JP2006111016A - 印刷媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】より優れた写真品質の画像を得るための、急速乾燥性でありかつ擦り汚れ、空気、光、および湿気に耐性の印刷媒体を提供し、さらにこの印刷媒体を使用して高品質の画像を得るシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】基材と、この基材上に配置された多孔質インク受容層と、この多孔質インク受容層上に配置された多孔質表面層とを含む。この多孔質の表面層は、ポリマー粒子および非イオン性の安定化界面活性剤を含む。このような印刷媒体上に、インク供給システムを用いてインクを供給し、その後、溶融機システムで熱および/または圧力を加えて印刷媒体を溶融する。この工程により圧縮された表面層によって、インク受容層に受容されたインクが保護される。
【選択図】図4

Description

本発明は、溶融インクジェット画像を提供するための印刷媒体とその成分組成に関する。
関連出願に対する相互参照
本出願は、2004年10月13日付けで出願された「印刷媒体」と題する同時係属中の米国仮特許出願第60/618,256号に基づき優先権を主張するものでもある。
オフイスおよび家庭におけるインクジェット印刷の利用は、近年、劇的に増加した。その増加は、インクジェットプリンタのコストの徹底的な低減と印刷分解能および総合的な印刷品質の実質的な改善によるものと考えてよい。印刷品質が徹底的に改善されたとはいえ、写真品質を有する画像を得るべく印刷品質をさらに改善するために研究開発努力は継続されている。写真品質画像には、飽和色、高光沢と光沢均一性、グレインおよびコアレッセンスがないこと(グラデーションが滑らかで凝結が生じていないこと)、ならびに高度の永続性が含まれる。写真画像の品質を達成するためには、印刷媒体は、急速乾燥性でありかつ擦り汚れ、空気、光、および湿気に耐性でなければならない。加えて、印刷媒体は、良好なカラー忠実度および高い画像解像度を実現できなければならない。
写真画像品質を有する画像を作り出すことができる印刷媒体は、典型的に、2つのグループ、多孔質媒体と膨潤性媒体に分類される。多孔質媒体は、一般に、ポリマーバインダと結合された多孔質の無機粒子から形成されるインク受容層を有する。この場合、インクジェットインクが無機粒子の孔の中に吸収され、その着色剤は、インク受容層に混合された媒染剤または無機粒子の表面によって固定される。
膨潤性媒体では、インク受容層は、膨潤性のポリマーマトリクスの連続した層となっている。インクジェットインクが塗布されると、インクジェットインクがポリマーマトリクスの膨潤によって吸収されて、着色剤がその連続層内に固定化される。
本発明の課題は、より優れた写真品質の画像を得るための、急速乾燥性でありかつ擦り汚れ、空気、光、および湿気に耐性の印刷媒体、さらにこの印刷媒体を使用して高品質の画像を得るシステムおよび方法を提供する。
簡単に言うと、ここに開示する実施態様は、溶融インクジェット画像を提供するための印刷媒体およびシステムを包含する。1つの典型的な印刷媒体は、特に、基材と、この基材上に配置された多孔質インク受容層と、この多孔質インク受容層上に配置された多孔質表面層とを含む。この多孔質表面層は、ポリマー粒子および非イオン性の安定化界面活性剤を含む。
1つの典型的なシステムは、特に、印刷媒体、その印刷媒体の上へインクを印刷できるよう構成されたインク供給システム、および印刷媒体上へインクを供給した後にその印刷媒体を溶融できるよう構成された溶融機システムを包含する。印刷媒体は、基材と、その基材上に配置された多孔質インク受容層と、その多孔質インク受容層の上に配置された多孔質表面層とを含む。多孔質表面層は、ポリマー粒子および非イオン性の安定化界面活性剤を含む。
ここに開示する多くの態様は、添付図面を参照することによってよく理解することができる。図中の構成要素の互いの縮尺は、必ずしも正確ではない。さらに、複数の図において、同じ参照番号はそれに対応する同じ部品を示す。
印刷媒体およびその印刷媒体を使用するシステムを開示する。簡単に言えば、この印刷媒体は、インク受容層および多孔質表面層を備えている基材を含むが、これらに限定されることはない。多孔質表面層は、複数のポリマービーズ、非イオン性の安定化界面活性剤およびバインダを含むが、これらに限定されることはない。本発明によれば、インク(例えば、顔料ベースのインクジェットインクおよび/または染料ベースのインクジェットインク)を多孔質表面層上へ付着させた後、その印刷媒体を溶融する。
単一パスのウェットオンウェットコーティングを用いて生成された1つ以上の多孔質層を使用する従来の印刷媒体には、いくつかの欠点がある。理論に縛られるつもりはないが、大きな分子に固定されていない小さな分子は、多重多孔質層中を自由に移動する。バインダ分子は自由に移動するというわけではないが、水除去処理中では層の表面のより近くに移動する。層表面のより近くにバインダが移動すると、表面コーティングの孔が塞がれて、設定可能な機能の低下を招く。したがって、その媒体上に印刷を行うと、表面層が存在しない場合には観察されないよどみ、滞留およびコアレッセンスが生じてしまう。しかし、選択された非イオン性の安定化界面活性剤を多孔質表面層に混合することにより、上記の不都合な現象が回避されて組成物が安定化し、表面層の孔が広がり、これによって、インクの浸透が可能となる。この挙動を起こさせる非イオン性の安定化界面活性剤は、ポリマービーズと会合する(例えば、ポリマービーズ表面上へ吸収される)ものであり、これは、表面張力の測定を利用して確認される。ポリマービーズと会合しない界面活性剤は、表面層の多孔度を改善しない。非イオン性の安定化界面活性剤がポリマービーズの表面上へ吸着すると、立体バリアが形成され、これにより、物理的にポリマービーズが分離状態で保持され、多孔度が高められる。
図1に、コンピュータ制御システム12、インク供給システム14、溶融機システム16および印刷媒体18を含む代表的なプリンタシステム10のブロック図を示す。コンピュータ制御システム12は、インク供給システム14および溶融機システム16を制御するよう機能可能なプロセス制御システムを含む。詳細には、コンピュータ制御システム12は、インク供給システム14に指令してかつこれを制御して、文字、記号、写真およびこれらに類するものを印刷媒体18上へ印刷させる。さらに、コンピュータ制御システム12は、溶融機システム16に指令してかつこれを制御して、印刷後に印刷媒体18を溶融させる。
インク供給システム14は、印刷媒体上へインクを供給するインクジェット技術およびコーティング技術を包含するが、これに限定されることはない。インクを供給するには、ドロップオンデマンド式および連続フロー式インクジェット技術のようなインクジェット技術を用いることができる。インク供給システム14は、複数のインクジェットプリントヘッド供給器の1つ以上を通してインクを供給(例えば噴射)するよう機能する少なくとも1つのインクジェットプリントヘッド(例えば、サーマルインクジェットプリントヘッドおよび/またはピエゾインクジェットプリントヘッド)を具備する。
図2に、印刷媒体20の代表的な実施態様の断面図を示す。上述のように、印刷媒体20は、インク受容層24および多孔質の表面層26を有する基材を含むが、これに限定されることはない。インク受容層24は基材22上に配置され、多孔質表面層26はインク受容層24上に配置されている。インク受容層24は、細孔性の無機粒子およびバインダを含むが、これに限定されることはない。多孔質表面層26は、ポリマー粒子、膨潤性バインダおよび非イオン性の安定化界面活性剤を含むが、やはりこれに限定されることはない。
「基材」22という用語は、ここに開示する実施態様によるインク受容層24で被覆されうる印刷媒体基材を指す。基材22は、紙基材、写真ベース基材、透明から不透明までのプラスチックフィルムのようなプラスチック基材およびこれらに類するものを含むが、これらに限定されることはない。また、基材22は、ポリマー、紙、ガラス、セラミックス、織布または不織布の材料からなる硬質または可撓性の材料を含むが、これらに限定されることはない。
「インク受容層」24という用語は、基材22上に配置(例えば、被覆)させることができる細孔性の無機粒子を含む層を指す。インク受容層24は、その細孔性の無機粒子が有する孔の中でインクを受容するように構成される。インク受容層24は、約10〜30グラム/平方メートル(GSM)、好ましくは約25〜30GSMである。
上述のように、インク受容層24は、細孔性の無機粒子を含む。細孔性の無機粒子は、シリカ、シリカ−マグネシア、ケイ酸、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミナ、アルミナ水和物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、カオリン、タルク、チタニア、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、炭酸亜鉛、擬ベーマイト、ベントナイト、ヘクトライト、クレーおよびこれらの混合物を包含するが、これらに限定されることはない。
さらに、インク受容層24は、上記の細孔性の無機粒子を結合するのに使われるバインダも含む。このバインダは、水溶性ポリマー(例えば、ポリビニルアルコール、カチオン性ポリビニルアルコール、アセトアセチル化ポリビニルアルコール、シリル化ポリビニルアルコール、カルボキシル化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテートとポリビニルピロリドンとのコポリマー、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとのコポリマー、カチオン性ポリビニルピロリドン、ゼラチン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース)、水分散性ポリマー、ゼラチンおよびこれらの組合せを含むが、これらに限定されることはない。
所定量のバインダを使用できるが、その所定量は、細孔性の無機粒子を機能的に結合させるが、細孔性無機粒子の間および内部に空間を残して、印刷時にインク受容層24内にインクを受容できるような量である。バインダおよび無機粒子の比率を適切に設定することによって、乾燥時の望ましくないひび割れを回避するインク受容層を得ることができ、細孔性の無機粒子の内部および周りに空隙を保持しながらも、インク受容層24内での細孔性の無機粒子同士の付着も同時に得ることができる。例えば、インク受容層24は、約80%を上回る無機粒子を含む。
「多孔質表面層」26という用語は、ポリマー粒子、膨潤性バインダおよび非イオン性の安定化界面活性剤を含む層を指し、インク受容層24上に配置(例えば、被覆)できるものである。多孔質表面層26は、約1〜3グラム/平方メートルである。
ここでの使用において、「ポリマー粒子」という用語は、孔または空隙を含まないプラスチック粒子を指す。ポリマー粒子は、約100〜300ナノメートル(nm)の範囲の平均粒径を有する。
ポリマー粒子の例には、合成ラテックス、例えばアクリル、スチレンアクリル、エチレンビニルアセテート、ビニルアクリレート、スチレン、ポリウレタン、ポリエステル、低密度ポリエチレン(「LDPE」)ビーズ、ポリスチレンビーズ、ポリメチルメタクリレート(「PMMA」)ビーズおよびポリエステル粒子が含まれるが、これらに限定されることはない。詳細には、ポリマー粒子は、次の商品名、AIRFLEX(登録商標)(Air Products)、ALBERDINGK(登録商標)(Alberdingk Boley,Inc.)、ACRONAL OPTIVE(登録商標)(BASF Architectural Coatings)、NEOCAR(登録商標)ACRYLIC、UCAR(登録商標)LATEXおよびUCAR(登録商標)VEHICLE(Dow Union Carbide Chemical Company)、JONCRYL(登録商標)(Johnson Polymers)、ARMOREZ(登録商標)、JONREZ(登録商標)およびSYNPAQUE(登録商標)(MeadWestvaco)、NEOCRYL(登録商標)(NeoResins)、CARBOSET(登録商標)(Noveon)、POLYCHEM(登録商標)(OPC Polymers)、AROLON(登録商標)、SYNTHEMUL(登録商標)およびWALLPOL(登録商標)(Reichhold Chemicals)、TEXIGEL(Scott Bader)、SETALUX(Akzo Nobel)、Rhoplex(登録商標)およびPolyco(登録商標)(Rohm Haas Chemical)、Rovene(登録商標)(Mallard Creek Polymers,Inc.)、Eastman AQ(Eastman Chemical Company)、ならびにWitcobond(Witco Chemicals)で市販されているものを含むが、これらに限定されることはない。一実施態様では、このポリマー粒子は、Dow Chemical Companyから入手できるDow PB6656A、Dow 6688A、Dow 722HS、Dow 756AまたはDow 788Aである。
膨潤性バインダは、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプンもしくはこれらの誘導体、ゼラチンもしくはその誘導体、セルロースもしくはその誘導体(例えば、セルロースエーテル、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースもしくはヒドロキシプロピルメチルセルロース)、無水マレイン酸ポリマーもしくはそのコポリマー、アクリルエステルコポリマー、ポリアクリルアミド、カゼイン、ならびに水溶性もしくはアンモニア可溶性ポリアクリレートまたはポリメタクリレートおよびそのコポリマー、第四アミン、ならびにこれらの組合せを含む水溶性バインダであるが、それに限定されることはない。
非イオン性の安定化界面活性剤は、エチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマー、アルキルフェノール、ソルビトールエステル型の化合物、ポリマービーズの表面上へ吸着するその他のエーテルおよびエステル型の材料、ならびにこれらの組合せを含むが、それに限定されることはない。さらに、非イオン性の界面活性剤は、アルキルフェノールエトキシレート、ポリオキシエチレネート、直鎖アルコールエトキシレート、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン化メルカプタン、長鎖カルボン酸エステル、天然および脂肪族の酸のグリセリルエステルおよびポリグリセリルエステル、プロピレングリコール、ソルビトールエステルおよびポリオキシエチレン化ソルビトールエステル、ポリオキシエチレングリコールエステルおよびポリオキシエチレン化脂肪酸、アルカノールアミド、第三アセチレングリコール、ポリオキシエチレン化シリコーン、N−アルキルピロリドン、アルキルポリグリコシド、ならびにそれらの組合せを含むが、それに限定されることはない。
詳細には、非イオン性の安定化界面活性剤は、Triton(例えばRohm&Haas Co.から入手できる770、X200、X100)、Tergitol(例えばUnion Carbideから入手できるNP 15Sシリーズ)およびIgepal(例えばRhodiaから入手できるCO−710およびCA−720)を含むが、これらに限定されることはない。理論に縛られるつもりはないが、例えば、Tritox X100とポリマービーズとの会合によって、Tritox100の溶液の表面張力は、ポリマービーズの存在下では、水のみの溶液の表面張力より増大する。
図3は、プリンターシステム10を用いて図2に示した印刷媒体に印刷を施す際の代表的な方法30を説明するフローチャートである。ブロック32において、インク受容層と多孔質表面層とを有する印刷媒体を形成する。上述のように、多孔質表面層は、ポリマー粒子、膨潤性バインダおよび非イオン性の安定化界面活性剤を含む。ブロック34において、インク供給システム14を用いて印刷媒体のインク受容層上にインクを配置させる。ブロック36において、印刷後、印刷媒体を溶融機システム16で溶融させる。
「溶融する」、「溶融」、「溶融過程」およびこれらに類する用語は、多孔質表面層が膜を形成して、その膜の中または上に印刷されたインクを保護するように、印刷された文字、記号および/または画像が少なくとも部分的に溶融されているもしくはフュージングされた状態(または印刷画像を得るプロセス)を指す。溶融は、熱および/または圧力、ならびに好ましくはその両方を印刷後に印刷媒体に加えることによって起こりうる。熱および任意に圧力を加えることによって、多孔質表面層が圧縮されかつ溶融する。加えられる熱および/または圧力の度合いは、使われる材料に少なくとも部分的に依存するが、一般にはそれぞれ、約90℃〜250℃が得られるような熱および/または約2.81〜21.1kg/cm(約40ポンド/平方インチ(spi)〜300psi)の圧力である。
図4の4A〜4Cに、図2に示した印刷媒体20上へインク42を供給するステップと印刷媒体20の溶融ステップとを示す連続の概略的な断面図を示す。4Aには印刷媒体20を示し、4Bには、多孔質表面層26上に配置されそしてインク受容層24に吸収されたインク42を示す。また、4Cには、溶融可能な印刷媒体20の溶融を示す。多孔質表面層44は、溶融機システム16によって加えられた熱および/または圧力によって圧縮されている。圧縮された多孔質表面層44は、溶融可能な印刷媒体20上へ印刷されたインク42を保護する。
インクは、染料ベースのインク、例えば、非イオン性インク、カチオン性インク、アニオン性インクまたはこれらの混合物を含むが、これらに限定されることはない。インクジェット印刷で使用するためのブラックおよびカラーの染料ベースのインクを、ここに開示する実施に際し使用することができる。当業者に知られているように、カラーインクは、多数の水溶性の酸性および直接染料を含む。
留意すべきは、比、濃度、量およびその他の数値データは、本明細書では範囲の形式で表現されていることである。このような範囲の形式は、簡便さおよび簡潔さのために用いられるものであって、したがって、範囲の限界として明確に示された数値を含むだけでなく、各数値および部分的な範囲が明確に示されているがごとくその範囲内に含まれる個々の数値または部分的な範囲を全て表すものであると柔軟に解釈すべきであることを理解されたい。例えば、「約0.1%〜約5%」という濃度範囲は、約0.1wt%〜約5wt%という明確に示された濃度を含むだけではなく、ここに表示された範囲内の個々の濃度(例えば1%、2%、3%および4%)ならびに部分的な範囲(例えば0.5%、1.1%、2.2%、3.3%および4.4%)を含むものと解釈すべきである。
上記実施態様に対して多くの変更ならびに修正を行うことができる。このような修正および変更は全て、本出願の開示の範囲内に包含されかつ請求の範囲によって保護されるものである。
プリンタシステムの一実施態様を示す図である。 インク受容層と多孔質表面層とを有する印刷媒体の代表的実施態様の断面図である。 図2に示した印刷媒体を使用するための代表的な実施態様のフローチャートである。 図2に示した印刷媒体の代表的な実施態様上へインクを供給する一連の工程を示す概略的な断面図であり、この工程中、印刷媒体を溶融させる。
符号の説明
10 プリンタシステム
12 コンピュータ制御システム
14 インク供給システム
16 溶融機システム
18 印刷媒体
20 印刷媒体
22 基材
24 多孔質インク受容層
26 多孔質表面層
42 インク
44 多孔質表面層

Claims (11)

  1. 基材22と、
    前記基材22上に配置された多孔質インク受容層24と、
    前記多孔質インク受容層24上に配置された多孔質表面層26とを含み、
    前記多孔質表面層26が、ポリマー粒子および非イオン性の安定化界面活性剤を含む、印刷媒体。
  2. 前記非イオン性の安定化界面活性剤が、エチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマー、アルキルフェノール、ソルビトールエステル型の化合物およびこれらの組合せから選択される、請求項1に記載の印刷媒体。
  3. 前記非イオン性の安定化界面活性剤が、アルキルフェノールエトキシレート、ポリオキシエチレネート、直鎖アルコールエトキシレート、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン化メルカプタン、長鎖カルボン酸エステル、天然および脂肪族の酸のグリセリルエステルおよびポリグリセリルエステル、プロピレングリコール、ソルビトールエステルおよびポリオキシエチレン化ソルビトールエステル、ポリオキシエチレングリコールエステルおよびポリオキシエチレン化脂肪酸、アルカノールアミド、第三アセチレングリコール、ポリオキシエチレン化シリコーン、N−アルキルピロリドン、アルキルポリグリコシドならびにこれらの組合せから選択される、請求項1に記載の印刷媒体。
  4. 前記多孔質インク受容層が、シリカ、シリカ−マグネシア、ケイ酸、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミナ、アルミナ水和物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、カオリン、タルク、チタニア、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、炭酸亜鉛、擬ベーマイト、ベントナイト、ヘクトライト、粘土およびこれらの混合物から選択される細孔性の無機粒子を含む、請求項1に記載の印刷媒体。
  5. 基材22と、
    前記基材22上に配置されていて、細孔性の無機粒子を含みかつ10〜30グラム/平方メートルである多孔質インク受容層24と、
    前記多孔質インク受容層24上に配置されていて、ポリマー粒子、膨潤性バインダおよび非イオン性の安定化界面活性剤を含む多孔質表面層26とを有しており、
    前記非イオン性の安定化界面活性剤が、エチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマー、アルキルフェノール、ソルビトールエステル型の化合物およびこれらの組合せから選択され、かつ前記多孔質表面層26が1〜3グラム/平方メートルである、印刷媒体。
  6. 溶融インクジェット画像を作製するためのシステムにおいて、
    基材22と、前記基材22上に配置された多孔質インク受容層24と、前記多孔質インク受容層24上に配置されていて、ポリマー粒子および非イオン性の安定化界面活性剤を含む多孔質表面層26とを含む印刷媒体20と、
    前記印刷媒体20上へインクを印刷するように構成されたインク供給システム14と、
    前記印刷媒体20上へインクを供給した後、前記印刷媒体20を溶融するように構成された溶融機システム16とを具備する、システム。
  7. 前記非イオン性の安定化界面活性剤が、エチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマー、アルキルフェノール、ソルビトールエステル型の化合物およびこれらの組合せから選択される、請求項6に記載の印刷媒体。
  8. 前記溶融が、溶融性の印刷媒体20に熱を加えることを含む、請求項6に記載の方法。
  9. 前記熱を、約90℃〜250℃となるように加える、請求項8に記載の方法。
  10. 前記溶融が、溶融性の印刷媒体20に圧力を加えることを含む、請求項7に記載の方法。
  11. 前記圧力が、約2.81〜21.1kg/cm(約40ポンド/平方インチ(spi)〜300psi)である、請求項10に記載の方法。
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