用于印刷受体层的涂层的制作方法

专利名称：用于印刷受体层的涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚合物膜上的涂层，该涂层可以使被涂覆的膜层用作热转印印刷的转印影像接受片，以及涉及用于在较高的速度和较低的印刷温度下热转印印刷的受体片，该受体片对于较宽的印刷曝光范围具有改进的树脂感受性。
背景技术：
热转印印刷使用了供体片/受体片系统，借此，热印刷头以选择性成影像方式将热施加到供体片的背面，通过从供体片传质，影像被转印到受体片上。
在现有技术中运用热转印技术印刷纸或其它受体是众所周知的。在热转印过程中，纸张或其它受体被设置为与载有油墨、通常是蜡或蜡/树脂或树脂油墨的色带相接触。激光或其它热源被用到载有油墨的色带来在所选择的区域上加热油墨并使其转印到受体上。在载体色带上的蜡/油墨混合物熔化或者软化，优选地粘附到受体片上，该受体片可以是纸或者透明膜。在受体片是纸时，受体片具有比载体更粗糙的表面，因此主要是通过软化的蜡和油墨与纸纤维的物理联锁(physical interlock)来达到油墨转印。
常规的涂层受体片在印刷操作中尤其是在从色带转印油墨时已经带来了一些困难。许多常规涂覆的热印刷受体片的特点是在简化的加热设置上不能提供好的印刷效果。减少的热量使打印头寿命更长并且可以允许打印速度增加。

发明内容
本发明包括涂敷的受体材料，在打印头上使用低的加热设置时该涂敷的受体材料可以提供优越的可印性和高的打印速度。在打印中涂层起着降低热量从色带被转印走的速率的一个绝缘层的作用。虽然在涂敷的打印纸中使用绝缘层是在现有技术中通常已知的方法，然而，却没有给出将这里所披露的明确的涂层用于涂覆聚烯烃膜层的教导，该涂覆聚烯烃膜层特别适合于在热转印技术中用来提供一种在热转印受体片上的涂层，该热转印受体片在显著降低涂层重量的同时具有极好的可印性。
涂层被设计为对于通常用来在各种承印物上热印刷的树脂和蜡/树脂油墨提供最适宜的接受性。在熔化的油墨与涂层接触的非常短暂的时间里，油墨必须湿润并粘附到涂层上，或者当油墨与涂层暂停接触时将由色带拉离开，产生印刷中的跳跃。这就要求油墨湿润和渗透进涂层表面而且粘附得足够好以便能对抗从涂层被拉开的力。
受体片的表面应当足够光滑以使记录的影像清楚和使出现遗漏和/或局部油墨点的几率降到最低，但不能太光滑而使打印的油墨影像不能被充分地结合或固定到表面涂层中，上述的现象引起点再现性的降低。除了由于低的点再现性引起的记录影像的颜色密度增加以外，有时候由于热熔油墨接受层的油墨低吸附而导致记录影像的颜色密度减少。
绝热性能也是受体片的一个重要的物理性能，如果记录片的绝热性能太低(换句话说，受体片的导热性太高)，在色带和与色带接触在一起的记录片之间的接触面部分的温度不能被升高到使油墨影像能令人满意地转印到油墨接受层的这样一个水平。有必要避免导热性，该导热性导致在没有转印油墨影像的情况下使热量从打印头消散。
由于具有通过简单施加热就能形成影像的能力，热受体材料连同热敏打印机被广泛用来记录从计算机、传真机、电报、现金收入、收银机以及其它信息传输和测量工具中输出的信息。热受体材料可以被加工成粘贴标签并且能够与条形码一起压印，该条形码在扫描时可以识别出所用的代码所代表的物体。
通常与热转印印刷结合的高对比度使这类粘贴标签能够被用到高速分类中，因为当被印到一个白的承印物上时印刷对比度信号(PCS)通常是高的。
当应用光学或电子解码装置和扫描仪时，高印刷对比度信号(PCS)的影像大大提高了在检测影像区域具有高精确度的可靠的高速可读性。随后，可以利用可见激光二极管(VLD)、发光二极管(LED)扫描仪以及电荷耦合器件(CCD)照相机，在380纳米至4000纳米的范围内扫描这些影像区域。应用实例包括但不限于诸如航空行李标签、在普通的实验室场合使用的层压耐用标签、紫外线热影像耐用标签或者用在可回收的手提包或集装箱上的耐用标签。这些标签通常被称为可变的印刷信息标签。
根据本发明，提供了一种在聚合物承印物上的涂层，其在聚合物承印物上形成了无孔的印刷受体层，通过由悬浮液形成印刷受体层来调节该印刷受体层的可印性、导热性、玻璃化温度(Tg)、表面硬度和表面光洁度，该悬浮液含有至少两种丙烯酸乳液的混合物，其中所选择丙烯酸乳液中至少一种具有一个20-60克氢氧化钾/克树脂的酸值和小于35℃的玻璃化温度，并且至少一种乳液具有高于90℃的玻璃化温度以便能调整印刷受体层的硬度/玻璃化温度，每一种乳液中的丙烯酸聚合物是以不连续相的形式存在导致乳液仅仅是彼此部分可混溶，该悬浮液进一步包含作为基本成分的含有金属的交联剂，用来交联该丙烯酸乳液并由此进一步调节印刷受体层的导热性和表面硬度；中空的聚合物颗粒，用来调节印刷受体层的导热性；以及具有小于100纳米的原始颗粒尺寸的二氧化硅颗粒，用来调节印刷受体层的表面光洁度。
本发明也包括涂覆涂层的受体片，这些受体片由涂有本发明涂层的织物(webs)制成。
该涂层是基于使用这种丙烯酸乳液，其中聚合物是以不连续相存在并且相互离散的。这发生在使用两种或多种乳液并且它们不完全混溶的情况。我们认为这将进一步导致具有高酸值的乳液中颗粒趋向于在作为结果产物的干涂层的附近或者表面集中，当在因为玻璃化温度而选用的乳液中的颗粒集中到涂层中时，颗粒就在涂层中结合并且对涂层的体积硬度起着主要的贡献。
本发明中所用的聚合物颗粒的悬浮液是在水基介质中稳定的丙烯酸材料的乳液或聚合物，这些聚合物通常被归类到加聚物。这些乳液聚合物可以用已知的自由基或氧化还原乳液聚合方法来在水介质中制备并且可以由一种单体制成的均聚物或者从不止一种单体制成的共聚物所组成。优选包含形成不溶于水的均聚物的单体的聚合物，如这些单体的共聚物。如果总体聚合物成分为充分不溶于水以形成网状结构，那么优选的聚合物也可以包括得到水溶性均聚物的单体。根据本发明的悬浮液应当含有至少一种用来交联当前的丙烯酸聚合物的交联剂。如大家所知，这也可以很好地改善受体层对承印物的粘附力，但更重要的是，我们已经发现该交联剂含有能有助于调节受体表面的导热性的多价金属阳离子。该交联剂可以被添加到水可分散组分的混合物中。
我们已经发现在涂层组合物中金属交联剂如碳酸锆铵(这种材料可以在Magnesium Electron Ltd of Swinton Manchester公司生产的商品名为Bacote 20的产品中获得)和中空聚合物颗粒的组合能够使要配制的涂层具有为得到令人满意的印刷接受表面所需的合适水平的导热性，该中空聚合物颗粒例如从苯乙烯丙烯酸聚合物形成并且以商品名Ropaque出售。
交联剂量的上限和下限与使用的实际乳液有关并且通过实验能够很容易地被确定。重要的是要避免交联剂的量造成如此多的交联以致涂层对承印物失去粘附力的情况。
调节当前的中空聚合物颗粒的量也是很重要的，以便于使表面足够光滑来获得满意的接受印刷的表面，并且要有足够的量存在以便与所用的金属交联剂的量结合得到能给出满意的印刷质量的绝热水平。
EP0300505B1公开了在用于热转印印刷的多层涂层的中间层中使用这类中空颗粒来改进受体片的热转印性能，但没有公开在单层涂层中将含有多价金属的交联剂和如这里所描述的一种悬浮液形成的膜层结合的应用，该悬浮液含有为独特的性能而选用的至少两种丙烯酸乳液的组合物。
优选，中空聚合物球体是那些由罗门哈斯公司(Rohm & Haas)出产的以商品名Ropaque Ultra出售的中空球体塑料颜料。该中空球体的颗粒尺寸为0.4微米，壳体厚度0.06微米并且拥有55％的空穴容积。
Ropaque不透明聚合物是非成膜的合成颜料，该颜料设计为在水基涂料中提供干遮盖力(dry hiding)。它们是由乳状液形式供应的球形的苯乙烯/丙烯酸颗粒构成。在湿涂料中颗粒充满了水。当涂料变干时，水即持久地从颗粒的中心扩散开来并且被空气所取代，导致不连续的微囊空穴沿着整个干涂料膜层均一地分散开来。
优选使用具有30％至60％的空穴容积的颗粒尺寸为0.1至30微米或者0.1至20微米的中空塑料球体。
当颗粒尺寸小于0.1微米时，就不能指望会有令人满意的绝热效果，超过20微米或在某些情况下超过30微米时，影像接收层的光洁度就降低以及由此引起的与输送的油墨色带的接触的降低会减少墨接受度。为了确保涂层具有要求的表面光洁度，已经发现有必要在涂层组分中包含二氧化硅颗粒。优选使用原始颗粒尺寸小于100纳米的纳米二氧化硅。用Ra值来测量表面光洁度。
根据本发明的涂敷的受体片的光洁度可以用Surtronic 10或Talisurf来测定。我们优选得到具有小于约40μm并且更优选是小于15μm左右的Ra值的光洁度。
为了获得满意的成膜性能，用来涂覆聚烯烃承印物的悬浮液应当含有约15％-25％的固体。所成形的膜应当是均匀和连续的。固体含量低于10％将导致涂层不足而固体含量大于25％将增加粗糙度和粘附失效的几率。
为了减少根据本发明的印刷受体涂层的滑动摩擦，可以在悬浮液中包括润滑剂液体石蜡和石蜡或者诸如巴西棕榈蜡、天然和合成蜡、石油蜡、矿物蜡、硅酮蜡共聚物及其类似物等蜡类物质。我们优选在本发明的悬浮液中配制干固体重的约2％的巴西棕榈蜡或聚乙烯蜡。
悬浮液被涂覆到所选择的织物(web)上并用任何常规的技术干燥。本发明的涂层组合物可以通过任何一种已知的技术进行施涂，例如浸渍涂覆、棒涂、刮涂、气刀涂覆、凹版涂覆、逆转辊涂覆、挤压涂覆、坡流涂覆、落帘涂覆及类似技术。在涂覆之后，涂层通常通过简单的蒸发干燥，这一过程也可以通过诸如对流加热之类公知技术而被加快。悬浮液优选用凹版方法涂覆并且在烘箱中进行干燥。涂覆的悬浮液的干燥除去了悬浮液的水分留下均匀连续的膜层，该膜层具有分散在膜层中的非成膜颗粒。
该涂层优选被这样涂覆以使其具有干燥的涂层重量在每平方米0.5克到1.40克之间，更优选的重量是每平方米约1克。
常规的热记录用印刷受体材料包含例如由一张普通的纸、合成纸或者具有印刷受体涂层的树脂膜所制成的支撑材料。
可以被用做支撑材料的聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、其混合物、和/或其它已知的聚烯烃。聚合物支撑材料可以是膜层或薄片形式，并且可以通过现有技术中已知的任何方法来制得，包括但不限于浇铸板、浇铸膜或吹塑膜。该膜层或薄片可以具有单层或多层结构。本发明尤其适用于这样的场合，其中支撑材料包含空穴化或非空穴化的聚丙烯膜层，该聚丙烯膜层具有聚丙烯芯层和从例如乙烯和丙烯的共聚物或者丙烯、乙烯和丁烯的三元共聚物形成的厚度约为60微米的表皮层。
用来接受印刷受体涂层的聚烯烃表面在涂敷涂层之前通过施涂含有聚乙烯亚胺的常规底漆来进行底涂。我们优选使用云母(聚醚酰亚胺)(可从Mica Corporation公司获得)，从5％固体成分的水溶液涂覆成每平方米0.04克。
具体实施例方式
下面的实施例用来说明但不是限制本发明，其中所有的份额都是重量份。
实施例1-10用于形成在实施例1中所示的本发明的涂层的涂层悬浮液的制备方法如下1)将2.98Kg Carboset 2732与2.75Kg Carboset 1087相混合。
Carboset 2732是具有一种酸值为50毫克KOH/克的树脂和玻璃化温度为21℃的丙烯酸乳液。
Carboset 1087是一种玻璃化温度为105℃的丙烯酸乳液。
然后添加0.06Kg二氧化钛到该上述混合物中，并用旋转锭子(rotastator)搅拌器混合。然后添加0.22Kg Lanco Glidd，2.67Kg Bindzil15/500和0.4Kg Bacote 20并用桨式搅拌器搅拌。再缓慢地加入2.22KgRopaque Ultra的同时搅拌。也加入0.26Kg Ebecryl 1160乳状液和8.43Kg的水。乳状液Ebecryl 1160是先前通过将Ebecryl 1160加入到等量的水和1％的Dowfax表面活性剂中并在高剪切下作用1小时而制得的。
通过添加水，例如80％的水将涂层固体调整到20％。用聚乙烯亚胺聚合物进行底涂的聚丙烯膜层涂上悬浮液。经过干燥后的涂层的最终涂料厚度为每平方米1克。
同样的试验方案也用来制作实施例2-10的涂层悬浮液。显然，其它的试验方案也可适合于制作用于形成本发明的涂层的涂层悬浮液。
表1给出了10组涂层悬浮液的每一组组分，编号为1到10的为涂层混合物，而编号为1a到10a的是干固体含量，即在涂覆膜上的干燥涂层的最终含量。
表1


涂层组分1至10被用于商业上可获得的聚丙烯膜层，并且由膜层形成的受体片用树脂色带进行热转印印刷，表2给出质量等级其中涂层重量是以g/m2来表示。
所用的色带是Sony 5075，打印机是Zebra 140llli Plus。打印速度是每秒6英寸(12厘米)。打印质量从视觉上被评定为从A到F的等级。在最低的加热设置形成的油墨量最大，被定为A级。机器具有从0到30的加热设置，在这个机器上，加热设置10上获得的等级为A。
发现有必要，以商品说明YUPO SGS 85销售的商业上可获得的受体片，使用更高的加热设置15来获得A级的打印质量。
表2


A到C级得到的打印质量是可以接受的，D到F级的打印质量是不令人满意的。我们认为D、E和F的值大多数是因为在某些膜层上使用了较高的涂层重量引起的。较高的涂层重量(例如在1.4或1.5g/m2以上)在一些膜层上看来是让人满意的，但在多数情况下，较低的涂层重量(例如在1.4或1.5g/m2以下)是更令人满意的。也应该意识到的是打印质量可能会受到其它因素的影响，比如被涂覆的膜层中的不规则性，或者是在被涂覆的膜层表面存在灰尘。因此，在一些情况下，为获得令人满意的结果可能要经过多次重复令人不满意的结果。
在上面的实施例中，Ebecryl 1160是由Surface Specialities of Drogenbos Belgium公司提供的提纯的乙氧基化的三羟甲基丙烷的三丙烯酸酯(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)。
Lanco Glid TD是由位于英国剑桥郡的Capricorn Chemicals公司出品的一种具有低分子量聚乙烯蜡在异丙醇里的精细磨碎悬浮液(蜡含量为25.0％±1％)。
Carboset XPD 1087是由西班牙巴塞罗那的BF Goodrich ChemicalSpain公司生产的一种在1.1％的氨水中含有49％的聚合物固体的苯乙烯-丙烯酸共聚物乳状液。
Carboset XPD 2732是由美国俄亥俄州的BF Goodrich Cleveland公司供货的一种在水中含有45％固体的丙烯酸共聚物乳状液Ropaque Ultra是由苯乙烯-丙烯酸共聚物形成的中空的球形聚合物颜料并且是由在水中含有29％-31％的共聚物材料的悬浮液形式供应的，它可以从英国克罗伊登CR93NB的Rohm and Haas(UK)公司得到。
Binzil 15/500是一种在弱碱性水中的不连续的球形二氧化硅颗粒的胶状悬浮液并且可以从瑞典的EKA Chemicals AB Colloidal Silica GroupSE-446-80Bohus公司获得。
WGS92是一种在两面都涂有高光泽度的双轴取向的聚丙烯膜层，它可以从英国的Innovia Films Ltd(Wigton，Cumbria CA79BG)公司的商标为Rayoart的产品中获得。
AWPA 60是一种在两面都涂有高光泽度的双轴取向的聚丙烯膜层，它可以从英国的Innovia Films Ltd(Wigton，Cumbria CA7 9BG)公司的商标为Rayoface的产品中获得。
TC3665是一种空穴化取向(cavitated oriented)的聚丙烯膜层，可以从英国的Innovia Films Ltd(Wigton，Cumbria CA7 9BG)公司获得。
TB2264是一种空穴化取向(cavitated oriented)的聚丙烯膜层，可以从英国的Innovia Films Ltd(Wigton，Cumbria CA7 9BG)公司获得。
C50是一种定向(oriented)的聚丙烯膜层，可以从英国的Innovia FilmsLtd(Wigton，Cumbria CA7 9BG)公司获得。
权利要求
1.一种在聚合物承印物上的涂层，其在该聚合物承印物上形成无孔的印刷受体层，通过由悬浮液形成印刷受体层来调节该印刷受体层的可印性、导热性、玻璃化温度、表面硬度和表面光洁度，该悬浮液含有至少两种丙烯酸乳液的混合物，其中所选择的丙烯酸乳液中至少一种具有20-60克氢氧化钾/克树脂的酸值和小于35℃的玻璃化温度，并且至少一种乳液具有高于90℃的玻璃化温度以便能调节印刷受体层的硬度/玻璃化温度，每一乳液中的丙烯酸聚合物是以不连续相的形式存在以致乳液仅仅是彼此部分混溶，该悬浮液进一步包含作为必要成分的含金属的交联剂，用来交联该丙烯酸乳液并且由此进一步调节印刷受体层的导热性以及表面硬度；中空的聚合物颗粒，用来调节印刷受体层的导热性；以及具有小于100纳米的初级颗粒尺寸的二氧化硅颗粒，用来调节印刷受体层的表面光洁度。
2.根据权利要求1所述的涂层，其中，所述的中空的聚合物颗粒是球形的苯乙烯-丙烯酸颗粒。
3.根据权利要求2所述的涂层，其中，所述的颗粒具有的粒子尺寸范围为0.1至30微米。
4.根据权利要求1至3任一项所述的涂层，其以Ra计的表面光洁度值小于40微米。
5.根据权利要求4所述的涂层，其中，以Ra计的表面光洁度值小于15微米。
6.根据前述任一项权利要求所述的涂层，其中，用来形成涂层的悬浮液具有的固体含量范围为10％-30％。
7.根据权利要求6所述的涂层，其中，用来形成涂层的悬浮液具有的固体含量范围为15％-25％。
8.根据权利要求6或7所述的涂层，其中，在涂敷干燥后，涂层可以达到的重量范围为0.3至1.8克/平方米。
9.根据权利要求8所述的涂层，其中，在涂敷干燥后，涂层可以达到的重量范围为0.4至1.65克/平方米。
10.根据权利要求9所述的涂层，其中，在涂敷干燥后，涂层可以达到的重量范围为0.4至1.5克/平方米。
11.根据权利要求1至10任一项所述的涂层，其中，含金属交联剂为锆基交联剂。
12.根据权利要求11所述的涂层，其中，含金属交联剂为碳酸锆铵。
13.涂覆有根据前述任一项权利要求所述的涂层的一种热记录用印刷受体材料，其中，在聚合物承印物上面已经形成无孔印刷受体层的聚合物承印物是多层膜层。
14.根据权利要求13所述的材料，其中，所述多层膜层包括聚丙烯芯层和从乙烯和丙烯的共聚物或者丙烯、乙烯和丁烯的三元共聚物形成的表皮层。
15.根据权利要求13或14所述的热记录用印刷受体材料，其中，多层膜层是空穴化的膜层。
全文摘要
本发明提供了一种在聚合物承印物上的涂层，其在聚合物承印物上形成了无孔的印刷受体层，通过由悬浮液形成印刷受体层来调节该印刷受体层的可印性、导热性、玻璃化温度、表面硬度和表面光洁度，该悬浮液含有至少两种丙烯酸乳液的混合物，其中所选择的丙烯酸乳液中至少一种具有20－60克氢氧化钾/克树脂的酸值和小于35℃的玻璃化温度，并且至少一种乳液具有高于90℃的玻璃化温度以便能调整印刷受体层的硬度/玻璃化温度，每一种乳液中的丙烯酸聚合物是以不连续相的形式存在，导致乳液仅仅是彼此部分混溶；该悬浮液进一步包括作为必要成分的含金属交联剂，用来交联该丙烯酸乳液并且由此进一步调节印刷受体层的导热性以及表面硬度；中空的聚合物颗粒，用来调节印刷受体层的导热性；以及具有小于100纳米的原始颗粒尺寸的二氧化硅颗粒，用来调节印刷受体层的表面光洁度。
文档编号B41M5/40GK101068685SQ200580041516
公开日2007年11月7日 申请日期2005年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者伊娃·克洛利, 西蒙·詹姆斯·里德 申请人:伊诺维亚薄膜有限公司