喷墨记录元件及打印方法

专利名称：喷墨记录元件及打印方法
技术领域：
本发明涉及多孔喷墨记录元件及使用该元件的打印方法。
在典型的喷墨记录或打印系统中，墨滴以很高的速度从喷头中喷向记录元件或介质，在介质上产生一个图象。墨滴，或记录液，通常都含有一种记录剂，如染料或颜料，和大量的溶剂。溶剂，或载体液体，一般都是由水和有机原料，如一元醇、多元醇或其混合物组成。
喷墨记录元件一般包含一种至少在其一个表面上具有接受墨水或接受图象层的载体，和包括那些预期的反射影象，它具有一种不透明的载体，和那些预期的由透射光所产生的影象，它具有一种透明的载体。
喷墨记录元件的重要特征在于打印之后需要迅速地干燥。为达此目的，已开发出一种多孔记录元件，只要有了能有效地吸收墨汁的足够厚度和孔体积，该元件就几乎能立即干燥。例如，一种多孔记录元件可用流延涂布的方法制成，在涂布过程中，含有微粒的涂料被涂在载体上并在与抛光的平滑表面接触时被干燥。
当多孔记录元件用染料基墨汁印刷时，染料的分子会穿透涂布层。但是，这种多孔记录元件有一个问题，即打印在它上面的图象的光密度比人们所想要的低一些。据信，较低的光密度是由于染料分子穿透多孔层太深所引起的光散射的缘故。
EP 1,002,660涉及一种多孔喷墨记录元件，其中包含细小的粒子、亲水的粘结剂和水溶性阳离子聚合物。但是，这种元件有一个问题，即用水溶性阳离子聚合物打印在这种元件上的图象的密度比人们想要的低一些。
美国专利6,089,704涉及一种非多孔喷墨记录元件，该元件中包含阳离子聚合物的乙烯基胶乳和一种亲水聚合物。但是，这种非多孔记录元件有一个问题，即打印在上面的图象干燥得太慢。
美国专利6,096,469涉及一种喷墨记录元件，该元件包含分散在有机粘合剂中的中多孔微粒。在第8栏中公开了该有机粘合剂可能是一种阳离子胶乳聚合物，该聚合物“具有少于10摩尔％具有叔氨基或季铵官能度的可共聚合单体”。但是，这种元件有一个问题，即打印在这种元件上的图象的密度比人们所想要的低，该元件包含一种粘合剂，其阳离子媒染剂官能度少于10摩尔％。
本发明的目的是提供一种多孔喷墨记录元件，当采用染料基墨汁打印时，能提供上等的光密度、良好的图象质量和具有极快的干燥时间。
本发明的另一个目的是提供一种采用上述元件的打印方法。
按照本发明能达到各种目的，该发明包含一种喷墨记录元件，该元件所包含的载体上有一层多孔的图象接受层，这种图象接受层中包含(a)平均颗粒度为大于0.04μm至5μm的微粒；和(b)包含至少20摩尔％阳离子媒染剂部分的水溶性阳离子聚合物微粒。
通过使用本发明，可以得到一种多孔喷墨记录元件，当采用染料基墨汁打印时，能提供上等的光密度、良好的图象质量和具有极快的干燥时间。
本发明的另一个实施方案是涉及一种喷墨打印方法，该方法包括如下步骤I) 提供一种对数字数据信号响应的喷墨打印机；II)将上述多孔喷墨记录元件装到打印机上；III)将一种喷墨墨汁组合物装到打印机上；和IV)采用对该数字数据信号响应的喷墨墨汁组合物，打印在图象接受层上。
在一个优选实施方案中，本发明中所用的微粒(A)包含氧化铝、勃姆石、水合氧化铝、粘土、碳酸钙、二氧化钛、煅烧粘土、硅酸铝、二氧化硅、硫酸钡，或有机微粒，如聚合物珠粒。本发明中所用的有机微粒的实例已在如下美国专利申请号中公开并申请了专利保护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。在本发明的一个优选实施方案中，微粒是无机氧化物。在另一个优选实施方案中，微粒(A)的平均颗粒度为0.05μm至1μm。
虽然可以采用各种不同的方法制成多种无机和有机微粒，并且也可以买到图象接受层，但是，为了使墨汁干燥得非常快，接受墨汁层的孔隙性是必要的。微粒之间所形成的孔隙必须足够大和互相结合到一起，以便打印墨汁能迅速穿过该层并从外头的那一面离开，从而得到快速干燥的印刷效果。
本发明中所用的包含至少10摩尔％阳离子媒染剂部分的不溶于水的阳离子聚合物微粒，可以是一种胶乳、水分散性聚合物、珠粒，或芯/壳微粒，其中的芯是有机物或无机物，而壳，在两种情况下都是阳离子聚合物。这种微粒可以是加聚或缩聚产物，或是两者的结合产物。它们可以是线形的、分枝的、高分枝的、接枝的、无规的、嵌段的，或者，可以具有本领域技术人员所熟知的其他聚合物显微结构。它们也可以是部分交联的。本发明中所用的芯/壳微粒实例已在Lawrence等人于2001年1月26日提交的，名为喷墨打印方法的申请号为09/772,097的美国专利中公开并申请了专利保护。在Lawrence等人于2001年1月26日提交的名为喷墨打印方法的申请号为09/770,128的美国专利中；和Lawrence等人于2001年1月26日提交的名为喷墨打印方法的申请号为09/770,127的美国专利中公开了本发明中所用的水分散性微粒的实例并申请了专利保护。在一个优选实施方案中，不溶于水的阳离子聚合物微粒包含至少50摩尔％阳离子媒染剂部分。
本发明中所用的不溶于水的阳离子聚合物微粒(b)可以衍生自非离子、阴离子，或阳离子单体。在一个优选实施方案中，采用了非离子和阳离子单体的结合体。一般来说，结合体中使用的阳离子单体的量为至少20摩尔％。
采用的非离子、阴离子，或阳离子单体可以包括诸如苯乙烯、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、丙烯酰铵、甲基丙烯酰铵、衍生自直链和支链酸的乙烯基酯(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、诸如氯乙烯等含卤素单体和诸如丁二烯等烯烃的可加聚单体的中性、阴离子或阳离子衍生物。
采用的非离子、阴离子，或阳离子单体可以包括诸如那些用于制备聚酯、聚醚、聚碳酸酯、聚脲和聚氨酯的可缩聚单体的中性、阴离子或阳离子衍生物。
本发明采用的不溶于水的阳离子聚合物微粒(b)可用传统的聚合技术制备，该技术包括，但不限于本体、溶液、乳液或悬浮聚合方法。
不溶于水的阳离子聚合物微粒(b)的用量应足够高，以使打印在记录元件上的图象具有足够高的密度，但也要足够低，以使由聚集体所形成的互相结合的孔隙结构不被填满。在本发明的一个优选实施方案中，不溶于水的阳离子聚合物微粒(b)与微粒(a)的重量比为1∶2-1∶10，优选的是1∶5。
可以用于本发明的不溶于水的阳离子聚合物微粒包括美国专利3,958,995中所描述的那些。这些聚合物的特殊例子包括聚合物A氯化(乙烯基苄基)三甲基铵和二乙烯基苯的共聚物(摩尔比87∶13)。
聚合物B苯乙烯、(乙烯基苄基)二甲基苄胺和二乙烯基苯的三聚物(摩尔比为49.5∶49.5∶1.0)。
聚合物C丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-氨基乙酯盐酸盐和甲基丙烯酸羟乙酯的三聚物(摩尔比50∶20∶30)。
聚合物D苯乙烯、二甲基丙烯酰胺、乙烯基苄基咪唑和氯化1-乙烯基苄基-3-羟基乙基咪唑翁的共聚物(摩尔比40∶30∶10∶20)。
聚合物E苯乙烯、4-乙烯基吡啶和氯化N-(2-羟乙基)-4-乙烯基吡啶翁的共聚物(摩尔比30∶38∶32)。
聚合物F苯乙烯、氯化(乙烯基苄基)二甲基辛铵、异丁氧基甲基丙烯酰胺和二乙烯基苯的共聚物(摩尔比40∶20∶34.6)在本发明的一个优选实施方案中，图象接受层也含有聚合物粘合剂，其含量不足以改变多孔接受层的空隙度。在另一个优选实施方案中，聚合物粘合剂是亲水聚合物，如聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、明胶、纤维素醚、聚(恶唑啉)、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)、磺化的或磷酸盐化的聚酯和聚苯乙烯、硌素、玉米朊、白朊、甲壳质、壳糖、葡聚糖、果胶、骨胶原衍生物、胶棉、琼脂、木薯、角叉胶、黄薯胶、黄原胶等等。在本发明的另一个优选实施方案中，亲水聚合物是聚(乙烯醇)、羟基丙基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、明胶，或聚(烯化氧)。还在另一个优选实施方案中，亲水粘合剂是聚(乙烯醇)。所选择的聚合物粘合剂要能与上述微粒相容。
粘合剂的用量要足以使喷墨记录元件具有足够的粘结强度，但其量也要尽可能地少，以免粘合剂填满由聚集物所形成的互相连接的孔结构。在本发明的一个优选实施方案中，粘合剂与微拉总量的重量比为1∶20-1∶5。
除图象接受层外，记录元件在接近载体处还可包含一个基底层，其功能是吸收墨汁中的溶剂。这层所用的物质包括(a)微粒、(b)微粒、聚合物粘合剂和/或交联剂。
由于图象接受层是包含微粒的多孔层，所以其空隙体积必须要足以吸收所有的打印墨汁。例如，如果一个多孔层有60体积％的开孔，为了能迅速地吸收32cc/m2的墨汁，它必须具有至少54μm的物理厚度。
本发明中所用的喷墨记录元件的载体可以是任何一种喷墨受体所常用的那种载体，诸如树脂涂布纸、纸张、聚酯，或微孔材料，如PPG Industries，Inc.，Pittsburgh，Pennsylvania出售的商标为Teslin、Tyvek合成纸(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国专利5,244,861中的其它复合薄膜。不透明的载体包括光面纸、涂布纸、合成纸、相纸载体、熔融挤出涂布纸和层压纸，诸如双轴取向支撑层压纸。双轴取向支撑层压纸在美国专利5,853,965；5,866,282；5,874,205；5,888,643；5,888,681；5,888,683；和5,888,714中都有叙述；这些双轴取向载体包括纸基和双轴取向聚烯烃薄片，典型的是层压到纸基一面或两面上的聚丙烯。透明的载体包括玻璃、纤维素衍生物，例如，纤维素酯、三醋酸纤维素、二醋酸纤维素、醋酸纤维素丙酸酯、醋酸纤维素丁酸酯、诸如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(萘二酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯)、聚(对苯二酸二丁酯)及其共聚物；聚亚胺；聚酰胺；聚碳酸酯；聚苯乙烯；聚烯烃，诸如聚乙烯或聚丙烯；聚砜；聚丙烯酸酯；聚醚亚胺；及其混合物。上述纸张包括的范围很宽，从高级纸，如相纸，到低级纸，如新闻印刷纸。在一个优选实施方案中，使用的是聚乙烯涂布纸。
本发明中所用的载体厚度可从50-500μm，优选的是75-300μm。如果需要的话，载体中可加入抗氧剂、抗静电剂、增塑剂和其他从所周知的添加剂。
为了改善墨汁接受层与载体的粘结性，载体的表面在施加到图象接受层之前可进行电晕放电处理。
可采用已知的任何技术来施加本发明所使用的涂布组合物，包括醮涂、绕线棒式涂布、刮板涂布、棒式涂布、气刀刮涂、凹槽辊和逆辊涂布、滑动涂布、珠粒涂布、挤出涂布、帘流涂布等。已知的涂布和干燥方法在1989年出版的Research Disclosure no.308119，第1007-1008页中有更详细的描述。滑动涂布法是优选的，其中的基底层和外层涂料可同时涂布。涂布之后，基底层通常用简单的蒸发方法进行干燥，采用已知的技术，如对流加热法可加速干燥过程。
为了使喷墨记录元件具有机械耐久性，可加入少量对上述粘合剂起作用的交联剂。这种添加剂可改善基底层的内聚强度。诸如碳二亚胺、多官能氮丙啶、醛类、异氰酸盐、环氧化物、多价金属阳离子等交联剂都可使用。
本领域众所周知，为了改善着色剂的腿色问题，也可往图象接受层中加入UV吸收剂、自由基猝灭剂或抗氧剂。其它添加剂包括pH改性剂、增粘剂、流变性改性剂、表面活性剂、杀虫剂、润滑剂、染料、光学增亮剂、消光剂、抗静电剂等。为了获得适当的涂布性，可采用熟悉该领域的人员所周知的添加剂，诸如表面活性剂、消泡剂和醇类等。涂布助剂的常用量为总溶剂重量的0.01-0.30％活性涂布助剂。这些涂布助剂可以是非离子的、阴离子的、阳离子的或两性的。具体的实例在1995年北美出版社出版的MCCUTCHEON’S第1卷乳化剂和洗涤剂中有描述。
涂料组合物既可用水涂布，也可用有机溶剂涂布，但优选的是水。选择的固体物总量应以最经济的方式产生有效的涂层厚度，对微粒涂布配方而言，固体物含量通常为10-40％。
用于使本发明记录元件形成图象的喷墨墨汁是本领域众所周知的。喷墨打印中所用的墨汁组合物通常是液体组合物，其中包含溶剂或载体液体、染料或颜料、调湿剂、有机溶剂、洗涤剂、增稠剂、防腐剂等。溶剂或载体液体可以是单独的水，也可以是水与其它可与水溶混的溶剂，诸如多元醇，的混合物。也可以使用其中有机物质，如多元醇，为主要载体或溶剂液体的墨汁。特别有效的是水与多元醇的混合溶剂。这种组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。这种液体组合物在现有技术，包括，例如美国专利4,381,946；4,239,543和4,781,758中已有充分的描述。
现提供如下实施例，对本发明进行说明。
如下使用的对比阳离子聚合物是水溶性的C-1氯化聚(乙烯基苄基)三甲基铵，注册商标为Chemistat6300H，可从Sanyo Chemical Industries公司买到。
C-2聚环氧丙烷基三胺，注册商标为JeffamineT-5000，可从Huntsmen公司买到。本发明的元件1用于基底层的涂布溶液的制备方法如下将100干克沉淀的碳酸钙Albagloss-s(Specialty Minerals Inc.)作为70％溶液和8.5克干硅胶Gasil23F(Crosfield Ltd.)与0.5克干聚(乙烯醇)GohsenolGH-17(Nippon Gohsei Co.，Ltd.)作为10％溶液和5克干丁苯胶乳CP692NA(DowChemical)作为50％溶液进行混合。加水将涂布溶液的固体物调节至35％。
基底层涂布溶液在25℃下用珠粒涂布法涂到基底纸张上，基重185g/m2，并强制通风在60℃下进行干燥。基底涂层的厚度为25μm或27g/m2.
图象接受层的涂布溶液的制备方法如下将氧化铝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的比例进行化合得到固体物为15重量％的含水涂布制剂。加入少量表面活性剂ZonylFS-300(DuPont Co.)和SilwetL-7602(Witco Corp.)作为涂布助剂。
将图象接受层涂布溶液涂在基底层的上面。然后，在强制通风下，记录元件在60℃下干燥。图象接受层的厚度为8μm或8.6g/m2.本发明的元件2元件2的制备方法与元件1相同，但是，用聚合物B代替聚合物A。本发明的元件3元件3的制备方法与元件1相同，但是，聚合物A和聚合物B两种都用。对比元件1(无不溶于水的阳离子聚合物微粒)元件的制备方法与元件1相同，但是，用水溶性聚合物C-1代替聚合物A。对比元件2(无不溶于水的阳离子聚合物微粒)该元件的制备方法与元件1相同，但是，用水溶性聚合物C-2代替聚合物A。对比元件3(无阳离子聚合物微粒)该元件的制备方法与元件1相同，但是，图象接受层只含有氧化铝和聚(乙烯醇)，其比例为96∶4。密度的测试用Hewlett-Packard Deskjet 970打印机和目录号为HP C6578D的墨盒打印出青蓝、品红、黄、红、绿和蓝色的小块测试图象。
在环境温度和湿度下干燥24小时后，用X-Rite820光密度计测量AD态最大密度(每一种红、绿和蓝色的密度，两种组分颜色的密度被测量和平均)。
表1
上述结果表明，与对比的元件相比，本发明记录元件的各种颜色的A态D最大密度都较高。
权利要求
1.一种包含在其上面具有多孔图象接受层的载体的喷墨记录元件，该图象接受层包含(a)平均粒度为大于0.04μm-5μm的微粒；和(b)含至少20摩尔％阳离子媒染剂部分的不溶于水的阳离子聚合物微粒。
2.权利要求1的记录元件，其中，不溶于水的阳离子聚合物微粒(b)与微粒(a)的重量比为1∶2-1∶10。
3.权利要求1的记录元件，其中，多孔图象接受层也含有一种粘合剂，其含量最高达20重量％。
4.权利要求3的记录元件，其中，所述粘合剂为一种亲水聚合物。
5.权利要求4的记录元件，其中，所述亲水聚合物是聚(乙烯醇)、羟基丙基纤维素、羟基丙基甲基纤维素、明胶，或聚(烯化氧)。
6.权利要求1的记录元件，其中，所述微粒(a)是无机物。
7.权利要求6的记录元件，其中，所述微粒(a)是无机氧化物。
8.权利要求6的记录元件，其中，所述微粒(a)是二氧化硅、氧化铝、勃姆石或水合氧化铝。
9.权利要求1的记录元件，其中，所述微粒(a)是有机微粒。
10.一种喷墨打印方法，该方法包括如下步骤I)提供一种对数字数据信号响应的喷墨打印机；II)将权利要求1的多孔喷墨记录元件装到该打印机上；III)将喷墨墨汁组合物装到该打印机上；和IV)采用对该数字数据信号响应的喷墨墨汁组合物打印在图象接受层上。
全文摘要
一种包含在其上面具有多孔图象接受层的载体的喷墨记录元件，该图象接受层具有(a)平均粒度为大于0.04μm－5μm的微粒；和(b)含至少20％阳离子媒染剂部分的不溶于水的阳离子聚合物微粒。
文档编号B41M5/50GK1406760SQ021321
公开日2003年4月2日 申请日期2002年8月30日 优先权日2001年8月31日
发明者S·萨达斯文, E·A·加洛, J·M·拜尔 申请人:伊斯曼柯达公司