專利名稱：噴墨記錄元件及打印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多孔噴墨記錄元件及使用該元件的打印方法。
在典型的噴墨記錄或打印系統(tǒng)中，墨滴以很高的速度從噴頭中噴向記錄元件或介質(zhì)，在介質(zhì)上產(chǎn)生一個圖象。墨滴，或記錄液，通常都含有一種記錄劑，如染料或顏料，和大量的溶劑。溶劑，或載體液體，一般都是由水和有機原料，如一元醇、多元醇或其混合物組成。
噴墨記錄元件一般包含一種至少在其一個表面上具有接受墨水或接受圖象層的載體，和包括那些預(yù)期的反射影象，它具有一種不透明的載體，和那些預(yù)期的由透射光所產(chǎn)生的影象，它具有一種透明的載體。
噴墨記錄元件的重要特征在于打印之后需要迅速地干燥。為達此目的，已開發(fā)出一種多孔記錄元件，只要有了能有效地吸收墨汁的足夠厚度和孔體積，該元件就幾乎能立即干燥。例如，一種多孔記錄元件可用流延涂布的方法制成，在涂布過程中，含有微粒的涂料被涂在載體上并在與拋光的平滑表面接觸時被干燥。
當多孔記錄元件用染料基墨汁印刷時，染料的分子會穿透涂布層。但是，這種多孔記錄元件有一個問題，即打印在它上面的圖象的光密度比人們所想要的低一些。據(jù)信，較低的光密度是由于染料分子穿透多孔層太深所引起的光散射的緣故。
EP 1,002,660涉及一種多孔噴墨記錄元件，其中包含細小的粒子、親水的粘結(jié)劑和水溶性陽離子聚合物。但是，這種元件有一個問題，即用水溶性陽離子聚合物打印在這種元件上的圖象的密度比人們想要的低一些。
美國專利6,089,704涉及一種非多孔噴墨記錄元件，該元件中包含陽離子聚合物的乙烯基膠乳和一種親水聚合物。但是，這種非多孔記錄元件有一個問題，即打印在上面的圖象干燥得太慢。
美國專利6,096,469涉及一種噴墨記錄元件，該元件包含分散在有機粘合劑中的中多孔微粒。在第8欄中公開了該有機粘合劑可能是一種陽離子膠乳聚合物，該聚合物“具有少于10摩爾％具有叔氨基或季銨官能度的可共聚合單體”。但是，這種元件有一個問題，即打印在這種元件上的圖象的密度比人們所想要的低，該元件包含一種粘合劑，其陽離子媒染劑官能度少于10摩爾％。
本發(fā)明的目的是提供一種多孔噴墨記錄元件，當采用染料基墨汁打印時，能提供上等的光密度、良好的圖象質(zhì)量和具有極快的干燥時間。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種采用上述元件的打印方法。
按照本發(fā)明能達到各種目的，該發(fā)明包含一種噴墨記錄元件，該元件所包含的載體上有一層多孔的圖象接受層，這種圖象接受層中包含(a)平均顆粒度為大于0.04μm至5μm的微粒；和(b)包含至少20摩爾％陽離子媒染劑部分的水溶性陽離子聚合物微粒。
通過使用本發(fā)明，可以得到一種多孔噴墨記錄元件，當采用染料基墨汁打印時，能提供上等的光密度、良好的圖象質(zhì)量和具有極快的干燥時間。
本發(fā)明的另一個實施方案是涉及一種噴墨打印方法，該方法包括如下步驟I) 提供一種對數(shù)字數(shù)據(jù)信號響應(yīng)的噴墨打印機；II)將上述多孔噴墨記錄元件裝到打印機上；III)將一種噴墨墨汁組合物裝到打印機上；和IV)采用對該數(shù)字數(shù)據(jù)信號響應(yīng)的噴墨墨汁組合物，打印在圖象接受層上。
在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明中所用的微粒(A)包含氧化鋁、勃姆石、水合氧化鋁、粘土、碳酸鈣、二氧化鈦、煅燒粘土、硅酸鋁、二氧化硅、硫酸鋇，或有機微粒，如聚合物珠粒。本發(fā)明中所用的有機微粒的實例已在如下美國專利申請?zhí)栔泄_并申請了專利保護1999年12月10日提交的09/458,401；2000年6月30日提交的09/608,969；2000年6月30日提交的09/607,417；2000年6月30日提交的09/608,466；2000年6月30日提交的09/607,419；和2001年3月30日提交的9/822,731；微粒(A)可以是多孔的，也可以是非多孔的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，微粒是無機氧化物。在另一個優(yōu)選實施方案中，微粒(A)的平均顆粒度為0.05μm至1μm。
雖然可以采用各種不同的方法制成多種無機和有機微粒，并且也可以買到圖象接受層，但是，為了使墨汁干燥得非?？欤邮苣瓕拥目紫缎允潜匾?。微粒之間所形成的孔隙必須足夠大和互相結(jié)合到一起，以便打印墨汁能迅速穿過該層并從外頭的那一面離開，從而得到快速干燥的印刷效果。
本發(fā)明中所用的包含至少10摩爾％陽離子媒染劑部分的不溶于水的陽離子聚合物微粒，可以是一種膠乳、水分散性聚合物、珠粒，或芯/殼微粒，其中的芯是有機物或無機物，而殼，在兩種情況下都是陽離子聚合物。這種微?？梢允羌泳刍蚩s聚產(chǎn)物，或是兩者的結(jié)合產(chǎn)物。它們可以是線形的、分枝的、高分枝的、接枝的、無規(guī)的、嵌段的，或者，可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的其他聚合物顯微結(jié)構(gòu)。它們也可以是部分交聯(lián)的。本發(fā)明中所用的芯/殼微粒實例已在Lawrence等人于2001年1月26日提交的，名為噴墨打印方法的申請?zhí)枮?9/772,097的美國專利中公開并申請了專利保護。在Lawrence等人于2001年1月26日提交的名為噴墨打印方法的申請?zhí)枮?9/770,128的美國專利中；和Lawrence等人于2001年1月26日提交的名為噴墨打印方法的申請?zhí)枮?9/770,127的美國專利中公開了本發(fā)明中所用的水分散性微粒的實例并申請了專利保護。在一個優(yōu)選實施方案中，不溶于水的陽離子聚合物微粒包含至少50摩爾％陽離子媒染劑部分。
本發(fā)明中所用的不溶于水的陽離子聚合物微粒(b)可以衍生自非離子、陰離子，或陽離子單體。在一個優(yōu)選實施方案中，采用了非離子和陽離子單體的結(jié)合體。一般來說，結(jié)合體中使用的陽離子單體的量為至少20摩爾％。
采用的非離子、陰離子，或陽離子單體可以包括諸如苯乙烯、α-烷基苯乙烯、衍生自醇或苯酚的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基咪唑、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰銨、甲基丙烯酰銨、衍生自直鏈和支鏈酸的乙烯基酯(例如醋酸乙烯酯)、乙烯基醚(例如乙烯基甲基醚)、乙烯基晴、乙烯酮、諸如氯乙烯等含鹵素單體和諸如丁二烯等烯烴的可加聚單體的中性、陰離子或陽離子衍生物。
采用的非離子、陰離子，或陽離子單體可以包括諸如那些用于制備聚酯、聚醚、聚碳酸酯、聚脲和聚氨酯的可縮聚單體的中性、陰離子或陽離子衍生物。
本發(fā)明采用的不溶于水的陽離子聚合物微粒(b)可用傳統(tǒng)的聚合技術(shù)制備，該技術(shù)包括，但不限于本體、溶液、乳液或懸浮聚合方法。
不溶于水的陽離子聚合物微粒(b)的用量應(yīng)足夠高，以使打印在記錄元件上的圖象具有足夠高的密度，但也要足夠低，以使由聚集體所形成的互相結(jié)合的孔隙結(jié)構(gòu)不被填滿。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，不溶于水的陽離子聚合物微粒(b)與微粒(a)的重量比為1∶2-1∶10，優(yōu)選的是1∶5。
可以用于本發(fā)明的不溶于水的陽離子聚合物微粒包括美國專利3,958,995中所描述的那些。這些聚合物的特殊例子包括聚合物A氯化(乙烯基芐基)三甲基銨和二乙烯基苯的共聚物(摩爾比87∶13)。
聚合物B苯乙烯、(乙烯基芐基)二甲基芐胺和二乙烯基苯的三聚物(摩爾比為49.5∶49.5∶1.0)。
聚合物C丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-氨基乙酯鹽酸鹽和甲基丙烯酸羥乙酯的三聚物(摩爾比50∶20∶30)。
聚合物D苯乙烯、二甲基丙烯酰胺、乙烯基芐基咪唑和氯化1-乙烯基芐基-3-羥基乙基咪唑翁的共聚物(摩爾比40∶30∶10∶20)。
聚合物E苯乙烯、4-乙烯基吡啶和氯化N-(2-羥乙基)-4-乙烯基吡啶翁的共聚物(摩爾比30∶38∶32)。
聚合物F苯乙烯、氯化(乙烯基芐基)二甲基辛銨、異丁氧基甲基丙烯酰胺和二乙烯基苯的共聚物(摩爾比40∶20∶34.6)在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，圖象接受層也含有聚合物粘合劑，其含量不足以改變多孔接受層的空隙度。在另一個優(yōu)選實施方案中，聚合物粘合劑是親水聚合物，如聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、明膠、纖維素醚、聚(惡唑啉)、聚(乙烯基乙酰胺)、部分水解的聚(醋酸乙烯酯/乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚(丙烯酰胺)、聚(烯化氧)、磺化的或磷酸鹽化的聚酯和聚苯乙烯、硌素、玉米朊、白朊、甲殼質(zhì)、殼糖、葡聚糖、果膠、骨膠原衍生物、膠棉、瓊脂、木薯、角叉膠、黃薯膠、黃原膠等等。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案中，親水聚合物是聚(乙烯醇)、羥基丙基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、明膠，或聚(烯化氧)。還在另一個優(yōu)選實施方案中，親水粘合劑是聚(乙烯醇)。所選擇的聚合物粘合劑要能與上述微粒相容。
粘合劑的用量要足以使噴墨記錄元件具有足夠的粘結(jié)強度，但其量也要盡可能地少，以免粘合劑填滿由聚集物所形成的互相連接的孔結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，粘合劑與微拉總量的重量比為1∶20-1∶5。
除圖象接受層外，記錄元件在接近載體處還可包含一個基底層，其功能是吸收墨汁中的溶劑。這層所用的物質(zhì)包括(a)微粒、(b)微粒、聚合物粘合劑和/或交聯(lián)劑。
由于圖象接受層是包含微粒的多孔層，所以其空隙體積必須要足以吸收所有的打印墨汁。例如，如果一個多孔層有60體積％的開孔，為了能迅速地吸收32cc/m2的墨汁，它必須具有至少54μm的物理厚度。
本發(fā)明中所用的噴墨記錄元件的載體可以是任何一種噴墨受體所常用的那種載體，諸如樹脂涂布紙、紙張、聚酯，或微孔材料，如PPG Industries，Inc.，Pittsburgh，Pennsylvania出售的商標為Teslin、Tyvek合成紙(杜邦公司)和OPPalyte薄膜(Mobil Chemical Co.)的含聚乙烯聚合物材料以及列于美國專利5,244,861中的其它復(fù)合薄膜。不透明的載體包括光面紙、涂布紙、合成紙、相紙載體、熔融擠出涂布紙和層壓紙，諸如雙軸取向支撐層壓紙。雙軸取向支撐層壓紙在美國專利5,853,965；5,866,282；5,874,205；5,888,643；5,888,681；5,888,683；和5,888,714中都有敘述；這些雙軸取向載體包括紙基和雙軸取向聚烯烴薄片，典型的是層壓到紙基一面或兩面上的聚丙烯。透明的載體包括玻璃、纖維素衍生物，例如，纖維素酯、三醋酸纖維素、二醋酸纖維素、醋酸纖維素丙酸酯、醋酸纖維素丁酸酯、諸如聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(萘二酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲酯)、聚(對苯二酸二丁酯)及其共聚物；聚亞胺；聚酰胺；聚碳酸酯；聚苯乙烯；聚烯烴，諸如聚乙烯或聚丙烯；聚砜；聚丙烯酸酯；聚醚亞胺；及其混合物。上述紙張包括的范圍很寬，從高級紙，如相紙，到低級紙，如新聞印刷紙。在一個優(yōu)選實施方案中，使用的是聚乙烯涂布紙。
本發(fā)明中所用的載體厚度可從50-500μm，優(yōu)選的是75-300μm。如果需要的話，載體中可加入抗氧劑、抗靜電劑、增塑劑和其他從所周知的添加劑。
為了改善墨汁接受層與載體的粘結(jié)性，載體的表面在施加到圖象接受層之前可進行電暈放電處理。
可采用已知的任何技術(shù)來施加本發(fā)明所使用的涂布組合物，包括醮涂、繞線棒式涂布、刮板涂布、棒式涂布、氣刀刮涂、凹槽輥和逆輥涂布、滑動涂布、珠粒涂布、擠出涂布、簾流涂布等。已知的涂布和干燥方法在1989年出版的Research Disclosure no.308119，第1007-1008頁中有更詳細的描述。滑動涂布法是優(yōu)選的，其中的基底層和外層涂料可同時涂布。涂布之后，基底層通常用簡單的蒸發(fā)方法進行干燥，采用已知的技術(shù)，如對流加熱法可加速干燥過程。
為了使噴墨記錄元件具有機械耐久性，可加入少量對上述粘合劑起作用的交聯(lián)劑。這種添加劑可改善基底層的內(nèi)聚強度。諸如碳二亞胺、多官能氮丙啶、醛類、異氰酸鹽、環(huán)氧化物、多價金屬陽離子等交聯(lián)劑都可使用。
本領(lǐng)域眾所周知，為了改善著色劑的腿色問題，也可往圖象接受層中加入UV吸收劑、自由基猝滅劑或抗氧劑。其它添加劑包括pH改性劑、增粘劑、流變性改性劑、表面活性劑、殺蟲劑、潤滑劑、染料、光學(xué)增亮劑、消光劑、抗靜電劑等。為了獲得適當?shù)耐坎夹?，可采用熟悉該領(lǐng)域的人員所周知的添加劑，諸如表面活性劑、消泡劑和醇類等。涂布助劑的常用量為總?cè)軇┲亓康?.01-0.30％活性涂布助劑。這些涂布助劑可以是非離子的、陰離子的、陽離子的或兩性的。具體的實例在1995年北美出版社出版的MCCUTCHEON’S第1卷乳化劑和洗滌劑中有描述。
涂料組合物既可用水涂布，也可用有機溶劑涂布，但優(yōu)選的是水。選擇的固體物總量應(yīng)以最經(jīng)濟的方式產(chǎn)生有效的涂層厚度，對微粒涂布配方而言，固體物含量通常為10-40％。
用于使本發(fā)明記錄元件形成圖象的噴墨墨汁是本領(lǐng)域眾所周知的。噴墨打印中所用的墨汁組合物通常是液體組合物，其中包含溶劑或載體液體、染料或顏料、調(diào)濕劑、有機溶劑、洗滌劑、增稠劑、防腐劑等。溶劑或載體液體可以是單獨的水，也可以是水與其它可與水溶混的溶劑，諸如多元醇，的混合物。也可以使用其中有機物質(zhì)，如多元醇，為主要載體或溶劑液體的墨汁。特別有效的是水與多元醇的混合溶劑。這種組合物中所用的染料通常是可溶于水的直接染料或酸型染料。這種液體組合物在現(xiàn)有技術(shù)，包括，例如美國專利4,381,946；4,239,543和4,781,758中已有充分的描述。
現(xiàn)提供如下實施例，對本發(fā)明進行說明。
如下使用的對比陽離子聚合物是水溶性的C-1氯化聚(乙烯基芐基)三甲基銨，注冊商標為Chemistat6300H，可從Sanyo Chemical Industries公司買到。
C-2聚環(huán)氧丙烷基三胺，注冊商標為JeffamineT-5000，可從Huntsmen公司買到。本發(fā)明的元件1用于基底層的涂布溶液的制備方法如下將100干克沉淀的碳酸鈣Albagloss-s(Specialty Minerals Inc.)作為70％溶液和8.5克干硅膠Gasil23F(Crosfield Ltd.)與0.5克干聚(乙烯醇)GohsenolGH-17(Nippon Gohsei Co.，Ltd.)作為10％溶液和5克干丁苯膠乳CP692NA(DowChemical)作為50％溶液進行混合。加水將涂布溶液的固體物調(diào)節(jié)至35％。
基底層涂布溶液在25℃下用珠粒涂布法涂到基底紙張上，基重185g/m2，并強制通風在60℃下進行干燥?；淄繉拥暮穸葹?5μm或27g/m2.
圖象接受層的涂布溶液的制備方法如下將氧化鋁Dispal14N4-80(Condea Vista Co.)、聚(乙烯醇)GohsenolGH-17(Nippon Gohsei Co.)和上述聚合物A以86∶4∶10的比例進行化合得到固體物為15重量％的含水涂布制劑。加入少量表面活性劑ZonylFS-300(DuPont Co.)和SilwetL-7602(Witco Corp.)作為涂布助劑。
將圖象接受層涂布溶液涂在基底層的上面。然后，在強制通風下，記錄元件在60℃下干燥。圖象接受層的厚度為8μm或8.6g/m2.本發(fā)明的元件2元件2的制備方法與元件1相同，但是，用聚合物B代替聚合物A。本發(fā)明的元件3元件3的制備方法與元件1相同，但是，聚合物A和聚合物B兩種都用。對比元件1(無不溶于水的陽離子聚合物微粒)元件的制備方法與元件1相同，但是，用水溶性聚合物C-1代替聚合物A。對比元件2(無不溶于水的陽離子聚合物微粒)該元件的制備方法與元件1相同，但是，用水溶性聚合物C-2代替聚合物A。對比元件3(無陽離子聚合物微粒)該元件的制備方法與元件1相同，但是，圖象接受層只含有氧化鋁和聚(乙烯醇)，其比例為96∶4。密度的測試用Hewlett-Packard Deskjet 970打印機和目錄號為HP C6578D的墨盒打印出青藍、品紅、黃、紅、綠和藍色的小塊測試圖象。
在環(huán)境溫度和濕度下干燥24小時后，用X-Rite820光密度計測量AD態(tài)最大密度(每一種紅、綠和藍色的密度，兩種組分顏色的密度被測量和平均)。
表1
上述結(jié)果表明，與對比的元件相比，本發(fā)明記錄元件的各種顏色的A態(tài)D最大密度都較高。
權(quán)利要求
1.一種包含在其上面具有多孔圖象接受層的載體的噴墨記錄元件，該圖象接受層包含(a)平均粒度為大于0.04μm-5μm的微粒；和(b)含至少20摩爾％陽離子媒染劑部分的不溶于水的陽離子聚合物微粒。
2.權(quán)利要求1的記錄元件，其中，不溶于水的陽離子聚合物微粒(b)與微粒(a)的重量比為1∶2-1∶10。
3.權(quán)利要求1的記錄元件，其中，多孔圖象接受層也含有一種粘合劑，其含量最高達20重量％。
4.權(quán)利要求3的記錄元件，其中，所述粘合劑為一種親水聚合物。
5.權(quán)利要求4的記錄元件，其中，所述親水聚合物是聚(乙烯醇)、羥基丙基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、明膠，或聚(烯化氧)。
6.權(quán)利要求1的記錄元件，其中，所述微粒(a)是無機物。
7.權(quán)利要求6的記錄元件，其中，所述微粒(a)是無機氧化物。
8.權(quán)利要求6的記錄元件，其中，所述微粒(a)是二氧化硅、氧化鋁、勃姆石或水合氧化鋁。
9.權(quán)利要求1的記錄元件，其中，所述微粒(a)是有機微粒。
10.一種噴墨打印方法，該方法包括如下步驟I)提供一種對數(shù)字數(shù)據(jù)信號響應(yīng)的噴墨打印機；II)將權(quán)利要求1的多孔噴墨記錄元件裝到該打印機上；III)將噴墨墨汁組合物裝到該打印機上；和IV)采用對該數(shù)字數(shù)據(jù)信號響應(yīng)的噴墨墨汁組合物打印在圖象接受層上。
全文摘要
一種包含在其上面具有多孔圖象接受層的載體的噴墨記錄元件，該圖象接受層具有(a)平均粒度為大于0.04μm－5μm的微粒；和(b)含至少20％陽離子媒染劑部分的不溶于水的陽離子聚合物微粒。
文檔編號B41M5/50GK1406760SQ021321
公開日2003年4月2日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者S·薩達斯文, E·A·加洛, J·M·拜爾 申請人:伊斯曼柯達公司