KR20010022771A - 코팅된 미공성 잉크젯 수용 매체 및 도트 직경을 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비결정형 침전 실리카 및 발연 실리카와 결합제로 이루어진 혼합물의 코팅을 포함하는 이미징 층을 하나의 주표면 상에 갖는 미공성 잉크젯 수용체 매체에 관한 것이다. 착색 잉크젯 잉크의 도트 직경은 수용체 매체를 사용하여 제어할 수 있는데, 이것은 잉크를 작은 피코리터의 부피로 전달하는 경우에 유리하다. 또한, 본 발명은 상기 매체의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

코팅된 미공성 잉크젯 수용 매체 및 도트 직경을 제어하는 방법{COATED MICROPOROUS INKJET RECEPTIVE MEDIA AND METHOD FOR CONTROLLING DOT DIAMETER}
이미지 그래픽은 현대 생활에 있어서 도처에 존재한다. 경고, 교육, 오락, 광고 등을 수행하는 이미지 및 데이타는 다양한 내외장, 수직 및 수평 표면 상에 도포된다. 이미지 그래픽의 예로는 벽 또는 트럭의 측면부 상의 광고, 새로운 영화의 개봉을 광고하는 포스터, 계단의 난간 부근의 경고 표지 등을 들 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
값싸고 효율적인 잉크젯 인쇄기, 잉크 전달 시스템 등이 급속하게 개발됨에 따라 최근 열적 및 피에조 잉크젯 잉크의 사용이 크게 증가하고 있다.
열적 잉크젯 하드웨어는 휴렛팩커드 코오포레이션(미국 캘리포니아주 팔로 알토 소재), 엔캐드 코오포레이션(미국 캘리포니아주 샌 디에고 소재), 제록스 코오포레이션(미국 뉴욕주 로체스터 소재), 레이저마스터 코오포레이션(미국 미네소타주 에덴 프레리 소재) 및 미마키 엔지니어링 컴파니 리미티드(일본 도쿄 소재)를 비롯한 다수의 다국적 기업으로부터 구입할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 다수의 다양한 인쇄기는, 인쇄기 제조 업자가 소비자를 위해 그들 제품을 끊임 없이 개발시키고 있기 때문에 급속하게 변하고 있다. 인쇄기는 원하는 최종 이미지 그래픽의 크기에 따라 데스크 탑 크기와 와이드 포맷 크기로 모두 제조되고 있다. 인기 있는 상업적 등급의 열적 잉크젯 인쇄기의 예로는 엔캐드 노바젯 프로 인쇄기와, 휴렛팩커드 650C, 750C 및 2500CP 인쇄기가 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 인기 있는 와이드 포맷 열적 잉크젯 인쇄기의 예로는 휴렛팩커드 디자인젯 인쇄기를 들 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 그 중 2500CP는 약 40 피코리터 부근대의 액적 크기로 600 ×600 도트/인치(dpi) 해상도를 갖기 때문에 특히 바람직하다.
3M은 인터넷, 클립아트 또는 디지탈 카메라 공급원으로부터 제공받은 디지탈 이미지를 신호로 전환시켜 열적 잉크젯 인쇄기에 전달함으로써 그러한 이미지 그래픽을 인쇄하는데 유용한 그래픽 메이커 소프트웨어를 시판하고 있다.
또한, 잉크젯 잉크는 다수의 다국적 기업으로부터 시판되고 있는데, 특히 3M은 시리즈 8551, 8552, 8553 및 8553 착색 잉크젯 잉크를 시판하고 있다. 4가지 기본 칼라, 청록색(cyan), 심홍색(magenta), 황색(yellow) 및 검정색(black)(일반적으로, "CMYK"로 약칭됨)의 사용은 디지탈 이미지에 있어 256 가지 이상의 칼라를 생성시킬 수 있게 해준다.
또한, 잉크젯 인쇄기용 매체도 급속하게 개발되고 있다. 잉크젯 이미징 기법은 상업적 용도 및 소비자 용도에 있어 그 인기가 엄청나게 확산되고 있기 때문에, 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 종이 또는 기타 수용체 매체 상에 칼라 이미지를 인쇄시키는 데에도 염료계 잉크에서 안료계 잉크로 확대되고 있다. 따라서, 매체는 그러한 변화를 수용해야 한다. 안료계 잉크는, 열적 잉크젯 인쇄기 헤드에 의해 분배되기 전에는 안료 입자가 분산액 중에 함유되어 있기 때문에 내구성이 보다 큰 이미지를 제공한다.
잉크젯 인쇄기는 엔지니어링 도면 및 건축 도면과 같은 용도를 위한 와이드 포맷 전자 인쇄용으로 보통 이용되고 있다. 잉크젯 인쇄기의 조작 단순성 및 경제성 때문에, 이러한 이미징 공정은 원하는 이미지를 와이드 포맷 특성의 그래픽으로 형성시키는 인쇄 기술 산업에 있어 유망한 성장 가능성을 갖고 있다.
그러므로, 그래픽을 제조하는데 사용되는 잉크젯 시스템의 부품은 3 가지 주요 카테고리, 즉 1) 컴퓨터, 소프트웨어 및 인쇄기, 2) 잉크, 및 3) 수용체 매체로 구분할 수 있다.
상기 컴퓨터, 소프트웨어 및 인쇄기는 잉크 액적의 크기, 수 및 배치를 제어하고, 인쇄기를 통해 수용체 매체를 전달시킨다. 상기 잉크는 이미지를 형성시키는 착색제와 이러한 착색제를 위한 캐리어를 함유한다. 상기 수용체 매체는 잉크를 수용하여 보유하는 저장소를 제공한다. 잉크젯 이미지의 품질은 전체 시스템과 함수 관계에 있다. 그러나, 잉크 시스템에 가장 중요한 것은 조성 및 잉크와 수용체 매체 간의 상호 작용이다.
이미지 품질은 관측하는 일반인 및 구입하는 소비자가 원하고 요구하는 특성이다. 또한, 이미지 그래픽의 제작자들은 인쇄기 판매점의 잉크젯 매체/잉크 시스템에 다른 많은 모호한 요구를 하고 있다. 또한, 환경에 노출되기 때문에 매체 및 잉크에 대해 요구 조건이 있을 수도 있다(이것은 그래픽의 용도에 따라 좌우된다).
현행 잉크젯 수용체 매체는 PCT WO97/17207(워너 등)에 수록된 개시 내용에 따른 이층 수용체에 의해 직접 코팅되어 있으며, 3M(상표명) 스카치칼(상표명) 오패크 이미징 메디아 3657-10과 3M(상품명) 스카치칼(상표명) 트랜스루센트 이미징 메디아 3637-20의 브랜드로 시판되고 있다.
전형적으로, 잉크젯 잉크는 미국 특허 제5,271,765호에 개시된 바와 같은 완전 수계 또는 부분 수계이다. 이러한 잉크에 전형적인 수용체는 백지, 바람직하게는 미국 특허 제5,213,873호에 개시된 바와 같이 수용체의 특성 또는 이로 인한 이미지의 품질을 개선시키기 위해 처리되거나 또는 코팅된 전문가용 잉크젯 수용체 종이이다.
플라스틱 상에 코팅하여 잉크젯 수용성을 부여하는데 적당한 수 많은 잉크젯 수용체 조성물이 개시되어 있다. 오버헤드 투명도에 대한 용도가 해당 기술 분야에 알려져 있다. 이들 플락스틱은 단독으로 수성 잉크를 수용하지 않으므로 수용체 층에 의해 코팅되는 폴리에스테르와 같은 투명한 플라스틱 재료로 구성되어 있다. 전형적으로, 이들 수용체 층은, 잉크젯 잉크가 포함하는 수성 혼합물로부터 흡수할 수 있는 수용해성 중합체의 혼합물로 구성되어 있다. 미국 특허 제4,379,804호, 제4,903,041호 및 제4,904,519호에 예시되어 있는 바와 같이 폴리(비닐 피롤리돈) 또는 폴리(비닐 알콜)을 포함하는 친수성 층이 매우 일반적이다. 또한, 미국 특허 제4,649,064호, 제5,141,797호, 제5,023,129호, 제5,208,092호 및 5,212,008호에 개시된 바와 같이 수용체 층 중의 친수성 중합체를 가교 결합시키는 방법도 알려져 있다. 기타 코팅 조성물은 미국 특허 제5,084,338호, 제5,023,129호 및 제5,002,825호에 개시된 바와 같이 무기 산화물과 같은 수분 흡수성 미립자를 함유한다. 미국 특허 제4,935,307호와 제5,302,437호에 개시된 바와 같이 옥수수 전분과 같은 미립자를 함유하기도 하는 잉크젯 종이 수용체 코팅에서도 유사한 특성이 발견되었다.
이러한 많은 유형의 잉크젯 수용체 매체가 이미지 그래픽에 제공하는 단점은 이들 수용체 매체가 수분 민감성 중합체 층을 포함한다는 데 있다. 상기 수용체 매체는 후속적으로 오버 라미네이트 처리될지라도 여전히 수용해성 층 및 수분 팽윤성 층을 포함한다. 이러한 수분 민감성 층은 시간이 경과함에 따라 물에 의해 용출될 수 있으며, 그래픽의 손상 및 오버라미네이트의 들뜸 현상을 유발시킬 수 있다. 또한, 이러한 친수성 코팅의 일반적인 구성 성분 중 일부는 수용해성 중합체를 함유하므로, 외부 환경에서 받게되는 열 및 UV 노출에 그다지 적당하지 않아 그 옥외 내구성이 제한된다. 최종적으로, 코팅은 건조될 때까지는 잉크 용매(주로 물)에 의해 가소화되거나 또는 심지어 부분 용해되어 이미지가 쉽게 손상받을 수 있고, 이미지가 건조되기 전에는 끈적거릴 수 있기 때문에, 이들 재료를 인쇄시킨 후의 건조 속도가 느리게 느껴진다.
최근 전술한 단점의 전부 및 일부를 해소하는 잉크젯 수용체로서 미공성 필름에 대한 관심이 증가하고 있다. 필름이 잉크에 대한 흡수성을 갖는 경우, 인쇄후 잉크는 모세관 작용에 의해 필름 자체내 소공 내로 흡수되고, 잉크가 인쇄된 그래픽의 표면으로부터 증발되기 때문에 매우 빠르게 건조되는 것처럼 느껴진다. 필름은 수용해성 중합체 또는 수팽윤성 중합체를 반드시 함유할 필요가 없으므로, 열 및 UV에 대한 내성을 잠재적으로 갖을 수 있고, 물에 의한 손상을 입을 필요가 없다.
다공성 필름은 그 재료 자체가 소수성인 경우 수계 잉크에 대하여 반드시 수용성일 필요가 없으며, 상기 필름을 친수성으로 만드는 방법은, 예를 들면 PCT 공개 WO 92/07899호에 의해 예시되어 왔다.
기타 필름은, 필름 재료, 예를 들면 미국 특허 제4,861,644호에 의해 예시된 유형의 PPG 인더스트리스 제품인 테슬린(Teslin)(상표명, 실리카 충전된 올리올레핀 미공성 필름)으로 인해 고유의 수성 잉크 흡수성을 갖는다. 이러한 유형의 재료가 갖는 가능한 문제점은, 염료계 잉크를 사용할 경우 건조 후 소공 내부에 착색제가 얼마나 많이 잔류하는가에 따라 이미지 밀도가 저하될 수 있다는 데 있다. 이를 해소하는 한가지 방법은 PCT 공개 WO 92/07899호에서 예시된 바와 같이 인쇄 후 필름을 융합시키는 방법이다.
다른 방법은 미국 특허 제5,605,750호에 개시된 바와 같이 미공성 필름을 수용체 층으로 코팅시키는 방법이다,
전술한 바와 같이, 잉크와 매체 간의 상관성은 이미지 그래픽 산업에 있어 중요하다. 현재 정밀도가 600 ×600 dpi에 이르는 인쇄기의 경우, 잉크젯 액적 크기가 과거보다 작다. 전술한 바와 같이, 이러한 dsi 정밀도에 전형적인 액적 크기는 약 40 피코리터이며, 이것은 와이드 포맷 잉크젯 인쇄기에서 사용된 종래의 액적 크기인 140 피코리터의 1/3 크기이다. 인쇄기 제조 업자들은 훨씬 더 작은 액적 크기, 예를 들면 10∼20 피코리터를 추구하고 있다. 착색 잉크젯 잉크를 사용하는 경우, 액적 크기는 각각의 액적 내에 존재하며 소정 영역의 매체를 향하게 되어 있는 안료 입자의 양을 결정한다.
잉크젯 잉크 액적이 수용체 매체와 접촉하면 2 가지 현상이 함께 발생한다. 잉크젯 액적이 매체 내로 수직 확산되면서 수용체 표면을 따라 수평 확산되어 도트가 전개된다.
그러나, 적절한 입자 크기의 안료계 잉크젯 잉크와 적절한 소공 크기의 필름을 사용하는 경우, 착색제의 일부가 필름의 표면에서 여과되어 양호한 밀도 및 채도를 제공한다. 그러나, 적당한 반조(halftone) 이미지를 생성시키기에 불충분한 잉크가 잔류하는 "띠형성 현상"으로 인해 도트 이득이 매우 낮은 경우에는 이미지가 여전히 매우 불량할 수 있다. 도트 크기가 너무 작은 경우에는, 매체의 전진 또는 고장난 프린트헤드 노즐로 인한 오류가 띠형성을 유발시킬 수 있다. 보다 큰 액적 크기의 인쇄기인 경우에는 보다 큰 도트가 종래의 인쇄 오류를 은폐시킬 수 있기 때문에 전술한 문제점이 나타나지 않는다. 그러나, 도트가 너무 큰 경우, 가장자리 명확도(edge acuity)가 손실된다. 가장자리 명확도는 증가된 dpi 이미지 정밀도의 근거가 된다. 따라서, 도트 직경을 제어할 수 있는 성능은 잉크젯 수용체 매체에 중요한 특성이 된다.
미국 특허 제6,605,750호는 테슬린(상표명)과 같은 실리카 충전된 미공성 필름에 도포된 가성(假性) 보헤마이트 코팅을 예시하고 있다. 이 코팅은 소공 반경이 10Å 내지 80Å인 가성 보헤마이트의 알루미늄 입자를 함유한다. 또한, 상기 특허에는 히드록시프로필메틸 셀룰로오스의 추가 보호층이 개시되어 있다.
본 발명은 매체에 도달하는 잉크 액적의 전개를 제어하여 우수한 이미지 그래픽을 제공할 수 있는 방식으로 코팅된 잉크젯 수용성(受容性) 매체에 관한 것이다.
발명의 개요
본 발명은 와이드 포맷 잉크젯 인쇄기 및 안료계 잉크를 사용하여 그래픽을 제작하는 방법의 유용성에 관한 것이다. 본 발명은 잉크젯 수용체 매체 상에서 작은 잉크젯 액적의 도트 직경을 제어하므로써 미세한 정밀도의 잉크젯 인쇄 시스템의 띠형성 문제점을 해소한다.
본 발명의 한 측면은 하나의 주표면 상에 비결정형 침전 실리카와 결합제로 이루어진 코팅을 포함하는 이미징 층을 갖는 미공성 매체를 포함하는 잉크젯 수용체 매체에 관한 것이다. 결합제는 수계 에틸렌-아크릴산 분산액과 기타 유기 액체인 것이 바람직하다. 또한, 코팅은 비결정형 침전 실리카와 발연 실리카의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다.
실리카 대 결합제의 일정 범위의 중량비로 도포하여 이미징 층을 형성시키는데, 건조된 층이 착색 잉크젯 잉크의 도트 직경을 제어할 수 있을 정도로 일정 범위의 코팅 중량으로 상기 이미징 층을 도포한다. 특히, 단일 잉크젯 액적내 안료 입자의 도트 직경은 잉크젯 수용체 매체 상에서 잉크의 바람직하지 못한 띠형성이 최소화되도록 제어할 수 있다.
이미징 층을 전혀 함유하지 않은 기재에 비하여 본 발명을 사용하는 경우, 실리카/결합제 중량비를 제어하므로써 각기 다른 칼라 잉크에 맞게 도트 직경을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 또다른 측면은 잉크젯 수용체 매체를 형성시키기 위하여 미공성 매체 상에 비결정형 침전 실리카 및 발연 실리카와 결합제의 혼합물로 이루어진 코팅을 포함하는 이미징 층을 코팅시키는 단계와, 잉크젯 수용체 매체 상에 잉크젯 잉크 액적을 인쇄하는 단계를 포함하고, 상기 매체 상에 형성된 안료 입자를 포함하는 도트는 이미징 층 상에서 크기가 증가하는, 미공성 매체 상에 이미징 층을 코팅시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특성은 잉크의 캐리어액이 미공성 매체를 통해 이동할 수 있도록 하면서 동시에 수용체 매체의 이미징 표면에 또는 근접하게 안료 입자를 보유시키는 데 있다.
본 발명의 또다른 특성은 이미징 층과 잉크내 안료 입자가 상호 작용하여 현재 이용 가능한 최소 액적 크기를 지닌 도트의 외형을 향상시키는데 있다.
본 발명의 또다른 이점은 수용체 매체 상의 도트를 매체를 따라 강제로 수평 전개시키는 한편, 캐리어액을 매체를 통해 강제로 수직 배출시킴으로써 최소 액적 크기의 외형을 최대화시킬 수 있다는 데 있다. 본 발명의 매체를 사용할 경우, 시각적 명확도에 유해한 영향을 미치는 일이 없이 최소 부피의 액적을 취하고 이미지에 나타날 수 있는 안료 입자의 사용량을 최대화시킬 수 있다. 도트 직경을 제어하지 않을 경우, 안료 입자는 매체 상에 퇴적된 "적층물"을 형성한다. 본 발명에 따라 도트 직경을 제어하는 경우, 매체는 시각적 명확도를 손실시키는 일이 없이 매체의 이미징 표면의 보다 큰 영역 상에서의 안료 입자의 전개를 제어할 수 있다.
본 발명의 또다른 이점은 인쇄기 및 잉크가 현재 이용 가능한 최대 dpi를 이용하는 이미지 그래픽의 외형의 오류를 최소화시킬 수 있다는 데 있다.
기타 특징 및 이점은 이하 본 발명의 실시양태를 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 실시양태
미공성 재료
잉크젯 수용성 매체는 이미징 주표면과 이에 대향하는 주표면을 갖는 미공성 필름 또는 막으로 시작한다. 재료는 친수성이고, 잉크내 캐리어액을 이미징 주표면으로부터 운반시킬 수 있는 것이 바람직하다.
미공성 막은 다양한 소공 크기, 조성물, 두께 및 공극 부피로 이용할 수 있다. 본 발명에 적당한 미공성 막은 잉크젯 기록 매체의 친수성 층 상으로 배출되는 잉크젯 잉크를 완전히 흡수하기에 충분한 공극 부피를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 공극 부피는 잉크젯 잉크의 출입이 가능해야 한다는 점에 유의해야 한다. 바꾸어 말하자면, 공극화된 영역을 이미징 표면 코팅에 연결시키고 서로 각각 연결시키는 채널이 없는 미공성 막(즉, 폐쇄 기포형 필름)은 본 발명의 이점을 제공하지 못하며 그 대신에 공극을 전혀 함유하지 않은 필름과 유사하게 작용한다.
공극 부피는 ASTM D792에서 (1-벌크 밀도/중합체 밀도)×100으로서 정의된다. 중합체의 밀도를 알지 못하는 경우, 공극 부피는 알려진 밀도의 액체로 막을 포화시키고 포화된 막의 중량을 포화시키기 전의 막 중량과 비교함으로써 결정할 수 있다. 친수성의 미공성 중합체 막의 전형적인 공극 부피는 10% 내지 99%이고, 일반적으로는 20% 내지 90%이다.
막의 두께와 함께 공극 부피는 막의 잉크 용량을 결정한다. 또한, 막 두께는 막의 가요성, 내구성 및 치수 안정성에 영향을 미친다. 막(12)은 두께가 전형적인 용도의 경우에 약 0.01 mm 내지 약 0.6 mm(0.5 mil 내지 약 30 mil) 이상일 수 있다. 두께는 약 0.04 mm 내지 약 0.25 mm(약 2 mil 내지 약 10 mil)인 것이 바람직하다.
전형적인 잉크젯 인쇄기의 액체 부피는 액적 당 약 40 피코리터 내지 150 피코리터이나, 인쇄기는 실제로 10 피코리터 내지 20 피코리터의 액적 크기를 갖게 되는데, 이점 역시 본 발명으로부터 얻어진 이점이다. 따라서, 본 발명은 150 피코리터 미만의 액적 크기에 유용하다. 전형적인 해상도는 1 cm 당 118 개 내지 283 개의 액적이다. 고해상도 인쇄기는 보다 작은 도트 부피를 제공한다. 실제적인 결과는 각각의 칼라에 대하여 1 cm2당 1.95∼2.23 ㎕의 침착된 부피를 나타낸다. 다색 시스템에서 고체 도포 범위는 300% 정도(이면 칼라 제거법을 이용함)로 제공되므로, 침착된 부피는 1 cm2당 5.85 ㎕ 내지 6.69 ㎕로 제공될 수 있다.
친수성의 미공성 중합체 막은 잉크젯 기록 매체를 사용하고자 하는 잉크젯 인쇄기의 공칭 액적 크기보다 작은 소공 크기를 갖는다. 소공 크기는 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있고, 시이트의 적어도 한 면 상에 존재하는 소공에 있어 바람직한 범위는 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
막의 다공도 또는 공극화된 면은 막의 전체 두께를 관통하지 않으면서 필요한 공극 부피를 형성시키기에 충분한 깊이를 가질 필요가 있다. 그러므로, 막은, 한 면은 전술한 특성을 가지고, 나머지 다른 면은 다공성이 크거나 작거나, 또는 비다공성일 수 있는 비대칭성일 수 있다. 이러한 경우, 다공성 면은 이미징 층을 통과하는 잉크내 액체를 흡수하기에 충분한 공극 부피를 가져야 한다.
친수성 미공성 중합체 막의 예로는 마이크로 공극화된 구조를 지닌 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리비닐 할라이드 및 아크릴을 들 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 이들 물질 중 특히 바람직한 것으로는 미국 특허 제4,833,172호에 정의된 PPG 인더스트리스로부터 "테슬린(Teslin)"으로 시판 중인 미공성 막과, 미국 특허 제4,867,881호, 제4,613,441호, 제5,238,618호 및 제5,443,727호에 설명된 바와 같이 마이크로 여과, 인쇄 또는 액상 차단성 필름에 전형적으로 사용되는 친수성의 미공성 막이 있다. 테슬린 미공성 막은 총두께가 약 0.18 mm이고, 공극 부피는 실험을 통해 65.9%인 것으로 측정되었다. 따라서, 막의 잉크 용량은 1 cm2당 11.7 ㎕이다. 그러므로, 이러한 막은 흡습층 내에 보유되는 양을 고려하는 일이 없이 대부분의 잉크젯 인쇄기에 의해 침착된 잉크를 심지어 300%의 도포 범위로 완전 흡수하기에 충분한 공극 부피와 두께를 갖는다.
또한, 막은 당업자에게 알려진 다양한 첨가제를 임의로 포함할 수 있다. 충전제의 예로는 실리카, 탈크, 탄산칼슘, 이산화티탄, 또는 기타 중합체 포접물 등을 들 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 코팅 특성, 표면 장력, 표면 마무리감 및 경도를 개선시키는 개질제를 더 포함할 수 있다.
막은 시판 형태 또는 캘린더 가공 형태로 사용할 수 있다. 막의 캘린더 가공은, 이 캘린더 가공이 캘린더 가공 전과 달리 캘린더 가공 후에 보다 높은 광택을 갖는 캘린더 가공된 매체를 형성할 수 있도록 종래의 재료 취급 장비 및 압력을 사용하여 수행할 수 있다. Byk-Gardner Gloss Meter 상에서 측정된 85°광택 측정값이 약 15 유닛 내지 35 유닛, 바람직하게는 약 20 유닛 내지 약 35 유닛이 되도록 매체를 캘린더 가공하는 것이 적당하다. 막을 코팅하기 전에 캘린더 가공하는 것이 가능하긴 하나, 이미징 층으로 코팅한 후 막을 캘린더 가공하는 것이 바람직하다.
이미징 층
이미징 층은 결합제 및 비결정형 침전 실리카, 바람직하게는 하나 이상의 결합제와 비결정형 침전 실리카 및 발연 실리카의 혼합물을 포함한다.
실리카 대 결합제의 중량% 비율은 약 3.5:1 내지 약 2:1, 바람직하게는 약 3.0:1 내지 약 2.25:1일 수 있다. 이 바람직한 범위는 수용체 매체 상에 인쇄된 이미지 그래픽에 대한 시각적 명확도를 손상시키는 일이 없이 도트 직경을 최대화시키는 것으로 밝혀졌다.
코팅 중량(미공성 매체 상에서의 건조 중량)은 약 10 mg/ft2내지 약 300 mg/ft2(108 mg/m2내지 3300 mg/m2), 바람직하게는 약 30 mg/ft2내지 약 200 mg/ft2(330 mg/m2내지 2200 mg/m2)일 수 있다. 이 바람직한 범위는 시각적 명확도를 손상시키는 일이 없이 도트 직경을 최대화시킨 것으로 밝혀진 바 있다.
결합제는, 미공성 재료 상에 코팅될 수 있고 내부에 실리카 입자를 함유한 재료에 부착될 수 있는 수계 또는 유기 용매계 시스템으로부터 얻어지는 모든 중합체일 수 있다. 결합제는 내수성을 갖되 수계 분산액으로 코팅될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 결합제의 예로는 에틸렌-아크릴산 공중합체와 이것의 염, 스티렌-아크릴산 공중합체와 이것의 염 및 기타 (메타)아크릴 부위 함유 중합체를 들 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 결합제는 미첼만 인코오포레이티드(미국 오하이오주 45236-1299 신시내티 쉘 로드 9080 소재) 제품인 미켐 프라임(Michem Prime) 4983R 수지로 시판 중인 수계 에틸렌-아크릴산 분산액이 바람직하다.
결합제는 이미징 층 내에 실리카를 함유한다. 실라카는 잉크내 안료 입자 및 이 안료 입자와 연관된 임의의 분산제와 상호 작용을 하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 유용한 실리카로는 비결정형 침전 실리카 단독 또는 발연 실리카와의 혼합물을 들 수 있다.
이러한 실리카는 전형적인 주요 입자 크기가 약 15 nm 내지 약 6 ㎛이다. 본 발명에는 2 가지 유형의 상이한 실리카가 유용하기 때문에 이들 입자 크기는 큰 범위를 갖는다. 임의의 발연 실리카는 비결정형 침전 실리카보다 훨씬 더 작은 입자 크기를 가지며, 전형적으로 이들 양 실리카가 존재할 경우 훨씬 적은 비율의 실리카 혼합물을 구성한다. 일반적으로, 양 실리카가 혼합물 상태로 존재할 경우, 실리카(비결정형 실리카: 발연 실리카)의 중량비는 약 1:1 이상, 바람직하게는 약 3:1 이상이다.
비결정형 침전 실리카로는 데구사 코오포레이션(미국 뉴저지주 리지필드 소재) 제품인 FK-310 실리카와 같은 공급원 등이 시판되고 있다.
발연 실리카는 카보트 코오포레이션(미국 일리노이주 투스콜라 소재) 제품인 Cab-o-sil 실리카와 미국 뉴저지주 리지필드 파크 소재의 데구사 코오포레이션 제품인 에로실(Aerosil) MOX 170 실리카로 시판되고 있다.
도트 직경의 제어는 실리카/결합제의 중량비를 변화시킴으로써 달성할 수 있다. 상부에 이미징 층을 함유하지 않은 기재의 제어시와 비교했을 때, 실리카 대 결합제의 중량비를 약 2.0:1 내지 약 3.5:1로 조절하므로써 도트 직경을 청록색 잉크의 경우 약 29% 내지 약 83%, 심홍색 잉크의 경우 약 55% 내지 약 104%, 황색 잉크의 경우 약 29% 내지 약 48%, 그리고 검정색 잉크의 경우 약 35% 내지 약 90%의 범위로 증가시킬 수 있다. 증가도는 실리카 대 결합제의 중량비 뿐만 아니라 잉크 제제에 따라 달라진다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 이점을 달성하는데 있어 실리카/결합제 중량비의 조절이 유용하며 또한 자유자재로 가능하다는 점을 이해할 것이다.
임의의 접착층 및 박리 라이너
수용체 매체는 임의적이나 바람직하게는 박리 라이너에 의해 보호되는 미공성 재료의 대향하는 주표면 상에 접착층을 갖는 것이 임의적이나 바람직하다. 이미징 후, 수용체 매체는 경고, 교육, 오락, 광고 등의 목적을 위해 내외장, 수직 또는 수평 표면에 부착될 수 있다.
접착제 및 박리 라이너의 선택은 이미지 그래픽에 요구되는 용도에 따라 달라진다.
감압성 접착제는 영구적인 정밀한 이미지를 갖는 잉크젯 수용체 매체를 배치시키고자 하는 품목의 표면 및 막에 부착되는 종래의 감압성 접착제일 수 있다. 감압성 접착제는 일반적으로 사타스의 문헌[Handbook of Pressure Sensitive Adhesives 제2판(본 노스트랜드 레인홀드 1989)]에 개괄 설명되어 있다. 감압성 접착제는 다수의 공급원으로부터 구입할 수 있다. 특히 바람직한 것으로는 3M(미국 미네소타주 세인트 폴 소재)으로부터 구입할 수 있는 아크릴레이트 감압성 접착제가 있으며, 이것은 일반적으로 미국 특허 제5,141,790호, 제4,605,592호, 제5,045,386호 및 제5,229,207호와 EPO 특허 공개 EP 0 570 515 B1호(스틸먼 등)에 설명되어 있다.
또한, 박리 라이너는 알려져 있으며, 다수의 공급원으로부터 구입할 수 있다. 박리 라이너의 예로는, 미국 특허 제3,957,724호, 제4,567,073호, 제4,313,988호, 제3,997,702호, 제4,614,667호 제5,202,190호 및 제5,290,615호에 설명된 바와 같은 실리콘 코팅된 크라프트 종이, 실리콘 코팅된 폴리에틸렌 코팅된 종이, 실리콘 코팅되거나 또는 비코팅된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 중합체 재료 뿐만 아니라 실리콘 우레아, 우레탄 및 장쇄형 알킬 아크릴레이트와 같은 중합체 박리제로 코팅된 전술한 베이스 재료와, 렉삼 릴리이스(미국 일리노이주 오크브록 소재) 제품인 폴리슬리크(Polyslik) 브랜드 라이너로서 구입 가능한 라이너 및 P.H. 글래트펠터 컴파니(미국 펜실베니아주 스프링 그로브 소재) 제품인 EXHERE 브랜드 라이너를 들 수 있는데, 이에 국한되는 것은 아니다.
이미징 층을 제조하는 방법
코팅은 고형분이 대략 0.5% 내지 6%인 분산액을 사용하여 나이프(노치 바) 코팅기 상에서 0.002 인치(0.051 mm) 웨트 갭으로 또는 이와 동등한 형태(예, 0.3% 내지 4% 분산액을 사용하여 3 mil(0.76 mm)의 갭을 두는 방식 등)로 수행하거나 또는 그라비아 코팅을 이용하여 테슬린(상표명) 필름 또는 테슬린(상표명)을 함유하는 구조물, 예를 들면 해당 기술 분야에 알려진 접착제 및 적층법 또는 코팅 절차를 이용하여 조립할 수 있는 테슬린/접착제/박리 라이너 적층체 상에서 수행할 수 있다. 코팅하는 동안 발포하는 것을 피하기 위해서는 메틸 에틸 케톤과 같은 용매를 최대 12.5%로 고형분이 0.1% 내지 1.4%인 용액에 첨가할 수 있다.
방법의 한 실시양태에서는 박리 라이너 상에 접착제를 코팅하고, 미공성 재료를 적층시키며, 이미징 층을 코팅한 후 캘린더 가공함으로써 수용체 매체를 제조할 수 있다.
방법의 또다른 실시양태에서는 전이 라이너 상의 접착제에 미공성 재료를 적층시킨 후 캘린더 가공 전 또는 후, 그리고 이미징 층 상에서의 코팅 전 또는 후에 최종 박리 라이너로 전이시킬 수 있다.
조립 순서는 제1인 실시양태가 바람직하다.
본 발명의 유용성
본 발명의 잉크젯 매체는, 잉크젯 이미지를 정밀하고 안정하며 신속하게 건조시키고자 하는 모든 환경에서 사용할 수 있다. 상업적 그래픽 용도로는 불투명한 표지 및 배너(banner)를 들 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록 매체는 상대 습도 변화가 10%에서 90%로 변하는 상태에서 모든 방향으로의 크기 변화가 1.5% 미만인 흡습성 팽창으로 측정된 바와 같이 캘린더 가공 후 치수 안정성을 갖는다. 오버 코팅된 종이는 가공 처리하는 동안 또는 사용하는 동안에 형상 또는 치수가 변화되기 쉽기 때문에, 본 발명의 매체는 그 자체로서 오버 코팅된 종이보다 바람직하다.
본 발명의 잉크젯 수용체 매체는 다양한 잉크젯 잉크 제제를 수용하여 신속하게 건조되고 정밀한 잉크젯 이미지를 형성시킬 수 있다. 잉크젯 기록 매체의 각각의 층의 두께 및 조성은 다수의 인자, 예를 들면 잉크 액적 부피, 잉크 캐리어액 조성, 잉크 유형(안료 또는 안료와 염료의 혼합물) 및 제조 기법(기계 속력, 해상도, 로울러 형상) 등에 따라 최적의 결과를 얻도록 다양하게 할 수 있다.
일반적으로, 잉크젯 잉크 제제는 다른 용매와 혼합된 수 중에 안료를 포함하고 있다. 물과 기타 용매는 안료를 이미징 층 내로 운반한 후, 이미징 층 내의 이미지를 신속하게 건조시켜 정밀한 이미지를 형성시키기 위해 막 내로 계속 운반된다.
본 발명의 이미징 층은 전술한 실리카/결합제의 중량비 범위 및 건조 코팅 중량 범위에 걸쳐 도트 직경을 제어할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 도트 직경은, 실리카/결합제의 중량% 비율이 약 2.75:1이고 건조 코팅 중량이 약 130 mg/ft2(1430 mg/m2)인 경우 600 dpi에서 약 40 피코리터의 액적 부피를 전달하는 인쇄기 상에서 최대 약 150 ㎛의 피이크에 도달할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 실질적으로 어떤 방향에서 어떠한 파라미터를 변화시켜도 도트 직경의 양은 감소하게 된다. 당업자는 허용 가능한 비율 및 건조 코팅 중량을 가능한 임의로 조합하여, 띠형성 또는 바람직하지 못한 이미징 결점을 최소화하도록 도트 직경을 제어할 수 있다.
예를 들면, 실리카/결합제 비율을 약 3:1로 증가시키고, 건조 코팅 중량을 약 32 mg/ft2(352 mg/m2)로 감소시키면 피이크 도트 직경보다 약 75∼92% 정도 작은 도트 직경을 달성할 수 있는데, 이 범위는 사용하는 잉크의 칼라에 따라 결정된다.
예를 들어, 실리카/결합제 비율을 약 2:1로 감소시키고 건조 코팅 중량을 동일하게 유지시키면 피이크 도트 직경과 거의 비슷하지만 시각적 명확도가 덜한 도트 직경을 달성할 수 있다.
건조 과정은 이미지가 점착성을 띠거나 가볍게 문질렀을 때 얼룩지지 않게 되기 전에 소요되는 시간으로 측정할 수 있다. 전형적으로, 이미지는 약 2 분 이내에 건조가 감지되며, 이미징 공정 후 약 30 초 이내에 건조되는 것이 바람직하다. 이미징 층을 사용하여 도트 직경을 제공하고, 미공성 매체를 사용하여 신속한 이미지의 건조를 달성하는 것은 종래의 해당 기술 분야에에서는 발견되지 않은 본 발명의 수용체 매체에서의 조합된 이점이다.
도트 크기와, 이에 따른 미코팅된 미공성 재료에 대한 도트 직경은 접안 렌즈를 구비한 625 배 확대의 제나버트(Jenavert) 광학 현미경을 사용하여 측정할 수 있다. 이 접안 렌즈는 종전에는 접안 렌즈의 분할된 눈금 당 미크론의 이미지 크기로 눈금 보정하였다. 가능한 원형에 가까운 도트를 선택할 수 있으며, 도트 직경의 직각축을 따라 칼라 당 3 개의 도트가 측정된다. 도트 칼라 당 모두 6 개의 직경을 평균 내어 그 칼라 도트에 대한 최종 직경을 알아낼 수 있다.
띠형성을 방지하기 위한 도트 직경은, 각각의 인쇄 칼라에 있어 약 70 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 바람직하게는 약 80 ㎛ 내지 약 120 ㎛일 수 있다. 본 발명에 따른 이미징 층을 사용할 경우, 그러한 목적은 인쇄 액적의 부피가 40 피코리터 정도로 작을 때에도 달성될 수 있다.
정밀한 잉크젯 이미지의 형성은 시판 중인 다양한 인쇄 기기에 의해 달성된다. 이러한 인쇄 기기의 예로는 데스크젯 브랜드, 페인트젯 브랜드, 데스크라이터 브랜드, 디자인젯 브랜드 등과 같은 열적 잉크젯 인쇄기와 휴렛 팩커드 코오포레이션(캘리포니아주 팔로 알토 소재) 제품의 기타 인쇄기를 들 수 있는데, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상기 기기의 예로는 세이코-엡손 제품과 같은 피에조 유형의 잉크젯 인쇄기, 스프레이젯 인쇄기 및 연속적 잉크젯 인쇄기를 들 수 있다. 이들 시판되는 모든 인쇄 기기는 젯 분사액 중의 잉크를 특이적 이미지 형태로 본 발명의 매체 내에 도입시킨다. 건조 과정은 이미징 층을 유사한 비다공성 매체 상에 도포하는 경우보다 본 발명에서 훨씬 더 신속하게 이루어진다.
본 발명의 매체는 다양한 상업적 공급원으로부터 얻을 수 있는 다양한 잉크젯 잉크를 사용할 수 있다. 이들 잉크 각각은 동일한 잉크류 내에 상이한 칼라를 갖고 있는 경우일지라도 상이한 조성을 갖는 것으로 이해해야 한다. 본 발명에 따라 도트 직경을 제어하는 효과는 상이한 칼라일지라도 다앙한 잉크 제제 내에서 다양한 결과를 제공한다. 그러므로, 일부 잉크는 다른 방법보다 더 많이 본 발명의 방법을 필요로 한다. 잉크 공급원의 예로는 3M, 엔캐드 코오포레이션, 휴렛 팩커드 코오포레이션 등을 들 수 있는데, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 유용성을 보다 개선시키기 위해서는 인쇄기 및 잉크 내역이 적당한 액적 부피 및 dpi에 대해 고찰되어야 하나, 이들 잉크는 전술한 잉크젯 인쇄기에 사용할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 띠형성 문제점은 본 발명을 이용하는 "40 피코리터" 인쇄기에서 용이하게 해소할 수 있다. 그러나, 본 발명을 이용하는 "보다 큰 액적 부피" 인쇄기에서는 또다른 문제가 나타날 수 있다. 본 발명의 특징은 액적 직경을 제어하는 성능이 있기 때문에, 특수 잉크 및 특수 인쇄기에 특수 매체를 적용시키는 성능을 얻을 수 있다.
이하 실시예는 본 발명의 추가 실시양태를 개시한 것이다.
R은 건조한 코팅에서 실리카 대 수지의 총중량 비율로서 정의한다.
실시예 1 - 이미징 층의 제조
고형분이 22%인 예비 혼합 페이스트의 원료 용액
비이커에 미첼먼 인코오포레이티드(오하이오주 45236-1299 신시내티 쉘 로드 9080 소재) 제품인 미켐 프라임 4983R(58.90 g)을 첨가하였다. 탈이온수(14.99 g)를 첨가하고 이 분산액을 교반하였다. 이 교반된 수계 분산액에 에탄올(46.61 g)을 첨가하였다. 단시간 동안 혼합한 후, 분산액을 강력하게 혼합하고 발연 실리카 에어로실 MOX 170(9.53 g)과 비결정형 침전 실리카 FK-310(30.97 g)을 순서대로 첨가하였다(이들 양 실리카는 뉴저지주 리지필드 첼린저 로드 65에 소재하는 데구사 코오포레이션 제품임).
혼합물은 붕괴 헤드(Disintegrating Head)를 구비한 실버슨(Silverson) 고속 다목적 랩 혼합기를 사용하여 5 분 동안 균질화시켰다.
22% 예비 혼합 페이스트를 에탄올-물 혼합물(에탄올 12 g에 대한 탈이온수 38 g)의 동일 중량의 연속적인 희석액으로 희석시켜 고형분이 각각 5.5%, 2.75%, 1.375% 및 0.6875%인 용액을 얻었다. (결합제 대 실리카의 비율을 변화시킴으로써) 결과를 변경시키는 실리카의 침강을 방지하기 위해서는 이 용액을 즉시 코팅시킬 필요가 있다.
실시예 2 - 디양한 실리카/결합제 제제의 제조
하기 표 1에 기재한 고형분이 11%인 제제는 실시예 1에서 설명한 바와 같이 제조하였다. 이들 제제는 1 중량% 용매 혼합물(탈이온수 38 g, 에탄올 12 g)에 대해 1 중량% 용액으로 희석시키고, 즉시 코팅하였다.
다양한 R비를 가진 제제
R 미켐 프라임 4983R 실리카MOX 170 실리카FK-310 에탄올 물 합계
2 36.8135 4.331 14.07573333 53.1881 142.591667 251
2.25 33.98169231 4.497576923 14.61710769 53.1881 144.715523 251
2.5 31.55442857 4.640357143 15.08114286 53.1881 146.535971 251
2.75 29.4508 4.7641 15.48330667 53.1881 148.113693 251
3 27.610125 4.872375 15.8352 53.1881 149.4942 251
3.25 25.986 4.967911765 16.14569412 53.1881 150.712294 251
3.5 24.54233333 5.052833333 16.42168889 53.1881 151.795044 251
이로써, 다양한 R비를 갖는 고형분 5.5%의 일련의 코팅 용액을 제조하였다. 이것을 7293 라벨 원료(미네소타주 55144-1000 메이플우드 3M 센타에 소재하는 3M 인더스트리얼 앤드 3M 컨버터 시스템 디비젼 제품), 테슬린(상표명) SP 700를 포함하는 라벨 원료, 접착제 및 라이너 상에 코팅하였다. 그러나, 접착제 또는 라이너를 함유하지 않은 테슬린(상표명) 상에 코팅할 경우에도 동일한 결과가 얻어질 것으로 생각된다. 샘플은 다양한 R비를 가지고 있지만, 거의 동일한 코팅 중량은 거의 동일하였다.
본 발명이 전술한 실시양태에 의해 국한되는 것은 아니다.

Claims (12)

  1. 비결정형 침전 실리카와 결합제로 이루어진 코팅을 포함하는 이미징 층을 하나의 주표면 상에 갖는 미공성 매체를 포함하는 잉크젯 수용체 매체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합제는 수계 에틸렌-아크릴산 분산액을 포함하고, 상기 이미징 층은 발연 실리카를 더 포함하는 것인 잉크젯 수용체 매체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실리카와 결합제는 약 3.5:1 내지 약 2:1의 중량비로 존재하고, 상기 이미징 층은 약 100 mg/m2내지 약 3300 mg/m2의 건조 코팅 중량을 가질 수 있는 것인 잉크젯 수용체 매체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 이미징 층은, 부피가 약 40 피코리터인 잉크젯 잉크 액적을 인쇄하는 경우 도트 직경이 약 29% 내지 약 104%의 범위로 증가할 수 있는 것인 잉크젯 수용체 매체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 이미징 층과 대향하는 주표면 상에 감압성 접착제를 더 포함하는 것인 잉크젯 수용체 매체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 매체는 캘린더 가공되고, 15 유닛 이상의 85°광택 측정값을 갖는 것인 잉크젯 수용체 매체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 이미징 층은 내수성을 갖는 것인 잉크젯 수용체 매체.
  8. (a) 잉크젯 수용체 매체를 형성시키기 위해 비결정형 침전 실리카와 결합제를 포함하는 이미징 층을 미공성 매체 상에 코팅하는 단계와,
    (b) 도트가 형성되는 상기 잉크젯 수용체 매체 상에 잉크젯 잉크 액적을 인쇄시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 매체 상에 형성된 안료 입자를 포함하는 도트는 이미징 층 상에서 크기가 증가하는 것인, 잉크젯 수용체 상에서 도트 직경을 제어하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 결합제는 수계 에틸렌-아크릴산 분산액을 포함하고, 상기 이미징 층은 발연 실리카를 더 포함하며, 상기 실리카와 결합제는 약 3.5:1 내지 약 2:1의 중량% 비율로 존재하는 것인 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 이미징 층은 약 100 mg/m2내지 약 3300 mg/m2의 건조 코팅 중량을 가질 수 있고, 상기 이미징 층은 부피가 40 피코리터인 잉크젯 잉크 액적을 코팅하는 경우 약 29% 내지 약 104%의 도트 직경을 가질 수 있는 것인 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 인쇄 단계 (b) 전에 잉크젯 수용체 매체를 캘린더 가공하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 매체 상에 잉크젯 잉크를 인쇄시키는 단계를 포함하여 형성시킨 잉크젯 이미지로서, 상기 잉크는 안료 입자를 포함하고 부피가 150 피코리터 미만인 액적 중에 분산되며, 상기 안료 입자는 매체를 따라 제어량으로 전개되고, 상기 매체에서의 제어도 실리카/결합제의 중량% 비율과 매체 상의 이미징 층의 건조 코팅 중량에 의해 결정되는 것인 잉크젯 이미지.
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