KR101254836B1

KR101254836B1 - 다공성 안료 코팅

Info

Publication number: KR101254836B1
Application number: KR1020087002680A
Authority: KR
Inventors: 시아오-퀴 조우
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2013-04-15
Also published as: US7618701B2; ATE542169T1; CN101233457B; CN101233457A; JP2009503612A; EP1915648B1; EP1915648A1; US20070026206A1; WO2007016002A1; KR20080030647A; JP5060480B2

Abstract

본 발명의 시스템 및 방법의 일 요지에서, 전자사진 매체(100)는 다공성 베이스 매체(110) 및 상기 다공성 베이스 매체(110) 상에 배치된 이중-모드 안료 조성물(120)을 포함하며, 안료 융착시 증가된 블리스터 저항성을 제공한다. 이중-모드 안료 조성물(120)은 제 1 안료 및 제 2 안료를 포함하며, 이때 제 1 안료는 침상 형태를 갖는 입자를 포함하고, 제 2 안료는 실질적으로 구형인 입자를 포함한다.

Description

다공성 안료 코팅{POROUS PIGMENT COATING}

디지털 영상 기술이 급속도로 발전함에 따라, 전통적인 단색성 전자사진 기술(electrophotography)은 점점 풀 컬러(full color), 고 해상도 전자사진 인쇄 기술로 대체되고 있다. 전자사진 인쇄 기술은 우수한 품질의 사업장 내 주문형 인쇄(in-house prints on-demand)를 가능하게 하며, 종래의 오프셋 인쇄(리쏘그래피 인쇄)를 인쇄소에서 수행할 때 사용되었던 기술과 같은 전문적인 기술을 요하지 않는다.

풀 컬러 전자사진 인쇄 구동시의 인쇄 품질은 전통적으로 인쇄 매체의 특징에 의해 제약을 받았다. 컬러 전자사진 인쇄의 이미지 효과를 향상시키기 위해, 코팅된 인쇄 매체, 예컨대 종이가 종종 사용된다. 전통적인 형태의 코팅된 인쇄 매체는 안료 조성물 및 다른 기능성 재료들로 코팅되어 토너 전사를 촉진시키도록 형성된다. 또한, 전통적인 인쇄 매체 코팅 및 공정들은 코팅되지 않은 인쇄 매체의 광택 및 표면 평활도를 향상시키는 데 사용된다. 상기 코팅된 인쇄 매체의 경우, 매체에 압력을 가하여 높은 광택 및 표면 평활도를 달성하기 위해 캘린더링(calendaring) 공정을 이용한다.

그러나, 전통적인 인쇄 매체를 코팅하는 데 사용되는 치밀한 안료 코팅은 블 리스터(blister)라고 알려진 현상을 발생시킨다. 전자사진 이미지의 후기 단계 중 하나는 열 플라스틱 기반 토너 입자들에 열 에너지를 가하여 매체 표면상의 토너 입자들을 영구히 정착시키는 것이다. 이미지 융착 과정에서, 인쇄 매체 내의 수분이 증발되는데, 이는 융착 롤러에 의한 높은 열 에너지가 국부적으로 인가되기 때문이다. 수증기가 인쇄 매체에서 자연스럽게 배출될 수 없는 경우, 이는 인쇄 매체 내부를 팽창시켜 종종 인쇄 매체 층에 국부적인 박리를 초래한다.

또한, 상술한 캘린더링 공정은 코팅 층의 밀도를 증가시켜 블리스터 현상을 더욱 두드러지게 한다. 더욱이, 첨단 전자사진 인쇄 장치는 고온하에서 감속되는 통과 속도 공정 중에 인쇄 매체의 양측에 열 에너지를 가하여 토너 광택을 증가시키는 쌍두 퓨저 롤러(double headed fuser roller)를 포함한다. 이들 공정 조건은 인쇄 매체의 블리스터 방지 성능을 악화시키는 경향이 있다.

발명의 개요

본 발명의 시스템 및 방법의 일 요지에서, 전자사진 매체는 다공성 베이스 스톡(base stock) 및 상기 다공성 베이스 스톡 상에 배치된 이중-모드(bi-modal) 안료 코팅을 포함한다.

첨부 도면은 본 발명의 시스템 및 방법의 다양한 실시양태들을 예시하는 것으로, 본 명세서의 일부이다. 예시된 실시양태들은 본원 시스템 및 방법의 단순한 실시예들로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 인쇄 매체의 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 블리스터 저항성 인쇄 매체의 형성 방법을 도식화한 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 인쇄 매체 형성 장치의 횡단 측면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 전자사진 인쇄 시스템을 단순화시킨 블록 다이어그램이다.

도면에서, 동일한 참조 숫자는 유사 요소를 나타내는 것이지만 반드시 동일한 요소일 필요는 없다.

본 명세서는 블리스터 저항성이 우수한 컬러 전자사진 인쇄를 구현할 수 있는 대표적인 매체 코팅 조성물을 개시한다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 시스템 및 방법은 인쇄 매체에 존재하는 수분이 토너 정착시 용이하게 방출되게 함으로써 국부적인 블러스터를 억제하는 다공성 안료를 제공한다. 본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 다공성 코팅 조성물은 이중-모드 입자 분포를 갖는 안료로 제조되는 코팅 층(들) 및 직물 제지 원료를 포함한다. 이하에서는 본 발명의 매체 코팅 조성물 및 이의 사용 방법이 더욱 상세하게 설명된다.

본 발명의 시스템 및 방법의 특정 실시양태들을 개시하고 설명하기 전에, 본원 시스템 및 방법은 어느 정도 변경 가능한 본원에 개시된 특정 공정 및 재료들로 제한되지 않는다는 점을 알아야 한다. 또한, 본원에 사용된 용어는 특정 실시양태들만을 기술할 목적으로 사용된 것이지 제한할 의도는 아니며, 본 발명의 시스템 및 방법의 범위는 첨부된 특허청구범위 및 이들의 균등물에 의해서만 한정된다는 점을 이해하여야 한다.

본원 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 용어 "전자사진 인쇄(electrophotographic printing)"는 정전하 분포의 변화를 발생시키는 빛을 사용하여 사진 이미지를 형성하는, 예를 들어 레이저 인쇄 등 다수의 방법을 포함하는 넓은 의미로 이해되어야 한다.

농도, 양 및 기타 수치 데이터는 범위 형태로 본원에 제시될 수 있다. 이러한 범위 형태는 단순히 간략화를 위해 편의상 사용되는 것이며, 상기 수치는 범위의 상/하한을 명백히 나타낼 뿐만 아니라 상기 범위에 포함되는 개별적인 수치 또는 부분 범위를 모두 포함하고 각각의 수치와 부분 범위가 명백히 나타나 있는 것처럼 유연하게 해석되어야 한다. 예를 들어, 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 중량 범위는 1 중량% 및 20 중량%의 상/하한 농도를 명백히 나타낼 뿐만 아니라 각각의 농도, 예컨대 2 중량%, 3 중량%, 4 중량% 및 부분 범위, 예컨대 5 중량% 내지 15 중량%, 10 중량% 내지 20 중량% 등을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이하에서는, 블리스터 저항성이 우수한 컬러 전자사진 인쇄를 구현할 수 있는 매체 코팅 조성물을 형성하는 본 발명의 시스템 및 방법을 충분히 이해시키기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명의 목적으로 제시된다. 그러나, 이들 특정의 세부사항 없이도 본원 방법을 실시할 수 있음은 당업계의 숙련자에게 명백할 것이다. 본 발명의 명세서에서 "일 실시양태" 또는 "소정의 실시양태"란 표현은 상기 실시양태와 관련하여 기술되는 특정의 특징, 구조 또는 특성이 하나 이상의 실시양태에 포함된다는 것을 의미한다. 본 발명의 여러 곳에 등장하는 바와 같이, 구절 "일 실시양태에서"는 반드시 동일한 실시양태를 지칭하는 것은 아니다.

예시적 구조

도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 전자사진 매체(100)의 횡단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예시적인 전자사진 매체(100)는 둘 이상의 구성요소: 베이스 매체(110) 및 상기 베이스 매체(110) 상에 배치된 안료 코팅(120)을 포함한다. 본 발명의 예시적 실시양태에 따르면, 전자사진 매체(100)의 블리스터 방지 성능은 적어도 부분적으로는 베이스 매체(110)의 섬유 부착 또는 내부 결합 강도 및 베이스 매체와 안료 코팅 층(120)의 다공성 때문이다. 이제, 베이스 매체(110)와 안료 코팅(120)이 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1에 보인 바와 같이, 베이스 매체(110)는 전자사진 매체의 기저부를 형성한다. 본 발명의 예시적인 전자사진 매체는 설명의 편의상 종이 스톡 베이스 매체(paper stock base media)의 범주하에서 본원에 기술될 것이다. 그러나, 임의의 베이스 매체 재료, 예를 들어 원지(base paper), 안료 원지, 캐스트-코팅된 원지, 호일 및 필름이 본 발명의 시스템 및 방법에 사용될 수 있음을 당업계의 숙련자는 이해할 것이다.

본 발명의 예시적인 실시양태에 따르면, 종이 스톡 베이스 매체(110)는 다공성이고, 약 170-500 kJ/m의 내부 결합 강도를 가지며, 약 60-250 그램/㎡(gsm)의 평량, 바람직하게는 65-170 gsm이다. 종이 스톡 베이스 매체(110)가 약 250 gsm을 초과하는 평량을 가지면, 토너 공정시 열 에너지의 국소적인 흐름을 흡수하는 열적 침하(thermal sink)로 작용할 수 있다. 더욱 상세하게는, 복수 개의 종이 스톡 베이스 매체가 동일한 내부 결합 강도를 가지는 경우, 종이 캘리퍼(caliper)가 얇아지거나 평량이 가벼워질수록 매체에 가해지는 국소적인 열 에너지는 더욱 강해진다. 따라서, 얇은 종이일수록 더 높은 열 에너지하에서의 수분 증발로 인해 더욱 쉽게 블리스터된다. 반대로, 종이 스톡 베이스 매체(110)가 약 250 gsm보다 큰 평량을 가지면, 블리스터의 염려는 적으나, 종이 스톡 상에 배치된 토너에 가해지는 열은 더 두꺼운 원지가 이 열 에너지를 흡수하기 때문에 상당히 감소될 것이고, 이는 결국 토너의 부착 불량과 낮은 토너 광택으로 인해 종종 불량한 이미지 품질을 초래한다.

본 발명의 예시적인 일 실시양태에 따르면, 임의의 목재 및 비-목재 펄프가 본 발명의 스톡 베이스 매체(110)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 쇄목 펄프(ground wood pulp), 설파이트 펄프(sulfite pulp), 화학처리된 그라운드 펄프(chemically ground pulp), 리파이너 그라운드 펄프(refiner ground pulp), 화학기계적 펄프 또는 이들의 혼합물을 사용하여 상기 스톡 베이스 매체(110)를 형성할 수 있다. 임의의 섬유 길이가 스톡 베이스 매체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 펄프 조성물에서 장섬유 펄프의 백분율은 비교적 높아 블리스터 저항성을 추가로 향상시킨다.

또한, 수 개의 충전제가 상기 스톡 베이스 매체(110) 형성시 상술된 펄프에 포함될 수 있다. 예시적인 일 실시양태에 따르면, 펄프에 포함되어 최종 코트지의 물성을 조절할 수 있는 충전제로는 그라운드 탄산칼슘, 침전 탄산칼슘, 이산화티탄, 카올린 클레이(kaolin clay) 및 실리케이트를 포함하나, 이들로 제한되지 않는다. 본 발명의 예시적인 시스템 및 방법에 포함된 바와 같이, 충전제의 양은 매우 폭넓게 변할 수 있다. 그러나, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 충전제는 스톡 베이스 매체(110)의 약 0 내지 20 중량%이다. 다른 예시적인 실시양태에 따르면, 충전제는 스톡 베이스 매체(110)의 약 5 내지 15 중량%이다.

또한, 내첨 사이징(internal sizing)은, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 원지 스톡(110)의 제조시에 수행될 수 있다. 따라서, 내첨 사이징 공정은 섬유에 향상된 내부 결합 강도를 제공할 뿐만 아니라, 승온에서 블리스터의 원인이 되는 습윤 침투 및 수분 흡수에 대한 스톡 베이스 매체(110) 결과물의 저항성을 제어한다. 본 발명의 스톡 베이스 매체(110)에 포함될 수 있는 적합한 사이징제의 예로는 로진계 사이징제, 왁스계 사이징제, 합성 사이징제, 셀룰로오스-반응성 사이징제 및/또는 중성 사이징제를 포함하나, 이들로 제한되지 않는다.

원지 스톡(110)의 표면 사이징은 베이스 스톡의 집적 강도 및 강성을 결정하는 것을 보조한다. 그러나, 표면 사이징 프레스의 적용은 일반적으로 원지 스톡의 다공도를 감소시키므로, 토너 정착시 원지 스톡(110)의 블리스터 방지 성능이 감소된다. 따라서, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 본 발명의 예시적인 원지 스톡(110)의 걸리(Gurley) 다공도는 대략 25-100 초의 범위로 제어됨으로써 블리스터-프리(blister-free) 성능이 담보된다. 원지 스톡(110)의 내부 결합 강도는 블리스터 방지 성능을 증대시킨다. 더욱 상세하게는, 토너 정착 공정시, 수증기는 스톡 베이스 매체(110)의 튼튼하고도 열린 섬유 층을 벗어나 안료 코팅 층(120)으로 급속히 확산될 수 있다. 그러나, 예시적인 원지 스톡(110)의 내부 결합 강도가 충분히 강하지 않으면(즉, 섬유 부착력이 낮으면), 원지 스톡(110)의 섬유성 층은 "닫힌" 원지 스톡 내의 수증기가 팽창됨으로써 생성되는 압력을 견딜 수 없는데, 이는 상기 닫힌 구조로 인해 수증기가 원지 스톡의 섬유 층을 통해 확산되지 못하기 때문이다. 예시적인 일 실시양태에 따르면, 베이스 매체(110)의 최종적인 내부 결합 강도는 대략 170 내지 500 kJ/m이다.

계속 도 1을 참조하면, 베이스 매체(110)는 안료 코팅(120)에 의해 피복된다. 본 발명의 예시적인 실시양태에 따르면, 안료 코팅(120)은 실질적으로 전자사진 매체(100)의 다공도를 결정한다. 본 발명의 시스템 및 방법의 일 실시양태에 따르면, 하나 이상의 안료 코팅 층은 베이스 매체(110)의 한쪽 또는 양쪽 측면에 적용되어 필요한 표면 물성을 생성한다. 더욱 상세하게는, 일 실시양태에 따르면, 전자사진 매체(100)의 광택도, 불투명도 및 평활도는 안료 코팅(120)을 적용하여 변화시킬 수 있다. 고광택, 높은 불투명도와 더욱 평활한 전자사진 매체(100)가 요망되는 경우, 2개 층의 안료 코팅이 원지 매체(110)의 각 측면 상에 적용될 수 있다.

일 실시양태에 따르면, 안료 코팅(120)은, 예를 들어 다수의 무기 안료를 포함한다. 얻어지는 전자사진 매체(100)의 블리스터 성능은 안료 입자의 패킹 밀도에 의해 적어도 부분적으로 결정될 수 있고, 상기 패킹 밀도는 입자 크기, 입자 크기 분포 및 입자들의 형태에 따라 결정된다. 본 발명의 실시양태에 따르면, 예를 들어 탄산칼슘 화학에 기초한 건식 분말 또는 슬러리 형태의 안료를 포함하는 임의 종류의 무기 안료가 베이스 매체(110) 상에 안료 코팅(120)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 탄산칼슘 화학에 기초한 안료가 사용될 수 있는 것은, 일 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 안료가 다른 전통적인 무기 안료에 비해, 증가된 밝기, 불투명도, 평활도 및 광택을 제공할 수 있기 때문이다.

본 발명의 예시적인 안료 코팅(120)을 형성하는 데 사용되는 상기 탄산칼슘계 안료는 전통적인 제조 방법 중 임의의 종류를 사용하여 얻어질 수 있다. 일 실시양태에 따르면, 탄산칼슘은 전통적인 제조 방법을 통해 천연 그라운드 탄산칼슘(GCC) 및 화학 침전된 탄산칼슘(PCC)으로 분리될 수 있다. 결정 구조에서 탄산칼슘을 형성하는 칼슘, 탄소 및 산소 원자의 독특한 배열에 따라, 탄산칼슘은 다음 세 개의 서로 다른 결정 구조를 가지는 것으로 생각될 수 있다: 캘사이트(calcite), 아라고나이트(aragonite) 및/또는 불안정한 바테라이트(vaterite) 결정. 탄산칼슘의 캘사이트 결정 형태는 다음 네 개의 서로 다른 모양 중에서 어느 하나를 가지는 것으로 생각될 수 있다: 능면체, 편삼각면체, 각주상 및 구상. 또한, 탄산칼슘의 아라고나이트 결정 형태는 이산형 또는 군집형으로 바늘과 유사한 모양을 가지는 것으로 생각된다.

일 실시양태에 따르면, 본 발명의 다공성 안료 코팅(120)은 이산형 침상 형태 및 소정의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 탄산칼슘 안료를 베이스 매체(110) 상에 합체시킴으로써 형성된다. 일 실시양태에 따르면, 안료 코팅(120) 중의 침상 또는 바늘형 아라고나이트 입자의 종횡비는 다음과 같이 정의될 수 있다.

An=l/d

상기 식에서, An은 안료 코팅(120)에서 바늘형 입자의 종횡비이고, l은 탄산칼슘 입자의 평균 길이이고, d는 입자의 평균 폭이다. 본 발명의 예시적인 실시양태에 따르면, 탄산칼슘 입자의 평균 길이(l)는 상기 입자의 평균 폭(d)보다 훨씬 크다. 더욱 상세하게는, 바늘형 안료의 패킹 밀도는 "바늘" 분리 정도에 의해 결정되고, 종횡비가 큰 안료는 불규칙성이 더욱 크며 더욱 느슨한 패킹 구조를 제공한다.

다른 물성을 희생시키지 않으면서 다공성인 안료 코팅 층(120)을 생성하기 위해, 종횡비(An)는 약 50 내지 300, 바람직하게는 약 70 내지 180이다. 이러한 예시적인 실시양태에 따르면, 탄산칼슘계 안료의 입자 크기는 약 0.1-0.8 마이크로미터이다. 또 다른 예시적인 실시양태에 따르면, 탄산칼슘계 안료는 그 크기가 약 0.2 내지 0.5 마이크로미터이다. 또한, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 입자 크기 분포(PSD)가 좁은 것이 유리하다.

PSD=(D85/D15)^1/2

상기 식에서, "D85"는 마이크로미터 입자 크기로서 탄산칼슘계 안료 입자의 약 85%가 분포 곡선에 따르면 크기가 더 작다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 용어 "D15"는 마이크로미터 입자 크기로서 상기 입자의 약 15%가 크기 분포 곡선에 따르면 크기가 더 작다는 것을 의미한다.

예시적인 일 실시양태에 따르면, 다공성 안료 코팅 층(120)에서 사용된 입자의 PSD 범위는 약 1.2 내지 1.8이다. 다공도가 안료 코팅 층(120) 전반에 걸쳐 실질적으로 일관성 있게 증가하면, 표면 마무리는 전통적인 인쇄 매체에 비해 마이크로-스케일로 감소하는 결과를 초래한다. 코팅 다공도로 인해 표면 마무리에서의 평활도가 감소하게 되면, 고해상도의 사진 이미지가 매체 상에 형성될 때 이미지 품질에 실질적인 타격을 준다. 거친 표면 마무리는 온도 및 선 압력을 더욱 높게 적용하여 후속적인 수퍼 캘린더링 공정에서 다림질될 수 있다. 그러나, 수퍼 캘린더링 공정에서 더욱 가혹한 조건을 적용하면 코팅의 열린 구조가 불가피하게 더 닫히게 된다.

예시적인 일 실시양태에 따르면, 다공성 구조로부터 초래되는 거친 표면을 보상하기 위해, 소량의 플라스틱 안료, 예컨대 폴리스타이렌 화학에 기초한 라텍스가 본 발명의 안료 코팅(120)에 첨가된다. 본 발명의 예시적인 실시양태에 따르면, 부드러운 표면은 플라스틱 안료의 입자 크기를 조절함으로써 안료 코팅의 열린 구조를 손상시키지 않고도 유지될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시양태에 따르면, 플라스틱 안료의 입자 크기가 약 2-3 마이크로미터보다 크면, 플라스틱 안료 입자는 전자사진 매체(100)의 표면 평활도 및 광택을 상당히 증대시켜 주지만, 전체 다공도는 급격히 감소할 것이다. 따라서, 본 발명의 예시적인 안료 코팅은 침 상 아라고나이트 입자에 근접한 입자 크기를 갖는 플라스틱 안료 입자를 사용한다. 더욱 상세하게는, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 플라스틱 안료 입자는 약 0.2 내지 0.5 미크론의 범위에서 무기 안료 100 중량부를 기준으로 약 0.5 내지 5 중량부의 양으로 사용된다. 이러한 예시적인 실시양태에 따르면, 전자사진 매체(100)는 다공성 구조를 유지할 뿐만 아니라, 75 도에서 실험하였을 때 75-85%의 높은 광택도를 보이므로, 매우 양호한 품질의 사진 이미지를 생성한다.

상술한 바와 같이, "열린" 다공성 구조는 토너 정착시 전자사진 매체(100)의 블리스터를 방지한다. 그러나, 예시된 전자사진 매체(100)의 열린 구조를 제조하는 데 사용되는 안료는 코팅 공정에 대한 유변학적인 변화를 생성하기도 한다. 더욱 상세하게는, 이산형 침상 형태를 갖는 안료를 포함하는 코팅 조성물이 전자사진 매체(100) 상에 형성되거나, 유사하게 다층 안료 코팅(120)이 베이스 층 코팅 컬러로 이산형 침상 탄산칼슘을 갖는 코팅 조성물을 포함하는 경우, 액체 "윤활제", 예컨대 코팅 조성물 중의 물은 급속도로 베이스 매체(110) 및/또는 코팅 층 내로 방출될 것이고, 이어서 안료 코팅의 점도는 증가될 것이다. 안료 코팅(120)의 점도가 증가하면 계량 장치, 예컨대 블레이드 상에 실질적으로 딱딱한 케이크 안료가 형성 또는 축조되는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 계량 장치가 안료 코팅(120)의 표면 위를 통과하는 경우, 바람직하지 않은 가시적인 스크래치가 코팅 표면상에 잔류할 수 있다.

몇몇 고분자 중합체, 예를 들어 폴리아크릴레이트 염, CMC 또는 전분을 코팅 조성물에 첨가하여 보수성을 향상시킬 수 있다는 것은 일반적으로 알려져 있지만, 고분자 중합체를 첨가하면 시스템의 점도 역시 짙어져 결과적으로는 열린 다공성 구조의 유익한 효과가 파기될 수 있다. 대안으로, 상술한 중합체를 적재한 코팅 배합물과 더불어 시스템의 점도를 작업가능한 범위로 유지하기 위하여, 고체 함량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 고체 함량을 감소시키면 광택 구현에 부정적인 영향을 양산할 것이다.

상기 공정 및 성능 문제를 처리하기 위해, 본 발명의 시스템 및 방법은 이중-모드 분포를 갖는 혼합형 안료를 포함하는 안료 코팅 층(120)을 포함한다. 본 발명의 예시적인 실시양태에 따르면, 용어 "이중-모드(bi-modal)" 는 안료 코팅 혼합물에서 입자 크기에 따라 입자의 무게 분율을 플로팅하였을 때 두 개의 뚜렷한 피크가 나타난다는 것을 의미한다. 이러한 예시적인 실시양태에 따르면, 이중-모드 안료 코팅 층(120)은 탄산칼슘의 바늘형 아라고나이트 결정 형태의 제 1 안료 및 무기 또는 유기 안료 중에서 임의 유형인 제 2 안료를 포함한다. 그러나, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 제 2 안료는 구형인 무기 안료 또는 실질적인 구 형태, 예를 들어 실질적으로 구형인 그라운드 탄산칼슘이다. 이중-모드 안료 코팅 층(120)에서 다공도를 적절히 유지하기 위하여, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 제 2 또는 실질적인 구형 안료의 입자 크기는 탄산칼슘의 바늘형 아라고나이트 결정 형태인 제 1 안료의 평균 입자 크기(APS)의 약 1.5 내지 3.0배일 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 안료의 입자 크기 분포, 즉 두 개의 뚜렷한 피크를 제공하는 입자 크기 분포 스펙트럼은 비교적 작아야 한다. 또한, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 분포 꼬리의 중첩은 최소값으로 유지되어야 한다. 예시적인 일 실시양태에 따르면, 제 1 : 제 2 안료의 비율은 침상 아라고나이트 결정 100 부 : 제 2 또는 실질적인 구형 안료 약 10-80 부의 범위일 수 있다. 또 다른 예시적인 실시양태에 따르면, 제 1 : 제 2 안료의 비율은 침상 아라고나이트 결정 100 부 : 제 2 또는 실질적인 구형 안료 약 20-50 부의 범위일 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 소량의 플라스틱 안료, 예를 들어 폴리스타이렌 화학에 기초한 라텍스가 이중-모드 안료 코팅 층(120)에 첨가되어 다공성 구조로부터 야기되는 거친 표면을 보상할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 매체(110)는, 필요한 최종 물성에 따라, 본 발명의 이중-모드 안료 코팅 층(120)이 하나 이상의 층으로 코팅될 수 있다. 예시적인 일 실시양태에 따르면, 다층 코팅 구조를 실현하여 최첨단 사진 이미지 품질 인쇄에 종종 요구되는 우수한 시트 형상, 고광택 균일성 및 매끈한 표면을 생성시킬 수 있다. 이러한 예시적인 실시양태에 따르면, 다층 코팅의 최상층은 생성되는 매체의 물리적 성질, 예를 들어 표면 평활도 및 광택 수준에 매우 큰 영향을 미친다. 일반적으로, 이산형 바늘형 PCC 안료는, 온화한 조건하에서 수퍼-캘린더링 이후, 높은 명도, 높은 광산란도 또는 불투명도 및 TAPPI 법에 의해 75도에서 실험하였을 때 75-85%의 높은 광택 수준을 제공할 수 있다. 또한, 생성되는 매체의 물리적 성질을 바꿔 "은은한 광택(soft gloss)" 외관, 즉 안료 비율을 변화시켜 40-50%의 광택 수준으로 생성할 수 있다. 안료 비율을 변화시켜 본원 매체의 블리스터 저항성 품질을 유지하면서 본질적으로 필요한 임의의 광택 수준을 설정할 수 있는데, 이는 실질적으로 구형 탄산칼슘의 광택 수준이 일반적으로 이산형 침상 탄 산칼슘 안료보다 더 낮기 때문이다.

예시적 형성 방법

도 2는 예시적인 일 실시양태에 따라 전자사진 매체(100)를 형성하고 인쇄하는 예시적인 방법을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예시적인 방법은 첫째로 베이스 매체를 형성하는 것이다(단계 200). 일단 베이스 매체가 형성되면, 상술한 안료 코팅 층(들)이 베이스 매체의 하나 이상의 표면상에 형성된다(단계 210). 베이스 매체의 하나 이상의 표면상에 안료 코팅이 형성되면, 안료 코팅을 건조시키고(단계 220), 수퍼-캘린더링한다. 소정의 이미지가 전자사진 인쇄 공정을 이용하여 형성될 수 있다(단계 230). 토너 입자가 현상 장치로부터 전자사진 매체 상에 원하는 이미지 패턴으로 전사되면, 상기 토너 입자는 열 및/또는 압력의 인가로 전자사진 매체의 표면에 용융되고 정착될 수 있다(단계 240). 이제, 상술한 방법의 각 단계들을 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.

도 2에 보인 바와 같이, 본 발명의 예시적인 방법의 제 1 단계는 베이스 매체를 형성하는 것이다(단계 200). 전술한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시양태의 베이스 매체(100; 도 1)는 다공성이고, 약 60-250 그램/㎡(gsm)의 평량 및 약 170 내지 500 kJ/m의 내부 결합 강도를 가진다. 예시적인 일 실시양태에 따르면, 본 발명의 예시적인 원지 스톡(110)의 걸리(Gurley) 다공도는 약 25-100초의 범위로 제어된다.

임의의 목재 및 비-목재 펄크가, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 본 발명의 스톡 베이스 매체(110)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 그라운드 목재 펄프, 설파이트 펄프, 화학처리된 그라운드 펄프, 리파이너 그라운드 펄프, 열기계 펄프 또는 이들의 혼합물이 스톡 베이스 매체(110)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 또한, 임의의 섬유 길이가 스톡 베이스 매체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 예시적인 일 실시양태에 따르면, 장섬유 펄프의 백분율은 펄프 조성물에서 비교적 높다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 다수의 충전제 및/또는 사이징제가 전술한 바와 같은 본 발명의 스톡 기반 매체에 포함될 수도 있다.

일단 베이스 매체가 형성되면, 상술한 안료 베이스 층(들) 및/또는 상부 이미지 수신 층(들)은 상기 베이스 매체의 하나 이상의 측면에 적용될 수 있다(단계 210). 안료 베이스 및/또는 상부 층 모두 온-머신(on-machine) 또는 오프-머신(off-machine) 코터를 사용하여 베이스 매체에 적용될 수 있다. 적합한 코팅 기법의 예로는, 슬로팅 다이 코터(slotting die coater), 롤러 코터(roller coater), 파운틴 커튼 코터(fountain curtain coater), 블레이드 코터(blade coater), 로드 코터(rod coater), 에어 나이프 코터(air knife coater), 그라비어(gravure) 도포법, 에어 브러쉬(air brush) 도포법 및 기타 기법, 및 당업계의 숙련자에게 알려진 장치를 포함하나, 이들로 제한되지 않는다.

도 3은 예시적인 일 실시양태에 따른 나이프 코팅 기구(300)를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스 매체(110)는 다수의 운송 롤러(310), 벨트 또는 기타 이송 장치에 의해 재료 토출기(320)에 인접해서 이송될 수 있다. 베이스 매체(110)가 재료 토출기(320)에 인접해서 통과함에 따라, 안료 코팅(120)을 형성하는 재료는 중력에 의하거나 압력하에서 재료 토출기로부터 분사된다. 도시된 바와 같이, 안료 코팅(120)을 형성하는 재료는 이어서 베이스 매체(110)를 코팅한다. 상부에 안료 코팅(120)이 형성된 베이스 매체(110)가 운송 롤러(310)에 의해 추가로 이송되면서, 임의의 여분인 안료 코팅(120)을 문질러 벗겨내는 나이프(330) 밑을 통과한다. 이러한 예시적인 실시양태에 따르면, 나이프(330)와 베이스 매체(110) 사이의 간격뿐만 아니라, 롤러(310) 또는 기타 이송 장치의 속도는 베이스 매체(110) 상의 안료 코팅(120)의 두께가 수정되도록 선택적으로 변화될 수 있다.

예시적인 일 실시양태에 따르면, 단층의 안료 코팅(120)이 베이스 매체(110) 상에 형성될 수 있다. 대안으로, 안료 코팅(120)의 베이스 층 및 상부 층을 포함하는 다층이 베이스 매체(110)에 형성되어 원하는 코팅을 달성할 수 있다. 따라서, 베이스 층 및 상부 층은 단독 또는 동시에 각각의 베이스 및 상부 층에 대해 약 5 내지 30 g/㎡의 코팅 중량으로 적용될 수 있다. 예시적인 일 실시양태에서, 안료 코팅 각 층의 코팅 중량은 각각의 베이스 및 상부 층에 대해 약 8 내지 15 g/㎡이다. 베이스 및 상부 층을 구성하는 각 조성물의 고체 함량은 약 50 중량% 내지 80 중량%일 수 있으며, 점도는 100 rpm 속도에서 저 전단 브룩필드(Brookfield) 점도계를 사용하여 측정하였을 때 약 200 cps 내지 2500 cps일 수 있다. 약 6000 rpm의 고 전단 속도 및 고 전단 허큘리스(Hercules) 점도계를 사용하여 측정하였을 때, 상기 조성물의 점도는 약 30 cps 내지 70 cps이다. 일단 도포가 되면, 층은 대류, 전도, 자외선 또는 기타 공지의 방법에 의해 건조될 수 있다(단계 220). 상기 기록 매체를 상기 베이스 조성물 및/또는 상기 이미지 수신 조성물로 코팅한 후, 원하는 광택 또는 표면 평활도를 얻기 위해 캘린더링 공정을 이용할 수 있다. 캘린더링 장치는 별개의 수퍼-캘린더링 기기, 온-라인 연질 닙 캘린더링 장치, 오프-라인 연질 닙 캘린더링 기기 등일 수 있다.

안료 코팅(120)이 베이스 매체(110) 상에서 건조되고 캘린더링되면서, 전자사진 인쇄 공정을 통해 이미지가 매체 상에 형성될 수 있다(단계 230). 도 4는 예시적인 일 실시양태에 따른 전자사진 이미지를 형성하는 데 사용될 수 있는 전자사진 인쇄 장치(400)를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 피변조 레이저(410)는, 광학 시스템(414)을 통해, 코로나 대전 장치(412)에 의해 광전 드럼(420)에 인가된 전하장(charge field)으로서 잠상(latent image)을 기록할 수 있다. 이러한 이미지는 전개 장치(416, 418)로부터 토너에 의해 전개된다. 토너의 전하로 인해 토너는 드럼(420) 상의 잠상에 부착된다. 이어서 토너 이미지는 드럼(420)으로부터 베이스 매체(110)의 상부에 형성된 안료 코팅 층(120)까지 직접 전사되거나, 전사 롤러(422)에 의해 전사된다.

도 2로 돌아가서, 일단 토너 입자가 베이스 매체(110)의 상부에 형성되면, 열 및/또는 압력을 가해 베이스 매체의 상부에 형성된 안료 코팅 층(120)에 토너를 정착시킬 수 있다(단계 240). 예시적인 일 실시양태에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 안료 코팅 층(120) 상에 선택적으로 전사된 토너는 다수의 가열된 퓨저 롤러(428)에 의해 정착된다. 전통적으로, 안료 코팅 층(120)에 토너를 정착하게 되면, 내부 수분의 증발, 특히 70% 상대 습도를 초과하는 높은 습도 조건에서 인쇄함으로 인해 야기되는 인쇄 매체의 상술한 블리스터가 종종 초래된다. 그러나, 본 발명의 전자사진 매체(100; 도 1)는 심지어 30℃ 및 80% 상대 습도와 같이 매우 높 은 습도 조건에서도 증발된 수분의 방출을 대비하기 때문에 블리스터가 방지된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 전자사진 매체(100; 도 1)는 이중-모드 안료 코팅, 베이스 매체(110)의 내부 결합 강도 및 원지의 개방 구조로 인해 블리스터를 적어도 부분적으로 방지한다.

예시적인 일 실시양태에 따라, 예시적인 안료 코팅 층 성분의 배합물 범위를 아래 표 1에 나타내었다.

표 1에 보인 예시적인 실시양태에 따르면, 안료 코팅은 82.5 gsm 중량, 368 J/㎡의 내부 결합 강도 및 45초의 걸리 다공도를 갖는 원지 상에 형성된다. 다수의 예시적인 배합물 범위를 제조하여 베이스 매체에 적용하였다. 이어서, 이들 제조된 베이스 매체의 블리스터 성능을 아래의 실시예 1 내지 8에 대해 평가하였다. 하기 실시예에서, 단위 "부(part)"는 달리 표시되지 않는 한 중량에 기초하여 측정하였다.

실시예 1:

코팅 안료를 아래 배합물에 따라 제조하였다.

코팅 컬러 조성물의 고체 함량은 60 중량% 내지 75 중량%일 수 있고, 점도는 100 rpm 속도에서 저 전단 브룩필드(Brookfield) 점도계를 사용하여 측정하였을 때 약 1000 cps 내지 1500 cps이거나, 약 6000 rpm의 고 전단 속도에서 고 전단 허큘리스(Hercules) 점도계를 사용하여 측정하였을 때 약 30 cps 내지 40 cps이다. 코팅 안료는, 일 실시양태에 따르면, 베이스 스톡의 단일 면에 적용되었고, 코팅 안료는 온-머신 또는 오프-머신 코터를 사용하여 베이스 스톡의 양쪽 면에 각각 5 내지 15 g/㎡의 코팅 중량으로 적용되었다. 적합한 코팅 기법의 예로는 슬롯 다이 도포법, 롤러 도포법, 파운틴 커튼 도포법, 블레이드 도포법, 로드 도포법, 에어 나이프 도포법, 그라비아 도포법, 에어 브러쉬 도포법 및 기타 당업계에 공지된 것을 포함하나, 이들로 제한되지 않는다.

코팅 층은 이어서 대류, 전도, 자외선, 대기 노출 또는 기타의 공지 방법에 의해 건조되었다. 또한, 캘린더링 공정을 예시적인 일 실시양태에 따라 코트지 상에서 수행하여 원하는 광택 또는 표면 평활도를 얻을 수 있다. 캘린더링 장치는 별개의 수퍼 캘린더링 기기, 온-라인 연질 닙 캘린더링 장치, 오프-라인 연질 닙 캐린더링 기기 등일 수 있다.

실시예 2-5:

실시예 2-5에서, 실시예 1에서와 같은 동일한 코팅 배합물 및 공정을 원지 스톡에 사용하였다. 실시예 1-5에 사용된 원지는 충전제 함량 및 섬유 조성에서 유사한 조성을 가지지만, 벌크 및 표면 사이징, 및 평량 면에서는 서로 다르다. 그 세부 사항을 하기 표 3에 나타내었다.

실시예 6:

실시예 6의 배합물에서, 하기 표 4의 배합물에 따라 베이스 코팅 컬러를 제조하였다.

또한, 하기 표 5의 배합물에 따라 상부 코팅 컬러를 제조하였다.

실시예 6에 따르면, 베이스 코팅 배합물 및 상부 코팅 배합물은 실시예 1에서 제시된 방법에 따라 원지 스톡 상에 적용되었다. 실시예 6 배합물에서 사용된 원지 스톡은 실시예 1의 것과 동일하다.

실시예 7:

실시예 7 배합물에서, 베이스 코팅 컬러 조성물이 하기 표 6에 제시된 배합물로 대체되는 것을 제외하면, 상부 코팅 배합물은 상기 실시예 6의 것과 동일하다.

또한, 상기 실시예 7은 실시예 6과 동일한 상부 코팅 배합물, 원지 스톡 및 공정을 사용하였다.

실시예 8:

실시예 8에서, 실시예 6의 베이스 코팅 배합물, 원지 스톡 및 공정을 이용하였다. 그러나, 실시예 6과는 달리, 상부 코팅 배합물은 하기 표 7에 보인 바와 같이 비교적 큰 입자 크기를 갖는 플라스틱 라텍스를 포함한다.

상기 예시적인 코트지 배합물 1 내지 8의 블리스터 방지 성능을 "중질 광택지" 융착 모델하에서 휴렛-패커드 컬러 레이저 프린터 CLJ-9500을 사용하여 평가하였다. 먼저 프린터 및 시험 매체를 30℃의 온도 및 80%의 상대습도의 환경 챔버에서 예비-순화시켰다. 시험 패턴은 전체 시트에 걸쳐 200% 토너(100% 시안 토너 및 100% 황색 토너) 피복 패턴의 "진청색" 이미지이었다. 테스트 매체는 양쪽 면 상에 동일한 패턴으로 이중 인쇄되었다. 평가 기준을 하기 표 8에 나타내었다.

실시예에 대한 평가 결과를 하기 표 9에 정리하였다.

본 발명의 예시적인 다공성 안료를 사용함으로써, 내부 결합 강도가 크고 열린 구조가 증가된 원지 상의 코팅은 블리스터-프리 성능을 보여주는 반면(실시예 1 및 3), 결합 강도가 낮고(실시예 4) "닫힌" 종이(실시예 2)에 기초한 시료는 블리스터 방지 성능이 불량하였다. 실시예 5는, 원지의 결합 강도 및 다공도가 낮은 평량으로 상술한 기준을 충족한다 하더라도 안료를 매체에 융착시키는 열적 효과는 종이의 블리스터를 증가시킨다는 것을 나타낸다. 또한, 실시예 6-8은, 이중-모드 입자 분포를 가진 안료 조성물이 블리스터를 방지하는 다공성 구조를 제공하지만 상대적으로 큰 플라스틱 라텍스 입자가 첨가되면 상기 블리스터가 야기될 수 있다는 것을 나타낸다.

결론적으로, 상술한 실시예들은 예시적인 일 실시양태에 따른 본 발명의 예시적인 시스템 및 방법에 의해 다수의 이점이 제공될 수 있다는 것을 나타낸다. 더욱 구체적으로, 개시된 베이스 매체 및 이중-모드 안료 코팅은 안료 융착시 증가된 블리스터 저항성을 제공한다.

이상은 본 발명의 시스템 및 방법의 예시적인 실시양태들을 나타내거나 기술할 목적으로만 제시되었다. 본 발명의 시스템 및 방법은 개시된 여하한 특정 형태로 제한되거나 포괄되지 않는다. 상기 교시 내용을 바탕으로 다수의 변경 및 변화가 가능하다. 본 발명의 시스템 및 방법의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 정의된다.

Claims

다공성 베이스 매체(110); 및

상기 다공성 베이스 매체(110) 상에 배치된 이중-모드 안료 조성물(120)을 포함하고,

상기 이중-모드 안료 조성물(120)은 제 1 안료 및 제 2 안료를 포함하며, 이때 상기 제 1 안료는 침상 형태를 갖는 입자를 포함하고, 상기 제 2 안료는 구형인 입자를 포함하는, 전자사진 매체(100).
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 이중-모드 안료 조성물(120)이 제 3 안료를 추가로 포함하며, 이때 상기 제 3 안료는 플라스틱 안료를 포함하는, 전자사진 매체(100).
제 1 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)가 170 내지 500 J/㎡의 내부 결합 강도를 갖는, 전자사진 매체(100).
제 1 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)가 60 내지 250 그램/㎡의 평량을 갖는, 전자사진 매체(100).
제 1 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)가 25 내지 100초의 걸리(Gurley) 다공도 범위를 갖는, 전자사진 매체(100).
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 안료가 탄산칼슘 입자를 포함하는, 전자사진 매체(100).
제 1 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)가, 170 내지 500 J/㎡의 내부 결합 강도 및 60 내지 200 그램/㎡의 평량을 갖는 종이를 포함하는 전자사진 매체(100).
다공성 베이스 매체(110)를 제공하는 단계; 및

상기 다공성 베이스 매체(110)의 하나 이상의 표면에 하나 이상의 이중-모드계 안료 층(120)을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 이중-모드 안료(120)는 제 1 안료 및 제 2 안료를 포함하며, 이때 상기 제 1 안료는 침상 형태를 갖는 입자를 포함하고, 상기 제 2 안료는 구형 입자를 포함하는, 블리스터(blister) 저항성 전자사진 매체(100)의 형성 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)를 제공하는 단계가, 170 내지 500 J/㎡의 내부 결합 강도 및 60 내지 200 그램/㎡의 평량을 갖는 다공성 베이스 매체(110)를 형성함을 포함하는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)를 제공하는 단계가, 25 내지 100초의 걸리(Gurley) 다공도 범위를 갖는 다공성 베이스 매체(110)를 형성함을 포함하는 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)의 하나 이상의 표면에 이중-모드계 안료 층(120)을 형성하는 단계가,

상기 다공성 베이스 매체(110)의 하나 이상의 표면에 이중-모드계 안료 층(120)을 디스펜싱(dispensing)하고,

상기 다공성 베이스 매체(110) 상의 상기 안료 층(120)을 건조함

을 포함하는 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)의 하나 이상의 표면에 이중-모드계 안료 층(120)을 디스펜싱하는 것이, 이중-모드계 안료 층(120)을 상기 다공성 베이스 매체(110)의 복수 개의 표면상으로 디스펜싱함을 포함하는 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,

상기 다공성 베이스 매체(110)가, 170 내지 500 J/㎡의 내부 결합 강도, 25 내지 100초의 걸리 다공도 범위 및 60 내지 200 그램/㎡의 평량을 갖는 종이를 포함하는 방법.