KR20170131215A - 탄성 산재 층을 갖는 열적으로 인쇄 가능한 종이 물품 - Google Patents

탄성 산재 층을 갖는 열적으로 인쇄 가능한 종이 물품 Download PDF

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KR20170131215A
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아인슬라 브라이언
히질 앤드류
리 란팡
에이. 로퍼 3세 존
스미스 레베카
양 찌엔
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
롬 앤드 하아스 컴패니
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Abstract

본 발명은 개선된 인쇄 성능을 부여하는 엘라스토머 하지층을 갖는 열적으로 인쇄가능 종이 물품에 관한 것이다.

Description

탄성 산재 층을 갖는 열적으로 인쇄 가능한 종이 물품{THERMALLY PRINTABLE PAPER ARTICLE WITH ELASTIC INTERSPERSING LAYER}
본 발명은 감열성 기록 물질 및 상호연결 탄성 중합체 입자의 층을 포함하는 열적으로 인쇄 가능한 종이 물품에 관한 것이다. 본 발명의 물품은 이러한 층으로 인해 개선된 인쇄 성능을 제공한다.
직접적인 감열 인쇄에 있어서, 감열 프린트 헤드는 용지와 직접 접촉하여 용지를 가열하고 이미지를 생성한다. 용지가 프린트 헤드와 완전히 접촉하지 않을 때, 용지로 전달된 열이 확산되는 경향이 있어, 불리하게 낮은 에너지 효율을 초래한다. 통상적으로, 감열 용지는 프린터와 용지 사이의 더 나은 접촉을 달성하기 위해 높은 평탄성으로 제조되지만; 그럼에도 불구하고, 매칭은 불완전하고, 그리고 결과적으로, 결함이 누락되는 점의 형태로 이미지에 나타난다. 예를 들면, 바코드의 바에서 발견된 공간(voids) 또는 반사율 프로파일에서 불규칙성으로 읽혀지는 코드의 공간에서 발견되는 스팟(spots)인, 이들 누락되는 점(dots)은 좋지 못한 바코드 가독성을 초래한다.
따라서, 열적 인쇄의 당해 기술에서 프린트 헤드와 용지 사이의 접촉을 개선함에 의해 인쇄 성능을 개선하는 방법을 찾는 것이 유리할 것이다.
제1 측면에서, 본 발명은 다음을 포함하는 코팅된 종이 물품을 제공함에 의해 당해 기술에서의 요구를 다룬다:
a) 40-㎛ 내지 500-㎛ 두께의 종이 기재;
b) 종이 기재 상에 배치된, 중공 구형체 폴리머 입자, 점토 입자, 및 제올라이트 입자로 구성된 군으로부터 선택된 절연 입자를 포함하는 2-㎛ 내지 10-㎛ 두께의 착색된 열 절연 층; 및
c) 착색된 열 절연 층 상에 배치된, 102 Pa 내지 108 Pa의 범위의 압축 모듈러스를 갖는 상호연결 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질을 포함하는 1-㎛ 내지 30-㎛ 두께 층;
제2 측면에서, 본 발명은 다음을 포함하는 코팅된 종이 물품이다:
a) 40-㎛ 내지 500-㎛의 두께의 종이 기재;
b) 종이 기재 상에 배치된, 중공 구형체 폴리머 입자, 점토 입자, 및 제올라이트 입자로 구성된 군으로부터 선택된 절연 입자를 포함하는 2-㎛ 내지 10-㎛ 두께의 착색된 열 절연 층; 및
c) 착색된 열 절연 층 상에 배치된, 코어-쉘 형태학을 갖는 상호연결 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질을 포함하는 1-㎛ 내지 30-㎛의 두께 층;
상기 코어 대 쉘의 중량-대-중량 비는 80:20 내지 98:2의 범위로 되고; 상기 코어는 코어의 중량을 기준으로 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 2-프로필헵틸 아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 모노머의 구조 단위를 90 내지 99.9 중량 퍼센트 그리고 다중에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.1 내지 10 중량 퍼센트 포함한다.
본 발명의 물품은 종이에 적용된 압력의 역효과를 경감함에 의해 인쇄 성능을 개선하는 방법을 제공한다.
제1 측면에서, 본 발명은 다음을 포함하는 코팅된 종이 물품이다:
a) 40-㎛ 내지 500-㎛ 두께의 종이 기재;
b) 종이 기재 상에 배치된, 중공 구형체 폴리머 입자, 점토 입자, 및 제올라이트 입자로 구성된 군으로부터 선택된 절연 입자를 포함하는 2-㎛ 내지 10-㎛ 두께의 착색된 열 절연 층; 및
c) 착색된 열 절연 층 상에 배치된, 102 Pa 내지 108 Pa의 범위로 되는 압축 모듈러스를 갖는 상호연결 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질을 포함하는 1-㎛ 내지 30-㎛의 두께 층;
본 발명의 물품은 유익하게는 수성 코팅 제형의 순차적인 하강에 의해 제조된다. 절연층은, 예를 들면, 드로우다운 기계(drawdown machine) 상에서 제어된 속도로 와이어에 권취된 막대를 사용하여 종이 기재에 도포하고 도포된 코팅을 건조시킨 종이 기재에 중공 구형체 폴리머 입자의 수성 분산물 또는 점토 또는 제올라이트 입자의 수성 현탁액을 도포함으로써 형성된다. 상업적으로 이용가능한 중공 구형체 폴리머 입자의 수성 분산물은 ROPAQUE™　TH-2000 중공 구형체 폴리머, ROPAQUE™ AF-1055 중공 구형체 폴리머, 및 ROPAQUE™ Ultra E 불투명 폴리머(다우 케미칼 컴파니(The Dow Chemical Co.) 또는 그의 계열사의 상표명)를 포함한다. 중공 구형체 폴리머의 입자 크기는 전형적으로 275 nm 내지, 더 바람직하게는 350 nm 내지, 바람직하게는 2 ㎛, 더 바람직하게는 1.8 ㎛, 그리고 가장 바람직하게는 1.6 ㎛의 범위로 된다. 바람직하게는, 절연 층의 두께는 (절연 물질의 밀도에 의존하여, ~1.4 g/㎡ 내지 10 g/㎡에 상응하는) 4 ㎛ 내지 8 ㎛의 범위로 된다.
상호연결 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질의 층을 생성하는 바람직한 방법에서, 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질의 수성 분산물의 혼합물은 종이 기재에 도표된다. 그런 다음, 코팅된 종이는 유익하게는 사전 온도에서 건조된다.
탄성 중합체 입자는 103 Pa 내지, 바람직하게는 104 Pa 내지, 좀더 바람직하게는 106 Pa 내지 108 Pa의 범위로 압축 모듈러스를 가지며, 바람직하게는 코어-쉘 형태학으로 특징되어지고, 상기 코어는 80, 더 바람직하게는 85, 그리고 가장 바람직하게는 90 중량 퍼센트 내지 바람직하게는 98, 그리고 더 바람직하게는 96 중량 퍼센트의 폴리머 입자를 포함하고, 그리고 쉘은 바람직하게는 2, 더 바람직하게는 5 중량 퍼센트 내지 바람직하게는 20, 더 바람직하게는 15, 그리고 가장 바람직하게는 10 중량 퍼센트의 폴리머 입자를 포함한다.
코어는 바람직하게는, 코어의 중량을 기준으로, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 2-프로필헵틸 메타크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 모노머의 구조 단위를 90 더 바람직하게는 95, 그리고 가장 바람직하게는 98 중량 퍼센트 내지 바람직하게는 99.9, 더 바람직하게는 99.8, 그리고 가장 바람직하게는 99.5 중량 퍼센트 포함한다. 코어는 바람직하게는 코어의 중량을 기준으로, 다중에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.1, 더 바람직하게는 0.2, 그리고 가장 바람직하게는 0.5 중량 퍼센트 내지 바람직하게는 10, 더 바람직하게는 내지 5, 그리고 가장 바람직하게는 2 중량 퍼센트 더 포함한다. 바람직한 다중에틸렌성으로 불포화된 모노머는 디에틸렌성으로 불포화된 모노머 예컨대 알릴 메타크릴레이트, 디비닐벤젠, 부틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 부틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 및 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트이다.
쉘은 바람직하게는 메틸 메타크릴레이트, 스티렌, 아크릴로니트릴, 및 t-부틸 메타크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 1종의 모노머의 구조 단위를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 90%, 더 바람직하게는 적어도 95%, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 98%의 코어가 부틸 아크릴레이트 및 알릴 메타크릴레이트의 구조 단위를 포함하고; 바람직하게는 적어도 90%, 더 바람직하게는 적어도 95%, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 98%의 쉘은 메틸 메타크릴레이트의 구조 단위를 포함한다.
감열성 기록 물질은 전형적으로 류코 염료 및 색상 현상액 (미국특허 4,929,590 참고)을 포함하고 그리고 또한 결합제, 충전제, 가교결합제, 계면 활성제, 증감제, 및 열 융착성 물질을 포함하는 다양한 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 탄성 중합체 입자 대 감열성 기록 물질의 건조 w/w 비는, 중합체 입자 및 감열성 기록 물질의 총 건조 중량을 기준으로, 바람직하게는 20:80 내지, 더욱 바람직하게는 25:75 내지 80:20, 더욱 바람직하게는 75:25의 범위이다. 감열성 기록 물질 및 탄성 중합체 입자를 포함하는 층의 바람직한 두께는 1 ㎛ 내지 15 ㎛ (~ 1.5 g/㎡ 내지 22 g/㎡)이다.
하기 실시예가 입증하는 바와 같이, 본 발명의 물품은 상호연결 탄성 중합체 입자를 가진 층을 포함하지 않는 코팅된 종이에 비해 인쇄 품질의 지표인 광학 밀도의 개선을 나타낸다.
실시예 1에 대해, 탄성 중합체 입자는 표 1에 나타난 바와 같이 특성규명된다. BA는 부틸 아크릴레이트를 지칭하고, ALMA는 알릴 메타크릴레이트를 지칭하고, 그리고 MMA는 메틸 메타크릴레이트를 지칭한다. 압축 모듈러스는 압축 모듈러스의 계산으로 명명된 절에서 기재된 바와 같이 계산되었다.
표 1. 탄성 중합체 입자의 특성규명
Figure pat00001
실시예 1 - 감열성 층에 제형된 엘라스토머 입자를 갖는 코팅된 종이 물품의 제조
Ansilex 93 하소 점토 (177.2 g, 45% 고형물), RHOPLEX　P-308 결합제 (14.6 g, 49.8% 고형물), 폴리비닐 알콜(크레머 피그먼트로부터 수득됨, 6.5 g, 14.5% 고형물), 및 물(1.7 g)의 용액을 제조했고, 혼합물의 pH를 7.5로 조정했고, 그리고 점도를 RHOPLEX™ RM-232D 리이올로지 조절제(다우 케미칼 컴파니 또는 그 계열사의 상표)로 400 cPs로 조정했다. 그런 다음, 이 혼합물의 일부를 종이에 도포했고, 상기 기재된 바와 같이 건조했다. 도포된 코팅의 건조 중량은 9.5　g/m2 이였다.
감열성 기록 제형을 물(15.9 g) 및 분산제(0.01 g)와 함께 교반하여 혼합함에 의해 제조했다. 탄성 중합체 입자의 수성 분산물(2.4 g, 51.0% 고형물)을 혼합물에 서서히 부가했다. 추가로 5분 동안 교반을 계속했고, 그 시간 동안 4-하이드록시-4'-이소프로폭시디페닐설폰(3.0 g, 50% 고형물)의 수성 분산물을 서서히 부가한 후, 2-벤질-옥시-나프탈렌(0.6 g, 40% 고형물)의 수성 분산물을 부가한 후, 스테아르산 아연(1.0 g, 36% 고형물)의 수성 분산물을 부가한 후, 2-아닐리노-6-(디부틸아미노)-3-메틸플루오란(1.8 g, 35% 고형물)의 수성 분산물을 부가하였다. 마지막으로, 완전히 가수분해된 폴리비닐 알코올(4.9 g, 14.5% 고형물)의 용액을 서서히 부가했고, 추가로 5분 동안 계속 교반하였다. 이 혼합물의 일부를 하소된 점토-함유 베이스코트의 상부에 도포했고 전술한 바와 같이 건조시켰다. 도포된 코팅의 건조 중량은 3.0 g/m2(~2 ㎛ 두께)였다.
비교 실시예 1 - 감열성 층에 제형된 탄성 중합체 입자를 갖지 않는 코팅된 종이 물품의 제조
비교 실시예의 물품이 엘라스토머 층 단계의 부재를 제외하고 본질적으로 실시예 1에서 기재된 바와 같이 제조했다. Ansilex 93 하소 점토 (177.2 g, 45% 고형물), RHOPLEX　P-308 결합제 (14.6 g, 49.8% 고형물), 폴리비닐 알콜(크레머 피그먼트로부터 수득됨, 6.5 g, 14.5% 고형물), 및 물(1.7 g)의 용액을 제조했고, 혼합물의 pH를 7.5로 조정했고, 그리고 점도를 RHOPLEX™ RM-232D 리이올로지 조절제로 400cPs로 조정했다. 그런 다음, 이 혼합물의 일부를 종이에 도포했고, 상기 기재된 바와 같이 건조했다. 도포된 코팅의 코팅 중량은 9.0 g/m2였다.
감열성 기록 제형을 물 (52.0g) 및 분산제 (0.03g)와 함께 교반하여 혼합함에 의해 제조했다. 탄산칼슘 분말(4.1 g, Shirashi Kogyo Kaisha, LTD로부터 Tunex-E)을 서서히 부가하였고 실리카 분말(4.9 g, Mizusawa Kagaku K.K.로부터 Mizucasil P-603)을 이 혼합물에 서서히 부가하기 전에 5분 동안 교반을 지속했다. 추가로 5분 동안 교반을 계속했고, 그 시간 동안 4-하이드록시-4'-이소프로폭시디페닐설폰(9.9 g, 50% 고형물)의 수성 분산물을 서서히 부가한 후, 2-벤질-옥시-나프탈렌(2.1 g, 40% 고형물)의 수성 분산물을 부가한 후, 스테아르산 아연(3.4 g)의 수성 분산물을 부가한 후, 2-아닐리노-6-(디부틸아미노)-3-메틸플루오란(5.9 g, 35% 고형물)의 수성 분산물을 부가하였다. 마지막으로, 완전히 가수분해된 폴리비닐 알코올(16.5 g, 14.5% 고형물)의 용액을 서서히 부가했고, 추가로 5분 동안 계속 교반하였다. 이 혼합물의 일부를 하소된 점토-함유 베이스코트의 상부에 도포했고 전술한 바와 같이 건조시켰다. 도포된 코팅의 코팅 중량은 3.0 g/m2이였다.
두 샘플의 광학적 밀도는 Atlantek M200 감열 프린터 및 X-Rite 광학 농도계를 사용하여 ASTM F1405에 따라 8 mJ/㎟에서 측정했다. 실시예 1의 코팅된 기판은 0.61 AU의 광학 밀도를 가지는 것으로 밝혀진 반면 비교 실시예 1의 코팅된 기판은 0.37 AU의 광학 밀도를 가지는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 실시예에 대해 관측된 더 높은 광학 밀도는 유의미하게 더 높은 인쇄 품질과 관련이 있다.
압축 모듈러스의 계산
열적 기계적 분석을 압축 샘플 고정장치가 구비된 TA Q400 열기계적 분석기를 사용하여 수행하였다. 건조된 코팅 슬라브의 샘플은 부드러운 테플론 페트리 접시 상에 1-mm 두께의 수성 코팅 제형을 붓고 50℃에서 진공에서 샘플을 건조함에 의해 제조하였다. 건조된 시료를 테플론 표면으로부터 제거하여 독립한 펠렛으로 방출하였다. 프로브 팁 고정장치가 있는 TA Q400 기기 상에, 힘이 0.05N에서 0.5N으로 가해지는 반면 동시에 코팅 펠렛 샘플의 치수를 측정하였다. 치수 및 힘은 다음 식에 따라 응력 및 변형률을 산출하기 위해 계산하였다:
Figure pat00002
,
여기서 σ는 응력이고, F는 프로브로부터 적용된 힘이고, 그리고 A는 샘플 표면과 접촉하는 프로브의 면적이다.
Figure pat00003
,
여기서 ε은 실시간으로 측정된 시료의 두께 l, 및 힘이 적용되기 전 최초 시료의 두께 l 0 로부터 계산된 변형률이다. 변형률 대 응력을 그래프화하면, 변형률 응력 곡선의 기울기는 시험 시료의 압축 모듈러스를 제공한다.

Claims (8)

  1. a) 40-㎛ 내지 500-㎛ 두께의 종이 기재;
    b) 상기 종이 기재 상에 배치된, 중공 구형체 폴리머 입자, 점토 입자, 및 제올라이트 입자로 구성된 군으로부터 선택된 절연 입자를 포함하는 2-㎛ 내지 10-㎛ 두께의 착색된 열 절연 층; 및
    c) 상기 착색된 열 절연 층 상에 배치된, 102 Pa 내지 108 Pa의 범위로 되는 압축 모듈러스를 갖는 상호연결 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질을 포함하는 1-㎛ 내지 30-㎛ 두께 층을 포함하는, 코팅된 종이 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연 입자는 중공 구형체 폴리머 입자 또는 점토 입자인, 코팅된 종이 물품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상호연결 탄성 중합체 입자는 코어 쉘 형태학을 가지며, 상기 코어 대 상기 쉘의 중량-대-중량 비는 80:20 내지 98:2의 범위로 되고; 상기 코어는, 상기 코어의 중량을 기준으로, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 2-프로필헵틸 아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 모노머의 구조 단위를 90 내지 99.9 중량 퍼센트 그리고 다중에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.1 내지 10 중량 퍼센트 포함하는, 코팅된 종이 물품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코어 대 상기 쉘의 중량-대-중량 비는 90:10 내지 96:4의 범위로 되고; 상기 코어는, 상기 코어의 중량을 기준으로, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 2-프로필헵틸 아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 모노머의 구조 단위를 95 내지 99.8 중량 퍼센트 그리고 디에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.1 내지 10 중량 퍼센트 포함하는, 코팅된 종이 물품.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어는, 상기 코어의 중량을 기준으로, 부틸 아크릴레이트의 구조 단위를 95 내지 99.5 중량 퍼센트 그리고 디에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.5 내지 5 중량 퍼센트 포함하는, 코팅된 종이 물품.
  6. a) 40-㎛ 내지 500-㎛ 두께의 종이 기재;
    b) 상기 종이 기재 상에 배치된, 중공 구형체 폴리머 입자, 점토 입자, 및 제올라이트 입자로 구성된 군으로부터 선택된 절연 입자를 포함하는 2-㎛ 내지 10-㎛ 두께의 착색된 열 절연 층; 및
    c) 상기 착색된 열 절연 층 상에 배치된, 코어-쉘 형태학을 갖는 상호연결 탄성 중합체 입자 및 감열성 기록 물질을 포함하는 1-㎛ 내지 30-㎛ 두께 층을 포함하되,
    상기 코어는, 상기 코어의 중량을 기준으로, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 2-프로필헵틸 아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 모노머의 구조 단위를 90 내지 99.9 중량 퍼센트 그리고 다중에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.1 내지 10 중량 퍼센트 포함하는, 코팅된 종이 물품.
  7. 제6항에 있어서, 상기 절연 입자는 중공 구형체 폴리머 입자이고, 상기 코어 대 상기 쉘의 중량-대-중량 비는 90:10 내지 96:4의 범위로 되고; 상기 코어는, 상기 코어의 중량을 기준으로, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 및 2-프로필헵틸 아크릴레이트로 구성된 군으로부터 선택된 모노머의 구조 단위를 95 내지 99.8 중량 퍼센트 그리고 디에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.1 내지 10 중량 퍼센트 포함하는, 코팅된 종이 물품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 코어는, 상기 코어의 중량을 기준으로, 부틸 아크릴레이트의 구조 단위를 95 내지 99.5 중량 퍼센트 그리고 디에틸렌성으로 불포화된 모노머의 구조 단위를 0.5 내지 5 중량 퍼센트 포함하고, 디에틸렌성으로 불포화된 모노머는 알릴 메타크릴레이트 또는 디비닐벤젠인, 코팅된 종이 물품.
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