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Dokumentenidentifikation DE602004006303T2 10.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001694510
Titel TINTENSTRAHLAUFZEICHNUNGSELEMENT
Anmelder Eastman Kodak Co., Rochester, N.Y., US
Erfinder DESROUSSEAUX, S. V. c/o Kodak In, F-71102 Chalon-sur-Saone Cedex, FR;
PONCELET, O. J. C. c/o Kodak In, F-71102 Chalon-sur-Saone Cedex, FR
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 602004006303
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.12.2004
EP-Aktenzeichen 048034805
WO-Anmeldetag 03.12.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/EP2004/013753
WO-Veröffentlichungsnummer 2005058604
WO-Veröffentlichungsdatum 30.06.2005
EP-Offenlegungsdatum 30.08.2006
EP date of grant 02.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2008
IPC-Hauptklasse B41M 5/00(2006.01)A, F, I, 20060801, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement.

Die Digitalfotografie erzielt seit mehreren Jahren hohe Zuwachsraten, und die allgemeine Öffentlichkeit hat mittlerweile Zugang zu leistungsfähigen und erschwinglichen Digitalkameras. Die Verbraucher suchen daher nach Möglichkeiten, fotografische Prints mit einem einfachen Computer und dem daran angeschlossenen Drucker in bestmöglicher Qualität zu erstellen.

Viele Drucker, insbesondere solche im Bereich der persönlichen Büroautomatisierung, arbeiten mit der Tintenstrahldrucktechnik. Man unterscheidet in der Tintenstrahldrucktechnik zwischen zwei Hauptkategorien: kontinuierlicher Tintenstrom und Drop-on-Demand.

Die Technik mit kontinuierlichem Tintenstrom ist das einfachere System. Unter Druck stehende Tinte (3,105 Pa) wird durch eine oder mehrere Düsen geleitet, so dass die Tinte in einen Tröpfchenstrom umgewandelt wird. Um zwischen den Tropfen möglichst regelmäßige Größen und Abstände zu erzielen, werden mithilfe eines piezoelektrischen Kristalls, das sich in Kontakt mit der Tinte befindet, und an dem ein Wechselstrom (AC) mit hoher Frequenz (bis zu 1 MHz) anliegt, regelmäßige Druckimpulse gesendet. Um eine Nachricht mithilfe einer einzelnen Düse drücken zu können, muss jeder Tropfen einzeln gesteuert und gelenkt werden. Hierzu dient elektrostatische Energie: eine Elektrode ist an der Stelle, an der sich die Tropfen bilden, um den Tintenstrahl herum angeordnet. Der Strahl wird durch Induktion geladen, und jeder Tropfen trägt somit eine Ladung, dessen Wert von der angelegten Spannung abhängt. Die Tropfen treten zwischen zwei Ablenkplatten hindurch, die entgegengesetzt geladen sind, und folgen dann einer gegebenen Richtung, wobei die Amplitude der Bewegung proportional zu der Ladung ist, die jeweils an den Platten anliegt. Um zu verhindern, dass andere Tropfen das Papier erreichen, bleiben diese ungeladen: anstelle den Träger zu erreichen, setzen sie ihren Weg fort, ohne abgelenkt zu werden und gelangen auf direktem Weg in einen Behälter. Die Tinte wird dann gefiltert und kann wiederverwendet werden.

Die andere Kategorie des Tintenstrahldruckers arbeitet nach der Drop-on-Demand-Technik (DOD). Diese stellt die Grundlage der in der Büroautomatisierung verwendeten Tintenstrahldrucker dar. Mit diesem Verfahren wird der Druck in der Tintenpatrone nicht konstant gehalten, sondern dann angelegt, wenn ein Zeichen gebildet werden soll. In einem verbreiteten System gibt es eine Reihe von 12 offenen Düsen, von denen jede mit einem piezoelektrischen Kristall aktiviert wird. Die in dem Kopf enthaltene Tinte wird einem Impuls ausgesetzt: das Piezoelement kontrahiert mit einer elektrischen Spannung, was eine Volumenminderung bewirkt, was zum Ausstoßen des Tropfens durch die Düse führt. Wenn das Element seine ursprüngliche Form wieder annimmt, pumpt sie die für neue Druckvorgänge notwendige Tinte in den Behälter. Die Düsenreihe dient somit dazu, eine Spaltenmatrix zu erzeugen, so dass keine Ablenkung des Tropfens erforderlich ist. Eine Variante dieses Systems besteht darin, die piezoelektrischen Kristalle durch kleine Heizelemente hinter jeder Düse zu ersetzen. Die Tropfen werden nach Bildung von Lösungsmitteldampfblasen ausgestoßen. Die Volumenzunahme ermöglicht das Ausstoßen des Tropfens. Es handelt sich schließlich um ein gepulstes Tintenstrahlsystem, in dem die Tinte bei Umgebungstemperatur fest ist. Der Druckkopf muss somit geheizt werden, damit sich die Tinte verflüssigt und druckbar ist. Dies ermöglicht eine schnelle Trocknung auf einem größeren Sortiment von Produkten als bei konventionellen Systemen.

Mittlerweile gibt es neue „Tintenstrahldrucker", die in der Lage sind, fotografische Bilder in exzellenter Qualität anzufertigen. Diese Geräte können allerdings keine guten Proofs liefern, wenn ein Papier von minderer Qualität verwendet wird. Die Auswahl des Druckpapiers ist für die Qualität des erzielten Bildes von grundlegender Bedeutung. Das Druckpapier muss folgende Eigenschaften miteinander verbinden: gedrucktes Bild in hoher Qualität, schnelles Trocknen nach dem Drucken, dauerhaft gute Farbstoffbeständigkeit, glattes Erscheinungsbild und hoher Glanz.

Im Allgemeinen umfasst das Druckpapier einen Träger, der mit einer oder mehreren Schichten nach den erforderlichen Eigenschaften beschichtet ist. So ist es beispielsweise möglich, auf einen Träger eine primäre Anlagerungsschicht, eine Absorptionsschicht, eine Tintenfarbstofffixierschicht und eine Schutzschicht oder Oberflächenschicht aufzubringen, um dem Aufzeichnungselement Glanz zu verleihen. Die Absorptionsschicht absorbiert den flüssigen Teil der wasserbasierten Tintenzusammensetzung nach Anfertigen des Bildes. Die Beseitigung der Flüssigkeit reduziert das Risiko der Tintenmigration an der Oberfläche. Die Tintenfarbstofffixierschicht verhindert einen Farbstoffverlust in die Fasern des Papierträgers, um eine gute Farbsättigung zu erzielen, während ein Tintenüberschuss vermieden wird, der eine Zunahme der Größe der Druckpunkte fördern und die Bildqualität mindern würde. Die Absorptionsschicht und die Fixierschicht kann zudem eine einzelne Tintenempfangsschicht darstellen, die beide Funktionen wahrnimmt. Die Schutzschicht ist darauf ausgelegt, einen Schutz gegen Fingerabdrücke und Druckstellen der Druckereinzugswalzen zu bilden. Die Tintenempfangsschicht umfasst normalerweise ein Bindemittel, ein Tintenempfangsmittel und verschiedene Additive. Zweck des Empfangsmittels ist die Fixierung der Farbstoffe in dem Druckpapier. Die bestbekannten anorganischen Empfangsmittel sind kolloidales Siliciumdioxid oder Boehmite. Die europäischen Patentanmeldungen EP-A-976,571 und EP-A-1,162,076 beschreiben beispielsweise Aufzeichnungselemente für das Tintenstrahldrucken, in denen die Tintenempfangsschicht LudoxTM CL (kolloidales Siliciumdioxid) von der Grace Corporation oder DispalTM (kolloidales Boehmit) von Sasol als anorganisches Empfangsmittel enthält. Druckpapier mit einer Tintenempfangsschicht, die derartige anorganische Empfangsmittel enthält, kann jedoch eine schlechte Langzeitbildstabilität aufweisen, was sich durch einen Verlust der Farbdichte äußert.

Um die neuen Anforderungen des Marktes in Bezug auf fotografische Qualität, Druckgeschwindigkeit und Farbstabilität zu erfüllen, ist es nötig, ein neuartiges Tintenstrahlaufzeichnungselement mit den zuvor definierten Eigenschaften bereitzustellen, und zwar insbesondere mit guten Farbstoffbeständigkeitseigenschaften bei Erhalt der sofortigen Trocknungsfähigkeit.

Das erfindungsgemäße, neuartige Tintenstrahlaufzeichnungselement umfasst einen Träger und mindestens eine Tintenempfangsschicht und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenempfangsschicht mindestens ein hydrolösliches Bindemittel enthält und mindestens ein Aluminosilicatpolymer, das nach einer Herstellungsmethode erhältlich ist, die die folgenden Schritte umfasst:

  • a) die Behandlung eines gemischten Aluminium- und Siliziumalkoxides, das lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweist, oder eines gemischten Aluminium- und Siliziumvorläufers, der bei der Hydrolyse einer Mischung von Aluminiumverbindungen und Siliziumverbindungen anfallt, die lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweisen, mit einem wässrigen Alkali in Gegenwart von Silanolgruppen, wobei die Aluminiumkonzentration bei weniger als 0,3 Mol/l gehalten wird, wobei das molare Verhältnis von Al/Si zwischen 1 und 3,6 gehalten wird und wobei das molare Verhältnis des Alkalis/Al zwischen 2,3 und 3 gehalten wird;
  • b) das Verrühren der Mischung, die bei Umgebungstemperatur in Stufe a) in Gegenwart von Silanolgruppen anfallt, lange genug, um das Aluminosilicatpolymer zu erzeugen;
  • c) die Eliminierung der Nebenprodukte, die in Stufe a) und b) aus dem Reaktionsmedium anfallen; und
  • d) das Hinzufügen von mindestens einem Chelatbildner des Aluminiums zum Aluminosilicatpolymer, wobei das molare Verhältnis zwischen den Chelat-Funktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Aluminosilicatpolymeren größer oder gleich 1 ist.

In der vorliegenden Beschreibung meint „hydrolysierbare Funktion" einen durch Hydrolyse während des Prozesses und insbesondere zum Zeitpunkt der Behandlung mit dem wässrigen Alkali eliminierten Substituenten. Im Folgenden meint „unmodifiziertes, gemischtes Aluminium- und Siliciumalkoxid" bzw. „gemischter Aluminium- und Siliciumvorläufer" ein gemischtes Aluminium- und Siliciumalkoxid, das lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweist, oder einen gemischten Aluminium- und Siliziumvorläufer, der aus der Hydrolyse einer Mischung aus Aluminiumverbindungen und Siliciumverbindungen mit lediglich hydrolysierbaren Funktionen resultiert. Allgemeiner gesagt, ist eine „unmodifizierte" Verbindung eine Verbindung, die lediglich hydrolysierbare Substitutenten umfasst.

Das erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungselement weist eine verbesserte Langzeitfarbstoffbeständigkeit sowie eine verbesserte sofortige Trocknungsfähigkeit im Vergleich mit Tintenstrahlaufzeichnungselementen auf, die am Markt erhältlich sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

1 das mit Raman-Spektroskopie ermittelte Spektrum der Alumosilicatpolymere, verwendet zur Herstellung der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Alumosilicatpolymere,

2, 3, 5 und 6 den Prozentsatz des Farbdichteverlusts für verschiedene Vergleichs- und erfindungsgemäße Aufzeichnungselemente bei Exposition gegenüber Ozon, und

4 den Prozentsatz der sofort trockenen Tinte für verschiedene Vergleichs- und erfindungsgemäße Aufzeichnungselemente.

Das erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungselement umfasst zunächst einen Träger. Der Träger wird gemäß der gewünschten Verwendung ausgewählt. Hierbei kann es sich um eine transparente oder opake thermoplastische Folie handeln, insbesondere um eine polyesterbasierte Folie, wie Polyethylenterephthalat oder Polymethylmetacrylat; Cellulosederivate, wie Celluloseester, Cellulosetriacetat, Cellulosediacetat; Polyacrylate; Polyimide; Polyamide; Polycarbonate; Polystyrole; Polyolefine; Polysulfone; Polyetherimide; Vinylpolymere, wie Polyvinylchlorid und Mischungen daraus. Der in der Erfindung verwendete Träger kann auch Papier sein, wobei beide Seiten mit einer Polyethylenschicht bedeckt sein können. Wenn der die Papierzellstoffmasse beinhaltende Träger auf beiden Seiten mit Polyethylen beschichtet ist, wird er als harzbeschichtetes Papier (RC-Papier/Resin Coated Paper) bezeichnet und unter verschiedenen Markennamen vermarktet. Diese Art Träger wird insbesondere für ein Tintenstrahlaufzeichnungselement bevorzugt. Die benutzte Seite des Trägers kann mit einer sehr dünnen Gelatineschicht oder einer anderen Zusammensetzung beschichtet werden, um die Haftung der ersten Schicht auf dem Träger zu gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungselement umfasst dann mindestens eine Tintenempfangsschicht, die mindestens ein hydrolösliches Bindemittel enthält. Dieses hydrolösliche Bindemittel kann Gelatine oder Polyvinylalkohol sein. Als Gelatine kommt die im fotografischen Bereich üblicherweise verwendete zum Einsatz. Eine derartige Gelatine wird in der Forschungsveröffentlichung Research Disclosure September 1994, Nr. 36544, Teil IIA beschrieben Research Disclosure ist eine Publikation von Kenneth Mason Publications, Ltd., Dudley House, 12 North Street, Emsworth, Hampshire PO10 7DQ, Großbritannien. Die Gelatine kann von SKW und der Polyvinylalkohol kann von Nippon Gohsei oder Alfa Aesar bezogen werden.

Erfindungsgemäß umfasst die Tintenempfangsschicht als ein Empfangsmittel mindestens ein Alumosilicatpolymer, das nach einem Verfahren herstellbar ist, das folgende Schritte umfasst:

  • a) die Behandlung eines gemischten Aluminium- und Siliziumalkoxides, das lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweist, oder eines gemischten Aluminium- und Siliziumvorläufers, der bei der Hydrolyse einer Mischung von Aluminiumverbindungen und Siliziumverbindungen anfällt, die lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweisen, mit einem wässrigen Alkali in Gegenwart von Silanolgruppen, wobei die Aluminiumkonzentration bei weniger als 0,3 Mol/l gehalten wird, wobei das molare Verhältnis von Al/Si zwischen 1 und 3,6 gehalten wird und wobei das molare Verhältnis des Alkalis/Al zwischen 2,3 und 3 gehalten wird;
  • b) das Verrühren der Mischung, die bei Umgebungstemperatur in Stufe a) in Gegenwart von Silanolgruppen anfällt, lange genug, um das Aluminosilicatpolymer zu erzeugen;
  • c) die Eliminierung der Nebenprodukte, die in Stufe a) und b) aus dem Reaktionsmedium anfallen; und
  • d) das Hinzufügen von mindestens einem Chelatbildner des Aluminiums zum Aluminosilicatpolymer, wobei das molare Verhältnis zwischen den Chelat-Funktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Aluminosilicatpolymeren größer oder gleich 1 ist.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist der unmodifizierte Aluminium- oder Siliciumvorläufer in situ herstellbar durch Mischen in wässrigem Medium (i) einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumsalzen, Aluminiumalkoxiden und Aluminiumhalogenalkoxiden und (ii) mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ummodifizierten Siliziumalkoxiden und Chloralkoxiden. Das Alkoxidradikal der ummodifizierten Aluminiumverbindung oder der Siliciumverbindung enthält vorzugsweise 1 bis 5 Kohlenstoffatome, wie Methoxid, Ethoxid, n-Propoxid oder i-Propoxid.

Vorzugsweise wird ein Aluminiumsalz, beispielsweise ein Halogenid (z.B. Chlorid oder Bromid), ein Perhalogenat, ein Sulfat, ein Nitrat, ein Phosphat oder ein Carboxylat und mindestens ein unmodifiziertes Siliciumalkoxid, beispielsweise Tetramethyl- oder Tetraethylorthosilicat, verwendet.

Ein einzelnes, unmodifiziertes Siliciumalkoxid oder eine Mischung aus unmodifizierten Siliciumalkoxiden oder ein einzelnes, unmodifiziertes Siliciumchloralkoxid oder eine Mischung aus unmodifizierten Siliciumchloralkoxiden oder eine Mischung aus unmodifizierten Siliciumalkoxiden und Chloralkoxiden ist verwendbar.

Vorzugsweise wird ein Aluminiumhalogenid, wie Chlorid, und ein unmodifiziertes Siliciumalkoxid verwendet. In der Praxis erfolgt die Mischung bei einer Umgebungstemperatur zwischen 15°C und 35°C, vorzugsweise zwischen 20°C und 25°C, durch Zugabe des Siliciumalkoxids, entweder pur oder verdünnt in einem Colösungsmittel, wie etwa einem Alkohol, zu dem Aluminiumsalz in wässriger Lösung unter Verrühren, bis eine klare, homogene Mischung entstanden ist. Auf diese Weise entsteht ein unmodifizierter gemischter Aluminium- und Siliciumvorläufer. Die Verrührzeit variiert zwischen 10 und 180 Minuten und beträgt vorzugsweise 120 Minuten.

Gemäß Schritt a) des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers wird dann der Vorläufer oder ein unmodifiziertes, gemischtes Aluminium- und Siliciumalkoxid in Kontakt mit einem wässrigen Alkali gebracht, wobei die Aluminiumkonzentration bei weniger als 0,3 Mol/l gehalten wird, wobei das Molverhältnis von Al/Si zwischen 1 und 3,6 gehalten wird und wobei das Molverhältnis des Alkalis/Al zwischen 2,3 und 3 gehalten wird. Vorteilhaft beträgt die Aluminiumkonzentration zwischen 1,5 × 102 und 0,3 Mol/l und am besten zwischen 4,4 × 10–2 und 0,3 Mol/l. Vorzugsweise beträgt das Molverhältnis des Al/Si zwischen 1 und 2.

Vorzugsweise wird eine wässrige Lösung aus Natrium, Kalium oder Lithiumhydroxid, Diethylamin oder Triethylamin mit einer Konzentration zwischen 0,5 M und 3 M, vorzugsweise von 3 M verwendet. Das Alkali ist zudem in Form einer hydroalkoholischen Lösung verwendbar.

Das Alkali wird dem Vorläufer oder dem unmodifizierten, gemischten Aluminium- und Siliciumalkoxid mit einer Geschwindigkeit zwischen 50 und 650 mMol/h zugegeben.

Das Alkali in Schritt a) wird in Anwesenheit von Silanolgruppen zugegeben. Diese Gruppen können durch Glas- oder Siliciumdioxidpartikel (Glaswolle) oder Perlen zugegeben werden, die an der Oberfläche Hydroxygruppen aufweisen. Wenn das Volumen der zu behandelnden Flüssigkeit groß ist, kann es wünschenswert sein, die Menge der Perlen zu erhöhen. Der Durchmesser der Perlen kann zwischen 0,2 und 5 mm betragen, vorzugsweise zwischen 1 und 3 mm. Um die Implementierung des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers zu vereinfachen, kann die Herstellung der gemischten Aluminium- und Siliciumvorläufer auch in Anwesenheit von Silanolgruppen erfolgen, beispielsweise durch Umwälzen der Mischung in einem Bett aus Glasperlen.

Nach Zugabe des Alkali besteht Schritt b) des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers im Verrühren der aus Schritt a) resultierenden Mischung bei Umgebungstemperatur in Anwesenheit von Silanolgruppen für eine ausreichende Zeit, damit sich das Alumosilicatpolymer bilden kann.

Schritt c) des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers besteht im Eliminieren der Nebenprodukte, die in Schritt a) und b) anfallen, aus dem Reaktionsmedium, beispielsweise die Restionen, die im Wesentlichen aus dem in Schritt a) verwendeten Alkali stammen. Die Restionen können durch Waschen, nachfolgendes Sedimentieren oder durch Diafiltration eliminiert werden. Das Alumosilicatpolymer-Aufzeichnungselement aus Schritt c) kann dann durch Zentrifugieren oder Nanofiltration konzentriert werden.

In einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers wird in Schritt a) eine Menge des Alkalis zugegeben, um ein Molverhältnis des Alkalis/Al von ca. 2,3 zu erhalten. In diesem Fall wird der pH-Wert zwischen 4 und 5 und vorzugsweise zwischen 4,2 und 4,3 gehalten. Dann wird Schritt b) angewandt, wie zuvor beschrieben. Das in der Erfindung verwendbare Alumosilicatpolymer wird somit in Form einer Dispersion erzeugt. Schritt c) dient zur Eliminierung der Restionen mittels Diafiltration, gefolgt von einer Konzentration durch Nanofiltration.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers wird in Schritt a) eine Menge des Alkalis zugegeben, um ein Molverhältnis des Alkalis/Al von ca. 3 zu erhalten. Dann wird Schritt b) angewandt, wie zuvor beschrieben. Das in der Erfindung verwendbare Alumosilicatpolymer wird somit in Form einer Suspension erzeugt. Schritt c) zur Eliminierung der Restionen kann durch Diafiltration durchgeführt werden, gefolgt von einer Konzentration durch Nanofiltration, wobei das Alumosilicatpolymer zuvor durch Zugabe von Säure redispergiert wurde, beispielsweise Chlorwasserstoff- oder Essigsäure oder Mischungen daraus.

In einem dritten Ausführungsbeispiel umfasst das zur Herstellung des in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers einen zusätzlichen Schritt e) nach Schritt b) und vor Schritt c). Der Schritt e) besteht darin, einige Minuten eine zusätzliche Menge an wässrigem Alkali zuzugeben, um ein Molverhältnis des Alkalis/Al von 3 zu erhalten, wenn dieses Verhältnis nicht bereits in Schritt a) erzielt worden ist. Das in der Erfindung verwendbare Alumosilicatpolymer wird somit in Form einer Suspension erzeugt. Schritt c) zur Eliminierung der Restionen kann durch Diafiltration durchgeführt werden, gefolgt von einer Konzentration durch Nanofiltration, wobei das Alumosilicatpolymer zuvor durch Zugabe von Säure redispergiert wurde, beispielsweise Chlorwasserstoffsäure. Schritt c) kann auch durch Waschen in Osmosewasser, anschließendes Sedimentieren, gefolgt durch Konzentration mittels Zentrifugieren durchgeführt werden.

Das aus Schritt c) und einer anschließenden Konzentration resultierende Alumosilicatpolymer hat physisch die Form von Gel. Das Molverhältnis des Al/Si liegt zwischen 1 und 3,6. Ein derartiges Polymer wird in der Patentanmeldung WO 03/07579 beschrieben.

Das Verfahren zur Herstellung eines in der Erfindung verwendbaren Alumosilicatpolymers umfasst zudem einen Schritt d), gemäß dem ein Chelatbildner des Aluminiums zum Aluminosilicatpolymer zugegeben wird, wobei das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers größer oder gleich 1 ist. Schritt d) kann direkt auf das Alumosilicatpolymer angewandt werden, das aus Schritt b) oder aus Schritt c) resultiert. Schritt d) wird direkt auf das Alumosilicatpolymer angewandt, das aus Schritt c) resultiert. Die Mischung wird dann verrührt. Die nachfolgende Vakuumevakuierung ermöglicht es, das in der Erfindung verwendbare Alumosilicatpolymer in fester Form zu erhalten.

Ein derartiger Chelatbildner des Aluminiums wird ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Carboxylsäuren, Phosphonsäuren, Phosphinsäuren, Sulfonsäuren, difunktionellen Säuren, ihren Estern und Anhydriden und Aminosäuren. Vorzugsweise wird der Chelatbildner des Aluminiums ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HCOOH, R1COOH, worin R1 ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus CH3(CH2)n, wobei n zwischen 0 und 12 liegt, CF3, C6H5, (C6H5)2, substituierten, aromatischen Ringen, C4H4S; R2PO(OH)2, worin R2 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CH3, C6H5; R3SO3H, worin R3 steht für CH3(CH2)n, wobei n zwischen 0 und 5 liegt; HOOC(CH2)nCOOH, n = 0 - 8; aromatischen, difunktionellen Säuren; HOOC(CH2)nPO(OH)2, n = 2, 4; aliphatischen Hydroxysäuren; HOOC(CH2OH)nCOOH, n = 1 - 2; CH3CH(NH2)COOH. Der Chelatbildner des Aluminiums ist vorzugsweise Essigsäure.

Das für den Chelatbildner des Aluminiums verwendete Lösungsmittel ist im Allgemeinen Wasser, aber es können auch andere Lösungsmittel, die mit Wasser mischbar sind, verwendet werden, um den Chelatbildner zu lösen, bevor er dem aus Schritt c) resultierenden Alumosilicatpolymer zugegeben wird.

Schritt d) kann zudem im Moment der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung für die Tintenempfangsschicht unter Verwendung eines aus Schritt c) resultierenden Alumosilicatpolymers angewandt werden, vorzugsweise lyophilisiert.

Schritt d) kann zunächst das Zugeben von Essigsäure und das anschließende Zugeben eines weiteren Chelatbildners des Aluminiums umfassen. Dieses Verfahren ist insbesondere verwendbar, um die Chelatbildung zu verbessern, wenn der Chelatbildner große, voluminöse Gruppen mit hydrophobem Charakter umfasst.

Die Menge des Chelatbildners des Aluminiums entspricht einem Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers. Dieses Molverhältnis ist größer oder gleich 1. Vorzugsweise beträgt es zwischen 1 und 4. Vorzugsweise ist es größer oder gleich 2, wenn Schritt d) direkt auf das aus Schritt c) resultierende Alumosilicatpolymer angewandt wird, um ein aus Schritt d) resultierendes Alumosilicatpolymer herzustellen.

Die Einbringung eines Chelatbildners des Aluminiums ermöglicht die Modifikation der Oberfläche des Alumosilicatpolymers durch Bildung eines Chelats. Die Funktionsgruppe des Chelatbildners ermöglicht eine erhöhte Affinität des Alumosilicatpolymers mit dem Medium, in dem es verwendet wird. Zudem wurde dargestellt, dass in Anwesenheit eines ternären Systems aus Alumosilicatpolymer/Chelatbildner/hydrolöslichem Bindemittel und wenn das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers größer oder gleich 1 ist, dieses in der Tintenempfangsschicht Aggregate bildet, die es vermögen, die Porosität der Schicht und somit die Tintentrocknungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Aggregate sind nicht vorhanden in der Beschichtungszusammensetzung, die zur Beschichtung auf dem Träger vorgesehen ist, um die Tintenempfangsschicht zu bilden, sondern bilden sich nur während des Trocknens.

Das in der Erfindung verwendbare Alumosilicatpolymer aus Schritt d) liegt physisch in Gelform vor. Das Molverhältnis des Al/Si liegt zwischen 1 und 3,6.

Die nachfolgende Lyophilisierung ermöglicht es, das in der Erfindung verwendbare Alumosilicatpolymer in Pulverform zu erhalten. Ein derartiges Alumosilicatpolymer kann dadurch gekennzeichnet sein, dass sein Raman-Spektrum im Spektralbereich 200-600 cm–1 ein breites Band bei 250 ± 6 cm–1, ein breites starkes Band bei 359 ± 6 cm–1, eine Schulter bei 407 ± 7 cm–1 und ein breites Band bei 501 ± 6 cm–1 umfasst, sowie Bänder, die den Chelatbildner in seiner Chelatform kennzeichnen, wobei das Raman-Spektrum für das Alumosilicatpolymer angefertigt wird, das aus Schritt d) und Lyophilisierung resultiert.

Das Tintenaufzeichnungselement umfasst zwischen 5 und 95 Gew.-% Alumosilicatpolymer im Vergleich mit dem Gesamtgewicht der trockenen Tintenempfangsschicht.

Um die Beschichtungszusammensetzung herzustellen, die zum Auftragen auf dem Träger und zur Bildung der Tintenempfangsschicht des zuvor beschriebenen Tintenaufzeichnungselements vorgesehen ist, wird das hydrolösliche Bindemittel in Wasser verdünnt, um dessen Viskosität einzustellen und dessen Auftrag zu ermöglichen. Die Zusammensetzung hat dann die Form einer wässrigen Lösung oder einer Dispersion, die alle notwendigen Komponenten enthält. Wenn das wie oben hergestellte Alumosilicatpolymer zur Herstellung der Zusammensetzung in Pulverform verwendet wird, muss dieses Pulver sehr fein sein.

Die Zusammensetzung kann zudem ein Tensid umfassen, um deren Beschichtungseigenschaften zu verbessern. Die Zusammensetzung kann auf den Träger gemäß einem geeigneten Beschichtungsverfahren aufgetragen werden, beispielsweise mittels Rakel-, Lamellen- oder Vorhangsbeschichtungsverfahren. Die Zusammensetzung wird mit einer Dicke zwischen ca. 20 und 300 &mgr;m im nassen Zustand aufgetragen, vorzugsweise zwischen 100 und 300 &mgr;m und vorzugsweise mit 200 &mgr;m. Die die Tintenempfangsschicht bildende Zusammensetzung kann auf beiden Seiten des Trägers aufgetragen werden. Es ist zudem möglich, eine Antistatik- oder Antiwickelschicht auf der Rückseite des mit der Tintenempfangsschicht beschichteten Trägers aufzutragen.

Das erfindungsgemäße Tintenstrahlaufzeichnungselement kann neben der zuvor beschriebenen Tintenempfangsschicht weitere Schichten mit einer anderen Funktion umfassen, die über oder unter der Tintenempfangsschicht angeordnet sind. Die Tintenempfangsschicht sowie die übrigen Schichten können beliebige weitere Additive umfassen, die einschlägigen Fachleuten bekannt sind, um die Eigenschaften des resultierenden Bildes zu verbessern, wie etwa UV-Strahlungsabsorbenzien, optische Aufheller, Antioxidationsmittel, Weichmacher usw.

Die in der Erfindung verwendbare Tintenempfangsschicht hat im Allgemeinen eine Dicke zwischen 1 &mgr;m und 50 &mgr;m im trockenen Zustand. Das eine derartige Tintenempfangsschicht umfassende Tintenstrahlaufzeichnungselement hat eine verbesserte Langzeitfarbstoffbeständigkeit sowie eine verbesserte sofortige Trocknungsfähigkeit. Es ist dann für einen beliebigen Tintenstrahldruckertyp sowie für alle für diese Technologie entwickelten Tinten verwendbar.

Die folgenden Beispiele stellen die Erfindung dar, ohne allerdings deren Schutzumfang einzuschränken.

1) Herstellung verschiedener Alumosilicatpolymere Synthese Nr. 1

Ein Alumosilicatpolymer wurde hergestellt und zur Herstellung der in der Erfindung verwendeten Alumosilicatpolymere verwendet. Ein derartiges Alumosilicatpolymer wird in der Patentanmeldung WO 03/07579 beschrieben.

4,53 Mol AlCl3, 6H2O, dann 2,52 Mol Tetraethylorthosilicat wurden zu 100 l Osmosewasser zugegeben. Die Mischung wurde verrührt und gleichzeitig durch ein Bett aus 1 kg Glasperlen mit 2 mm Durchmesser mithilfe einer Pumpe mit einer Pumpleistung von 8 l/min umgewälzt. Der Herstellungsvorgang des nicht modifizierten, gemischten Aluminium- und Siliciumvorläufers dauerte 60 Minuten. Dann wurden dem Vorläufer gemäß Schritt a) des Verfahrens zur Herstellung des in der Erfindung verwendeten Alumosilicatpolymers 10,5 Mol NaOH 3 M in zwei Stunden zugegeben. Das Reaktionsmedium wurde milchig. Gemäß Schritt b) des Herstellungsverfahrens wurde die Mischung 18 Stunden verrührt. Das Reaktionsmedium wurde klar. Die Umwälzung in dem Glasperlenbett wurde gestoppt. Gemäß Schritt e) des Herstellungsverfahrens wurden 3,09 Mol NaOH 3 M in 10 Minuten zugegeben. Die Aluminiumkonzentration betrug 4,4 × 10–2 Mol/l, das Molverhältnis Al/Si 1,8 und das Verhältnis des Alkalis/Al 3. Das Alumosilicatpolymer wurde auf diese Weise in Suspensionsform erzeugt. Dieses Polymer wurde nach dessen Raman-Signatur identifiziert, wie in 1 dargestellt, wobei das Polymer lyophilisiert wurde, um dessen Raman-Signatur zu erhalten.

In allen beschriebenen Beispielen wurde ein Spektrometer des Typs Raman Bruker RFS 100 (Laser-Anregungswellenlänge 1064 nm, Leistung 800 mW und 512 Scans) benutzt, um die Raman-Spektren zu erhalten. Die Spektren wurden im Auflichtbetrieb (180°) mithilfe einer Linse mit halbzylinderförmigem Spiegel erfasst. Die Proben wurden in fester Form (durch Lyophilisierung erzeugt) ohne spezielle Vorbereitung analysiert. Das Raman-Spektrum wurde dem Infrarotspektrum vorgezogen, weil die in der Erfindung verwendeten Aufzeichnungselemente wasserhaltig waren und das Infrarotspektrum des Aufzeichnungselements von dem Wasser maskiert wurde. Dieses Problem trat nicht mit der Technologie des Raman-Spektrums auf. Aufzeichnungselemente, die die gleiche Raman-Signatur aufweisen, gehören zur gleichen Familie.

Schritt c) des Herstellungsverfahrens besteht daraus, die Polymersuspension für 24 Stunden ruhen zu lassen und dann die überstehende Flüssigkeit zu dekantieren, um das Sediment zurückzugewinnen. Anschließend wurden 166 g 37%iger HCl, die zuvor 10 Mal verdünnt worden war, dem Sediment zugegeben, um eine Dispersion des Alumosilicatpolymers zu erhalten. Die Dispersion wurde dann mit einer Filmtec NF 2540 Nanofiltrationsmembran (6 m2 Oberfläche) diafiltriert, um die Natriumsalze zu beseitigen und ein Verhältnis Al/Na von größer als 100 zu erreichen. Das aus der Diafiltration resultierende Retentat wurde durch Nanofiltration konzentriert, um ein Gel mit ca. 20 Gew.-% Alumosilicatpolymer zu erhalten.

Synthese Nr. 2

Ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Alumosilicatpolymer wurde mit einem anfänglichen Molverhältnis hergestellt, das zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und dem Aluminium des Alumosilicatpolymers von 2 lag.

Das Herstellungsverfahren aus Synthese Nr. 1 wurde reproduziert. Es wurden 100 g des aus der Synthese Nr. 1 gewonnenen Alumosilicatpolymergels benutzt (Aluminiummenge = 1,54 g, 57 mMol, gemessen durch Atomemissionsspektroskopie, Plasmaquelle mit induktiver Kopplung (ICP-AES)), und dieses Gel wurde in 100 g Osmosewasser verdünnt. Dann wurden dem Gel gemäß Schritt d) des Herstellungsverfahrens 6,8 g (114 mMol) Eisessig zugegeben. Das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen der Essigsäure und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers betrug 2. Die Mischung wurde 2 Tage verrührt. Überschüssiges Wasser und Essigsäure wurden bei 35°C vakuumdestilliert. Es entstand ein weißes Pulver.

Das Raman-Spektrum dieses Alumosilicatpolymers zeigte die charakteristischen Bänder des mittels Synthese Nr. 1 erzeugten Alumosilicatpolymers sowie die charakteristischen Bänder des Chelatbildners in Acetatform.

Synthese Nr. 3

Ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Alumosilicatpolymer wurde mit einem anfänglichen Molverhältnis hergestellt, das zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und dem Aluminium des Alumosilicatpolymers von 1 lag.

Das Herstellungsverfahren aus Synthese Nr. 1 wurde reproduziert. Es wurden 18 g des aus der Synthese Nr. 1 gewonnenen Alumosilicatpolymergels benutzt (Aluminiummenge = 425 mg, 15 mMol, gemessen mit ICP-AES), und dieses Gel wurde in 8,8 g Osmosewasser verdünnt. Dann wurden dem Gel gemäß Schritt d) des Herstellungsverfahrens 1,4 g (15 mMol) Phosphonmethylsäure zugegeben. Das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen der Phosphonmethylsäure und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers betrug 1. Die Mischung wurde 2 Tage verrührt. Überschüssiges Wasser wurde bei 35°C vakuumdestilliert. Es entstand ein weißes Pulver.

Das Raman-Spektrum dieses Alumosilicatpolymers zeigte die charakteristischen Bänder des mittels Synthese Nr. 1 erzeugten Alumosilicatpolymers sowie die charakteristischen Bänder des Chelatbildners in Phosphonatform.

Synthese Nr. 4

Ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Alumosilicatpolymer wurde mit einem anfänglichen Molverhältnis hergestellt, das zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und dem Aluminium des Alumosilicatpolymers von 1 lag.

Das Herstellungsverfahren aus Synthese Nr. 1 wurde reproduziert. Es wurden 20 g des aus der Synthese Nr. 1 gewonnenen Alumosilicatpolymergels benutzt (Aluminiummenge = 798 mg, 29,5 mMol, gemessen mit ICP-AES), und dieses Gel wurde in 20 g Osmosewasser verdünnt. Dann wurden dem Gel gemäß Schritt d) des Herstellungsverfahrens 2.8 g (29,5 mMol) Sulfonmethylsäure zugegeben. Das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen der Phosphonmethylsäure und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers betrug 1. Die Mischung wurde 2 Tage verrührt. Überschüssiges Wasser wurde bei 35°C vakuumdestilliert. Es entstand ein weißes Pulver.

Das Raman-Spektrum dieses Alumosilicatpolymers zeigte die charakteristischen Bänder des mittels Synthese Nr. 1 erzeugten Alumosilicatpolymers sowie die charakteristischen Bänder des Chelatbildners in Sulfonatform.

Synthese Nr. 5

Ein in der vorliegenden Erfindung verwendetes Alumosilicatpolymer wurde mit einem anfänglichen Molverhältnis hergestellt, das zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und dem Aluminium des Alumosilicatpolymers von 2 lag.

Das Herstellungsverfahren aus Synthese Nr. 1 wurde reproduziert. Es wurden 50 g des aus der Synthese Nr. 1 gewonnenen Alumosilicatpolymergels benutzt (Aluminiummenge = 1,23 g, 45,5 mMol, gemessen mit ICP-AES), und dieses Gel wurde in 25 g Osmosewasser verdünnt. Dann wurden dem Gel gemäß Schritt d) des Herstellungsverfahrens 9,3 g (91 mMol) Valeriansäure zugegeben. Das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen der Valeriansäure und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers betrug 2. Die Mischung wurde 2 Tage verrührt. Überschüssiges Wasser wurde bei 35°C vakuumdestilliert.

Es entstand ein weißes Pulver.

Das Raman-Spektrum dieses Alumosilicatpolymers zeigte die charakteristischen Bänder des mittels Synthese Nr. 1 erzeugten Alumosilicatpolymers sowie die charakteristischen Bänder des Chelatbildners in Carboxylatform.

Synthese Nr. 6

Zum Vergleich wurde ein in Synthese Nr. 2 beschriebenes Alumosilicatpolymer hergestellt, jedoch mit einem anfänglichen Molverhältnis, das zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und dem Aluminium des Alumosilicatpolymers von 0,5 lag.

Das Herstellungsverfahren aus Synthese Nr. 1 wurde reproduziert. Es wurden 100 g des aus der Synthese Nr. 1 gewonnenen Alumosilicatpolymergels benutzt (Aluminiummenge = 1,54 g, 57 mMol, gemessen mit ICP-AES), und dieses Gel wurde in 100 g Osmosewasser verdünnt. Dem Gel wurde Eisessig (1,7 g, 28,5 mMol) zugegeben. Das Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen der Essigsäure und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers betrug 0,5. Die Mischung wurde 2 Tage verrührt. Überschüssiges Wasser und Essigsäure wurden bei 35°C vakuumdestilliert. Es entstand ein weißes Pulver.

Das Raman-Spektrum dieses Alumosilicatpolymers zeigte die charakteristischen Bänder des mittels Synthese Nr. 1 erzeugten Alumosilicatpolymers sowie die charakteristischen Bänder des Chelatbildners in Acetatform.

2) Herstellung von Beschichtungszusammensetzungen, die eine auf einem Träger aufgetragene Tintenempfangsschicht bilden

Als ein hydrolösliches Bindemittel wurde Polyvinylalkohol mit einer Molmasse von mehr als 100.000, Hydrolyserate 86% (GohsenolTM GH23, vermarktet von Nippon Gohsei) verdünnt auf 9 Gew.-% in Osmosewasser verwendet. Die Zusammensetzung A beinhaltete als Empfangsmittel die gemäß Synthese 2 bis 6 hergestellten Alumosilicatpolymere.

Alle Beschichtungszusammensetzungen A wurden durch Mischen folgender Bestandteile erzeugt:

10,1 g Osmosewasser

2 g Alumosilicatpolymer (Trockenmasse)

2,7 g Polyvinylalkohol bei 9% (Verhältnis PVA/Alumosilicatpolymer = 0,12)

Sofern das Alumosilicatpolymer in Pulverform vorliegt, müssen die Partikeln zunächst fein zerstoßen werden. Die Mischung wurde über Nacht durch Scherung homogenisiert.

Die übrigen Beschichtungszusammensetzungen B und C wurden hergestellt, indem der Chelatbildner und das durch Synthese Nr. 1 erzeugte Alumosilicatpolymer zum Zeitpunkt der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung vor dem Aufragen direkt zusammengemischt wurden, und zwar bei einem Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers von 1.

Die Beschichtungszusammensetzung B wurden durch Mischen folgender Bestandteile erzeugt:

9,15 g Osmosewasser

0,95 g Eisessig (15,8 mMol)

2 g Alumosilicatpolymer aus Synthese Nr. 1 (Trockenmasse, 427 mg Aluminium, 15,8 mMol)

2,7 g Polyvinylalkohol bei 9% (Verhältnis PVA/Alumosilicatpolymer = 0,12)

Sofern das Alumosilicatpolymer in Pulverform vorliegt, müssen die Partikeln zunächst fein zerstoßen werden. Die Mischung wurde über Nacht durch Scherung homogenisiert.

Die Beschichtungszusammensetzung C wurden durch Mischen folgender Bestandteile erzeugt:

4,34 g Osmosewasser

0,76 g Phosphonmethylsäure (7,9 mMol)

1 g Alumosilicatpolymer aus Synthese Nr. 1 (Trockenmasse, 213 mg Aluminium, 7,9 mMol)

1,35 g Polyvinylalkohol bei 9% (Verhältnis PVA/Alumosilicatpolymer = 0,12)

Sofern das Alumosilicatpolymer in Pulverform vorliegt, müssen die Partikeln zunächst fein zerstoßen werden. Die Mischung wurde über Nacht durch Scherung homogenisiert.

3) Herstellung der Tintenstrahlaufzeichnungselemente

Hierzu wurde ein harzbeschichteter Papierträger auf eine Beschichtungsmaschine aufgelegt, dann zunächst mit einer sehr dünnen Gelatineschicht beschichtet, während der Träger durch Ansaugen auf der Maschine festgehalten wurde. Dieser Träger wurde mit einer gemäß Absatz 2 hergestellten Zusammensetzung beschichtet und mit einer Rakel aufgetragen. Die Nassdicke betrug für die Beispiele 1, 2, 4 und 5 125 &mgr;m und für die Beispiele 6 und 7 200 &mgr;m. Anschließend konnte die Beschichtung bei Umgebungstemperatur (21°C) drei Stunden trocknen.

Die resultierenden Aufzeichnungselemente entsprachen den in der folgenden Tabelle I aufgeführten Beispielen, wozu das jeweils in der Tintenempfangsschicht verwendete Empfangsmittel angegeben ist. Tabelle I Aufzeichnungselement Zusammensetzung Empfangsmittel in der Tintenempfangsschicht Beispiel 1 (Erfindung) A Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 2 Beispiel 2 (Erfindung) A Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 3 Beispiel 3 (Erfindung) A Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 4 Beispiel 4 (Erfindung) A Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 5 Beispiel 5 (Vergleich) A Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 6 Beispiel 6 (Erfindung) B Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 1/Essigsäure Beispiel 7 (Erfindung) C Alumosilicatpolymer gemäß Synthese Nr. 1/Phosphonmethylsäure

4) Bewertung der Langzeitfarbstoffbeständigkeit

Um die Langzeitfarbstoffbeständigkeit zu bewerten, wurde ein Farbstoffausbleichtest durch Exposition gegenüber Ozon für jedes resultierende Aufzeichnungselement durchgeführt. Zu diesem Zweck wurden Targets, die vier Farben aufwiesen (schwarz, gelb, blaugrün und purpurrot) mit einem Drucker des Typs KODAK PPM 200 oder Epson 690 und zugehöriger Tinte auf jedes Aufzeichnungselement gedruckt. Die Targets wurden mit einem Spektrometer des Typs GretagMacbethTM Spectrolino analysiert, das die Intensität der verschiedenen Farben maß. Anschließend wurden die Aufzeichnungselemente für drei Wochen in eine Dunkelkammer mit kontrollierter Ozonatmosphäre (60 ppb) gelegt. Jede Woche wurde jede Verschlechterung der Farbdichte mithilfe des Spektrometers überwacht. Wenn die Dichteverluste für alle Farben nach drei Wochen kleiner als 30% waren, ging man davon aus, dass das Aufzeichnungselement ein stabiles Drucken ermöglichte.

2 zeigt den Dichteverlust in Prozent für die vier Farben des Targets nach drei Wochen für die Beispiele 1, 2 und 4 bis 7, gedruckt mit dem Drucker des Typs KODAK PPM 200. Für Beispiel 5 wurde ein prozentualer Dichteverlust zur Originaldichte von 0,5 beobachtet. Für die übrigen Beispiele wurde ein prozentualer Dichteverlust zur Originaldichte von 1 beobachtet.

3 zeigt den Dichteverlust in Prozent für die vier Farben des Targets nach drei Wochen für die Beispiele 1 bis 5 und 7, gedruckt mit dem Drucker des Typs Epson 680. Für Beispiel 5 wurde ein prozentualer Dichteverlust zur Originaldichte von 0,5 beobachtet. Für die übrigen Beispiele wurde ein prozentualer Dichteverlust zur Originaldichte von 1 beobachtet.

Die Buchstaben K, C, M und Y stehen für die Farben schwarz, blaugrün, purpurrot bzw. gelb.

Es ist zu sehen, dass die erfindungsgemäßen Tintenstrahlaufzeichnungselemente eine sehr gute Langzeitfarbstoffbeständigkeit aufweisen.

5) Beobachtung der Oberflächenstruktur der Aufzeichnungselemente

Die Oberflächenstruktur der resultierenden Aufzeichnungselemente wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop des Typs Philips XL30 Sfeg beobachtet.

Die Beobachtung der Empfangsschicht des Aufzeichnungselements gemäß Beispiel 5 zeigt, dass die Oberfläche glatt und ohne Aggregate ist.

Die Beobachtung der Empfangsschicht der Aufzeichnungselemente gemäß den Beispielen 1 bis 4 und 6 und 7 zeigt, dass die Oberfläche rau ist und sich aus Aggregaten zusammensetzt, deren Größe zwischen den Werten liegt, die in der folgenden Tabelle II angegeben sind: Tabelle II Aufzeichnungselement Aggregatgröße (&mgr;m) Beispiel 1 (Erfindung) 0,6-2 Beispiel 2 (Erfindung) 0,2-20 Beispiel 3 (Erfindung) 0,5-4,5 Beispiel 4 (Erfindung) 0,1-3 Beispiel 6 (Erfindung) 0,4-2,5 Beispiel 7 (Erfindung) 0,8-12

Diese Ergebnisse zeigen, dass sich die Aggregate in der Tintenempfangsschicht nur bilden, wenn das ternäre System aus Alumosilicatpolymer/Chelatbildner/hydrolöslichem Bindemittel mit einem Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und dem Aluminium des Alumosilicatpolymers von größer als 1 verwendet wird.

6) Glanzbewertung

Glanz wurde für die verschiedenen resultierenden Aufzeichnungselemente mit einem Gerät des Typs Picogloss 560 (60° Geometrie) gemessen, vermarktet von Erichsen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefasst. Tabelle III Aufzeichnungselement Glanz (%) Beispiel 1 (Erfindung) 3 Beispiel 2 (Erfindung) 3 Beispiel 3 (Erfindung) 3 Beispiel 4 (Erfindung) 3 Beispiel 5 (Vergleich) 70 Beispiel 6 (Erfindung) 3 Beispiel 7 (Erfindung) 3

Die Ergebnisse aus Tabelle III zeigen, dass die Aufzeichnungselemente gemäß den Beispielen 1 bis 4 und 6 und 7 wegen der Bildung großer Aggregate in der Tintenempfangsschicht nicht glänzend sind. Das Aufzeichnungselement gemäß Beispiel 5 hat wegen fehlender Aggregate einen guten Glanz.

7) Bewertung der sofortigen Trocknungsfähigkeit

Für die gemäß den Beispielen 1, 5 und 6 erzeugten Aufzeichnungselemente wurde die Trocknungszeit der Tinte nach dem Drucken bewertet. Zu diesem Zweck wurden Targets, die vier Farben aufwiesen (schwarz, gelb, blaugrün und purpurrot) mit einem Drucker des Typs KODAK PPM 200 und zugehöriger Tinte unter Verwendung der Einstellungen für fotografische Druckqualität auf jedes Aufzeichnungselement gedruckt. Zum Abschluss des Druckvorgangs wurde sofort ein Papierbogen auf das frisch gedruckte Target gelegt. Die optische Dichte der übertragenden Farben wurde mit einem Spektrometer des Typs GretagMacbeth Spectrolino gemessen, und der Wert der prozentualen Trocknung wurde nach folgender Formel abgeleitet:

wobei Dmes für die optische Dichte steht, gemessen auf dem Bild des übertragenen Targets minus Dmin (Dichte des nicht gedruckten resultierenden Elements).

Dref steht für die optische Dichte, gemessen auf dem auf den Bogen Normalpapier gedruckten Targets minus Dmin.

Je höher der Wert %Trocknung ist, umso weniger Tinte wurde übertragen, und umso schneller trocknet das Gedruckte. Bei einem Wert von 100% ist das Gedruckte sofort trocken.

4 zeigt den %Trockenwert bei der Druckerausgabe für die gemäß den Beispielen 1, 5 und 6 erzeugten Aufzeichnungselemente. Es ist ersichtlich, dass das Aufzeichnungselement gemäß dem Vergleichsbeispiel 5, das keine Aggregate enthält, eine Tintentrocknungszeit nach Drucken aufweist, die viel länger als diejenige ist, die für die Aufzeichnungselemente gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 1 und 6 erzielt wurde, welche Aggregate in der Tintenempfangsschicht enthalten. Die Bildung von Aggregaten ermöglicht eine Verbesserung der Tintentrocknungsgeschwindigkeit.

8) Reduzierung der Aggregatgröße a) Verdünnungseffekt

Die Beschichtungszusammensetzung B, wie für Beispiel 6 verwendet, wurde reproduziert (hydrolösliches Bindemittel: Polyvinylalkohol mit einer Molmasse von größer als 100.000, Hydrolyserate 86%, GohsenolTM GH23, vermarktet von Nippon Gohsei), jedoch mit Verdünnen der Formulierung der Beschichtungszusammensetzung B und bei Anhebung des Verhältnisses von PVA/Alumosilicatpolymer).

Die Beschichtungszusammensetzung B wurden durch Mischen folgender Bestandteile erzeugt:

10,5 g Osmosewasser

0,475 g Eisessig (7,9 mMol)

1 g Alumosilicatpolymer aus Synthese Nr. 1 (Trockenmasse, 213 mg Aluminium, 7,9 mMol)

2,7 g Polyvinylalkohol bei 9% (Verhältnis PVA/Alumosilicatpolymer = 0,25)

Sofern das Alumosilicatpolymer in Pulverform vorliegt, müssen die Partikeln zunächst fein zerstoßen werden. Die Mischung wurde über Nacht durch Scherung homogenisiert.

Das Aufzeichnungselement wurde wie in Absatz 3 beschrieben hergestellt mit einer Nassdicke von 300 &mgr;m. Das Aufzeichnungselement gemäß Beispiel 8 wurde erzeugt.

Die Oberflächenstruktur des Elements gemäß Beispiel 8 wurde wie in Absatz 5 beschrieben beobachtet. Es zeigte sich, dass die Oberfläche rau war und Aggregate aufwies, deren Größe zwischen 0,3 und 0,6 &mgr;m lag.

Der Glanz der Aufzeichnungselemente wurde wie in Absatz 6 beschrieben gemessen.

Das Element gemäß Beispiel 8 hatte einen Glanz von 25%.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Polyvinylalkohol höherer Qualität und die Verdünnung der Rezeptur die Herstellung von kleineren Aggregaten ermöglicht. Der Glanz der Tintenempfangsschicht wurde somit im Vergleich mit Beispiel 6 verbessert, das mit weniger Polyvinylalkohol und einer weniger verdünnten Rezeptur hergestellt worden war.

b) Auswirkung der Molmasse und Hydrolyserate auf das hydrolösliche Bindemittel

In diesen Beispielen wurde die Beschichtungszusammensetzung hergestellt, indem der Chelatbildner und das durch Synthese Nr. 1 erzeugte Alumosilicatpolymer zum Zeitpunkt der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung vor dem Auftragen direkt zusammengemischt wurden, und zwar bei einem Molverhältnis zwischen den Chelatfunktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Alumosilicatpolymers von 1.

Als hydrolösliches Bindemittel wurde Polyvinylalkohol mit niedriger Molmasse von 22.000-25.000, einer Hydrolyserate von 88% (von Alfa Aesar vermarktet), 9 Gew.-% verdünnt in Osmosewasser verwendet, und für die Beispiele 10 und 11 wurde Polyvinylalkohol mit niedriger Molmasse von 22.000-25.000, einer Hydrolyserate von 98% (von Alfa Aesar vermarktet), 9 Gew.-% verdünnt in Osmosewasser verwendet. Das Empfangsmittel war Alumosilicatpolymer, hergestellt gemäß Synthese Nr. 1, und als Chelatbildner wurde Essigsäure verwendet.

Die Beschichtungszusammensetzungen für die Beispiele 9 und 10 wurden durch Mischen folgender Bestandteile erzeugt:

6,8 g Osmosewasser

0,71 g Eisessig (11,8 mMol)

1,5 g Alumosilicatpolymer aus Synthese Nr. 1 (Trockenmasse, 320 mg Aluminium, 11,8 mMol)

2 g Polyvinylalkohol bei 9% (Verhältnis PVA/Alumosilicatpolymer = 0,12)

Die Beschichtungszusammensetzung für Beispiel 11 wurde durch Mischen folgender Bestandteile erzeugt:

4,7 g Osmosewasser

0,32 g Eisessig (5,3 mMol)

0,673 g Alumosilicatpolymer aus Synthese Nr. 1 (Trockenmasse, 143 mg Aluminium, 5,3 mMol)

1,88 g Polyvinylalkohol bei 9% (Verhältnis PVA/Alumosilicatpolymer = 0,25)

Die Formulierung der Beschichtungszusammensetzung von Beispiel 11 war stärker verdünnt als die von Beispiel 10, und das Verhältnis von PVA/Alumosilicatpolymer war höher.

Sofern das Alumosilicatpolymer in Pulverform vorliegt, müssen die Partikeln zunächst fein zerstoßen werden. Die Mischung wurde über Nacht durch Scherung homogenisiert.

Die Aufzeichnungselemente gemäß Beispiel 9 bis 11 wurden wie in Absatz 3 beschrieben hergestellt, und zwar mit einer Nassdicke von 200 &mgr;m für die Beispiele 9 und 10 und von 300 &mgr;m für Beispiel 11.

Die Langzeitfarbstoffbeständigkeit wurde wie in Absatz 4 beschrieben bewertet.

5 zeigt für das Beispiel 10, das mit dem Drucker des Typs KODAK PPM 200 gedruckt wurde, einen beobachteten prozentualen Dichteverlust zur Originaldichte von 1 für die vier Farben des Targets nach drei Wochen.

6 zeigt für das Beispiel 10, das mit dem Drucker des Typs Epson 680 gedruckt wurde, einen beobachteten prozentualen Dichteverlust zur Originaldichte von 1 für die vier Farben des Targets nach drei Wochen.

Es ist zu sehen, dass das erfindungsgemäße Beispiel 10 eine sehr gute Langzeitfarbstoffbeständigkeit aufweist.

Die Oberflächenstruktur der resultierenden Aufzeichnungselemente wurde wie in Absatz 5 beschrieben beobachtet, der Glanz der Elemente wurde wie in Absatz 6 beschrieben gemessen.

Die Ergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt. Tabelle IV Aufzeichnungselement PVA Molmasse Hydrolyserate Alumosilicatpolymer/PVA Oberflächenstruktur Aggregat größe (&mgr;m) Glanz (%) Beispiel 6 (Erfindung) > 100.000 86% 0,12 raue Oberfläche, Aggregate 0,4-2,5 3 Beispiel 9 (Erfindung) 22.000-25.000 88% 0,12 Oberfläche nicht glatt 20 Beispiel 10 (Erfindung) 22.000-25.000 98% 0,12 raue Oberfläche, Aggregate 0,4-0,5 28 Beispiel 11 (Erfindung) 22.000-25.000 98% 0,25 raue Oberfläche, Aggregate 0,2-0,4 50

Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung eines Polyvinylalkohols mit niedriger Molmasse und hoher Hydrolyserate die Herstellung von kleineren Aggregaten ermöglicht. Der Glanz der Tintenempfangsschicht wurde somit im Vergleich mit Beispiel 6 verbessert, das mit Polyvinylalkohol von höherer Molmasse hergestellt worden war.

Die Ergebnisse der Beispiele 10 und 11 bestätigen, wie in Absatz 8a) gezeigt, dass die Verdünnung der Formulierung und die Erhöhung des Verhältnisses PVA/Alumosilicatpolymer sogar eine weitere Reduzierung der Aggregatgröße und somit einen höheren Glanz der Tintenempfangsschicht ermöglicht.

4 zeigt den %Trockenwert bei der Druckerausgabe für das gemäß Beispiel 11 erzeugte Aufzeichnungselement. Die Trocknungsgeschwindigkeit für Beispiel 11 ist immer noch exzellent, obwohl die Empfangsschicht von Beispiel 11 kleinere Aggregate als die von Beispiel 1 und 6 aufweist. Für Beispiel 11 ist der Druck sofort trocken. Beispiel 11 weist einen guten Kompromiss hinsichtlich der Aggregatgröße auf, was eine gute Trocknungsgeschwindigkeit und einen guten Glanz erzielen lässt.


Anspruch[de]
Tintenstrahl-Aufzeichnungselement mit einem Träger und mindestens einer Tinten-Empfangsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinten-Empfangsschicht mindestens ein hydrolösliches Bindemittel enthält und mindestens ein Aluminosilicatpolymer, das nach einer Herstellungsmethode erhältlich ist, die die folgenden Stufen umfasst:

a) die Behandlung eines gemischten Aluminium- und Siliziumalkoxides, das lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweist, oder eines gemischten Aluminium- und Siliziumvorläufers, der bei der Hydrolyse einer Mischung von Aluminiumverbindungen und Siliziumverbindungen anfällt, die lediglich hydrolysierbare Funktionen aufweisen, mit einem wässrigen Alkali in Gegenwart von Silanolgruppen, wobei die Aluminiumkonzentration bei weniger als 0,3 Molen/l gehalten wird, wobei das molare Verhältnis von Al/Si zwischen 1 und 3,6 gehalten wird und wobei das molare Verhältnis des Alkalis/Al zwischen 2,3 und 3 gehalten wird;

b) das Verrühren der Mischung, die bei Umgebungstemperatur in Stufe a) in Gegenwart von Silanolgruppen anfällt, lange genug, um das Aluminosilicatpolymer zu erzeugen;

c) die Eliminierung der Nebenprodukte, die in Stufe a) und b) aus dem Reaktionsmedium anfallen; und

d) das Hinzufügen von mindestens einem Chelatbildner des Aluminiums zum Aluminosilicatpolymer, wobei das molare Verhältnis zwischen den Chelat-Funktionen des Chelatbildners und des Aluminiums des Aluminosilicatpolymeren größer oder gleich 1 ist.
Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem das Alkali von Stufe a) zur Herstellung des Aluminosilicatpolymeren ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Natrium-, Kalium-, oder Lithiumhydroxid, Diethylamin und Triethylamin. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem die Silanolgruppen, die zur Herstellung des Aluminosilicatpolymeren verwendet werden, in Form von Kieselsäure oder Glaskügelchen zugesetzt werden. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem die Aluminiumkonzentration, die angewandt wird, um das Aluminosilicatpolymer herzustellen, zwischen 1,5 × 10–2 und 0,3 Molen/l gehalten wird. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem die Aluminiumkonzentration, die angewandt wird, um das Aluminosilicatpolymer herzustellen, zwischen 4,4, × 10–2 und 0,3 Molen/l gehalten wird. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem das molare Verhältnis von Alkali/Al zur Herstellung des Aluminosilicatpolymeren bei 2,3 liegt. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem das molare Verhältnis von Alkali/Al zur Herstellung des Aluminosilicatpolymeren bei 3 liegt. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem das Verfahren zur Herstellung des Aluminosilicatpolymeren nach Stufe b) und vor Stufe c) eine Stufe e) umfasst, durch welche Alkali zugesetzt wird, um ein molares Verhältnis von Alkali/Al von 3 zu erzielen, wenn dieses Verhältnis nicht bereits in der Stufe a) erzielt worden ist. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem der gemischte Aluminium- und Siliziumvorläufer, der bei der Hydrolyse einer Mischung von Aluminiumverbindungen und Siliziumverbindungen mit lediglich hydrolysierbaren Funktionen anfällt, ein Produkt ist, das erhalten wird von der Mischung (i) einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumsalzen, Aluminiumalkoxiden und Aluminiumhalogenalkoxiden und (ii) mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumalkoxiden und Chloroalkoxiden mit lediglich hydrolysierbaren Funktionen in einem wässrigen Medium. Aufzeichnungselement nach Anspruch 9, in dem der gemischte Aluminium- und Siliziumvorläufer das Produkt ist, das anfällt von der Mischung (i) eines Aluminiumhalogenides und (ii) einem Siliziumalkoxid mit lediglich hydrolysierbaren Funktionen. Aufzeichnungselement nach Anspruch 10, in dem das Siliziumalkoxid mit lediglich hydrolysierbaren Funktionen Tetramethylorthosilicat oder Tetraethylorthosilicat ist. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem die Stufe d) direkt ausgeübt wird auf das Aluminosilicatpolymer, das bei Stufe b) oder Stufe c) anfällt oder zum Zeitpunkt der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung für die Tinten-Empfangsschicht von einem Aluminosilicatpolymeren, das bei Stufe c) anfällt. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem der Chelatbildner des Aluminiums ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Carboxylsäuren, Phosphonsäuren, Phosphinsäuren, Sulfonsäuren, difunktionellen Säuren, ihren Estern und Anhydriden und Aminosäuren. Aufzeichnungselement nach Anspruch 13, in dem der Chelatbildner des Aluminiums ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus HCOOH, R1COOH, worin R1 ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus CH3(CH2)n, wobei n zwischen 0 und 12 liegt, CF3, C6H5, (C6H5)2, substituierten, aromatischen Ringen, C4H4S; R2PO(OH)2, worin R2 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus CH3, C6H5; R3SO3H, worin R3 steht für CH3(CH2)n, wobei n zwischen 0 und 5 liegt; HOOC(CH2)n COOH, n = 0 - 8; aromatischen, difunktionellen Säuren; HOOC(CH2)nPO(OH)2, n = 2, 4; aliphatischen Hydroxysäuren; HOOC(CH2OH)nCOOH, n = 1 - 2; CH3CH(NH2)COOH. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem Stufe d) eine erste Zugabe von Essigsäure und die folgende Zugabe eines anderen Chelatbildners des Aluminiums umfasst. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem die Tinten-Empfangsschicht zwischen 5 und 95 Gew.-% des Aluminosilicatpolymeren umfasst im Vergleich zu dem Gesamtgewicht der trockenen Tinten-Empfangsschicht. Aufzeichnungselement nach Anspruch 1, in dem das hydrophile Bindemittel Gelatine oder Polyvinylalkohol ist.






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