DE60130414T2

DE60130414T2 - Bildherstellungsverfahren unter Anwendung hochselektiver elektrostatischer Übertragung von klarem trockenem Toner auf Bereiche die mit Tinte in Kontakt stehen

Info

Publication number: DE60130414T2
Application number: DE60130414T
Authority: DE
Inventors: Makarand P. Corvallis Gore
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: JP3902733B2; EP1177909B1; EP1177909A1; US6428148B1; JP2002113856A; DE60130414D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltinten in Kombination mit einem klaren, trocknen Toner, um ein dauerhaftes Tintenstrahlbild zu erzeugen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Tintensystem, das die Zugabe von spezifischem Toner/spezifischen Entwicklern, die üblicherweise auf dem Gebiet der Laserdrucker zu finden sind, mit wasserbasierten Tintenstrahltinten verwendet. Diese dualen Systeme erzeugen ein dauerhaftes Bild, das gegenüber Bildverschlechterungsfaktoren wie z.B. mechanischem Abrieb, Licht, Wasser und Lösungsmitteln wie z.B. denjenigen, die bei Markierungsstiften verwendet werden, beständig sind.
STAND DER TECHNIK
Zusammen mit der Computerisierung von Büros in den 80er Jahren kamen elektronisch gesteuerte anschlagfreie Drucker wie beispielsweise die Tintenstrahl- und Laserdrucker. Tropfen-auf-Aufforderung-Tintenstrahldrucker können Piezotintenstrahidrucker oder Thermotintenstrahldrucker (Bubble-Jet-Drucker) sein. Bei Piezotintenstrahlsystemen werden Tintentröpfchen durch ein oszillierendes Piezokristall ausgestoßen. Jedoch dominiert das Thermotintenstrahldrucken den Markt des Tropfen-auf-Aufforderung-Bürotintenstrahldruckens. Bei diesem System bewirkt ein schnelles Erhitzen hinter den Tintendüsen, dass sich eine Dampfblase in der Tinte bildet. Die sich ergebende Blasenausdehnung und der Tintenausstoß aus der Tintenstrahldruckerkassette bewirkt, dass auf dem Substrat ein Druck erscheint.
Vollfarben-Tintenstrahldrucker sind üblicher als Farblaser und sind viel wirtschaftlicher. Der Hauptvorteil von Tin tenstrahldruckern gegenüber Lasern und anderen anschlagfreien Drucktechniken beinhaltet deren geringe Kosten und Einfachheit. Thermotintenstrahlsysteme sind in der Lage, Tinte rasch und präzise auszugeben. Die Technologie dieses und anderer Tintenstrahlsysteme ist in Chemistry and Technology of Printing and Imaging Systems, von P. Gregory herausgegeben und von Chapman & Hall 1996 veröffentlicht, beschrieben. Repräsentative Thermotintenstrahlsysteme und -kassetten sind in den U.S.-Patentschriften 4,500,895 an Buck u. a., 4,513,298 an Scheu und 4,794,409 an Cocager u. a., die alle durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen sind, erläutert.
Die Technologie von Tintenstrahldruckern durchlief seit deren erstem Erscheinen bereits viele Veränderungen und Verbesserungen. Es wurde Forschung betrieben, um zu gewährleisten, dass die erzeugten Bilder eine gleichbleibend hohe Qualität aufweisen. Somit ist es wichtig, dass die Bilder dadurch dauerhaft sind, dass sie wasserfest, verwischecht sind und nicht verlaufen oder dergleichen, wenn sie einem chemischen oder mechanischen Abrieb unterworfen werden. Ein Nichtverwischen des Bildes, wenn Abschnitte der gedruckten Seite mit bunten Markierern hervorgehoben werden, ist von besonderem Interesse. Oft ist das durch den Tintenstrahldrucker auf Papier erzeugte Bild nicht ausreichend fixiert und verwischt sich, wobei das gedruckte Bild unscharf wird, wenn es einem Markieren unterworfen wird. Diese Art Bild wird nicht als permanent bzw. dauerhaft betrachtet.
Die Dauerhaftigkeit eines Bildes ist als die Übertragung von Farbe von dem Substrat, wenn das auf dasselbe gedruckte Bild einem chemischen und mechanischen Abrieb unterworfen wird, definiert. Ein Markieren ist oft die praktizierte Form eines chemischen und mechanischen Abriebs. Diese Übertragung von Farbe wird anhand der optischen Dichte (mOD) gemessen. Dauerhaftere Bilder weisen niedrigere Werte der milli-optischen Dichte (mOD) auf.
Ein weiteres wünschenswertes Merkmal gedruckter Bilder ist die Lichtechtheit. Gemäß seiner Verwendung hierin bedeutet der Begriff „Lichtechtheit", dass die Bilder nicht verblassen, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Die Lichtechtheit ist ein weiteres Maß der Dauerhaftigkeit, wie es hierin verwendet wird. Die Lichtechtheit wird gemessen, indem gedruckte Bilder in Lichtkammern (Verblassungsmesskammern) einem intensiven Licht ausgesetzt werden und indem die Druckdichte vor und nach der Belichtung verglichen wird.
Es gab bereits zahlreiche Versuche, die Dauerhaftigkeit von wasserbasierten Tintenstrahldrucksystemen zu verbessern. Diese Versuche umfassen die U.S.-Patentschrift Nr. 5,549,740 an Takahashi u. a., die U.S.-Patentschrift Nr. 5,640,187 an Kashiwakazi u. a. und die U.S.-Patentschrift Nr. 5,792,249 an Shirota u. a., die einen zusätzlichen oder „fünften" Stift verwendet, um ein farbloses Fluid auf das Substrat aufzubringen. Wie beim Vergleichstesten zu erkennen sein wird, sind die mOD-Werte für die auf dasselbe gedruckten Bilder ziemlich hoch. Eine weitere Drucktechnologie, die inhärent dauerhafter ist als wasserbasiertes Tintenstrahldrucken, sind Heißschmelztinten. Diese Materialien sind bei Raumtemperatur fest und weisen eine Ähnlichkeit mit Wachsmalkreide auf. Die bei diesen Materialien verwendeten Farbmittel sind Lösungsmittelfarbstoffe, die in dem Tintenbindemittel oder in Pigmentdispersionen löslich sind. Wie Lasertoner sind auch diese Materialien mit den Tinten, die beim Tintenstrahldrucken verwendet werden, nicht kompatibel.
In den U.S.-Patentschriften 5,817,169 und 5,698,017 , die beide an Sacripante et al. erteilt wurden, sind Heißschmelztintenzusammensetzungen offenbart, die Oxazolin als Bindemittel verwenden, das für das Farbmittel in einer nichtwässrigen Heißschmelztintenstrahltinte verwendet wird. Einer der Vorteile dieser Technologie besteht darin, dass die wachsartige Beschaffenheit der Heißschmelztinte Bilder erzeugt, die wasserfester sind und auf einfachen Papiersor ten erfolgreich eingesetzt werden können. Diese Technologie steht im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung, die einen Stiftsatz mit gewöhnlichen, wässrigen Tinten in vier Farben verwendet.
Ein weiteres hocheffizientes Drucksystem, das derzeit allgemein Verwendung findet, sind Laserdrucker. Bei einem Laserdrucker oder -kopierer wird Licht von einem Laserstrahl verwendet, um Bereiche eines Photorezeptors zu entladen, um ein elektrostatisches Bild der zu druckenden Seite zu erzeugen. Das Bild wird durch die Druckersteuerung, einen zweckgebundenen Computer in dem Drucker, erzeugt und an die Druckmaschine weitergeleitet. Die Druckmaschine schreibt ein Array von Punkten, die durch die Druckersteuerung erzeugt wurden, zu einem gedruckten Bild um. Die Druckmaschine umfasst eine Laserabtastanordnung, einen Photorezeptor, einen Tonertrichter, eine Entwicklereinheit, Corotrons, eine Entladungslampe, einen Fixierer, einen Papiertransport, Papiereingangszufuhreinrichtungen sowie Papierausgabefächer.
Die letzte Stufe des Laserdruckens oder -kopierens besteht darin, Toner auf dem Papier zu fixieren. Toner ist ein sehr feines Kunststoffpulver, das von dem Photorezeptor transferiert wird. Nachdem es von dem Photorezeptor transferiert wurde, liegt es in einer sehr dünnen Beschichtung auf dem Papier, ohne dass es irgend etwas dort festhalten würde. Um den Toner auf das Papier zu fixieren, wird es durch ein Durchlaufen zwischen einem Paar von sehr heißen Rollen erhitzt, so dass der Kunststoff um die Fasern des Papiers herum schmilzt und in die richtige Position „geschmolzen" wird. Das Bild ist nun dauerhaft auf dem Papier fixiert.
Der Fixierer eines typischen Laserdruckers ist für das Drucksystem dieser Erfindung von besonderem Interesse. Bei diesen Systemen wandelt ein Fixieren oder Schmelzen des polymeren Harzes, in dem das Farbmittel eingebettet ist, die einzelnen Tonerpartikel in einen amorphen Film um.
Dieser Film wird zu dem permanenten Bild, das zu einer elektrophotographischen Kopie oder einer lasergedruckten Kopie wird. Jedoch sind die Laserdruckertoner mit Wasser nicht kompatibel. Da die meisten Tintenmaterialien wasserbasiert sind, ist es nicht möglich, Lasertoner bei Tintenstrahldruckern zu verwenden, und deshalb fand man auf dem Gebiet der Tintenstrahltechnologie bis jetzt noch keine Möglichkeit, das gedruckte Bild dauerhaft zu machen.
Die US-Patentschrift 4,943,816 an Sporer offenbart die Verwendung eines farbstofflosen Fluids zum latenten Bilderzeugen. Der Farbstoff und die Tinte werden weggelassen, und es wird ein farbloses Markierungsfluid verwendet, um ein latentes Bild zu erzeugen, das in einem nachfolgenden Schritt entwickelt werden soll. Man glaubt, dass das Weglassen des Farbstoffs die Lebensdauer des Druckkopfs verlängert.
Die US-Patentschrift 4,312,268 an King et al. beschreibt einen mechanischen Transfer eines klaren oder farbigen Toners auf ein nasses Bild. Der mechanische Transfer ist kein elektrostatischer Transfer. Das pulverisierte Material haftet an den nassen Oberflächen an, und der Rest fällt nach unten in das Gehäuse.
Die US-Patentschrift Nr. 5,847,738 an Tutt beschreibt die Aufbringung eines Gesamtüberzugs über Tintenstrahldrucke als separaten Prozess auf eine nachfolgende Weise.
Die JP-A-11263004 offenbart ein Verfahren, bei dem Tintenstrahldrucken und Tonersprühen kombiniert werden.
Dementsprechend besteht weiterhin ein Bedarf an einem Drucksystem, das eine wasserbasierte Tintenstrahltechnologie verwendet und trotzdem dauerhafte, laserähnliche Bilder erzeugt. Diese dauerhaften Bilder sind bezüglich einer Vielzahl von bedruckten Substraten einheitlich und stabil. Eine ideale Situation wäre eine Kombination der Zweckmäßig keit und Sicherheit von wässrigen Tintenstrahltinten mit der Dauerhaftigkeit von elektrophotographischen Kopien. Die vorliegende Erfindung erfüllt dies auf einzigartige Weise, die hierin beschrieben wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Erzeugen eines dauerhaften Tintenstrahlbildes, das folgende Schritte umfasst:

(a) Laden eines Substrats mit einer gegebenen Polarität;
(b) Tintenstrahldrucken eines Fluids auf das Substrat;
(c) Inberührungbringen des Substrats aus (b) mit einem klaren Toner, der dieselbe Polarität aufweist, wie das Substrat im Schritt (a);
(d) Durchführen eines Aufschmelzschrittes an dem Substrat aus Schritt (c).

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Drucken unter Verwendung sowohl von Tintenstrahldrucken als auch Elektrographie vorgesehen, bei dem bestimmte Tinten auf ein Substrat oder Medium gedruckt werden, gefolgt von einer Aufbringung elektrophotographischer Toner lediglich auf die spezifischen bedruckten Bereiche auf dem Substrat. Nachdem es aufgeschmolzen wurde, ist das Bild dauerhaft und gegenüber Abrieb, Licht, Wasser und Lösungsmitteln beständig. Ferner ist das Substrat nicht vollständig mit aufschmelzbarem Toner beschichtet, so dass es einen anderen Griff aufweist und anders verwendet werden kann (und anders absorbiert) als ein Substrat, das vollständig mit Toner beschichtet wurde. Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument werden „Substrat" und „Medium" austauschbar verwendet und umfassen beliebige Materialien, auf die ein Tintenstrahlbild aufgedruckt werden kann. Üblicherweise umfasst dies Papiere, Folien, Transparente, Kunststoffe, Textilien usw.
Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, geht man davon aus, dass herkömmliche wasserbasierte Tintenstrahltinten leitfähig sind und einen kurzen Zeitraum nach einem Kontaktieren eines Isolatormediums, z.B. Papier oder Kunststofffolie, ein elektrisches Feld ermöglichen. Somit stellte man fest, dass Tinten in der Lage sind, die auf der Oberfläche von Isolatormedien vorhandenen Ladungen zu neutralisieren. Eine Toner-„Wolke", die durch elektrische Felder in der Nähe derartiger Medien aufrechterhalten wird, würde Tonerpartikel lediglich auf Bereiche transferieren, die mit Tinte in Berührung kommen, falls die Partikel und das Medium dieselbe Ladungspolarität aufweisen. Auf ein Berühren der Oberfläche hin erzeugt das Partikel Bilder, deren Dauerhaftigkeit der Dauerhaftigkeit von Bildern, die mit Lasern oder Kopierern gedruckt sind, gleichkommt. Dadurch wird ermöglicht, dass ein Verfahren trockene Toner speziell auf Bereiche transferiert, die bei Verwendung eines Tintenstrahldruckens mit Tintentropfen in Kontakt kommen. Die grundlegenden Komponenten und Verfahren der Vorrichtung für diese Erfindung lauten wie folgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung des Druckverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESTE MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Wie in 1 zu sehen ist, werden die folgenden Schritte verwendet, wobei ein Tintenstrahldrucken und elektrostatische Toner kombiniert werden, um ein dauerhaftes Bild zu erzeugen, ohne den Griff oder die Beschichtung auf dem restlichen Substrat zu verändern. Somit enthalten diskrete Bereiche des Substrats Tinte und Toner, und diskrete Bereiche sind im Wesentlichen frei von Tinte und Toner (was nicht visuell oder taktil mit der Hand erfasst werden kann).
Laden der Medien
Das Medium wird vorzugsweise vor dem Drucken auf eine gegebene Polarität geladen. Bei dem Ladeschritt wird das Medium unter Verwendung eines Hochspannungsdrahtes, -gitters oder einer Laderolle mit Ionen einer ausgewählten Polarität bedeckt. Das Medium sollte dieselbe Polarität aufweisen wie das Toner-/Entwicklermaterial. Nützliche Vorrichtungen zum Laden des Mediums umfassen die Verwendung eines Scorotrons oder eines Corotrons. Ein Laden der Medien ist in der Technik der Elektrophotographie hinreichend bekannt. Siehe US-Patentschriften Nrn. 4,478,870 , 4,423,951 und 4,041,312 .
Tintenstrahldrucker
Tintenstrahldrucken ist ein anschlagfreier Druckvorgang, bei dem Tröpfchen von Tinte auf Druckmedien, z.B. Papier, Transparentfolie oder Textilien, aufgebracht werden. Tintenstrahldrucker sind im Vergleich zu anderen Druckertypen allgemein kostengünstiger und bieten eine qualitativ hochwertige Ausgabe. Tintenstrahldrucken beinhaltet den Ausstoß feiner Tröpfchen Tinte auf Druckmedien ansprechend auf elektrische Signale, die mittels eines Mikroprozessors erzeugt werden. Zwei Optionen zum Erzielen eines Tintentröpfchenausstoßes beim Tintenstrahldrucken sind: thermisch und piezoelektrisch. Beim Thermotintenstrahldrucken wird die Energie für den Tropfenausstoß anhand elektrisch erhitzter Widerstandselemente erzeugt, die sich ansprechend auf elektrische Signale von einem Mikroprozessor rasch erhitzen, um eine Dampfblase zu erzeugen, was zu dem Auswurf von Tinte durch Düsen, die den Widerstandselementen zugeordnet sind, führt. Beim piezoelektrischen Tintenstrahldrucken werden die Tröpfchen auf Grund der Schwingungen von piezoelektrischen Kristallen ausgestoßen, wiederum ansprechend auf mittels des Mikroprozessors erzeugte elektrische Signale. Der Ausstoß von Tintentröpfchen in einer bestimmten Reihenfolge bildet alphanumerische Schriftzeichen, Flächenausfällungen und andere Muster auf dem Druckmedium.
Tintenstrahldrucker und Tintenstrahldruckmaschinen sind in der Technik hinreichend bekannt. Repräsentative Thermotintenstrahlsysteme und -kassetten sind in den US-Patentschriften 4,500,895 an Buck et al., 4,513,298 an Scheu und 4,794,409 an Cocager et al. erörtert.
Entwicklungsmechanismus
Der Trockentoner zur Verwendung hierin weist eine thermoplastische Bindungskomponente auf. Andere Komponenten können zu der Tonerformulierung zugegeben werden, um bestimmte Eigenschaften oder Verhaltenscharakteristika der Toner zu verbessern. Diese umfassen Zusatzstoffe zum Steuern der Ladungsrate und des Ladungspegels und Zusatzstoffe zum Verbessern des Fließens. Manchmal wird Öl bei dem Schmelzvorgang hinzugegeben, um eine Anhaftung des Toners an den Schmelzeinrichtungsrollen zu hemmen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Toner selektiv zu der Tinte auf der Medienoberfläche hin angezogen, das dahin gehend fungiert hat, die Polarität oder Ladung auf dem Medium zu neutralisieren. Das Medium kann entweder positiv oder negativ geladen sein, und das Tonersystem sollte desgleichen dieselbe Ladung enthalten. Bei dem Transferschritt wird einem Medium, das am häufigsten in Form eines Blattes Papier vorliegt, eine elektrostatische Ladung verliehen, die dieselbe ist wie die des Toners, anschließend wird das Medium einem Tintenstrahlen unterzogen, was bewirkt, dass die Bereiche, die mit der Tinte in Kontakt gebracht werden, ihre Ladung verlieren. Anschließend wird das Medium in unmittelbarer Nähe zu der Entwickleroberfläche weiter geführt, um Toner zu transferieren, und anschließend wird der Toner lediglich auf die Bereiche transferiert, die mit einer Tinte in Berührung kommen. Im Anschluss an den Transfer des Toners wird das Medium zwischen einem Paar von Schmelzeinrichtungsrollen durchgeführt. Der Druck und die Wärme der Rollen fixiert den Toner in dem Medium.
Der Entwicklungsmechanismus, der dahin gehend fungiert, den Toner zu transferieren, kann aus einer geladenen Rolle, einem Klarer-Toner-Behälter, einer Rührvorrichtung, einem Wischblatt und einer Quelle von Wechsel/Gleichspannungsvorspannungen bestehen. Die Toner oder Vorläufer, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind Polymere, Ladungssteuerungsmittel, Stabilisatoren und andere Komponenten, die üblicherweise bei elektrophotographischen Tonern angetroffen werden. Derartige Polymere und Materialien sind im Handel von Clariant, Image polymers, Sybron, Zeneca und anderen erhältlich.
Die interessierenden Eigenschaften bezüglich einer Anwendung mancher der Entwicklerpolymere, die hierin nützlich sind, umfassen Glasübergangstemperatur (Tg – glass transition temperature) und Schmelzindex (MI – Melt Index). Gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument bedeutet Glasübergangstemperatur (Tg) den Übergang, der auftritt, wenn eine Flüssigkeit zu einem amorphen oder glasartigen Feststoff abgekühlt wird. Sie kann auch die Veränderung, in einer amorphen Region eines teilweise kristallinen Polymers von einem viskosen, gummiartigen Zustand zu einem harten oder brüchigen Zustand sein, die durch eine Temperaturänderung bewirkt wird. Bei der vorliegenden Erfindung weisen die Materialien, die zum Verbessern der Dauerhaftigkeit der mittels eines Tintenstrahldruckens erzeugten Bilder verwendet werden, eine Tg auf, die zwischen 40 und 140 Grad C liegen kann. Eine stärker bevorzugte Bandbreite an Glasübergangstemperaturen liegt zwischen 50 und 90 Grad C. Schmelzindex-(MI)Werte für die vorliegenden Materialien können zwischen 400 und 3.000 Gramm/10 Minuten liegen. Eine stärker bevorzugte Bandbreite kann zwischen 1.800 und 2.500 Gramm/10 Minuten liegen. Eine noch stärker bevorzugte Bandbreite liegt zwischen 2.000 und 2.250 g/10 Min.
Hierin sind repräsentative Beispiele von Synthesen schmelzbarer Polymere präsentiert, die den anhand der Materialien und Prozesse der vorliegenden Erfindung erzeugten Bildern Dauerhaftigkeit verleihen.
Die ersten Gruppen von Polymeren werden durch Kondensationsreaktionen synthetisiert, um Substitute auf eine „Rückgrat"-Polymerkette „aufzupfropfen". Beispielsweise wird ein Polymer aus Styren/Maleinsäureanhydrid eines Molekulargewichts von 1.600 (Durchschnitt) mit Ammoniumhydroxid in auf Rückfluss gehaltenem Tetrahydrofuran, THF, behandelt, um ein Amidsäurederivat zu erzeugen; das Derivat wird dann mit weiterem Ammoniumhydroxid oder Ammoniumhydrogencarbonat und Wasser behandelt. Ein Verdampfen von THF ergibt das wässrige Polymer. Das durchschnittliche Molekulargewicht der Polymere kann hierin zwischen 900 und 500.000, vorzugsweise zwischen 1.000 und 100.000, stärker bevorzugt zwischen 1.000 und 50.000 betragen.
Bei einem anderen Beispiel wird ein Polymer aus Styren/Maleinsäureanhydrid eines Molekulargewichts von 1.900 (Gewichtsmittel) mit PEG-Amin in auf Rückfluss gehaltenem wasserfreiem THF behandelt, um ein Amidsäurederivat zu erzeugen; wie zuvor wird das Derivat mit Butylamin behandelt, um das gewünschte. Polymer zu ergeben. Bei einem weiteren Beispiel wird (Olefin-)Styren/Maleinsäureanhydridpolymer eines MW (Molekulargewicht, molecular weight) von 1.900 mit PEG 350-Methylether (0,5 äquivalent zu PEG/Anhydrid-Verhältnis) in auf Rückfluss gehaltenem THF behandelt, woraufhin Butylamin folgt, um die wässrige Lösung des Polymers zu erzeugen. In allen Fällen weisen die sich ergebenden Polymere eine geeignete Tg auf, um Filme zu bilden.
Somit können die obigen schmelzbaren Materialien aus Amidsäurederivaten von Alken-/Maleinsäureanhydrid- und Ammoniumhydroxid-Polymeren; Amidsäurederivaten von Alken-/Maleinsäureanhydrid- und Polyethylenglykolaminpolymeren (PEG-Aminpolymeren); Polymeren aus Alken-/Maleinsäureanhydrid und Addukten mit PEG-Monomethylethern (wobei das PEG ein Molekulargewicht von 100 bis 5.000 aufweist); und Gemischen oder Vorläufersubstanzen derselben ausgewählt sein. Siehe EP-A-1046685 , Preparation of Improved Inks for Inkjet Printers Using Specific Polymers and Siehe EP-A-1046686 , Preparation of Improved Inks for Inkjet Printers. Die Strukturen und chemische Zusammensetzung, die bei der Praxis der Erfindung nützlich sind, lauten wie in 1 gezeigt:
m = 0,18
n = 3–1000
p = 2–1000
wobei m, n und p Wiederholungseinheiten darstellen, wobei m zwischen 0 und 18 beträgt, n zwischen 3 und 1.000 beträgt und p zwischen 2 und 1.000 beträgt. R1 kann eine verzweigte Alkylkette mit aromatischen oder aliphatischen Gruppen oder eine geradkettige Alkylgruppe entlang der Hauptpolymerkette mit zwischen C2 und C50, vorzugsweise zwischen C2 (Ethylen) und C8 (Octyl) Kohlenstoffen sein; R kann eine Alkylkette, eine verzweigte Alkylkette oder ein Ring zwischen C2 und C50 sein, von denen einige Kohlenstoffe hydroxyliert sein können. Das Gegenion für Carboxylatgruppen in Wasserlösung kann eine Ammoniumspezies oder ein Metallkation sein.
Die zweite besondere Gruppe von Verbindungen, die für die Praxis der Erfindung nützlich sind, sind Polyoxazoline und Zwischenprodukte oder Vorläufersubstanzen derselben. Wie in 2 unten gezeigt und in der Literatur beschrieben ist (siehe beispielsweise U.S.-Patentschriften 5,817,169 ; 5,629,396 ; 5,644,006 ; 5,670,590 ; 5,240,744 und 4,658,011 ), werden Verbindungen dieser Serie durch die Wirkung von Hitze, Dehydrierung und katalytischer Polymerisierung umgewandelt. Ein Beispiel, das hierin nützlich ist, ist Poly-2-ethyl-2-oxazolin, das von Polymer Chemistry Innovations, Tucson, Arizona, erhältlich ist; Fachleute werden jedoch erkennen, dass bei der Praxis dieser Erfindung auch andere Amide, Oxazoline und Polymere verwendet werden können, um gedruckten Tinten wärmehärtbare Eigenschaften zu verleihen.
wobei R1, R2 und R3 unabhängig voneinander H, Alkylketten, verzweigte Alkylketten oder -ringe von zwischen C2 und C50 sein können; wobei manche Kohlenstoffe in einer hydroxylierten Form vorliegen können.
Eine Klasse von klaren Laser- und Kopierertonern sind Polymere, die aus einer Vielzahl von Materialien, z. B. Polyoxazolinen, hergestellt sind, Urethan-/Acrylblock- oder gemischte Polymere und Polymere, die aus Acrylatmonomeren hergestellt sind, z. B. Silikonacrylat (im Handel von der Firma Sartomer (Exton PA) erhältlich), Polycarbonate, Polyvinylpyrrolidin, Styren-Butadien-Latizes, PEG-aminmodifiziertes und/oder Diamin-vernetzes Polyenmaleinsäureanhydrid wie z. B. Ethylenmaleinsäureanhydrid oder Octadecenmaleinsäureanhydrid, oder Kolophonium-Maleinsäureanhydrid-Polymere.
Die meisten der oben aufgelisteten Tonermaterialien sind hydrophobe Polymere. Sie liegen in der Elektrophotographie als kleine, gesonderte Körner vor, die die Umrisse des Bildes vor einer Fusion auf einem Substrat darstellen. Als solches sind diese Materialien bisher mit wasserbasierten Tintenstrahltinten nicht kompatibel und somit für eine Verwendung in derselben nicht geeignet. Diese Erfindung verwendet benetzbare Analoga dieser Art von hydrophobem Material, das bisher mit Wasser nicht kompatibel war, um dauerhafte Bilder zu erzeugen.
Hierin sind repräsentative Beispiele von Synthesen von schmelzbaren Materialien präsentiert, die den Bildern, die durch die Materialien und Prozesse der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, eine Dauerhaftigkeit verleihen: Acrylatester wie z. B. Methylacrylat oder Methacrylat und Methylbutylacrylat zusammen mit aromatischen Vinylmonomeren, z. B. Styren.
Andere Monomere, die zum eines Emulsionspolymers (oder -latizes) verwendet werden, können ein Alkyl-acrylat oder -methacrylat sein. Diese Alkylacrylate oder Dmethacrylate umfassen Alkylgruppen mit Alkylgruppen mit ein bis zwölf Kohlenstoffen. Unter diesen befinden sich Methylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Hexylacrylat und dergleichen.
Unter den aromatischen Vinylmonomeren, die zur Aufnahme in diese Erfindung in Betracht gezogen werden, sind Styren, substituiertes Styren, Divinylbenzen, Vinyltoluen, Vinylnaphthalen, Polyvinylbenzene und Isomere derselben. Ein bevorzugtes aromatisches Vinylmonomer ist Styren.
Das schmelzbare Material, das dem gedruckten Substrat, das ein Produkt dieser Erfindung ist, Dauerhaftigkeit verleiht, ist nicht auf Emulsionspolymere beschränkt. In der Tat muss das schmelzbare Material nicht polymer sein.
Schmelzeinrichtungsmechanismus
Das Drucksystem umfasst eine Druckvorrichtung, die mit einer geeigneten Heizeinrichtung ausgestattet ist. Wärmeschmelzung ist oft die einzige Möglichkeit, wie das Bild, das durch in der Elektrophotographie verwendete Tonerpartikel erzeugt wird, auf dem bedruckten Substrat fixiert wird.
Die meisten Systeme verwenden eine erhitzte Rolle, um das Bild zu fixieren, obwohl beliebige andere Mittel eines Bereitstellens von Wärme verwendet werden können.
Die erhitzte Rolle ist oft eine Gummirolle, die mit Siliziumöl imprägniert und auf etwa 90°C vorerhitzt ist. Sie kann auch eine Metallrolle sein, die mit Glühlicht oder einer mit einem Reflektor ausgestatteten Lampe erhitzt wird. Bestimmte Laserdrucker verwenden in der Schmelzphase ein keramisches Heizelement. Wenn der Kopierer oder Drucker eingeschaltet wird, hängt die Wartezeit, bis die Maschine gebrauchsbereit ist, mit dem Erhitzen der Rolle zusammen.
Die Heizeinrichtung ist entworfen, um den Toner auf das Substrat zu schmelzen bzw. auf demselben zu fixieren. Bei Hochgeschwindigkeitssystemen kann ein Blitzschmelzen verwendet werden. Ein Blitzschmelzen beinhaltet die Verwendung erhitzter Lampen mit einer spezifischen Wärmeabgabe, um den Toner rasch zu erhitzen, der dann an dem Substrat anhaftet. Fixierer sind von Firmen, die Laserdrucker erstellen, im Handel erhältlich, beispielsweise Hewlett-Packard, Canon, Ricoh und Panasonic. In allen Fällen sind die in der Elektrophotographie verwendeten Tonerpartikel hydrophob.
Ein typischer Laserdrucker, der üblicherweise im Handel erhältlich ist, ist der Laser Jet 4L Printer von Hewlett-Packard. In der Schmelzphase wird Toner durch Wärme und Druck in das Substrat eingeschmolzen, um ein permanentes Bild zu erzeugen. Das Substrat (üblicherweise Papier) läuft zwischen einem keramischen Heizelement, das durch eine dünne Teflon-Hülse geschützt ist, und einer Weichdruckrolle durch. Dies bringt den Toner zum Schmelzen und presst ihn in das Substrat. Andere Laserdrucker verwenden eine Halogenheizlampe und erfordern häufige Aufwärmehasen, um eine Mindest-Bereitschaftstemperatur aufrechtzuerhalten.

Claims

Ein Verfahren zum Erzeugen eines dauerhaften Tintenstrahlbildes, das folgende Schritte umfasst: (a) Laden eines Substrats mit einer gegebenen Polarität; (b) Tintenstrahldrucken eines Fluids auf das Substrat; (c) Inberührungbringen der bedruckten Bereiche auf dem Substrat aus (b) mit einem klaren Toner, der dieselbe Polarität aufweist, wie das Substrat im Schritt (a); (d) Durchführen eines Aufschmelzschrittes an dem Substrat aus Schritt (c).
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem ein Thermotintenstrahldrucker zum Tintenstrahldrucken verwendet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem ein piezoelektrischer Drucker zum Tintenstrahldrucken verwendet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Toner eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 40 bis 140°C, vorzugsweise von 50 bis 90°C aufweist; und bei dem der Toner einen Schmelzindex (MI) von 400 bis 3.000 Gramm/10 Minuten, vorzugsweise von 1.800 bis 2.500 Gramm/10 Minuten aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der Toner aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: Amidsäure-Derivaten von Alken/Maleinsäureanhydrid- und Ammoniumhydroxid-Polymeren; Amidsäure-Derivaten von Alken/Maleinsäureanhydrid- und Polyethylenglykol(PEG)amin-Polymeren; Polymeren von Alken/Maleinsäureanhydrid und Addukten mit PEG (mit einer relativen Molekülmasse von etwa 100 bis etwa 5.000) Monomethylethern; und Gemischen oder Vorläufern derselben.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem der Toner aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: Polyoxazolinen; Polyoxazolins; Zwischenprodukten und Vorläufern von Polyoxazolinen; Zwischenprodukten und Vorläufern von Polyoxazolins; Urethan-/Acryl-Block- oder gemischten Polymeren; Polymeren, die aus Silikonacrylat, Polycarbonaten, Polyvinylpyrrolidin, Styren-Butadien-Latizes, PEG-aminmodifiziertem oder Diaminvernetztem Polyen-Maleinsäureanhydrid hergestellt sind; Acrylatestern; Vinyl-aromatischen Monomeren; Monomeren von Emulsionspolymeren; Alkylacrylaten; Methacrylaten; und Gemischen derselben.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Methacrylat-Monomere aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Methylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Hexylacrylat und Gemischen derselben besteht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Vinylaromatischen Monomere aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Folgenden besteht: Styren, substituiertem Styren, Divinylbenzen, Vinyltoluen, Vinylnaphthalen, Polyvinylbenzenen, Isomeren derselben und Gemischen derselben.