Legierung führt, die abgekühlt und zu einem feinen Pulver zerstoßen wird, das vorzugsweise eine Partikelgröße von nicht mehr als 20 &mgr;m und, stärker bevorzugt, von weniger als 10 &mgr;m, aufweist. Der bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendete Leukofarbstoff ist ein Leukofarbstoff eines Fluoran-Typs. Beispiele akzeptabler Fluoran-Leukofarbstoffe, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Strukturen, die die Formel:

aufweisen, wobei R Alkyl- oder Arylgruppen oder H-Atome sein könnte.

Bei der aktuellen Erfindung verwendete Beschleuniger umfassen kristalline organische Feststoffe mit Schmelztemperaturen zwischen 50°C und 150°C, die vorzugsweise eine Schmelztemperatur zwischen 70°C und 120°C aufweisen. Geeignete Beschleuniger umfassen aromatische Kohlenwasserstoffe (oder ihre Derivate), die gute Lösungsmittelcharakteristika für Leukofarbstoff und Antennen liefern, die bei den Formulierungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zusätzlich zu einem Auflösen von Leukofarbstoff und Antennen kann der Beschleuniger auch dazu beitragen, die Schmelztemperatur des Leukofarbstoffs zu verringern und die Leukofarbstofflegierung in dem amorphen Zustand zu stabilisieren (oder die Rekristallisierung der Leukofarbstofflegierung zu einzelnen Komponenten zu verlangsamen). Geeignete Beschleuniger zur Verwendung bei der aktuellen Erfindung umfassen m-Terphenyl, p-Benzylbiphenyl, &bgr;-Naphtolbenzylether, 1,2-bis(3,4-Dimethylphenyl)ethan, sind aber nicht auf diese beschränkt.

Eine thermochrome, UV-härtbare Paste wird hergestellt, indem das Pulver einer sensibilisierten Leukofarbstofflegierung in der Lösung von Aktivator/Antenne-Legierung in dem strahlungshärtbaren Präpolymer (Lack, engl.: lacquer) dispergiert wird. Das strahlungshärtbare Präpolymer fungiert als Lösungsmittel für die Aktivator/Antenne-Legierung und als Dispersionsmedium für die Leukofarbstofflegierung. Die Leukofarbstofflegierung, die in der Aktivator/Lack-Lösung schlecht löslich ist, liegt in dem Gemisch hauptsächlich als separate Phase vor. Geeignete strahlungshärtbare Präpolymere (Lacke) können beispielsweise UV-härtbare Matrizen wie z.B. Acrylatderivate, Oligomere und Monomere, mit einem Photopaket, umfassen. Ein Photopaket kann eine Licht absorbierende Spezies umfassen, die Reaktionen zum Härten eines Lacks einleitet, beispielsweise Benzophenonderivate. Andere Beispiele von Photoinitiatoren für Radikalkettenpolymerisationsmonomere und -präpolymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Thioxanthenon-Derivate, Anthrachinon-Derivate, Acetophenone und Benzoinether. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung kann es wünschenswert sein, eine Matrix zu wählen, die durch eine Strahlungsform gehärtet wird, die keine Farbänderung bewirkt. Matrizes, die auf Kationische-Polymerisation-Harzen basieren, können Photoinitiatoren erfordern, die auf aromatischen Diazoniumsalzen, aromatischen Haloniumsalzen, aromatischen Sulfoniumsalzen und Metallocen-Verbindungen basieren. Ein geeigneter Lack oder eine geeignete Matrix kann auch Nor-Cote CDG000 (ein Gemisch aus UV-härtbaren Acrylatmonomeren und -oligomeren) umfassen, das einen Photoinitiator (Hydroxyketon) und Organisches-Lösungsmittel-Acrylate (z.B. Methylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Beta-Phenoxyethylacrylat und Hexamethylenacrylat) enthält. Andere geeignete Komponenten für Lacke oder Matrizen können Acryliertes-Polyester-Oligomere, z.B. CN293 und CN294 sowie CN292 (Niedrige-Viskosität-Polyesteracrylatoligomer), SR-351 (Trimethylolpropantriacrylat), SR-395 (Isodecylacrylat) und SR-256 (2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat (die alle von Sartomer Co. erhältlich sind) umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt.

Die thermochrome, UV-härtbare Paste wird auf das Substrat gedruckt und anschließend einer Strahlung ausgesetzt, um die Beschichtung zu härten. Eine Auswahl geeigneter Photopakete zur Verwendung bei dem strahlungshärtbaren Lack sollte so erfolgen, dass die Aktivierungswellenlänge des Photopakets durch andere in der Beschichtung vorhandene Spezies nicht bedeutend blockiert wird. Die gehärtete Beschichtung ist durch Laser mit einer Emissionswellenlänge, die auf die Antennenabsorption abgestimmt ist, abbildbar. Somit absorbiert die Beschichtung Laserenergie auf effiziente Weise (d.h. bei Energiedichtepegeln von nur 0,1 bis 0,5 J/cm2).

Unter Bezugnahme auf die in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiele sind ein Abbildungsmedium 100, Energie 110, ein Substrat 120, eine Abbildungszusammensetzung 130 und Schwebepartikel 140 gezeigt. Das Abbildungsmedium 100 kann ein Substrat 120 umfassen. Das Substrat 120 kann ein beliebiges Substrat sein, bei dem es wünschenswert ist, dass man darauf eine Markierung vornimmt, z.B., lediglich als Beispiel, Papier (z.B. Etiketten, Eintrittskarten, Quittungen oder Schreibwaren), Overhead-Transparente oder die Etikettierungsoberfläche eines Mediums wie z.B. eines CD-R/RW/ROM oder DVD-R/RW/ROM.

Die Abbildungszusammensetzung 130 kann eine Matrix, einen Aktivator und eine Strahlung absorbierende Verbindung wie z.B. eine Antenne umfassen. Der Aktivator und die Antenne sind in der Matrix löslich. Die gebildete Beschleuniger/Leukofarbstoff/Antenne-(90 in 1)Legierung kann in der Matrix im Wesentlichen unlöslich sein und kann in der Matrix als gleichmäßig verteilte Partikel 140 suspendiert oder dispergiert sein. Die Abbildungszusammensetzung 130 (die den Aktivator und die Antenne umfasst) kann mittels eines beliebigen akzeptablen Verfahrens, z.B., lediglich als Beispiel, mittels eines Aufrollens, Sprühens oder Siebdruckens, auf das Substrat aufgebracht werden.

Energie 110 kann auf das Abbildungsmedium 100 gelenkt werden, um eine Markierung oder ein Bild zu erzeugen. Die Energieform kann in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Ausrüstung, den Umgebungsbedingungen und dem gewünschten Ergebnis variieren. Beispiele von Energie, die verwendet werden können, umfassen IR-Strahlung, UV-Strahlung, Röntgenstrahlen oder sichtbares Licht. Die Antenne kann die Energie absorbieren und die Abbildungszusammensetzung 130 erhitzen. Die Wärme kann bewirken, dass die Schwebepartikel 140 eine Temperatur erreichen, die ausreichend ist, um die Zwischendiffusion der farbbildenden Spezies (z.B. Leukofarbstoff), die anfänglich in den Partikeln vorliegen, zu bewirken (z.B. Glasübergangstemperaturen (Tg) oder Schmelztemperaturen (Tm) der Partikel/von Partikeln 140 und Matrix). Der Aktivator und Farbstoff kann dann reagieren, um eine Farbe zu bilden, oder, wenn der Leukofarbstoff bereits farbig ist, die Farbe desselben zu verändern.

Beispiele 1 und 2 veranschaulichen exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass mehrere Modifikationen vorgenommen werden können, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Beispielsweise kann die zur Verwendung bei der Erfindung geeignete Antenne 60 ein beliebiges Material sein, das die Art von Energie, die an das Bilderzeugungsmedium angelegt werden soll, um eine Markierung zu bewirken, effektiv absorbiert. Lediglich beispielhaft können die folgenden Verbindungen IR780 (Aldrich 42,531-1) (1), IR783 (Aldrich 54,329-2) (2), Syntec 9/1 (3), Syntec 9/3 (4) oder Metallkomplexe (z.B. Dithiolanmetallkomplexe (5) und Indoanilinmetallkomplexe (6)) geeignete Antennen sein:

wobei M1 ein Übergangsmetall ist, R1, R2, R3 und R4 Alkyl- oder Arylgruppen mit oder ohne Halo-Substituenten sind und A1, A2, A3 und A4 S, NH oder Se sein können;
wobei M2 Ni oder Cu ist R5 und R6 Aryl- oder Alkylgruppen mit oder ohne Halo-Substituenten sind.

Zusätzliche Beispiele geeigneter Antennen umfassen Chinon, Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Metallkomplexe, Azo-, Croconium-, Squarilium-Farbstoffe und hexafunktionelle Polyesteroligomere. Andere Beispiele von Antennen finden sich bei „Infrared Absorbing Dyes", Matsuoka, Masaru, ed., Plenum Press (1990) (ISBN 0-306-43478-4) und „Near-Infrared Dyes for High Technology Applications", Daehne, S.; Resch-Genger, U.; Wolfbeis, O., Ed., Kluwer Academic Publishers (ISBN 0-7923-5101-0).

Der Aktivator (z.B. Bisphenol-A) und Leukofarbstoff 90 (z.B. BK-400) können zusammenwirken, um eine Markierung zu erzeugen. Der Aktivator und der Leukofarbstoff können zwei beliebige Substanzen sein, die, wenn sie miteinander zur Reaktion gebracht werden, eine Farbänderung hervorrufen. Wenn er zur Reaktion gebracht wird, kann der Aktivator eine Farbänderung bei dem Leukofarbstoff einleiten (d. h. den Leukofarbstoff entwickeln). Der Leukofarbstoff kann bei Umgebungstemperatur eine niedrige Löslichkeit in der Matrix aufweisen, die Löslichkeit kann sich jedoch beträchtlich erhöhen, wenn die Matrix über die Schmelztemperaturen der Leukofarbstofflegierung und der Matrix hinaus erhitzt wird. Somit kann sich der Leukofarbstoff auf ein Erhitzen hin in der Matrix auflösen. Da in der Matrix aufgelöster Aktivator vorliegt, befinden sich sowohl der Leukofarbstoff als auch der Aktivator schließlich in derselben Phase (Matrix), weshalb sie miteinander reagieren und Farbe erzeugen. Ein rasches Abkühlen nach der Abbildung stabilisiert den farbigen Leukofarbstoff/Aktivator-Komplex, der in der Matrix aufgelöst ist. Im Gegensatz dazu kann die gebildete Leukofarbstoff/Beschleuniger/Antenne-Legierung in dem Lack bei Umgebungsbedingungen im Wesentlichen unlöslich sein. Mit „im Wesentlichen unlöslich" ist gemeint, dass die Löslichkeit des Leukofarbstoffs in dem Lack bei Umgebungsbedingungen so gering ist, dass aufgrund der Reaktion des Farbstoffs und des Aktivators bei Umgebungsbedingungen eventuell keine oder eine sehr geringe Farbänderung erfolgt. Somit wird der Aktivator bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen in dem Lack aufgelöst, und die Leukofarbstoff/Beschleuniger/Antenne-Legierung bleibt bei Umgebungsbedingungen weiterhin als Feststoff in der Matrix suspendiert oder dispergiert. Aktivatoren können Protonendonatoren und phenolische Verbindungen wie z.B. Bisphenol-A und Bisphenol-S umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Leukofarbstoffe können Fluoran-Leukofarbstoffe umfassen.

Leukofarbstoffe, die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Fluorane, Phthalide, Aminotriarylmethane, Aminoxanthene, Aminothioxanthene, Amino-9,10-dihydroacridine, Aminophenoxazine, Aminophenothiazine, Aminodihydrophenazine, Aminodiphenylmethane, Aminohydrozimtsäuren (Cyanethane, Leukomethine) und entsprechende Ester, 2(p-hydroxyphenyl)-4,5-diphenylimidazole, Indanone, Leukoindamine, Hydrozine, Leukoindigofarbstoffe, Amino-2,3-Dihydroanthrachinone, Tetrahalo-p,p'-biphenole(2(p-hydroxyphenyl)-4,5-diphenylimidazole, Phenethylaniline und Gemische derselben. Bezüglich eines Aspekts der vorliegenden Erfindung kann der Leukofarbstoff ein Fluoran, Phthalid, Aminotriarylmethan oder Gemisch derselben sein. Mehrere nicht einschränkende Beispiele von geeigneten auf Fluoran basierenden Leukofarbstoffen umfassen 3-Diethylamino-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-(N-Ethyl-p-toluidino)-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-(N-Ethyl-N-isoamylamino)-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-Diethylamino-6-methyl-7-(o,p-dimethylanilino)fluoran, 3-Pyrrdlidino-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-Piperidino-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-(N-Cyclohexyl-N-methylamino)-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-Diethylamino-7-(m-trifluormethylanilino)fluoran, 3-Dibutylamino-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-Diethylamino-6-chlor-7-anilinofluoran, 3-Dibutylamino-7-(o-chloranilino)fluoran, 3-Diethylamino-7-(o-chloranilino)fluoran, 3-di-n-Pentylamino-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-di-n-Butylamino-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-(n-Ethyl-n-isopentylamino)-6-methyl-7-anilinofluoran, 3-Pyrrolidin-6-methyl-7-anilinofluoran, 1(3H)-Isobenzofuranon,4,5,6,7-tetrachlor-3,3-bis[2-[4-(dimethylamino)phenyl]-2-(4-methoxyphenyl)ethenyl] und Gemische derselben. Bei der vorliegenden Erfindung können auch Aminotriarylmethan-Leukofarbstoffe verwendet werden, z.B. tris(N,N-Dimethylaminophenyl)methan (LCV); deuterotris(N,N-Dimethylaminophenyl)methan (D-LCV); tris(N,N-Diethylaminophenyl)methan (LECV); deutero-tris(4-Diethylaminolphenyl)methan (D-LECV); tris(N,N-di-n-Propylaminophenyl)methan (LPCV); tris(N,N-di-n-Butylaminophenyl)methan (LBCV); bis(4-Diethylaminophenyl)-(4-diethylamino-2-methylphenyl)methan (LV-1); bis(4-Diethylamino-2-methylphenyl)-(4-Diethylaminophenyl)methan LV-2); tris(4-Diethylamino-2-methylphenyl)methan (LV-3); deutero-bis(4-Diethylaminophenyl)-(4-Diethylamino-2-methylphenyl)methan (D-LV-1); deutero-bis(4-Diethylamino-2-methylphenyl)(4-diethylaminophenyl)methan (D-LV-2); bis(4-Diethylamino-2-methylphenyl)(3,4-dimethoxyphenyl)methan (LB-8); Aminotriarylmethan-Leukofarbstoffe, die verschiedene Alkylsubstituenten aufweisen, die an die Aminoanteile gebunden sind, wobei jede Alkylgruppe unabhängig voneinander aus C1-C4-Alkyl ausgewählt ist; und Aminotriarylmethan-Leukofarbstoffe mit einer beliebigen der vorstehenden genannten Strukturen, die ferner durch eine oder mehrere Alkylgruppen an den Arylringen substituiert sind, wobei die zuletzt genannten Alkylgruppen unabhängig voneinander aus C1-C3-Alkyl ausgewählt sind. Andere Leukofarbstoffe können ebenfalls in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden und sind Fachleuten bekannt. Eine ausführlichere Erläuterung mancher dieser Arten von Leukofarbstoffen finden sich in den U.S.-Patentschriften Nrn. 3,658,543 und 6,251,571. Beispiele anderer geeigneter Leukofarbstoffe zur Verwendung bei der Erfindung finden sich in Chemistry and Applications of Leuco Dyes, Muthyala, Ramaiha, ed.; Plenum Press, New York, London; ISBN: 0-306-45459-9.

Auf eine durch Wärme bewirkte Oxidation, Protonierung, Ringöffnung in der Gegenwart des ungehemmten Metallkomplexaktivators und/oder ungeschützten Sekundär-Aktivators können die oben erwähnten Leukofarbstoffe Farbstoffe bilden, die eine Vielzahl optischer Charakteristika aufweisen. Obwohl eine große Bandbreite von Zusammensetzungen zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann die farbbildende Zusammensetzung zumindest etwa 3 Gew.-% Leukofarbstoff enthalten, und im Einzelnen kann sie in einer Konzentration von 4 bis 20 Gew.-% vorliegen. Es versteht sich, dass diese Bandbreiten lediglich beispielhaft sind und dass in Abhängigkeit von den gewünschten Bildcharakteristika und anderen Überlegungen andere Gewichtsbandbreiten verwendet werden können.

Beispiele von akzeptablen Fluoran-Leukofarbstoffen umfassen die in Formel (7) gezeigte Struktur:

wobei R Alkyl- oder Arylgruppen oder H-Atome sein könnte.

Der Lack 30 kann eine beliebige geeignete Matrix zum Auflösen und/oder Dispergieren des Aktivators, der Antenne und des Farbbildners sein. Akzeptable Lacke können, lediglich beispielhaft, UV-härtbare Matrizes wie z.B. Acrylat-Derivate, Oligomere und Monomere, mit einem Photopaket, umfassen. Ein Photopaket kann eine Licht absorbierende Spezies umfassen, die Reaktionen zum Härten eines Lacks einleitet, beispielsweise Benzophenonderivate. Andere Beispiele von Photoinitiatoren für Radikalkettenpolymerisationsmonomere und -präpolymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Thioxanethon-Derivate, Anthrachinon-Derivate, Acetophenone und Benzoinether-Typen. Es kann wünschenswert sein, eine Matrix zu wählen, die durch eine andere Strahlungsform als die Strahlungsart, die eine Farbänderung bewirkt, gehärtet wird. Matrizes, die auf Kationische-Polymerisation-Harzen basieren, können Photoinitiatoren erfordern, die auf aromatischen Diazoniumsalzen, aromatischen Haloniumsalzen, aromatischen Sulfoniumsalzen und Metallocen-Verbindungen basieren. Ein Beispiel eines akzeptablen Lacks oder einer akzeptablen Matrix kann Nor-Cote CDG000 (ein Gemisch aus UV-härtbaren Acrylatmonomeren und Oligomeren) umfassen, das einen Photoinitiator (Hydroxyketon) und Organisches-Lösungsmittel-Acrylate (z.B. Methylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Beta-Phenoxyethylacrylat und Hexamethylenacrylat) enthält. Andere akzeptable Lacke oder Matrizen können Acryliertes-Polyester-Oligomere wie z.B. CN293 und CN294, die von Sartomer Co. erhältlich sind, umfassen.

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele veranschaulichen bestimmte Verfahren zum Herstellen einer Abbildungslösung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die folgenden Beispiele sollten nicht als Einschränkungen der vorliegenden Erfindung angesehen werden, sondern sollten als repräsentative bekannte Ausführungsbeispiele und Tests des Druckmediums auf der Basis von aktuellen experimentellen Daten angesehen werden.

Beispiel I

Unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der 1, die ein Verfahren zum Herstellen einer Abbildungslösung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt, kann das Verfahren eine Aktivatorschmelze 10, eine Aktivator/Antenne-Lösung 20, eine UV-härtbare Lacklösung 30, eine Lack/Antenne/Aktivator-Lösung 40 und eine UV-härtbare Zweiphasenpaste 50 umfassen. Bei den in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispielen wurden 2 Gramm Dibenzyloxalat zum Schmelzpunkt erhitzt (etwa 85°C). 20 Gramm Aktivator Bisphenol-A und ein Gramm Antenne IR780 wurde in dem geschmolzenen Dibenzyloxalat aufgelöst. Die Aktivator/Antenne-Lösung 20 wurde abgekühlt und zu einem feinen Pulver 70 zerstoßen.

Fünf Gramm des zerstoßenen Aktivator/Antenne-Pulvers 70 wurden in 15,3 g Nor-Cote CDG000 UV-Lack 30 (einem Gemisch aus UV-härtbaren Acrylatmonomeren und -oligomeren) aufgelöst, um die Lack/Antenne/Aktivator-Lösung 40 zu bilden.

Zehn Gramm m-Terphenyl (Beschleuniger) 50 wurde in einem Becherglas geschmolzen. Die Schmelze 50 wurde auf 110°F erhitzt. 100 Gramm BK400 55 wurden in kleinen Inkrementen unter ständigem Rühren zu der Schmelze hinzugegeben. Das hinzugegebene BK-400 ist ein Leukofarbstoff (2'-Anilin-3'-methyl-6'-(dibutylamino)fluoran), der von Nagase Corporation erhältlich ist und dessen Struktur nachstehend als Formel 8 dargelegt ist:

(durchschnittliche Partikelgröße geringer als etwa 5 &mgr;m). Die Temperatur des Gemisches wurde auf 170–180°C erhöht. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis in der Schmelze eine vollständige Auflösung von BK400 erhalten wurde (dauert üblicherweise 10–15 Minuten), um eine Beschleuniger/Leukofarbstoff-Lösung 65 zu bilden. 550 mg IR780 (IR-Farbstoff) 70 wurden unter ständigem Rühren zu der Schmelze hinzugegeben. IR780-Iodid weist folgende Formel auf:

Das Erhitzen und Rühren wurde etwa zwei bis drei weitere Minuten fortgesetzt, bis der IR-Farbstoff in der Schmelze vollständig aufgelöst war, um eine Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Legierung (Eutektikum) 75 zu bilden. Die Temperatur der Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Legierung 75 wurde auf unterhalb etwa 190°C gehalten.

Die Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Legierung 75 wurde anschließend in eine mit Aluminiumfolie ausgelegte vorgekühlte Gefrierschale gegossen. Verfestigte Schmelze wurde zu einem groben Pulver gemahlen und anschließend in der wässrigen Dispersion mittels Abreibens zerkleinert, bis die durchschnittliche Partikelgröße der zerkleinerten Legierung weniger als etwa 4 &mgr;m betrug. Die zerkleinerte Legierung wurde in einem Vakuum getrocknet, um ein Leukofarbstoff-Eutektikum-Pulver 80 zu bilden.

Das Gemisch der Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Legierung 75 und der Lack/Antenne/Aktivator-Lösung 40 wurde zu einer UV-härtbaren Paste 90 gebildet und mit einer Dicke von etwa 5 bis etwa 7 &mgr;m mittels Siebdruckens auf ein Substrat aufgebracht, um ein Abbildungsmedium zu erzeugen (nicht gezeigt). Die Beschichtung auf dem Medium wurde anschließend mittels einer Quecksilberlampe UV-gehärtet.

Auf dem resultierenden beschichteten Substrat wurde mit einem 45mW-Laser eine direkte Markierung bewirkt. Eine Markierung von etwa 20 &mgr;m × 45 &mgr;m wurde mit einem etwa 30 &mgr;s bis etwa 100 &mgr;s lang andauernden Energieanlegen erzeugt. Eine direkte Markierung erfolgt, wenn das gewünschte Bild ohne die Verwendung eines Druckzwischenprodukts auf das Abbildungsmedium markiert wird.

Beispiel II

Es wurde das Verfahren des Beispiels I durchgeführt, mit der Ausnahme, dass 20 Gramm TG-SA (Phenol, 4,4'-Sulfonylbis[2-(2-propenyl)]-(9Cl)) (Formel (9)):

als Aktivator verwendet wurden und 1,2 Gramm Antenne IR780 in dem geschmolzenen Dibenzyloxalat aufgelöst wurden, um die Aktivator/Antenne-Lösung 20 zu bilden, die abgekühlt und zu einem feinen Pulver 70 zerstoßen wurde. Außerdem wurden statt einer Verwendung von 100 Gramm BK400 als Leukofarbstoff 55 15 Gramm Leukofarbstoff S-205 (2-Anilino-3-methyl-6-(N-ethyl-N-isoamylamino)fluoran – von „Nagase Co., Ltd" erhältlich (Formel (10)):
(durchschnittliche Partikelgröße < 5 &mgr;m) 90 verwendet, um die Beschleuniger/Leukofarbstoff-Lösung 65 zu bilden. Wie bei Beispiel I wurde das Gemisch aus Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Legierung 75 und Lack/Antenne/Aktivator-Lösung 40 zu einer UV-härtbaren Paste 90 gebildet und mit einer Dicke von etwa 7 &mgr;m mittels Siebdruckens auf ein Substrat aufgebracht, um ein (nicht gezeigtes) Abbildungsmedium zu bilden. Die Beschichtung auf dem Medium wurde anschließend mittels einer Quecksilberlampe UV-gehärtet. Auf dem resultierenden beschichteten Substrat wurde mit einem 45mW-Laser eine direkte Markierung bewirkt. Eine Markierung von etwa 20 &mgr;m × 45 &mgr;m wurde mit einem etwa 60 &mgr;s bis etwa 100 &mgr;s lang andauernden Energieanlegen erzeugt.

Obwohl die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen empfänglich sein kann, wurden in den Zeichnungen beispielhaft spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt und hierin ausführlich beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten offenbarten Formen beschränkt sein soll. Vielmehr soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Schutzumfang der Erfindung gemäß der Definition durch die folgenden angehängten Patentansprüche fallen, abdecken.


Anspruch[de]
Eine Abbildungsverbindung, die folgende Merkmale aufweist:

eine Matrix, die eine Antenne und einen Aktivator aufweist; und

eine Legierung, die als unabhängige Phase in der Matrix dispergiert ist, wobei die Legierung eine Antenne aufweist und ferner einen gleichmäßig in der Legierung verteilten Leukofarbstoff und Beschleuniger aufweist.
Ein Bildaufzeichnungsmedium, das folgende Merkmale aufweist:

ein Substrat;

eine Matrix auf dem Substrat, wobei die Matrix eine Antenne und einen Aktivator aufweist; und

eine Legierung, die als unabhängige Phase in der Matrix dispergiert ist, wobei die Legierung eine Antenne aufweist und ferner einen gleichmäßig in der Legierung verteilten Leukofarbstoff und Beschleuniger aufweist.
Die Verbindung und das Medium gemäß Anspruch 1 und 2, bei denen die Antenne der Matrix und die Antenne der Legierung unterschiedliche Verbindungen sind. Die Verbindungen und Medien der Ansprüche 1 bis 3, bei denen der Leukofarbstoff die folgende Struktur umfasst:
wobei R eine Alkylgruppe, eine Arylgruppe oder H-Atome sein könnte.
Die Verbindungen und Medien der Ansprüche 1 bis 4, bei denen der Aktivator eine Phenolverbindung umfasst. Die Verbindungen und Medien der Ansprüche 1 bis 5, bei denen die Antenne zumindest eine der Verbindungen umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Chinon, Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Metallkomplexen, Azo-, Croconium-, Squarilium-Farbstoffen, hexafunktionellen Polyesteroligomeren besteht, und wobei die Verbindungen durch die folgende Formel dargestellt werden:
wobei M1 ein Übergangsmetall ist, R1, R2, R3 und R4 Alkyl- oder Arylgruppen mit oder ohne Halo-Substituenten sind und A1, A2, A3 und A4 S, NH oder Se sein können; und
wobei M2 Ni oder Cu ist und R5 und R6 Aryl- oder Alkylgruppen mit oder ohne Halo-Substituenten sind.
Die Verbindungen und Medien der Ansprüche 1 bis 6, bei denen die Antenne darauf abgestimmt ist, eine Laserstrahlung oder Infrarotstrahlung zu absorbieren. Ein Verfahren zum Herstellen eines Abbildungsmaterials, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines Pulvers, das einen Aktivator und eine Antenne aufweist;

Auflösen des Aktivator/Antenne-Pulvers, um eine Aktivator/Matrix-Präpolymerlösung zu bilden;

Bereitstellen einer Leukofarbstofflegierung gemäß Anspruch 1;

Dispergieren der Leukofarbstofflegierung in die Aktivator/Matrix-Präpolymerlösung, um eine strahlungsvulkanisierbare Paste zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Bereitstellen eines Aktivator/Antenne-Pulvers folgende Schritte umfasst:

Schmelzen eines Aktivators;

Auflösen einer Antenne in dem Aktivator, um eine Aktivator/Antenne-Schmelze zu bilden;

Abkühlen der Aktivator/Antenne-Schmelze auf Umgebungstemperatur; und

Zerstoßen der abgekühlten Aktivator/Antenne-Schmelze zu einem Pulver.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Bereitstellen einer Leukofarbstofflegierung folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines geschmolzenen Beschleunigers;

Auflösen der Antenne in den geschmolzenen Beschleuniger;

Auflösen des Leukofarbstoffs in den geschmolzenen Beschleuniger;

Abkühlen der Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Schmelze zu einem Feststoffzustand; und

Zerstoßen der abgekühlten Leukofarbstoff/Antenne/Beschleuniger-Schmelze zu einem Pulver.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com