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CN103097143A - 可激光打印介质及其使用方法 - Google Patents

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CN103097143A CN2011800416702A CN201180041670A CN103097143A CN 103097143 A CN103097143 A CN 103097143A CN 2011800416702 A CN2011800416702 A CN 2011800416702A CN 201180041670 A CN201180041670 A CN 201180041670A CN 103097143 A CN103097143 A CN 103097143A
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3M Innovative Properties Co
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Abstract

本发明涉及一种针对可激光打印介质的成像方法和用于所述方法中的介质。

Description

可激光打印介质及其使用方法
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求于2010年8月27日提交的美国临时申请No.61/377,815的优先权。
技术领域
本发明涉及可激光打印介质，具体地讲，涉及基于聚烯烃的可激光打印介质及其使用方法。
背景技术
针对附着到粗糙和弯曲的表面以及受到动态挠曲的表面，适形膜标签优选于纸标签。适形膜通常具有低刚度，并且可容易拉伸并具有低水平弹性回复率。例如，诸如PVC的适形膜材料用于需要适形性能的应用中，例如，佩戴在衣服上的姓名牌和具有弯曲的表面的笔记本计算机和蜂窝电话的装饰性“表皮”。
因为考虑到潜在的环境冲击，所以需要PVC的替代品。在许多应用中，软聚烯烃膜已被提议作为PVC的替代，但由于聚烯烃膜与PVC相比具有较差温度抗性，因此它们不能成功地用于使用激光打印的应用中。例如，当暴露于彩色激光打印机的高温度条件(通常大约约150℃)时，所述膜常常收缩、变形、熔融或粘贴到成像装置，从而产生不美观的产品(最好的结果)和导致根本不能成像(最坏的结果)。
已经提出了制备适于结合激光打印使用的基于聚烯烃的标签的多种方法。例如，美国专利No.5,543,191(Dronzek，Jr.等人)公开了使用激光打印机打印的片材，其中，所述片材是具有平衡的热膨胀和收缩特性的多层膜构造。美国专利No.5,830,571(Mann等人)公开了包括例如交联聚烯烃或尼龙-6外层的耐热面材的构造。
然而，目前为止，这些方法都不能实现所需性能。存在对可利用激光打印机成像以生产良好质量的、美观的标签的高性价比适形标签的需要。
发明内容
本发明提供适形介质，其可通过激光打印成像以产出适形的、美观的带有图像的介质。本发明还提供一种生产所述带有图像的介质的方法。
简单地概括之，本发明的可激光打印介质包括具有第一和第二主表面的基于聚烯烃的片材以及在所述第一主表面的至少一部分上的多孔成像层。可选地，所述介质可还包括在其第二主表面上的粘合剂层，并且在一些所述实施例中，进一步可选地包括覆盖所述粘合剂的保护隔离衬垫。简单地概括之，本发明的方法包括提供这种激光介质并使其经过激光打印机从而在成像层上打印图像。
本发明适于制备用于所需应用中的标签，例如，佩戴在衣服上的姓名牌。
附图说明
结合附图对本发明进行进一步说明，其中：
图1是本发明的示例性可激光打印介质的一部分的理想化剖视图；
这些图未按比例绘制，它们仅是用于展示，并不限制本发明。
具体实施方式
本发明的可激光打印介质的示例性实施例示于图1中，其中可激光打印介质10包括具有第一或正主表面14和第二或背主表面16的片材12。介质10还包括在正主表面14上的成像层18。在图示实施例中，介质10还包括在背主表面16上的可选粘合剂20，并且所述可选粘合剂20被可移除保护衬垫22覆盖。
片材
所述片材包括聚烯烃，并且在某些情况下，可大致由聚烯烃构成。通常聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯以及它们的组合。适于用作片材的聚烯烃的代表性而非排它性的列表包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯(例如，聚1-丁烯)、乙烯共聚物(诸如直链低密度聚乙烯和乙烯与另一单体或多个单体(例如，己烯、丁烯、辛烯等)的其它共聚物)、丙烯共聚物、丁烯共聚物和它们的相容混合物。如果两个聚合物材料能够以紧密和永久的物理缔合形式存在而不表现出严重的聚合物离析现象，则认为它们是“相容的”。认为宏观水平上异质的共混聚合物是不相容的。
片材可还包括根据需要改变所得介质的特性的共聚物，例如，高碳链烯烃，以产出更软、更适形的片材。
本发明的一个优点是可使用非交联聚烯烃，例如，在所述片材中的聚烯烃材料可基本上不含任何交联键。因为交联键的相对刚性效果，所以在本发明的所述实施例中，其可用于实现高度适形的成像介质。
片材的厚度通常优选地在约30和约100微米之间，但是如果需要的话，可使用具有其它厚度的片材。
通常片材优选地具有大于约100％，并且更优选地大于约300％的断裂拉伸伸长率(ASTM D638)。
应该理解的是，片材还可含有增塑剂、抗氧化剂、稳定剂、UV稳定剂和其它添加剂。
在某些情况下，可按照引起气泡或空隙的方式处理所述片材，使得所述片材变白。
在一些实施例中，可按照多层形式(例如，作为共挤出多层膜)制造包括聚烯烃膜的合适的片材膜，使得一个或多个外层的组合物与一个或多个内层的组合物不同。多层膜的外层可被修改为优化诸如光泽度、光滑度、电阻率、针对后续涂料的粘合力等的表面特性，但是片材的整体特性大部分通过聚烯烃的特性限定。所述多层材料在本文中有时被称作聚烯烃片材。
片材的表面可被暴露到电晕放电或者以其它方式改性以提高后续涂料的粘合力。
根据需要，聚烯烃片材可为基本透明、半透明、白色或其它颜色。本领域技术人员应该理解，理想的颜色、不透明度等可通过包含染色剂(例如，染料和/或颜料)来实现。
通常，所述片材将基本不含PVC，即，其将不含有任何PVC。
成像层
所述成像层是包括粘结剂和无定形沉淀二氧化硅的多孔层。在一些优选的实施例中，还将包括气相法二氧化硅(fumed silica)。所述粘结剂优选为水基乙烯-丙烯酸共聚物分散体或乙烯-醋酸乙烯共聚物分散体。然而，可使用可提供柔性和耐用的膜(当所得的介质片材弯曲或拉伸时所述膜不剥落或断裂)的任何聚合物粘结剂。
成像层的孔隙度可通过空隙体积来表征，所述空隙体积在ASTM D792被定义为整体涂层的密度除以百分比表示的固体组分的平均密度。所述空隙体积可由涂层组分的已知固体密度和涂层的整体密度的测量来计算得到。作为另外一种选择，所述空隙体积可通过如下步骤进行测量：对涂层称重，然后用已知密度的液体浸透所述涂层，以及再称重，如ASTM D792中的描述。在约20％至约90％的范围内的空隙体积是通常优选的。
二氧化硅与粘结剂的重量百分率可在约3.5∶1至约0.5∶1的范围内，并且优选地在约2∶1至约1∶1的范围内。
成像层的厚度通常为约10至约60微米，优选地约20至约40微米。
所述粘结剂可为来自从可涂布到聚烯烃片材上并且可附着到其中含有二氧化硅粒子的材料的基于水的或基于有机溶剂的系统的任何聚合物。优选地，所述粘结剂是防水的，但是可被水基分散体涂布。合适的粘结剂的非限制性实例包括乙烯-丙烯酸共聚物和它们的盐、苯乙烯-丙烯酸共聚物和它们的盐、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇和含有其它(甲基)丙烯酸部分的聚合物。
粘结剂将二氧化硅保持在成像层中。本发明中可用的二氧化硅包括仅无定形沉淀二氧化硅或其与气相法二氧化硅的混合物。
所述二氧化硅具有的通常原生颗粒尺寸的范围为约15nm至约6μm。这些颗粒尺寸具有大的范围，这是因为在本发明中可用两种不同类型的二氧化硅。可选的气相法二氧化硅与无定形沉淀二氧化硅相比具有小得多的颗粒尺寸，并且当二者均存在时，其通常占二氧化硅的混合物的较少比例。一般说来，当混合物中存在二者时，二氧化硅的重量比(无定形：气相法)在大于约1∶1的范围内，并且优选地在大于约3∶1的范围内。
合适的无定形沉淀二氧化硅可商购获得，诸如购自德固萨公司(Degussa Corporation)的FK-3二氧化硅和购自诸如赢创公司(EvonikCorporation)和格雷斯公司(W.R.Grace Corporation)的来源的类似材料。
合适的气相法二氧化硅可商购获得，诸如购自美国伊利诺伊州塔斯科拉的卡博特公司(Cabot Corp.)的
Figure BDA00002864811200051
二氧化硅以及购自赢创公司的
Figure BDA00002864811200052
MOX170二氧化硅。
成像层被构造为涂覆一定范围重量比的二氧化硅与粘结剂，并且按照一定范围的涂层重量进行涂覆，以使得干燥的层用作绝热层以防护介质的下层聚烯烃片材使其免受激光打印机或复印机的定影辊的热。涂层的绝热效果将下层聚烯烃膜的散热片效果最小化，这样可导致较差的调色剂定影效果。二氧化硅与粘结剂的重量比也必须平衡以提供足够柔性、耐久和不易碎的涂层。针对具体实施例的合适的重量比可被本领域技术人员容易地选择。
可以进一步选择二氧化硅与粘结剂的比率和粘结剂的化学性质以使得涂层当经过激光打印机或复印机的热定影辊部分时不变成明显发粘或粘性的。
在美国专利No.6,114,022(Warner等人)中公开的成像层可用在本发明的介质上。虽然所述参考文献教导了它们在喷墨介质中的应用，但是现在仅它们在激光打印介质中的应用和在其中获得的意外结果被认识到。
制备成像层的方法
可利用大约5％和40％之间的固体的分散体通过多种公知涂布方法的任何一种涂布到聚烯烃片材上，所述涂布方法包括例如刮涂、迈耶棒涂布、凹版印刷涂布和狭缝式模头挤出涂布。
在一个实施例中，可通过在隔离衬垫上涂布粘合剂、将聚烯烃片材层合到所述粘合剂上以及随后将成像层涂覆到聚烯烃膜的外露表面上来构造可激光打印介质。
在另一个实施例中，可将聚烯烃膜层合到转印衬垫上的粘合剂上，并且随后在涂布成像层之前或之后转印到最终隔离衬垫上。
可选的粘合剂层和可选的隔离衬垫
可激光打印的片材可选地但优选地具有在聚烯烃片材的相对主表面上的粘合剂层，同样，所述聚烯烃片材的相对主表面可选地但优选地被隔离衬垫保护。在成像之后，所述片材可附着到包括衣服、笔记本计算机、蜂窝电话的水平或竖直的、内或外表面上，以警告、辨识、装饰、教育、娱乐、广告等。
粘合剂和隔离衬垫的选择取决于图像图形所需的用途。
压敏粘合剂可为附着到物品的隔膜和表面二者上的任何常规的压敏粘合剂，其中，具有永久、精确图像的喷墨受体介质被指定布置在所述物品的隔膜和表面上。压敏粘合剂总体上在Satas，Ed.的压敏粘合剂手册(第2版)(Handbook of Pressure Sensitive Adhesives2nd Ed.)(由范·Nostrand莱因霍尔德(Von Nostrand Reinhold)于1989出版)中被描述，该文献以引用方式被全文并入本文中。压敏粘合剂可从多个来源商购获得。尤其优选的是可从3M公司商购获得的丙烯酸酯压敏粘合剂，并且所述丙烯酸酯压敏粘合剂总体在以下专利中描述：美国专利No.4,605,592(Paquette等人)；No.5,045,386(Stan等人)；No.5,141,797(Wheeler)；和No.5,229,207(Paquette等人)；以及欧洲专利公布EP0570515B1(Steelman等人)。
隔离衬垫也是熟知的，并且可从多个来源商购获得。隔离衬垫的非限制性实例包括：硅树脂涂布的牛皮纸；硅树脂涂布的聚乙烯涂布的纸；硅树脂涂布或未涂布的诸如聚乙烯或聚丙烯的聚合物材料；以及涂布有诸如硅树脂脲、聚氨酯和长链烷基丙烯酸酯的聚合物隔离剂的上述基材(诸如在所述美国专利No.3,957,724(Schurb等人)、No.3,997,702(Schurb等人)、No.4,313,988(Koshar等人)、No.4,567,073(Larson等人)、No.4,614,667(Larson等人)、No.5,202,190(Kantner等人)和No.5,290,615(Tushaus等人)中限定的那些，所述专利的公开以引用方式并入本文)以及以POLY
Figure BDA00002864811200061
隔离衬垫从耐恒有限公司(Loparex LLC)(前身是雷克山姆公司(Rexam Release))和以
Figure BDA00002864811200062
隔离衬垫从P.H.格来特菲特公司(P.H.Glatfelter Company)商购获得的那些衬垫。
应用
本发明的可激光打印介质可利用市售的激光打印机和复印机成像或打印，所述市售的激光打印机和复印机例如由惠普(Hewlett Packard)、施乐(Xerox)、利盟(Lexmark)、兄弟(Brother)、佳能(Canon)和三星(Samsung)制造的打印机。可使用彩色和单色激光打印机二者。
通常，利用激光打印机或激光复印机打印的步骤包括：1)在感光成像鼓上形成潜像；2)将调色剂按照成像方式施加到潜像上；3)将调色剂从成像鼓(有时通过直接接触，有时通过转印带)转印到介质的正面上；和4)诸如利用定影辊通过施加压力和热(例如，通常至少约150℃的温度，在一些实施例中，至少约200℃的温度)将图像定影到介质上。
可按照包括辊和片材(例如，标准信纸大小、A4或其它)的多种熟知的构造的任何一种使用本发明的介质。应该理解，可按照具有理想的尺寸和形状的标签形式制备本发明的介质，例如，所述聚烯烃片材可包括在单个衬垫上的例如孔眼线、部分或完整的狭缝等的一个或多个弱化或完整的分离细纹。
实例
在以下示例性实例中进一步解释本发明。
将可得自罗舍国际公司(Rocheux International)的白色的80微米厚的聚丙烯膜利用可得自氰特公司(Cytec Corp.)的永久丙烯酸粘合剂层合到78lb(35kg)的粘土涂布的牛皮纸/硅树脂隔离衬垫上。
在实验室将该标签纸如下所述地进行顶部涂布，以制备本发明的介质。用于形成本发明的成像层的涂料组合物如下制备：将4.0g去离子水与40.5g沉淀无定形二氧化硅(Evonik310二氧化硅-15％预混物水溶液)和16.9g第二等级无定形沉淀二氧化硅(Evonik
Figure BDA00002864811200072
500LS(12.5％预混物水溶液)混合。在该混合物中加入：3.3g的25％聚乙烯醇水溶液(
Figure BDA00002864811200073
24203)、3.1g的35％聚乙烯基吡咯烷酮水溶液(
Figure BDA00002864811200074
K-60)、0.7g的20％聚二烯丙基二甲基水溶液(
Figure BDA00002864811200075
4440)和6.1g的55％乙烯醋酸乙烯胶乳水溶液(
Figure BDA00002864811200076
920)。在彻底混合之后，所得的涂料组合物被利用刮刀式涂胶机按照一定厚度涂覆到聚烯烃标签纸上，计算所述厚度以获得1.2g/ft2(13g/m2)的干涂层重量。将所述涂层在150°F(66℃)烘箱中干燥2分钟。
标签纸的经涂布的片材在HP CP1215激光打印机中成像，在默认白纸设置下具有优秀的图像质量。相同标签纸的未经涂布的片材具有极差(斑驳的和有污痕的)的图像。
尽管对本发明结合其优选实施例并参照附图进行了全面描述，应注意各种变化和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。这种变化和修改应理解为包含于由所附权利要求书所定义的本发明的范围内，除非它们脱离本发明的范围。本文引用的所有专利、专利文档和专利公开的完整公开内容均以引用方式并入。

Claims (25)

1.一种成像方法，包括：(a)提供可激光打印介质，所述可激光打印介质包括具有第一和第二主表面的聚烯烃片材和包括在所述第一主表面的至少一部分上的无定形沉淀二氧化硅的多孔成像层；(b)使所述介质经过激光打印机并且在所述成像层上打印。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚烯烃片材包括从聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丁烯共聚物以及它们的混合物构成的组中选择的聚烯烃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚烯烃片材主要由聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯共聚物、丙烯共聚物、丁烯共聚物以及它们的混合物构成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚烯烃片材的所述聚烯烃成分是基本非交联的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚烯烃片材的厚度为从约30至约100微米。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据ASTM D638测量，所述聚烯烃片材的断裂拉伸伸长率为大于约100％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，根据ASTM D638测量，所述聚烯烃片材的断裂拉伸伸长率为大于约300％。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚烯烃片材是多层的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像层包括粘结剂和无定形沉淀二氧化硅。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述粘结剂是水基乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯乙酸乙烯酯共聚物分散体。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括气相法二氧化硅。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无定形二氧化硅与所述气相法二氧化硅的重量比大于约1∶1。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无定形二氧化硅与所述气相法二氧化硅的重量比大于约3∶1。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，二氧化硅与粘结剂的重量百分率为约3.5∶1至约0.5∶1。
15.根据权利要求9所述的方法，其中，二氧化硅与粘结剂的重量百分率为约2∶1至约1∶1。
16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述二氧化硅的原生颗粒尺寸为约15nm至约60μm。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像层的厚度为约10至约60微米。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像层的厚度为约20至约40微米。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，根据ASTM D792测量，所述成像层的空隙体积为约20％至约90％。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介质还包括在所述第二主表面的至少一部分上的粘合剂。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述介质还包括覆盖所述粘合剂的隔离衬垫。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括将所述隔离衬垫从所述介质分离，以及利用所述粘合剂将所述介质粘附到基底上。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介质按照卷筒形式构造。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介质按照片材形式构造。
25.一种通过根据权利要求1至24中任一项所述的方法形成的打印标签、标贴或贴花。
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