DE602005002068T2

DE602005002068T2 - Druckmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE602005002068T2
Application number: DE602005002068T
Authority: DE
Inventors: John L. Stoffel; Bill Sperry; Richard J. Mcmanus; Hai Q. Tran; Yi-Hua Tsao
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: EP1582370A1; US20050217815A1; JP2005289064A; US7553395B2; EP1582370B1; DE602005002068D1

Description

HINTERGRUND
Mit zunehmendem Fortschritt auf dem Gebiet der Drucktechnologie sehen sich Papierhersteller den immer strengeren Anforderungen ihrer Kunden in Bezug auf qualitativ hochwertiges Papier, das wirtschaftlich attraktiv ist, gegenüber. Beispielsweise besteht eine große Nachfrage nach Papier, das eine ausreichend hohe Qualität aufweist, um zum Drucken eines digitalen Bildes mit einem Tintenstrahldrucker geeignet zu sein, wobei das Aussehen und die Haltbarkeit des Produkts denen eines Laserdruckers nahe kommen. Somit besteht eine starke Nachfrage nach Papieren, die hohen Qualitätsstandards bezüglich der Leuchtkraft, Lichtundurchlässigkeit und Trocken- und/oder Nassfestigkeit gerecht werden und die auf ein Drucken mit einem beliebigen einer großen Bandbreite von Farbmitteln hin ein wasserbeständiges und lebendiges gedrucktes Bild liefern. Kunden verlangen ferner, dass sich derartige Papiere dafür eignen, mit einer Vielzahl von Drucktechniken verwendet zu werden, einschließlich nicht nur herkömmlicher Drucktechniken, sondern auch einschließlich „anschlagsfreier" Drucktechniken wie z.B. Tintenstrahldrucken (vor allem farbiges Tintenstrahldrucken), Laserdrucken, Fotokopieren und dergleichen.
Derzeitige Probleme beim Thermotintenstrahldrucken und bei den bedruckten Medien umfassen Wasserechtheit und Tropfenechtheit. Die meisten Papiere, die mit Thermotintenstrahltinten bedruckt werden, verbinden sich nicht effektiv mit den Farbstoffen. Auf einen Kontakt mit wässrigen Lösungen (z.B. Wasser) hin wird die Tinte wieder löslich gemacht, was zu einem Seitenattributdefekt wie zum Beispiel Verwischen führt, was die Druckqualität zerstört. Ein anderes Problem beim Thermotintenstrahldrucken ist die optische Dichte. Um eine schwarze optische Dichte oder Farbsättigung zu erzielen, muss eine große Menge des Farbstoffs/Pigments verwendet werden. Die meisten Farbstoffe/Pigmente dringen in das Papier ein und verbleiben nicht an der Oberfläche. Ein Lösungsansatz bezüglich dessen, die Farbstoffe/das Pigment an der Oberfläche des Papiers zu halten, würde die optische Dichte stark verbessern und schließlich die beim Thermotintenstrahldrucken verwendete Menge an Farbstoffen/Pigment verringern. Dies könnte die Kosten pro gedruckter Seite effektiv verringern.
Die EP1172224 beschreibt ein Aufzeichnungsmaterial, das zur Verwendung bei einem Tintenstrahlaufzeichnungssystem besonders geeignet ist, das während des Druckens kein Entstehen von Tintenklecksen aufweist und kein Fließen und auch keine Klecksbildung von Tinte bei Kontakt mit Wasser nach dem Drucken aufweist. Ein Substrat, das Polyguanidinverbindungen und anorganische Pigmente umfasst, wird beschrieben.
Die US2003/0059636 beschreibt ein Leimungsmittel, das ermöglicht, dass Tinten, die auf ein Papiersubstrat gedruckt werden, das mit diesem Mittel beschichtet ist, zerfließbeständig und wasserbeständig sind. Das Leimungsmittel umfasst Polyguanidinverbindungen.
ZUSAMMENFASSUNG
Kurz beschrieben, umfassen Ausführungsbeispiele dieser Offenbarung Druckmedien und ein Verfahren zum Herstellen von Druckmedien. Ein exemplarisches Druckmedium umfasst u.a. ein Substrat, das eine faserige Komponente aufweist. Außerdem sind in der faserigen Komponente des Substrats eine kationische Guanidinpolymerverbindung oder ein Salz derselben und ein Metallsalz angeordnet, wie im Anspruch 1 definiert ist.
Auch Verfahren zum Herstellen von Druckmedien sind vorgesehen. Ein exemplarisches Verfahren umfasst u.a. ein Bereitstellen einer faserigen Komponente, die eine Mehrzahl von Fasern umfasst; ein Bereitstellen einer kationischen Guanidinpolymerverbindung oder eines Salzes derselben und eines Metallsalzen; ein Einbringen der kationischen Guanidinpolymerverbindung oder des Salzes derselben und des Metallsalzes 18 in die faserige Komponente; ein Mischen der kationischen Guanidinpolymerverbindung oder des Salzes derselben und des Metallsalzes mit der faserigen Komponente, wobei die kationische Guanidinpolymerverbindung oder das Salz derselben und das Metallsalz 18 in den Fasern der faserigen Komponente angeordnet sind; und ein Bilden eines Substrats, das die kationische Guanidinpolymerverbindung oder das Salz derselben und das Metallsalz, die in den Fasern der faserigen Komponente angeordnet sind, wie im Anspruch 9 definiert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Viele Aspekte dieser Offenbarung sind unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verständlich. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu. Außerdem bezeichnen in den Zeichnungen in allen Ansichten gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile.
1 veranschaulicht ein repräsentatives Ausführungsbeispiel eines Druckmediums.
2 ist ein repräsentatives Ausführungsbeispiel eines Druckmedienherstellungssystems zum Herstellen des in 1 veranschaulichten Druckmediums.
3 ist ein repräsentatives Ausführungsbeispiel eines Aspekts des in 2 veranschaulichten Druckmedienherstellungssystems.
4 ist ein repräsentatives Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bilden des Druckmediums in 1 unter Verwendung des Druckmedienherstellungssystems der 2 und 3.
5A und 5B veranschaulichen repräsentative Tropfenechtheitsdaten, die unter Verwendung von Ausführungsbeispielen des in 1 veranschaulichten Druckmediums erhalten wurden.
6 veranschaulicht repräsentative Optische-Dichte-Daten, die unter Verwendung von Ausführungsbeispielen des in 1 veranschaulichten Druckmediums erhalten wurden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

A. Bei der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wird die folgende Terminologie verwendet.

Der Begriff „Substrat", „Drucksubstrat", „Druckmedium" soll ein Substrat umfassen, das auf zellulosischen Fasern, synthetischen Fasern (z.B. Polyamiden, Polyestern, Polyethylen und Polyacrylfasern), anorganischen Fasern (z.B. Asbest-, Keramik- und Glasfasern) und einer beliebigen Kombination derselben basiert. Das Substrat kann eine beliebige Abmessung (z.B. Größe oder Dicke) oder Form (z.B. Stoffbrei, nasses Papier, trockenes Papier usw.) aufweisen. Das Substrat liegt vorzugsweise in Form einer flachen bzw. Lagenstruktur vor, wobei die Struktur variable Abmessungen (z.B. Größe und Dicke) aufweisen kann. Insbesondere soll Substrat Druckpapier (z.B. Tintenstrahldruckpapier usw.), Schreibpapier, Zeichenpapier, Photobasis-Papier und dergleichen sowie Kartonmaterialien wie z.B. Kartonpapier, Posterkarton, Bristolkarton und dergleichen umfassen.
Der Begriff „Lagen"- bzw. „flache Struktur" soll keine Einschränkung bezüglich Abmessung, Rauheit oder Konfiguration des Substrats darstellen, sondern soll sich vielmehr auf ein Produkt beziehen, das zum Drucken geeignet ist.
Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument bezieht sich „optische Dichte" auf die Sattheits- und Intensitätscharakteristika einer Tintenstrahltinte nach einer Aufbringung auf ein Drucksubstrat. Diese visuellen Effekte sind allgemein ein Maß der Tintenkonzentration an einem gegebenen Punkt auf einem Drucksubstrat. Die optische Dichte kann bezüglich eines Aspekts als negativer Log des Verhältnisses des von dem Druckmedium abreflektierten Lichts geteilt durch die auf das Drucksubstrat auftreffende Lichtmenge berechnet werden.
Die Begriffe „wasserecht" und „tropfenecht" werden hierin verwendet, um eine Form einer Wasserbeständigkeit zu beschreiben, und die normalerweise verwendet wird, um auf die Beschaffenheit der Tintenzusammensetzung nach einem Trocknen auf einem Substrat Bezug zu nehmen. Allgemein bedeuten wasserecht und tropfenecht, dass die getrocknete Zusammensetzung in Wasser im Wesentlichen unlöslich ist, so dass die getrocknete Tinte auf einen Kontakt mit Wasser hin zumindest 70 %, vorzugsweise zumindest etwa 85 % und stärker bevorzugt zumindest etwa 95 %, der optischen Dichte beibehält. Insbesondere bezieht sich wasserecht allgemein auf ein vollständiges Eintauchen der Medien in Wasser, während sich tropfenecht auf Wassertröpfchen, die auf das Medium aufgetropft werden, bezieht.
Der Begriff „Alkyl" bezieht sich gemäß seiner Verwendung in dem vorliegenden Dokument auf eine verzweigte oder unverzweigte gesättigte Kohlenwasserstoffgruppe von 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, z.B. Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, t-Butyl, Octyl, Decyl, Tetradecyl, Hexadecyl, Eicosyl, Tetracosyl und dergleichen sowie auf Cycloalkylgruppen wie z.B. Cyclopentyl, Cyclohexyl und dergleichen. Der Begriff „niederes Alkyl" meint eine Alkylgruppe von 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen.
Der Begriff „Alkoxy" meint gemäß seiner Verwendung in dem vorliegenden Dokument eine Alkylgruppe, die durch eine einzelne, endständige Etherbindung gebunden ist; das heißt, dass eine „Alkoxy"-Gruppe als „OR" definiert sein kann, wobei R Alkyl ist, wie oben definiert wurde. Eine „Niederes-Alkoxy"-Gruppe umfasst eine Alkoxygruppe, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält.
„Halo" bzw. „Halogen" bezieht sich auf Fluor, Chlor, Brom oder Jod und bezieht sich üblicherweise auf eine Halogensubstitution eines Wasserstoffatoms in einer organischen Verbindung.
Der Begriff „Polymer" bezieht sich gemäß seiner Verwendung in dem vorliegenden Dokument in seinem herkömmlichen Sinne auf eine Verbindung, die zwei oder mehr Monomereinheiten aufweist, und soll Homopolymere sowie Copolymere umfassen. Der Begriff „Monomer" wird hierin dahin gehend verwendet, sich auf Verbindungen zu beziehen, die nicht polymer sind.

B. Es werden Druckmedien und Verfahren zum Herstellen der Druckmedien geliefert. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf das Druckmedium, das verbesserte Druckeigenschaften wie z.B. Wasserechtheit, Tropfenechtheit, Farbpalette und optische Dichte aufweist, nachdem es unter Verwendung schwarzer und/oder farbiger Tinten (z.B. farbstoffbasierter und pigmentbasierter Tinten) bedruckt wurde. Insbesondere umfasst das Druckmedium eine Guanidinpolymerverbindung oder ein Salz derselben (hiernach Guanidinpolymer, Guanidinpolymerverbindung oder kationische Guanidinpolymerverbindung) und ein Metallsalz, wobei jede(s) in dem faserigen Material des Druckmediums angeordnet ist. Die Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz werden während des Druckmedienherstellungsprozesses (z.B. während eines Abziehens oder in die Massenauf schlämmung integriert) in das Druckmedium integriert, so dass die Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz in dem und um das faserige Material und in den und um die anderen Komponenten (z.B. Füllmittel und Bindemittel) angeordnet sind.

Man sollte beachten, dass die Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz nicht als Schicht gebildet werden, die auf das Druckmedium aufgebracht wird, sondern vielmehr in dem faserigen Material des Druckmediums gebildet werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine separate Schicht auf dem Druckmedium gebildet werden, in der die Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz angeordnet sind, was zusätzlich zu der bzw. dem in dem Druckmedium angeordneten Guanidinpolymerverbindung und Metallsalz erfolgt.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines repräsentativen Ausführungsbeispiels des Druckmediums 10. Wie oben beschrieben wurde, kann das Druckmedium 10 ein Substrat 12, das eine faserige Komponente 14, eine Guanidinpolymerverbindung 16 und ein Metallsalz 18 umfasst, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Guanidinpolymerverbindung 16 und ein Metallsalz 18 sind in und zwischen der faserigen Komponente 14 angeordnet und bilden einen festen Bestandteil des Substrats 12. Außerdem kann das Druckmedium 10 zusätzliche auf dem Substrat 12 angeordnete Schichten aufweisen. Ferner kann das Substrat 12 zusätzliche Komponenten umfassen, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, Bindemittel, Füllmittel und dergleichen (der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt).
Dadurch, dass die Guanidinpolymerverbindung 16 und ein Metallsalz 18 in die faserige Komponente des Substrats 12 integriert werden, wird die Wasserechtheit, die Tropfenechtheit, die Farbpalette und/oder die optische Dichte des Druckmediums 10 bezüglich mancher der anderen derzeit verwendeten Druckmedien verbessert. Obwohl nicht beabsichtigt ist, an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, bringt die Zugabe der Guanidinpolymerverbindung 16 den Farbstoff aus der Lösung heraus (z.B. bewirkt, dass der Farbstoff kollabiert) und verhindert, dass er löslich wird, wenn er mit Wasser verschiedener pH-Werte in Kontakt kommt. Um den Farbstoff unlöslich zu machen, verbindet sich das Guanidinpolymer effektiv mit dem Farbstoff, um ein komplexes Salz zu bilden.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines repräsentativen Druckmedienherstellungssystems 10, das ein Computersteuersystem 22, ein Materialpräparationssystem 24 und ein Papierproduktionssystem 26 umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. Das Computersteuersystem 22 umfasst ein Prozesssteuersystem, das dahin gehend wirksam ist, das Materialpräparationssystem 24 und ein Papierproduktionssystem 26 zu steuern. Insbesondere weist das Computersteuersystem 22 die Einbringung der Guanidinpolymerverbindung 16 und des Metallsalzes 18 in das Materialpräparationssystem 24 und/oder ein Papierproduktionssystem 26 an und steuert dieselbe.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Materialpräparationssystem 24 ein Stoffbreisystem 32, ein Stoffauflaufsystem 34 und ein Faserliniensystem 36. Das Stoffbreisystem 32 zermahlt Holzmaterial zu einem faserigen Material. Die Holzfasern werden unter Hinzugabe von Wasser und beliebigen anderen Arten von Lösungsmitteln in dem Stoffauflaufsystem 34 in die faserige Komponente (z.B. einen faserigen Stoffbrei) umgewandelt. Die Zugabe von Wasser und/oder anderen Lösungsmitteln bewirkt eine Emulsion der faserigen Komponente, die leichter zu handhaben ist. Die Guanidinpolymerverbindung 16 und das Metallsalz 18 können als Teil der wässrigen Lösung in das Stoffauflaufsystem 34 eingebracht werden. Die faserige Komponente wird in dem Faserliniensystem 36 zu einer vorher festgelegten Dicke geplättet. Man sollte beachten, dass holzfreie faserige Komponenten, wie oben beschrieben, verwendet werden können, um die Druckme dien zu erzeugen, und dass die Verwendung von Holzmaterial lediglich veranschaulichend ist.
Das Papierproduktionssystem umfasst ein Trocknersystem 42, ein Oberflächenleimungssystem 44 und ein Kalandrierungssystem 46, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Trocknersystem ermöglicht ein Verdampfen des Wassers und anderer flüchtiger Stoffe aus der faserigen Komponente. Bei der Oberflächenleimpresse kann eine zusätzliche Oberflächenleimungsverbindung (z.B. Stärke, optische Aufheller und dergleichen) zu der Oberfläche des Papiers hinzugegeben werden, um einen abschließenden Griff/eine abschließende Textur und ein ansprechendes Äußeres des Druckmediums zu erzielen. Allgemein ist die Oberflächenleimungsverbindung eine wässrige Lösung, die als Beschichtung auf das Papier aufgebracht wird. Das Kalandrierungshilfsmittel wird dazu verwendet, das Druckmedium bis auf seine abschließende Dicke zu plätten und das Druckmedium zu glätten. Die Guanidinpolymerverbindung 16 und das Metallsalz 18 können an der Oberflächenleimpresse hinzugegeben werden, falls sie bzw. es zusammen mit anderen Oberflächenleimungskomponenten in eine wässrige Lösung integriert wird. Die Lösung wird problemlos in flüssiger Form in die faserige Komponente dispergiert, und das Wasser wird zu einem späteren Zeitpunkt verdampft, wobei sowohl die Guanidinpolymerverbindung 16 als auch das Metallsalz 18 in einer festen Form, die an die faserige Komponente gebunden ist, hinterlassen werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein repräsentatives Verfahren 50 zum Herstellen des in 1 gezeigten und in dem entsprechenden Text beschriebenen Druckmediums unter Verwendung des Druckmedienherstellungssystems 20 beschreibt. Bei Block 52 sind eine faserige Komponente und eine kationische Guanidinpolymerverbindung und ein Metallsalz vorgesehen. Bei Block 54 werden die kationische Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz in die faserige Komponente eingebracht. Die kationische Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz können in einem oder mehreren Schritten des Druckmedienherstellungsprozesses (z.B. während eines Abziehens oder in die Massenaufschlämmung integriert) in die faserige Komponente eingebracht werden. Bei Block 56 werden die kationische Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz mit der faserigen Komponente gemischt. Die kationische Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz werden in und zwischen der faserigen Komponente angeordnet und werden zu einem festen Bestandteil des Substrats 12. Im Block 58 wird ein Substrat gebildet, wobei das Substrat die kationische Guanidinpolymerverbindung und das Metallsalz, die in den Fasern der faserigen Komponente angeordnet sind, umfasst.
Das Druckmedium 10 kann bei einem Druckersystem verwendet werden, bei dem ein Fluid (z.B. Tinte, farbstoffbasierte Tinte und/oder pigmentbasierte Tinte) auf das Druckmedium 10 abgegeben wird. Das Druckersystem kann ein Laserdruckersystem oder ein Tintenstrahldruckersystem sein. Beispielsweise umfasst das Tintenstrahlsystem Tintenstrahltechnologien und Beschichtungstechnologien, die die Tinte auf das Druckmedium abgeben, ist aber nicht auf diese beschränkt. Zum Abgeben der Tinte kann Tintenstrahltechnologie wie z.B. Tropfen-Auf-Anforderung- und Kontinuierlicher-Fluss-Tintenstrahltechnologien verwendet werden. Das Tintenabgabesystem 14 kann zumindest einen Tintenstrahldruckkopf (z.B. Thermotintenstrahldruckkopf und/oder einen Piezotintenstrahldruckkopf) umfassen, der dahin gehend wirksam ist, die Tinten durch eine oder mehrere einer Mehrzahl von Tintenstrahldruckkopfabgabevorrichtungen abzugeben (z.B. zu spritzen).
Wie oben erwähnt wurde, umfasst das Substrat 12 eine Guanidinpolymerverbindung (z.B. Polyguanidin) oder ein Salz derselben 16. Die Guanidinogruppe ist extrem alkalisch, wobei sie einen pKa von etwa 12–13 besitzt. Guanidinpolymerverbindungen 16 werden üblicherweise als Säuresalze bereitgestellt, bei denen die Iminstickstoffatome oft in protonierter Form vorliegen und Kationen sind.
Allgemein können die Guanidinpolymerverbindungen 16 entweder Homopolymere oder Copolymere sein. Die Guanidinpolymerverbindungen 16 umfassen eine oder mehrere Monomereinheiten, die eine Strukturformel (I) aufweisen, oder Salze derselben, wobei R¹ Wasserstoff oder ein niederes Alkyl ist und R² Wasserstoff, ein Alkyl, ein Alkoxy oder ein Hydroxyl-substituiertes Alkoxy ist. Vorzugsweise sind R¹ und R² Wasserstoff.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Guanidinpolymerverbindungen 16 Monomereinheiten, die eine Strukturformel (II) aufweisen, oder Salze derselben, wobei „n" eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis 10 ist, R¹ Wasserstoff oder ein niederes Alkyl ist und R² Wasserstoff, ein Alkyl, ein Alkoxy oder ein Hydroxyl-substituiertes Alkoxy ist. Vorzugsweise sind R¹ und R² Wasserstoff. Bevorzugte Strukturen der Strukturformel (II) umfassen Verbindungen, bei denen „n" 6 ist und die Verbindung ein Polyhexylmethylbiguanadinpolymer oder ein Salz desselben ist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Guanidinpolymerverbindung 16 die Struktur der Formel (II) auf, wobei R¹ und R² H sind und „n" 6(3,12-Diimino-2,4,[11,]13-tetraazatetradecandiimidamid) ist.
Obwohl nicht beabsichtigt ist, an eine Theorie gebunden zu sein, reagieren die Guanidinpolymerverbindungen 16 über Interaktionen vom Ionenaustauschtyp elektrostatisch mit in dem Farbstoff vorliegenden anionischen Gruppen.
Die Guanidinpolymerverbindung 16 kann Guanidinoligomere und Salze derselben und Guanidinderivatverbindungen umfassen. Der Guanidinanteil derartiger Verbindungen kann sehr alkalisch sein und einen pKa von bis zu etwa 12–13 besitzen. Diese Verbindungen werden üblicherweise als Säuresalze bereitgestellt, bei denen die Iminstickstoffatome zum größten Teil in protonierter Form vorliegen und Kat-ionen sind.
Exemplarische Ausführungsbeispiele von Guanidinoligomeren oder Guanidinderivatverbindungen können in der Strukturformel (III) und in der Strukturformel (IV) oder Salzen derselben beschrieben werden. Hochstellungen „n" und „m" sind jeweils unabhängig eine Ganzzahl von 0–4. „J", „Q" und „Z" sind jeweils unabhängig eine monocarbocyclische oder bicyclische carbocyclische aromatische Gruppe, die durch 1 bis 5 Glieder wie z.B. Wasserstoff, Hydroxyl, Halogen, Alkoxy, Alkyl, Amin, Carboxy, Acetoxy, Cyan und Sulfhydryl, jedoch nicht beschränkt auf dieselben, substituiert sein kann. „G" kann eine bivalente gerad- oder verzweigtkettige C₁-C₁₂-Alkyl-, -Alkenyl- oder -Alkynylbindungsgruppe sein, die in der Kohlenstoffkette durch 1 bis 4 Glieder, beispielsweise O-, S-, N-Atome, jedoch nicht beschränkt auf dieselben, substituiert sein kann. Außerdem können 1 bis 12 der Wasserstoffatome an der Kohlenstoffkette unabhängig durch ein Glied wie z.B. Hydroxyl, Halogen, Alkoxy, Alkyl, Amin, Carboxy, Acetoxy, Cyan und Sulfhydryl, jedoch nicht beschränkt auf diese, ersetzt sein. „R" kann eine gerad- oder verzweigtkettige C₁-C₁₂-Alkyl-, -Alkenyl-, -Alkynyl- oder -Alkanoylgruppe sein, und ein 1 bis 12 der Wasserstoffatome an der Kohlenstoffkette können unabhängig durch ein Glied wie z.B. Hydroxyl, Halogen, Alkoxy, Alkyl, Amin, Carboxy, Acetoxy, Cyan und Sulfhydryl, jedoch nicht beschränkt auf diese, ersetzt sein. R³, R⁵ und R⁷ sind unabhängig voneinan der Wasserstoff oder ein niederes Alkyl, während R⁴, R⁵ und R⁸ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy oder Hydroxyl-substituiertes Alkyl oder ein Salz derselben sind.
Die Salze von Guanidinpolymerverbindungen 16 umfassen Verbindungen, bei denen das Anion des Salzes ein Anion einer organischen Säure ist. Die Anionengruppe kann eine Alkanoylgruppe (z.B. Gluconat oder ein Gluconatderivat), ein Halogenid, Wasserstoffsulfat, ein Acetat, Methansulfonat, ein Succinat, ein Citrat, ein Malonat, ein Furarat, ein Oxylat oder ein Gluconat- oder ein Gluconatderivat umfassen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Manche zusätzlichen Ausführungsbeispiele der Guanidinpolymerverbindungen 16 umfassen die Strukturformulierung (III) und die Strukturformulierung (IV), wie sie oben beschrieben wurden, wobei jedes von „J", „Q" und „Z" ein Glied wie z.B. eine Phenyl-sustituierte Verbindung, jedoch nicht beschränkt auf diese, ist. Die Phenyl-substituierte Verbindung kann durch 1 bis 3 Glieder wie z.B. Wasserstoff, Hydroxyl, Halogen, Alkoxy, Alkyl, Amin, Carboxy, Acetoxy, Cyan und Sulfhydryl, jedoch nicht beschränkt auf dieselben, substituiert sein. Die Hochstellung „n" und „m" sind jeweils die Ganzzahl 1 oder ein Salz derselben.
Zusätzliche Ausführungsbeispiele der Guanidinpolymerverbindung 16 umfassen die Strukturformulierung (V), wobei jedes von „Q" und „Z" ein Glied wie z.B. Phenyl-substituierte Verbindungen, jedoch nicht beschränkt auf dieselben, ist. Die Phenyl-substituierte Verbindung kann durch 1 bis 3 Glieder wie z.B. Wasserstoff, Hydroxyl, Halogen, Alkoxy, Alkyl, Amin, Carboxy, Acetoxy, Cyan und Sulfhydryl, jedoch nicht beschränkt auf dieselben, substituiert sein. Die Tiefstellung „p" ist eine Ganzzahl von 1–20 oder ein Salz derselben.
Exemplarische Ausführungsbeispiele der Guanidinpolymerverbindung 16 umfassen die Strukturformulierung (V), wobei jedes von R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ Wasserstoff ist, „p" eine Ganzzahl von 4–8 ist und jedes von „Q" und „Z" eine Phenylgruppe ist, die in der para-Position durch eine Halogengruppe substituiert ist, oder ein Salz derselben. Zusätzliche Verbindungen der Strukturformulierung (V) umfassen Verbindungen, bei denen jedes von „Q" und „Z" eine Phenylgruppe ist, die in der para-Position durch eine Chlorgruppe substituiert ist, „p" die Ganzzahl 6 ist, oder ein Salz derselben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Guanidinpolymerverbindung 16 umfasst Verbindungen, die durch die Strukturformulierung (V) beschrieben sind, bei der jedes von R⁵ und R⁶ Wasserstoff ist, „Q" eine Phenylgruppe ist, die in der para-Position durch eine Halogengruppe substitu iert ist, und „R" ein ausgewähltes Glied wie z.B. eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine n-Butylgruppe, eine t-Butylgruppe, eine n-Pentylgruppe, eine Amyl- und eine Isoamylgruppe, jedoch nicht beschränkt auf diese, ist. Die Tiefstellung „k" ist die Ganzzahl 1 oder ein Salz derselben. Insbesondere ist „Q" eine Phenylgruppe, die in der para-Position durch eine Chlorgruppe substituiert ist, und „R" ist eine Isopropylgruppe oder ein Salz derselben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Guanidinpolymerverbindung 16 umfasst Poly(C_3-18-hydrocarbyl]monoguanidin-Verbindungen, die durch die Strukturformulierungen (VI und VII) beschrieben sind, und Salze derselben. Die Tiefstellung „o" ist 0 oder 1; jedes Y ist unabhängig eine C_3-18-Hydroxcarbylgruppe; A und B sind Hydrocarbylgruppen, die zusammen insgesamt 3 bis 18 Kohlenstoffatome umfassen; jedes R⁹ ist unabhängig Wasserstoff, substituiertes Alkyl oder substituiertes Alkoxy. Bei einem Ausführungsbeispiel ist „o" null.
Die Hydrocarbylgruppen in den Strukturformulierungen VI und VII, die durch Y, A und B dargestellt sind, könnten durch ein(e) oder mehrere Heteroatome oder -gruppen unterbrochen sein und einen oder mehrere Substituenten, die nicht Wasserstoff sind, tragen. Die unterbrechenden Atome und Gruppen können -O-, -S-, -NH-, -C(=O)- und Phenylen sein. Die Substituenten könnten Hydroxy-, C_1-4-Alkoxy-, Halogen- (z.B. Chlor- oder Brom-), Nitro-, Amin-, Substituiertes-Amin- und Säuregruppen (z.B. Carboxy, Sulphophosphato, Guanidino und substituiertes Guanidino) sein. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen die durch Y, A oder B dargestellte Hydrocarbylgruppe eine Alkylengruppe ist, ist sie vorzugsweise eine gerade Kette oder eine verzweigte Kette.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Hydrocarbylgruppen in den Strukturformulierungen VI und VII, die durch Y dargestellt sind, C_3-18-Alkylen (z.B. C_4-16-Alkyen, C_6-12-Alkyen und C₆-Alkyen), C_3-12-Arylen (z.B. C_6-10-Arylen, Phenylen und Naphthylen, C_7-12-Aralkylen (z.B. C_7-11-Arylen, Benzylen und Xylyen) und Kombinationen derselben. Die Hydrocarbylgruppen in den Strukturformulierungen VI und VII, die durch Y dargestellt sind, könnten durch eine oder mehrere -O-, -S-, -NH- und -C(=O)-Gruppen unterbrochen sein.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die durch A und B dargestellten Hydrocarbylgruppen jeweils unabhängig voneinander C_2-6-Alkylen, das durch eine oder mehrere -O-, -S-, -NH- oder -C(=O)-Gruppen unterbrochen sein kann, mit der Maßgabe, dass A und B insgesamt 2 bis 12 Kohlenstoffatome, 3 bis 6 Kohlenstoffatome und 3 oder 4 Kohlenstoffatome umfassen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die durch entweder A oder B dargestellten Hydrocarbylgruppen -CH₂- oder -(CH₂)₂-, und die andere ist -(CH₂)₂-, wobei bei einem anderen Ausführungsbeispiel sowohl A als auch B -(CH₂)₂- sind.
Veranschaulichende Beispiele von durch Y dargestellten Hydrocarbylgruppen umfassen -CH₂C₆H₄CH₂-, -CH₂OC₆H₄OCH₂-, -CH₂OC₆H₁₀OCH₂-, -(CH₂)₃O(CH₂)₃- und -(CH₂)₂S(CH₂)₂-, sind aber nicht auf diese beschränkt. Zusätzliche veranschaulichende Beispiele von durch Y dargestellten Hydrocarbylgruppen umfassen -(CH₂)₆-, -(CH₂)₈-, -(CH₂)₉-, -(CH₂)₁₂-, -CH₂CH(-CH₃)(CH₂)₄CH₃, 1,4-, 2,3- und 1,3-Butylen, 2,5-Hexylen, 2,7-Heptylen, 3-Methyl-1 und 6-Hexylen, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind durch Y dargestellte Gruppen identisch und sind C_9-16-Alkylen, C_4-12-Alkylen, C_4-8-Alkylen und 1,6-Hexylen.
Jedes R⁹ kann H, CH₃, C_1-4-Alkyl, C_1-4-Alkoxy oder C_1-4-Alkoxy-OH sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die Guanidinpolymerverbindung 16 eine oder mehrere Gruppen der Formel (VIII) oder Salze derselben, wobei „t" 2 bis 100, 2 bis 50 oder 3 bis 25 ist.
Die Guanidinpolymerverbindung 16 kann entweder eine einzelne diskrete Spezies oder ein Gemisch von Polymeren unterschiedlicher Kettenlängen sein.
Das Salz kann Salze mit organischen oder anorganischen Säuren und wasserlösliche Salze (z.B. Gluconat-, Acetat-, Phosphat- oder Hydrochlorid-Salze) umfassen, ist aber nicht auf diese beschränkt.
Das Substrat 12 beinhaltet die Guanidinpolymerverbindung 16 in einer Menge von etwa 0,1 bis 3 Gramm pro Quadratmeter (gm^–2), etwa 0,1 bis 2 gm^–2 und etwa 0,1 bis 1 gm^–2.
Das Metallsalz 18 umfasst Natriumchlorid, Aluminiumchlorid, Kalziumchlorid, Kalziumnitrat und Magnesiumchlorid.
Das Substrat 12 beinhaltet das Metallsalz 18 in einer Menge von etwa 0,001 bis 3 Gramm pro Quadratmeter (gm^–2), etwa 0,1 bis 2 gm^–2, etwa 0,1 bis 1 gm^–2 und etwa 0,1 bis 0,5 gm^–2
Das Substrat 12 kann andere Komponenten wie z.B., jedoch nicht beschränkt auf, Bindemittel, Stärke, optische Aufheller, anorganisches oder organisches Füllmittel, Leimungsmittel, anionische Reagenzien und Kombinationen derselben umfassen.
Beispiele
5A und 5B veranschaulichen repräsentative Tropfenechtheitsdaten, die unter Verwendung von Ausführungsbeispielen des in 1 veranschaulichten Druckmediums erhalten wurden. Das Bild wird mit 250 Mikrolitern entionisierten Wassers betropft, wenn das Medium in einem Winkel von etwa 45 Grad eingerichtet ist. Es wurde die optische Dichte des betropften, nicht mit einem Bild versehenen Mediums direkt unter dem Bild gemessen, Die optische Dichte des unbedruckten Mediums, das bei allen Tests verwendet wurde, beträgt 0,06. 5A veranschaulicht die optische Dichte eines Tropfentransfers zweier Tinten, die auf drei Druckmedien der vorliegenden Offenbarung (die z.B. Guanidinpolymerverbindungen und/oder Metallsalz umfassten) abgegeben wurden, im Vergleich zu denselben Tinten, die auf ein Kontrolldruckmedium, das nicht Guanidin/Metallsalz umfasste, aufgebracht wurden, in Abhängigkeit von der optischen Dichte. Die drei Druckmedien weisen die folgenden Zusammensetzungen auf: 1) 3 % CaCl₂, 2) 3 % Polyguanadin und 3) 3 % CaCl₂ + 3 % Polyguanadin, während das restliche Druckmedium aus faserigem Material, optischen Aufhellern, Stärke und dergleichen besteht. Das Kontrolldruckmedium 4) besteht aus fase rigem Material, optischen Aufhellern, Stärke und dergleichen, umfasst jedoch nicht Guanidinpolymerverbindungen oder Metallsalz. Die farbstoffbasierten Tinten, die zum Testen des Druckmediums verwendet werden, umfassen cyanfarbene Tinte OfficeJet^®G85 (A) und cyanfarbene Tinte Business Ink-Jet 3000 (B).
Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe der Guanidinpolymerverbindungen (Druckmedium 2 bzw. 3) den Tropfentransfer im Vergleich zu dem Druckmedium 4 ohne Guanidinpolymerverbindungen und/oder Metallsalz verringert.
5B veranschaulicht die optische Dichte eines Tropfentransfers dreier Tinten, die auf die drei Druckmedien und das Kontrolldruckmedium aufgebracht wurden, wie oben beschrieben wurde, in Abhängigkeit von dem Medientyp. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe der Guanidinpolymerverbindungen und/oder des Metallsalzes zu dem Druckmedium (Druckmedium 2 bzw. 3) den Tropfentransfer im Vergleich zu dem Druckmedium 4 ohne Guanidinpolymerverbindungen und/oder Metallsalz verringert. Die farbstoffbasierten Tinten, die zum Testen des Druckmediums verwendet werden, umfassen magentafarbene Tinte DJ5500 (C), magentafarbene Tinte OfficeJet G85 (D) und magentafarbene Tinte Business InkJet 3000 (E).
6 veranschaulicht repräsentative Optische-Dichte-Daten des bedruckten Bereichs, die unter Verwendung von Ausführungsbeispielen des in 1 veranschaulichten Druckmediums erhalten wurden. 6 veranschaulicht die optische Dichte einer Tinte, die auf die drei Druckmedien und das Kontrolldruckmedium aufgebracht wurde, wie oben beschrieben wurde, in Abhängigkeit von dem Medientyp. Die zum Testen des Druckmediums verwendeten Tinten umfassen schwarze pigmentbasierte Tinte DJ5500 (F). Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe der Guanidinpolymerverbindungen und/oder des Metallsalzes zu dem Druckmedium im Vergleich zu dem Druckmedium 4 ohne Guanidinpolymerverbindungen und/oder Metallsalz eine etwa gleiche oder höhere optische Dichte zeigt.

Claims

Ein Druckmedium, das folgendes Merkmal aufweist: ein Substrat, das eine faserige Komponente 14 aufweist, wobei eine kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder ein Salz derselben und ein Metallsalz 18 jeweils in der faserigen Komponente 14 des Substrats angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz 18 aus Natriumchlorid, Aluminiumchlorid, Calciumchlorid, Calciumnitrat und Magnesiumchlorid ausgewählt ist.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat das Metallsalz 18 in einer Menge von 0,001 bis 3 Gramm pro Quadratmeter (gm^–2) umfasst.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben in einer Menge von 0,1 bis 3 Gramm pro Quadratmeter (gm^–2) umfasst.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 1, bei dem die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben zumindest zwei Monomereinheiten umfasst, die durch die Strukturformel (I) beschrieben sind,
wobei R¹ aus Wasserstoff und einem niederen Alkyl ausgewählt ist und R² aus Wasserstoff, einem Alkyl, einem Alkoxy und einem Hydroxyl-substituierten Alkoxy ausgewählt ist.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 4, bei dem die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben zumindest zwei Monomereinheiten umfasst, die durch die Strukturformel (I) beschrieben sind, wobei R¹ Wasserstoff ist und R² Wasserstoff ist.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 1, bei dem die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben zumindest zwei Monomereinheiten umfasst, die durch die Strukturformel (II) beschrieben sind,
wobei „n" eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis 10 ist, R¹ aus Wasserstoff und einem niederen Alkyl ausgewählt ist und R² aus Wasserstoff, einem Alkyl, einem Alkoxy und einem Hydroxyl-substituierten Alkoxy ausgewählt ist.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 6, bei dem die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben zumindest zwei Monomereinheiten umfasst, die durch die Strukturformel (II) beschrieben sind, wobei „n" 6 ist, R¹ Wasserstoff ist und R² Wasserstoff ist.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat aus Druckpapier, Schreibpapier, Zeichenpapier und einem Photobasis-Papier ausgewählt ist.
Ein Verfahren zum Bilden von Druckmedien, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer faserigen Komponente 14, die eine Mehrzahl von Fasern umfasst; Bereitstellen einer kationischen Guanidinpolymerverbindung 16 oder eines Salzes derselben und eines Metallsalzes 18; Einbringen der kationischen Guanidinpolymerverbindung 16 oder des Salzes derselben und des Metallsalzes 18 in die faserige Komponente 14; Mischen der kationischen Guanidinpolymerverbindung 16 oder des Salzes derselben und des Metallsalzes 18 mit der faserigen Komponente 14, wobei die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben und das Metallsalz 18 in den Fasern der faserigen Komponente 14 angeordnet sind; und Bilden eines Substrats, das die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben und das Metallsalz 18, die in den Fasern der faserigen Komponente 14 angeordnet sind, umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz 18 aus Natriumchlorid, Aluminiumchlorid, Calciumchlorid, Calciumnitrat und Magnesiumchlorid ausgewählt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Einbringung sowohl des kationischen Polymers 16 als auch des Metallsalzes bei dem Oberflächenleimungssystem erfolgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Einbringung des kationischen Polymers 16 vor dem Oberflächenleimungsprozess erfolgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz der selben zumindest zwei Monomereinheiten umfasst, die durch die Strukturformel (I) beschrieben sind,
wobei R¹ aus Wasserstoff und einem niederen Alkyl ausgewählt ist und R² aus Wasserstoff, einem Alkyl, einem Alkoxy und einem Hydroxyl-substituierten Alkoxy ausgewählt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die kationische Guanidinpolymerverbindung 16 oder das Salz derselben zumindest zwei Monomereinheiten umfasst, die durch die Strukturformel (II) beschrieben sind,
wobei „n" eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis 10 ist, R¹ aus Wasserstoff und einem niederen Alkyl ausgewählt ist und R² aus Wasserstoff, einem Alkyl, einem Alkoxy und einem Hydroxyl-substituierten Alkoxy ausgewählt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Substrat aus Druckpapier, Schreibpapier, Zeichenpapier und einem Photobasis-Papier ausgewählt ist.
Ein Druckmedium, das anhand des Verfahrens gemäß Anspruch 9 hergestellt ist.
Das Druckmedium gemäß Anspruch 15, bei dem das Substrat aus Druckpapier, Schreibpapier, Zeichenpapier und einem Photobasis-Papier ausgewählt ist.