具有改進性能的樹脂涂覆的紙的制作方法

專利名稱：具有改進性能的樹脂涂覆的紙的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及基紙(base paper)，特別是涉及具有改進圖像性能的樹脂涂覆相片基紙(photo base paper)。
相關申請本申請是2004年11月30日所提交的，申請序列號為11/002,156，題為“用于噴墨圖像載體介質的系統和方法”，并且已轉讓給本發明受讓人的申請的部分繼續申請，此處其所有公開內容通過引用全部結合在本文中。
背景技術：
近年來，數碼成像裝置的使用不斷增長，例如熱敏式噴墨打印機、壓電式打印機、桌面打印機、大型打印機和激光打印機。該增長可以歸因于打印分辨率和整體打印質量的實質改進，外加成本的明顯降低，以及使用方便。今天的成像裝置以低于過去的成本為許多商業事務和家庭應用提供了可接受的打印質量。
用于接收打印圖像的介質產品和這些成像裝置一起使用。已知的成像打印介質通常包括基紙，其涂覆有單層或多層功能性涂層，例如油墨接收層、卷曲平衡層和圖像保護層。該基紙可以是未涂覆的原基紙(raw base paper)、涂敷基紙或樹脂涂覆的相片基紙。
用于相片打印的樹脂涂覆相片基紙傳統上包括為鹵化銀相片介質所設計的原基紙。為鹵化銀相片介質所設計的基紙是為使用底片形成照片而特制的高質量紙。此外，傳統圖像載體介質通常通過在兩邊擠壓塑料層而制成防水的，其中塑料層通常為聚烯烴樹脂如聚乙烯。一般來說，頂層上的樹脂涂層含有至少一種或多種白色顏料、熒光染料和遮蔽染料，以便提高或獲得增強白度的底色。
圖像接收側涂覆有大量在光譜上對用于彩色打印的紅、綠和藍光敏感的光敏鹵化銀顆粒，或者涂覆有大量對用于黑白打印的單色光照射敏感的鹵化銀顆粒。傳統上，圖像載體介質還包括在物理上保護鹵化銀顆粒并且促進成像的明膠。
由于復雜的圖像顯影過程，因此常規鹵化銀相片基紙有非常嚴格的質量要求，并由此導致和普通的良好基紙相比時其生產成本提高。例如，鹵化銀級原基紙要求最小量的邊緣液體滲透，并且其含有極高含量的膠料如AKD(烷基酮二聚物Alkylketone Dimer)。此外，鹵化銀級原基紙不利地受到使用無機物(通常用作填料)如碳酸鈣的影響，這些無機物可以導致與顯影液的可能的化學反應。鹵化銀級原基紙還具有和制造過程以及設備有關的要求，例如在由不銹鋼制的機器中成形以防止鹵化銀乳液的鐵敏化(iron sensitization)，和通常每分鐘600米(m/min)的相對慢的成形過程速率。
雖然上述成本中許多是歸因于制備用于鹵化銀顯影過程的圖像載體介質，但是相對昂貴的鹵化銀圖像載體介質也經常用于非鹵化銀成像過程，因此對于這些其它過程來說這產生了過于昂貴以及過度加工(over-engineered)的圖像載體介質。
希望提供噴墨打印機所用的圖像載體介質，其具有較低材料成本和較高制造簡易性，并且保持相片基紙的主要相片質量屬性。
發明概述本發明涉及一種可用于噴墨打印裝置(壓電式或熱敏式中的任一種或兩者，或其它形式的噴墨打印)的介質(“基材”)。在一種實施方案中，基材是圖像載體介質，其包含原基紙、至少一種填料、以及設置在原基紙至少一側的成膜樹脂。根據本發明，原基紙的成形規格范圍為約0.5-約12.0mm；通常為約0.5-約0.7mm(“C1”)，0.7-約1.1mm(“C2”)，約1.1-約1.8mm(“C3”)，約1.8-約2.6mm(“C4”)，約2.6-約4.5mm(“C5”)，約4.5-約6.7mm(“C6”)，和約6.7-約12.0mm(“C7”)，其中C1-C7是指通過PaperPerFect(PPF)分析儀所定義的成形規格，其在下文中進一步描述。
在一種實施方案中，對于C2-C6成形規格中的每一個的最小成形值分別獨立為至少約65或至少約70，至少約50或至少約60，至少約55或至少約60，至少約60或至少約70，和至少約70或至少約80。
在一種實施方案中，圖像載體介質包含原基紙和設置在該原基紙至少一側的成膜樹脂，其中該原基紙含有至少一種含量為約1-約40wt％的填料，并且其水分含量為至多約8.5wt％。
附圖概述

圖1是體現本發明實施方案特征的圖像載體介質的橫斷面視圖。
圖2是表示成形規格和光澤(gloss)水平之間相互關系的示意圖。
圖3是根據示范性實施方案說明形成涂覆的相片噴墨紙方法的流程圖。
圖4是根據示范性實施方案說明設計用于生產涂覆的相片噴墨紙的制造系統的簡單框圖。
本發明實施方案的詳述本發明涉及一種可用于噴墨打印裝置(壓電式或熱敏式中的任一種或兩者，或其它形式的噴墨打印)的介質(“基材”)。在一種實施方案中，基材是一種可用于制造“圖像載體介質”的原基紙。在一種實施方案中，基材是一種可用于制造“涂覆的相片噴墨紙”的圖像載體介質(下文中可替換地稱為“樹脂涂覆相片基紙”)。在另一種實施方案中，基材是一種“打印基材”，即至少部分覆蓋有噴墨油墨。本發明還涉及使用這種基材或者這種基材可用于其中的“噴墨打印系統”，該系統包括打印機和/或“噴墨筆”。本發明基材在圖像載體介質(即，樹脂涂覆相片基紙)和/或最終涂覆的相片噴墨紙中提供了增強的光澤和圖像質量。
通過使用可購于許多廠商的噴墨打印機，該基材可用于打印圖像(即，產生“打印基材”)。噴墨打印機包括，例如壓電和熱敏打印機，桌面式和大型兩者。實例包括Deskjet、Business Inkjet、PhotosmartInkjet和DesignJet打印機，所有這些由特拉華州的惠普公司(Hewlett-Packard Company of Delaware)制造。
本發明相片基紙包括由纖維、填料、水分和任選的添加劑所形成的原基紙，和設置在原基紙至少一側的成膜樹脂。在一種實施方案中，原基紙的填料含量占至多約40％，一般(generally)為約1-約40wt％，通常(usually)為約5-約35wt％，經常(often)為約10-約25wt％，基于基紙的基重(basis weight)。可以利用電暈處理增強樹脂在原基紙表面上的粘附。在樹脂涂覆完成后，可以涂覆明膠膠層(subbing layer)以增強相片噴墨涂層配方在樹脂涂覆表面上的粘附。另外，可以在相片基紙背面涂覆抗靜電層。
根據本發明的一種實施方案，在小規格成形(scale formation)的原基紙和其光澤水平，以及隨后所得的紙(即相片基紙、涂覆的噴墨紙和打印基材)的光澤水平之間存在一種相互關系，并通常是強相互關系。根據一種實施方案，原基紙成形規格范圍為約0.5-約12.0mm；通常為約0.5-約0.7mm(“C1”)，0.7-約1.1mm(“C2”)，約1.1-約1.8mm(“C3”)，約1.8-約2.6mm(“C4”)，約2.6-約4.5mm(“C5”)，約4.5-約6.7mm(“C6”)，約6.7-約12.0mm(“C7”)，其中C1-C7是指通過PaperPerFect(PPF)分析儀所定義的成形規格，其在下文中進一步描述。在所述成形規格中，在一種實施方案中，規格C2-C6和光澤具有比所述C范圍(range)的其余規格更大的關聯。
根據一種實施方案，對于不同的成形規格(尺寸范圍)，存在有最小的PaperPerFect成形值(PPFV)，必須對其進行保持以便為隨后的基材(包括相片基紙和涂覆的相片噴墨紙)產生可接受的光澤水平。其方法在下文中進一步描述。
在一種實施方案中，對于每一個成形規格的最小成形均勻值(formation uniformity value)獨立地和/或共同地是105、70、60、55、50、65和65；其分別對應于C1-C7的成形規格。在一種實施方案中，最小成形均勻值為110、80、70、60、60、70和70；其分別對應于C1-C7。滿足其最小數值的C組(group)的數值越大，光澤越好。在一種實施方案中，對于所述C組來說，滿足所有的最小數值。
根據一種示范性實施方案，為了優化圖像載體介質和涂覆的相片噴墨紙的光澤，原基紙的水分含量低于約8.5wt％，一般為8.0wt％或更低，通常低于約8.0wt％，經常為約7.0wt％或更低，正常(normally)為約6.0-約7.0wt％，基于基紙的基重。在一種實施方案中，上文所述的水分水平處于填料含量為約10.0-20.0wt％，基于基紙的基重。
定義如本說明書和所附權利要求中所用，下列術語具有下列含義“原基紙”表示包括纖維、填料、添加劑等的任何未擠壓或未涂覆的紙，其用于形成相片基紙。
“圖像載體介質”或“相片基紙”可替換使用，并表示在其上沒有設置噴墨涂層配方的“樹脂涂覆的”原基紙。
“涂覆的相片噴墨紙”表示包括涂覆在其上的噴墨配方的相片基紙，其產生可以用噴墨打印機成像的成品介質。
“打印基材”表示至少部分涂覆有噴墨油墨的涂覆的相片噴墨紙。
“基材”表示“原基紙”、“圖像載體介質”或“相片基紙”、“涂覆的相片噴墨紙”或“打印基材”中的任一種，其包括本發明的特征。
“鹵化銀”表示由銀和鹵素如氯、溴或偶爾為碘所形成的任意化合物。
“樹脂”表示基本上為透明或半透明但不溶于水的任意粘性物質(在其熔化操作溫度下)。
術語“亮度”表示在457nm的光波長下，相對于標準物如氧化鎂的反射比(reflectance)的介質定向反射比。
術語“纖維長度”(FL)概括表示精制處理后紙漿的加權平均纖維長度。因此，如果纖維長度是lmm(毫米)和重wmg(毫克)，那么對于所給紙漿，加權平均長度(L)為∑(wl)/∑w，或對產品重量和各個纖維長度的積求和后再除以樣品中纖維總重量。
另外，此處所用的“噴墨筆”表示包括或設計包括油墨的噴墨筆；“打印系統”表示設計使用本發明基材并且包括至少一種或多種噴墨油墨、噴墨筆、基材和打印機的噴墨打印系統。如此處所用的噴墨筆包括這樣的噴墨筆，其中打印頭與油墨供給裝置相連，并且打印頭和油墨供給裝置在移動托架上可隨意使用，所述移動托架橫穿過紙張(“同軸”系統(on-axis))，以及其中打印頭永久性或半永久性地放置在托架上，并且打印頭可移動式地與相對托架放置較遠的油墨供給裝置相連(例如，不在可移動式托架上，即“離軸”(off-axis))。
在一種實施方案中，本發明涉及和使用這種基材或者這種基材可用于其中的“噴墨打印系統”，其包括打印機和/或“噴墨筆”。
此處所有濃度都是所述材料在基重中的重量百分比，除非另外指出。例如，為了描述填料材料或水分的重量百分比，用材料(例如，填料或水)的重量除以總基重(其包括材料、水分和纖維的重量)。例如，對于100克總基重的基紙，5％水分和15％填料相當于含有5克水，15克填料和80克纖維的原基紙。所有組分的純度是以正常商業習慣用于打印介質的純度，除非另外描述。
現在參見圖1，這是體現本發明特征的示范性圖像載體介質100的示意圖，其包括原基紙層110。在一種實施方案中，原基紙110有兩個表面；分別為113和117，它們在原基紙層110的兩相對面上彼此遠離而延伸，并且至少一個樹脂層120與其至少一個所述表面相鄰放置。根據圖1所示的實施方案，載體介質100進一步包括至少一個其它的樹脂層130，它與其第二表面相鄰放置。在一種實施方案中，樹脂層120和/或130是成膜樹脂層。樹脂層120和/或130各自可以通過適當方法獨立地與原基紙110相鄰放置，例如但不限于，涂覆、噴霧、層壓或擠壓。
在一種示范性實施方案中，當至少一種成膜樹脂120和/或130存在時，它們各自獨立地由熱塑性樹脂形成，例如聚烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂，或它們的混合物。在一種實施方案中，熱塑性樹脂是聚乙烯樹脂形式的聚烯烴樹脂。下文中為描述樹脂形成層(resin forming layer)，將使用層120。應當理解的是涉及層120的任何描述同樣可以適用于層130(當其存在時)。在使用時，聚乙烯樹脂由于其熔體擠出性能而特別有用。在一種實施方案中，聚乙烯樹脂選自低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、直鏈低密度聚乙烯、和α-烯烴的共聚物(例如，乙烯和丙烯或丁烯)、羧基改性的聚乙烯樹脂，以及它們的混合物。
原基紙110可以由許多種類型的纖維形成，其包括但不限于一次(virgin)硬木、一次軟木、二次(recycled)硬木、二次軟木纖維，以及它們的結合。
在一種實施方案中，原基紙110的纖維長度(FL)以加權平均長度計，可以為約3.0毫米(mm)或更低。在一種實施方案中，在紙漿精制處理完成后，纖維長度(FL)可以為約0.5-約3.0mm。
在一種實施方案中，原基紙110可以包括許多填料和添加劑材料，其在本發明實踐中可以是必需的。在制造圖像載體介質100時，本發明實踐中有用的示范性填料和添加劑，包括但不限于粘土、高嶺土、碳酸鈣(CaCO3)、石膏(水合硫酸鈣)、二氧化鈦(TiO2)、滑石、三水合氧化鋁、氧化鎂(MgO)、礦物質(minerals)、合成填料、天然填料，和它們的組合，或者任何其它適合用作填料以代替或補充(in addition to)纖維素纖維的材料。
在一種示范性實施方案中，原基紙110基重的至多約40％(含約40％)可以由填料組成。在一種實施方案中，原基紙的填料含量范圍為約1-約40wt％，通常為約5-約35wt％，正常為約10-約25wt％，基于原基紙的基重。在一種實施方案中，填料是無機填料如碳酸鈣。如能夠理解的是，包含填料降低了圖像載體介質100的總體成本，同時保持和/或增強了圖像載體介質100以及隨后由其所制造的介質或基材如涂覆的相片噴墨紙的質量。
例如，白色填料如碳酸鈣增強了亮度、白度、以及所得圖像載體介質的質量。相對較貴的填料如二氧化鈦的替換(部分或全部)或者使用成本相對較低的填料如碳酸鈣(部分或全部)也有助于在圖像載體介質制造中節省總體成本。
在本發明的一種實施方案中，已發現在小規格成形的原基紙和原基紙以及隨后所形成的紙(即相片基紙、涂覆的噴墨紙和打印基材)的光澤水平之間存在一種相互關系，并通常是強相互關系。已發現具有這種效果的原基紙成形規格為約0.5-約12.0mm。在一系列實驗中，已發現下列原基紙成形規格，獨立地和/或共同地，通常是共同地，對光澤有影響，通常是顯著的影響約0.5-約0.7mm(C1)、0.7-約1.1mm(C2)、約1.1-約1.8mm(C3)、約1.8-約2.6mm(C4)、約2.6-約4.5mm(C5)、約4.5-約6.7mm(C6)、約6.7-約12.0mm(C7)；其中C1-C7是指由PaperPerFect分析儀所定義的成形規格，其在下文中進一步描述。在所述成形規格中，在一種實施方案中，發現，規格C2-C6和所述C組的其余規格相比，對光澤具有更大的影響。
在一種實施方案中，進一步發現對于不同的尺寸范圍，存在最小成形值(PPFV)，必須對其進行保持以便為隨后的基材(包括涂覆的相片基紙和涂覆的相片噴墨紙)產生可接受的光澤水平。其方法在下文中進一步描述。
在一種實施方案中，為了優化相片基紙和涂覆的相片噴墨紙的光澤，對于不同的成形規格(尺寸范圍)，原基紙的成形均勻性具有最小成形均勻值，并且該值可定義為PPF成形值(PPFV)。在一種實施方案中，每一成形尺寸規格的每一最小成形均勻值獨立如下，而在一種實施方案中，對下表I中所列的各種成形規格，滿足全部最小成形均勻數(minimum formation uniformity numbers)
表I

在一種示范性實施方案中，令人驚訝地發現原基紙水分水平對相片基紙以及隨后由其所形成的基材的光澤具有特別的影響。根據一種示范性實施方案，為了優化圖像載體介質和涂覆的相片噴墨紙的光澤，原基紙110具有低于約8.5wt％的水分含量，一般為8.0wt％或更低，通常低于約8.0wt％，經常為約7.0wt％或更低，正常為約6.0-約7.0wt％，基于原基紙的基重。在一種實施方案中，上文所述的水分水平處于填料含量為約10.0-20.0wt％，基于原基紙的基重。
在一種實施方案中，已發現比上述高的水分水平對相片基紙和/或隨后的基材(包括涂覆的相片噴墨紙)的光澤具有不利的影響。
在一種實施方案中，可任選將添加劑加入至原基紙110中。這些添加劑的合適例子包括但不限于，上漿劑(sizing agent)如脂肪酸的金屬鹽和/或脂肪酸、烷基酮二聚物乳化產物和/或環氧化的高級脂肪酸酰胺；鏈烯基或烷基琥珀酸酐乳化產物以及松香衍生物；干補強劑如陰離子、陽離子或兩性聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、陽離子化淀粉以及植物半乳甘露聚糖；濕補強劑如聚胺聚酰胺表氯醇樹脂；定影劑如水溶性鋁鹽、氯化鋁和硫酸鋁；pH調節劑如氫氧化鈉、碳酸鈉和硫酸；光學增白劑；和著色劑如顏料、染料(coloring dye)和熒光增白劑；以及它們的結合。
在一種實施方案中，基于原基紙的基重，原基紙110的至多約20％可以包含粒徑范圍為約0.2-約0.5微米的微細物(fine content)。微細物的例子包括在紙漿精制過程中所形成的切碎的或碎裂的細小木纖維片。根據一種示范性實施方案，按原基紙總干重的百分比計，微細物可以為約15-約20wt％，基于原基紙的基重。
在一種實施方案中，原基紙可以包括許多助留劑、助排劑、濕強度添加劑、消泡劑、殺蟲劑、染料、其它濕部(wet-end)添加劑，以及它們的結合。
為論述實施例，下列背景信息可能是有用的通常認為在相片基紙的生產中，最重要的原基紙性能是成形(formation)和光滑度。光滑度可以定義為紙的表面均勻性。成形可以定義為在一張紙中質量分布的小規格變化。光滑度通常通過漏氣測試方法如Parker Print Surf或Sheffield進行測量，并且成形評估由于均勻性規格而更加復雜。
成形的質量通常由人眼或成形測試儀如Kajaani、MK或Ambertec進行評價，這些成形測試儀提供單一數值的成形指標。單一指標數值通常由變化或標準偏差的系數計算出。單一數值指標在描述紙張結構復雜性方面有限制，并且經常不適合預測相片質量介質所需的許多期望屬性。
使用光傳輸方法的大部分成形測試儀提供了從紙張所投影(projected)的兩維光強度圖(map)。類似地，β射線法也提供了兩維纖維質量分布圖。將兩組兩維數據折合(collapse)到單一數值成形指標損失了紙特征的技術細節。
在本發明中，如下文中所進一步描述的，購于OpTest EquipmentInc.(Ontario，Canada)的PaperPerFect Formation(PPF)分析儀被用于評價成形規格對光澤性能的影響。
實施例為了評價本發明對光澤的效果，特別是成形規格和水分含量，首先測量具有如下所述性能的原基紙性能，并將其與傳統鹵化銀原基紙的性能進行比較，其結果示于表II中
表II

各種性能根據工業標準方法和/或下文進一步描述的方法進行測量。
對于同種樣品(原基紙)的成形規格使用購于OpTest EquipmentInc.(Ontario，Canada)的PaperPerFect Formation(PPF)分析儀進行測量。PaperPerFect分析儀是光傳輸成形計并且能夠測量范圍為0.5-60mm的紙的成形規格。PPF分析儀在上述成形規格范圍內測量成形規格的成形函數。將這些范圍分組為下表III所示的C1-C10的十個組分組。
表III

在進行測量時，該儀器在將成形非均勻性的強度作為成形規格的函數劃分為其組分時使用基于傅立葉變換的能譜分析。通常，從原始樣品中選出256×256的像素圖像，并對其進行機器的反映(mirroring)以及快速傅立葉變換(FFT)子程序。然后，機器提供直接涉及紙張平面中局部非均勻性尺寸的波長數。然后將該結果表示為有關“完美紙”(在每種組分具有1000的成形值，例如不同的C尺寸范圍)的PPF成形值(PPFV)。該測試方法在已轉讓于McGill University的美國專利No.6,301,373中詳細描述，并且本文中其所有公開內容通過引用結合在本文中。
為了進行測試，使用上文所引用的商用機器和方法并使用表II所示的基紙110樣品進行加工。通常所測試的樣品具有根據上表III所述的成形規格。然后將該樣品加工為相片基紙，測量光澤水平，并且結果示于下表IV中。使用回歸分析對結果進行分析，并將具有不同成形規格的樣品的確定系數R2(確定系數是對表示數據的回歸線有多好的量度)記錄在圖2中。從該數據中可看出，在光澤性能上，不同成形規格C1-C7之間存在強相互關系，并且特別是成形規格C2-C6之間。
使用上文所引用的商用機器和方法，對具有C1-C7成形規格的本發明原基紙樣品進行分析，以測定原基紙110中成形均勻性的水平，其對于樹脂涂覆的紙(以及隨后由其所形成的基材)達到可接受的光澤水平是必需的。將該樣品加工為相片基紙，并測定光澤水平。
使用Micro-TRI-Gloss Meter(由BKY-Gardner制造)在20°反射角(除非另外描述)下測定光澤水平。研究結果表示為最小PPFV(MPPFV)并示于以上表I中，其表示對于已確定的成形規格，原基紙通常所需的最小成形數值，以便相片基紙和隨后的基材具有可接受的光澤。測量樹脂涂覆的紙樣品的光澤水平和原基紙的PPFV，并將其記錄在表IV中。
表IV

同樣對具有表II所述性能的原基紙樣品進行加工，以產生不同的水分水平，并將它們用于制備樹脂涂覆的紙。通過在線濕度傳感器或離線烘箱法測量水分含量。測量樹脂涂覆的紙樣品的光澤水平，并且其記錄在表V中。已發現如果原基紙滿足表I所述的最小PPFV要求，則本發明的原基紙110可以為樹脂涂覆的紙提供最好的光澤性能，其中本發明原基紙110具有8.5wt％的水分含量，一般為8.0wt％或更低，通常約低于8.0wt％，經常為約7.0wt％或更低，正常為約6.0-約7.0wt％，基于原基紙的基重。在一種實施方案中，上述水分水平處于填料含量為約10-約25wt％，基于原基紙的基重。從表V中的數據可注意到，本發明滿足最小PPFV和水分含量的樣品在20°反射下提供了10-15％的相對光澤改進。
表V

表II說明了本發明原基紙110和傳統鹵化銀原基紙性能之間的許多差異，同時從數據中可注意到，根據本發明系統和方法所產生的原基紙層110顯示了許多類似或好于傳統鹵化銀原基紙的性質。
根據一種示范性實施方案，使用Kajaani Formation裝置，本發明原基紙層110顯示出約110-約120的成形水平，或者使用Ambertecβ成形測試儀，其顯示出約0.25-約0.6的成形水平，其兩者都對原基紙的光學性能進行測試以分析成形均勻性。類似地，根據一種示范性實施方案，使用Park打印表面法，本發明原基紙層110顯示出約2.0-約4.0微米的光滑度值，或者使用Sheffield光滑度分析，其顯示出約20-70的Sheffield單位(SU)。這些成形水平和光滑度值與傳統鹵化銀原基紙的相應值基本上相似。
孔隙度。為了測試孔隙度，使用Gurley空隙度測試法，該方法中使100cc的空氣通過樣品，并測量其通過的時間。從表II中可注意到，所制備的體現本發明特征的樣品介質II具有較低的Gurley孔隙度數值，其表示和對比鹵化銀介質III相比是更多孔的介質。
使用Cobb測試，通過將夾住的各個樣品放置在內徑為100cm2且裝備有水槽的環(ring)中，而測量樣品的吸收速率。將樣品靜置2分鐘，然后將殘余的水從環中清空。吸干(blot)樣品以除去未吸收的水并稱重。從表II中可注意到，所制備的體現本發明特征的樣品介質II與對比鹵化銀介質III相比，具有較高的吸收能力，例如通過較高的每單位面積吸水量而得到證明。
對樣品軸向(machine direction)和徑向(cross-machine direction)的剛性比進行測量，以便評定原基紙中的各向異性以及軸向(和造紙機操作方向相同)和徑向(垂直于造紙機的操作方向)上的應力比。從表II中可注意到，在由介質II所表示的一種實施方案中，其具有較低的剛性比，這被認為降低了最終產物(例如，涂覆的相片噴墨紙)在打印前和/或后卷曲的傾向。
分別使用標準TAPPI標準525、560和425測量樣品的亮度、CIE白度和不透明度。從表II數據可注意到，體現本發明特征的介質II具有比對比鹵化銀介質III更高的亮度、CIE白度和不透明度。這增加了這樣的提示，即在樹脂層120和/或130中可以減少(使用)較少量的添加劑如二氧化鈦，一種相對貴的添加劑，而不會對這些屬性產生消極影響，這形成了具有和較高成本的鹵化銀基產物至少相似(和一些情況下)更好性能的較低成本產物。
用于形成上述圖像載體介質(100)的示范性成形方法將在下文中詳細介紹。
根據一種示范性實施方案，將成膜樹脂120(或130)涂覆在原基紙層110的至少一側上。圖3說明了一種用于形成原基紙層和/或用成膜樹脂涂覆體現本發明特征的原基紙層的至少一側的示范性方法。如圖3所述，用于形成圖像載體介質100(參見圖1)的示范性方法由步驟200即首先將預期的木漿精制到加權平均纖維長度為約0.5-約3.0mm開始。根據一種示范性實施方案，將預期的木漿精制到加權平均纖維長度為約0.5-約3.0mm，需要外部和內部細纖化、切碎漿料或擊打漿料中的任一種。另外，根據本發明示范性實施方案可以使用切割打漿和濕打漿的各種結合。一旦在步驟200中木漿纖維被精制到預期的長度，那么在步驟210中所產生的微細物將為木漿干重的約0.0％-約20.0％。如先前所注意到的，上述微細物的范圍小于鹵化銀原基紙的范圍(例如，大于20％，基于干基重)。與傳統鹵化銀原基紙相比，為噴墨應用所設計的本發明原基紙微細物的減少，能夠提高造紙機速度。當步驟210中預期精制過程完成后，在形成預期的原基紙層110的制備過程中可以加入填料、上漿劑和任何其它的預期添加劑以形成漿料干重的至多約40％。根據一種示范性實施方案，將無機填料加入到漿料中。根據該示范性實施方案，將碳酸鈣(CaCO3)、粘土、石膏(水合硫酸鈣)、二氧化鈦(TiO2)、滑石、三水合氧化鋁和/或氧化鎂(MgO)的任何組合作為填料加入到漿料中。因此，上述填料可以構成至多約40wt％，一般為約1-約40wt％，通常為5-約35wt％，正常為約10-約25wt％，基于原基紙的基重。根據一種示范性實施方案，在步驟220中，一旦形成漿料，那么其可以在常規造紙機中進行加工以生產基重在約80和300g/m2之間的原基紙。傳統鹵化銀原基紙必須在由不銹鋼構成的昂貴造紙機中成形以防止鐵敏化，即一種污染形式。然而，對于本發明示范性系統和方法，不銹鋼造紙機的使用不是必須的，并且可以使用常規造紙機(即，結構中沒有不銹鋼)。雖然上述漿料可以在許多種加工速率下加工，但是根據一種示范性實施方案，低微細物水平可以使上述漿料在超過600ml/min的速率下進行加工。一旦形成原基紙，則之后可以在其至少一個表面上接收樹脂組合物以在步驟230中形成上述的圖像載體介質110。
一旦在步驟230中形成圖像載體介質，則在步驟240中可以用噴墨涂層配方對其進行涂覆。根據一種示范性實施方案，可以用于涂覆圖像接收介質的噴墨涂層配方包括但不限于聚乙烯醇、硅石、氧化鋁、明膠、聚合物和它們的適當結合。另外，噴墨涂層配方可以包含一個或多個層。此外，在圖像載體介質的一個或多個表面上可以形成一個或多個涂覆層。噴墨涂層配方的涂覆可以通過多種材料分配方法完成，其包括但不限于狹縫模口涂布(slot die coating)裝置、幕式涂布(curtain coating)裝置、刮板涂布(blade coating)裝置、輥式涂布(rollcoating)裝置、照相凹板式涂布(gravure coating)裝置等。
在圖像載體介質接收了噴墨配方后，卷軸(roll)然后經受多種加工(converting)和包裝操作。根據一種示范性實施方案，可以在所得的涂覆相片噴墨紙卷上進行的加工和包裝操作包括但不限于切割、打印、和/或包裝步驟，所述這些步驟可以在圖3所述的涂覆相片噴墨紙形成步驟后進行。
一旦噴墨涂層配方被涂覆到其上具有一個或多個樹脂涂層的圖像載體介質上，則其準備通過噴墨材料分配器(dispenser)而接收圖像。可用于在所得相片基紙上形成圖像的噴墨材料分配器包括但不限于熱驅動式噴墨分配器、機械驅動式噴墨分配器、靜電驅動式噴墨分配器、磁驅動式分配器、壓電驅動式分配器、連續噴墨分配器等。
如可以理解的是，本發明系統和方法提供了一種用于噴墨成像方法而設計的低成本圖像載體介質。更具體地是，該噴墨成像方法可以使用這樣一種基紙，該紙中包括來自各種木材或合成源、并且加權平均長度為約0.5-約3.0mm的一次和/或二次纖維。另外，通過放寬對成像介質的制造限制以及用于制造成像介質的可用機器，大大降低了建立生產設施的原始成本。此外，本發明系統和方法允許在其基礎介質(media base)中包括填料，以降低成本并改進所得基礎介質的光學性能。進一步，上述組分的使用有助于對卷曲具有更低敏感性的基礎介質的形成。
參見圖4，其根據一種示范性實施方案，說明了使用樹脂涂布器300將樹脂組合物涂覆在原基紙的表面上。如圖3所示，將原基紙350存儲在卷軸或松卷裝置(pay-off)340上。在圖3所示的樹脂涂覆過程步驟230中，使原基紙350在壓緊輥(pressure roller)360上通過，其中該輥位于薄膜模口325的下方。如圖4所示，薄膜模口325流動性地連接至含有預期樹脂的儲料器310和擠出機320。當未涂覆的原基紙350靠近薄膜模口325通過時，將樹脂330擠出至原基紙350的表面上。一旦涂覆后，使用冷卻輥(chill roll)370對原基紙和其新涂層進行處理。冷卻輥370的表面光潔度(surface finish)和樹脂涂布器300的加工條件決定了在所給原基紙上的圖像載體介質380所得到的表面光潔度和光澤。另外，可以使用電暈處理以增強樹脂330在原基紙350表面上的粘附。另外，在樹脂涂布完成后，可以涂覆明膠膠層以增強相片噴墨涂層配方在樹脂涂覆表面上的粘附。一旦涂覆后，通過用于存儲的卷取輥(windup roll)390收集基材，直到在其上進行其它處理，如噴墨配方涂布、切割、打印、包裝等。
根據本發明系統和方法的一種示范性實施方案，冷卻輥370的粗糙度可以從約0.25微英寸變化至約5微英寸Ra(平均粗糙度)。此處所用的平均粗糙度Ra測量為表面區域平均線上方和下方的所有面積的絕對值的總和除以樣品長度。已發現根據一種示范性實施方案，具有上述粗糙度的冷卻輥370產生出用于接收噴墨涂層配方的光澤表面。另外，可以改變許多其它工藝參數以改變樹脂涂覆基紙的最終光澤，這些參數包括但不限于擠壓強度(nip pressure)、冷卻輥溫度和熔融溫度。
雖然圖4所示的樹脂涂布器300顯示了在原基紙350的一個表面上提供樹脂330的擠出裝置，但是上述系統和方法也可以用于將樹脂涂層提供至原基紙350的多個表面。此外，可以使用多種樹脂涂布器在原基紙350的一個或多個表面上提供樹脂330，其包括但不限于施膠機、垂片施膠機(tab size press)、刮板涂布、氣刀刮涂、擠出涂布等。
雖然本文中已圖示并描述了本發明的特殊形式，但很顯然可以對本發明進行各種改變和改進。此外，雖然本發明實施方案的個別特征可以在某些附圖中顯示，而沒有在其它附圖中顯示，但本領域技術人員能認識到本發明一種實施方案中的個別特征可以和另一種實施方案中的任意或所有特征相結合。因此，并不意味著將本發明限定于已描述的特殊實施方案。意圖是將允許像現有技術一樣寬的由所附權利要求的范圍所限定的本發明。
術語如“元件”、“構件”、“組分”、“設備”、“部分”、“份”、“步驟”、“方法”以及類似意義的詞在本文中使用時，將不解釋為引援35U.S.C.§112(6)的規定，除非下列權利要求明顯使用后面有特定功能而沒有具體結構的術語“裝置(means)”或者使用后面有特定功能而沒有具體動作的術語“步驟(step)”。因此，不意圖限定本發明，除非通過所附權利要求進行限定。本文中所涉及的所有專利和專利申請通過對其全文引用而結合至本文。
權利要求
1.一種圖像載體介質100，其包含a.具有多種成形規格(“FS”)的原基紙110，其中成形規格包括范圍為約0.5-12.0mm的基紙成形規格(basic formation scale)，該基紙規格包括范圍為約0.5-約0.7mm(“C1”)、約0.7-約1.1mm(“C2”)、約1.1-約1.8mm(“C3”)、約1.8-約2.6mm(“C4”)、約2.6-約4.5mm(“C5”)、約4.5-約6.7mm(“C6”)、約6.7-約12.0mm(“C7”)的多種成形規格；并且對于成形規格C2-C6的每一個的最小成形值(“PPFV”)分別獨立地為至少約65或至少約70，至少約50或至少約60，至少約55或至少約60，至少約60或至少約70，和至少約70或至少約80；b.至少一種填料；c.設置在原基紙110至少一側的成膜樹脂120、130。
2.如權利要求1的圖像載體介質100，其中對于成形規格C1和C7的每一個的最小成形值(“PPFV”)分別獨立地為至少約105或至少約110，和至少約65或至少約70。
3.如權利要求1或2中任一項的圖像載體介質100，其中圖像載體介質100具有，和成形值小于所述最小PPFV的其它類似圖像載體介質相比，在20°反射角下相對強約10-約15％的光澤。
4.如權利要求1-3中任一項的圖像載體介質100，其中原基紙110具有至多約8.5wt％或至多約8.0wt％的水分含量，基于原基紙的基重。
5.如權利要求1-4中任一項的圖像載體介質100，其中原基紙110包含其量為約1-約40wt％的至少一種填料，基于原基紙的基重。
6.如權利要求1-4中任一項的圖像載體介質100，其中原基紙110包含其量為約5-約35wt％的至少一種填料，基于原基紙的基重，與總量相比。
7.如權利要求1-6中任一項的圖像載體介質100，其中至少一種填料選自碳酸鈣、粘土、高嶺土、石膏、二氧化鈦、滑石、三水合氧化鋁、氧化鎂或它們的任意組合。
8.一種涂覆的噴墨相紙，其包含a.根據權利要求1-7中任一項的原基紙110具有多種成形規格(“FS”)的原基紙；b.和至少一種成膜樹脂120、130相鄰放置的的噴墨相容涂層。
9.一種形成圖像載體介質100的方法，其包括a.形成根據權利要求1-7中任一項的原基紙具有多種成形規格(“FS”)的原基紙110；和b.用成膜樹脂120、130涂覆原基紙110的至少一側。
10.如權利要求9的方法，其進一步包括相鄰至少一種成膜樹脂120、130，涂覆噴墨相容涂層配方。
全文摘要
一種具有改進的圖像性能如光澤的圖像載體介質(100)，其包括原基紙(110)和設置在該原基紙(110)至少一側的成膜樹脂(120，130)。
文檔編號B32B29/00GK101068983SQ200580041063
公開日2007年11月7日 申請日期2005年11月18日 優先權日2004年11月30日
發明者C·樸, X·富, R·J·塞倫斯基, C·E·斯泰肯 申請人:惠普開發有限公司