專利名稱：用于產(chǎn)生安全色粉基圖像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于印刷和復制文件的系統(tǒng)和方法。更具體的，本發(fā)明涉及用于以安全方式印刷和復制文件的色粉基成像系統(tǒng)，以使該文件難以偽造并且文件的原本容易驗證，和涉及使用和制造該系統(tǒng)的方法。所述文件包括襯底如紙張或者聚合物基膜，并且可在襯底上另外包括印刷油墨，其與色粉內(nèi)的染料相互作用形成更加安全的文件。
背景技術(shù)：
色粉基文件成像，例如電子照相、離子記錄、磁記錄以及類似的成像技術(shù)，通常涉及如下操作在帶電或磁化的光導板或鼓上形成靜電或者磁圖像，用帶電或磁化的色粉刷涂該板或鼓，將圖像轉(zhuǎn)移到襯底如紙張上，并且用熱、壓力和/或溶劑將色粉熔融到襯底上。使用該技術(shù)，可在襯底表面上容易地形成相對廉價的圖像。因為色粉基成像是用于產(chǎn)生圖像副本的相對快捷和廉價的技術(shù)，該技術(shù)經(jīng)常用于制造傳統(tǒng)上使用其他印刷和成像形式(例如擊打式印刷或者噴墨印刷)形成的文件。例如近些年來，色粉基成像已經(jīng)用于制造財務(wù)文件，例如個人支票、股票和鈔票；法律文件如遺囑和契約；醫(yī)學文件例如藥方和醫(yī)生處方等等。不幸的是，因為圖像是在襯底表面上形成的，使用色粉基成像技術(shù)制造的文件相對容易偽造和/或復制。這些年來已經(jīng)開發(fā)了用于印刷或形成安全文件的各種技術(shù)。早期的安全印刷技術(shù)一般包括對在其上印刷或書寫素材的紙張進行改進。例如，在1929年9月10日授予Snyder的美國專利號1，727，912中公開了一種用于制造安全文件的紙張，該紙張包括具有相對低油墨吸收性能的涂層和容易吸收油墨的紙體部分。在書寫過程中通過撕開或者撕裂該涂層來形成安全文件，從而使油墨穿透紙張的吸收部分。在1985年I月29日授予Devrient的美國專利號4，496, 961中公開了另外一種紙張相關(guān)的安全印刷技術(shù)。Devrient公開了一種支票紙張，其包括含無色油墨和顏色接收體的可壓微囊。當圖像被書寫到紙張表面時，所述微囊被壓破并且所述無色油墨與顏色接收體反應(yīng)從而在支票紙體內(nèi)產(chǎn)生圖像，使該圖像難以偽造。1990年7月26日授予&*111^^的美國專利號4，936，607和1991年7月21日授予Brunea的美國專利號5，033，733中，都公開了另一種安全文件印刷技術(shù)，其包括含有溶劑和著色劑的微囊。在沖壓作用下，該微囊破裂從而對印刷到文件表面的圖像周圍產(chǎn)生暈色效果，使得印在文件表面的圖像更難于偽造。雖然這些技術(shù)對于沖壓型印刷或者復印的效果較好，但是該技術(shù)與色粉基印刷方法相聯(lián)系時效果并不好。
用于產(chǎn)生安全圖像的其他技術(shù)包括提供特殊紙張涂層以提高通過靜電過程產(chǎn)生圖像的抗污性。1990年7月17日授予Fitch的美國專利號4，942，410和1990年9月18日授予Fitch的美國專利號4，958，173中，都公開了一種包括聚合物粘合劑和尺寸大于一微米的無機填料的色粉接受性襯底涂層。該涂層的目的是與其他傳統(tǒng)襯底相比顯示高耐久性抗污性，因此使通過移除一部分印刷圖像而進行的偽造更為困難。但是在Fitch等專利中描述的所述涂層好像并不影響添加素材到文件中或者鑒別原始文件的能力。1992年6月23日授予Honnorat等的美國專利號5，123，999公開了另外一種防偽造紙張。Honnorat等的紙張包括芳族化合物和粘合劑和/或活化劑。該芳族化合物和粘合劑或活化劑與通常在去墨氈中的還原劑反應(yīng)從而產(chǎn)生著色效果，該效果指示對印刷在紙張上的一部分圖像的意圖性擦除，這種技術(shù)不影響形成文件副本或鑒別原本的能力。美國專利號5，523，167公開了一種使用含惰性背襯的膜來產(chǎn)生安全的磁性字符識別(MICR)符號的技術(shù)，所述惰性背襯涂布有樹脂、填料、磁性顏料、非干性油和油溶性染料的混合物。在沖壓作用下，一部分轉(zhuǎn)移層轉(zhuǎn)移到文件表面以形成磁性可讀字符圖像。在轉(zhuǎn)移之后，在已轉(zhuǎn)移的涂層中所含的非干性油開始擴散入襯底中。該油攜帶可見的油溶性 染料通過襯底，從而在襯底的相反面出現(xiàn)MICR圖像。1992年6月23日授予Gruber的美國專利號5，124，217公開了用于電子照相處理的安全印刷色粉。當該色粉接觸常用于文件偽造的溶劑如甲苯時，該色粉即產(chǎn)生指示意圖偽造的顏色污點。該色粉只用于揭露使用特定溶劑去除一部分印刷圖像時的意圖性偽造。因此，該色粉并不能減少通過添加素材到文件中而進行的文件復制或偽造。最后，1998年2月3日授予Marinello的美國專利號5，714，291公開了一種包括亞微米紫外光敏性粒子的色粉。該文件的真實性可以使用紫外掃描儀來鑒定。需使用紫外掃描儀一般是不令人期望的，因為這會增加防偽分析的成本并且需要其他的儀器。鑒于上述原因，使用色粉基處理形成安全文件的、相對簡易和廉價的改進方法和設(shè)備，已為公眾所期望。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了使用色粉基成像過程產(chǎn)生安全圖像的改進系統(tǒng)和形成、使用該系統(tǒng)的改進方法。除解決了現(xiàn)有公知系統(tǒng)和方法的各種缺點之外，通常，本發(fā)明還提供了產(chǎn)生難于改變的圖像并且易于視覺評定圖像是否被改變的色粉基印刷系統(tǒng)。按照本發(fā)明的一個實施方式，安全文件印刷系統(tǒng)包括襯底和色粉。該色粉包括著色劑和染料，該著色劑在襯底的第一表面上形成印刷圖像，該染料遷移通過襯底從而形成該圖像的潛像形式，所述潛像在該襯底的第二表面上可見。按照該實施方式的一個方面，該色粉包括熱塑性粘合樹脂、電荷控制劑、脫模劑、以及著色劑和染料。按照該實施方式的另一個方面，該襯底包括在襯底如紙張或聚合物基膜之上或者之內(nèi)形成的遷移促進劑。示例性的遷移促進性包括油、增塑劑和其他聚合物材料。通常，該遷移促進劑促進了染料從襯底的第一表面遷移到襯底的第二表面，且起到染料的溶劑作用。按照該實施例的其他方面，該襯底包括油墨，其促進了染料遷移通過一部分襯底。示例性的合適油墨包括溶劑基油墨、水基油墨、植物油油墨、大豆油油墨、和輻射固化油墨。該油墨通常含有油、增塑劑和其他聚合物材料?？墒褂迷撋酆鸵r底的組合來產(chǎn)生安全圖像，所述圖像難于偽造，并且通過比較在襯底第一表面形成的印刷圖像和從襯底第二表面可見的該圖像的染料形成副本而容易地確定該圖像是否是文件的原本。按照本發(fā)明另一實施方式，安全的色粉基印刷系統(tǒng)包括襯底和色粉，該色粉包括著色劑和染料，該著色劑在襯底的第一表面上形成印刷圖像，該染料遷移通過一部分襯底并形成從襯底的第一表面可見的圖像副本?？蓪⑺鲇∷D像與由染料形成的副本比較，以確定原始印刷圖像是否已被改動。按照本發(fā)明的其他實施方式，色粉和/或襯底包括無色的染料形成劑、和與染料形成劑反應(yīng)產(chǎn)生印刷圖像的潛像的共反應(yīng)物。按照本發(fā)明另一個實施方式，通過將遷移促進劑混合到紙漿混合物中而形成含遷移促進劑的襯底。按照該實施方式的一個方面，該遷移促進劑包括油、增塑劑、液體聚合物或者其任意組合。按照本發(fā)明的另一個實施方式，通過用遷移促進劑物質(zhì)涂布基底而形成含遷移促 進劑的襯底。按照該實施方式的一個方面，所述遷移促進劑包括油、增塑劑、液體聚合物或者其任意組合。按照該實施方式的另一個方面，該基底的第一表面和第二表面都涂布遷移促進劑物質(zhì)。按照本發(fā)明另一個實施方式，通過用染料形成劑和/或共反應(yīng)物涂布一部分襯底，從而形成含無色染料形成劑和/或共反應(yīng)物的襯底。按照本發(fā)明另一實施方式，通過將染料形成劑和/或共反應(yīng)物添加到漿狀混合物(用于紙襯底)中或者添加到聚合物擠出工藝(用于聚合物基襯底)，從而形成含無色染料形成劑和/或共反應(yīng)物的襯底。按照本發(fā)明實施方式的一個方面，染料形成劑和/或共反應(yīng)物之一或者兩者被包封并且占襯底材料的約1-5重量％。按照本發(fā)明另一個實施方式，形成色粉的方法包括將粘合劑樹脂粒子、混合著色劑粒子、電荷控制劑、脫模劑、染料和遷移劑與樹脂粒子熔融共混，冷卻該混合物，將該混合物分粒，并且將分粒的混合物與無機材料干態(tài)共混。按照本發(fā)明的替換性實施方式，使用熔融分散、分散聚合、懸浮聚合或者噴霧干燥形成該色粉。按照本發(fā)明的另一實施方式，通過將圖像靜電轉(zhuǎn)移到襯底的第一表面、和通過將含遷移染料的色粉施用到襯底上形成從該襯底的第二表面可見的該圖像副本，從而在襯底上形成圖像。根據(jù)本實施方式的一個方面，形成圖像的方法包括提供含遷移促進劑的襯底。


通過參考發(fā)明詳述和權(quán)利要求并與附圖結(jié)合考慮可獲得對本發(fā)明的更完全理解，其中所有附圖中相同的標號表示相同的元件。圖I所示為按照本發(fā)明印刷安全文件的系統(tǒng)；圖2(a)和圖2(b)所示為采用本發(fā)明系統(tǒng)形成的支票；圖3所示為按照本發(fā)明一個實施方式的襯底；圖4所示為按照本發(fā)明另一實施方式的襯底；圖5所示為按照本發(fā)明的另一襯底；和圖6所示為按照本發(fā)明用于印刷安全文件的另一系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，圖中所示元件是為簡單和清楚起見，并未必須地按比例畫出。例如，圖中某些元件的尺寸可相對于其他元件放大以有助于提高對本發(fā)明實施方式的理解。發(fā)明詳述本發(fā)明提供如下說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能制造和使用本發(fā)明并能闡述本發(fā)明人所構(gòu)思的實施本發(fā)明的最佳模式。但對該說明書的不同改動對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，因為形成用于在文件上形成安全圖像的色粉基系統(tǒng)的一般原理、及形成和使用該系統(tǒng)的方法此處已經(jīng)定義。圖I所示為按照本發(fā)明一個實施方式用于印刷安全文件的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括色粉102和襯底104，其共同作用從而在襯底104的第一表面106上產(chǎn)生印刷圖像以及在印刷圖像之下的潛像，該潛像從襯底的第一(106)和/或第二(108)表面是可見的。使用系統(tǒng)100形成的文件難以偽造并且文件副本容易檢測，因為印刷圖像和潛像之間的任何不匹配均顯示出偽造，并且缺少潛像即表示其為文件副本。
使用系統(tǒng)100、例如用靜電或者電子復印過程通過將色粉102轉(zhuǎn)移到襯底104上，從而在襯底上印刷圖像。在這種情況下，色粉轉(zhuǎn)移到一部分襯底上以產(chǎn)生所需圖像，并且使用如加熱和/或蒸汽溶劑處理將該圖像熔融到襯底上。染料毛細或色譜遷移到在文件印刷表面之下的區(qū)域，其結(jié)果形成了印刷圖像的潛像。圖2 (a)和2 (b)所示為使用系統(tǒng)100所形成的支票200。具體地，圖2 (a)說明了在帳單的第一表面204上印刷的圖像202，和形成于支票相反面208上或從相反面208可見的、由遷移染料形成的圖像206。再次參見附圖1，按照本發(fā)明的一個實施方式，色粉102包括熱塑性粘合樹脂、著色劑、電荷控制劑和遷移染料110。熱塑粘合樹脂、著色劑和電荷控制劑各自均可與典型色粉中所用的那些相同。色粉102還可包括其他成分如遷移劑112。遷移劑112可設(shè)計成輔助染料110遷移通過襯底，和/或輔助染料在初始遷移之后原位熔融，從而例如減少染料的側(cè)向擴散。圖I中僅分別圖示了染料和遷移劑，這僅是例述的目的。盡管所示色粉是單組分色粉，但是多組分色粉組成(例如色粉和顯影劑)也可用于形成此處所述的安全文件。適用于本發(fā)明的色粉描述于美國專利申請序列號10/437,816中，題目為“用于產(chǎn)生安全圖像的色粉以及形成和使用該色粉的方法”，該申請由其受讓人于2003年5月14日提交，其內(nèi)容在此引入作為參考。熱塑性粘合樹脂輔助將色粉熔融到襯底上。按照本發(fā)明的一個實施方式，粘合樹脂在125°C具有約lg/10min-50g/10min的熔融指數(shù)，以及具有約50°C -約65°C之間的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。適用于熱塑性粘合樹脂的材料例子包括聚酯樹脂，苯乙烯共聚物和/或均聚物如丙烯酸苯乙烯酯、甲基丙烯酸苯乙烯酯、苯乙烯-丁二烯，環(huán)氧樹脂，膠乳基樹脂等等。熱塑性粘合樹脂的特定實例是由Eliokem以商品名Pliolite S5A樹脂出售的苯乙烯-丁二烯共聚物。用于色粉102的著色劑可為用于電子照相處理的任何著色劑，例如氧化鐵、其他磁性材料、碳黑、二氧化錳、氧化銅和苯胺黑。著色劑的一個特定實例是由R0CkwoodPigments以商品名Mapico Black所售的氧化鐵。電荷控制劑輔助在色粉內(nèi)保持所需的電荷，以有利于圖像從例如靜電鼓轉(zhuǎn)移到襯底。按照本發(fā)明的一個實施方式，電荷控制劑包括帶負電的控制化合物，其為金屬負載或者無金屬絡(luò)合鹽，例如銅酞菁顏料、鋁絡(luò)合物鹽、含氟季銨鹽、鉻絡(luò)合物鹽型偶氮染料、鉻的絡(luò)合物鹽以及杯芳烴化合物。如上所述，該色粉還可包括例如蠟的脫模劑。該脫模劑可包括低分子量聚烯烴或其衍生物，例如聚丙烯蠟或聚乙烯蠟。按照本發(fā)明的優(yōu)選染料顯示通過襯底的強吸色性、在遷移流體中的良好溶解性、以及良好的穩(wěn)定性。此外，環(huán)境熱、光和濕度條件優(yōu)選對色粉的顯色性能不產(chǎn)生有害影響，該色粉是無毒的。此外，該染料優(yōu)選是不能擦除的。用于色粉102的示例性可溶染料包括吩嗪、均二苯乙烯、亞硝基物、三芳基甲烷、二芳基甲烷、花青、二萘嵌苯、酒石黃、氧雜蒽、偶氮物、重氮物、三苯基甲烷、熒烷、蒽醌、吡唑啉酮、喹啉、以及酞菁。按照本發(fā)明一個實施方式，所述染料為紅色且由氧雜蒽形成，由BASF以商品名Baso Red 546出售，盡管其他染料也適用于本發(fā)明。按照本發(fā)明其他實施方式，使用成色染料如三苯基甲烷或者熒烷形成潛像，并且在色粉或者襯底內(nèi)含有相應(yīng)的共反應(yīng)物。該共反應(yīng)物如酸性或者電子接收化合物，與成色 染料反應(yīng)以產(chǎn)生印刷圖像的潛像。示例性的共反應(yīng)物材料包括雙酚A或者對羥基苯甲酸丁酯，其也可起到電荷控制劑的作用。成色染料通常是帶正電的，因而用于帶正電的色粉中。按照如下更詳細描述的本發(fā)明替換性實施方式，成色染料和/或共反應(yīng)物可在襯底上或襯底內(nèi)，并且設(shè)計成例如在熔融過程中互相反應(yīng)，從而形成安全圖像。當該色粉包括遷移促進劑時，該試劑可以直接摻入其他色粉組分，或者與染料混合然后與其他色粉組分混合，或者吸附至二氧化硅或類似化合物上、然后添加到其他色粉組分中，或者用在熔融過程中熔融的材料包封，或者用染料包封。示例性的色粉首先是通過將粘合樹脂粒子熔融共混而形成的。通過機械摩擦將著色劑、電荷控制劑、脫模劑、染料、以及任選的遷移劑混入粘合樹脂粒子中。然后該混合物冷卻，然后通過空氣摩擦而微粉化。該粒徑在約O. 1-15微米的微粉化粒子被分粒以去除細小粒子，保留具有粒徑范圍約6-15微米的最終混合物。然后將該分粒后的色粉與微細分散的無機材料如二氧化硅和二氧化鈦粒子進行干態(tài)共混。無機材料添加到色粉表面主要用于改善色粉粒子的流動性，改善感光成像表面的刮刀清潔性，提高色粉結(jié)塊溫度以及輔助該色粉粒子的裝料?；蛘?，該安全色粉可由此處沒有詳細描述的其他混合技術(shù)而制得。這種替換性技術(shù)包括熔融分散、分散聚合、懸浮聚合以及噴霧干燥。
具體實施例方式以下非限制性實施例說明按照本發(fā)明各實施方式用于形成色粉的材料和方法的不同組合。這些實施例只是例示性的，并不意味著本發(fā)明限制為這些示例性實施例。色粉實施例I以下實施例說明用于電子照相印刷的8微米安全色粉的制備。將含有下表所示特定組成的色粉組合物首先完全預(yù)混合，然后在輥式磨機內(nèi)熔融混合。所得的聚合物混合物冷卻，然后通過Bantam預(yù)研磨機進行粉碎(通過Hosokawa Micron Powder System)。較大的研磨粒子通過空氣摩擦轉(zhuǎn)化為色粉，且分粒為具有約8微米中值體積(使用CoulterMultisizer測量)的粒徑。然后在Henschel混合機內(nèi)，用以約O. 5%的二甲基二氯娃燒處理的二氧化娃(購自Nippon Aerosil Co.商品名為Aerosil R976)通過干混對色粉表面
權(quán)利要求
1.使用色粉基成像法用于制造安全文件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 具有第一表面和第二表面的聚合物基襯底； 選自溶劑基油墨、水基油墨、植物油油墨和福射固化油墨的油墨，該油墨以預(yù)定的網(wǎng)線密度被印刷到襯底的第一表面上；和 含有著色劑和染料的色粉，用于將圖像印刷到襯底上，該著色劑在襯底的第一表面上形成圖像，該染料與第一表面上的油墨反應(yīng)并遷移通過襯底形成被印刷到襯底的第一表面上的不可擦除圖像副本。
2.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中色粉進一步包含熱塑性粘合樹脂和電荷控制劑。
3.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中熱塑性樹脂組分包含選自如下的一種或者多種材料聚酯樹脂、苯乙烯均聚物或共聚物、環(huán)氧樹脂以及膠乳基樹脂。
4.權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中電荷控制劑包含選自如下的材料銅酞菁顏料、鋁絡(luò)合物鹽、含氟季銨鹽、鉻絡(luò)合物鹽型偶氮染料、鉻的絡(luò)合物鹽、以及杯芳烴化合物。
5.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中著色劑包含選自如下的材料氧化鐵、磁性材料、碳黑、二氧化錳、氧化銅、以及苯胺黑。
6.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中染料包含選自如下的材料吩嗪、均二苯乙烯、亞硝基物、三芳基甲烷、二芳基甲烷、花青、二萘嵌苯、酒石黃、氧雜蒽、偶氮物、重氮物、三苯基甲烷、蒽醌、吡唑啉酮、喹啉、以及酞菁。
7.權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中染料含有氧雜蒽。
8.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中染料從襯底的第一表面遷移到襯底的第二表面，從而在第一表面上形成在第二表面可見的不可擦除的圖像副本。
9.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中聚合物基襯底包含選自如下的熱塑性聚合物聚乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酯、以及纖維素酯。
10.權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中著色劑包括適于形成磁性字符識別圖像的磁性材料。
11.使用色粉基成像法制造安全文件的方法，該方法包含如下步驟 提供具有第一表面和第二表面的聚合物基襯底； 將選自溶劑基油墨、水基油墨、植物油油墨和輻射固化油墨的油墨以預(yù)定的網(wǎng)線密度印刷到襯底的第一表面上； 使用含著色劑和染料的色粉將圖像印刷到襯底上，該著色劑在襯底的第一表面上形成圖像，該染料與第一表面上的油墨反應(yīng)并遷移通過襯底形成在襯底中的不可擦除的表面圖像副本。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于產(chǎn)生安全色粉基圖像的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明涉及用于印刷難以偽造并且容易視覺驗證的安全文件的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括用于在文件表面上印刷圖像的著色劑，用于在表面之下形成潛像形式圖像的染料，襯底，和促進染料遷移通過至少一部分襯底的遷移劑。遷移劑可涂布到一部分襯底上或嵌入襯底內(nèi)。油墨可起遷移劑作用，在這種情況下，油墨含有用于染料的溶質(zhì)。
文檔編號G03G9/097GK102854762SQ201210033939
公開日2013年1月2日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者凱文·L·海爾曼, 邁克爾·R·賴利 申請人:特洛伊集團公司