專利名稱:帶有聚環(huán)氧乙烷吸墨層噴墨記錄版的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種適用于噴墨記錄的記錄版。
噴墨記錄方法已作為一種高速電子印刷的最重要技術(shù)而出現(xiàn)，隨著這種技術(shù)的出現(xiàn)，就需要具有一定記錄性能的記錄紙。
噴墨記錄的基本成象技術(shù)包括使用一個或多個與墨源相連接的噴墨組合件，每一噴墨組合件含有一個小噴嘴，它是根據(jù)需要由磁性調(diào)制壓電，熱或其它類似方式為電磁能而噴出均勻連續(xù)的墨流或單獨的墨滴，墨滴直接滴在移動的卷筒紙表面上，控制墨滴以形成印刷特性。
噴墨記錄方法所得到的記錄質(zhì)量在很大程度上取決于噴墨操作、墨和記錄紙的性質(zhì)。所用的墨必須是能在壓力下形成穩(wěn)定的墨滴而且很容易在噴墨的噴嘴處噴出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在含水溶性染料的墨水溶液以及用來防止墨汁在噴墨組合件中干涸的潤濕劑是特別重要的。然而，在記錄版吸收墨方面還存在一些問題，尤其在多色印刷領(lǐng)域，因兩滴或多滴墨可能在記錄版表面上重迭。
為獲得好的圖象質(zhì)量，記錄版必須迅速地吸收墨，同時又不溶解記錄版表面的墨染料。前一性質(zhì)減少了粘臟(即把墨從紙帶到版輸送輥或類似部件上去)的傾向，而后一性質(zhì)確保了獲得高光密度的圖象。遺憾的是這兩種性質(zhì)彼此互相矛盾;有高度吸收能力的紙把墨深深地吸入紙中，結(jié)果在紙面上形成的圖象的光密度減少了。它們也使圖象發(fā)生釉上硫花、邊緣不清晰和透過紙背等現(xiàn)象。吸收能力差的紙，如高涂膠紙，由于墨保留在紙面上而使其光密度好，但因墨展色料(vehicle)并沒有被迅速吸收掉，因此粘臟的可能性就大。
已有記述，有幻膜(magic film)的吸墨紙是理想的噴墨記錄版。吸墨紙迅速地吸收油墨展色料而幻膜確保色料保留在光的吸收和反射性質(zhì)最佳的紙版表面，如果色料深深地滲入到紙質(zhì)中，則紙的吸收強度減小。紙質(zhì)纖維使油墨橫向滲開，結(jié)果圖象的輪廓就不分明了，而且透過紙背的現(xiàn)象也發(fā)生了。請參閱P.A.麥克馬納(Mcmanus)等，“噴墨彩色圖象對紙的要求”(Paper Requirements for Color Imaging with Ink Jets TAPPI第66卷第7期81～85頁(1983.7)。
曾提出過幾種用于噴墨記錄的紙。在某些情況下，調(diào)節(jié)紙的基量，表觀密度和填料含量即能獲得改良的吸附性質(zhì)，(見授予Jujo造紙股份有限公司的日本公開74340/1977)。在另外一些情況下，在壓膠機上把某些陽離子型上膠劑，如陽離子石油樹脂加到紙上以達到更合乎需要的吸墨特性(見授予三菱造紙股份有限公司的日本公開109，783/1981)。還有一種情況是在記錄版表面提供含有某些染料媒染劑的染料吸收層。
已經(jīng)知道，當需要高質(zhì)量的副本時，應使用表面帶有吸墨層的紙。這種吸墨層是由白色顏料和水質(zhì)粘合劑構(gòu)成。顏料使得副本非常白，并能反射入射光，從而提高了圖象的質(zhì)量，同時顏料也用來做為粘合噴墨記錄用量的基質(zhì)。水質(zhì)粘合劑用以增強對墨展色料的吸附能力。
Crooks等在1978年11月的IBM技術(shù)公報第21卷第6期上透露了一種記錄紙，它涂有一層水溶性聚合物如淀粉，明膠，聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯醇。
Makawa等的美國專利4，446，174記述了一種帶有吸墨層的記錄紙，這種吸墨層包含了一種吸收染料的顏料，(如沸石，粘土，一種美國活性白土和硅藻土)和一種粘合劑。在專利中透露的一些粘合劑包括帶有可離解的染料吸收基團(如聚丙烯酸脂類，苯乙烯-馬來酸酐共聚物，藻酸鈉，乙烯-馬來酸酐共聚物和陽離子型淀粉)的粘合劑和不帶可離解基團(如淀粉，聚乙烯醇，聚乙烯基吡咯烷酮和丁苯膠乳)的粘合劑。
Musakami等在美國專利4，425，405中透露了一種噴墨記錄版，這種記錄版上的吸墨層含有聚乙烯基吡咯烷酮和/或聚乙烯基吡咯烷酮與醋酸乙烯酯的共聚物和一種白色填料。吸墨層也可任選一種不溶于水的粘合劑以賦予抗?jié)裥浴?br>也已知道，某些噴墨記錄紙，它本身的染料吸收特性可通過在紙中摻入某些共聚物或上膠劑來改進，Mackawa等的美國專利4，308，542和Mcnagania的美國專利4，269，891描述了一種由合成紙制得的噴墨記錄紙，這種紙可設(shè)計成通過透過記錄紙的光的反射或光的透射來觀察圖象。某些水溶性粘合劑具有高親水特性，將它們(其中包含聚環(huán)氧乙烷)加到紙漿中能改善表面強度和吸墨特性。
還可以例舉出屬于這類技術(shù)的多種噴墨記錄紙，然而還需要其它類型的紙，特別需要適用于高質(zhì)量印刷的涂層紙。
本發(fā)明的目的之一是提供一種適用于高質(zhì)量印刷的噴墨記錄紙。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶有吸墨層的噴墨記錄紙，該吸墨層含有一種白色顏料和一種具有優(yōu)良吸墨性并控制墨點擴散的粘合劑(即上膠和均勻性)。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種帶有吸墨層的噴墨記錄紙，該吸墨層含有顏料和能在高濕度下具有低粘性并可提供耐水性的粘合劑。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種上色的噴墨記錄層，它適用于水基和溶劑基墨水。
按照本發(fā)明所制得的噴墨記錄紙，可實現(xiàn)上述目的和其它目的。該噴墨記錄紙含有底紙和至少在所述底紙的一面上有吸墨涂層。所述的吸墨涂層包括分散在聚環(huán)氧乙烷中的白色顏料。
本發(fā)明紙的吸墨質(zhì)量將隨著摻入到吸墨層中的聚環(huán)氧乙烷的量和分子量，以及其它因素如顏料的本性，其它添加劑的存在和涂層的種類而變化。用于本發(fā)明的吸墨層，最簡單的是由一種白顏料和聚環(huán)氧乙烷組成。然而聚環(huán)氧乙烷不能提供足夠的粘合強度以滿足記錄過程的全部需要。含聚環(huán)氧乙烷和顏料的吸墨層有起粉傾向，那很快失去顏料而且時而破裂。由于這個原因，在組合物中添加一種樹脂為宜，以增強粘合強度，從而降低破裂起粉的可能性并改進了吸墨層。
本發(fā)明使用的聚環(huán)氧乙烷的分子量大約在100，000到900，000之間，最好的是在100，000到300，000之間。
用于增強聚環(huán)氧乙烷的粘合強度的適宜樹脂可以從常用于紙和涂層紙中的許多高分子材料中選取。粘合劑應選自可與聚環(huán)氧乙烷相容的粘合劑?？捎玫木酆衔锎硇詫嵗ň鄞姿嵋蚁?，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，氧化淀粉，羥甲基纖維素，羥乙基纖維素，苯乙烯-馬來酸共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物，及其類似物。通常用聚乙烯醇和淀粉，因為它們比較便宜并能提供良好的粘合強度。
通常在吸墨層中使用的聚環(huán)氧乙烷，按照干吸墨層重計其重墨百分比約為5%至70%。最好是10%至40%。在吸墨層中用以增強粘合強度的其它樹脂用量將隨樹脂的性質(zhì)，所用填料的量和性質(zhì)以及其它因素而改變。一般這些樹脂可摻合到涂層中，其量按干重計約為0至60%，或者按其與聚環(huán)氧乙烷的重量比約為1∶10至10∶1。
本發(fā)明中能與環(huán)氧乙烷結(jié)合使用的填料的實例包括粘土，滑石，碳酸鈣，礬土和氧化鋁水合物，沸石，合成二氧化硅，硫酸鈣，硅藻土，硅酸鎂，碳酸鋇、硫酸鋇，硅酸鋁，氧化鎂，碳酸鎂，硅酸鈣，鍛光白等等。較好的填料是合成二氧化硅。(例如W.R.Grace公司的Syloid 244)在某些情況下可能需要另一種白色填料沖淡氧化硅。按記錄層干物重計填料的通常用量約為5%至90%，最可取的用量約為40%至90%。
本發(fā)明中噴墨記錄紙的記錄特性通?？梢酝ㄟ^添加一種陽離子樹脂和/或多價金屬鹽加以改進。在大多數(shù)應用中，含有酸性或直接染料的水質(zhì)墨水混合物可在噴墨記錄中使用，這些染料可很好地與樹脂或金屬鹽所提供的陽離子反應，并能在吸墨層中較塊地固定。這種傾向可防止粘臟并可進一步降低釉上硫花和墨滴擴散。
適宜的陽離子型聚合物以高陽離子特性為特性。這類聚合物一般由摩爾百分數(shù)至少為3%的陽離子單體單元組成，而以摩爾百分數(shù)至少為10%至100%為佳?？梢允褂镁郯罚缂景返木酆衔锘蛟谒嵝詶l件下轉(zhuǎn)變成季胺的胺的聚合物，由于在聚合物中氮一般是以陽離子季胺基形式存在，故這些聚合物的陽離子特性可用氮濃度來表示。這樣，本發(fā)明所用的聚合物陽離子胺類，其特征是氮含量超過約0.1%，以大于1.5%為好，以大于3.0%為最佳。
一類可用的陽離子聚合物是所謂的導電聚合物，它們常用于電子攝影，電子刻板或靜電攝影過程，這類聚合物的例子在美國專利3011918，3544318，4148639，4171417，4316934和3813264中已有記述。這些聚合物是以存在高百分含量的陽離子基團為特征的，諸如叔胺和季胺陽離子基團，有代表性的聚合物是陽離子單體的均聚物或共聚物，如氯化二烯丙基二烷基銨(如氯化二烯丙基二甲基銨)，氯化N-烷基銨，氯化甲基丙烯酰胺基丙基三甲基銨，氯化甲基丙烯酰氧乙基三甲基銨，氯化2-羥基-3-甲基丙烯酰氧丙基三甲基銨，甲基丙烯酰氧乙基三甲基甲磺酸銨，氯化乙烯基芐基三甲基1銨和4-乙烯基吡啶季銨鹽。
用于本發(fā)明的可在市場上買到的陽離子聚合物的代表性例子有Warcofix 808(太陽化學公司的胍-甲醛樹脂)，Calgon 261 Lv和Calgon導電聚合物7091RV(Calgon公司提供的聚二甲基二烯丙基氯化銨)，Nalco 8674(Nalco公司提供的陽離子聚胺)和CAT FLOCC(由Calgon公司提供)。
用于本發(fā)明的多價金屬鹽是元素周期表中Ⅱ、Ⅲ族或過渡金屬中的多價陽離子的多價水溶性鹽。這些鹽于23℃在100ml水中的溶解量一般大于5克;最容易得到且價格最合適的是Zn2+，Al3+，Mg2+，Ca2+和Ba2+的鹽。那些能使紙變色的鹽(如Fe2+，F(xiàn)e3+和Cu2+的鹽)只能限量使用或完全不用。最好使用上述多價陽離子的鹽以及弱酸的陰離子的鹽，例如PKa值大于2.0，最好大于3.0酸的陰離子的鹽。強酸陰離子鹽如明礬，可使噴墨染料不溶，但一般不用它，因它使紙具有高的酸度，從而加速了紙的降解。因此，盡管氯化物，硫酸鹽，氯酸鹽和硝酸鹽是有用的，但最好的鹽是乙酸鹽，甲酸鹽，水合氯化物，丙二酸鹽，丁二酸鹽和其它弱有機酸的鹽。
用于本發(fā)明的鹽的具體例子是明礬，甲酸鈣和水合氯化鋁，某些鋯的Zr3+，Zr4+，Zr5+鹽，如氯氧化鋯，羥基氯化鋯相信也是有用的。
本發(fā)明的吸墨層約含有重量百分數(shù)為5%至50%的前面提及的陽離子樹脂和/或約含重量百分數(shù)為1%至25%的多價金屬鹽。
吸墨層的典型制法是，按常規(guī)方法先制得含聚環(huán)氧乙烷，填料和其它添加劑的水分散液，然后將其涂到基體上。常規(guī)的紙涂布機例如，刀片涂布機，空氣刮刀涂布機，滾筒涂布機，刷式涂布機，槽式涂布機，上膠機，桿式涂布機和隔板式涂布機可使用。涂層組合物可加到基體上，其用量約1-40克/米2(按干重計算)，較好的是5-20克/米2。厚度的上限不是極限。涂層干燥后如果需要可壓光使其光滑。
一般來說，依照本發(fā)明對載有吸墨層的紙的類型沒有限制。對紙基體的限制一般是要使紙適合于記錄或記錄儀器，而不是使其適合于涂層組分。對于大多數(shù)用途來說，可用的紙張其基重約為每1300平方英尺重12-30磅，表觀密度在0.3-1.2之間，填料含量在0至40%范圍內(nèi)。一般說來，常用的漂白牛皮紙和漂白硫酸鹽紙漿可在本發(fā)明中使用。手工水紙，低上膠紙，高上膠紙和證卷紙均可用。涂層也可用于某些合成紙或者涂到聚合物薄膜上。
基體厚度約以30到150微米為宜。
用于本發(fā)明的熱塑性薄膜的代表性例子有聚脂薄膜諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸纖維素。
本發(fā)明的噴墨記錄紙連同水質(zhì)噴墨記錄墨水一起使用為宜，但它也可與某些溶劑基墨水一同使用。適宜的染料中有代表性的例子有酸性染料，諸如酒磺(C I19140)，喹啉黃，(C I47005)，曙紅(C I45380)，新品酸性紅(C I45430)，亮花青6B(C I42660)，酸性黑1(C I20470)，酸性黑36(C I27275)和酸性藍黑10B(C I20470)，酸性藍193(C I15707)，酸性藍194(C I17941)，酸性鹽249直接黑74，直接黑103，直接黑GW，Capamine黑ESA，深色XA(C I直接黑154)，黑G(C I35255)，酞花青藍(C I74180)，直接藍78，直接藍239，直接藍120，直接藍110，直接藍19，直接深紅4BS(C I29160)。上述C I編號表示在第3版“顏料索引”(1971年)中的標號。由約克郡，Bradford地區(qū)的染色和著色工作者協(xié)會編寫。
下述的實例將更詳細地說明本發(fā)明實例1涂料組合物由下述化合物配制%固體(在水中)聚乙烯醇(Elranol 71-30 12E.I.Dupont公司)聚環(huán)氧乙烷(分子量200，000) 100合成二氧化硅(Syloid 244 12.5W.R.Grace公司)硫酸鋇 54.0用0.5ml的內(nèi)流涂輥(bird bar)將該涂料涂敷到一個硬膠毛坯上。作為干料計，吸墨層含有12.5%的聚乙烯醇，12.5的聚環(huán)氧乙烷，25%的硅酸鋁和50%的硫酸鋇。當市場上可買到的酸性品紅記錄墨水用自來水筆印到這種吸墨層上時，這種墨水即顯示出無釉上硫花的傾向。
實例2由實例1制備三種噴墨記錄紙，但聚環(huán)氧乙烷的分子量不同。樣品A用分子量為100，000的聚環(huán)氧乙烷制備。樣品B用分子量為200，000的聚環(huán)氧乙烷制備，樣品C用分子量為300，000的聚環(huán)氧乙烷制備。用高紙著色工藝ACT-1印刷機將以溶劑為基礎(chǔ)的品紅記錄墨水印到每種記錄級吸墨層上，測量點面積，參數(shù)和形狀，結(jié)果見表Ⅰ。為便于比較，用加到商業(yè)證卷紙上的同種墨水來表示點的大小。
表Ⅰ樣品 平均面積 平均參數(shù) 形狀因子(μ2) (μ)A 63055 944 1.06B 73020 1048 1.09C 75172 1128 1.16商用噴墨紙 85627 2462 2.41實例3噴墨記錄紙是將以下表Ⅱ所示的組合物用輥式涂布機涂敷到商品紙上而制得。
樣品1-3相當于按美國專利4，425，405的技術(shù)制備的樣品，在吸墨層中含有聚乙烯基吡咯烷酮，樣品在4-b是按照本發(fā)明制備的紙。
表Ⅱ樣品涂料重量 PVP5PEO3PVA2Sr LO ID′克/米 % % %1 7.2 12.5 12.5 252 8.8 12.5 12.5 253 10.8 12.5 12.5 254 4.1 12.5 17.5 20
5 6.9 12.5 17.5 206 8.1 12.5 17.5 20樣品 Baryta Warcofix8084氯化鋁水合物＊% 涂料6% 涂料6%1 50 7 32 50 7 33 50 7 34 50 7 35 50 7 36 50 7 3表中1-W.R.Grace公司Davison化學分公司2-Elvanol 71-30，E.I.Dupont de Nemours公司3-Polyox WSR N-10，聯(lián)合碳化物公司4-太陽化學公司5-分子量為360，000的聚乙烯基吡咯烷酮6-基于其余組分的重量使用市場上可買到的含水＊Aluminum Chlorohydrate，藍青，品紅，黃黑噴墨記錄墨水和溶劑基品紅墨水在每塊記錄版上形成圖象，并測量其光密度，結(jié)果見表Ⅳ，從表中可見，按本發(fā)明以聚環(huán)氧乙烷為基礎(chǔ)的記錄層至少也能達到含有聚乙烯基吡咯烷酮記錄層同樣的水平。
表Ⅲ光密度樣品 黃 品紅 藍青 黑 溶劑基品紅(cyan)
1 0.70 1.18 1.40 1.45 0.912 0.69 1.14 1.27 1.32 0.863 0.66 1.02 1.21 1.23 0.724 0.73 1.19 1.26 1.43 0.945 0.71 1.16 1.29 1.42 0.826 0.65 1.06 1.23 1.31 0.79以上已詳細描述了本發(fā)明并例舉了具體實例。很顯然，有可能在不偏離下述權(quán)利要求
范圍內(nèi)進行改良和改變。
權(quán)利要求
1.一種含有基體和至少在其一面有吸墨涂層的噴墨記錄紙，所述的涂層包括一種白色顏料和聚環(huán)氧乙烷。
2.權(quán)利要求
1的噴墨記錄紙，其中除了所述的聚環(huán)氧乙烷外，所述的涂層還包括一種能與聚環(huán)氧乙烷相容并能增強粘合強度的樹脂。
3.權(quán)利要求
2的噴墨記錄紙，其中所述的樹脂選自下面一組化合物聚醋酸乙烯酯，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，氧化淀粉，羥甲基纖維素，羥乙基纖維素，苯乙烯-丁二烯共聚物和苯乙烯-馬來酸共聚物。
4.權(quán)利要求
3的噴墨記錄紙，其中所述的白色填料選自下面一組物質(zhì)粘土，滑石，碳酸鈣，硫酸鈣，硅藻土，硅酸鎂，碳酸鋇，硅酸鋁，氧化鎂，碳酸鎂，硅酸鈣，鍛光白，合成二氧化硅和氧化鋁。
5.權(quán)利要求
4的噴墨記錄紙，其中所說的填料在涂層中的含量約為5%～90%(重量)。
6.權(quán)利要求
5的噴墨記錄紙，其中所說的樹脂與聚環(huán)氧乙烷的重量比約為1∶10至10∶1。
7.權(quán)利要求
1的噴墨記錄紙，其中所說的聚環(huán)氧乙烷約具有100，000至300，000的分子量。
8.權(quán)利要求
7的噴墨記錄紙，其中所說的白色填料是合成二氧化硅。
9.權(quán)利要求
2的噴墨記錄紙，其中所說的樹脂是聚乙烯醇。
10.權(quán)利要求
1的噴墨記錄紙，其中所說的基體選自手工水紙，低上膠紙，高上膠紙和證卷紙。
11.權(quán)利要求
1的噴墨記錄紙，其中所說的基體是紙。
12.權(quán)利要求
1的噴墨記錄紙，其中所說的吸墨涂層被壓光。
13.權(quán)利要求
1的噴墨記錄紙，其中所說的吸墨涂層含有聚環(huán)氧乙烷，聚乙烯醇和合成二氧化硅。
14.權(quán)利要求
2的噴墨記錄紙，其中所說的吸墨涂層還包括一種陽離子樹脂。
15.權(quán)利要求
2的噴墨記錄紙，其中所說的吸墨涂層還包括多價金屬鹽。
16.權(quán)利要求
14的噴墨記錄紙，其中所說的陽離子樹脂是聚合的胺。
17.權(quán)利要求
15的噴墨記錄紙，其中所說的鹽是Zn2+，Al3+，Mg2+，Ca2+或Ba2+的鹽。
專利摘要
一種由基體和吸墨層組成的噴墨記錄紙，所述的吸墨層含有聚環(huán)氧乙烷和一種白色填料；按照較佳的實施方案，這種吸墨層還含有一種能增強粘合強度的樹脂和一種陽離子樹脂或鹽。
文檔編號D21H19/62GK86100080SQ86100080
公開日1986年11月5日 申請日期1986年1月14日
發(fā)明者拉里·O·黑爾, 邁克爾·J·科辛 申請人:米德公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan