CN101296802B - 用于介质的喷墨防卷曲组合物和用于处理该介质的系统 - Google Patents

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Abstract

一种制备打印介质的方法，包括在基材上涂布定色剂和防卷曲组合物。定色剂包括多价盐和阳离子聚合物；而防卷曲组合物包括胺氧化物。

Description

用于介质的喷墨防卷曲组合物和用于处理该介质的系统
背景技术
纤维素基纸张的卷曲(curl)和折皱(cockle)，在使用水基油墨的喷墨打印中是顽固的问题。该问题是由于当纸张湿润(特别是当只有纸张一侧湿润时)然后干燥时纸张的空间尺寸变化而产生的。在普通光面纸(plain paper)中，空间尺寸稳定性是纤维素纤维存在的函数，其中纤维素纤维通常是数毫米长。通过分子间氢(H)键为主的纤维-纤维缔合，这些结合在一起。
当这些纤维-纤维H键被打断或断开时，带来了纸张物理整体性的改变。这种断开可以通过暴露于高温、H-键溶剂(包括水)和/或水分/湿气而实现。
当含水流体(油墨/定色剂)被涂布在纸张上时，其首先在纸张的毛细管空间内堆积。流体的水和其它亲水成分湿润纤维的表面。这种水和/或有机助溶剂使纤维-纤维H-键缔合断开，显著地降低了纸张的空间尺寸整体性。随着纸张中的纤维持续暴露于含水的助溶剂流体，水和亲水溶剂渗入纤维素的非晶区域并使纤维膨胀。
由于湿润，纤维素纤维-纤维缔合(H-键)被水打断，并且随着纤维由于水而膨胀，其尺寸增加，这使得纤维-纤维缔合的最初位置重新安置。随着纤维从外向内开始干燥，由于表面水分的失去，其纤维-纤维的H-键趋向于重建。当纤维持续干燥时，它们从其膨胀状态收缩，并且由于表面纤维-纤维缔合的重建，应力/应变逐步显示出来。这种应力/应变被观测为跨越纸张的卷曲。
发明内容
简而言之，本公开内容的实施方案包括打印介质和制备打印介质的方法。其中，制备打印介质的方法的一个典型实施方案包括：提供打印基材，在基材上分配定色剂和防卷曲组合物，其中定色剂包括多价盐和阳离子盐，并且其中防卷曲组合物包括胺氧化物；在打印基材上获得定色剂的约0.1克/平方米(GSM)到5GSM的负载系数；并且在打印基材上获得防卷曲组合物的约0.015GSM到2.69GSM的负载系数。
其中，打印介质的一个典型实施方案包括：打印基材；设置在基材上的定色剂，其中定色剂包括多价盐和阳离子聚合物，其中定色剂被设置在打印基材上以获得约0.1克/平方米(GSM)到5GSM的负载系数；和设置在打印基材上的防卷曲组合物，其中防卷曲组合物包括胺氧化物，并且其中防卷曲组合物被设置在打印基材上，以在打印基材上获得防卷曲组合物的约0.015GSM到2.69GSM的负载系数。
附图说明
参考附图，可以更好地理解本公开内容的许多方面。图中的组分不必是按比例的。而且，在附图中，相同的附图标记在数幅图中表示相应的部分。
图1是打印介质制造系统的典型实施方案。
图2是图1所示的打印介质制造系统的一个方面的典型实施方案。
图3是使用图2和3的打印介质制造系统形成打印介质的方法的实施方案的典型流程图。
图4示出了典型图表，其表示使用不同油墨的定色剂和防卷曲组合物的实施方案和仅有防卷曲组合物的比较。
图5示出了典型图表，其表示与防卷曲剂一起使用的多价盐降低了颜料油墨的卷曲。
图6示出了典型图表，其表示与防卷曲剂一起使用的阳离子聚合物降低了染料基油墨的卷曲。
图7示出了典型图表，其表示在不同胺氧化物浓度下，颜料和染料基喷墨油墨在纸张上的卷曲，所述纸张具有和定色剂相结合的胺氧化物。
具体实施方式
提供了用于打印介质的防卷曲组合物和定色剂以及用于处理打印介质的系统。通常，定色剂和防卷曲组合物的结合设置在打印基材上。定色剂包括多价盐如氯化钙和阳离子聚合物如多胍。防卷曲组合物包括一种或多种胺氧化物。定色剂和防卷曲组合物的使用，与其中用油墨分配这些组分的溶液相比，降低了卷曲。基材上/内包含这些组分降低了成本，因为在喷墨系统中需要一支更少的笔，以及打印机系统的复杂程度降低。另外，如果定色剂和防卷曲组合物和油墨同时分配，在它们分配时，它们可以和油墨相互作用，这可能降低了打印质量。
具体地，为了使水和纤维素纤维之间相互作用的打断最小化，将溶剂(如，胺氧化物)添加到造纸过程。溶剂的化学性能争夺纤维-纤维氢键的位置。因此，由于通过水的加入使多孔纤维的膨胀所导致的空间尺寸变化受到限制。相反地，当水从纤维素纤维中蒸发时，溶剂也限制了氢键位置的重组。由于没有产生新的氢键位置，在纸张表面的纤维素纤维的结构与内部纤维相同，并且因此产生了有限的应力/应变状态。
图1表示了典型的打印介质制造系统20的方块图，其包括但是不限于：计算机控制系统22、原料制备系统24和纸张加工系统26。计算机控制系统22包括过程控制系统，其操作以控制原料制备系统24和纸张加工系统26。具体地，计算机控制系统22指示并控制防卷曲组合物向纸张加工系统26中的添加。
如图2所示，原料制备系统24包括但不限于浆料系统32、流浆箱系统34和纤维生产线系统36。浆料系统32将木材原料磨碎成为纤维状材料。在流浆箱系统34中，添加水和任何其它种类溶剂的情况下，木材纤维转变成纤维组分(如，纤维状浆料)。水和/或其它溶剂的添加形成了纤维组分的胶乳，这是较容易控制的。在纤维生产线系统36中，将纤维组分弄平至预设厚度。应该注意的是，非木材纤维组分，如上所述，可以用于生产打印介质，并且木材原料的使用仅仅是示例性的。
纸张加工系统包括但不限于：干燥器系统42、表面上浆系统44和压光系统46。干燥器系统促进水和其它挥发物从纤维组分中蒸发。在表面上浆系统44中，附加的表面上浆化合物(如，淀粉、荧光增白剂等)可以加入到纸张表面以获得打印介质的最终触感/质地和视觉要求。通常，表面上浆化合物是涂覆在纸张上的含水溶液。压光工具用于将打印介质弄平至其最终厚度并且使打印介质光滑。如果它连同其它表面上浆组分一起添加到含水溶液中，在表面上浆压机处，可以添加定色剂和防卷曲组合物。溶液易于以液体形式分散到纤维组分中，并且在后来的阶段使水蒸发掉，留下纤维组分中所设置的组合物。
图3是流程图，描述了使用打印介质制造系统20制造打印介质的典型方法50。在方框52中，提供纤维组分、定色剂和防卷曲组合物。在方框54中，定色剂和防卷曲组合物被加入到纤维组分中。定色剂和防卷曲组合物可在打印介质制造过程的一步或多步(如在刮涂(draw down)中或添加到本体浆料中)被加入到纤维组分中。在方框56中，定色剂和防卷曲组合物与纤维组分混合。定色剂和防卷曲组合物被设置在纤维组分中和之间，并且成为基材的整体部分。在方框58中，基材被成形，其中基材包括在纤维中设置、嵌入、陷入等的定色剂和防卷曲组合物。
包括定色剂和防卷曲组合物的打印介质可以用于打印机系统中，其中流体(如，油墨、染料基油墨和/或颜料基油墨)被分配在打印介质上。打印机系统可以是激光打印机系统或喷墨打印机系统。例如，喷墨打印机系统包括但不限于油墨喷射技术和涂布技术，其将油墨分配在打印介质上。油墨喷射技术，如按需滴落和连续流动油墨喷射技术可以用于分配油墨。油墨分配系统可以包括至少一个喷墨打印头(如热喷墨打印头和/或压电喷墨打印头)，其操作以通过多个喷墨打印头分配器中的一个或多个来分配(如喷射)油墨。
通常，防卷曲组合物包括但不限于：胺氧化物。胺氧化物具有氧阴离子和连接到阳离子氮上的三个基团(R1、R2和R3)，如下所示。
通常，每个基团单独可以是H或烷基。烷基可以包括最多8个碳原子。而且，每个烷基可以是直链、分枝、环状(如多个烷基可以结合到一个或多个环结构中)或它们的组合。另外，连接到氮的多个烷基可以结合在一起而形成5至7元环。另外，烷基可以被基团如水加溶部分取代或者连接到它们上。例如，在5或6元环中，一个或多个碳可以被氧取代，如吗啉环中的醚基团。其它例子包括水加溶基团连接到烷基，而不是进行取代，所述烷基是直链、分枝和/或5或6元环基团。作为非限制性的例子，水加溶部分可以是羟基、羰基、酰胺基团、砜基团、亚砜基团、聚乙二醇部分或另外的铵-N-氧化物。
胺氧化物的非限制性例子包括：N-甲基吗啉-N-氧化物(MMNO)、N-乙基吗啉-N-氧化物(EMNO)、N，N-二甲基丁基铵-N-氧化物(DMBANO)、N，N，N-三甲基铵-N-氧化物(TMANO)、N-甲基哌啶-N-氧化物、N，N′-二甲基哌嗪-N，N′-二氧化物、N-甲基氮杂环庚烷-N-氧化物和1，4-二氮杂双环[2，2，2]辛烷-1，4-二氧化物。
防卷曲组合物在基材上的负载系数可以是约0.015克/平方米(GSM)-2.69GSM，约0.015GSM-0.82GSM，约0.015GSM-0.67GSM，约0.015GSM-0.52GSM，或约0.52GSM-0.82GSM。
负载系数至少是胺氧化物在防卷曲组合物中的浓度和防卷曲组合物在基材上涂布方式的函数。如上所述的负载系数相应于胺氧化物在防卷曲组合物中的浓度，并且可以为约0.1-20％、约0.1-10％、约0.1-6％、约0.1-5％、约0.1-4％、或约4％-6％。利用刮涂技术，使用Meier#7棒来涂布这些浓度的防卷曲组合物以获得上述负载系数。可以改变浓度和组合物在基材上的涂布方式，以获得类似的负载系数。
定色剂由阳离子聚合物和多价盐组成。这些定色剂还称为媒染剂。媒染剂可以是阳离子聚合物，例如但不限于：具有伯氨基、仲氨基、叔氨基、季铵盐基团或季鏻盐基团的聚合物。媒染剂可以是水可溶形式的或水可分散形式的，如胶乳。
水可溶阳离子聚合物可包括但不限于：聚乙烯亚胺；聚烯丙基胺；聚乙烯基胺；双氰胺-聚亚烷基多胺浓缩物；聚亚烷基多胺-双氰胺铵浓缩物；双氰胺-福尔马林浓缩物；表氯醇-二烷基胺的加聚物；二烯丙基二甲基氯化铵(″DADMAC″)的聚合物；二烯丙基二甲基氯化铵-SO2、聚乙烯基咪唑、聚乙烯基吡咯烷酮的共聚物；乙烯基咪唑、聚脒、壳聚糖、阳离子淀粉的共聚物，乙烯基苄基三甲基氯化铵、(2-甲基丙烯酰氧基乙基)三甲基-氯化铵的聚合物，和二甲基氨基乙基异丁烯酸酯的聚合物，或具有侧链季铵盐的聚乙烯醇。以胶乳形式可得的并且适于作为媒染剂的水可溶阳离子聚合物的例子包括但不限于；TruDot P-2604、P-2606、P-2608、P-2610、P-2630和P-2850(可由MeadWestvaco公司(Stamford，CT)获导)、和RhoplexPrimal-26(可由Rohm and Haas公司获得(Philadelphia，PA))，来自PPG的WC-71和WC-99(Pittsburgh，PA)以及Viviprint 200和Viviprint 131(可获自ISP(Wayne，NJ))。
在另一实施方案中，定色剂包括多价金属盐。该金属盐可在水中溶解。该金属盐可以包括阳离子，例如但不限于：第I族金属、第II族金属、第III族金属、过渡金属或它们的组合。特别地，金属阳离子可以包括但不限于：钠、钙、铜、镍、镁、锌、钡、铁、铝和铬离子。在一种实施方案中，金属阳离子包括钙、镁和铝。阴离子种类可以包括但不限于：氯化物、碘化物、溴化物、硝酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐、磷酸盐、氯酸盐、醋酸盐离子或它们的组合。
定色剂在基材上的负载系数可以为约0.1克/平方米(GSM)-5GSM、约0.1GSM-4GSM、约0.1GSM-3GSM、约0.1GSM-2GSM、约0.1GSM-1GSM、约0.3GSM-3GSM、约0.3GSM-2GSM、或者约0.3GSM-1GSM。
负载系数至少是定色剂的浓度和定色剂在基材上涂布方式的函数。利用刮涂技术，使用Meier#7棒涂布这些浓度的定色剂以获得上述负载系数。本领域技术人员可以改变浓度和定色剂在基材上的涂布方式，以获得类似的负载系数。
术语“基材”、“打印基材”、“打印介质(media)”和/或“打印介质(medium)”意指包含基于纤维素纤维的基材。基材可以是任何空间尺寸(如，大小或厚度)或形式(如浆料、湿纸、干纸等)。基材优选的是平的或薄板结构的形式，其结构可以具有不同的空间尺寸(如，大小和厚度)。特别地，基材指包含光面纸(如，喷墨打印纸等)、书写纸、绘图纸、照片基纸等，以及板材料如纸板、广告板、细料纸板等。打印基材的厚度可以是约2密尔-约12密尔，这取决于打印介质所需要的最终应用。
防卷曲组合物可以包括其它添加剂，例如但不限于：微孔和/或中孔无机颗粒和填料。添加剂是约0wt％-10wt％的媒染剂，约0wt％-20wt％的微孔和/或中孔无机颗粒，或约0wt％-20wt％的填料。在包括一种或多种添加剂的防卷曲组合物中，添加剂是约0.01wt％-15wt％的防卷曲组合物，约0wt％-10wt％的媒染剂，约0wt％-20wt％的微孔和/或中孔无机颗粒，或约0wt％-20wt％的填料。
典型地，微孔和/或中孔无机颗粒具有大的表面积。微孔和/或中孔无机颗粒可以被限制在油墨接收层中的聚合物内。微孔和/或中孔无机颗粒可以包括但不限于：二氧化硅、二氧化硅-氧化镁、硅酸、硅酸钠、硅酸镁、硅酸钙、氧化铝、水合氧化铝、硫酸钡、硫酸钙、碳酸钙、碳酸镁、氧化镁、高岭土、滑石、二氧化钛(titania)、钛氧化物(titanium oxide)、氧化锌、氧化锡、碳酸锌、伪勃姆石、膨润土、锂蒙脱石、粘土或它们的混合物。
应当注意的是在本文中，比率、浓度、数量和其它数值数据可以用范围格式表示。可以理解的是，为了方便和简洁而使用这种范围格式，因此，应以灵活方式解释这种范围格式，包括不仅作为范围端点所明确列举的数值，而且包括全部单个数值或包含在所述范围中的子范围，如同明确列举了每个数值和子范围。例如，“约0.1％-5％”的浓度范围应该理解为不仅包括明确列举的约0.1wt％-约5wt％的浓度，也包括单个浓度(如，1％、2％、3％、4％，等)和所指范围内的子范围(如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％、4.4％，等)。
实施例1
染料基喷墨油墨在纸张上的卷曲，所述纸张具有和定色剂结合的胺氧化物：
卷曲如此测量：例如以50％的密度打印基色(青、品红、黄或黑)的约8英寸×10英寸的矩形，其中颜色以4-通道打印模式形成。打印页放置在受控环境条件(25℃，70％RH)下，并且在打印后48小时结束时进行测量，观察介质边缘相对于桌面升高多少。将最大高度记为卷曲测量值。因此，认为高数值比低数值更加卷曲。
图4示出了典型的图表，表示使用不同油墨的定色剂和防卷曲组合物的实施方案和仅有防卷曲组合物的比较。
测量了三种不同的胺氧化物：N-甲基吗啉-N-氧化物(MMNO)、N-乙基吗啉-N-氧化物(EMNO)和N，N-二甲基丁基铵-N-氧化物(DMBANO)。这些胺氧化物在没有定色剂时使用和与定色剂组合使用。作为比较，也使用了没有添加剂的纸张和仅有定色剂的纸张。胺氧化物加定色剂的表现最好。
实施例2：
颜料基喷墨油墨在纸张上的卷曲，所述纸张具有和定色剂结合的胺氧化物：
卷曲如此测量：例如以50％的密度打印基色(青、品红、黄或黑)的约8英寸×10英寸的矩形，其中颜色以4-通道打印模式形成。打印页放置在受控环境条件(25℃，70％RH)下，并且在打印后48小时结束时进行测量，观察介质边缘相对于桌面升高多少。将最大高度记为卷曲测量值。因此，认为高数值比低数值更加卷曲。
图5示出了典型图表，其表示与防卷曲剂一起使用的多价盐降低了颜料油墨的卷曲。
测试了三种不同的胺氧化物：N-甲基吗啉-N-氧化物(MMNO)、N-乙基吗啉-N-氧化物(EMNO)和N，N-二甲基丁基铵-N-氧化物(DMBANO)。这些胺氧化物在没有定色剂时使用和与定色剂组合使用。作为比较，也使用了没有添加剂的纸张和仅有定色剂的纸张。胺氧化物加定色剂的表现最好。
实施例3：
颜料/染料基喷墨油墨在纸张上的卷曲，所述纸张具有和定色剂结合的胺氧化物：
卷曲如此测量：例如以50％的密度打印基色(青、品红、黄或黑)的约8英寸×10英寸的矩形，其中颜色以4-通道打印模式形成。打印页放置在受控环境条件(25℃，70％RH)下，并且在打印后48小时结束时进行测量，观察介质边缘相对于桌面升高多少。将最大高度记为卷曲测量值。因此，认为高数值比低数值更加卷曲。
图6示出了典型图表，其表示与防卷曲剂一起使用的阳离子聚合物降低了染料基油墨的卷曲。
测试了三种不同的胺氧化物：N-甲基吗啉-N-氧化物(MMNO)、N-乙基吗啉-N-氧化物(EMNO)和N，N-二甲基丁基铵-N-氧化物(DMBANO)。这些胺氧化物在没有定色剂时使用和与定色剂组合使用。作为比较，也使用了没有添加剂的纸张和仅有定色剂的纸张。胺氧化物加定色剂的表现最好。
实施例4
颜料和染料基喷射油墨在纸张上的卷曲，所述纸张具有以不同的胺氧化物浓度与定色剂结合的胺氧化物：
卷曲如此测量：例如以50％的密度打印基色(青、品红、黄或黑)的约8英寸×10英寸的矩形，其中颜色以4-通道打印模式形成。打印页放置在受控环境条件(25℃，70％RH)下，并且在打印后96小时结束时进行测量，观察介质边缘相对于桌面升高多少。将最大高度记为卷曲测量值。因此，认为高数值比低数值更加卷曲。
图7示出了典型图表，其表示在不同胺氧化物浓度下，颜料和染料基喷墨油墨在纸张上的卷曲，所述纸张具有和定色剂相结合的胺氧化物。
在本例中，只有N-甲基吗啉-N-氧化物(MMNO)在不同的重量百分比下并且与定色剂相结合来使用。作为比较，也使用了没有添加剂的纸张。较高浓度的胺氧化物的表现最好。
可对上述实施方案进行多种变化和改进。本文中所有这种改进和变化包括在本公开内容的范围内，并且由以下权利要求来保护。

Claims (9)

1.一种制造打印介质的方法，包括
提供打印基材；
在基材上分配定色剂和防卷曲组合物，其中定色剂包括多价盐和阳离子聚合物，并且其中防卷曲组合物包括胺氧化物，其中所述多价盐具有选自钙、铜、镍、镁、锌、钡、铁、铝和铬离子的金属阳离子；
在打印基材上获得定色剂的0.1克/平方米-5克/平方米的负载系数；和
在打印基材上获得防卷曲组合物的0.015克/平方米-2.69克/平方米的负载系数。
2.如权利要求1所述的方法，其中定色剂选自如下：媒染剂、多价金属盐和其组合。
3.如权利要求1所述的方法，其中胺氧化物选自下面的至少一种：N-甲基吗啉-N-氧化物、N-乙基吗啉-N-氧化物、N，N-二甲基丁基铵-N-氧化物、N，N，N-三甲基铵-N-氧化物和它们的组合。
4.一种打印介质，包括
打印基材；
设置在打印基材上的定色剂，其中定色剂包括多价盐和阳离子聚合物，其中定色剂被设置在打印基材上以获得0.1克/平方米-5克/平方米的负载系数，其中所述多价盐具有选自钙、铜、镍、镁、锌、钡、铁、铝和铬离子的金属阳离子；和
设置在打印基材上的防卷曲组合物，其中防卷曲组合物包括胺氧化物，并且其中防卷曲组合物被设置在打印基材上以在打印基材上获得防卷曲组合物的0.015克/平方米-2.69克/平方米的负载系数。
5.如权利要求4所述的打印介质，其中定色剂选自如下：媒染剂、多价金属盐和其组合。
6.如权利要求4所述的打印介质，其中胺氧化物选自下面的至少一种：N-甲基吗啉-N-氧化物、N-乙基吗啉-N-氧化物、N，N-二甲基丁基铵-N-氧化物、N，N，N-三甲基铵-N-氧化物和它们的组合。
7.如权利要求4所述的打印介质，其中负载系数，对于防卷曲组合物，是0.015克/平方米-1.34克/平方米，而对于定色剂，是0.1克/平方米-3克/平方米。
8.如权利要求4所述的打印介质，其中负载系数，对于防卷曲组合物，是0.015克/平方米-0.82克/平方米，而对于定色剂，是0.1克/平方米-3克/平方米。
9.如权利要求4所述的打印介质，其中负载系数，对于防卷曲组合物，是0.52克/平方米-0.82克/平方米，而对于定色剂，是0.1克/平方米-1克/平方米。
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