CN105992695A - 将信息印刷在基板上的方法 - Google Patents

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Abstract

用于将信息印刷在基板上的方法，其包括将所述信息印刷在所述基板的第一表面上；和加热所述基板，使得印刷信息的至少一部分迁移到所述基板的第二表面。

Description

将信息印刷在基板上的方法
发明领域
总体上，本发明涉及将信息印刷在基板上且具体地说涉及将印刷信息的一部分迁移到基板的第二表面。
发明背景
用洇透(bleed through)或渗透油墨印刷的信息是支票和其它金融票据中常见的文件安全特征。洇透作用使得文件的更改困难得多。可在不利用额外的工具的情况下进行安全特征的验证。
最常见的，洇透油墨是由留在介质的印刷面上的黑色着色剂和渗透介质并在介质的非印刷面上产生可见污点的洋红色着色剂组成。对于固定数据的印刷来说，可特别地通过丝网-、柔性版-和凹版印刷或通过凸版印刷的干或湿胶印来印刷油墨。
对于可变数据（例如支票号码）来说，最常经由冲击式印刷(impact printing)来施加这个安全特征。冲击式印刷中所用的油墨经常是油基的，以便延长干燥时间，从而使染料渗透，如欧洲专利第0 835 292 B1号中所显示。字符或线性条码是使用编码轮压印，例如由Atlantic Zeiser公司提供的冲击式号码机。
冲击式印刷方法的缺点在于印刷信息的设计灵活性有限。其受限于固定数量的号码的数字和一些固定长度的一维条码。二维条码和图形无法以这种方式来印刷。因此，期望有传递这种安全特征的数字、非冲击方式，例如连续喷墨印刷。然而，配制具有所需的渗透和干燥性质同时维持良好的液滴生成和再循环性质和图像品质的连续喷墨油墨可能有困难。生成其中一种着色剂留在介质的印刷面上而另一种渗透到非印刷面的双组分油墨特别困难。
因此，无需具有不寻常的渗透性质、但仍在介质的非印刷面上形成图像的喷墨印刷油墨将是期望的。
发明内容
简言之，根据本发明的一个方面，用于将信息印刷在基板上的方法包括将信息印刷在基板的第一表面上；和加热基板，使得印刷信息的至少一部分迁移到基板的第二表面。
本发明是含有黑色着色剂和洋红色着色剂的整体印刷油墨(integral printingink)。黑色着色剂可为例如炭黑，并且洋红色着色剂为可升华的颜料或染料。用这种组合印刷文件。随后，使印刷文件暴露于洋红色着色剂的升华温度以上的温度。在气态下，洋红色着色剂将渗透多孔基板，并且在充分加热后，印刷信息的镜像将在非印刷面上可见。优选地，文件的加热将使用如由Adphos Innovative Technology GmbH所制造的红外线干燥器进行，并在如由Eastman Kodak公司所制造的Prosper印刷机上实施。
所述油墨的洋红色和黑色组分还可以在单独工次(passes)中套准印刷(printedin registration)。在一些基板上，油墨将形成混合相而非分层结构，并且二工次印刷将产生与利用整合两种着色剂的单一油墨的一工次印刷相同的结果。然而，通过二工次方法，有机会用两种着色剂印刷不同信息。例如，人们可印刷文本或数字并且然后用黑色油墨实地套印(overprint)该文本。所述文本或数字将不可见。在加热印刷介质后，洋红色油墨组分将变成挥发性的并迁移，以便隐藏的信息将变得可见。此可充当安全和鉴定特征。利用二工次印刷的实验还显示，在不存在黑色着色剂的情况下，洋红色染料在IR干燥器中将不会达到升华温度。因此，这种证券油墨依赖于黑色着色剂作为IR吸收剂和发热剂且洋红色染料作为热激活的移动组分的二步法工艺。
在下文所呈现的优选实施方案的详细说明中，本发明和其目标和优势将变得更加显而易见。
附图简述
图1是印刷基板的示意图。
图2是印刷基板在电磁辐射影响下的示意图。
图3是印刷纸张的印刷面的使用黑色油墨的半色调图像。
图4是印刷纸张的非印刷面的使用黑色油墨的半色调图像。
图5是印刷纸张的印刷面的根据本发明使用黑色和洋红色油墨的半色调图像。
图6是印刷纸张的非印刷面的根据本发明使用黑色和洋红色油墨的洋红色提取图像。
图7是印刷纸张的印刷面的根据本发明在二工次印刷工艺中使用黑色和洋红色油墨的半色调图像。
图8是印刷纸张的非印刷面的根据本发明在二工次印刷工艺中使用黑色和洋红色油墨的洋红色提取图像。
图9a和9b是印刷纸张的非印刷面的分别使用用黑色和洋红色油墨印刷的交替字符或只用洋红色油墨印刷的字符的洋红色提取图像。
图10是印刷纸张的印刷面的半色调图像，其中在第一工次中印刷洋红色文本和数字。
图11是印刷纸张的印刷面的半色调图像，其中在两个相继工次中印刷洋红色文本和数字以及黑色重叠矩形。
图12是印刷纸张的非印刷面的洋红色提取图像，其中在两个工次中相继印刷洋红色文本和数字以及黑色重叠矩形。
图13是如本发明中所用的喷墨式印刷机的实施方案的剖视图。
发明详述
具体地说，本发明将涉及形成本发明设备的一部分或与本发明设备更直接协作的元件。应理解，未明确显示或阐述的元件可采取本领域的那些技术人员熟知的各种形式。
本发明是使用两种油墨组分将信息印刷在基板的第一表面上的方法，其中第一油墨组分吸收电磁辐射，将它转变成热，并且第二油墨组分能够迁移到基板的第二表面。在优选实施方案中，黑色着色剂为炭黑且洋红色着色剂为可升华颜料或染料，虽然其它颜色和材料可能是适合的。利用这种组合在整体印刷油墨中使用两种油墨组分的混合物或在二工次印刷步骤中单独施加油墨来印刷文件。随后，将印刷文件暴露于洋红色着色剂的升华温度以上的温度。在气态下，洋红色着色剂将渗透多孔基板，并且在充分加热后，印刷信息的镜像将在非印刷面上可见。
可通过常规接触印刷方法传递印刷油墨，如胶印、凹版印刷、柔性版印刷、凸版印刷。优选地，可使用数字印刷方法如电子照相术或喷墨印刷，这是因为它允许印刷可变内容。多年来将按需喷墨(DOD)液体喷射装置称为喷墨印刷系统中的油墨印刷装置。早期装置是基于压电致动器，如在美国专利第3,946,398号中和第3,747,120号中公开。喷墨印刷的目前流行形式热喷墨(或“热泡式喷墨”)使用电阻加热器产生造成液滴喷射的蒸汽泡，如美国专利第4,296,421号中所论述。在被称为连续喷墨(CIJ)的另一种工艺中，生成连续液滴流，使一部分的液滴流以成像方式偏转到图像记录元件的表面上，同时将未成像液滴捕获并返回到油墨储槽。连续喷墨式印刷机公开在美国专利第6,588,888号；第6,554,410号；第6,682,182号、第6,793,328号、第6,866,370号、第6,575,566号和第6,517,197号中。
用于喷墨印刷的油墨通常是水基的并且经过配制包含一些水、分散的颜料颗粒、染料、湿润剂、分散剂、表面活性剂、杀生物剂、聚合物和有机溶剂。按需(DOD)印刷油墨的配制物公开在美国专利申请第2013/0237661号中，该案通过引用以其全部内容并入本文中。同样的，CIJ油墨的配制物公开在美国专利第8,398,223号中，该案通过引用以其全部内容并入本文中。
包括洋红色、黄色和蓝绿色染料的合适的可升华染料的实例可包括但不限于二芳基甲烷染料；三芳基甲烷染料；噻唑染料，如5-芳基异噻唑偶氮染料；次甲基染料，如部花青染料，例如氨基吡唑啉酮部花青染料；偶氮甲碱染料，如靛苯胺、乙酰苯偶氮甲碱、吡唑并偶氮甲碱、咪唑偶氮甲碱、咪唑并偶氮甲碱、吡啶酮偶氮甲碱和三氰基丙烯偶氮甲碱染料；氧杂蒽染料；噁嗪染料；氰基亚甲基染料，如二氢基苯乙烯和三氰基苯乙烯染料；噻嗪染料；吖嗪染料；吖啶染料；偶氮染料，如苯偶氮、吡啶酮偶氮、噻吩偶氮、异噻唑偶氮、吡咯偶氮、pyrraleazo、咪唑偶氮、噻二唑偶氮、三唑偶氮和双偶氮染料；亚芳基染料，如α-氰基亚芳基吡唑啉酮和氨基吡唑啉酮亚芳基染料；螺吡喃染料；吲哚啉并螺吡喃染料；荧烷类染料；若丹明内酰胺染料；萘醌染料，如2-氨基甲酰基-4-[N-(对位取代的氨基芳基)亚氨基]-1,4-萘醌；蒽醌染料；和喹啉酮染料。本文中可用的染料的具体实例可包括：
C.I.(色指数)分散黄51、3、54、79、60、23、7和141；
C.I.分散蓝24、56、14、301、334、165、19、72、87、287、154、26和354；
C.I.分散红135、146、59、1、73、60和167；
C.I.分散橙149；
C.I.分散紫4、13、26、36、56和31；
C.I.分散黄56、14、16、29、201和231；
C.I.溶剂蓝70、35、63、36、50、49、111、105、97和11；
C.I.溶剂红135、81、18、25、19、23、24、143、146和182；
C.I.溶剂紫13；
C.I.溶剂黑色3；
C.I.溶剂黄93；和
C.I.溶剂绿3。
可使用的可升华或可分散的染料的其它实例包括蒽醌染料，如Sumikalon VioletRS® (Sumitomo Chemical有限公司的产品)、Dianix Fast Violet 3R-FS® (MitsubishiChemical公司的产品)和Kayalon Polyol Brilliant Blue N-BGM®和KST Black 146®(Nippon Kayaku有限公司的产品)；偶氮染料，如Kayalon Polyol Brilliant Blue BM®、Kayalon Polyol Dark Blue 2BM®和KST Black KR® (Nippon Kayaku有限公司的产品)、Sumickaron Diazo Black 5G® (Sumitomo Chemical有限公司的产品)和Miktazol Black5 GH® (Mitsui Toatsu Chemicals公司的产品)；直接染料，如Direct Dark Green B®(Mitsubishi Chemical公司的产品)和Direct Brown M®和Direct Fast Black D®(Nippon Kayaku有限公司的产品)；酸性染料，如Kayanol Milling Cyanine 5R® (NipponKayaku有限公司的产品)；和碱性染料，如Sumicacryl Blue 6G® (Sumitomo Chemical有限公司的产品)和Aizen Malachite Green® (Hodogaya Chemical有限公司的产品)。
其它合适的蓝绿色染料可包括Kayaset Blue 714 (溶剂蓝63，由Nippon Kayaku有限公司制造)、Phorone Brilliant Blue S-R (分散蓝354，由Sandoz K. K.制造)、Waxoline AP-FW (溶剂蓝36，由ICI制造)和具有如下结构的蓝绿色染料：
其中R1和R2各自独立地代表烷基、环烷基、芳基、杂环基团，或R1和R2一起代表闭合杂环所需的原子，或R1和/或R2与R6和/或R7一起代表用以闭合稠合于苯环上的杂环所需的原子；R3和R4各自独立地代表烷基或烷氧基；R5、R6、R7和R8各自独立地代表氢、烷基、环烷基、芳基、烷氧基、芳基氧基、酰氨基、磺氨基、羟基、卤素、NHSO2R9、NHCOR9、OSO2R9或OCOR9，或R5和R6一起和/或R7和R8一起代表用以闭合稠合于苯环上的一个或多个杂环所需的原子，或R6和/或R7与R1和/或R2一起代表用以闭合稠合于苯环上的杂环所需的原子；且R9代表烷基、环烷基、芳基和杂环基团。
其它合适的黄色染料可包括Phorone Brilliant Yellow S-6 GL (分散黄231，由Sandoz K. K.制造)和Macrolex Yellow 6G (分散黄201，由Bayer制造)和具有如下结构的黄色染料：
有用的染料的其它实例可参见美国专利第4,541,830号；第4,698,651号；第4,695,287号；第4,701,439号；第4,757,046号；第4,743,582号；第4,769,360号；第4,753,922号；第5,026,677号；第5,101,035号；第5,142,089号；第5,804,531号；和第6,265,345号；和美国公开第2003/0181331号。如果所述染料不溶于油墨，就可以将它们磨成具有合适的大小分布的颜料并作为分散体结合入油墨中。
为了在黑白图中显示着色剂洇透的效果，针对大多数描绘经印刷和处理的试样的背面的图使用以下图像转换。使用Kodak ESP 5200 All In One印刷机的扫描功能扫描印刷介质的表面。用彩色以300 dpi进行扫描。将图像保存为jpeg文件。随后，将图像文件载入Corel Photo Paint 10 (Corel公司, 2000)中并且执行以下图像转换：将彩色图像分成蓝绿色、洋红色、黄色和黑色组分。然后使用在0-255的允许范围内的225的阈值将由8位灰度级图像表示的洋红色组分转变为二进制(黑色/白色)图像。通过这种方式处理的图像将称为“洋红色提取图像”。来自介质正面的图像和图4中所显示的图像类似地扫描，并且使用Corel Photo Paint 10通过应用标准半色调转换(45度角，每英寸150条线)由红色、绿色、蓝色(RGB)色彩表现(color representation)转变为二进制图像。这些图像将称为“半色调图像”。
现参考显示印刷基板100的示意图的图1。施加到基板102的印刷面的油墨由在热影响下非迁移的第一组分106和在热影响下迁移的第二组分108组成。所述基板为多孔介质，如纸。因此，油墨部分地浸入基板中。
图2显示在含有红外线辐射110的电磁辐射影响下的印刷基板100。在该实施例中，油墨106的第一组分能够吸收电磁辐射并将其转化成热。这导致温度局部升高。温度升高足够大，以便油墨108的第二组分能够迁移穿过基板的多孔结构，并且油墨108的第二组分的一小部分出现在基板104的非印刷面上，由此产生可见的效果。如果将电磁辐射110关掉并且基板的温度返回到它的环境值，那么油墨108的第二组分将不再迁移并且将被锁定在位置内，从而使得该效果永久不变，直到再次加热该基板为止。
尽管使用纸作为实施例，该工艺可使用其它类型的基板，例如塑料，只要油墨的第二组分经过选择，使得它具有在热影响下迁移穿过基板的能力即可。
现参考图3，图3显示信纸大小的Glatfelter多功能办公用纸张（材料编号22761）的印刷面的半色调图像，其是使用DOD喷墨式印刷机并利用含有炭黑作为黑色着色剂的油墨进行印刷。通过将该印张移动到固定式Adphos NIR40红外线干燥器(adphos InnovativeTechnologies GmbH)下方的输送机上，使该印张经受辐射加热工序。箭头指示移动方向。输送机使用1.3速度设定，其代表18.9英尺/分钟的速度。红外线干燥器只加热该纸张在虚线框120所示的区域内的部分。
图4显示图3中的纸的非印刷面的半色调图像。明显的是，该纸的印刷面的图像内容都没有出现在非印刷面上。特别地，加热区120之内与加热区之外相比不存在任何更大的印刷密度。这表明，红外线加热工序不会导致油墨的炭黑组分的迁移。
图5显示信纸大小的Glatfelter多功能办公用纸张（材料编号22761）的印刷面的半色调图像，其是使用DOD喷墨式印刷机并利用含有黑色和洋红色着色剂两者的油墨进行印刷。黑色着色剂为炭黑，洋红色着色剂为分散红60号，分散红60号为在热影响下能够迁移的着色剂。通过将该印张移动到固定式Adphos NIR40红外线干燥器下方的输送机上，使该印张经受辐射加热工序。输送机使用1.3速度设定，其代表18.9英尺/分钟的速度。红外线干燥器只加热该纸张在虚线框120所示的区域内的部分。
图6显示图5中的纸的非印刷面的洋红色提取图像。明显的是，该纸的印刷面的图像内容的相当一部分以镜像出现在非印刷面上在经受红外线加热过程的区域120中，而在该区域之外，没有图像出现。这表明，红外线加热导致油墨的洋红色组分的迁移。
图7显示信纸大小的Glatfelter多功能办公用纸张（材料编号22761）的印刷面的半色调图像，其是使用DOD喷墨式印刷机在两个工次中进行套准印刷。利用含有和洋红色着色剂的油墨印刷第一工次。洋红色着色剂为分散红60号，分散红60号为在热影响下能够迁移的着色剂。在第二工次中，使用只含有炭黑作为着色剂的油墨来印刷。通过将该印张移动到固定式Adphos NIR40红外线干燥器下方的输送机上，使该印张经受辐射加热工序。输送机使用1.3速度设定，其代表18.9英尺/分钟的速度。红外线干燥器只加热该纸张在虚线框120所示的区域内的部分。
图8显示图7中的纸的非印刷面的洋红色提取图像。明显的是，该纸的印刷面的图像内容以镜像出现在非印刷面上在经受红外线加热过程的区域120中，而在该区域之外，没有图像出现。这表明，红外线加热导致油墨的洋红色组分的迁移。因此，该二工次印刷工艺的结果与其中使用组合的黑色和洋红色油墨的一工次印刷工艺的图6中显示的情形类似。利用两种不同油墨印刷多孔基板（如在该实施例中的办公用纸）将很可能在印刷基板上导致两种着色剂的混合。事实上，颠倒印刷顺序对加热步骤后的非印刷面图像没有影响。然而，对于其它油墨和基板来说，可以想见，印刷次序可导致不同迁移效率，若基板的印刷面上创建由各油墨组成的多层结构，尤其如此。然后可以选择在热处理后产生最佳效果的印刷次序。
图9a显示Glatfelter多功能办公用纸张（材料编号22761）的印刷面的半色调图像，其是利用DOD喷墨式印刷机并以交替方式使用两种不同油墨进行印刷。第一油墨根据本发明含有黑色和洋红色着色剂两者。利用该油墨印刷的符号由参考编号140表示并且在半色调图像中显得更深。利用只含有洋红色着色剂的油墨印刷其它符号。在半色调图像中显得更浅的这些符号由参考编号142表示。以类似的方式印刷两串数字。虽然从图9a中的字符的暗度显而易见所述两种油墨的分配，只有前两个数字明确分配给140和142。
图9b显示图9a的印张的非印刷面在用IR干燥设备以1.3的额定速度设定热处理后的洋红色提取图像。为了更好地比较正面和背面图像，也将图9b水平翻转，由此反转镜像效果。从图9b显而易见的是，只有用黑色和洋红色着色剂的组合印刷的字符在加热过程后出现在纸的背面上。这强调，该油墨的黑色组分对于通过吸收IR辐射产生足够的热以使得洋红色着色剂迁移穿过纸是必需的。
图10显示Glatfelter多功能办公用纸张（材料编号22761）的印刷面的半色调图像，其是利用DOD喷墨式印刷机并使用洋红色油墨进行印刷。使用含有洋红色着色剂分散红60号的油墨将文本和数字印刷为镜像，分散红60号为在热影响下能够迁移的着色剂。
图11显示图10的印张的半色调图像，其使用DOD喷墨式印刷机并利用含有炭黑作为黑色着色剂的油墨进行套准套印。印刷黑色矩形，使得这些矩形与先前使用洋红色油墨印刷的文本和数字完全重叠（与图10比较）。在所得半色调图像中，印刷的文本和数字被黑色矩形遮住，和因此文本和数字难以辨认。
图12显示图11的印张的非印刷面在用IR干燥设备以对应于22.8英尺/分钟的输送机速度的1.5的额定速度设定热处理后的洋红色提取图像。在图中显而易见的是，使用洋红色油墨印刷的文本和数字现可见于纸的背面、但只在经历来自IR干燥器的热的区域120之内。这种效果将用作在文件中嵌入隐藏信息的方式。在印刷步骤后发行含有隐藏信息的文件。在稍后的时间里且可能在不同位置处，使文件以如先前实施例中所述的非接触方式或通过接触加热过程经受热。在施加热之后，目视检查或经由使用电子成像设备检查该文件。隐藏信息在热处理后的出现可被看作是可靠性(authenticity)的证明，并且所揭示的代码可用作其它交易的钥匙，如密码或彩票号码，或者可针对在不同位置处印刷的第二代码进行检查。出于鉴定的目的，洇透特征在热处理后出现的单纯效果(mere effect)可被看作是可靠性的标志。
尽管在这些实施例中使用炭黑作为红外和可见光谱中的电磁辐射的有效吸收剂，但可以使用其它化合物，如吸收红外线辐射的有机染料或颜料或无机红外线辐射吸收材料。
通常，近红外线干燥系统的电磁辐射在大约810 nm的波长(λmax)处达到最大功率，并且吸收材料的吸收光谱应该与电磁辐射的光谱重叠。
在本发明的一个实施方案中，可通过喷墨式印刷机来传递油墨。图13示意性说明示例性喷墨式印刷机20，其中电阻器30的薄膜作为管29的内表面的发热元件。在管两端形成电极311和312，并且然后将锐孔32安装到管两端的其中一端，将纤维管嵌入散热器33中。从油墨供应设备34供应油墨，并且将5 µ sec.的方波脉冲施加到发热元件。
零件清单
20 喷墨式印刷机
29 管
30 电阻器
311 电极
312 电极
32 锐孔
33 散热器
34 油墨供应设备
100 印刷基板
102 基板的印刷面
104 基板的非印刷面
106 油墨的第一组分(非迁移的)
108 油墨的第二组分(迁移的)
110 电磁辐射，包括红外线辐射
120 印张中经受红外线干燥器加热的区域
140 用含有黑色和洋红色着色剂的油墨印刷的符号(字母和数字)
142 用只含有洋红色着色剂的油墨印刷的符号(字母和数字)

Claims (24)

1.将信息印刷在基板上的方法，其包括：
将所述信息印刷在所述基板的第一表面上；和
加热所述基板，使得印刷信息的至少一部分迁移到所述基板的第二表面。
2.根据权利要求1的方法，其中加热发生在印刷过程期间。
3.根据权利要求1的方法，其中加热发生在远程位置处。
4.根据权利要求3的方法，其中在加热之后，鉴定第二表面上的印刷信息。
5.根据权利要求1的方法，其中印刷用的油墨是双组分油墨。
6.根据权利要求5的方法，其中在热影响下第一油墨组分的一部分迁移到第二表面。
7.根据权利要求6的方法，其中所述第一油墨的所述部分通过升华过程迁移。
8.根据权利要求6的方法，其中所述第一油墨的所述部分通过热扩散过程迁移。
9.根据权利要求5的方法，其中第二油墨组分没有响应热而迁移。
10.根据权利要求9的方法，其中所述第二油墨组分是黑色着色剂。
11.根据权利要求9的方法，其中所述第二油墨组分是黑色颜料。
12.根据权利要求11的方法，其中所述黑色颜料吸收热。
13.根据权利要求1的方法，其中加热是由电磁辐射源提供。
14.根据权利要求13的方法，其中所述电磁辐射包含红外线辐射。
15.根据权利要求1的方法，其中加热是通过与热源直接接触来提供。
16.将信息印刷在基板上的方法，其包括：
用第一着色剂将第一信息印刷在所述基板的第一表面上；
用第二着色剂将第二信息印刷在所述基板的所述第一表面上；和
加热所述基板，使得第一或第二印刷信息的至少一部分迁移到所述基板的第二表面。
17.根据权利要求16的方法，其中将所述第二信息与所述第一信息套准印刷。
18.根据权利要求16的方法，其中所述第二信息与所述第一信息至少部分重叠。
19.根据权利要求16的方法，其中所述第二着色剂是黑色着色剂。
20.根据权利要求16的方法，其中所述第二着色剂是黑色颜料。
21.根据权利要求20的方法，其中所述黑色颜料吸收热。
22.根据权利要求16的方法，其中加热是由电磁辐射源提供。
23.根据权利要求22的方法，其中所述电磁辐射包含红外线辐射。
24.根据权利要求16的方法，其中加热是通过与热源直接接触来提供。
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