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Diese
Anmeldung betrifft Tintenstrahl-Druckmedien, um die Trocknungszeiten
der Tintenstrahltinte zu verbessern, die Abriebfestigkeit des Tintenstrahlbildes
nach dem Trocknen zu verbessern, und um sichtbare Fehler zu verhindern,
die durch Tintenperlenbildung, Tintenausbreitung oder Schlammrißbildung
verursacht werden, was zu einer verbesserten Druckqualität führt.
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Bildgraphiken
sind im modernen Leben allgegenwärtig.
Bilder und Daten, die warnen, lehren, unterhalten, werben usw. werden
auf eine Vielfalt von inneren und äußeren, vertikalen und horizontalen
Flächen aufgebracht.
Nicht beschränkende
Beispiele von Bildgraphiken reichen von Werbung auf Wänden oder
Seiten von Lastwagen, Plakaten, die das Erscheinen eines neuen Films
ankündigen,
zu Warnhinweisen nahe den Kanten von Treppen.
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Die
Verwendung von Thermo- und Piezotintenstrahltinten hat in den letzten
Jahren mit der beschleunigten Entwicklung von kostengünstigen
und effizienten Tintenstrahldruckern, Tintenzufuhrsystemen und dergleichen
beträchtlich
zugenommen.
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Thermotintenstrahl-Hardware
ist kommerziell von einer Anzahl von multinationalen Firmen erhältlich, die
ohne Beschränkung
Hewlett-Packard Corporation of Palo Alto, CA, USA; Encad Corporation
of San Diego, CA, USA; Xerox Corporation of Rochester, NY, USA;
ColorSpan Corporation of Eden Prairie, MN, USA und Mimaki Engineering
Co., Ltd. of Tokyo, Japan ein schließen. Die Anzahl und Vielfalt
von Druckern ändert
sich schnell, da Druckerhersteller andauernd ihre Produkte für Verbraucher
verbessern. Drucker werden abhängig von
der Größe der gewünschten
fertigen Bildgraphik sowohl in Tischgröße als auch in Großformatgröße hergestellt.
Nicht beschränkende
Beispiele weitverbreiteter Thermotintenstrahldrucker im kommerziellen
Maßstab sind
NOVAJET Pro Drucker von Encad und 650C, 750C und 2500CP Drucker
von HP. Nicht beschränkende Beispiele
von weitverbreiteten Großformat-Thermotintenstrahldruckern
umfassen DesignJet Drucker von HP, wobei der 2500CP bevorzugt wird,
da er eine Auflösung
von 600 × 600
Bildpunkten/Inch (dpi) (600 × 600
Bildpunkte/2,54 cm) mit einer Tropfengröße in der Nähe von 20 Picolitern aufweist.
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3M
vermarktet Graphikmacher-Tintenstrahlsoftware, die nützlich bei
der Umwandlung von digitalen Bildern aus dem Internet, einer Bildmaterial-Bibliothek
oder von Digitalkameraquellen in Signale an Thermotintenstrahldrucker
ist, um solche Bildgraphiken zu drucken.
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Tintenstrahltinten
sind auch von einer Anzahl von multinationalen Firmen kommerziell
erhältlich,
insbesondere 3M, die ihre Reihe 8551; 8552; 8553 und 8554 pigmentierter
Tintenstrahltinten vermarktet. Die Verwendung von vier Prozeßfarben:
Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (im allgemeinen mit „CMYK" abgekürzt) läßt die Bildung
von nicht weniger als 256 Farben oder mehr im digitalen Bild zu.
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Auch
Medien für
Tintenstrahldrucker unterliegen einer beschleunigten Entwicklung.
Da Tintenstrahlabbildungstechniken in kommerziellen und Verbraucheranwendungen
im hohem Maß populär geworden
sind, hat sich die Fähigkeit,
einen Personalcomputer zu verwenden, um ein Farbbild auf Papier
oder andere Empfängermedien
zu drucken, von auf Farbstoff beruhenden Tinten auf auf Pigmenten
beruhende Tinten erweitert. Und die Me dien müssen sich dieser Änderung
anpassen. Auf Pigmenten beruhende Tinten stellen aufgrund der verglichen
mit Farbstoffmolekülen
großen
Größe des Färbemittels
haltbarere Bilder bereit.
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Tintenstrahldrucker
sind für
elektronischen Großformatdruck
für Anwendungen,
wie technische und architektonische Zeichnungen allgemein gebräuchlich
geworden. Aufgrund der Einfachheit der Betriebs und der Wirtschaftlichkeit
von Tintenstrahldruckern bietet dieser Bildprozeß die Aussicht eines überlegenen Wachstumspotentials
für die
Druckindustrie, Großformat-,
Bildabruf-, Präsentationsqualitätsgraphiken
herzustellen.
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Daher
können
die Komponenten eines Tintenstrahlsystems, das zur Herstellung von
Graphiken verwendet wird, in drei Hauptkategorien eingeteilt werden:
- 1. Computer, Software, Drucker
- 2. Tinte
- 3. Empfängermedium
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Der
Computer, die Software und der Drucker werden die Größe, Anzahl
und Plazierung der Tintentropfen kontrollieren und werden das Empfängermedium
durch den Drucker transportieren. Die Tinte wird das Färbemittel,
das das Bild bildet, und einen Träger für jenes Färbemittel enthalten. Das Empfängermedium
stellt das Behältnis
bereit, das die Tinte annimmt und hält. Die Qualität des Tintenstrahlbildes
ist eine Funktion des Gesamtsystems. Jedoch ist die Zusammensetzung
und die Wechselwirkung zwischen der Tinte und dem Empfängermedium
in einem Tintenstrahlsystem am wichtigsten.
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Die
Bildqualität
ist das, was die betrachtende Öffentlichkeit
und zahlende Kunden wollen und zu sehen fordern werden. Vom Hersteller
der Bildgraphik werden auch viele andere verborgene Anforderungen
an das Tintenstrahlme dien/Tintensystem aus dem Druckbetrieb gestellt.
Außerdem
kann das Ausgesetztsein der Umgebung zusätzliche Anforderungen an die
Medien und Tinte stellen (abhängig
von der Anwendung der Graphik).
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Gegenwärtige Tintenstrahl-Empfängermedien
werden direkt mit Doppelschicht-Empfängern gemäß der Offenbarung beschichtet,
die in der internationalen PCT-Patentveröffentlichung WO97/17207 (Warner
u. a.) enthalten ist, und werden durch 3M unter den Marken 3MTM ScotchcalTM Opaque
Imaging Media 3657-10 und 3MTM ScotchcalTM Translucent Imaging Media 3637-20 vermarktet.
Ein anderes Tintenstrahlempfängermedium
wird in der PCT-Patentveröffentlichung
WO97/33758 offenbart, das eine hygroskopische Schicht auf einem
hydrophilen mikroporösen
Medium kombiniert.
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Tintenstrahltinten
beruhen typischerweise ganz oder teilweise auf Wasser, wie im US-Patent
Nr. 5,271,765 offenbart. Typische Empfänger für diese Tinten sind unbeschichtete
Papiere oder vorzugsweise spezialisierte tintenstrahlempfängliche
Papiere, die behandelt oder beschichtet sind, um ihre Empfängereigenschaften
oder die Qualität
der Bilder zu verbessern, die sich daraus ergeben, wie im US-Patent
Nr. 5,213,873 offenbart.
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Viele
Tintenstrahl-Empfängerzusammensetzungen,
die zur Beschichtung auf Kunststoffe geeignet sind, um sie tintenstrahlempfänglich zu
machen, sind offenbart worden. Anwendungen für Tageslichttransparenzfolien
sind in der Technik bekannt. Diese bestehen aus transparenten Kunststoffmaterialien,
wie Poly(ethylenterephthalat), die für sich die wasserhaltigen Tinten
nicht annehmen werden und daher mit Empfängerschichten überzogen
sind. Typischerweise bestehen diese Empfängerschichten aus Mischungen
von wasserlöslichen
Polymeren, die die wasserhaltige Mischung absorbieren können, aus der
die Tintenstrahltinte besteht. Sehr häufig sind hydrophile Schichten,
die Poly(vinylpyrrolidon) oder Poly(vinylalkohol) aufweisen, wie die
durch die US-Patente Nr. 4,379,804; 4,903,041 und 4,904,519 veranschaulicht
wird. Außerdem
sind Verfahren zum Vernetzen von hydrophilen Polymeren in den Empfängerschichten
bekannt, wie in den US-Patenten Nr. 4,649,064; 5,141,797; 5,023,129;
5,208,092 und 5,212,008 offenbart. Andere Beschichtungszusammensetzungen
enthalten wasseraufnehmende, aus Partikeln bestehende Stoffe, wie
anorganische Oxide, wie in den US-Patenten Nr. 5,084,338; 5,023,129
und 5,002,825 offenbart. Entsprechende Eigenschaften werden für Tintenstrahl-Papierempfängerbeschichtungen
gefunden, die ebenfalls aus Partikeln bestehende Stoffe enthalten,
wie Maisstärke,
wie in den US-Patenten Nr. 4,935,307 und 5,302,437 offenbart.
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Der
Nachteil, an dem viele dieser Typen von Tintenstrahl-Empfängermedien
für Bildgraphiken
leiden, ist, daß sie
wasserempfindliche Polymerschichten aufweisen. Selbst wenn sie anschließend überlaminiert
werden, enthalten sie immer noch eine wasserlösliche oder wasserquellfähige Schicht.
Diese wasserempfindliche Schicht kann mit der Zeit einem Wasserentzug
unterworfen sein und kann zu einer Beschädigung der Graphik und einem
Abheben der Überlaminierung
führen.
Zusätzlich
enthalten einige der üblichen
Bestandteile dieser hydrophilen Beschichtungen wasserlösliche Polymere,
die nicht ideal dazu geeignet sind, Wärme und UV ausgesetzt zu sein,
die sie in Außenumgebungen
erfahren, wodurch folglich ihre Außenlebensdauer begrenzt wird.
Schließlich
scheint die Trocknungsgeschwindigkeit nach dem Drucken dieser Materialien
langsam, da bis sie trocken sind, die Beschichtung weichgemacht
ist oder sogar teilweise durch die Tintenlösungsmittel (hauptsächlich Wasser)
aufgelöst
ist, so daß das
Bild leicht beschädigt
werden kann und klebrig sein kann, bevor es trocken ist.
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In
den letzten Jahren hat sich ein zunehmendes Interesse an mikroporösen Folien
als Tintenstrahlempfänger
gezeigt, um sich einigen oder allen der obigen Nachteile zuzuwenden.
Sowohl die oben genannten Anmeldungen von Warner u. a. als auch
von Steelman u. a. offenbaren vorteilhafte mikroporöse Folien.
Wenn die Folie für
die Tinte aufsaugend ist, nimmt sich die Tinte nach dem Drucken
in die Folie durch Kapillarwirkung in die Poren selbst auf und fühlt sich
sehr schnell trocken an, da die Tinte von der Oberfläche der
gedruckten Graphik verschwunden ist. Die Folie muß nicht
notwendigerweise wasserlösliche
oder wasserquellfähige
Polymere enthalten und könnte
daher Wärme-
und UV-beständig
sein und muß keiner
Wasserbeschädigung
unterworfen sein.
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Poröse Folien
sind nicht notwendigerweise für
einen auf Wasser beruhenden Tintenstrahl empfänglich, wenn das Material von
sich aus hydrophob ist, und es sind Verfahren, sie hydrophil zu
machen, durch z. B. die PCT-Veröffentlichung
Nr. WO 92/07899 veranschaulicht worden.
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Andere
Folien sind von sich aus aufgrund des Folienmaterials für wässerige
Tinte aufnahmefähig,
z. B. TeslinTM (eine mikroporöse silikagefüllte Polyolefinfolie),
die von PPG Industries erhältlich
ist und von dem Typ ist, der im US-Patent Nr. 4,861,644 veranschaulicht
wird. Mögliche
Probleme mit dieser Art Material sind, daß wenn sie mit auf Farbstoff
beruhenden Tinten verwendet werden, die Bilddichte niedrig sein
kann, abhängig
davon, wie viel Färbemittel
in den Poren nach dem Trocknen verbleibt. Eine Art, dies zu vermeiden,
ist die Folie anschließend
an den Druck zu verschweißen,
wie in der PCT-Veröffentlichung
WO 92/07899 veranschaulicht wird.
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Andere
Verfahren sind es, die mikroporöse
Folie mit einer Empfängerschicht
zu beschichten, wie in der PCT-Patentveröffentlichung
WO 97/33758 (Steelman u. a.) und dem US-Patent Nr. 5,605,750 offenbart.
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Wie
oben angegeben, ist die Beziehung zwischen der Tinte und den Medien
der Schlüssel
zur Bildgraphikqualität.
Bei Druckern, die nun eine Präzision
von 1400 × 720
dpi (1400 × 720
Bildpunkte/2,54 cm) erreichen, ist die Tintenstrahltropfengröße kleiner
als in der Vergangenheit. Wie vorhergehend angegeben, beträgt eine
typische Tropfengröße für diese
dpi-Präzision 20
Picoliter, was ein Bruchteil der Größe früherer Tropfengrößen von
140 Picolitern ist, die in Großformattintenstrahldruckern
verwendet werden, am bemerkenswertesten und im allgemeinen EncadTM NovaJet III, IV und Pro Modellen. Einige
Druckerhersteller streben nach noch kleineren Tropfengrößen, während andere
Druckerhersteller mit den größeren Tropfengrößen für Großformatgraphiken
zufrieden sind. Bei pigmentierten Tintenstrahltinten bestimmt die
Tropfengröße die Menge
der Pigmentteilchen, die in jedem Tropfen vorhanden sind und die
auf eine vorbestimmte Fläche
des Mediums gerichtet werden sollen.
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Wenn
der Tintenstrahltintentropfen das Empfängermedium berührt, tritt
eine Kombination von zwei Dingen auf. Der Tintenstrahltropfen verteilt
sich vertikal in das Medium und verteilt sich horizontal längs der Empfängeroberfläche mit
einer sich ergebenden Ausbreitung eines Bildpunktes.
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Jedoch
ist bei auf Pigmenten beruhende Tintenstrahltinten der richtigen
Teilchengröße, und
wenn mit einer Folie der richtigen Porengröße verwendet, eine gewisse
Filtration des Färbemittels
an der Oberfläche
der Folie möglich,
die zu einer guten Dichte und Farbsättigung führt. Jedoch können Bilder
immer noch sehr schlecht sein, wenn die Punktverstärkung infolge
einer „Streifenbildungserscheinung" niedrig ist, wo
ungenügend
Tinte verbleibt, um das geeignete Halbtonbild zu erzeugen. Wenn
die Punktgröße zu klein
ist, dann können
Fehler infolge des Medienvorschubs oder ausgefallener Druckkopfdüsen eine
Streifenbildung verursachen. Dieses Problem würde bei Druckern mit größerer Tropfengröße nicht
zu sehen sein, da größere Tropfen frühere Druckfehler überdecken
würden.
Wenn jedoch die Punkte zu groß sind,
dann geht die Kantenschärfe verloren.
Kantenschärfe
ist ein Grund für
eine erhöhte
dpi-Bildpräzision.
Die Fähigkeit,
den Punktdurchmesser zu steuern, ist daher eine wichtige Eigenschaft
in einem Tintenstrahl-Empfängermedium.
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Das
US-Patent Nr. 5,605,750 veranschaulicht eine Pseudoboehmit-Beschichtung,
die auf die silikagefüllte
mikroporöse
Folie, wie TeslinTM, aufgetragen wird. Die
Beschichtung enthält
Aluminiumoxid-Teilchen aus Pseudoboehmit mit einem Porenradius von
10 bis 80 Å (1
bis 8 nm). Ebenfalls wird eine zusätzliche Schutzschicht aus Hydroxypropylmethylzellulose
offenbart.
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Es
existieren verschiedenen Probleme bei der Verwendung der obenwerwähnten Empfängerbeschichtungen.
Die Geschwindigkeit der Tintenabsorption beträgt höchstens 8–10 ml/s/m2 (8–10 cm3s–1m2);
dies ist verglichen mit der Geschwindigkeit der Tintentropfenauftragung
langsam. Zweitens können
die Volumina von Tinte, die durch viele populäre Großformat-Tintenstrahldrucker mit 140 pl/Tropfen
(HP 2500: 20 pl/Tropfen jedoch 160 pl/Bildpunkt) aufgetragen werden,
Probleme schaffen, wie „Auslaufen", „Entmischung" und Koaleszenz der
Tinte.
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EP-A-0
832 756 offenbart ein Bildempfangslaminat für einen Identifikationskartenpapierstoff,
das einen orientierten Polymerfolienträger mit einer Bildempfangsschicht
aufweist, die auf einer ersten äußersten Oberfläche desselben
angeordnet ist. Die Bildempfangsschicht weist eine geprägte Oberfläche auf,
und die zweite äußerste Oberfläche des
orientierten Polymerfolienträgers
weist ein wärme-
oder chemisches Klebemittel darauf auf.
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WO-A-92/07723
betrifft eine beschichtete Bahn für dekorative oder Informationsanwendungen,
die aus einem ölabsorbierenden
Substrat und einer öldurchlässigen dekorativen
Schicht besteht. Die dekorative Schicht ist eine poröse oleophile
Membran, die aus verschmolzenen Polymerteilchen besteht. Abgeschäumtes Öl und bestimmte
andere Flüssigkeiten,
die auf der freiliegenden Oberfläche
des dekorativen Artikels angeordnet sind, werden in die Bahn absorbiert,
so daß sie
nicht auf der Oberfläche
erscheinen und nicht den optischen Effekt unterschiedlicher Beugungsgitter
oder Hologramme darauf stören.
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Die
Zusammenfassung von JP-A-08002096 betrifft ein Tintenstrahlaufzeichungspapier,
das aus Rohpapier, das auf Zellulosepapiermasse beruht, und einem
anorganischen Pigment und einer tintenaufnehmenden Überzugschicht
besteht, die auf einer Oberfläche
des Rohpapiers ausgebildet ist, und ein Weißpigment und ein Harz als Hauptbestandteile
enthält.
Das Rohpapier enthält
das anorganische Pigment in einem Verhältnis von 30–70 Gew.-%
des Rohpapiers und weist auf seiner Oberfläche ein geprägtes Muster
auf.
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Die
Zusammenfassung von JP-A-07089217 offenbarte auch ein Tintenstrahlaufzeichungspapier,
das aus Rohpapier, das auf Zellulosepapiermasse beruht, und einer
tintenaufnehmenden Überzugschicht
besteht, die auf mindestens einer Oberfläche des Rohpapiers ausgebildet
ist, und ein Weißpigment
und ein Binderharz als Hauptbestandteile enthält. Geprägte Muster werden vorher auf
die Oberfläche
des Rohpapiers aufgebracht, bevor die tintenaufnehmende Überzugschicht
auf dem Rohpapier bereitgestellt wird.
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Schließlich hat
die Verwendung pigmentierter Tinten zusätzliche Probleme bei der Druckqualität aufgeworfen,
wobei „Schlammrißbildung" am wichtigsten ist.
Schlammrißbildung
ist der Ausdruck, der verwendet wird, um die Beobachtung zu beschreiben,
daß quellfähige Empfängerbeschichtungen
Pigmente durch Filtration der Teilchen an der Oberfläche aufnehmen
und aufquellen, um die Trägerlösungsmittel
unterzubringen, gefolgt von einer Trocknung, wenn der Pigmentteilchenfilm
reißt,
da die Quellung abnimmt. Das Bild erscheint bruchstückartig,
wie ein ausgetrocknetes Bett eines Sees, dessen Schlamm gerissen
ist.
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Diese
Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche definiert und weist eine
Gebrauchseignung für
die Herstellung von Bildgraphiken unter Verwendung von Großformat-Tintenstrahldruckern
und einer auf Pigmenten beruhenden Tinte auf. Diese Erfindung löst unterwarteterweise
solche üblichen
Tintenstrahldruckprobleme, wie Auslaufen, Streifenbildung und Schlammrißbildung
in Tintenstrahldrucksystemen, indem gesteuert wird, wie ein Tintenstrahltropfen
ein Tintenstrahlempfängermedium
berührt
und auf ihm trocknet.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist ein gemustertes Tintenstrahl-Empfängermedium,
das eine Bahn aufweist, die eine angelegte geprägte Oberfläche als eine Hauptfläche derselben
und ein Material aufweist, das auf der geprägten Oberfläche abgelagert ist, wobei die
Bahn nicht porös
ist und wobei jedes Element der angelegten geprägten Oberfläche eine Kapazität von mindestens
20 pl aufweist.
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„Angelegt" bedeutet, daß die Prägungen unabhängig vom
Muster der Prägungen
geplant und reproduzierbar sind.
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„Nicht
porös" bedeutet, daß die ungeprägte Bahn
im wesentlichen nicht porös
ist oder eine netzförmige Außenfläche aufweist,
bevor die Abbildungsoberfläche
geprägt
wird.
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„Geprägte Kapazität" bedeutet, daß die Abbildungsoberfläche mindestens
zwei Farben Tintenstrahltinte in oder um jedes geprägte Element
auf der Abbildungsoberfläche
aufnehmen kann.
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Das
Empfängermedium
ist ein Tintenstrahlempfängermedium.
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Vorzugsweise
weist die geprägte
Abbildungsoberfläche
ein wiederholtes Muster über
einen Bereich der Abbildungsoberfläche auf. Bevorzugter ist die
geprägte
Oberfläche
ein mikrogeprägtes
Muster. Am bevorzugtesten weist die geprägte Oberfläche Hohlräume auf, die auf allen Seiten
vollständig
durch Wände
eingeschlossen und eng zusammen gepackt sind, so daß (1) die
Dicke der Wandoberteile 10 μm
oder weniger beträgt,
(2) das Rißvolumen
100 bis 300% Tinte vom Zieldrucker entspricht, und (3) die Anzahl
der Risse pro Inch gleich oder größer als die Zahl der Bildpunkte
pro Inch (dpi) eines Zieldruckers ist. Zusätzlich sollten die Wände, wenn
eine Lichtdurchlässigkeit
des Substrats erwünscht
ist, so nah wie möglich
zu 0° von
der Normalen zur Oberfläche
des Substrats wie möglich
geneigt sein.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein mit einem Bild
versehenes Tintenstrahl-Empfängermedium,
das eine Bahn aufweist, die eine geprägte Bildoberfläche und
Teilchen eines Pigments oder Farbstoffes aufweist, die auf der geprägten Bildoberfläche angetrocknet
sind.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Tintenstrahlempfängermediums,
das die Schritte aufweist: (a) Auswählen einer Prägeform mit
einer Formungsfläche,
die eine mikroreplizierte Topographie aufweist; und (b) in Kontakt
bringen der Formungsfläche
der Form mit einer Polymerbahn, um eine geprägte Oberfläche auf der Bahn zu bilden,
die die mikroreplizierte Topographie widerspiegelt.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Tintenstrahl-Empfängermediums,
das die Schritte aufweist: (a) Auswählen einer Prägeform mit
einer Formungsfläche,
die eine mikroreplizierte Topographie aufweist; und (b) Extrudieren
eines Polymers über
die Formungsfläche
der Form, um eine Polymerbahn zu bilden, die eine geprägte Oberfläche auf
der Bahn aufweist, die die mikroreplizierte Topographie widerspiegelt.
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Ein
Merkmal der Erfindung ist eine geprägte Bildoberfläche mit
einem Muster von Hohlräumen
oder Behältern,
um die Tintentropfen zu enthalten, die die Oberfläche während des
Tintenstrahldruckens berühren, mit
mindestens so vielen Hohlräumen
oder Behältern
wie die Druckauflösung,
die für
das Bild erwartet wird, das auf die Bildoberfläche gedruckt wird.
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Ein
weiteres Merkmal der Erfindung ist eine geprägte Bildoberfläche mit
einem Muster von Pfosten, die aus der Oberfläche vorstehen, die flüssige Tintenstrahltinten
um die Basis der Pfosten einfängt,
wo sich der Pfosten und die ebene Bahnoberfläche schneiden.
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Ein
anderes Merkmal der Erfindung ist die Fähigkeit, ein Tintenstrahlempfängermedium
mit einem Muster zu prägen,
das ausgewählt
wird, um die Anpassung des Volumens des Hohlraums an das Volumen
der gesamten Tinte zu maximieren, die wahrscheinlich in jenem Hohlraum
abgelagert wird.
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Ein
anderes Merkmal der Erfindung ist die Verwendung der Oberflächenspannung
in der Tinte, um den Oberflächenbereich
des Tintenstrahlbildes auf nur jene Stellen auf der Topographie
der geprägten
Bildoberfläche
zu minimieren, wo die maximale Abbildungspräzision erhalten wird.
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Ein
anderes Merkmal der Erfindung ist die Fähigkeit, geprägte Tintenstrahlempfängermedien
so zu konstruieren, daß die
Anzahl der Hohlräume
der gewünschte
Auflösung
des Tintenstrahldruckverfahrens entspricht oder sie übertrifft.
Zum Beispiel kann man Medien der vorliegenden Erfindung so zuschneiden,
daß sie zu
einer Druckauflösung
von 300 × 300
Bildpunkten/Inch (dpi) (300 × 300
Bildpunkte/2,54 cm) passen, indem eine Bahn so geprägt wird,
daß sie
mindestens 90000 Hohlräume/Quadratinch
(13950 Hohlräume/cm2) aufweist.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist die Minimierung der üblichen Tintenstrahl-Druckprobleme,
wie Streifenbildung, Auslaufen, Ausbluten und Schlammrißbildung,
indem vielmehr die empfangende Oberfläche der Tintenstrahlempfängermedien
als die Formulierung der Tintenstrahltinten geändert wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist die Leichtigkeit, mit der eine
geprägte
Bildoberfläche
gebildet werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist die Steuerung der Erscheinung
von Tintenstrahlbildern, wo die verwendete Tinte eine pigmentierte
auf Wasser beruhende Tinte ist.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der Schutz des Tintenstrahlbildes
vor einem Abrieb an der Oberfläche
des Tintenstrahl-Empfängermediums,
da die gefärbten
Dinge, die das Bild bilden, innerhalb von Hohlräumen der Topographie der geprägten Bildoberfläche oder
um die Basis eines Pfostens liegen. Als solches stellt das Medium
der vorliegenden Erfindung eine Abriebfestigkeit, Schmierfestigkeit
und eine Verhinderung des Auslaufens oder Ausblutens des Bildes
bereit.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist die Nützlichkeit der geprägten Bildoberfläche mit
auf organischen Lösungsmittel
beruhenden, auf Wasser beruhenden, phasenändernden oder strahlungspolymerizierbaren
Tinten. Die Tinten können
ferner entweder einen Farbstoff oder auf Pigmenten beruhende Färbemittel
aufweisen.
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung, die folgen, werden weitere Merkmale und Vorteile
benennen.
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1 ist eine veranschaulichende
Querschnittansicht einer für
möglich
gehaltenen Abfolge der Niederschlags, Trocknens und des endgültigen Erscheinungsbildes
eines Tintenstrahltropfens, wobei 1a Leerraummuster
darstellt und 1b Pfostenmuster
darstellt.
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2 zeigt 50 × mikrophotographische
Aufnahmen von Medien der vorliegenden Erfindung, die mit Bildern
versehen sind, wobei 2a ein
Kontrollmedium zeigt und wobei 2b eine
bedrucktes Medium der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 zeigt 50 × mikrophotographische
Aufnahmen von Medien der vorliegenden Erfindung, wobei 3a ein bedrucktes kommerziell
beschichtetes Substrat als Kontrolle zeigt, während 3b einen Schnitt durch dasselbe Substrat
nach einer weiteren erfindungsgemäßen Bearbeitung zeigt.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform
von Medien der vorliegenden Erfindung, wobei 4a das Kreismuster zeigt, das zur Untersuchung
der Leistung der Medien verwendet wird, während 4b dasselbe Muster zeigt, das vergrößert ist,
um die Tinten zu zeigen, die sich in den geprägten Rissen befinden.
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5 zeigt eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die 100 × vergrößert ist, wobei 5a das Medium vor dem Drucken
zeigt, während 5b die Probe nach dem Drucken
zeigt.
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6 zeigt Medien der vorliegenden
Erfindung mit dem darauf gedruckten Kreismuster, wobei 6a den Druck auf einem nicht
mikrogeprägten
Kontrollmedium zeigt und 6b denselben
Druck mit derselben Vergrößerung auf
einem mikrogeprägten
erfindungsgemäßen Medium
zeigt.
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7 zeigt 133 × mikrophotographische
Aufnahmen eines mit Bildern versehenen Mediums der vorliegenden
Erfindung, wobei 7a eine
gedruckte Linie auf einem Kontrollmedium und 7b dieselbe Linie mit denselben Druckbedingungen
auf einem Medium der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 zeigt einen Abschnitt
eines Testdrucks auf einem Medium der vorliegenden Erfindung, 33 × vergrößert, wobei 8a den Druck zeigt, der
auf einem Kontrollmedium erzeugt wird, und 8b denselben Druck auf demselben Medium
nach einer erfindungsgemäßen Mikroprägung zeigt.
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9 zeigt einen Abschnitt
eines Testdrucks unvergrößert, wobei 9a den Testdruck auf einem Kontrollmedium
zeigt, während 9b denselben Testdruck auf
einem Medium der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Geprägte Bildoberfläche
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1a stellt die Prämisse der
vorliegenden Erfindung dar: ein Tintenstrahlempfängermedium 10, das so
aufgebaut werden kann, daß es
eine geprägte
Bildoberfläche 12 aus
mehreren Hohlräumen
oder Vertiefungen 14 zur Aufnahme und zum Schutz von Pigmentteilchen,
die in einer Tintenstrahltinte enthalten sind, und mehrere Spitzen 16 aufweist.
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Auf
der linken Seite der 1a sieht
man einen Tintenstrahltropfen 20, dessen Größe typischerweise von
10 pl bis 150 pl, und vorzugsweise von 20 pl bis 140 pl reicht,
der sich einer geprägten
Bildoberfläche 12 nähert.
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In
der Mitte der 1a sieht
man einen Tintenstrahltropfen 30 innerhalb eines Hohlraums 14,
wie der Tropfen 30 zu trocknen, hart zu werden oder anders
zusammenzuwachsen beginnt, abhängig
von der Beschaffenheit der Tintenstrahltintenformulierung.
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Auf
der rechten Seite der 1a sieht
man einen Tintenstrahltropfen 40, der getrocknet ist und
sich in einem Hohlraum 14 befindet, so daß er vor
einem Abrieb durch Gegenstände
geschützt
ist, die die Vielzahl der Spitzen 16 berühren, die
auf einer makroskopischen Ebene die äußerste Oberfläche des
Mediums 10 bilden.
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1b zeigt ein (nicht beanspruchtes)
Pfostenmuster. Auf der linken Seite der 1b sieht man einen Tintenstrahltropfen 50,
dessen Größe typischerweise
von 10 pl bis 150, und vorzugsweise von 20 pl bis 140 pl reicht,
der sich einer geprägten
Bildoberfläche 52 nähert.
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In
der Mitte der 1b sieht
man Tinte 60 auf einer solchen Oberfläche 52, wie der Tropfen 50 zu trocknen,
hart zu werden oder anders zusammenzuwachsen beginnt, abhängig von
der Beschaffenheit der Tintenstrahltintenformulierung.
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Auf
der rechten Seite der 1b sieht
man Tinte 70, die um einen Pfosten 72 getrocknet
ist, so daß sie
vor einem Abrieb durch Gegenstände
geschützt
ist, die die Vielzahl der Spitzen 16 berühren, die
auf einer makroskopischen Ebene die äußerste Oberfläche des
Mediums 10 bilden.
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Die 1a und 1b veranschaulichen auch ein wichtiges
Kennzeichen der vorliegenden Erfindung: die Verwendung der Tintenoberflächenspannung,
um den Oberflächenbereich
der getrockneten Tinte auf dem Tintenstrahlmedium zu minimieren.
Abhängig
von der Form der Hohlräume
und Spitzen oder Pfosten hat eine Ausführungsform der Erfindung das
Vorhandensein einer ununterbrochenen Schicht getrockneter Tinte
in Verbin dungshohlräumen
um eine einzelnen Spitze gefunden. Diese Fähigkeit, die Grenzflächenspannung
zu manipulieren, eröffnet
einem Fachmann viele Möglichkeiten
eines präzisen
Tintenstrahldrucks, wie die Verwendung von unterschiedlichen Halbtonmustern
und einer Kontrolle der Punktverstärkung, wobei die Tinte in die Risse
gezwungen wird.
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Idealerweise
könnte
ein Fachmann, falls erwünscht,
aus einer Perspektive zum Tintenstrahlmedium hin gesehen ein Bild
erzeugen, mit einem oder mehreren Bildern aus anderen Perspektiven.
Zum Beispiel könnte
man von der äußersten
linken Seite des Mediums betrachtet eine Bildgraphik sehen, da sich
Tintentropfen unter der Oberflächenspannung
an der linken Schräge
der Hohlräume
ansammeln, während
man eine zweite Bildgraphik von der äußersten rechten Seite des Medium
sehen könnte,
da sich Tintentropfen einer anderen Formulierung unter jener anderen
Oberflächenspannung
auf der rechten Seite der Hohlräume
ansammeln.
-
1a veranschaulicht auch
eine wichtige Überlegung
der Erfindung: mehr als ein Tropfen der Tinte ist dazu bestimmt,
sich in einem einzelnen Hohlraum zu befinden, da eine Mischung der
Farben: Cyan, Gelb und Magenta benötigt wird, um eine endliche
Zahl von Farben zu erzeugen, die nun im Tintenstrahldruck erfordert
werden. Folglich sollte man die Größe des Volumens der Hohlräume so bemessen,
daß die
Anordnung von nicht weniger als drei Tropfen unterschiedlicher Farben
vorgesehen wird, um einen Mehrfarbdruck auszuführen. Das Volumen eines Hohlraums
kann von 20 bis 1000 und vorzugsweise von 60 bis 600 pl reichen.
-
Das
gestaltete Volumen der Hohlräume
hängt von
der gewünschten
Form der Hohlräume
und dem gedruckten Tintentropfenvolumen ab. Während die Darstellung der 1a krummlinige Schrägen zum
Boden eines Hohlraums 14 zwischen benachbar ten Spitzen 16 zeigt,
können
eine Vielfalt von Prägungsgeometrien
innerhalb des Rahmens der Erfindung gewählt werden.
-
Nicht
begrenzende Beispiele der Topographien für die Hohlräume 14 können vom
Extrem würfelförmiger Hohlräume mit
parallelen vertikalen, ebenen Wänden
zum Extrem halbsphärischer
Hohlräume
reichen, mit irgendeiner möglichen
festen geometrischen Anordnung der Wände zwischen diesen Extremen.
Bevorzugte Beispiele der Topographien für die Hohlräume 14 umfassen konische
Hohlräume
mit winkeligen, ebenen Wänden;
Pyramidenstumpf-Hohlräume
mit winkeligen, ebenen Wänden;
und würfeleckenförmige Hohlräume.
-
Eine
annehmbare Art der Kennzeichnung der Hohlraumstruktur ist es, Längenverhältnisse
für solche Hohlräume zu benennen. „Längenverhältnis" bedeutet das Verhältnis der
Tiefe zur Breite des Hohlraums. Das Längenverhältnis der Hohlräume 14 kann
von 0,3 bis 2 und vorzugsweise von 0,5 bis 1 reichen.
-
Die
Gesamttiefe der Hohlräume 14 hängt von
der Form des Hohlraums, dem Längenverhältnis und dem
gewünschten
Volumen für
den oben beschriebenen Hohlraum ab. Für einen würfelförmigen Hohlraum reicht die
Tiefe von 25 bis 75 μm.
Für einen
halbsphärisch
geformten Hohlraum reicht die Tiefe von 35 bis 70 μm. Die Tiefe
eines anderen geometrisch geformten Hohlraums liegt für ein gegebenes
Volumen zwischen diesen Extremen.
-
Zum
Beispiel ergibt ein Würfel
mit Seiten und einer Tiefe von 75 μm, Wänden von 5 μm, mit einem Längenverhältnis von
1 ein Leerraumvolumen von 420 pl, das imstande ist, drei Tropfen
Tinte aus einer Hewlett-Packard 51626 Druckkartusche zu halten.
-
Bevorzugter
weist die Form der Hohlräume 14 eine
quadratische Seite von 85 μm
an der Oberseite des Hohlraums 14, eine Tiefe von 75 μm, eine Wanddicke
von 5 μm
oder weniger an der Oberseite des Hohlraums 14 mit einer
Neigung von 15° zur
Normalen, d. h. zu einem „Boden" an der Unterseite
des Hohlraums mit 44 μm2 auf. Diese feste Geometrie ist im allgemeinen
ein Pyramidenstumpf.
-
Der
folgende Algorithmus kann das Volumen und die Tiefe von Hohlräumen für eine Vielfalt
von Formen der Hohlräume
entwerfen:
- 1. Gebe Tropfenvolumen der Tinte
und dpi des Druckers ein.
- 2. Wähle
Muster (Würfeleckenprisma,
Würfel,
Pyramide, Pyramidenstumpf oder Halbellipse).
- 3. Der Mitte-Mitte-Abstand der Hohlräume wird aus den eingegebenen
dpi bestimmt, wobei es das Ziel ist, den ungeprägten Oberflächenbereich zu minimieren,
wobei die Anzahl der Risse in einem Quadratinch gleich oder größer als
die Tropfen der Tinte ist, die pro Quadratinch für eine 100%-Füllung
abgelagert werden. Zum Beispiel sind für einen Drucker mit 300 dpi
(300 Bildpunkte/2,54 cm), 300 × 300
= 90000 Risse/Quadratinch (13950 Hohlräume/cm2)
oder mehr nützlich.
- 4. Das Volumen von drei Tintentropfen wird berechnet.
- 5. Das Volumen jedes Risses der gegebenen Form wird berechnet.
Die Tiefe jedes Risses wird dann so gewählt, daß das Volumen jedes Risses
so nahe wie möglich
zu dem ist, das im Schritt 4 berechnet wird.
-
Polymerfolie
-
Die
Polymerbahn, die im Tintenstrahlmedium verwendet wird, kann aus
irgendeinem Polymer bestehen, das imstande ist, in der Weise der
vorliegenden Erfindung geprägt
zu werden. Die Bahn kann eine feste Folie sein. Die Bahn kann abhängig von
der gewünschten
Verwendung transparent, durchscheinend oder lichtundurchlässig bzw.
opak sein. Die Bahn kann abhängig
von der gewünschten
Verwendung klar oder getönt sein.
Die Bahn kann abhängig
von der gewünschten
Verwendung optisch durchlässig,
optisch reflektierend oder optisch retroreflektierend sein.
-
Nicht
beschränkende
Beispiele von Polymerfolien weisen auf: thermoplastische Kunststoffe,
wie Polyolefine, Poly(vinylchlorid), Copolymere aus Ethylen mit
Vinylacetat oder Vinylalkohol, fluorierte thermoplastische Kunststoffe,
wie Copolymere und Terpolymere von Hexafluorpropylen und oberflächenmodifizierte
Ausführungen
davon, Poly(Ethylenterephthalat) und Copolymere davon, Polyurethane,
Polyimide, Acryle und gefüllte
Ausführungen
der obigen, die Füller
verwenden, wie Silikate, Aluminate, Feldspat, Talk, Kalziumkarbonat, Titandioxid
und dergleichen. Ebenfalls nützlich
in der Anmeldung sind Vliesstoffe, co-extrudierte Folien und laminierte
Folien, die die oben aufgelisteten Materialien aufweisen.
-
Insbesondere
können
Polyolefine aus Ethylenhomopolymeren oder Copolymeren bestehen,
wie ein Ethylen-Propylen-Copolymer der Marke „7C50", das von Union Carbide Co. of Houston,
Texas, USA kommerziell erhältlich
ist. Andere besonders nützliche
Folien umfassen THV-500-Polymer von Dyneon LLC of Oakdale, MN; weichgemachtes
Poly(vinylchlorid), Poly(Ethylenterephthalat)-Copolymer Eastar 6763
von Eastman, Affinity PL 1845 von Dow Chemical Company, und SurlynTM-Methacrylsäure-Copolymere von DuPont.
-
Eigenschaften
von Polymerbahnen der vorliegenden Erfindung können mit äußeren Beschichtungen verbessert
werden, die die Steuerung der Tintenaufnahmefähigkeit der geprägten Bildoberfläche 12 des
Tintenempfängermediums 10 verbessern.
Wie im Hintergrund der Erfindung oben festgestellt, sind Fachleuten eine
beliebige Anzahl von Beschichtungen bekannt. Es ist möglich, irgendeine
dieser Beschichtungen in Kombination mit der geprägten Bildoberfläche der
vorliegenden Erfindung einzusetzen.
-
Vorzugsweise
kann man ein Fluidbehandlungssystem einsetzen. Es kann eine Vielfalt
von grenzflächenaktiven
Stoffen oder Polymeren gewählt
werden, um besonders geeignete Oberflächen für die besonderen Fluidkomponenten
der pigmentierten Tintenstrahltinten bereitzustellen. Grenzflächenaktive
Stoffe können kationisch,
anionisch, nichtionisch oder zwitterionisch sein. Es sind viele
jeder Art von grenzflächenaktiven Stoffen
für einen
Fachmann verbreitet erhältlich.
Folglich kann jeder grenzflächenaktiver
Stoff oder eine Kombination von grenzflächenaktiven Stoffen oder Polymer(en),
die das Substrat hydrophil machen wird, eingesetzt werden.
-
Diese
grenzflächenaktiven
Stoffe können
in vertiefte Oberflächen
der geprägten
Substrate aufgenommen werden. Verschiedene Arten grenzflächenaktiver
Stoffe sind in den Beschichtungssystemen verwendet worden. Diese
können
fluorochemische, auf Silizium und Kohlenwasserstoff beruhende einschließen, sind aber
nicht auf sie beschränkt,
wobei die grenzflächenaktiven
Stoffe kationisch, anionisch oder nichtionisch sein können. Außerdem kann
der nichtionische grenzflächenaktive
Stoff entweder verwendet werden, wie er ist oder in Kombination
mit einem anderen anionischen grenzflächenaktiven Stoff in einem
organischen Lösungsmittel
oder in einer Mischung aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel,
wobei die organischen Lösungsmittel
aus der Gruppe von Alkohol, Amid, Keton und dergleichen ausgewählt werden.
-
Es
können
verschiedene Arten von nichtionischen grenzflächenaktiven Stoffen verwendet
werden, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf: Zonyl-Fluorcarbone von Dupont (z. B. Zonyl FSO); die grenzflächenaktiven
Stoffe FC-170 oder 171 von 3M; (Pluronic)-Blockcopolymere aus Ethylen
und Propylenoxid auf einer Ethylenglykolbasis von BASF; (Tween)
Polyoxyethylensorbitan-Fettsäureester
von ICI; Octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X Reihe) von Rohm
and Haas; (Surfynol) Tetramethyldecindiol von Air Products and Chemicals,
Inc.; und die auf Silizium beruhenden grenzflächenaktiven Stoffe Silwet L-7614 und L-7607 von
Union Carbide und dergleichen, die Fachleuten bekannt sind.
-
Verschiedene
Arten von auf Kohlenwasserstoff beruhenden anionischen grenzflächenaktiven
Stoffen können
ebenfalls verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:
grenzflächenaktive
Stoffe (Aerosol OT) von American Cyanamid, wie Dioctylsulphosuccinat-Na-Salz
oder Dialkylsulphosuccinat-Na-Salz.
-
Es
können
auch verschiedene Arten von kationischen grenzflächenaktiven Stoffen verwendet
werden, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf: Benzalkoniumchlorid, einem typischen quaternären Ammoniumsalz.
-
Es
können
andere Beschichtungsmaterialien verwendet werden, die dazu bestimmt
sind, das Aussehen oder die Haltbarkeit des geprägten und gedruckten Substrats
zu verbessern. Viele Beispiele von Tintenstrahl-Empfängerbeschichtungen
können
in der Patentliteratur gefunden werden, zum Beispiel sollten auf
Boehmit-Aluminiumoxid basierende Beschichtungen, auf Silika basierende
Beschichtungen und dergleichen nicht als außerhalb des Rahmens der Erfindung
liegend erachtet werden. Wenn der Zieldrucker wässerige Farbstofftinten druckt,
dann kann ein geeignetes Beizmittel auf die geprägte Oberfläche beschichtet werden, um
die Farbstoffe zu demobilisieren oder zu „fixieren". Beizmittel, die allgemein verwendet
werden können,
bestehen aus jenen, die in Patenten gefunden werden, wie
US 4,500,631 ;
US 5,342,688 ;
US 5,354,813 ;
US 5,589,269 und
US 5,712,027 , sind aber nicht auf
sie be schränkt.
Verschiedene Mischungen dieser Materialien mit anderen Beschichtungsmaterialien,
die hierin aufgelistet werden, liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
-
Zusätzlich kann
eine direkte Beeinflussung des Substrats durch Mittel, die in der
Technik allgemein bekannt sind, im Kontext dieser Erfindung eingesetzt
werden. Zum Beispiel könnten
koronabehandeltes Poly(ethylenterephthalat) oder an der Oberfläche dehydrochloriertes
Poly(vinylchlorid) geprägt
werden und als ein bedruckbares Substrat verwendet werden.
-
Optionale Klebemittelschicht
und optionale Trennkaschierung
-
Das
Empfängermedium 10 weist
optional, jedoch vorzugsweise eine Klebemittelschicht auf der Hauptoberfläche der
Bahn auf, die der geprägten
Bildoberfläche 12 gegenüberliegt,
die ebenfalls optional, jedoch vorzugsweise durch eine Trennkaschierung
geschützt
ist. Nachdem es mit Bildern versehen worden ist, kann das Empfängermedium 10 an
eine horizontale oder vertikale, Innen- oder Außenfläche geheftet werden, um zu
warnen, zu lehren, zu unterhalten, zu werben usw.
-
Die
Wahl des Klebemittels und der Trennkaschierung hängt von der für die Bildgraphik
erwünschten Verwendung
ab.
-
Haftklebemittel
können
alle herkömmlichen
Haftklebemittel sein, die sowohl an der Polymerbahn als auch an
der Oberfläche
des Gegenstandes haften, auf den das Tintenstrahl-Empfängermedium,
das das permanente präzise
Bild aufweist, angeordnet werden soll. Haftklebemittel werden allgemein
in Satas, Herausg., Handbook of Pressure Sensitive Adhesives, 2.
Aufl. (Von Nostrand Reinhold 1989) beschrieben. Haftklebemittel
sind kommerziell aus einer Anzahl von Quellen erhältlich.
Besonders bevorzugt werden Acrylat-Haftklebemittel, die von Minnesota
Mining and Manufacturing Company of St. Paul, Minnesota kommerziell
erhältlich sind
und allgemein in den US-Patenten
Nr. 5,141,790; 4,605,592; 5,045,386; und 5,229,207, und der EPO-Patentveröffentlichung
EP 0 570 515 B1 (Steelman
u. a.) beschrieben werden.
-
Trennkaschierungen
sind ebenfalls wohlbekannt und aus einer Anzahl von Quellen kommerziell
erhältlich.
Nicht beschränkende
Beispiele von Trennkaschierungen weisen auf: silikonbeschichtetes
Kraftpapier, silikonbeschichtetes mit Polyethylen beschichtetes
Papier, silikonbeschichtete oder unbeschichtete Polymermaterialien,
wie Polyethylen oder Polypropylen, ebenso wie die obenerwähnten Grundmaterialien,
die mit Polymer-Trennmitteln beschichtet sind, wie Silikonharnstoff,
Urethane und langkettige Alkylacrylate, wie sie in den US-Patenten
Nr. 3,957,724; 4,567,073; 4,313,988; 3,997,702; 4,614,667; 5,202,190
und 5,290,615 definiert werden; und jene Kaschierungen, die als
Kaschierungen der Marke Polyslik von Rexam Release of Oakbrook, IL,
USA, und Kaschierungen der Marke EXHERE von P. H. Glatfelter Company
of Spring Grove, PA, USA kommerziell erhältlich sind.
-
Verfahren zur Bildung
einer geprägten
Bildoberfläche
-
Die
geprägte
Bildoberfläche
kann durch irgendeine Berührungstechnik,
wie Gießen,
Beschichtung oder Kompressionstechniken hergestellt werden. Insbesondere
kann eine Mikroreplikation durch mindestens irgendeines erzielt
werden aus: (1) Gießen
unter Verwendung eines Werkzeugs, das ein mikrogeprägtes Muster
aufweist; (2) Beschichtung eines Fluids auf ein Substrat, das das
mikrogeprägte
Muster aufweist; oder (3) Schicken einer thermoplastischen Kunststoffolie
durch eine Quetschwalze, um sie gegen ein Substrat zusammenzudrücken, das
das mikrogeprägte
Muster aufweist. Eine gewünschte
Prägungstopographie
kann in den Werkzeugen über
irgendeine mehrerer wohlbekannten Techniken gebildet werden, die
teilweise abhängig
vom Werkzeugmaterial und den Merkmalen der gewünschten Topographie ausgewählt werden.
Beispielhafte Techniken umfassen Ätzen (z. B. über eine
chemische Ätzung,
mechanisches Ätzen
oder andere ablative Mittel, wie Laserablation oder reaktives Ionenätzen usw.),
Photolithographie, Stereolithographie, Mikro-Materialbearbeitung,
Rändelung
(z. B. Schnitträndelung
oder säureverstärkte Rändelung),
Kerben oder Schneiden usw. Unter den Patenten, die diese verschiedenen
Techniken offenbaren, befinden sich die US-Patente Nr. 5,183,597
(Lu); 4,588,258 (Hoopman); und das US-Patent Nr. 5,175,030 (Lu u.
a.), und die PCT-Patentveröffentlichung
WO96/33839.
-
Bevorzugt
kann eine Prägebearbeitung
durch Gießen
eines zweiteiligen härtenden
Silikonmaterials über
eine Mutterform vorgenommen werden, die dasselbe Muster aufweist,
wie es für
die geprägte
Bildoberfläche 12 des
Tintenstrahl-Empfängermediums 10 erwünscht ist.
Die Silikonform weist daher das Spiegelbild auf (wobei die hohlraumbildende
Geometrie vorsteht). Diese Form kann dann in einer Warmpresse oder
in tatsächlichen
Extrusions- oder Gießarbeitsgängen verwendet
werden. Eine Extrusionsprägung
wird erreicht, indem die Form durch die Quetschstelle geschickt
wird, um geprägte
Abschnitte auf der extrudierten Folie zu erzeugen. Am bevorzugtesten
zur Extrusionsprägung
ist die Verwendung einer Metallgießwalze, die selbst mit dem
Spiegelbild des Musters geprägt
ist, das auf der thermoplastischen Kunststoffbahn geprägt werden
soll.
-
Kompressionsverfahren
-
Der
Druck, der in der Presse ausgeübt
wird, kann von 4,1 × 104 kPa bis 1,38 × 105 kPa
und vorzugsweise von 6,9 × 104 kPa bis 1,0 × 105 kPa
reichen.
-
Die
Temperatur der Presse an der Formoberfläche kann von 100°C bis 200°C und vorzugsweise
von 110°C
bis 150°C
reichen. Die Haltezeit des Drucks und der Temperatur in der Presse
kann von 1 Minute bis etwa 5 min und vorzugsweise von 90 s bis 150
s reichen. Jede allgemein erhältliche
kommerzielle Warmpresse kann verwendet werden, wie die Presse des
Wabash-Modells 20-122TM2WCB
von Wabash MPI of Wabash, Indiana, USA.
-
Extrusionsverfahren
-
Ein
typisches Extrusionsverfahren für
die vorliegende Erfindung beinhaltet das Schicken eines extrudierten
Substrats durch eine Quetschstelle, die durch eine gekühlte Walze
und eine Walze geschaffen wird, die eine Oberfläche mit einem Muster aufweist,
das invers zur gewünschten
geprägten
Bildoberfläche
ist, wobei die beiden Walzen in entgegengesetzte Richtungen rotieren.
-
Es
können
Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder verwendet werden. Die
Bedingungen werden so gewählt,
daß die
allgemeinen Anforderungen erfüllt
werden, die dem Fachmann verständlich
sind. Repräsentative,
jedoch nicht beschränkende
Bedingungen werden im folgenden dargelegt.
-
Das
Temperaturprofil im Extruder kann abhängig von den Schmelzeigenschaften
des Harzes von 100°C
bis 200°C
reichen.
-
Die
Temperatur an der Düse
reicht abhängig
von der Schmelzfestigkeit des Harzes von 150°C bis 230°C.
-
Der
in der Quetschstelle ausgeübte
Druck kann von 140 bis 1380 kPa und vorzugsweise von 350 bis 550
kPa reichen.
-
Die
Temperatur der Quetschwalze kann von 5°C bis 30°C und vorzugsweise von 10°C bis 15°C reichen,
und die Temperatur der Gießwalze
kann von 25°C
bis 60°C
und vorzugsweise von 40°C
bis 50°C
reichen.
-
Die
Bewegungsgeschwindigkeit durch die Quetschstelle kann von 0,25 bis
10 m/min und vorzugsweise von 1 bis 5 m/min reichen.
-
Nicht
beschränkende
Beispiele der Anlage, die für
dieses Extrusionsverfahren nützlich
ist, umfassen Einschneckenextru der, wie einen 1–¼ Inch (3,175 cm)-Killion
(Killion Extruders, Inc. of Cedar Grove, NJ), der mit einer Schraubenradpumpe
ausgestattet ist, wie einer Zenith-Schraubenradpumpe, um den Durchsatz
zu steuern, mitrotierende Doppelschneckenextruder, wie einen 25
mm Berstorff (Berstorff Corporation of Charlotte, NC) und gegenläufige Doppelschneckenextruder,
wie einen 30 mm Leistritz (American Leistritz Extruder Corporation
of Somerville, NJ). Der Durchsatz im Doppelschneckenextruder kann
unter Verwendung von Gewichtsverlustspeisern gesteuert werden, wie
einem K-tron (K-tron America of Pitman, NJ), um das Rohmaterial in
den Extruder einzuspeisen. Es wird eine Foliendüse mit einem einstellbaren
Schlitz verwendet, um aus dem Extruder eine gleichmäßige Folie
zu bilden.
-
Nützlichkeit der Erfindung
-
Tintenstrahlempfängermedien
der vorliegenden Erfindung können
in jeder Umgebung eingesetzt werden, wo es erwünscht ist, daß Tintenstrahlbilder
präzise,
beständig,
schnelltrocknend und abriebfest sind. Kommerzielle graphische Anwendungen
umfassen opake Zeichen und Banner.
-
Tintenstrahlempfängermedien
der vorliegenden Erfindung können
eine Vielzahl von Tintenstrahl-Tintenformulierungen aufnehmen, um
eine schnelle Trocknung und präzise
Tintenstrahlbilder zu erzeugen. Die Topographie der geprägten Bildoberfläche des
Tintenstrahl-Empfängermediums
kann für
optimale Ergebnisse variiert werden, abhängig von verschiedenen Faktoren,
wie: Tintentröpfchenvolumen;
Tintenflüssigkeitsträgerzusammensetzung;
Tintenart (Pigment- oder Mischung von Pigment und Farbstoff); und
Herstellungstechnik (Maschinengeschwindigkeit, Auflösung, Walzenanordnung);
usw.
-
Gewöhnlich weisen
Tintenstrahl-Tintenformulierungen Pigmente in Wasser auf, die mit
anderen Lösungsmitteln
vermischt sind. Sowohl das Wasser als auch die anderen Lösungsmittel befördern die
Pigmente in die Abbildungsschicht und gehen dann weiter in die Membran
zur schnellen Trocknung des Bildes in der Abbildungsschicht, um
das präzise
Bild zu bilden.
-
Es
ist festgestellt worden, daß die
Abbildungsschicht der vorliegenden Erfindung den Punktort so kontrolliert,
daß er
in den isolierten Hohlräumen 14 der
Oberfläche 12 bleibt.
-
Zum
Beispiel zeigt ein Testmuster aus 3 sich überlappenden Kreisen der Grundfarben
(Cyan, Magenta, Gelb), Mischfarben (Rot, Grün, Blau) und Tertiärfarbe (Schwarz),
die auf ein Tintenstrahlempfängermedium der
vorliegenden Erfindung tintenstrahlgedruckt werden, die Präzision der
Farbsteuerung und der Pigmentstelle auf dem Medium.
-
2b ist eine mikrophotographische
Aufnahme mit 50 × Vergrößerung der
Schnittlinien der roten, grünen,
schwarzen und gelben Farben eines Testmusters, das auf eine geprägte Bildoberfläche gedruckt
ist, die ein mikrogeprägtes
Muster von Würfeleckenformen
mit einer Tiefe von 87 Mikrometern (87 um) und einem Spitze-Basis-Abstand
auf der dreieckigen Seite des Leerraums von 175 Mikrometern (175 μm) aufweist.
-
Die
gelbe Farbe im unteren linken Abschnitt der 2b wird durch nur ein Pigment geliefert,
wohingegen die rote und grüne
durch die Mischung von jeweils zwei primären Pigmenten und die schwarze
durch die Mischung der drei Pigmente gebildet wird. Die Klarheit
und Präzision
der Grenzlinien zwischen angrenzenden Farben ebenso wie die Kontinuität der Farbe
innerhalb des Bereichs jeder der Farben sind direkte und überraschende
Vorteile der vorliegenden Erfindung.
-
Da
ferner die Pigmentteilchen unter der nominalen makroskopischen Oberfläche des
Tintenstrahlempfängermediums
liegen, sind die Pigmentteilchen vor einem Abrieb geschützt, der
nicht so tief wie die Stelle der Teilchen eindringt. Ein zufälliger Abrieb
der Graphik während
der Handhabung der Graphik nach dem Drucken wird minimiert.
-
Die
Form der Hohlraumgeometrie kann beträchtlich zum endgültigen Erscheinungsbild
der Bildgraphik betragen, aufgrund des Erscheinungsbildes des Bildes,
das durch das Vorhandensein von Pigmenten verursacht wird, die in
Hohlräume 14 liegen,
die zur Sichtlinie unterschiedliche Geometrien aufweisen, d. h.
man kann ein Pigment sehen, das auf winkeligen ebenen Wänden abgelagert
ist, aber nicht auf Wänden
parallel zur Sichtlinie.
-
Die
Möglichkeiten
der Bildmanipulation auf der Oberfläche eines Tintenstrahlempfängermediums,
die durch die Topographie der Bildoberfläche jenes Mediums geschaffen
werden, sind für
Fachleute unzählig,
da dasselbe Muster nicht die gesamte Oberfläche des Mediums bedecken muß. Zum Beispiel
könnten
schrittweise, abgestuft oder zufällig über eine
Fläche
des Tintenstrahlempfängermediums
unterschiedliche Muster eingesetzt werden, um für die darauf gedruckten Bilder
ein strukturiertes oder unstrukturiertes Aussehen zu schaffen.
-
Ferner
könnte
es möglich
werden, wenn die Kenntnisse über
den Tintenstrahldruck sowohl hinsichtlich der Tintentropfengröße als auch
hinsichtlich der Tintenstrahlplazierung zunehmen, daß das Halbtondruckmuster
so verfeinert wird, daß das
Druckmuster der Tinte, Tropfen für
Tropfen, mit dem geprägten
Muster auf dem Medium, Hohlraum für Hohlraum übereinstimmt. Dies würde eine
vollständige
Justierung des Druckprozesses zulassen, die dem Bild gleicht, das
auf einem digitalen Farbmonitor angezeigt wird.
-
Ein
weiterer Vorteil der Medien der vorliegenden Erfindung ist die kontrolliere
Trocknungsgeschwindigkeit des Tintentropfens in jedem Hohlraum.
Die Trocknung kann als die Zeit gemessen werden, die erforderlich ist,
bevor das Bild klebfrei wird oder nicht verschmiert, wenn es leicht
gerieben wird. Typischerweise fühlt
sich das Bild innerhalb von 2 Minuten und vorzugsweise innerhalb
von 30 Sekunden trocken an, nachdem es mit Bildern versehen worden
ist. Die Verwendung von isolierten Hohlräumen, um die Wanderung von
Farbe während
des Trocknens zu minimieren, ist ein Vorteil im Empfängermedium
der Erfindung, der vorher nicht in der Technik gefunden wurde.
-
Die
Bildung von präzisen
Tintenstrahlbildern wird durch eine Vielzahl von kommerziell erhältlichen Drucktechniken
bereitgestellt. Nicht einschränkende
Beispiele umfassen Thermotintenstrahldrucker, wie der Marke DeskJet,
der Marke PaintJet, der Marke Deskwriter, der Marke DesignJet und
andere Drucker, die von Hewlett-Packard Corporation of Palo Alto,
California kommerziell erhältlich
sind. Ebenfalls eingeschlossen sind Piezotintenstrahldrucker, wie
jene von Seiko-Epson,
Raster Graphics und Xerox, Sprühstrahldrucker
und kontinuierliche Tintenstrahldrucker. Jede dieser kommerziell
erhältlichen
Drucktechniken führt
die Tinte in einem Sprühstrahl
eines spezifischen Bildes in das Medium der vorliegenden Erfindung
ein. Die Trocknung ist gemäß der vorliegenden
Erfindung sehr viel schneller, als wenn die Abbildungsschicht auf
ein ähnliches
nicht-geprägtes
Medium aufgetragen werden würde.
-
Die
Medien der vorliegenden Erfindung können mit einer Vielzahl von
Tintenstrahltinten verwendet werden, die von einer Vielzahl von
kommerziellen Quellen erhältlich
sind. Es sollte verstanden werden, daß jede dieser Tinten eine andere
Formulierung aufweist, selbst für
unterschiedliche Farben innerhalb derselben Tintenfamilie. Nicht
einschränkende
Quellen umfassen Minnesota Mining and Manufacturing Company, Encad Corporation,
Hewlett-Packard Corporation, NuKote und derglei chen. Diese Tinten
sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie mit den unmittelbar zuvor
und im obigen Hintergrundabschnitt beschriebenen Tintenstrahldruckern
arbeiten, obwohl die Beschreibungen der Drucker und der Tinten auf
geeignete Tropfenvolumina und Auflösungen überprüft werden müssen, um die Nützlichkeit
der vorliegenden Erfindung weiter zu verfeinern.
-
Die
Medien der vorliegenden Erfindung können auch mit anderen spritzbaren
Materialien eingesetzt werden, d. h. jenen Materialien, die in der
Lage sind, durch einen Tintenstrahldruckkopf zu gehen. Nicht einschränkende Beispiele
spritzbarer Materialien umfassen Klebemittel, biologische Fluide,
chemische Untersuchungsreagenzien, Pharmazeutika, Teilchendispersionen,
Wachse und Kombinationen derselben.
-
Medien
der vorliegenden Erfindung können
auch mit nicht spritzbaren Materialien eingesetzt werden, so lang
der Tintenstrahldruckkopf nicht benötigt wird, um das Material
auf der geprägten
Oberfläche
abzulagern. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 5,658,802 (Hayes
u. a.) gedruckte Felder für
DNA, Immunoassay-Reagenzien oder dergleichen, die Felder elektrochemischer
Ausgabegeräte
verwenden, um äußerst kleine
Fluidtropfen zu bilden und sie präzise auf Substratoberflächen in
Miniaturfeldern anzuordnen.
-
Die
folgenden Beispiele offenbaren weitere Ausführungsformen der Erfindung.
-
Beispiele
Definition
geprägter
Mustern
-
Testmuster
-
Eine
internes Testmuster, das über
diese Beispiele hinweg verwendet wird, das entwickelt wurde, um das
Drucken von 100%, 200% und 300% Cyan, Magenta und gelben Tinten
zu beobachten, wird das CIRCLE-Muster genannt. Ein Kreis mit einer
Füllung
von 100% von jeder der drei Farben wird so gedruckt, daß die Kreise
sich überlappen,
um rot zu erzeugen, wo sich die gelben und Magenta-Kreise überlappen,
blau, wo sich. Magenta und Cyan überlappen,
und grün,
wo sich Gelb und Cyan überlappen.
In der Mitte des Musters überlappen
sich alle drei Kreise, und es werden 300% Tinte abgelagert, um schwarz
zu bilden. Es können
unterschiedliche qualitative Druckeigenschaften unter Verwendung
dieses Testmusters beobachtet werden, einschließlich der. Trocknungszeit,
der Absorptionskapazität,
des Ausblutens von Farben ineinander und der Farbdichte.
-
Beispiel 1 – Quellfähige Substrate,
die beschichtet und dann geprägt
werden
-
3M
Thermal Inkjet Media 3657-10 wurde von der fertigen Rolle mit intakter
Beschichtung, Klebemittel und Kaschierung entfernt, und dann gegen
eine CCP-Prägeform
in einer Warmpresse gelegt. Die Bedingungen, die für beide
3657-10 und 8502-Medien gut funktionierten, waren 1,0 × 105 kPa bei 143°C, beide Andruckplatten, für zwei Minuten.
So wurden die Medien geprägt,
nachdem die Tintenstrahlempfängerbeschichtung aufgetragen
wurde.
-
Nach
der Prägung
wurden die Bögen
abgekühlt
und erneut in den NovaJet III Drucker für Drucktests eingelegt. Die
Druckkartuschen im NovaJet III sind vom Typ Hewlett-Packard 51626A,
und diese wurden mit cyan, magenta, gelb und schwarz pigmentierten
Tinten (Gelb: TB 14002, Lot 01 × 2;
Magenta: TB 14003, Lot 01 × 2A;
Cyan: TB 14001, Lot 01 × 2;
Schwarz: TB 14004, Lot 2A) von 3M gefüllt. Der CIRCLES genannte Drucktest
ist ein einfaches Muster der drei primären Farben (Cyan, Magenta,
Gelb), die sich überlappen,
um sekundäre
Farben (Blau, Rot, Grün)
mit 200% Tinte und Dreifarben-Schwarz (300% Tinte) in der Mitte
zu bilden. Zusätzlich
dazu, daß es
Aspekte der Tintenmischung und der Schlammrißbildung zeigt, ist das Muster klein;
dies bedeutet eine kurze Wagenrücklaufzeit
des Druckers, was wiederum bedeutet, daß Probleme, wie Auslaufen,
Streifenbildung und Koaleszenz der Tinte maximiert werden.
-
Beim
Vergleich des CIRCLE-Musters auf 3657-10 von der Rolle gegenüber geprägten 3657-10
waren mehrere Unterschiede offensichtlich. 1a und 1b sind
jeweils 50 × mikrophotographische
Aufnahmen der Gelb/Rot/Grün/Schwarz-Grenzfläche dieser
beiden Proben.
- 1. Auslaufen, am merklichsten
bei einem Dreifarben-Schwarz
in eine 2. Farbe (rot), verschwand.
- 2. Schlammrißbildung
der Pigmente auf den quellfähigen
Medien verschwand.
- 3. Trennung und/oder Koaleszenz der Pigmentteilchen wurde beträchtlich
reduziert. Sekundäre
Farben (Rot, Grün,
Blau) und das Dreifarben-Schwarz waren sehr viel kontinuierlicher
(weniger fleckig) als auf ungeprägten
Medien. Dies sorgt für
eine tiefere, gesättigtere
Erscheinung der Farben.
-
In
einem Kontrollexperiment wurde eine Probe des Mediums 3657-10 entfernt,
gepreßt
und gedruckt, wie oben beschrieben, außer daß die Prägeform umgedreht wurde, um
die glatte Seite gegen die Medien in der Presse zu drücken. Der
resultierende CIRCLE-Druck sah genauso aus wie das ungeprägte Medium.
Dieses Experiment wurde unter Verwendung der Medien 8502 von 3M
und EncadTM NovaInks (GS-Typ) auf einem EncadTM NovaJet Pro Tintenstrahlplotter erneut
wiederholt. Es waren Ergebnisse zu sehen, die ähnlich zu den oben angegebenen
waren, mit der Ausnahme, daß Farbstofftinten
nicht an Schlammrißbildungsproblemen
leiden. Die Ergebnisse werden in den 50 × mikrophotographischen Aufnahmen
in den 3a und 3b veranschaulicht. 3a zeigt die Rot/Schwarz-Grenzfläche des
Dreikreismusters auf dem 8502-Medium, wo ein Farbausbluten offensichtlich
ist. Im Vergleich zeigt 3b dieselbe
Druckfläche
auf einem geprägten 8502-Medium.
Es ist kein Farbausbluten in dieser Probe ersichtlich.
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Beispiel 2 Olefin, das
geprägt
und mit Salz/grenzflächenaktiven
Stoff beschichtet wird
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Das
CUBE- und PYR1-Muster wurden. auf Union Carbide 7C50 (einem regellosen
Propylen-Ethylen-Copolymer) extrusionsgeprägt. Die geprägten Bögen wurden
mit einer Salz/grenzflächenaktiver
Stoff-Dispersion beschichtet, deren Komponenten in der Tabelle unten
aufgelistet sind. Die Beschichtung wurde mit einem #3 Mayer-Stab,
einem Beschichtungsstab durchgeführt,
der durch RD Specialties of Webster, NY, hergestellt wird, gefolgt
von einer Trocknung mit niedriger Hitze mit einer Heißluftpistole. 7C50-Beschichtungsformulierung
Al2(SO4)3 | 6
Gew.-% |
Dioctylsulphosuccinat
(DOSS) | 7
Gew.-% |
Silwet
L7607 | 1
Gew.-% |
Surfynol
204 | 2
Gew.-% |
Ethanol | 25
Gew.-% |
Wasser | 59
Gew.-% |
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Die
beschichteten 7C50-Bögen
wurden unter Verwendung eines Encad NovaJet 4 aufgedruckt, der mit
pigmentierten Tinten von 3M ausgerüstet war. Das CIRCLES-Muster
wurde verwendet, um die Druckeigenschaften zu veranschaulichen.
Als Kontrolle wurden geprägte
unbeschichtete Bögen
auf dieselbe Weise bedruckt. (Eine zweite Kontrolle, die auf eine
ebene 7C50-Bahn beschichtet war, konnte nicht ausgeführt werden: die
resultierende Beschichtung hinterläßt große Salzkristalle und klebrige
Lachen aus dem grenzflächenaktiven
Stoff. Die geprägten
Vertiefungen lassen einen Niederschlag des Materials ohne sichtbare
oder tastbare Änderungen
zu.)
-
Die
geprägten
und beschichteten Proben erzeugten eine sehr gute Bildqualität im Testmuster.
Es war kein Auslaufen ersichtlich. Die beschichtete Probe mit CUBE-Vertiefungen wies
eine Trocknungszeit von weniger als eine Minute für CMY, 2–3 Minuten
für RGB
und 5–10
Minuten für
Schwarz auf. Der Ausdruck „trocken" bedeutet die Fähigkeit,
einem Verschmieren mit einem leichten Fingerdruck zu widerstehen.
Beim Vergleich dieser Ergebnisse mit jenen auf unbeschichteten Bögen war
es deutlich, daß die
Zugabe der Beschichtungsformulierung eine gute Trocknung und eine
Beseitigung von Auslaufen und Verspritzen bewirkte; außerdem erschien
das Dreifarben-Schwarz in der Kontrolle als dunkelgrün.
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Zum
Vergleich wurden die CUBE-geprägte
und unbeschichtete Probe zufriedenstellend auf demselben Drucker
unter Verwendung derselben Tinte gedruckt; jedoch erschienen die
Drucke verblaßt,
und die Tinte war in den 200% und 300% tintengefüllten Bereichen für mehrere
Stunden nach dem Drucken gegenüber
der Berührung
naß.
-
Am
nächsten
Tag wurde beobachtet, daß die
beschichtete und gedruckte Probe mit den CUBE- und PYR1-Vertiefungen
wasserecht war, und imstande, einen starken Reiben unter einem Leitungswasserstrahl
zu standzuhalten. Nachträgliches
Einweichen in Wasser für
48 Stunden offenbarte ein beständiges
Bild. Bemerkenswerterweise wiesen die unbeschichteten Bögen keine
Wasserfestigkeit auf und die gesamte Tinte wurden leicht abgewaschen.
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4a zeigt die Auflösung der
CIRCLE-Musters, das auf dem beschichteten, mit PYR1 gemusterten 7C50
durch den HP2500CP erzeugt wurde. 4b ist
eine 25 × mikrophotographische
Aufnahme der Schnittlinie der schwarz, rot, grün und gelb bedruckten Bereiche
in 4a. Man beachte, daß die Auflösung des
Drucks sehr gut ist. Die Farbdichte war ebenfalls sehr gut.
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Beispiel 3: Lichtdurchlässigkeit
von geprägten
Substraten auf einem Overheadprojektor
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Das
PET-Copolymer Eastar 6763 von Eastman Chemicals wurde zum Vergleich
mit einer extrudierten, ungemusterten Probe aus Eastar 6763 mit
vier Mustern extrusionsgeprägt,
die als Projektion auf einen weißen Hintergrund von einem Overheadprojektor
beobachtet wurden. Unter Verwendung des Overheadprojektors 9600
von 3M erzeugte das erste Muster CUBE eine Projektion, die so klar
war wie die Kontrollprobe. RECT erzeugt auch eine klare Projektion.
PYR2 projizierte ein graues Bild, und CCP projizierte ein schwarzes
Bild.
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Es
wurde auch beobachtet, daß eine
Probe von PET-Folienware
von 4 Milli-Inch (0,101 um), die mit dem POST-Muster geprägt war, unter denselben Bedingungen
eine klare Projektion ergab.
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Beispiel 4 – Drucke
auf Pfosten-Merkmalen (vielmehr Vorsprünge als Risse)
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Eine
Probe von PET-Folienware von 4 Milli-Inch (0,101 um), die mit dem
POST-Muster geprägt
war, wurde unmodifiziert durch einen Hewlett-Packard DeskJet 855Cse
geschickt, um geschlossene Farbbereiche in Cyan, Rot, Blau, Grün, Purpur,
Gelb und Magenta zu drucken.
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Es
wurde beobachtet, daß der
Druck verblaßt
war, aber ansonsten eine gute Auflösung aufwies; er war außerdem direkt
aus dem Drucker nicht verschmierbar. Zum Vergleich erzeugt derselbe
Druck auf einer unmodifizierten, glatten PET-Bahn kein erkennbares
Muster, und die Tinte trocknete selbst nach 24 Stunden Stehenlassen
bei Raumtemperatur (21°C)
nicht gegen Berührung. 5a ist eine 100 × mikrophotographische
Aufnahme der unbedruckten Pfostenprobe. 5b ist dieselbe Probe nach dem Drucken,
die getrocknete Cyan-Tinte zeigt, die hauptsächlich um die Basis der Pfosten
angeordnet ist, wobei fast keine Tinte in anderen Bereichen vorhanden
ist.
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Beispiel 5 – Drucken
auf einem Olefin-Substrat mit auf Wasser beruhenden Tinten
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Eine
Probe von Union Carbide 7C50 Folie wurde extrudiert und mit dem
PYR1-pyramidenstumpfförmigen
Hohlraum geprägt.
Es wurde außerdem
eine ungemusterte Probe als Kontrolle extrudiert.
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Diese
Folien wurden unmodifiziert durch einen Drucker 25000P von Hewlett-Packard
geschickt, der mit wässerigen
pigmentierten cyan, magenta, gelben und schwarzen Tinten ausgerüstet war
(Schwarz: C1806A, Cyan: C1807A; Magenta: C1808A; Gelb: C1809A).
Ein CIRCLE-Testmuster wurde auf beide Bögen gedruckt. Es wurde festgestellt,
daß der
ungemusterte Bogen in keiner Weise die Tinte aufnahm, was zu einem unerkennbaren
Druck führte,
der mehr als 24 Stunden nach dem Drucken naß und verschmierbar blieb.
Es wurde festgestellt, daß der
gemusterte Bogen einen Druck mit guter Qualität mit einer ausgezeichneten
Auflösung
und keinem Zeichen von Auslaufen oder Mischung der Farben ergab.
Bemerkenswerterweise waren die CM- und Y-Bereiche ebenso wie die roten,
grünen
und blauen Bereiche beim Entfernen aus dem Drucker unmittelbar gegenüber einer
Berührung
trocken. Der schwarze Bereich brauchte weniger als 5 Minuten, um
sich trocken anzufühlen
und unverschmierbar zu werden.
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Ein
Bild jeder dieser gedruckten Proben wird in 6a und 6b gezeigt.
In 6a wird die (glatte) 7C50-Kontrollprobe bei
100 × gezeigt,
um das Fehlen einer Tintenaufnahme durch das Substrat zu zeigen. 6b zeigt den Druck mit derselben
Vergrößerung für den PYR1-geprägten 7C50-Bogen, die den Effekt
der Prägung
veranschaulicht: die Tinte wird vollständig in den Hohlräumen gehalten,
und so sind die Auflösung und
das Fehlen von Auslaufen, ebenso wie die trockene Berührung ein
direktes Ergebnis des Druckens auf einem mikrogeprägten Substrat.
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Vergleichsbeispiel A
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Unter
Verwendung des Novajet III-Druckers mit pigmentierten, auf Wasser
basierenden Tinten wurde ein Vergleichsexperiment durchgeführt, wobei
glatte Ethylenpropylencopolymerfolie (7C50) und texturierte 7C50
bedruckt wurden. Die verwendete Textur besteht aus langen gekreuzten
miteinander verbundenen Kanälen.
Das Kanalvolumen pro Quadrat-Inch ist gleich dem Tintenvolumen für eine 100%-Abdeckung
pro Quadrat-Inch. Die nicht texturierte Folie kam naß aussehend
aus dem Drucker, und die Tinte konnte leicht von der Folienoberfläche abgewischt
werden. Diese Folie blieb für
Tage naß und
verschmierbar. Außerdem
litt das Bild an Ausbluten zwischen den Farben. Die texturierte
Folie kamm aus dem Drucker heraus, wobei sie sich in den Primärfarbbereichen
berührungstrocken
anfühlte.
Die Tinte ließ sich
nicht von der Oberfläche
abwischen. Jedoch bewegte sich die Tinte durch Dochtwirkung längs der
Kanäle,
was zu einem Zwischenfarbenausbluten und einer verschlechterten
Bildqualität
führte.
Dieses Vergleichsbeispiel veranschaulicht, daß es nicht ausreicht, eine
Struktur mit dem geeigneten Volumen in die Folienoberfläche einzubauen,
um eine verbesserte Bildqualität
zu erhalten, sondern daß die
verliehene Struktur getrennte, nicht verbundene Risse bilden muß.
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Beispiel 6 – Phasenänderungstinten
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Phasenänderungstinten
von Tektronix Company of Oregon wurden auf ebene und geprägte PVC-7C50-Folie
und 40 Gew.-% Feldspat-gefüllte
7C50 gedruckt. Es wurde das CCP-Muster verwendet. Die Tektronix-Wachstinten
wurden unter Verwendung eines Tektronix Phaser 300 × gedruckt.
Für die
glatten Bögen wurde
die Tinte gut gedruckt; jedoch wurde die verfestigte Tinte sehr
leicht mit dem Fingernagel von der Oberfläche abgekratzt: dies ist ein
Hauptnachteil der auf Wachs beruhenden Tinten. Speziell beschichtete Substrate
werden durch mehrere Firmen vertrieben, die im wesentlichen eine
unebene Oberfläche
bereitstellen, um eine mechanische Adhäsion zu erzeugen.
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Die
geprägten
Substrate zeigten eine merkliche Verbesserung der Abriebfestigkeit
ohne einen Verlust der Farbdichte. Insbesondere im Fall sowohl der
gefüllten
und als auch ungefüllten
7C50-Materialien war die Beständigkeit
gegen Kratzen mit dem Fingernagel fast vollkommen; nur der stärkste Fingerdruck
führte
zum Abkratzen der Tinte von der Oberfläche.
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Beispiel 7 – Lösungsmitteltinten
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Unter
Verwendung des Epson Stylus 500 mit auf Lösungsmitteln beruhenden Tinten
wurden mehrere mikrogeprägte
Vinylfolienproben zusammen mit einer gegossenen ebenen Kontrollvinylfolie
gedruckt. Keine der Folien wies eine Empfängerbeschichtung auf. Die Tinten
enthalten mäßig flüchtige Lösungsmittel.
Drucke auf ebener Vinylfolie kamen aus dem Drucker heraus, wobei
sie naß aussahen
und sich naß anfühlten, wo
das Lösungsmittel
noch nicht verdampft war. Diese Drucke blieben für etwa 2 Minuten naß, nachdem
sie den Drucker verlassen hatten. Andererseits kamen geprägte Vinylfolien
mit PYR1- oder CCP-Strukturen, wenn sie unter denselben Bedingungen
gedruckt wurden, aus dem Drucker heraus, wobei sie berührungstrocken
aussahen und sich anfühlten.
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Beispiel 8 – UV-härtende Tinten
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Unter
Verwendung eines MIT-Druckkopfes (Modular Ink Technology, Jarfalla,
Schweden), der an einem x-y-Plotteraufbau angebracht war, wurden
100% UV-härtende
Tinten auf ebene und mikrogeprägte
Folien gedruckt, die aus extrudierten Vinyl, Ethylenpropylen-Copolymer,
PETG, EVAL und Affinity bestanden.
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Ein
Linienmuster wurde auf all diese Proben gedruckt. Vor der UV-Härtung wurde
das Verschmieren und Abschmieren der gedruckten Linien unter Verwendung
einer mit einer Baumwollspitze versehenen Appliziereinrichtung geprüft, wobei
die Baumwollspitze über
den Druck gerieben wurde und das Verschmieren der Linien zusammen
mit der Tintenübertragung
auf die Baumwollspitze bewertet wurde. Alle ebenen Folien zeigten
ein starkes Verschmieren, wobei die gedruckten Linien vollständig von
der Oberfläche
der Folie abgerieben wurden und die gesamte Tinte auf die Baumwollspitze übertragen
wurde. Alle mikrogeprägten
Folien zeigten überhaupt
kein Verschmieren (so lange das mikrogeprägte Volumen groß genug
war, um einen Tintentropfen zu halten). Muster, wie CCP, wo der
Bereich an der Oberfläche
der Folie minimiert ist, übertrugen überhaupt keine
Tinte auf die Baumwollspitze, während
Muster mit einem merklichen Bereich an der Folienoberfläche, wie
Würfel,
zu einem kleinen Betrag einer Tintenübertragung auf die Baumwollspitze
führten.
Wenn sie gehärtet
waren, erschienen sowohl glatte als auch mikrogeprägte gedruckte
Folien hinsichtlich der Härtungsgeschwindigkeit,
der Gesamtenergie, die zur Härtung
erforderlich ist, und der Qualität
des gehärteten
Bildes qualitativ ähnlich.
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7a und 7b zeigen mikrophotographische Aufnahmen
von Linien, die auf ebene extrudierte Vinylfolie und mikrogeprägte Vinylfolie
gedruckt sind. Die mikrogeprägte
Struktur RECT ist für
den MIT-Druckkopf optimiert, der Tropfen von 40 um bei einer Auflösung von
360 dpi (360 Bildpunkte/2,54 cm) erzeugt. 7a zeigt, daß auf ebener Vinylfolie die
Linien 120–150 μm breit sind
(über 300%
Punktverstärkung)
(dies ist dieselbe Linienbreite, die auch auf einer gegossenen Vinylfolie
zu sehen ist). Die mikrogeprägte
Folie ergibt eine Linienbreite von 50 μm (25% Punktverstärkung),
dieselbe Li nienbreite wie die mikrogeprägte Struktur. Dieses Beispiel
zeigt, daß eine
Mikroreplikation eine präzise
Kontrolle der Punktverstärkung
bereitstellen kann.
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Beispiel 9
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Das
RECT-Muster wurde durch eine Warmpresse in eine gemeinsam extrudierte
Folie aus Poly(ethylenterephthalat) (PET) und Eastar 6763 geprägt. Die
Folie wurde vor der Prägung
biaxial orientiert 2 × 2.
Die Gesamtdicke der orientierten Folie betrug 50 μm, von der
die Eastar 6763 Schicht etwa 21 μm
betrug. Die Temperatur der Presse war nicht höher als 165°C, was nicht ausreichend ist,
um die biaxial orientierte PET-Schicht zu
entspannen. Diese Folie wurde ohne weitere Modifikation durch örtliche
Beschichtung usw. verwendet.
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Der
gemusterte Bogen wurde in einem HP 855Cse Tischtintenstrahldrucker
einem Drucktest unterzogen. Als Kontrolle wurde das Overhead-Transparenzprodukt
CG3460 von 3M mit demselben Testmuster bedruckt. In beiden Fällen war
die gewählte
Druckbetriebsart „normal"/„unbeschichtetes Papier" eingestellt. Diese
Druckbetriebsart befiehlt den Drucker, mit der höchsten möglichen Geschwindigkeit zu
drucken.
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Die
gedruckten Proben zeigten das Versagen des CG3460, die Tinte ausreichend
aufzunehmen, um einen Druck mit guter Qualität unter Verwendung dieser Betriebsart
herzustellen. 8 zeigt
33 × mikrophotographische
Aufnahmen eines Bereichs des Drucktestmusters, um den Unterschied
zwischen dem Tintenaufnehmemechanismus der beiden Folien zu zeigen. 8a zeigt die Schnittlinie
einer roten Linie mit einem blau geschlossenen Bereich, der auf
die CG3460 Folie gedruckt ist. 8b zeigt
den entsprechenden Bereich des mikrogeprägten Bogens. Es ist eine schlechte
Druckqualität
infolge von Tintenperlenbildung in 8a deutlich; die
Tintenperlenbildung wird vermutlich durch die schnelle Druckgeschwindigkeit
ver ursacht. Drucke mit guter Qualität können auf dem CG3460 durch Verwendung
der „Transparenz"-Druckbetriebsart
erhalten werden. Es ist in 8b keine
Tintenperlenbildung deutlich, und die unbeschichtete geprägte Probe
zeigt eine gute Linienbreitenkontrolle und Auflösung des Testmusters.
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9 zeigt ferner die Vorteile
der Mikroprägung
im selben Testdruck. 9a zeigt
einen geschlossenen schwarzen gedruckten Block auf der CG3460-Probe
ohne Vergrößerung; 9b zeigt den entsprechenden Bereich
auf der RECT-geprägten
Probe. Es wurde beobachtet, daß der
schwarze Druckbereich, der durch die pigmentierte Tinte im Hewlett
Packard DeskJet 855Cse gebildet wird, in der schnellen Druckbetriebsart
einer starken Schlammrißbildung
unterliegt, wenn er auf CG3460 gedruckt wird. Es gab ein vollständiges Fehlen
der Schlammrißbildung
in der entsprechenden mikrogeprägten
Probe; schwarze Bereiche sehen kontinuierlich, dicht und scharf
aus. Außerdem
fehlten Streifenbildungsmuster, die (wiederum vermutlich infolge
des schnellen Druckens) in den schwarzen und farbigen Bereichen
der CG3460-Probe deutlich waren, in der mikrogeprägten Probe.
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Die
Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Die
Ansprüche
folgen.