JP2017200760A - 弾性下層を有するサーマル印刷可能な紙物品 - Google Patents

弾性下層を有するサーマル印刷可能な紙物品 Download PDF

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Abstract

【課題】改良された印刷性能を付与する、エラストマー下層を有する感熱印刷可能な紙物品を提供する。【解決手段】厚さ４０μｍ〜５００μｍの紙基材と、紙基材上に配置された１０３Ｐａ〜１０８Ｐａの範囲の圧縮弾性率を有する厚さ３μｍ〜２０μｍのエラストマー層と、エラストマー層の上に配置された、中空球状ポリマー粒子、粘土粒子、及びゼオライト粒子からなる群から選択される絶縁粒子を含む厚さ２μｍ〜１０μｍの着色断熱層と、着色断熱層上に配置された厚さ１μｍ〜１０μｍの感熱性記録層と、を備える、コート紙物品。【選択図】なし

Description

本発明は、エラストマー下層を有するサーマル印刷可能な紙物品に関する。本発明の物品は、この下層によって改良された印刷性能を提供する。
直接サーマル印刷では、サーマルプリントヘッドが紙と直接接触して紙を加熱し、画像を生成する。紙がプリントヘッドに完全に接触していないとき、紙に伝わる熱は拡散しやすくなり、好ましくない低いエネルギー効率をもたらす。従来、サーマル紙は、プリンタと紙とのより良好な接触を達成するために、高い平滑度で生産されているが、それにもかかわらず適合は不完全であり、その結果欠陥がドット抜けの形で画像に現れる。これらのドット抜けには、例えば、バーコードのバーに見出されるボイドや、コードのスペースに見出されるスポットがあり、反射率プロファイルの不規則性として読み取られ、バーコードの可読性が悪くなる。
したがって、プリントヘッドと紙との間の接触を改良することによって印刷性能を改良する方法を見出すことは、サーマル印刷の技術分野において利点がある。
本発明は、第１の態様において、コート紙物品を提供することによって当該技術分野における必要性に対処し、このコート紙物品は、
ａ）厚さ４０μｍ〜５００μｍの紙基材と、
ｂ）紙基材上に配置された１０３Ｐａ〜１０８Ｐａの範囲の圧縮弾性率を有する厚さ３μｍ〜２０μｍのエラストマー層と、
ｃ）エラストマー層の上に配置された、中空球状ポリマー粒子、粘土粒子、及びゼオライト粒子からなる群から選択される絶縁粒子を含む厚さ２μｍ〜１０μｍの着色断熱層と、
ｄ）着色断熱層上に配置された厚さ１μｍ〜１０μｍの感熱性記録層と、を備える。
本発明は、第２の態様において、
ａ）厚さ４０μｍ〜５００μｍの紙基材と、
ｂ）紙基材の上に配置された相互連結ポリマー粒子の厚さ３μｍ〜２０μｍのエラストマー層であって、ポリマー粒子がコアシェルモルホロジーを有し、コア対シェルの重量対重量比が８０：２０〜９８：２の範囲にあり、コアは、コアの重量に基づいて、９０〜９９．９重量パーセントの、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、及びアクリル酸２−プロピルヘプチルからなる群から選択されるモノマーの構造単位、ならびに０．１〜１０重量パーセントの多エチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む、エラストマー層と、
ｃ）エラストマー層の上に配置された、中空球状ポリマー粒子、粘土粒子、及びゼオライト粒子からなる群から選択される絶縁粒子を含む厚さ２μｍ〜１０μｍの着色断熱層と、
ｄ）着色断熱層上に配置された厚さ１μｍ〜１０μｍの感熱性記録層と、を備えるコート紙物品である。
本発明の物品は、紙に適用される圧力の悪影響を軽減することによって印刷性能を改良する方法を提供する。
第１の態様では、本発明は、
ａ）厚さ４０μｍ〜５００μｍの紙基材と、
ｂ）紙基材上に配置された１０３Ｐａ〜１０８Ｐａの範囲の圧縮弾性率を有する厚さ３μｍ〜２０μｍのエラストマー層と、
ｃ）エラストマー層の上に配置された、中空球状ポリマー粒子、粘土粒子、及びゼオライト粒子からなる群から選択される絶縁粒子を含む厚さ２μｍ〜１０μｍの着色断熱層と、
ｄ）着色断熱材料層上に配置された厚さ１μｍ〜１０μｍの感熱性記録層と、を備えるコート紙物品である。
本発明の物品は、水性コーティング配合物の連続的なドローダウンにより、弾性層、次いで絶縁層、次いで感熱性記録層を紙に塗布することによって有利に作製される。弾性層を塗布する好ましい方法は、１０３Ｐａから、好ましくは１０４Ｐａから、より好ましくは１０６Ｐａから１０８Ｐａまでの範囲の圧縮弾性率を有するポリマー粒子の水性分散液を、ドローダウン機上で制御された速度で、線巻ロッドを使用して、紙基材に塗布する。次いで、コート紙は、次の層が塗布される前に、事前の温度で有利に乾燥される。
ポリマー粒子は、好ましくは、コアが８０重量パーセントから、より好ましくは８５重量パーセントから、最も好ましくは９０重量パーセントから、好ましくは９８重量パーセントまで、より好ましくは９６重量パーセントまでのポリマー粒子を含み、シェルが、好ましくは２重量パーセントから、より好ましくは５重量パーセントから、好ましくは２０重量パーセントまで、より好ましくは１５重量パーセントまで、最も好ましくは１０重量パーセントまでのポリマー粒子を含むコア−シェルモルホロジーによって特徴付けられる。
コアは、好ましくは、コアの重量に基づいて、９０重量パーセントから、より好ましくは９５重量パーセントから、最も好ましくは９８重量パーセントから、好ましくは９９．９重量パーセントまで、より好ましくは９９．８重量パーセントまで、最も好ましくは９９．５重量パーセントまでのエチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、及び２−プロピルヘプチルメタクリレートからなる群から選択されるモノマーの構造単位を含む。コアは、好ましくは、コアの重量に基づいて、０．１重量パーセントから、より好ましくは０．２重量パーセントから、最も好ましくは０．５重量パーセントから、好ましくは１０重量パーセントまで、より好ましくは５重量パーセントまで、最も好ましくは２重量パーセントまでの多エチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む。好ましい多エチレン性不飽和モノマーは、アリルメタクリレート、ジビニルベンゼン、ブチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、及びエチレングリコールジメタクリレートなどのジエチレン性不飽和モノマーである。
シェルは、好ましくは、メチルメタクリレート、スチレン、アクリロニトリル、及びメタクリル酸ｔ−ブチルからなる群から選択される少なくとも１種のモノマーの構造単位を含む。好ましくは、コアの少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは少なくとも９８％が、ブチルアクリレート及びアリルメタクリレートの構造単位を含み、シェルの好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは少なくとも９８％が、メチルメタクリレートの構造単位を含む。
エラストマー層の好ましい厚さは５μｍ〜１５μｍ（〜５ｇ／ｍ２から１５ｇ／ｍ２）である。
絶縁層は、水性分散液もしくは中空球状ポリマー粒子、または粘土もしくはゼオライト粒子の水性懸濁液をコート紙に塗布し、塗布されたコーティングを乾燥させることによって形成される。中空球状ポリマー粒子の市販の水性分散液には、ＲＯＰＡＱＵＥ（商標）ＴＨ−２０００中空球状ポリマー、ＲＯＰＡＱＵＥ（商標）ＡＦ−１０５５中空球状ポリマー、及びＲＯＰＡＱＵＥ（商標）Ｕｌｔｒａ Ｅ不透明ポリマーが含まれる（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙまたはその関連会社の商標）。中空球状ポリマーの粒子サイズは、典型的には２７５ｎｍから、より好ましくは３５０ｎｍから、好ましくは２μｍまで、より好ましくは１．８μｍまで、最も好ましくは１．６μｍまでの範囲である。好ましくは、絶縁層の厚さは、４μｍ〜８μｍ（絶縁材料の密度に応じて〜１．４ｇ／ｍ２から１０ｇ／ｍ２に相当する）の範囲である。
次に、感熱性記録材料の溶液をエラストマー層及び絶縁層でコーティングされた紙に塗布し、乾燥させるのが有利である。感熱性記録材料は、典型的には、ロイコ染料及び発色現像液（米国特許第４，９２９，５９０号参照）を含み、バインダー、充填剤、架橋剤、表面活性剤、及び熱溶融性材料を含む様々な他の添加剤も含み得る。
以下の実施例が実証するように、本発明の物品は、エラストマー層を含まないコート紙上の印刷品質の指標である光学濃度の改良を示す。
実施例１では、エラストマー層を形成するポリマー粒子は、表１に示すように特徴付けられる。ＢＡはブチルアクリレートを、ＡＬＭＡはアリルメタクリレートを、ＭＭＡはメチルメタクリレートを示す。圧縮弾性率は、圧縮弾性率の計算と題されたセクションに記載されているように計算した。
実施例１−エラストマー下層を有するコート紙物品の作製
コア−シェルエラストマーポリマー粒子の水性分散液（１１９．９ｇ、固形分５１．３％、粒径１７０ｎｍ）をＲＨＯＰＬＥＸ（商標）Ｐ３０８バインダー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙまたはその系列会社の商標、１０．１ｇ、固形分４９．８％）、及び水（３１．６ｇ）と撹拌しながら合わせた。ドローダウン機上で制御された速度で巻線ロッドを使用して紙基材にコーティングを塗布し、コート紙を８０℃に設定した対流式オーブンに移して１分間乾燥させた。エラストマー層の密度は、コーティングされた材料の既知の面積を切断し、試料を秤量することによって判定し、３．７ｇ／ｍ２であることが判明した。
ＲＯＰＡＱＵＥ ＡＦ−１０５５中空球状ポリマー（７１．７ｇ、固形分２６．７％）、ＲＨＯＰＬＥＸ Ｐ３０８バインダー（８．８ｇ、固形分４９．８％）、ポリビニルアルコール（Ｋｒｅｍｅｒ Ｐｉｇｍｅｎｔｅから入手、３．９ｇ、固形分１４．５％）、及び水（１１７．５ｇ）を作製した。混合物のｐＨを７．５に調整し、粘度をＲＨＯＰＬＥＸ ＲＭ２３２Ｄ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ Ｍｏｄｉｆｉｅｒで４００ｃＰｓに調整した。次いで、この混合物の一部を上記のように塗布し、乾燥させた。塗布されたコーティングの密度は３．５ｇ／ｍ２であった。
水（５．７ｇ）と分散剤（０．０３ｇ）を攪拌しながら混合することにより、感熱性記録配合物を作製した。炭酸カルシウム粉末（Ｓｈｉｒａｓｈｉ Ｋｏｇｙｏ Ｋａｉｓｈａ，Ｌｔｄ．製Ｔｕｎｅｘ−Ｅ ４．４ｇ）をゆっくりと添加し、５分間攪拌を続けた後、混合物にシリカ粉末（Ｍｉｚｕｓａｗａ Ｋａｇａｋｕ Ｋ．Ｋ．製Ｍｉｚｕｃａｓｉｌ Ｐ−６０３ ３．７ｇ）をゆっくり加えた。その間に４−ヒドロキシ−４’−イソプロポキシジフェニルスルホンの水性分散液（８．８ｇ、固形分５０％）をゆっくりと添加しながらさらに５分間撹拌を続け、続いて２−ベンジル−オキシ−ナフタレン（７．３ｇ、４０％固形分）の水性分散液を添加し、続いてステアリン酸亜鉛（３．１ｇ）の水性分散液を添加し、次いで２−アニリノ−６−（ジブチルアミノ）−３−メチルフルオラン（５．２ｇ、固形分３５％）の水性分散液を添加した。続いて消泡剤（０．００７ｇ）を加え、混合物をさらに５分間攪拌した。最後に、十分に加水分解されたポリビニルアルコール（１４．７ｇ）の溶液をゆっくりと添加し、さらに５分間撹拌を続けた。塗布されたコーティングの密度は３．５ｇ／ｍｍ２であった。
比較実施例１−エラストマー下層を有さないコート紙物品の作製
比較実施例の物品は、エラストマー層ステップの不存在を除いて、基本的に実施例１に記載したように作製した。２つの試料の光学濃度は、Ａｔｌａｎｔｅｋ Ｍ２００サーマルプリンター及びＸ−Ｒｉｔｅ光学濃度計を使用してＡＳＴＭ Ｆ１４０５に従って８ｍＪ／ｍｍ２で測定した。実施例１のコーティングされた基材は、１．１９ＡＵの光学濃度を有することが見出され、比較実施例１のコーティングされた基材は、０．８６ＡＵの光学濃度を有することが見出された。本発明の実施例で観察される高い光学濃度は、著しく高い印刷品質と相関する。
圧縮弾性率の計算
熱機械分析は、圧縮試料固定具を備えたＴＡ Ｑ４００ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行った。水性コーティング配合物を滑らかなＴｅｆｌｏｎペトリ皿に１ｍｍの厚さに注ぎ、５０℃の真空中で試料を乾燥させることによって、乾燥したコーティングスラブの試料を作製した。乾燥した試験片をＴｅｆｌｏｎ表面から取り出し、自立型ペレットとして放出した。プローブ先端固定具を備えたＴＡ Ｑ４００装置で、力を０．０５Ｎから０．５Ｎに増加させ、同時にコーティングペレット試料の寸法を測定した。寸法と力は、次式に従って、応力とひずみを得るため計算された。
式中、σは応力であり、Ｆはプローブから加えられる力であり、Ａは試料表面と接触するプローブの面積である。
式中、εはひずみであり、測定された試験片ｌのリアルタイム厚さ、及び力が加えられる前の試験片ｌ０の元の厚さから計算される。ひずみと応力をプロットすると、ひずみ応力曲線の傾きが試験片の圧縮弾性率である。
ダイレクトサーマル印刷では、サーマルプリントヘッドが紙と直接接触して紙を加熱し、画像を生成する。紙がプリントヘッドに完全に接触していないとき、紙に伝わる熱は拡散しやすくなり、好ましくない低いエネルギー効率をもたらす。従来、サーマル紙は、プリンタと紙とのより良好な接触を達成するために、高い平滑度で生産されているが、それにもかかわらず適合は不完全であり、その結果欠陥がドット抜けの形で画像に現れる。これらのドット抜けには、例えば、バーコードのバーに見出されるボイドや、コードのスペースに見出されるスポットがあり、反射率プロファイルの不規則性として読み取られ、バーコードの可読性が悪くなる。

Claims (8)

  1. ａ）厚さ４０μｍ〜５００μｍの紙基材と、
    ｂ）前記紙基材上に配置された１０３Ｐａ〜１０８Ｐａの範囲の圧縮弾性率を有する厚さ３μｍ〜２０μｍのエラストマー層と、
    ｃ）前記エラストマー層の上に配置された、中空球状ポリマー粒子、粘土粒子、及びゼオライト粒子からなる群から選択される絶縁粒子を含む厚さ２μｍ〜１０μｍの着色断熱層と、
    ｄ）前記着色断熱層上に配置された厚さ１μｍ〜１０μｍの感熱性記録層と、を備える、コート紙物品。
  2. 前記絶縁粒子が中空球状ポリマー粒子である、請求項１に記載のコート紙物品。
  3. 前記エラストマー層は、コアシェルモルホロジーを有する相互連結ポリマー粒子を含み、前記コア対前記シェルの重量対重量比が８０：２０〜９８：２の範囲であり、前記コアは、前記コアの重量に基づいて、９０〜９９．９重量パーセントの、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、及びアクリル酸２−プロピルヘプチルからなる群から選択されるモノマーの構造単位、ならびに０．１〜１０重量パーセントの多エチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む、請求項１または２のいずれかに記載のコート紙物品。
  4. 前記コア対前記シェルの重量対重量比が９０：１０〜９６：４の範囲であり、前記コアは、前記コアの重量に基づいて、９５〜９９．８重量パーセントの、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、及びアクリル酸２−プロピルヘプチルからなる群から選択されるモノマーの構造単位、ならびに０．１〜１０重量パーセントのジエチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む、請求項３に記載のコート紙物品。
  5. 前記コアは、前記コアの重量に基づいて、９５〜９９．５重量パーセントのアクリル酸ブチルの構造単位、及び０．５〜５重量パーセントの前記ジエチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む、請求項４に記載のコート紙物品。
  6. ａ）厚さ４０μｍ〜５００μｍの紙基材と、
    ｂ）前記紙基材の上に配置された相互連結ポリマー粒子の厚さ３μｍ〜２０μｍのエラストマー層であって、前記ポリマー粒子がコア−シェルモルホロジーを有し、前記コア対前記シェルの重量対重量比が８０：２０〜９８：２の範囲にあり、前記コアは、前記コアの重量に基づいて、９０〜９９．９重量パーセントの、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、及びアクリル酸２−プロピルヘプチルからなる群から選択されるモノマーの構造単位、ならびに０．１〜１０重量パーセントの多エチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む、エラストマー層と、
    ｃ）前記エラストマー層の上に配置された、中空球状ポリマー粒子、粘土粒子、及びゼオライト粒子からなる群から選択される絶縁粒子を含む厚さ２μｍ〜１０μｍの着色断熱層と、
    ｄ）前記着色断熱層上に配置された厚さ１μｍ〜１０μｍの感熱性記録層と、を備える、コート紙物品。
  7. 前記絶縁粒子が中空球状ポリマー粒子であり、前記コア対前記シェルの重量対重量比が９０：１０〜９６：４の範囲にあり、前記コアは、前記コアの重量に基づいて、９５〜９９．８重量パーセントの、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル、及びアクリル酸２−プロピルヘプチルからなる群から選択されるモノマーの構造単位、ならびに０．１〜１０重量パーセントのジエチレン性不飽和モノマーの構造単位を含む、請求項６に記載のコート紙物品。
  8. 前記コアは、前記コアの重量に基づいて、９５〜９９．５重量パーセントのアクリル酸ブチルの構造単位、及び０．５〜５重量パーセントのジエチレン性不飽和モノマーの構造単位を含み、ジエチレン性不飽和モノマーは、アリルメタクリレートまたはジビニルベンゼンである、請求項７に記載のコート紙物品。
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