JP4152959B2 - カラー電子写真用の印刷媒体 - Google Patents

Description

本発明は、概して、印刷媒体に関する。より詳細には、本発明は、カラー電子写真印刷用に使用するための媒体に関する。

カラー電子写真印刷は、社内出版及び他の用途にとって一般的になりつつある。高品質画像を達成するために、使用するのに選択される印刷媒体は、重要な役割を果たし得る。

用紙のブリスター(blister、ふくれ)は、通常、こうした印刷プロセスで必要とされる定着プロセスによって、電子写真印刷に使用する多くのコーテッド紙に関して起こり得る一般的な問題である。コーテッド紙は通常、顔料粒子でコーティングされた親水性の紙基体を含む。トナー画像が用紙上に転写され、用紙／トナー結合体が定着に付されると、媒体内に吸収された水は通常、加熱され、気化し、それによって、コーティング下で強い蒸気圧が生成する。この蒸気圧が、用紙表面に沿って、比較的瞬時に且つ均質に消散することができない場合には、ブリスターを引き起こす「ポップコーン」作用を生じる可能性がある。高い湿度条件下において媒体を調製するか又は印刷を行う場合、これはさらに悪化する可能性がある。さらに、複数の加熱した定着ローラを使用するか又は高いトナー光沢を達成するために高い定着温度が存在する場合には、ブリスターはより一層顕著になる可能性がある。さらに、両面がコーティングされた媒体を用いて両面印刷する場合には、水蒸気が媒体から脱出するのはさらに一層難しい。

電子写真媒体に伴う別の問題は、特に、低温及び／又は低い相対湿度条件において印刷を行う場合の静電放電によって引き起こされる画像欠陥に関する。この欠陥は、特にトナー密度が低い領域において、不均一なカラー濃度を生じる可能性がある。望ましくない静電放電によって引き起こされる当該欠陥のメカニズムは、完全には理解されていない。欠陥は、媒体表面の平滑さ及び厚みに関連する可能性があり、でこぼこの表面及び厚い媒体は通常、平滑且つ／又は薄い媒体に比べて著しい欠陥を示す。当該欠陥はまた、媒体の抵抗にも関連する。媒体の電気抵抗（最適値は１×１０^９〜１×１０^１１オーム／ｓｑｕａｒｅ）は、画像品質の制御において非常に重要な役割を果たす。表面抵抗が１×１０^８オーム／ｓｑｕａｒｅ未満であると、不十分な量しかトナーが受容層に転写されない可能性があり、光学濃度の低い印刷画像がもたらされる。表面抵抗が１×１０^１３オーム／ｓｑｕａｒｅを超えると、過剰量の静電電荷が、トナー転写及び用紙搬送中に生成される可能性があり、放電によって引き起こされる不均一なトナー濃度をもたらす可能性がある。さらに、電気的弛緩として知られる、媒体表面上での電荷消散(dissipation)速度もまた、静電電荷によって引き起こされる画像欠陥に関連する。そのため、消散時間が非常に長くなると、過剰な静電蓄積を引き起こす可能性があることを念頭に置きながら、適切な緩和時間が望まれる。

種々の条件下においてブリスタリング及び放電欠陥の低減を示す、カラー電子写真印刷プロセスで用いるのに有効な媒体シートを開発することが有用であろうと考えられる。

こうした媒体シートは、第１面及び対向する第２面を有する基材と、第１面及び第２面上に直にコーティングされているベースコーティング層と、該ベースコーティング層上に直にコーティングされている受容層とから構成することができる。ベースコーティング層は、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤を含有することができる。受容層は、無機顔料、中空粒子顔料、及び放電制御剤を含有することができる。

代替実施形態では、カラー電子写真印刷用媒体シートは、第１面及び対向する第２面を有する基材と、第１面及び第２面上に直にコーティングされているベースコーティング層と、該ベースコーティング層上に直にコーティングされている受容コーティング層とを備えることができる。ベースコーティング層は、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤を含有することができる。受容層は、無機顔料及びバインダーと、スルホン化ポリスチレンのナトリウム塩からなる放電制御剤とを含有することができる。

本発明によれば、種々の条件下においてブリスタリング及び放電欠陥の低減を示す、カラー電子写真印刷プロセスで用いるのに有効な媒体シートを提供することができる。本発明の他の特徴及び利点は、例示目的で本発明の特徴を示す詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の特定の実施形態を開示し説明する前に、本発明が、本明細書に開示する特定のプロセス及び材料に限定されない、即ち、ある程度変更し得ることを理解されたい。本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためにだけ用いられ、本発明を制限する意はないことも理解されたい。何故なら、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ規定されるからである。

本発明を説明し、範囲請求するにあたり、以下の用語を用いることとする。

単数形の用語は、その内容が別途明確にと指示されない限り、複数形の当該事物を包含する。そのため、例えば、「バインダー」と言及する際には、１つ又は複数の当該物質が包含される。

用語「基材」は、更紙、合成紙、及び再生紙などの従来の用紙、並びにフォトベース及び高分子フィルムを包含する。

用語「ベースコーティング層組成物」又は「ベースコーティング層」は、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤を含んで成るコーティング組成物及びコーティング層を意味する。一般に、当該組成物又はコーティング層に言及する場合には、一方に対する説明は他方にも適用可能であることを理解されたい。例えば、ベースコーティング層組成物が無機顔料を含むという説明はまた、ベースコーティング層が無機顔料を含むことも意味するものと理解されたい。

「画像受容層組成物」、「受容層組成物」、「画像受容層」、又は「受容層」は、無機顔料、中空粒子顔料、及び放電制御剤を含んで成るコーティング組成物及びコーティング層を意味する。一般に、当該組成物又はコーティング層に言及する場合には、一方に対する説明は他方にも適用可能であることを理解されたい。例えば、受容層組成物が中空粒子顔料を含むという説明はまた、受容層自体が中空粒子顔料を含むことも意味するものと理解されたい。

「無機顔料」は、粉末又はスラリー状の粒子を含み、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、粘度、及び酸化亜鉛のような材料を方眼紙得る。本開示内容の検討後に当業者には分かるであろうように、他の無機顔料も用いることができる。

「バインダー」は、ベースコーティング層内の接着性を向上させるために使用し得る組成物を意味し、任意に、受容層内に接着性をもたらし得る。バインダーはまた、媒体層間の接着性をもたらすことができる。通常、バインダーには、水溶性ポリマー又は水分散性ポリマーラテックスを用いることができる。

「放電制御剤」は、電子写真印刷プロセスにおいて起こり得る静電放電によって生ずる画像欠陥を低減させるために用い得る組成物を意味する。一実施形態では、これらの作用物質は、温度及び湿度に感応性を示す小分子イオン基成分を含み得る、水分及び温度に無感応のポリマー材料である。アルカリ金属塩を含有するイオン伝導性高分子及び高分子電解質は、一般に、当該機能において良好な組成物である。それらには、例えば、カチオン性、アニオン性、両性、及び非イオン性の高分子界面活性剤又は高分子電解質が含まれる。非常に機能的な放電制御剤の良好な例は、スルホン化ポリスチレンのナトリウム塩である。機能性によってのみ制限されるのであって、種々の重量平均分子量のものを使用することができる。使用する放電制御剤を選択する際、放電制御剤自体の量、基材の選択、及び／又は他のコーティング成分の量及び種類の選択を検討することで、ブリスタリングを回避することができる。

本発明の実施形態に従って使用し得る「スルホン化ポリスチレンのナトリウム塩」には、実質的に全ての繰り返し単位がスルホン化されているポリマーが含まれ、一実施形態においては、７０，０００Ｍｗ〜１，０００，０００Ｍｗの重量平均分子量を有することができる。より大きな分子重量のスルホン化ポリスチレンを使用する場合、ポリスチレン自体の量、基材の選択、及び／又は他のコーティング成分の量及び種類の選択を検討することで、ブリスタリングを回避することができる。この実施形態以外の他のスルホン化ポリスチレンもまた使用することができる。

「プラスチック中空顔料」又は「中空粒子」は、粒子体積の内部に１つ又は複数の空隙を有する粒子を意味する。例えば、一実施形態において、中空粒子は３０％〜７０％の空隙容積を有することができる。別の実施形態において、中空粒子は、０．３μｍ〜２μｍの粒子径、及び５０℃〜１２０℃のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有することができる。通常、水が空隙内に存在するが、中空粒子顔料含有コーティングを乾燥させると、空隙から実質的に除去される。

他の用語と共に用いるとき、用語「実質的に」は、ほとんど乃至完全に、を意味する。

用語「粒子径」は、顔料の粒子の５０％がこの値未満であるような、平均粒子径を表す。

「粒子径分布度数」又は「粒子径分布」は、以下の式１による粒径の比を表す。
Ｉ＝Ｄ_９０／Ｄ_１０ 式１
式中、Ｄ_９０は、顔料粒子の９０％がこの値より小さいところの平均粒子径であり、Ｄ_１０は、顔料粒子の１０％がこの値より小さいところの平均粒子径である。

本明細書では、温度、比、濃度、量、及び他の数値データを、範囲形式で示す。こうした範囲形式は、単にその便宜性及び簡潔さのために用いるものであり、範囲の限界値として明記されている数値を含むだけでなく、あたかも各数値又は副範囲が明記されているかのように、その範囲内に包含される個々の数値又は副範囲を全て含むものと、柔軟に解釈されるべきであることを理解されたい。例えば、約１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％という重量範囲は、明記された１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％という濃度限界を含むだけでなく、２ｗｔ％、３ｗｔ％、４ｗｔ％などの個々の濃度、並びに５ｗｔ％〜約１５ｗｔ％、１０ｗｔ％〜約２０ｗｔ％などの副範囲を含むものと解釈されたい。

数値又は範囲に言及する時の「約」という用語は、測定を行う際に生じ得る実験誤差から生じる値を包含する意がある。

これらの定義を心に留めて、カラー電子写真印刷用の媒体シートは、第１面及び対向する第２面を有する基材と、第１面及び第２面上に直にコーティングされているベースコーティング層と、該ベースコーティング層上に直にコーティングされている受容層とから構成することができる。ベースコーティング層は、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤を含有することができる。受容層は、無機顔料、中空粒子顔料、及び放電制御剤を含有することができる。

あるいはまた、カラー電子写真印刷用媒体シートは、第１面及び対向する第２面を有する基材と、第１面及び前記第２面上に直にコーティングされているベースコーティング層と、該ベースコーティング層上に直にコーティングされている受容コーティング層とを備えることができる。ベースコーティング層は、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤を含むことができる。受容層は、無機顔料及びバインダーと、スルホン化ポリスチレンのナトリウム塩からなる放電制御剤とを含むことができる。

基材
基材に関しては、本発明の実施形態に従って使用し得る多くの種々の種類の材料が存在する。こうした基材材料には、限定はしないが、更紙、合成紙、又は再生紙が含まれる。当技術分野でフォトベースとして一般に知られる基材もまた、使用することができる。さらに、従来のファブリック用紙ではなく、一部の高分子フィルムもまた基材として使用することができ、該高分子フィルムには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、セルロースエステル、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、並びに媒体がプリンタ又はコピー機を通過する時の定着中に起こり得る熱的及び機械的断裂に耐性があると考えられる他の同様な材料などが含まれる。

北部(Northern)又は南部(Southern)の軟材及び硬材などの繊維でできたファブリック紙、並びにパルプは、基材として特に有用であり得る。これらの紙パルプには、硬材さらしクラフトパルプ、軟材さらしクラフトパルプ、軟材さらしサルファイトパルプ、砕木機により木材を摩砕して製造したパルプ(stone groundwood)、及び／又は精製パルプなどの化学パルプが含まれ得る。コットンパルプ、再生紙パルプ、又は同様のものなどの非木材パルプもまた、基材を製造するのに用いることができる。

基材の白さ及び明るさはさほど要求されないが、本発明の実施形態により２重コーティング層を適用することにより、非常に白く且つ明るい基材を使用することができる。さらに、当分野で知られている用紙の充填及びサイジング処理を用いて、用紙の密度、剛性、及び／又は表面特性を制御することができる。一実施形態では、もし存在すれば、基材の灰成分、即ち、基材の再生繊維成分から抽出された無機充填剤及び顔料物質をはじめとする、基体用紙内に取り込まれている無機材料のパーセンテージは、８ｗｔ％〜２０ｗｔ％とし得、用紙剛性は約３００〜８００Ｇｕｒｌｅｙ単位とし得る。

本発明の別の態様では、基材の内部結合強度は、１７０〜５００Ｊ／ｍ^２とし得る。少なくともこの値に等しい内部結合強度を提供することによって、ベースコーティング層及び受容層のコーティング空隙率が十分に制御される場合には、以下に述べるように、用紙ブリスタリングを大幅に低減させることができる。別の実施形態では、基材には紙を用いることができ、基材の内部繊維網は２０５〜３２０Ｊ／ｍ^２の内部結合強度を有し、それによって高温での水分蒸発による剥離に抗するのに役立ち得る。さらに別の実施形態においては、紙基材を使用する際に優れた性能を達成することができ、当該基材は、当技術分野で既知のように、比較的長い繊維及び結合強化剤を利用している。代替的に又は付加的に、紙材は、外力によって打たれたパルプから構成することで繊維間結合を高めることができ、当該プロセスもまた当分野で既知である。

紙材の基体重量を検討することによってもまた、次に適用される層のブリスタリングを回避することができる。同じ内部結合強度を有する基材に関して言えば、重量のより軽い用紙は、通常、トナー定着プロセス時に局所的な温度上昇を引き起こす。逆に、厚い基材は、局所的に熱の流れを吸収する「熱シンク」の役目を果たすことができる。したがって、一実施形態では、基材は、６０ｇ／ｍ^２〜２５０ｇ／ｍ^２の重量を有することができる。

ベースコーティング層組成物及び受容層コーティング組成物
次に、本発明の実施形態に従って基材に適用し得るコーティングに言及すると、２つの異なる種類のコーティング、即ち、ベースコーティング層を形成するためのベースコーティング層組成物と、受容層を形成するための受容層組成物が順次適用される。ベースコーティング層組成物（及び、それから形成される層）は、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤を含有し得る。受容層組成物（及び、それから形成される層）は、無機顔料、中空粒子顔料、放電制御剤、及び任意選択のバインダーを含有し得る。この短い説明から明らかなように、ベースコーティング層組成物と受容層組成物は共に、無機顔料及び放電制御剤を含む。さらに、ベースコーティング層組成物はバインダーを含み、受容層組成物は、任意にバインダーを含む。そのため、他方に比べて、一方の組成物又は層に専ら固有の唯一の成分は、受容層を載置するのに用いられる受容層組成物内の中空粒子顔料である。これは、ベースコーティング層が、受容層と異なる無機顔料を有することができないというのではなく、単に両方の層の材料の種類は共通性を有するということである。従って、ベースコーティング層とその組成物並びに受容層とその組成物の両方に当てはまる、無機顔料、バインダー、及び放電制御剤の概略的な説明を以下にし、次いで中空粒子及び他の検討事項について説明する。

各層に存在し得る各成分の量に関して言えば、一定値として、１００重量部の無機顔料を使用することができる。そのため、ベースコーティング層組成物は、１００重量部の無機顔料、１〜１５重量部のバインダー、及び５〜２０重量部の電荷制御剤を含有し得る。同様に、受容層組成物は、１００重量部の無機顔料、５〜１０重量部の中空粒子、及び１〜５重量部の電荷制御剤を含有し得る。これらの範囲は、指針として与えたものであり、所望の効果を達成するために変更し得る。さらに、各コーティング層について、種々のコーティング重量及び厚みを適用することができる。例えば、各ベースコーティング層は、５〜３０ｇ／ｍ^２、別の実施形態では１０〜１５ｇ／ｍ^２のコーティング重量で適用することができる。さらに、各受容層は、５〜３０ｇ／ｍ^２、別の実施形態では１０〜１５ｇ／ｍ^２のコーティング重量で適用できる。さらに、より詳細な実施形態では、各ベースコーティング層及び受容層は、約１０μｍ〜１５μｍの厚さにて適用することができる。

無機顔料
無機顔料は、ベースコーティング層組成物及び受容層組成物の両方に存在することができる。各層に同じ無機顔料が存在することは必要とされないが、通常、受容層組成物又はその層内の無機顔料は、ベースコーティング層組成物又はその層内の無機顔料より粒子径が小さい。例えば、一実施形態において、ベースコーティング層の無機顔料は、平均径０．２μｍ〜１．５μｍの径を有することができ、受容層の無機顔料は、平均径０．１μｍ〜０．５μｍの径を有することができる。これらの無機顔料は、粉末又はスラリー状であることができ、その例には、限定はしないが、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、粘度（明るさの高いカオリン粘度など）、及び酸化亜鉛が含まれる。

一実施形態において、使用するのに望ましい特性を有する無機顔料は、炭酸カルシウムである。こうした所望の特性には、高い明るさ、光沢、不透明さ、良好なレオロジー、良好なコーティング能力が含まれる。さらに、炭酸カルシウムは、入手するにあたって比較的経済的である。これらの粒子を含有するコーティング溶液の価格は、紙パルプより安価であるため、ベースコーティング層及び受容層の両方において、コストを増大させることなく、無機顔料を最大濃度まで導入することができる。この組み合わせによって、同様の重量を有する普通紙と比較して、高性能で低価格なコーテッド紙がもたらされる。

多くの種々の炭酸カルシウムを、本発明のベースコーティングに用いることができる。一実施形態において、当該ベースコーティングの機能は、受容層を適用するにあたり、平滑な予備コーティング層を作製すること、並びに全体として、媒体の不透明度を高めることであり得る。さらに、当該ベースコーティングは、ブリスタリングを防止する多孔性構造を有するようにし得る。これらの目的によれば、使用し得る組成物の一例は、粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ）であり、当該粉砕炭酸カルシウムは、比較的均一な粒子径のほぼ球形の形態を有する。即ち、粒子径分布指数は１．５〜６であり、より具体的な実施形態では２〜４とし得る。アベレージ即ち平均の粒子径は、約０．２〜１．５μｍであり、比表面積は約７〜２０ｍ^２／ｇとし得る。このタイプの粉砕炭酸カルシウムはまた、非常に良好なレオロジー的挙動、即ち、高い導入パーセンテージ時にも低い粘性を示す。炭酸カルシウムを使用することの１つの利点は、カオリン粘度顔料のフレーク状形態と比較して、良好なピック強度（ブリスタリングをさらに軽減するのに役立つ）を達成するために、材料が必要とするバインダー量が少ないことである。比較的狭い粒子径分布を有する粉砕炭酸カルシウムは、最小使用量のフィルム形成用バインダーと組み合わせることで、多数の空隙（自由体積）を含む著しく多孔性のコーティング構造をもたらすことができる。同様の径の球形粒子が集まる際に、水蒸気が逃げる通路をもたらすところの空隙が生成し得、それによってブリスタリングが回避される。逆に、多くの異なる径の粒子の場合、即ち、広い粒子径分布が存在する場合、小さい粒子は、大きい粒子間の間隙を埋める傾向があり、それによって、コーティングの、基材において生成したガス蒸気を消散させる能力が低下する場合がある。換言すれば、広い粒子径分布は、より効率的な充填をもたらし得、ブリスタリングを阻止する場合には望ましくない。逆に、機能的ではあるが、著しく狭い粒子径分布もまた、一部の実施形態では、水分保持及びコーティング重量制御が十分でないことから生ずるブレードスクラッチングなどのコーティング処理問題が起こり得るため望ましくない場合がある。そのため、一実施形態では、ベースコーティング内の無機顔料のアベレージ即ち平均粒子径は、０．２μｍ〜１．５μｍとすることができ、その場合、粒子径分布度数は１．５〜６、より詳細な実施形態では２〜４とし得る。

特に受容層に関して言えば、使用に際して他の特性が望まれる場合がある。例えば、当該コーティング層に関しては、多孔性構造を有するのに加え、種々の条件下での印刷時に、高いレベルの平滑さ、光沢、白さ、明るさ、及び／又は画像品質に寄与するように顔料を構成することができる。一実施形態では、非常に小さな粒子径（＜０．３μｍ）及び比較的狭い粒子径分布を有する球状粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ）が、所望の結果をもたらす。一実施形態において、受容層コーティングにおいて、無機顔料は、アベレージ即ち平均粒子径０．２μｍ〜０．３μｍの径、及び２．５〜３．５の粒子径分布を有することができる。この実施形態においては、粉砕炭酸カルシウムは、約６８ｗｔ％〜７０ｗｔ％までのような、高い固形分含有濃度にて、受容層組成物内に含ませることができる。粉砕炭酸カルシウム固形分の粒子径及びカラーは、光沢の生成に寄与し得る。

別の実施形態では、０．２μｍ〜０．３μｍの平均粒子径及び２〜２．５の粒子径分布度数を有する沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）を、受容層組成物に用いることができる。この顔料は、針状形態及び高いアスペクト比（長さと幅の比）を有し、不均一な粒子の緩い充填の結果として、より一層多くの隙間を有する構造を作製することができる。詳細な一実施形態では、種々の顧客の印刷要求に対応するために、ＢＹＫガードナー光沢計を用いて７５°で測定する際に高い光沢（＞８０％）から「ソフトな」光沢（２０〜５０％）にわたって光沢レベルを制御するために、ベースコーティングにおいて粉砕炭酸カルシウムの混合物を使用することができ、受容層コーティングにおいて粉砕炭酸カルシウム及び／又は沈降炭酸カルシウムを使用することができる。本開示の検討後に当業者には分かるであろうように、使用する材料の比に応じて、光沢レベルを容易に制御することができる。

バインダー
次に、ベースコーティング層組成物内に、及び任意選択的に受容層組成物内に存在し得るバインダーに言及すると、無機顔料間の結合性接着をもたらすバインダーを含有することができる。ベースコーティング層組成物に関しては、紙基材とベースコーティング層内の無機顔料との間の接着力は、バインダーを使用することによってもたらすことができる。受容層組成物に関しては、ベースコーティング層と受容層内の無機顔料／プラスチック中空粒子との間の接着力は、任意選択的にバインダーを使用することによって高めることができる。使用し得るバインダーには、ポリビニルアルコール、澱粉誘導体、ゼラチン、セルロース誘導体、アクリルアミドポリマーなどの水溶性ポリマー、又はアクリルポリマー又はコポリマー、酢酸ビニルラテックス、ポリエステル、塩化ビニリデンラテックス、及びスチレン−ブタジエン又はアクリロニトリル−ブタジエンコポリマーラテックスなどの水分散性ポリマーが含まれる。調合に使用されるバインダー量は、顔料の種類及び量に関連し、「ウェットピック」及び「ドライピック」強度によって測定することができる。ウェットピック及びドライピック強度は、製造プロセス時などの「ウェット状態」（ウェットピック）、並びに印刷、印刷後の利用、及び保管時などの「ドライ状態」（ドライピック）における、下地基材からの局所的な剥離に抗するコーティング層の接着力を意味する。詳細な一実施形態においては、ベースコーティング層は、スチレン−ブタジエンコポリマーを含むことができる。この種類のバインダーの結合力は、そのガラス転移温度（Ｔ_ｇ）に依存し得、ガラス転移温度は、高分子鎖に対するスチレン対ブタジエン比によって制御することができる。通常、ブタジエンユニット数が増加すればなるほど、ガラス転移温度は低くなり、粘着性の(tacky)挙動が強くなる。一方、ガラス転移温度が下がるに伴って、バインダーは、通常は媒体のブリスタリングを防止するのに有利ではない「フィルム形成」特性を示す可能性がある。一実施形態では、ベースコーティングに関して、約０℃〜１０℃のガラス転移温度を有するスチレンとブタジエンとのコポリマーラテックスを、顔料粒子間の空隙をほんの一部分充填する最少量のバインダー（無機顔料１００に対してバインダー４〜６）と共に用いる場合に、良好な結果をもたらした。材料特性のこの折衷策は、良好なウェットピック及びドライピック強度を維持する多孔性コーティング構造を形成する。より一般的には、一般に使用し得る全てのバインダーに関して、１００重量部の無機粒子に対して１〜１５重量部のバインダーをベースコーティング層組成物内に存在させることができる。

主にベースコーティングに関しては上記のように比較的多い在来バインダーを用いるように述べてきたが、受容層内には、任意に、１５℃〜２５℃のガラス転移温度を有するスチレン−ブタジエンコポリマーラテックスなどの在来バインダーを少量存在させることができる。例えば、存在させる場合、無機顔料１００に対してバインダー０．１〜８を存在させることができる。受容層により多くの在来バインダーを使用することは必要とされないが、結合能力及び他の特性をもたらすところの他の材料を存在させることができる。受容層は、通常、印刷画像に対して高〜中程度の光沢をもたらすように調製し得、以下に説明するように、中空粒子として知られるプラスチック中空顔料を使用することによって、（印刷時のスクラッチ及び用紙詰まりを回避するように）粘着特性なしに適切な硬度レベルを達成することができる。

放電制御剤
次に、ベースコーティング層組成物及び受容層組成物の両方に存在させ得る放電制御剤に言及すると、種々の薬剤を使用することで、様々な結果をもたらすことができる。静電電荷の生成及び消散に伴う問題は、電子写真印刷プロセスにおいて画像欠陥をもたらす可能性がある。これらのいわゆる「放電」欠陥は、ジグザグパターンか直線パターンのいずれかとして印刷パターンのランダムな異常として見えるか、又はトナー濃度が低い領域における不均一なカラー濃度として現れる可能性がある。放電欠陥のメカニズムは、多少複雑であるが、媒体の表面形態、並びに媒体の表面抵抗及び容積抵抗に関連付けられてきた。媒体の抵抗が増加すると、媒体は、付加的な電荷を保持する傾向を有する。導電性の低い用紙がプリンタ及びコピー機内にあるローラ上を通過する際は、摩擦によって、付加的な静電電荷が用紙上に発生する。そのため、電荷の蓄積は、画像欠陥を生成するだけではなく、印刷中の用紙送り問題も生ずる可能性がある。これは、部分的には、用紙上の電荷によってシートがくっつき合い、それによって、シートが所定の用紙送り機構によって適切に操作されることができないためである。トナーを誘引すべく必ず生成される静電電荷は、従来技術では、媒体内部に１層又は複数層の導電性「帯電防止」層を組み込むことによって消散していた。効果的ではあるが、この方法は、低価格用紙をベースとする電子写真印刷媒体にとっては理想的ではない。

本発明の実施形態によれば、水分及び温度に感応しない（又は著しく低感度である）放電制御剤を、媒体の種々の層に含有させることができる。当該放電制御剤はまた、一般に、温度及び湿度に比較的高い感応性を示す小分子イオン基成分を含むことができる。イオン伝導性高分子及びアルカリ金属塩を含有する高分子電解質は、一般に、この機能について良好な候補である。それらには、例えば、カチオン性、アニオン性、両性、及び非イオン性の高分子界面活性剤又は高分子電解質が含まれる。伝導性、水分感度、及び温度感度は、当該高分子の化学組成物、並びに高分子鎖に対するイオン含有量に依存し得る。これらの高分子材料の分子量もまた、組成物に応じて変化し得る。一般に、同じイオン濃度の場合には、より大きい分子量の高分子が、温度及び湿度に対してより低感度のイオン伝導性をもたらす。しかしながら、分子量のより大きい物質はまた、通常、ブリスタリング性能に対して負の影響を与え得るより強いフィルム形成挙動を示す。そのため、良好なイオン低感度性及び低いフィルム形成挙動とのバランスをとることが望まれる場合がある。さらに、イオン性高分子材料の非抵抗性誘電緩和もまた、所望の性能に寄与し得る。媒体の誘電緩和は、固有電荷密度と移動度との積である基材の固有伝導率だけでなく、その電荷寿命及び界面における電荷注入量に関係する。

高分子電解質は、静電電荷を急速に消散させる傾向のあるグループの一例を提供する。こうした高分子電解質の例には、限定はしないが、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリル酸ナトリウム）、ポリ（メタクリル酸ジメチルアミノエチル）、ポリ−Ｎ−ビニルイミダゾール、ポリ（スチレンスルホン酸）が含まれる。機能的ではあるが、これらの高分子電解質のほとんどは、たとえ小分子電解質ほどは強くないものの、ある程度の湿度依存性をやはり示す。高分子上に存在する極性基又は官能基を有する構造は、特に、極性基が高分子の主鎖内ではなく、側鎖成分として存在する場合に、誘電緩和に対して好ましい影響を与える。極性側基成分を有する高分子電解質の例は、７０，０００Ｍｗ〜１，０００，０００Ｍｗの範囲の分子量を有する、ポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）などのスルホン化ポリスチレンが含まれる。この種類のポリマーは、一般に水溶性であり、そのため、本発明の水分散性用紙コーティングシステムに完全に整合性がある。これらのポリマーに関して、電荷減少の半減期は、５％相対湿度にて０．８秒であり、６０％相対湿度にて０．６秒に減ずるのみである。逆に、ポリ−Ｎ−ビニルイミダゾールなどの他の高分子電解質は、５％相対湿度にて８００秒の半減期を示すが、６０％相対湿度にて０．４秒にまで降下する。

中空粒子
プラスチック中空顔料又は中空粒子は、通常、ポリマーシェル内を水で充填した水分散性ポリマー中空球状粒子である。コーティング時に乾燥が起こると、水は、シェルを通して拡散し、空気が充填されたコアが残る。一実施形態においては、プラスチック顔料は、１００℃のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するスチレンエマルジョンポリマーで作製することができる。即ち、中空粒子は、周囲条件下でフィルム形成をせず、コーティング中に離散粒子としてとどまる。これらの又は他の中空粒子は、本発明の実施形態に従って独特な方法で使用することができる。例えば、無機顔料の一部を置換するために、無機顔料１００重量部当たり８〜１５重量部と比較的多量を使用することができる。中空粒子は、２０％〜７０％の空隙容積を有することができる。一実施形態において、中空粒子は、０．３μｍ〜２μｍの粒子径、及び／又は５０℃〜１２０℃のガラス転移温度を有することができる。本発明の実施形態に従って使用し得る中空粒子の例には、Ｒｏｐａｑｕｅ ＢＣ−６４３（ローム−ハース社）、Ｒｏｐａｑｕｅ ＨＰ−５４３（ローム−ハース社）、Ｒｏｐａｑｕｅ ＯＰ−８４（ローム−ハース社）、及びＨＳ−３０００ＮＡ（ダウケミカル社）が含まれる。

以下に説明するカレンダリング処理時に、中空粒子は、部分的に変形し、それによって、ベースコーティング層及び受容層の両方の界面領域において、中空粒子によって強化された無機粒子が形成される。受容層に従来のバインダーを使用することなく（又は、非常に少量のバインダーを使用して）、良好な結合性及びピールオフ即ち剥離の減少を達成することができる。

ある実施形態では、中空粒子が、無機顔料と放電制御剤とを互いに結合させるよう機能し得ることに留意することが重要である。これらの実施形態では、中空粒子の存在によって、受容層に対してより多くの従来バインダーを付加する必要をなくすことができる。しかしながら、ある実施形態では、受容層に、中空粒子と共に又は中空粒子を伴わずに、従来のバインダーを使用することが望ましい。そのため、一実施形態では、受容層に中空粒子を存在させることは任意とし得る。例えば、印刷画像の光沢を低減させることが望まれる際には、中空粒子ではなく従来のバインダーを使用することができる。

任意選択の添加剤
上述した主要な成分以外に、少量のコーティング添加剤もまた、何れかのコーティング組成物に存在することができる。こうした添加剤には、数例を挙げると、用紙カラーを制御する染料、光学光沢剤、潤滑剤、界面活性剤、レオロジー改質剤、架橋剤（防水補強用などの）、ディフォーマ（deformer）、及び／又は分散剤が含まれる。

コーティングの適用
ベースコーティング層（複数可）及び受容層（複数可）はそれぞれ、基材の単一面に適用することができるものの、両方の層を基材の両面に適用するのが好ましい。両面には、オンマシーン又はオフマシーンコータを使用して適用することができる。適切なコーティング法の例には、スロットダイ適用法、ローラ適用法、噴流カーテン適用法、ブレード適用法、ロッド適用法、エアナイフ適用法、グラビア適用法、エアブラシ適用法、及び当分野で既知の他の適用法が含まれる。

ベースコーティング層及び受容層は、各コーティング層について５〜３０ｇ／ｍ^２のコーティング重量にて、一実施形態では１０〜１５ｇ／ｍ^２にて、同時に１層又は複数層を各面上に適用することができる。一実施形態では、各々のコーティング組成物の固形分含有量は、６０ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲とし得、その場合、粘度は、低せん断Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計によって１００ｒｐｍの速度で測定時に１０００ｃｐｓ〜１５００ｃｐｓであるか、又は高せん断Ｈｅｒｃｕｌｅｓ粘度計によって４５００ｒｐｍの高せん断レートで測定時に３０ｃｐｓ〜４０ｃｐｓである。次いで、コーティング層は、対流、伝導、赤外放射、周囲暴露、又は他の既知の方法によって乾燥させることができる。

カレンダ処理
基材を、ベースコーティング層組成物及び受容層組成物によってコーティングした後（又は各層を個々に適用した後）、カレンダリングプロセスを使用して、所望の光沢又は表面の平滑さを達成することができる。カレンダリング装置には、個別のスーパーカレンダリング機、オンラインソフトニップカレンダリングユニット、オフラインソフトニップカレンダリング機、又は同様なものを用いることができる。

実施例
以下の実施例に、現在最もよく知られている本発明の実施形態を示す。しかしながら、以下は、本発明の原理の応用を単に例示又は記載するものにすぎないことを理解されたい。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者は、多くの変更、及び代替の組成物、方法、及びシステムを考案することができる。添付の特許請求の範囲は、こうした改良及び変更を網羅する意がある。そのため、これまで、特定のものに関して本発明を説明してきたが、以下の実施例は、最も実用的且つ好ましい本発明の実施形態であると現在考えられているものに関してさらに詳細を示すものである。

種々の基材を使用した媒体シートの調製
Ａ．ベースコーティング層組成物の調製
以下の表１の組成に従って、ベースコーティング層組成物を調製した。

表１の組成物（ベースコーティング層組成物）は、粉砕炭酸カルシウムとＤｏｗ ＤＬ９３０を、混合タンクで３０分間混ぜることによって調製した。３０分後、レオロジー改質剤及び着色剤をそのタンクに添加し、さらに１０分間混合した。その後、攪拌しつつ、ポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）をタンクに添加し、当該組成物をさらに３０分間混合した。

Ｂ．受容層組成物の調製
以下の表２の組成に従って、受容層組成物を調製した。

表２の組成物（受容層組成物）は、粉砕炭酸カルシウムとＲｏｐａｑｕｅ ＨＰ５４３Ｐを、混合タンクで３０分間混ぜることによって調製した。３０分後、レオロジー改質剤、着色剤、及び光学光沢剤をタンクに添加し、さらに１０分間混合した。攪拌しつつ、ポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）をタンクに添加し、当該組成物をさらに３０分間混合した。

Ｃ．ベースコーティング層組成物及び受容層組成物による基材のコーティング
実施例１のベースコーティング層組成物（２００，０００Ｍｗの放電制御剤）を、ブレードコーティング法を使用して、いくつかの紙基材サンプルの両面にコーティングした。コーティングされた紙基材サンプルは、以下の表３に記載のものであった。

ブリスター試験
実施例１において調製したコーティング済み媒体シートのそれぞれについて、ブリスター試験を行った。具体的には、それぞれ２つの加熱ローラを装備する、ヒューレット−パッカード社製の２つの異なるカラー電子写真プリンタ（ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ４５５０及びｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ９５００）を、「光沢モデル」設定、即ち、媒体がプリンタの定着ローラを通過する際により高い圧力をかけ且つ低速で通過させる設定、とした。試験は、３０℃、相対湿度８０％の環境チャンバ内で行った。少なくとも７２時間の間、チャンバ内にプリンタを静置し、また、試験されるコーティング済み媒体も、２４時間の間、静置した。実施例１に記載するように、１つの基材を除き、全ての基材を、実施例１及び実施例２記載の組成物（それぞれ、２００，０００Ｍｗの放電制御剤を使用）によって同様にコーティングした。１つの例外となる基材は、基材ＳＩ−６０の３枚のシートを、７５，０００Ｍｗ、２００，０００Ｍｗ、及び１，０００，０００Ｍｗの放電制御剤を使用する実施例１の組成物でコーティングした。ブリスタリング結果を、以下の表４に示す。

上記表４から見てとれるように、基材がより高い内部結合強度を有する場合に、ブリスタリングは起こらなかった。さらに、低分子量の電荷制御剤を使用した際にも、ブリスタリングは起こらなかった。内部結合強度の低い基材又は分子量の大きい放電制御剤を使用することができないとまでは言わないが、内部結合強度の高い基材及び分子量の小さい放電制御剤への傾向が存在する。例えば、分子量の比較的大きい放電制御剤は、内部結合強度の比較的高い多くの基材と共にうまく機能することができる。

種々の無機顔料を使用した媒体シートの調製
実施例１記載のベースコーティング層組成物（２００，０００Ｍｗの放電制御剤）及び受容層組成物（２００，０００Ｍｗの放電制御剤）を、ブリスター抑制に対する無機顔料の影響を検討するために変更した。本実施例では、受容層組成物に関して、実施例１で使用した粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ）の代わりに、以下の表５により十分に記載するように、より大きい平均粒子径及び分布を有する他の粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ’）、同様の平均粒子径及び分布を有する他の粉砕炭酸カルシウム（ＧＣＣ’’）、及び化学沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）を用いた。

コーティング手順は、実施例１Ｃで述べたものと同様であり、コーティングされる基材はＢＰ−７０であった。

ブリスター試験
実施例３で調製したコーティング済み媒体サンプルのそれぞれについて、ブリスター試験を行った。具体的には、それぞれ２つの加熱ローラを装備する、ヒューレット−パッカード社製の２つの異なるカラー電子写真プリンタ（ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ４５５０及びｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ９５００）を、「光沢モデル」設定、即ち、媒体がプリンタの定着ローラを通過する際に比較的高い圧力をかけ且つ低速で通過させる設定、とした。試験は、３０℃、相対湿度８０％の環境チャンバ内で行った。プリンタは、少なくとも７２時間の間、チャンバ内に静置し、試験されるコーティング済み媒体もまた、２４時間の間、静置した。ブリスタリング結果を、以下の表６に示す。

表６から見てとれるように、広い粒子径分布をもつもの（ＧＣＣ’）は、低いブリスタリング防止性能を示し、それは、粒子充填度が増したことに起因すると考えられる。

種々の放電制御剤を使用した媒体シートの調製
種々の電荷制御剤が放電欠陥に与える影響を調査するために、実施例１のベースコーティング層組成物及び受容層組成物を変更した。ＳＩ−７０基材を使用して、電荷制御剤のみを変化させ、実施例１記載の種々の調合物を調製した。詳細には、以下の表７に記載の電荷制御剤を使用した。

電荷欠陥試験
ヒューレット−パッカード社製の４つの異なる種類の市販のカラー電子写真プリンタ（ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ４５５０、ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ５５００、ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ４６００、及びｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒｊｅｔ ９５００）を使用して、本発明の実施形態に従って、放電欠陥を調査した。試験は、１０℃、相対湿度１５％の環境チャンバ内で行った。試験前に少なくとも７２時間の間、チャンバ内にプリンタを静置し、試験されるコーティング済みシートもまた、試験前に少なくとも２４時間の間、静置した。結果を、以下の表８にまとめた。ここで、０は電荷欠陥がないことを示し、５は電荷欠陥性能が低いことを示す。

上記結果から、スルホン化された高分子電解質が、より強力に電荷欠陥を防止することが確認される。分子量が高くなるにつれ、抑制効果がより高くなる。小さい径の放電制御剤は、比較的悪い結果をもたらす傾向にあった。

上記構成は、本発明の原理の応用を例示しているにすぎないことを理解されたい。本発明の例示的実施形態に関して本発明を図面に示し且つこれまで述べてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多くの改良及び変更を考案することができる。添付の特許請求の範囲に記載される本発明の原理及び概念から逸脱することなく、多くの変更を実施し得ることは、当業者には明らかであろう。

Claims (12)

1. ａ）第１面及び対向する第２面を有する基材であって、内部結合強度が１７０〜５００Ｊ／ｍ ^２ である基材と、
   ｂ）前記第１面及び前記第２面上に直にコーティングされ、且つ無機顔料、バインダー、及び分子量７０，０００〜２００，０００のスルホン化ポリスチレンのナトリウム塩を含有するベースコーティング層と、
   ｃ）前記ベースコーティング層上に直にコーティングされ、且つ無機顔料、中空粒子顔料、及び分子量７０，０００〜２００，０００のスルホン化ポリスチレンのナトリウム塩を含有する受容層と、
   を備えるカラー電子写真印刷用媒体シート。
2. 前記基材が、更紙、合成紙、及び再生紙から成る群から選択される、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
3. 前記ベースコーティング層の少なくとも一方が、１００重量部の無機顔料、１〜１５重量部のバインダー、及び１〜２０重量部の放電制御剤を含有する、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
4. 前記受容層の少なくとも一方が、１００重量部の無機顔料、５〜２０重量部の中空粒子顔料、及び１〜２０重量部の放電制御剤を含有する、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
5. 前記ベースコーティング層及び前記受容層の前記無機顔料が、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、粘土、及び酸化亜鉛から成る群から個々独立して選択される粒子である、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
6. 前記ベースコーティング層の前記無機顔料が炭酸カルシウム粒子であり、且つ前記受容層の前記無機顔料が炭酸カルシウム粒子である、請求項５に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
7. 前記受容層の前記無機顔料が、前記ベースコーティング層の前記無機顔料よりも粒子径が小さい、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
8. 前記ベースコーティング層の前記無機顔料の平均粒径が０．２μｍ〜１．５μｍであり、且つ前記受容層の前記無機顔料の平均粒径が０．２μｍ〜０．３μｍである、請求項７に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
9. 前記受容層又は前記ベースコーティング層の前記無機顔料が、２〜３．５の粒子径分布度数を有する、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
10. 前記受容層が、０．１〜８重量部のバインダーをさらに含有する、請求項４に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
11. 前記ベースコーティング層の各々が、コーティング重量５〜３０ｇ／ｍ^２にて適用されており、前記受容層の各々が、コーティング重量５〜３０ｇ／ｍ^２にて適用されている、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。
12. 前記ベースコーティング層及び前記受容層の各々の厚さが、１０μｍ〜１５μｍである、請求項１に記載のカラー電子写真印刷用媒体シート。