Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aufzeichnungsmaterialien für den Tintenstrahldruck, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie auf einer Seite eines porösen Trägers wenigstens eine Tintenaufnahmeschicht bestehend aus nanoporösem, pyrogenen Siliziumdioxid mit einer positiv geladenen Oberfläche und mindestens einem Bindemittel und auf der anderen Seite des Trägers eine Polyolefinschicht aufweisen.

Stand der Technik

[0002] Es gibt im wesentlichen zwei unterschiedliche Verfahren beim Tintenstrahldruck, nämlich den kontinuierlichen und den nichtkontinuierlichen Tintenstrahldruck.
Beim kontinuierlichen Tintenstrahldruck wird unter Druck aus einer Düse ein Tintenstrahl ausgestossen, der in einem gewissen Abstand von der Düse in einzelne Tröpfchen zerfällt. Die einzelnen Tröpfchen werden, je nachdem, ob eine Bildstelle bedruckt werden soll oder nicht, in einen Auffangbehälter abgelenkt oder auf das Aufnahmematerial aufgebracht. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass auf Grund vorgegebener digitaler Daten nicht benötigte Tröpfchen elektrisch aufgeladen und anschliessend in einem statischen elektrischen Feld in den Auffangbehälter abgelenkt werden. Auch das umgekehrte Verfahren ist möglich, bei dem ungeladene Tröpfchen im Auffangbehälter aufgefangen werden.
Beim nichtkontinuierlichen Verfahren, dem so genannten "Drop on demand", werden die Tintentröpfchen nur dann erzeugt und aus der Düse ausgestossen, wenn auf Grund der digitalen Daten ein Bildpunkt dargestellt werden muss.
Heutige Tintenstrahldrucker müssen aus wirtschaftlichen Gründen immer schneller drucken können. Für solche Drucker geeignete Aufzeichnungsmaterialien müssen deshalb die Tinten besonders rasch aufnehmen können. Für diesen Zweck besonders geeignet sind Aufzeichnungsmaterialien, die nanoporöse anorganische Verbindungen, vorzugsweise Oxide, insbesondere Aluminiumoxide oder Siliziumdioxid, oder Oxid/hydroxide, insbesondere Aluminiumoxid/hydroxide, enthalten. Solche Materialien sind als "nanoporöse" Aufzeichnungsmaterialien bekannt. Besonders bevorzugt sind aus wirtschaftlichen Gründen nanoporöse Aufzeichnungsmaterialien, welche pyrogenes Siliziumdioxid mit einer positiv geladenen Oberfläche als nanoporöses, anorganisches Oxid enthalten.
Nanoporöse Aufzeichnungsmaterialien nehmen die Tinten äusserst rasch (im Mikrosekundenbereich) durch die Kapillarkräfte der nanoporösen Verbindungen auf. Aufzeichnungsmaterialien auf Polymerbasis nehmen die Tinten langsamer (im Millisekundenbereich) durch die Quellung des Polymers auf. Aufzeichnungsmaterialien auf porösen Papierträgern nehmen die Tinten mit vergleichbarer Geschwindigkeit durch Quellung des Papierfilzes auf.
Aus wirtschaftlichen Gründen wäre es erstrebenswert, wenn auch bei nanoporösen Aufzeichnungsmaterialien für den hoch qualitativen, aber nicht höchst qualitativen Tintenstrahldruck ohne wesentliche Qualitätseinbusse billigere Träger als beidseitig mit Polyolefinen beschichtete Papierträger eingesetzt werden könnten. Solche Aufzeichnungsmaterialien hätten zwar einen etwas geringeren Glanz als die entsprechenden Aufzeichnungsmaterialien auf einem beidseitig mit Polyolefinen beschichteten Träger, aber sie wiesen dennoch die nötigen Eigenschaften für viele Anwendungsgebiete auf.

[0003] In der Patentanmeldung DE 10'020'346 wird ein Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck vorgeschlagen, welches in der Tintenaufnahmeschicht in der Gasphase hergestelltes Siliziumdioxid mit einer Primärpartikelgrösse von höchstens 20 nm enthält, worin die Oberfläche des Siliziumdioxids durch eine Behandlung mit Polyaluminiumhydroxychlorid erhielt.
In der Patentanmeldung WO 00/20'221 wird ein Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck vorgeschlagen, in welchem die Tintenaufnahmeschicht in der Gasphase hergestelltes Siliziumdioxid enthält, dessen Oberfläche mit Aluminiumchlorhydrat modifiziert wurde. Diese Oberfläche ist positiv geladen.
In der Patentanmeldung WO 02/094'573 wird ein Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck vorgeschlagen, in welchem die Tintenaufnahmeschicht in der Gasphase hergestelltes Siliziumdioxid enthält, dessen Oberfläche mit Aminoorganosilanen umgesetzt wurde. Diese Oberfläche ist ebenfalls positiv geladen.
In der noch nicht veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP04105031.1 wird ein Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck vorgeschlagen, in welchem die Tintenaufnahmeschicht in der Gasphase hergestelltes Siliziumdioxid enthält, dessen Oberfläche mit den Reaktionsprodukten aus einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums und mindestens eines Aminoorganosilans umgesetzt wurde. Auch diese Oberfläche ist positiv geladen.

Zusammenfassung der Erfindung

[0004] Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung nanoporöser Aufzeichnungsmaterialien mit reduzierter Dicke der Tintenaufnahmeschicht, die eine gute Planlage zeigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung solcher nanoporöser Aufzeichnungsmaterialien mit verringerter Farbstoffdiffusion und verbesserter Koaleszenz (keine Pfützenbildung der Tinten beim Bedrucken).
Wir haben nun überraschend gefunden, dass alle diese Verbesserungen erhalten werden, wenn als Träger ein Papierträger verwendet wird, der nur auf der Rückseite mit Polyolefinen beschichtet ist.
Ein solches erfindungsgemässes Aufzeichnungsmaterial besteht aus einem porösen Papierträger, auf den auf der Vorderseite wenigstens eine Tintenaufnahmeschicht bestehend aus nanoporösem, pyrogenen Siliziumdioxid mit einer positiv geladenen Oberfläche und mindestens einem Bindemittel aufgebracht worden ist und auf die Rückseite eine Polyolefinschicht aufgebracht worden ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0005] Wir haben überraschend gefunden, dass ein nanoporöses Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck, welches auf der Vorderseite eines porösen Papierträgers wenigstens eine Tintenaufnahmeschicht bestehend aus nanoporösem, pyrogenen Siliziumdioxid mit einer positiv geladenen Oberfläche und mindestens einem Bindemittel und auf der Rückseite eine Polyolefinschicht aufweist, sich durch eine wesentlich bessere Planlage auszeichnet als ein entsprechendes Aufzeichnungsmaterial, dessen poröser Papierträger auf der Rückseite keine Polyolefinschicht aufweist.
Wir haben weiter überraschend gefunden, dass bei Verwendung eines solchen Trägers mit einer Polyolefinschicht nur auf der Rückseite des Papierträgers die Dicke der Tintenaufnahmeschicht auf der Vorderseite wesentlich reduziert werden kann und das erfindungsgemässe Aufzeichnungsmaterial trotzdem noch die erforderliche hohe Tintenaufnahmegeschwindigkeit und das erforderliche hohe Tintenaufnahmevermögen besitzt. Die Farbstoffdiffusion wird in solchen erfindungsgemässen Aufzeichnungsverfahren ebenfalls wesentlich verbessert.
Der verwendete poröse Paperträger mit einer Polyolefin-Rückschicht enthält auf der die Tintenaufnahmeschicht aufweisenden Vorderseite keine Polyolefinschicht und auch keine Substrierschicht, sondern eine dünne Schicht von Calciumcarbonat, vorzugsweise zusammen mit einem Bindemittel, insbesondere Stärke.
Der Papierfilz des Trägers hat eine Dicke zwischen 100 µm und 250 µm, bevorzugt für die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien ist eine Dicke zwischen 150 µm und 200 µm.
Auf die Rückseite dieses Papierträgers können eine oder mehrere Polyolefinschichten mit verschiedener Zusammensetzung aufgetragen werden. Es können dabei in ihren Eigenschaften unterschiedliche Polyolefine verwendet werden.
Besonders bevorzugt sind Mischungen von High Density Polyethylen (HDPE) und Low Density Polyethylen (LDPE).
Low Density Polyethylen (LDPE) zeichnet sich durch einen Erweichungspunkt von etwa 130° C bis etwa 170° C und eine Dichte von 0.92 g/cm³ aus. Es ist weich und besonders flexibel.
High Density Polyethylen (HDPE) zeichnet sich durch einen Erweichungspunkt von etwa 110° C bis etwa 140° C und eine Dichte von etwa 0.94 g/cm³ bis maximal 0.97 g/cm³ aus. Es ist steifer und abriebfester als LDPE.
Die Rückschicht kann aus reinem HDPE, einer Mischung von HDPE und LDPE oder aus reinem LDPE bestehen.
Bevorzugt werden Rückschichten, welche mindestens 20 Gewichtsprozent LDPE enthalten.
Die Auftragsmenge des Polyethylens liegt vorzugsweise zwischen 5 g/m² und 30 g/m², besonders bevorzugt ist der Bereich zwischen 7 g/m² und 25 g/m².

[0006] Die Dispersionen des oberflächenmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids können gemäss den Angaben in den vorhin erwähnten Patentschriften DE 10'020'346, WO 00/20'221 und WO 02/094'573 hergestellt werden. Insbesondere kann die Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids durch Umsetzung mit einer Verbindung des dreiwertigen Aluminium, vorzugsweise mit Aluminiumchlorhydrat, erfolgen, oder durch die Umsetzung mit einem Aminoorganosilan.

[0007] Bevorzugt werden aber Dispersionen von oberflächenmodifiziertem pyrogenen Siliziumdioxid, welche durch die Umsetzung des pyrogenen Siliziumdioxids mit den Reaktionsprodukten aus einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums und mindestens eines Aminoorganosilans erhalten wurden, wie in der noch nicht veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP04105031.1 beschrieben wird.
Dabei wird pyrogenes Siliziumdioxid bei hohen Scherraten zu einer zur Hauptsache aus Wasser bestehenden Lösung, welche die Reaktionsprodukte einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) und mindestens eines Aminoorganosilans enthält, zugegeben. Dabei entsteht unter geeigneten Bedingungen eine oberflächenmodifizierte Dispersion von pyrogenem Siliziumdioxid, die nicht koaguliert. Das Gemisch, welches die Reaktionsprodukte einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) und mindestens eines Aminoorganosilans enthält, zeigt eine hohe Pufferkapazität. Das basische Aminoorganosilan neutralisiert die bei der Hydrolyse der Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) entstehende Salzsäure. Die zur Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids benötigte minimale Menge der Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) ist bei diesem Verfahren viel geringer als bei Umsetzung mit Aluminiumchlorhydrat. Die erfindungsgemässen oberflächenmodifizierten Dispersionen des pyrogenen Siliziumdioxids weisen einen viel geringeren Salzgehalt auf als bei der Modifizierung mit Aluminiumchlorhydrat.
Zur Herstellung der zur Hauptsache aus Wasser bestehenden Lösungen wird vorzugsweise deionisiertes Wasser verwendet. Dem Wasser können mit Wasser mischbare Lösungsmittel wie beispielsweise niedrige Alkohole (Methanol, Ethanol, Propanol usw.) oder Ketone wie beispielsweise Aceton zugesetzt werden.
Die zur Umsetzung verwendeten Reaktionsprodukte aus einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) und mindestens eines Aminoorganosilans können sowohl durch Zugabe des Aminoorganosilans zu einer wässrigen Lösung der Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) als auch in der umgekehrten Reihenfolge hergestellt werden. Die Umsetzung der Verbindung des dreiwertigen Siliziums und des Aminoorganosilans zu den Reaktionsprodukten erfolgt bei Temperaturen zwischen 10° C und 50° C während 5 Minuten bis 60 Minuten. Bevorzugt ist die Umsetzung bei Raumtemperatur während 10 Minuten bis 15 Minuten.
Bei der Reaktion der beiden Ausgangskomponenten werden Si-O-Al-Brücken gebildet, die mittels ²⁷Al-Kernresonanzspektroskopie nachgewiesen werden können. Im Kernresonanzspektrum des Reaktionsgemischs treten neue Peaks mit einer Signallage bei 50 ppm bis 70 ppm auf, die für Si-O-Al-Brücken charakteristisch sind. Ihre Intensität nimmt mit der Menge des Aminoorganosilans zu. Die Umsetzung ist gemäss den Kernresonanzspektroskopiemessungen nach etwa 10 Minuten bei Raumtemperatur abgeschlossen.
Zur Herstellung des dermassen oberflächenmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids können beispielsweise auch die Reaktionsprodukte aus einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums (beispielsweise Aluminiumchlorhydrat) und mindestens eines Aminoorganosilans zu einer wässrigen Dispersion von pyrogenem Siliziumdioxid zugegeben werden.
Die Dispersion des in der Tintenaufnahmeschicht verwendeten oberflächenmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids kann vorteilhaft direkt zur Herstellung der Beschichtungsmasse der Tintenaufnahmeschicht des erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterials für den Tintenstrahldruck eingesetzt werden.

[0008] Die erfindungsgemässen nanoporösen Aufzeichnungsmaterialien enthalten in der Tintenaufnahmeschicht ebenfalls mindestens ein Bindemittel.
Die Bindemittel sind im allgemeinen wasserlösliche Polymere. Besonders bevorzugt sind filmbildende Polymere.
Die wasserlöslichen Polymere umfassen beispielsweise natürliche oder daraus hergestellte modifizierte Verbindungen wie Albumin, Gelatine, Kasein, Stärke, Gummi arabicum, Natrium- oder Kaliumalginat, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, α-, β- oder γ-Cyclodextrin usw. Wenn eines der wasserlöslichen Polymere Gelatine ist, so können alle bekannten Gelatinetypen verwendet werden, wie saure Schweinehautgelatine oder alkalische Knochengelatine, sauer oder basisch hydrolysierte Gelatinen, wie auch substituierte Gelatinen, beispielsweise phthalierte, acetylierte oder carbamoylierte Gelatine, oder mit Trimellitsäureanhydrid umgesetzte Gelatine.
Synthetische Bindemittel können ebenfalls verwendet werden und umfassen beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, vollständig oder teilweise verseifte Verbindungen von Copolymeren aus Vinylacetat und anderen Monomeren; Homopolymere oder Copolymere von ungesättigten Carbonsäuren wie Maleinsäure, (Meth)acrylsäure, Crotonsäure usw.; Homopolymere oder Copolymere aus sulfonierten Vinylmonomeren wie beispielsweise Vinylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure usw. Ebenfalls können Homopolymere oder Copolymere aus Vinylmonomeren von (Meth)acrylamid; Homopolymere oder Copolymere anderer Monomerer mit Ethylenoxid; Polyurethane; Polyacrylamide; Polyester; Polyvinyllactame; Acrylamidpolymere; substituierter Polyvinylalkohol; Polyvinylacetale; Polymere aus Alkyl- und Sulfoalkylacrylaten und -methacrylaten; hydrolysierte Polyvinylacetate; Polyamide; Polyvinylpyridine; Polyacrylsäure; Copolymere mit Maleinsäureanhydrid; Polyalkylenoxide; Copolymere mit Methacrylamid und Copolymere mit Maleinsäure eingesetzt werden. Alle diese Polymere können auch als Mischungen verwendet werden.
Ein bevorzugtes synthetisches Bindemittel ist Polyvinylalkohol. Der Hydrolysegrad des Polyvinylalkohols liegt vorzugsweise zwischen 85 % und 100 % und sein Molekulargewicht zwischen 14'000 und 205'000. Es können auch Mischungen von Polyvinylalkoholen unterschiedlicher Hydrolysegrade und/oder Molekulargewichte verwendet werden.
Diese Bindemittel können mit wasserunlöslichen natürlichen oder synthetischen hochmolekularen Verbindungen gemischt werden, insbesondere mit Acryllatices oder Styrolacryllatices.
Obwohl wasserunlösliche Bindemittel nicht explizit beansprucht werden, so sollen wasserunlösliche Polymere trotzdem als Systembestandteil angesehen werden.
Die oben erwähnten Polymere mit vernetzbaren Gruppen können mit Hilfe eines Vernetzers oder Härters zu praktisch wasserunlöslichen Schichten umgesetzt werden. Solche Vernetzungen können kovalent oder ionisch sein. Die Vernetzung oder Härtung der Schichten erlaubt eine Veränderung der physikalischen Schichteigenschaften, wie beispielsweise der Flüssigkeitsaufnahme, oder der Widerstandsfähigkeit gegen Schichtverletzungen.
Die Vernetzer und Härter werden auf Grund der zu vernetzenden wasserlöslichen Polymere ausgesucht.
Organische Vernetzer und Härter umfassen z. B. Aldehyde (wie Formaldehyd, Glyoxal oder Glutaraldehyd); N-Methylolverbindungen (wie Dimethylolharnstoff oder Methylol-Dimethylhydantoin); Dioxane (wie 2,3-Dihydroxydioxan); reaktive Vinylverbindungen (wie 1,3,5-Trisacryloyl-Hexahydro-s-Triazin oder Bis-(Vinylsulfonyl)ethylether), reaktive Halogenverbindungen (wie 2,4-Dichloro-6-Hydroxy-s-Triazin); Epoxide; Aziridine; Carbamoylpyridinverbindungen oder Mischungen zweier oder mehrere dieser erwähnten Vernetzer.
Anorganische Vernetzer und Härter umfassen beispielsweise Chromalaun, Aluminiumalaun oder vorzugsweise Borsäure.
Die Schichten können auch reaktive Substanzen enthalten, welche die Schichten unter Einwirkung von UV-Licht, Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Wärme vernetzen.

[0009] Die Schichten können weiter durch den Zusatz von Füllstoffen modifiziert werden. Mögliche Füllstoffe sind z. B. Kaolin, Ca- oder Ba-Carbonate, Siliziumdioxid, Titandioxid, Bentonite, Zeolite, Aluminiumsilikat oder Calciumsilikat. Auch inerte organische Partikeln wie beispielsweise Kunststoffkügelchen können verwendet werden. Diese Kügelchen können aus Polyacrylaten, Polyacrylamiden, Polystyrol oder verschiedenen Copolymeren aus Acrylaten und Styrol bestehen. Die Füllstoffe werden auf Grund des beabsichtigten Gebrauchs der hergestellten Bilder ausgewählt. Einige dieser Füllstoffe können in transparenten Materialien nicht verwendet werden. Sie können aber positive Wirkungen in Aufsichtsmaterialien besitzen. Sehr oft erreicht man mit dem Einsatz solcher Füllstoffe eine gewünschte matte Oberfläche.
In den erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien ist mindestens eine Tintenaufnahmeschicht nebst allfälligen Hilfsschichten auf einen Träger aufgebracht.

[0010] Die erfindungsgemässen Tintenaufnahmeschichten werden im allgemeinen aus wässrigen Lösungen oder Dispersionen, die alle nötigen Komponenten enthalten, gegossen. In vielen Fällen werden Netzmittel als Begusshilfsmittel zugesetzt, um das Giessverhalten und die Schichtgleichmässigkeit zu verbessern. Neben ihrer Wirkung während des Giessvorgangs können diese Verbindungen auch einen Einfluss auf die Bildqualität haben und können deshalb dementsprechend ausgewählt werden. Obwohl solche oberflächenaktiven Verbindungen in der Erfindung nicht beansprucht werden, bilden sie trotzdem einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung.
Zusätzlich zu den schon erwähnten Bestandteilen können die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien zusätzliche Verbindungen enthalten, um seine Eigenschaften weiter zu verbessern, so beispielsweise optische Aufheller zur Verbesserung des Weissgrades, wie Stilbene, Cumarine, Triazine, Oxazole oder weitere dem Fachmann bekannte Verbindungen.
Zur Verbesserung der Lichtechtheit können UV-Absorber, wie 2-Hydroxybenztriazole, 2-Hydroxybenzophenone, Triazin-Derivate oder Zimtsäure-Derivate. Die Menge des UV-Absorbers beträgt 200 mg/m² bis 2000 mg/m², vorzugsweise 400 mg/m² bis 1000 mg/m². Der UV-Absorber kann in jede Schicht des erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterials eingebracht werden, besonders vorteilhaft ist aber, wenn er in die oberste Schicht eingebracht wird.
Es ist weiter bekannt, dass die im Tintenstrahldruck hergestellten Bilder durch den Zusatz von Radikalfängern, Stabilisatoren, Reduktionsmitteln und Antioxidanzien geschützt werden können. Beispiele solcher Verbindungen sind sterisch gehinderte Phenole, sterisch gehinderte Amine, Chromanole, Ascorbinsäure, Phosphinsäuren und deren Derivate, schwefelhaltige Verbindungen wie Sulfide, Mercaptane, Thiocyanate, Thioamide oder Thioharnstoffe.
Die erwähnten Verbindungen können als wässrige Lösungen zu den Giesslösungen zugesetzt werden. Falls die Verbindungen nicht genügend wasserlöslich sind, können sie durch andere, bekannte Verfahren in die Giesslösungen eingebracht werden. So können die Verbindungen beispielsweise in einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel wie niedere Alkohole, Glykole, Ketone, Ester oder Amide gelöst werden. Es ist auch möglich, die Verbindungen als feinkörnige Dispersionen, als Ölemulsionen, als Cyclodextran-Einschlussverbindungen oder als Latex, der die Verbindung enthält, in die Giesslösung einzubringen.

[0011] Normalerweise hat die Tintenaufnahmeschicht des erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterials eine Trockenschichtdicke zwischen 0.5 µm und 100 µm, insbesondere aber zwischen 10 µm und 25 µm.

[0012] Die Giesslösungen können auf verschiedene Arten auf den Träger aufgebracht werden. Die Giessverfahren schliessen beispielsweise den Extrusionsguss, den Luftmesserguss, den Schlitzguss, den Kaskadenguss und den Vorhangguss ein. Die Giesslösungen können auch mit einem Sprühverfahren aufgebracht werden. Die Tintenaufnahmeschichten können aus mehreren Einzelschichten bestehen, die einzeln nacheinander oder gemeinsam aufgebracht werden können.
Das gewählte Giessverfahren schränkt die Erfindung aber in keiner Art und Weise ein.

[0013] Tinten für den Tintenstrahldruck bestehen im wesentlichen aus einer flüssigen Trägersubstanz und einem darin gelösten oder dispergierten Farbstoff oder Pigment. Die flüssige Trägersubstanz für Tintenstrahldrucktinten ist im allgemeinen Wasser oder eine Mischung aus Wasser und einem mit Wasser mischbaren Lösungsmittel wie Ethylenglykol, Glykole mit höherem Molekulargewicht, Glycerin, Dipropylenglykol, Polyethylenglykol, Amide, Polyvinylpyrrolidon, N-Methylpyrrolidon, Cyclohexylpyrrolidon, Carbonsäuren und deren Ester, Ether, Alkohole, organische Sulfoxide, Sulfolan, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Cellosolve, Polyurethane und Acrylate.

[0014] Die nichtwässrigen Tintenbestandteile dienen allgemein als Feuchthalter, Hilfslösungsmittel, Viskositätsregler, Eindringhilfsmittel oder Trocknungsbeschleuniger. Die organischen Verbindungen besitzen meistens einen Siedepunkt, der über dem von Wasser liegt. Die Farbstoffe oder Pigmente, die zur Herstellung der zusammen mit den erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien verwendbaren Tinten eingesetzt werden können, enthalten praktisch alle bekannten Klassen dieser farbigen Verbindungen. Typische Beispiele verwendeter Farbstoffe oder Pigment sind in der Patentanmeldung EP 0'559'324 aufgeführt. Die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien können mit fast allen dem Stand der Technik entsprechenden Tinten verwendet werden.

[0015] Zusätzlich können die Tinten weitere Zusätze enthalten wie oberflächenaktive Substanzen, optische Aufheller, UV-Absorber, Lichtstabilisatoren, Konservierungsmittel, Fällmittel wie mehrfach geladene Metallverbindungen und polymere Verbindungen.
Die Beschreibung der Tinten dient nur als Illustration und ist in bezug auf die Erfindung in keiner Weise einschränkend.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher beschrieben, ohne dass sie dadurch in irgendeiner Weise eingeschränkt würde.

Prüfungen

1. Planlage

[0016] Die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialen werden gemäss dem von ANSI (American National Standard Institute) beschriebenen Testverfahren auf ihre Planlage (Edge Lift Curl) untersucht (ANSI IT9.10-1991, Test Method C, Seite 3, 1991). Hierzu werden Blätter des Formats DIN A4 des erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterials 24 Stunden unter den in der Norm definierten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen konditioniert und anschliessend mit der konkaven Seite nach oben auf eine ebene Oberfläche gelegt. Dann wird der Abstand zwischen der ebenen Oberfläche und den 4 Ecken des Aufzeichnungsmaterials gemessen. Die in der Tabelle angegebenen Werte stellen das Mittel der Abweichungen von der Planlage der 4 Ecken eines Blattes dar. Abweichungen von der Planlage zur Seite der Tintenaufnahmeschicht hin werden mit positivem Vorzeichen gekennzeichnet und als positiver Edge Lift Curl bezeichnet. Abweichungen der Planlage zur der Tintenaufnahmeschicht abgewandten Seite hin werden mit negativem Vorzeichen gekennzeichnet und als negativer Edge Lift Curl bezeichnet.

2. Farbstoffdiffusion

[0017] Das verwendete Verfahren wird im wesentlichen von R. Hofmann, E. Baumann und M. Schär in "Print Performance Evaluation of Ink-jet Media: Gamut, Drying, Permanence", IS & T's NIP15: International Conference on Digital Printing Technologies (ISBN 0-89208-222-4), Seiten 408 - 411 beschrieben.
Auf die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien werden mit den Tintenstrahldruckern HP 970 und Epson 890 jeweils mit den entsprechenden Originaltinten Farbfelder in den Farben Gelb, Rot, Purpur, Blau, Blaugrün, Grün und Schwarz in der Druckstufe 100 % gedruckt. Die gedruckten Farbfelder sind quadratisch und haben eine Seitenlänge von je 118 Pixel. Ein einzelnes Farbfeld ist durch jeweils 11 in horizontaler und 11 in vertikaler Richtung angeordnete weisse Linien in 144 einzelne Farbquadrate von je 8 Pixeln Seitenlänge unterteilt. Die weissen Linien haben eine Breite von 2 Pixeln. Die folgenden Druckereinstellungen werden verwendet:

• HP 970: HP-Premium High Glossy Film, best
• Epson 890: Photo Paper Pro, high, manual, graphic, normal

[0018] Die bedruckten Aufzeichnungsmaterialien werden 24 Stunden bei einer Temperatur von 23°C bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 % getrocknet. Anschliessend werden die optischen Dichten der Farbfelder bestimmt. Nachher werden die bedruckten Aufzeichnungsmaterialien 7 Tage bei einer Temperatur von 40°C und einer relativen Feuchtigkeit von 80 % gelagert und erneut die optischen Dichten gemessen.
Der Wert der Farbstoffdiffusion ist die prozentuale Differenz der optischen Dichten vor und nach der Lagerung des Farbfeldes mit dem grössten Dichteunterschied.

3. Koaleszenz

[0019] Koaleszenz bezeichnet das pfützenartige Zusammenlaufen von Tinte beim Bedrucken.

[0020] Die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien werden für 15 Stunden bei einer Temperatur von 22°C und einer relativen Feuchtigkeit von 70 % konditioniert und danach werden bei diesen Bedingungen mit einem Tintenstrahldrucker Epson 750 39 Farbfelder mit den entsprechenden Originaltinten bedruckt. Es handelt sich um Farbfelder der Farben Blaugrün, Gelb und Purpur, denen in Schritten je die beiden anderen Farben zugemischt werden. Die folgende Druckereinstellung wird hierbei verwendet:

Epson 750: Photo Paper 720 dpi, no colour adjustment

[0021] Die farbliche Zusammensetzung der 39 Farbfelder ist in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

100 % Blaugrün 60 % Purpur, 60 % Gelb	100 % Purpur 60 % Blaugrün, 60 % Gelb	100 % Gelb 60 % Blaugrün, 60 % Purpur
100 % Blaugrün 55 % Purpur, 55 % Gelb	100 % Purpur 55 % Blaugrün, 55 % Gelb	100 % Gelb 55 % Blaugrün, 55 % Purpur
100 % Blaugrün 50 % Purpur, 50 % Gelb	100 % Purpur 50 % Blaugrün, 50 % Gelb	100 % Gelb 50 % Blaugrün, 50 % Purpur
100 % Blaugrün 45 % Purpur, 45 % Gelb	100 % Purpur 45 % Blaugrün, 45 % Gelb	100 % Gelb 45 % Blaugrün, 45 % Purpur
100 % Blaugrün 40 % Purpur, 40 % Gelb	100 % Purpur 40 % Blaugrün, 40 % Gelb	100 % Gelb 40 % Blaugrün, 40 % Purpur
100 % Blaugrün 35 % Purpur, 35 % Gelb	100 % Purpur 35 % Blaugrün, 35 % Gelb	100 % Gelb 35 % Blaugrün, 35 % Purpur
100 % Blaugrün 30 % Purpur, 30 % Gelb	100 % Purpur 30 % Blaugrün, 30 % Gelb	100 % Gelb 30 % Blaugrün, 30 % Purpur
100 % Blaugrün 25 % Purpur, 25 % Gelb	100 % Purpur 25 % Blaugrün, 25 % Gelb	100 % Gelb 25 % Blaugrün, 25 % Purpur
100 % Blaugrün 20 % Purpur, 20 % Gelb	100 % Purpur 20 % Blaugrün, 20 % Gelb	100 % Gelb 20 % Blaugrün, 20 % Purpur
90 % Blaugrün 20 % Purpur, 20 % Gelb	90 % Purpur 20 % Blaugrün, 20 % Gelb	90 % Gelb 20 % Blaugrün, 20 % Purpur
80 % Blaugrün 20 % Purpur, 20 % Gelb	80 % Purpur 20 % Blaugrün, 20 % Gelb	80 % Gelb 20 % Blaugrün, 20 % Purpur
70 % Blaugrün 20 % Purpur, 20 % Gelb	70 % Purpur 20 % Blaugrün, 20 % Gelb	70 % Gelb 20 % Blaugrün, 20 % Purpur
100 % Blaugrün	100 % Purpur	100 % Gelb

[0022] Anschliessend wird die Anzahl der Felder mit Koaleszenz gezählt. Je geringer deren Anzahl ist, umso höher ist die Tintenaufnahmekapazität des Aufzeichnungsmaterials.

Beispiele

Beispiele 1 - 4

Herstellung der Dispersion

[0023] 8.8 g Aluminiumchlorhydrat (erhältlich als Locron P bei Clariant AG, Muttenz, Schweiz) werden bei einer Temperatur von 20° C in 782 g deionisiertem Wasser aufgelöst und unter sehr guter Rührung mit 8.8 g N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (erhältlich bei Degussa, Düsseldorf, Deutschland) versetzt. Nach 15 Minuten Reaktionszeit (Bildung der Reaktionsprodukte aus Aluminiumchlorhydrat und dem Aminoorganosilan) werden 200 g pyrogenes Siliziumdioxid (Cab-O-Sil^® M-5, erhältlich bei Cabot Corporation, Billerica, USA) portionenweise unter sehr guter Rührung bei hohen Scherraten zugegeben. Nach beendeter Zugabe des pyrogenes Siliziumdioxids wird die Dispersion während 15 Minuten mit einem Rotor-Stator-Mixer gerührt. Anschliessend wird die Dispersion auf eine Temperatur von 60° C aufgeheizt und zur Oberflächenmodifizierung des Siliziumdioxids 1 Stunde bei dieser Temperatur gehalten.

Herstellung der Giesslösung

[0024] Bei einer Temperatur von 45° C werden 4.8 g feste Borsäure zu 600 g dieser Dispersion zugegeben. Nach der Auflösung der Borsäure werden 300 g einer wässrigen Lösung von Polyvinylalkohol (10 %, erhältlich als Mowiol 4088 bei Clariant AG, Muttenz, Schweiz) zugegeben und anschliessend 0.8 g einer wässrigen Lösung des Netzmittels Olin 10G (5.23 %, erhältlich bei Arch Chemicals, Norwalk, USA). Die Giesslösung wird zum Schluss mit deionisiertem Wasser auf ein Endgewicht von 1000 g verdünnt.

Güsse

[0025] 108 g/m² dieser Giesslösung werden bei einer Temperatur von 40° C mittels eines Stabgiessers auf einen Papierträger mit einem Papierfilz der Dicke von 190 µm aufgebracht, der auf der Rückseite mit Polyethylen (Mischung von LDPE und HDPE) beschichtet ist. Anschliessend wird der begossene Träger 60 Minuten bei einer Temperatur von 35° C getrocknet. 1 m² des getrockneten Aufzeichnungsmaterials enthält 13 g des eingesetzten, unmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids.

[0026] Die Polyethylenmengen der Rückseitenbeschichtung des Papierträgers sind in Tabelle 2 zusammengestellt:

Tabelle 2

Beispiel	HDPE (g/m2)	LDPE (g/m2)
1	15	5
2	10	10
3	5	15
4	0	20

Beispiel 5

Herstellung der Dispersion

[0027] 200 g pyrogenes Siliziumdioxid Cab-O-Sil^® M-5 wurden portionenweise unter sehr guter Rührung bei hohen Scherraten bei einer Temperatur von 20° C zu einer Mischung von 764 g deionisiertem Wasser, 33.8 g Aluminiumchlorhydrat Locron P und 2.0 g Kaliumhydroxid zugegeben. Nach beendeter Zugabe des pyrogenen Siliziumdioxids wurde die Dispersion während 15 Minuten mit einem Rotor-Stator-Mixer gerührt. Anschliessend wurde die Dispersion auf eine Temperatur von 60° C aufgeheizt und zur Oberflächenmodifizierung des Siliziumdioxids 3 Stunden bei dieser Temperatur gehalten.

Giesslösung

[0028] Bei einer Temperatur von 45° C werden 4.8 g feste Borsäure zu 600 g dieser Dispersion zugegeben. Nach der Auflösung der Borsäure werden 300 g einer wässrigen Lösung des Polyvinylalkohols Mowiol 4088 (10 %) zugegeben und anschliessend 0.8 g einer wässrigen Lösung des Netzmittels Olin 10G (5.23 %). Die Giesslösung wird zum Schluss mit deionisiertem Wasser auf ein Endgewicht von 1000 g verdünnt.

Guss

[0029] 108 g/m² dieser Giesslösung werden bei einer Temperatur von 40° C mittels eines Stabgiessers auf einen Papierträger mit einem Papierfilz der Dicke von 190 µm aufgebracht, der auf der Rückseite mit Polyethylen (Mischung von LDPE und HDPE) beschichtet ist. Anschliessend wird der begossene Träger 60 Minuten bei einer Temperatur von 35° C getrocknet. 1 m² des getrockneten Aufzeichnungsmaterials enthält 13 g des eingesetzten, unmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids.

Vergleichsbeispiel C - 1

[0030] 108 g/m² der Giesslösung aus den Beispielen 1 - 4 werden bei einer Temperatur von 40° C mittels eines Stabgiessers auf einen Papierträger mit einer Dicke des Papierfilzes von 190 µm, aufgebracht, der aber auf der Rückseite nicht mit Polyethylen beschichtet ist. Anschliessend wird der begossene Träger 60 Minuten bei einer Temperatur von 35° C getrocknet. 1 m² des getrockneten Aufzeichnungsmaterials enthält 13 g des eingesetzten, unmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids.

Vergleichsbeispiel C - 2

[0031] 158 g/m² der Giesslösung aus den Beispielen 1 - 4 werden bei einer Temperatur von 40° C mittels eines Stabgiessers auf einen Papierträger mit einer Dicke des Papierfilzes von 190 µm aufgebracht, der auf beiden Seiten mit Polyethylen beschichtet ist. Anschliessend wird der begossene Träger 60 Minuten bei einer Temperatur von 35° C getrocknet. 1 m² des getrockneten Aufzeichnungsmaterials enthält 19 g des eingesetzten, unmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids.

Vergleichsbeispiel C - 3

[0032] Dieses Vergleichsbeispiel entspricht dem Vergleichsbeispiel C - 2 mit dem Unterschied, dass die Auftragsmenge der Giesslösung von 158 g/m² auf 108 g/m² verringert wird. 1 m² des getrockneten Aufzeichnungsmaterials enthält 13 g des eingesetzten, unmodifizierten pyrogenen Siliziumdioxids.

Ergebnisse

Planlage

[0033] Die Werte des gemessenen Edge Lift Curls bei einer Temperatur von 20° C sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle 3

Beispiel	Edge Lift Curl (mm)
	20 % relative Feuchtigkeit	70 % relative Feuchtigkeit
1	7	2
2	15	6
3	25	16
4	25	20
C - 1	59	> 80

[0034] Der Vergleich der Ergebnisse in Tabelle 3 zeigt sofort, dass die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien für den Tintenstrahldruck mit einer Polyethylen-Rückschicht (Beispiele 1 - 4) eine bessere Planlage aufweisen als ein Aufzeichnungsmaterial ohne Polyethylen-Rückschicht (Vergleichsbeispiel C - 1).
Bei gleich bleibendem Auftragsgewicht der Polyethylen-Rückschicht verbessert sich die Planlage mit zunehmendem Anteil an HDPE.

Farbstoffdiffusion

[0035] Die gemessenen Werte der Farbstoffdiffusion sind in Tabelle 4 zusammengestellt.

Tabelle 4

Beispiel	Farbstoffdiffusion (%)
	HP 970	Epson 890
1	39.7	7.0
C - 3	55.1	17.6
5	46.4	9.0
ILFORD Smooth Gloss	71.8	56.6
Mitsubishi SG 2575	61.1	45.0

[0036] Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass das erfindungsgemässe Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck (Beispiel 1) eine wesentlich geringere Farbstoffdiffusion aufweist als das Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck auf einem nicht porösen Papierträger, der beidseitig mit Polyethylen beschichtet ist (Vergleichsbeispiel C - 3), obwohl das Vergleichsbeispiel C - 3 eine wesentlich dickere Tintenaufnahmeschicht aufweist als das erfindungsgemässe Aufzeichnungsmaterial. Die Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids erfolgte mit den Reaktionsprodukten des Aluminiumsalzes Locron P und des Aminoorganosilans N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan.
Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen weiter, dass das erfindungsgemässe Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck, in dem die Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids mit den Reaktionsprodukten des Aluminiumsalzes Locron P und des Aminoorganosilans N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan erfolgte (Beispiel 1), auf dem nur auf der Rückseite mit Polyethylen beschichteten Papierträger eine geringere Farbstoffdiffusion aufweist als das entsprechende Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck, in dem Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids mit dem Aluminiumsalz Locron P erfolgte (Beispiel 5).
Die erfindungsgemässen Aufzeichnungsmaterialien zeigen auch eine wesentlich geringere Farbstoffdiffusion als die beiden im Handel erhältlichen nanoporösen Aufzeichnungsmaterialien ILFORD Smooth Gloss (welches mit Lanthan dotiertes kolloidales Aluminiumoxid/hydroxid als nanokristalline, nanoporöse Verbindung enthält) und Mitsubishi SG 2575 (welches kolloidales Silziumdioxid als nanoporöse Verbindung enthält).

Koaleszenz

[0037] Die Werte für die Koaleszenz sind in Tabelle 5 zusammengestellt.

Tabelle 5

Beispiel	Koaleszenz
1	0
C-2	6
C-3	0

[0038] Die Ergebnisse in Tabelle 5 zeigen deutlich, dass das erfindungsgemässe Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck bei gleicher Dicke der Tintenaufnahmeschicht eine wesentlich geringere Koaleszenz aufweist als das Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck auf einem unporösen, beidseitig mit Polyethylen beschichteten Träger. Der gleiche Koaleszenzwert auf einem beidseitig mit Polyethylen beschichteten Träger wird erst dann erreicht, wenn das Auftragsgewicht der Tintenaufnahmeschicht um 46 % erhöht wird.

Ansprüche

1. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck, bestehend aus einem Papierträger mit mindestens einer auf die Vorderseite des Trägers aufgebrachten Tintenaufnahmeschicht aus pyrogenem Siliziumdioxid mit einer positiv geladenen Oberfläche und mindestens einem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Rückseite mindestens eine Polyolefinschicht aufgebracht worden ist und zwischen dem Papierträger und der Tintenaufnahmeschicht keine Polyolefinschicht vorhanden ist.

2. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinschicht aus High Density Polyethylen (HDPE), aus Low Density Polyethylen (LDPE) oder aus einer Mischung von HDPE und LDPE besteht.

3. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefinschicht mindestens 20 Gewichtsprozent LDPE enthält.

4. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsmenge der Polyolefinschicht zwischen 5 g/m² und 30 g/m² liegt.

5. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenaufnahmeschicht eine Trockenschichtdicke zwischen 10 µm und 25 µm besitzt.

6. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids durch Umsetzung mit einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums erfolgt.

7. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des dreiwertigen Aluminiums Aluminiumchlorhydrat ist.

8. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids durch Umsetzung mit einem Aminoorganosilan erfolgt.

9. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenmodifikation des pyrogenen Siliziumdioxids durch Umsetzung mit den Reaktionsprodukten einer Verbindung des dreiwertigen Aluminiums und mindestens eines Aminoorganosilans erfolgt.

10. Aufzeichnungsmaterial für den Tintenstrahldruck gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des dreiwertigen Aluminiums Aluminiumchlorhydrat ist.