CN1196601C - 图像接受介质、其制造和使用方法及其制得的图像 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像接受介质，它包括底基介质以及在该介质的一个主表面上的(a)一层与所述底基介质相邻的热熔层，该热熔层的熔融温度为40-150℃；和(b)一层位于该热熔层表面上的成象层，所述成象层包括不溶于水适合吸收油墨的多孔涂层；所述图像接受介质还包括在所述底基介质相反主表面上的粘合剂层。还公开了其制造方法、使用方法以及用该图像接受介质制得的图像。

Description

图像接受介质、其制造 和使用方法及其制得的图像
技术领域
本发明涉及用于热或压力喷墨打印的图像接受介质，所述介质包括一种热熔材料。
背景技术
在现代生活中图象无所不在。用于警示、教育、娱乐、广告等的图象和数据被施加在各种内部和外部的、垂直和水平的表面上。图象的非限定性例子，包括墙上或车辆侧面上的广告、推出新电影的海报和楼梯边上的警示标志。
近年来，随着价廉而有效的喷墨打印机、给墨体系等的快速发展，使用热和压力喷射的油墨大大增多了。
热喷墨硬件可购自许多跨国公司，包括但不限于美国Palo Alto，CA的惠普公司、美国San Diego，CA的Encad公司、美国Rochester，NY的施乐公司、美国Eden Prairie，MN的LaserMaster公司和日本东京的Mimaki Engineering有限公司。由于打印机的制造商为消费者在不断改进其产品，因此打印机的型号和种类快速发生变化。根据最终图象所需的大小，可将打印机制成桌面型的和宽幅型的。流行的工业规模热喷墨打印机的非限定性例子有Encad公司的NovaJet Pro打印机和惠普公司的650C、750C和2500CP打印机。流行的宽幅热喷墨打印机的非限定性例子包括惠普公司的DesignJet打印机，其中2500CP是较好的，因为它具有600×600点/英寸(dpi)分辨率，墨点大小约为40皮升左右。
3M销售的Graphic Maker Inkjet软件适用于将来自互联网、ClipArt或数码照相机的数字图象转换成供热喷墨打印机打印这种图象用的信号。
喷墨油墨也可从许多跨国公司购得，尤其是3M公司销售8551、8552、8553和8554系列颜料基喷墨油墨。使用4种基色：青、品红、黄和黑(通常简称为CMYK)能在数字图象中形成多达256种或更多种颜色。
喷墨打印机用的介质也经历了飞速的发展。由于在工业和消费用途中喷墨成象技术已变得非常流行，使用个人计算机在纸上或其它接受介质上数字打印彩色图象的能力已由染料基油墨扩展至颜料基油墨。介质必须适应这种变化。由于用热喷墨打印头分配以前，颜料颗粒包含在分散液中，因此颜料基油墨能提供更耐久的图象。
喷墨打印机已被广泛用于宽幅电子打印用途，例如用于工程制图和建筑制图。由于喷墨打印机操作简单并且经济，因此这种成象方法具有优良的潜在的发展前景，使打印工业有望制造宽幅、能按要求成象、显示质量好的图案。
因此，用于打印图案的喷墨系统的部件可归纳成三大类：
1.计算机、软件、打印机；
2.油墨；
3.接受介质。
计算机、软件和打印机用于控制油墨滴的大小、数量和位置，并输送接受介质使之通过打印机。油墨中含有形成图象的着色剂和该着色剂的载体。接受介质提供接受并容纳油墨的场所。喷墨图象的质量与总的系统有关。但是在喷墨系统中，油墨和接受介质的组成及其相互作用是非常重要的。
图象质量是观看的公众和付款客户想要得到的并要求看到的。从形成图象的生产商来看，打印车间对喷墨介质/油墨体系提出许多其它较不清楚的要求。而且，根据图象的用途，其放置环境可对介质和油墨提出其它要求。通常，要求图像片在潮湿的户内和户外环境中，尤其在会被雨水或融雪或冰水浸泡的场所，具有耐久性。
目前的喷墨接受介质是根据美国专利5,747,148(Warner等)所述直接涂覆双层接受介质得到的，并由美国3M公司以3MTMScotchcalTM不透明成象介质3657-10和3MTMScotchcalTM半透明成象介质3637-20的牌号销售。由3M公司销售的其它产品包括8522CP和8544CP成象介质，8522CP在成象表面上带有涂层以控制墨滴增大，8544CP在膜的孔穴中带有颜料处理体系和流体处理体系。随着喷墨打印体系在形成上面带有用数码产生的图案的宽幅图像方面的快速发展，需要更多和更好的喷墨接受介质，尤其是那些能满足用于摄影图像的精度和照明要求的接受介质。
这些介质具有水基体系(完全水溶性的或水分散性的组分)形成的涂层。在潮湿环境中水溶性组分容易失去图像片的耐久性。通常，图像是由打印水基油墨形成的，要求固定水基油墨以防止其迁移并失去图像的精度。在基片上形成可复制的图像接受层的制造过程中水分散性组分非常难以操作。利用乳液施加涂层会产生一系列其它制造问题，会影响效率和生产率。
发明的内容
本发明提供一种图像接受介质，它包括底基介质以及在该介质的一个主表面上的一层热熔层。该热熔层的熔融温度为40-150℃。一层成象层位于该热融层的表面上，所述成象层包括不溶于水适合吸收油墨的多孔涂层。
本发明还提供成象层的制备方法，它包括a)在底基介质的一个主表面上施涂一层热熔层；b)向所述热熔层上施涂涂料制剂；和c)蒸去溶剂形成成象层。
还提供一种图像的固定方法，它包括提供如上所述的图像接受介质，通过打印喷射油墨在该介质上形成图像，随后向图像施加热和压力，从而使所述多孔涂层的大部分孔穴填充热熔材料。
具体实施方式
本发明提供单一表面叠层来保护图像的方法，它明显优于现有技术的方法。由于本发明接受介质在多孔成象层下面带有一层热熔层，因此仅使用单层材料就可固定图像，无需使用第二片材。这节约了大量资源，因为无需第二衬里或载体来帮助施加表面叠层。同时，无需进行与第二材料有关的附加操作步骤，例如无需进行对准、修边、装好(thread up)以及其它特殊的操作要求。由于本发明一个方面使省去表面叠层成为可能，因此最终图像产品对观察者是清晰的。本发明接受介质和方法提供一种在户外或严酷的条件下使用的经济材料，以前认为在不使用单独的保护表面叠层或其它特别的或昂贵的技术的情况下这是不可能的。
本发明适合采用宽幅喷墨打印机和颜料基油墨形成图像。本发明解决了获得能承受含水环境的精确数码图像的问题，否则含水环境将会使图像失去精度。
带有热熔层的制品和方法是适用的，因为这种方法能使制造商喷墨打印图像，随后向该材料(可以使用或最好不使用热熔表面叠层)施加热和压力以包封图像。固定后，该图像具有耐水性，不受环境因素的影响，即便不含任何特殊的固定油墨化合物也可置于户外。对涂层进行包封(包括填充孔穴)使得涂层(从而使形成的图像)更坚韧、更具耐水性并可能更具抗紫外性能。
底基介质
适用于本发明的底基介质可以是能均匀涂覆不溶于水的涂料制剂，形成本发明喷墨接受介质的任何聚合物材料。该底基介质可以是实心的、多孔的或者微孔的。根据形成图像的要求，该底基介质可以是透明的、无色的、半透明的、着色的、非着色的或不透明的，或者兼有上述特点。
底基介质的厚度较好约25-750微米，更好约50-250微米。
底基介质可以是刚性的、挠性的、弹性的等，取决于形成图像的要求。
适合形成底基介质的聚合物的非限定性例子包括聚烯烃、聚氨酯、聚酯、丙烯酸类、聚碳酸酯、聚氯乙烯和其它乙烯基聚合物和共聚物、聚苯乙烯。由于低成本和易操作，较好是厚度约110-180微米的聚酯膜。
底基介质的大小仅受通过该介质能进行打印的打印机的能力限制。个人或事务用途的打印机通常是窄幅打印机(即宽度小于约56cm)，而商业或工业用途的打印机通常是宽幅打印机(即打印宽度大于56cm)。随着图像的数码革命的进行，会发现喷墨打印机的更多用途，尤其是打印前将图像分送至许多场所的工业用途。
热熔层
热熔层选自固体的聚合物材料，它在升温下软化，使之流动并填充相邻多孔成象层的孔穴。这些热熔材料可包括具有合适热响应性能的热塑性聚合物组合物，并可选自许多类聚合物，包括但不限于聚酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚烯烃类、聚苯乙烯类、聚乙烯基类树脂，以及这些聚合物和其它聚合物的共聚物和掺混物。美国专利4,656,114给出许多适用于本发明的热粘合剂。较好的热熔材料的熔融温度为90-120℃。
其它非限定性例子包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物类、聚酯类、聚酯酰胺类、聚氨酯类和热塑性弹性体。任选地或如有必要，该热熔材料还可含有添加剂，如聚丁烯和邻苯二甲酸酯(增塑剂)、位阻酚(抗氧剂)和松香衍生物(增粘剂)。
成象层
本发明成象层是一种不溶于水的多孔涂层材料。孔穴的孔体积较好占成象层干体积的20-80％。孔穴的孔体积最好占成象层干体积的30-60％。孔体积可用本领域任何合适的方法进行评价，例如使成象层吸收液态材料，由这种液体测定孔体积；使用显微照片或其它目测技术估算；或者通过测定总体积并减去测定密度得到的实际成象层体积而算得。评价技术的一个例子是汞孔对称法。较好的是，多孔成象层包括粘合剂，该粘合剂还包括平均粒度约1-25微米，较好约4-15微米的颗粒。
多孔涂层可例如如下制得；由含有溶剂粘合剂和颗粒的涂料制剂中蒸去溶剂，留下由粘合剂粘结的紊乱的颗粒团。所述孔穴能快速吸收油墨，形成快干的介质。使用无规形状(如非球形)的颗粒有助于这种孔结构。该成象层犹如流行的“花生脆”糖果那样，粘合剂固定“花生”颗粒。并且溶剂蒸发形成粘合剂“脆”中的大量孔穴。
粘合剂
用于本发明成象层的较好的粘合剂具有低成本、容易制造和加工的特点并能通过或无需在成象层和底基介质之间的底涂层而在上述底基介质上形成坚韧的层。粘合剂是不溶于水的，粘合剂应能溶于用于涂料制剂的溶剂中以确保涂料均匀地涂覆在底基介质上。或者，涂料制剂可以是胶乳分散液状的。在涂料体系不含多价阳离子盐的情况下尤其需要这种胶乳分散液，多价阳离子盐会对胶乳分散液产生不利影响。
粘合剂的非限定性例子包括丙烯酸共聚物，聚(甲基)丙烯酸酯，聚乙烯醇缩醛(如聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯醇缩甲醛)乙酸乙烯酯共聚物，聚氨酯，氯乙烯聚合物和共聚物如VYNS(氯乙烯与乙酸乙烯酯的共聚物，购自Union Carbideof Danbury，CT，USA)、VAGH(氯乙烯、乙酸乙烯酯和乙烯醇的三元共聚物，购自Union Carbide of Danbury，CT，USA)等本领域普通技术人员已知在叠层结构中用于制造高质量、低成本叠层结构的粘合剂。这些粘合剂可容易地从大公司和小公司以树脂购得。较好的用于本发明的粘合剂包括购自Rohm and Haas ofPhiladelphia，PA，USA的Paraloid B82牌甲基丙烯酸甲酯聚合物和VYHH(一种氯乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物，购自Union Carbide of Danbury，CT，USA)。
涂覆底基介质的涂料液中的粘合剂的用量约占涂料固体总量的10-50重量％，较好约占20-40重量％。
颗粒
涂料制剂任选地包括颗粒，其大小和用量足以有助于在最终成象层中形成多孔结构。另外，该颗粒还提供表面变化并保护在喷射油墨中释放的颜料基颗粒以形成最终产品。颗粒的非限定性例子包括现有技术中公开的颗粒，如淀粉、氧化硅、沸石、粘土颗粒，不溶性硅酸盐如硅酸钙、氧化铝、滑石、二氧化钛等。要求该颗粒不溶于用于涂料制剂的溶剂。此外，本发明发现当用染料基或颜料基水性喷射油墨打印时，交联的聚乙烯基吡咯烷酮颗粒特别适合形成良好的图像。其优点还在于例如所述接受介质还可任选地用于打印染料基油墨，尽管它主要用于接受颜料基喷射油墨形成耐水抗褪色图像。这种交联的聚乙烯基吡咯烷酮颗粒可以不同的粒度分布购自许多公司，包括以Luvicross M牌购自Wyandotte，MI，USA的BASF。
当将交联的聚乙烯基吡咯烷酮颗粒与粘合剂和可溶于溶剂的多价阳离子盐一起用于涂料制剂时，该颗粒的用量由其与粘合剂的重量/重量比所决定。颗粒：粘合剂的重量/重量比可约为1∶1-9∶1，较好约1.7∶1-2.0∶1，更好约1.8∶1。其它颗粒需要不同的与粘合剂的重量比，因为蒸去溶剂后实际上是体积/体积比影响成象层，以便粘合剂将该颗粒保持在适当的位置上。
任选的可溶于溶剂的多价阳离子盐
本发明较好使用可溶于溶剂的多价阳离子盐，以便在水的存在下抑制油墨在不溶于水的成象层上的迁移。这些阳离子盐与油墨的颜料颗粒相互作用，将这种颜料颗粒固定在多孔成象层中。
溶于溶剂的多价阳离子盐的非限定性例子包括含选自锌、铝、钙、镁、铬和锰的阳离子以及选自氯、溴、碘和硝酸根的阴离子的盐。
这种盐的较好例子包括无水溴化锌和无水氯化钙。
适用于涂覆底基介质的涂料液的盐的用量约占涂料制剂中固体的0.1-10重量％，较好约0.75-3重量％。
任选的底涂层
根据底基介质的类型，为了提供优良的表面用于成象层，可在底基介质和由溶剂基体系形成的热熔层之间形成底涂层。这种底涂层的非限定性例子包括聚偏二氯乙烯或者溶剂粘性底涂层，如基于Mitsubishi Diafoil 4507牌聚酯的底涂层(购自Mitsubishi Polyester Film.2001 Hood Road，P.0.Box 1400，Greer，South Carolina 29652)。
除了对底基介质进行底涂外，可使用其它表面处理(如电晕处理、表面烧蚀、表面研磨等本领域已知的方法)以增强与底基膜的粘合性。
任选的粘合剂层和任选的剥离层
在底基介质的相反主表面上接受介质还任选地具有一层粘合剂层，该粘合剂层任选地但最好用一层剥离衬里保护。成象后，可将带图像的接受介质粘附在水平或垂直的、内表面或外表面上以警示、教育、娱乐或广告等。
粘合剂和剥离衬里的选择取决于图像片用途的要求。
压敏粘合剂可以是任何常规的压敏粘合剂，它粘附在膜和将要放置带耐久精确图像的喷墨接受介质的物品表面上。压敏粘合剂的概述可参见Satas，编， 压 敏粘合剂手册第二版(Von Nostrand Reinhold 1989)。压敏粘合剂可购自许多公司。较好的丙烯酸酯压敏粘合剂可购自美国3M公司，其概述可参见美国专利5,141,790、4,605,592、5,045,386和5,229,207以及欧洲专利公报EP 0 570515B1(Steelman等)。另一种合适的粘合剂公开在未审定的申请人受让的美国专利申请08/775,844中。
剥离衬里也是众所周知的并可购自许多公司。剥离衬里的非限定性例子包括涂覆硅氧烷的牛皮纸、涂覆硅氧烷的聚乙烯涂层纸、涂覆或未涂覆硅氧烷的聚合物材料，如聚乙烯或聚丙烯，以及涂覆聚合物剥离剂的上述底基材料，如硅氧烷脲、聚氨酯和长链丙烯酸烷酯(参见美国专利3,957,724、4,567,073、4,313,988、3,997,702、4,614,667、5,202,190和5,290,615)，以及以Polyslik牌衬里购自Rexam Release of Oakbrook，IL，USA和以EXHERE牌衬里购自P.H.GlatfelterCompany of Spring Grove，PA，USA的剥离衬里。
或者可如未审定的本申请人受让的美国专利申请08/930,957所述将机械紧固件置于该相反的表面上。
当用于“内置(drop-in)”背光条件，喷墨接受介质在其介质的相反主表面上无粘合剂或机械紧固件，尽管可将粘合剂和紧固件限定在介质的周边区域以便将带图案的介质固定在刚性支承片上。可在二次表面施涂中使用施涂在透明或半透明接受介质上的半透明涂层，例如使用透明的双面粘合剂(如8560施涂粘合剂，购自3M Commercial Graphics Division，3M Center，Maplewood，Minnesota55144-1000)将图像固定在透明的观察表面(如灯箱、售货机等前面的窗或塑料表面)内侧。
任选的添加剂
加至成象层中的任选添加剂包括颗粒助剂如二氧化硅或二氧化钛以增加光学不透明度。这种颗粒助剂的粒度可任选地小于1微米，较好约10-100nm。可任选加入的还有UV稳定剂和/或热稳定剂如位阻胺光稳定剂(HALS)、紫外光吸收剂、抗氧化剂和热稳定剂。这些添加剂是本领域众所周知的并可购自例如CibaGeigy Additives(7 Skyline Drive，Hawthorne，NY 10532-2188)、CytecIndustries Inc.(P.O.Box 426，Westmont，IL 60559-0426)、Sandoz(4000 MonroeRoad，Charlotte，NC 28205)或BASF(BASF Aktiengesellschaft Farbmittel undProzeβchemikalien，67056 Ludwigshafen，Germany)。其它粘合剂包括助粘合剂、所使用粘合剂的增塑剂以及表面活性剂。
制造涂料制剂和施涂至底基介质
涂料制剂是溶剂基的并且制造不复杂，因为除颗粒以外的各种组分可很好地溶解在所选的溶剂中。对于本发明，术语“溶剂基的涂料制剂”是指其中存在的大部分在室温为液态的材料是有机材料的制剂。这种制剂还可包括少量水。较好的是，溶剂基的涂料制剂中水的量小于30％，更好小于20％，最好小于10％。涂料制剂应彻底混合并对形成的分散液过筛，以确保适当的颗粒大小，形成成象层制剂所需的湿涂层重量。涂料制剂最好是储存稳定的，从而在从涂料制剂的制造至将其施涂至预定的无孔底基介质上过程中预计的时间内不形成不可逆的团块。
可将涂料制剂施涂在底基介质上，涂覆厚度取决于油墨接受介质上要打印的油墨的量。较好的是，当溶液约含32.5％固体(固体重量比溶液重量)、颗粒为Luvicross M、粘合剂为Paraloid B82并且颗粒与粘合剂的重量比为1.8时，溶剂基的涂料制剂的湿涂层厚度约为50-500微米，更好约152微米(6mil)至约200微米(8mil)。
成象层的干涂层重量较好约20-80g/m2，更好约25-60g/m2。热熔层的厚度可为成象层厚度的约10-200％，较好为成象层厚度的30-75％，更好为成象层厚度的40-60％。
本发明特别适合保护染料基油墨打印的图像。当成象层中存在任选的颗粒并蒸去溶剂后，自然形成孔穴。当附近存在可热加工的层时，使用热和压力将图像包封在其打印的位置可封闭这种孔穴。这种包封永久地固定图像。
使用时，使用例如热或压力喷射油墨在上述图像接受介质上形成图像。随后向图像片施加热和压力，用热熔材料填充大部分多孔涂层的孔穴。可采用任何合适的方法施加热和压力，例如，使图像片穿过热辊隙。最好的是，使图像片通过一个层压机(例如目前许多打印商店广泛使用的层压机)。较好的是，层压机在约65-180℃，较好在约100-120℃，最好在约110-115℃的温度下施加热和压力。

Claims (21)

1.一种图像接受介质，它包括底基介质以及在该介质的一个主表面上的
(a)一层与所述底基介质相邻的热熔层，该热熔层的熔融温度为40-150℃；和
(b)一层位于该热熔层表面上的成象层，所述成象层包括不溶于水适合吸收油墨的多孔涂层；
所述图像接受介质还包括在所述底基介质相反主表面上的粘合剂层。
2.如权利要求1所述的图像接受介质，其特征在于所述热熔层的熔融温度为90-120℃。
3.如权利要求1所述的图像接受介质，其特征在于所述多孔涂层包括不溶于水的粘合剂和颗粒。
4.如权利要求3所述的图像接受介质，其特征在于所述颗粒是交联的聚乙烯基吡咯烷酮颗粒。
5.如权利要求3所述的图像接受介质，其特征在于所述粘合剂选自丙烯酸共聚物类、聚(甲基)丙烯酸酯类、乙酸乙烯酯共聚物类、聚乙烯基缩醛类、聚氨酯类、氯乙烯聚合物和共聚物类及其混合物。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述多孔涂层的湿涂层厚度为50-500微米。
7.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述成象层的干涂层重量为20-80g/m2。
8.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述热熔层选自聚酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚烯烃类、聚苯乙烯类、聚乙烯基类树脂及其共聚物和掺混物。
9.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述成象层还包括可溶于有机溶剂的多价阳离子盐。
10.如权利要求9所述的图像接受介质，其特征在于所述可溶于有机溶剂的多价阳离子盐包括选自锌、铝、钙、镁、铬和锰的阳离子以及选自氯、溴、碘和硝酸根的阴离子。
11.如权利要求1所述的图像接受介质，它还包括覆盖粘合剂层的剥离衬里。
12.如权利要求11所述的图像接受介质，其特征在于所述剥离衬里包括涂覆硅氧烷的牛皮纸、涂覆硅氧烷的聚乙烯涂层纸、涂覆或未涂覆硅氧烷的聚合物材料；选自聚烯烃、聚氨酯、聚酯、丙烯酸类、聚碳酸酯、聚氯乙烯和其它乙烯基聚合物和共聚物，以及聚苯乙烯的涂覆基材，其中，所述基材涂覆有硅氧烷脲、氨酯甲酸酯类或长链丙烯酸烷酯。
13.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述底基介质包括选自聚烯烃、聚氨酯、聚酯、丙烯酸类、聚碳酸酯、聚氯乙烯和其它乙烯基聚合物或共聚物以及聚苯乙烯的聚合物。
14.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述底基介质包括聚酯膜。
15.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述底基介质包括厚110-180微米的聚酯膜。
16.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述成象层的孔容占成象层干体积的20-80％。
17.如权利要求9所述的图像接受介质，其特征在于所述有机溶剂可溶的多价阳离子盐包括无水溴化锌或者无水氯化钙。
18.如权利要求1-5中任何一项所述的图像接受介质，其特征在于所述底基介质包括基层和在该基层上的底涂层，所述底涂层位于所述基层和所述热熔层之间。
19.一种在底基介质上制备成象层以形成图像接受介质的方法，它包括：
a)在底基介质的一个主表面上施涂一层热熔层，所述热熔层的熔融温度为40-150℃；
b)向所述热熔层上施涂含有溶剂和不溶于水的粘合剂的涂料制剂；c)蒸去溶剂，在所述热熔层上形成成象层，所述成象层包括适合吸收油墨并不溶于水的多孔涂层；
d)在所述底基介质的相反主表面上提供粘合剂层。
20.一种图像，它包括：
a)如权利要求1-18中任何一项所述的图像接受介质；和
b)打印在该介质上的喷射油墨，
其中所述热熔层被熔融并压制，使所述多孔涂层中大部分孔穴被热熔材料所填充。
21.一种图像的固定方法，它包括：
a)提供如权利要求1-18中任何一项所述的图像接受介质；
b)通过在所述成象层上打印喷射油墨在该介质上形成图像；
c)向图像施加热和压力，从而使所述多孔涂层的大部分孔穴填充热熔材料。
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