專利名稱:用于電子照相印刷的記錄介質的制作方法
技術領域:
本發明一般性涉及記錄介質,更具體地說涉及含有電荷控制添加劑的涂料配方,該添加劑形成了用于電子照相印刷的涂覆介質的一部分。
背景技術:
打算用于電子照相印刷方法的記錄介質如紙的電阻率對于該方法的成功至關重要。利用靜電荷將干調色劑施涂于記錄介質。因此,規定靜電荷的數量是有益的,甚至是必需的。然而,當記錄介質的電阻率太高時,記錄介質上會形成過量靜電荷,由此導致眾所周知的如記錄介質本身誤饋送、雙饋送增加的問題。另外,過量的靜電荷產生假象和印刷圖像缺陷,像“小雞痕(chicken tracks)”或“鯊魚皮(sharksin)”。或者,當記錄介質的電阻率格外低,太少的靜電荷可以形成于記錄介質上時,導致低的調色劑轉印效率,這依次轉化為圖像中較低且有時可變的打印密度。
因此,研究者公認對于用于電子照相印刷方法中的記錄介質層如紙需要廉價的電阻率控制層。更具體地說,需要維持記錄介質電阻率在預定的適合范圍的電阻率控制層,并且它對記錄介質含水量和記錄介質儲藏環境的相對濕度變化不敏感。提供相對耐光且施涂了它的記錄介質不變黃的電阻率控制層也是所希望的。
概述在施涂于其上的涂料中包括電荷控制添加劑的涂層記錄介質滿足了如上所述的需要。該記錄介質適用于電子照相印刷方法,其基本上包括雙面基材,在該基材上施涂有基礎層。但是對我們來說,重要的是基礎層包括電荷控制添加劑或根據本發明配制的組合物。在基礎層上施涂圖像接收層。該圖像接收層也包括本發明的電荷控制組合物。通常,電荷控制組合物包括電解質、溶劑和有機載體。
本發明也包含記錄介質的處理方法,該方法減少環境空氣相對濕度和記錄介質含水量對記錄介質電阻率的影響。在該方法中,首先提供具有第一和第二側面的基材。基礎層涂料施涂在基材第一和第二側面中的至少一個上。該基礎層包括電荷控制添加劑。接下來,圖像接收層涂料施涂在基材第一和第二側面中的至少一個上。通常圖像接收層施涂在基礎層上,但是可以想象在合適的情況下,圖像接收層可以直接施涂于基材本身。圖像接收層也包括本發明的電荷控制組合物。
圖1是根據本發明實施方案的分層記錄介質的截面示意圖。
詳細說明下文中詳細說明本發明,參考形成其部分的附圖,并且在其中通過舉例說明的方式顯示了可以實踐本發明的特定實施方案。附圖中,同樣的數字在全部幾個視圖中描述基本上相似組件。足夠詳細描述的實施方案使得本領域技術人員可以實踐本發明。其它實施方案可以使用,并可以進行結構、邏輯和電學改變而不脫離本發明的范圍。因此下列詳細說明不具有限制意義,本發明的范圍僅由其所附的權利要求書及其等同物定義。
許多類型的記錄介質均可用于電子照相印刷方法。顯然最普通的是紙,但是也使用其它類型記錄介質如塑料膜。在這里使用的術語“記錄介質”可以與術語“紙”互換地使用。注意該替代是一種便利方式,而且術語“記錄介質”應解釋為包括任何適合用于印刷方法的介質,該印刷方法包括但不限于,激光、噴墨和數字印刷方法。
圖1舉例說明通常的記錄介質分層薄片10。分層薄片10具有基材12,其可以是紙或塑料膜。基材12具有第一側面14和第二側面16。基礎層或層18直接施涂于基材12的第一和第二側面14,16。直接施涂于基礎層或層18上的是頂層或層20。基礎層和頂層18,20用于使基材12表面平滑以及改性薄片10的最終光學、化學和電學特性。
在一定應用中,從薄片10上省略一個或多個層18,20是所希望的。例如,在僅對薄片10的一個側面進行印刷時,從基材12的一側省略頂層或層20。而且,在有些情況下,從基材12的一個側面14,16將基礎層和頂層18,20兩者均省略是所希望的。
基礎層18包括基礎組合物,其以已知的方式施涂于薄片10上。基礎組合物(以及由此形成的層或涂層)可以包括無機顏料、粘合劑和電荷控制添加劑。頂層20包括圖像接收組合物。圖像接收組合物(以及由此形成的層)可以包括無機顏料、聚合物空心顆粒顏料、粘合劑和電荷控制添加劑。
適合的無機顏料可以以粉末或漿狀提供。適合的無機顏料實例包括,但不限于,二氧化鈦,水合氧化鋁,碳酸鈣,硫酸鋇,硅石,粘土(如高亮度高嶺土)和氧化鋅。僅舉例來說,具有所希望性能的一種適合無機顏料是碳酸鈣。碳酸鈣可以是重質碳酸鈣(GCC)或化學沉淀碳酸鈣(PCC)。此類所希望的性能包括高亮度、光澤、不透明性、良好流變性能和良好涂覆能力。此外,碳酸鈣的獲得是相對經濟的。在基礎層18和頂層20中,無機顏料可以以最高含量負載而不增加成本,因為包括這些顆粒的涂料溶液的成本通常比紙漿的更廉價。該組合與具有相似重量的普通紙相比可以提供高性能、低成本的分層紙。
粘合劑將基礎層中的無機顏料粘結到薄片10上,以及在頂層中粘結無機顏料和塑料空心顆粒。適合的粘合劑包括水溶性聚合物如聚乙烯醇,淀粉衍生物,明膠,纖維素衍生物,丙烯酰胺聚合物,或水可分散的聚合物如丙烯酸類聚合物或共聚物,乙酸乙烯酯膠乳,聚酯,偏二氯乙烯膠乳,和苯乙烯-丁二烯或丙烯腈-丁二烯共聚物膠乳。
塑料空心顏料是水分散的,聚合物空心球狀顆粒,其填充有水。當施涂于薄片的層干燥時,塑料空心顏料也失水,留下空心的空氣填充芯。一個實施方案中,塑料顏料由苯乙烯乳液聚合制成,玻璃化轉變溫度(Tg)約100℃。塑料空心顏料在環境條件下是非成膜的并且在涂層過程中保持離散顆粒狀。空心顆粒象塑料空心顏料可以具有占材料總體積20%~70%的空隙體積。一個實施方案中,顆粒塑料空心顏料具有約0.3~約2微米的顆粒尺寸和/或約50℃~約120℃的玻璃化轉變溫度(Tg)。其它適合用于本發明實施方案的塑料空心顏料的實例包括Ropaque BC-643,Ropaque HP-543,或Ropaque OP-84,全部由Rohmand Haas Company,Philadelphia,PA,USA制造,和HS-3000NA,它可購自Dow Chemical Company,Midland,MI,USA。
除了如上所述的主要組分和將在下一個段落詳述的電荷控制添加劑之外,少量的涂層添加劑還可以存在于該層組合物中。此類添加劑包括控制紙顏色的染料,光學增亮劑,潤滑劑,表面活性劑,流變性改性劑,交聯劑(例如用于防水),消泡劑和/或分散劑,略舉數例。
為了改性薄膜10的電學特性,將放電控制添加劑與基礎層和頂層18,20的至少之一共混。優選,電荷控制添加劑與基礎層和頂層18,20兩者都結合,但是也可以僅與這兩層的一個結合。放電控制添加劑在薄片10的電阻率為約1×106Ω/平方至1×1015Ω/平方,更優選1×109Ω/平方至1×1013Ω/平方。
放電控制添加劑是電解質和液體載體的混合物。在液體載體存在下,電解質提供自由電子給層18,20,使得基材12的固有電阻率下降。適合的電解質包括,但不限于,可電離的無機鹽、有機電解質和低分子量聚合物電解質。一些適合的電解質的具體實例包括氯化鈉,氯化鈣,氯化鉀和氯化鋁;單價的無機和有機鹽如檸檬酸鹽,乳酸鹽和乙酸鹽;四-烷基銨鹽如四乙基溴化銨;和聚丙烯酸乙烯基酯的低重量聚合物無機和有機鹽。
液體載體包括溶劑、有機載體和任選的輔助有機載體。選擇溶劑以便于電解質將充分地溶解其中。溶劑必須具有一個或多個反應性功能化學基團如羥基,羧基,或具有至少一個氧,氮,氟,硫,氯,溴和碘原子的基團。溶劑通常包括氫原子。這些功能團和/或電負性原子能夠與有機載體形成化學和/或物理鍵,以便于有機載體分子與溶劑分子甚至在高溫下鍵合,例如一般用于電子照相印刷方法中圖像熔融工序中的高溫。一種適合類型的溶劑是水性溶劑,優選蒸餾水或去離子水。也可以使用其它類型溶劑,其中電解質可溶于其中并且它與有機載體和輔助有機載體相容。
有機載體優選是液體,或當與適合的溶劑混合時處于液態。有機載體必須與溶劑在所有濃度和比例下都可混溶,并優選在配制基礎層和頂層18,20并將其施涂于薄片10的基材12上的溫度下可完全溶于溶劑中。有機載體在超過上述溫度范圍和此類工藝步驟如層施涂、網干燥和圖像熔融中采用的高溫下的蒸發行為優選被最小化。因此,優選指定具有閃點和/或沸點在200℃以上的有機載體。
另一個有機載體所希望的特征是一個或多個反應性功能化學基團,如羥基,羧基和/或由至少一個氧,氮,氟,硫,氯,溴,碘和/或氫原子組成的基團存在于主要分子結構中。這些反應性功能化學基團和/或原子可以存在于分子鏈骨架或在聚合物情況下可以接枝到其上作為側鏈。這些功能團和/或負電原子能夠與溶劑分子形成化學和/或物理鍵,以便于有機載體分子與溶劑分子甚至在高溫下保持鍵合,例如一般用于電子照相印刷方法中圖像熔融所遇到的高溫。
適合的有機載體包括,但不限于,聚乙二醇,聚丙二醇,聚氧烷二醇,和乙氧基化脫水山梨糖醇脂肪酸酯。有機載體的分子流動性在決定放電控制添加劑性能中起重要作用。分子太流動,即具有極低粘度,則一般在高溫下是揮發性的。載體中溶劑的損失可以擱淺(strand)導電性離子于分離的位置,導致不均勻放電特性。另一方面,具有大體積結構的大載體分子導致很高的粘度,也可以負面影響導電性離子的流動性。本領域技術人員公知,載體分子的流動性與載體分子的分子量有關。例如,當聚乙二醇用作配制本發明的有機載體時,分子量優選規定為約200~2000,更優選400~600。這些分子量范圍導致所希望的流動性,而作為選擇其它適合有機載體的參照物,即其它適合的有機載體將具有類似于以上確定分子量范圍內的聚乙二醇的分子流動性。
任選的輔助有機載體可以加入電荷控制添加劑配方以增加溶劑與有機載體的粘合能力。輔助有機載體優選是可與液體載體的溶劑和有機載體都混溶的有機化合物。輔助有機載體一般比有機載體具有更小分子量,但也具有一個或多個具有至少一個氧,氮,氟,硫,氯,溴和碘原子的功能基團。輔助有機載體在其分子結構中通常也包括氫原子。適合的輔助有機載體可以是小分子量有機化合物或具有較低聚合度的有機低聚物。輔助有機載體也將與溶劑和有機載體形成至少一些多物理和/或化學鍵,如氫鍵。具有單個或多個羥基的物質,如甘油,可以用作輔助有機載體。在有機載體和輔助有機載體都包括時,有機載體與輔助有機載體的比值一般約15∶1~5∶1,更優選約10∶1。
放電控制添加劑的目的是使薄片10的電阻率更加獨立于大氣相對濕度和薄片10的含水量。當薄片10用作雙重著色電子照相印刷的記錄介質時,該獨立性對維持高圖像質量非常重要。在雙重電子照相印刷中,記錄介質薄片10的每一側面經受圖像熔化過程,以固定施涂于薄片10各側面上的著色劑。圖像熔化過程中使用的高溫顯著地減少薄片10的含水量,因此改變了其表面電阻率。因為薄片10的每一側面經受圖像熔化過程,在將對濕度敏感的電荷控制添加劑用于薄片10的層18,20上的情況下,待熔化的薄片10的第二側面的表面電阻率顯著高于已熔化的第一側面的表面電阻率。記錄介質薄片10的第二側面上較高的表面和體積電阻率將產生打印缺陷,一般稱為“小雞痕”或“鯊魚皮”。
不限定本發明為任何單一操作機理,人們相信分子結構內的有機和輔助有機載體保留了一些溶劑,這保證了電荷控制添加劑的電解質在記錄介質電阻率方面保持了活性,其獨立于如上所述的相對濕度和含水量。盡管相對濕度和含水量仍然可以影響記錄介質的電阻率,但這種效應由保留在有機和輔助有機載體內的相對恒定的離子活度緩沖。因此,通過使用本發明的電荷控制添加劑,維持記錄介質電阻率在電阻率預定范圍內變得比較容易,甚至其中記錄介質經受雙重著色電子照相印刷方法和其圖像熔化過程也是如此。
關于可以存在于每一層的每一組分含量,100重量份的無機顏料可以作為恒定數字使用。因此,基礎層組合物可以包括100重量份無機顏料,1~15重量份粘合劑,和5~20重量份電荷控制添加劑。同樣地,圖像接收組合物可以包括100份無機顏料,3~10份空心顆粒,和1~5份電荷控制劑。提供這些范圍是作為指導,其可以改變以獲得想要的影響。另外,各種涂層重量和厚度可以用于每一涂層。例如,每一基礎層可以以5~30g/m2的涂層重量施涂,而在另一個實施方案中,為10~15g/m2。另外,每一接收層可以以5~30g/m2的涂層重量施涂,而在另一個實施方案中,為10~15g/m2。另外,在更詳細的實施方案中,每一基礎層和頂層可以以約10~15微米的厚度施涂。
如上所述,基礎層18和頂層20可以施涂于薄片10的單側上,然而優選,將它施涂于薄片10的兩個側面。基礎層和頂層均可以使用機上或機外涂布機施涂。適合的涂布技術實例包括,但不限于,縫模涂布機,輥式涂布機,供料簾流涂布機,刮刀涂布機,棒式涂布機,氣刀涂布機,凹版印刷涂布,噴槍涂布和其它本領域技術人員公知的技術和裝置。
基礎層和頂層可以單獨地或同時施涂,對于相應的基礎層和頂層,涂層重量為約5~30g/m2。在優選的實施方案中,基礎層和頂層各自的涂層重量為約10~15g/m2。組成基礎層和頂層的相應組合物的固體含量可以為約50wt%~75wt%,使用低剪切Brookfield粘度計以100rpm速度測量的粘度為約200cps~2500cps。當以約4500rpm較高剪切速率和使用高剪切Hercules粘度計測量上述組合物時,粘度為約30cps~70cps。一旦施涂,該層可以由對流、傳導、紅外輻射或其它已知的方法干燥。用基礎組合物和圖像接收組合物施涂記錄介質之后,可使用壓延方法來獲得想要的光澤或表面平滑度。壓延裝置可以是單獨的超級壓延機,在線的柔性輥隙壓延單元,離線的柔性輥隙壓延機等。
實施例實施例1~7是根據本發明的放電控制添加劑的各種配方。
實施例10.5~3.0%氮化鈉;10.0~30.0%聚乙二醇;3.0~1 0.0%甘油;和60.0~85.0%去離子水。
實施例20.5~3.0%氯化鈉;10.0~30.0%聚乙二醇;60.0~85.0%去離子水。
實施例30.5~3.0%水合氯化鋁;10.0~30.0%聚乙二醇;和,3.0~10.0%甘油;和60.0~85.0%去離子水。
實施例40.5~3.0%氯化鈣;10.0~30.0%聚乙二醇;3.0~10.0%甘油;和60.0~85.0%去離子水。
實施例50.5~3.0%氯化鎂;
10.0~30.0%聚乙二醇;3.0~10.0%甘油;和60.0~85.0%去離子水。
實施例60.5~3.0%水合氯化鋁;10.0~30.0%聚氧烷二醇;3.0~10.0%甘油;和60.0~85.0%去離子水。
實施例70.5~3.0%氯化鈉;10.0~30.0%乙氧基化脫水山梨糖醇脂肪酸酯;3.0~10.0%甘油;和60.0~85.0%去離子水。
盡管電荷控制添加劑的商業實施方案可以使用工業方法生產,但實施例1~7是在如下實驗室試驗條件下生產的電解質與溶劑如去離子水在玻璃燒杯中混合。然后,該混合物在室溫下攪拌直到存在于混合物中的基本上全部固體顆粒被溶解。然后,將有機載體和任選的輔助有機載體加入該混合物中,繼續在室溫下另外攪拌20~30分鐘。
實施例1~7制備的放電控制添加劑顯示出強烈的調節和穩定具有紙基材12的記錄介質薄片10的表面和體積電阻率的能力。甚至在溫度低到15℃和相對濕度為10%的惡劣印刷環境下,含有本發明電荷控制添加劑的基礎層和頂層配方減少了與靜電累積有關的圖象缺陷,同時放電減少至可忽略。
實施例8一個意圖施涂到記錄介質薄片10的基材12上的基礎層18的示范性實施方案包括下列成分100份重質碳酸鈣漿;4~10份聚苯乙烯-丁二烯共聚物膠乳;5~10份如實施例1~7配制的電荷控制添加劑0.2~0.6份流變改性劑;和0.001份著色劑。
實施例9
一個用于接收圖像并意圖施涂于基材12、優選在基礎層18上的頂層20的示范性實施方案可以包括下列成分100份化學沉淀碳酸鈣漿;4~10份聚苯乙烯-丁二烯共聚物膠乳;3~5份如實施例1~7配制的電荷控制添加劑;3~5份聚苯乙烯空心顆粒膠乳;0.2~0.6份流變改性劑;0.001份著色劑;和0.5~1.0份光學增亮劑。
盡管這里說明和描述了特定的實施方案,但本領域普通技術人員可以領會到任何適于獲得相同目的的結構可以代替特定實施方案顯示的部分。本發明的許多改變對本領域技術人員來說是顯而易見的。因此,本申請意圖涉及本發明的任何改變或變化。本發明的目的很明顯僅由下列權利要求及其等同物限制。
權利要求
1.一種用于電子照相印刷方法的記錄介質,包括具有第一和第二側面的基材;施涂于該基材第一和第二側面中至少之一上的圖像接收層;電荷控制組合物,其形成所述至少一個圖像接收層的至少一部分,該電荷控制組合物包括電解質、溶劑和有機載體。
2.權利要求1所述的記錄介質,其包括施涂于基材第一和第二側面每一面上的基礎層。
3.權利要求1所述的記錄介質,其包括施涂于基材第一和第二側面每一面上的圖像接收層。
4.權利要求1所述的記錄介質,其中電荷控制添加劑包括0.5~3.0%電解質;10.0~30.0%載體;和60.0~85.0%溶劑。
5.一種處理記錄介質以便減少環境空氣相對濕度和記錄介質含水量對記錄介質電阻率的影響的方法,該方法包括以下步驟提供具有第一和第二側面的基材;施涂到基材第一和第二側面中至少之一上的基礎層,該基礎層包括電荷控制添加劑;施涂到基材第一和第二側面中至少之一上的圖像接收層,其在基礎層上施涂,該圖像接收層也包括電荷控制添加劑,基礎層和圖像接收層的電荷控制添加劑包括溶劑、有機載體和電解質。
6.權利要求5所述的處理記錄介質的方法,其中電荷控制添加劑包括0.5~3.0%電解質;10.0~30.0%載體;和60.0~85.0%溶劑。
7.一種用于記錄介質的電阻率控制添加劑,該添加劑包括0.5~3.0%氯化鈉;10.0~30.0%聚乙二醇;和,60.0~85.0%去離子水。
8.權利要求7所述的用于記錄介質的電阻率控制添加劑,其另外包括3.0~10.0%甘油。
9.一種用于電子照相印刷方法的記錄介質,包括具有第一和第二側面的基材;施涂于該基材第一和第二側面中至少之一上的基礎層;施涂于該基材第一和第二側面中至少之一上的圖像接收層,其在基礎層上施涂;電荷控制組合物,其形成所述基礎層和圖像接收層的至少一部分,該電荷控制組合物包括電解質、溶劑和有機載體。
10.權利要求9所述的記錄介質,其中電荷控制組合物另外包括輔助有機載體。
11.權利要求9所述的記錄介質,其中溶劑包括至少一個選自羥基、羧基和電負性原子基團的功能化學基團。
12.權利要求9所述的記錄介質,其中溶劑包括至少一個選自由至少一個氧,氮,氟,硫,氯,氫,溴和碘原子組成的基團的化學功能基團。
13.權利要求9所述的記錄介質,其中電解質選自可電離無機鹽,有機電解質和低分子量聚合物電解質。
14.權利要求9所述的記錄介質,其中電解質選自氯化鈉,氯化鈣,氯化鉀,氯化鋁,檸檬酸鹽,乳酸鹽,乙酸四乙基溴化銨,單價無機鹽,單價有機鹽,四-烷基銨鹽,聚丙烯酸乙烯基酯的有機鹽和聚丙烯酸乙烯基酯的無機鹽。
15.權利要求9所述的記錄介質,其中電解質在高于溶劑冰點的溫度下可溶于溶劑。
16.權利要求9所述的記錄介質,其中有機載體包括至少一個選自由至少一個氧,氮,氟,硫,氯,溴和碘原子組成的基團的化學功能基團。
17.權利要求9所述的記錄介質,其中有機載體選自聚乙二醇,聚丙二醇,聚氧烷二醇和乙氧基化脫水山梨糖醇脂肪酸酯。
18.權利要求9所述的記錄介質,其中輔助有機載體包括至少一個選自由至少一個氧,氫,氮,氟,硫,氯,溴和碘原子組成的基團的化學功能基團。
19.權利要求9所述的記錄介質,其中電荷控制添加劑包括1~50%電解質;1~50%載體;和1~50%溶劑。
20.權利要求19所述的記錄介質,其中電荷控制添加劑包括0.5~3.0%電解質;10.0~30.0%載體;和,60.0~85.0%溶劑。
全文摘要
本發明公開了一種在電子照相印刷方法中用于控制記錄介質電阻率的電荷控制添加劑。該電荷控制添加劑包含于一個或多個施涂于記錄介質基材(12)的層(18,20)中。該電荷控制添加劑是電解質、溶劑、有機載體和輔助有機載體的摻混物。選擇有機載體使其與溶劑形成并維持至少一些物理和/或化學鍵,以便于高溫熔化過程中有機載體將保留一小部分溶劑。選擇分子量比有機載體分子量更小的輔助有機載體,其也與溶劑形成至少一些物理和/或化學鍵。
文檔編號B41M5/52GK1950757SQ200580014836
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月21日 優先權日2004年5月10日
發明者X·-Q·周, R·J·麥馬努斯 申請人:惠普開發有限公司