CN101171552A - 电子照相介质组合物 - Google Patents

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Abstract

公开一种电子照相介质组合物(12，12’)。该组合物包括摩擦控制剂和离子导电助剂。

Description

电子照相介质组合物
技术领域
本发明主要涉及电子照相印刷介质组合物，尤其涉及一种包括摩擦控制剂和电荷控制剂的电子照相介质组合物。
背景技术
电子照相印刷包括具有介质传输系统的设备。一般地，先从存储盒中获取单张介质，然后传输至感光体/传送带和熔融辊(fuser)完成成像过程。先进的彩色电子照相印刷设备通常装备有不同颜色调色剂的卡盒和双面印刷部件(duplexer)，使其可以在单张介质的两面上同时印刷。在某些情况下，双面印刷部件的加入包含了更为复杂的介质通道。该印刷设备内部的传输系统将更容易出现介质“堵塞(干扰)(jam)”现象。
介质“堵塞”包括在介质传输过程中出现的多种潜在的问题。当设备的捡拾辊或真空带没能从介质盒中取出一张介质时会导致“未引纸”堵塞现象。而如果一次从介质存储盒中取出多张介质会出现“多次引纸”堵塞现象。介质传输通道中介质错位导致“交叉堵塞”。在设备的特定部位(如，输入盘)出现问题时可能导致输入盘堵塞、输出盘堵塞、定位堵塞、传输带堵塞或熔融辊堵塞。在某些情况下，每种堵塞都可能产生劣质的印刷质量、印刷设备的关闭和/或对设备的潜在损坏。在某些情况下，上述“堵塞”可能是由于介质通道的设计、介质材料的选择、印刷参数、环境或介质储存参数和/或其组合所致。
另外，在某些情况下，在彩色电子照相印刷中用来获取优质图像效果的涂层纸对于在高速彩色电子照相印刷期间要达到好的运行能力或供纸(即更少的卡纸)更成问题。
因此，希望提供一种电子照相介质组合物，其能提供这样一种纸张运行能力，以基本上避免或减少设备中的堵塞。
发明内容
披露了一种电子照相介质组合物。该组合物包括混合在一起的摩擦控制剂和离子导电助剂。
附图的简要说明
通过参考以下发明详述和附图(其中相同的附图标记对应相似但不一定是相同的部件)，本发明的目的、特征和有益效果将变得显而易见。为简明起见，已经描述过其功能的附图标记在随后的附图中出现时不一定进行描述。
图1是一个电子照相印刷系统的实施方案的示意图；和
图2是一个电子照相印刷系统的可选实施方案的示意图。
发明详述
电子照相印刷介质组合物的实施方案适合用作基体上的涂层。涂过的基材可以有利地用到许多设备中如高速彩色电子照相印刷设备。不限于任何理论，据信摩擦控制剂与静电控制和基材料强度控制结合，可以提供广泛环境条件下在高速电子照相印刷设备中具有良好运行能力的印刷介质。
图1示出电子照相印刷体系10的实施方案。该体系10包括使电子照相印刷介质组合物12位于基材18的相反面14和16的实施方式。
在一个实施方案中，基材18是纸。该纸可以由重量为约60克/m2(gsm)至约300gsm的织物原料制备。在一个非限制性例子中，重量为约70gsm至约200gsm。
该纸质基材18也可以包括任意合适的木质或非木质的浆料13。合适的浆料13的非限制性例子包括磨木浆、亚硫酸盐纸浆、化学磨浆、精磨浆、热机械处理浆料和/或其混合物。例如，浆料13中也可以引入填料15，以有力地控制最终所得的涂层纸的物理性能。填料15的例子包括，但不限于碳酸钙磨料、沉淀碳酸钙、二氧化钛、高岭土、粘土、氧化硅和/或其混合物。应该理解可以使用任意合适量的填料15。在一个实施方式中，填料15的量为基材18的约0wt％至约20wt％，且在另一个实施方案中，填料15的量为基材18的约5wt％至约15wt％。
制备基材18时(如纸料)，希望内施胶和表面施胶。该工艺可有利地提高基材18中纤维的内部粘结强度，也可以有利地控制涂层基材18的对于潮湿、穿透以及水性液体的吸收(在一个非限制性例子中，在高湿环境下水蒸汽导致多纸堵塞)的抵抗能力。内施胶可以通过向基材18的润湿端中加入施胶剂17完成。施胶剂17的非限制性例子包括松香基施胶剂、蜡基施胶剂、纤维素反应性施胶剂和其它合成的施胶剂和/或其混合物。应该理解，表面施胶剂的类型和用量可以有利地提高基材纸料的抗湿性，并可以改变其硬度。
表面施胶(即向成型的(formatted)纸轴上施加施胶剂)可以用薄膜施胶、浸泡施胶和其它表面技术实现。
纸料18的硬度与纸的厚度至少部分相关。应该理解，在浆料和填料组合物基本相同的情况下，纸(caliper)的厚度越薄，则硬度越小。为了提高运行能力，可以控制纸料18的硬度或它的抗挠刚度，这部分是因为最终体系10的硬度取决于纸料18的硬度。硬度至少部分由浆料13中纤维的物理性质和组成以及相对于填料15中纤维的百分比决定。可以使用如TAPPI T489OM-92中的方法，用泰伯型硬度测试仪测定纸料18和体系10的硬度。
在一个实施方案中，利用在纸加工方向的硬度在约1泰伯硬度单位(克厘米)至约25泰伯硬度单位范围，而与纸加工垂直方向的硬度在约1泰伯硬度单位至约15泰伯硬度单位范围的纸和体系10的硬度的实施方案，可以获得高速双面印刷中的低堵塞率(每输送1000张片材出现的故障少于1次)。另一个实施方案中，体系10在纸加工方向的硬度在约2泰伯硬度单位至约18泰伯硬度单位范围，而与纸加工垂直方向的硬度在约1.5泰伯硬度单位至约10泰伯硬度单位范围。
一般而言，异常(高或低)的温度和湿度环境会造成印刷设备中的卡纸。例如，较23℃和50％相对湿度的常规环境下运行，彩色电子照相印刷机在10℃、15％的相对湿度和30℃、80％相对湿度下往往表现出更高的卡纸率。不限于任何理论，据信在低温和低的相对湿度环境下，介质表面的静电荷会过多地聚集。该静电力会使两张或多张纸粘附在一起，产生多纸堵塞。较低的表面电阻和体积电阻值可以有助于静电荷的迅速减少。然而，一些情况下，低的电阻值有时会产生调色剂传输效率的问题，其将降低印刷图像的颜色密度。
因此，发现优化的表明电阻率和体积电阻率是理想的。在一个23℃和50％湿度的环境下的实施方案中，表面电阻率优选为约7×108至约5×1010OHM/平方，和可选择地优选为约1.0×109至约8.0×109OHM/平方。在相同的环境下，体积电阻率优选为约5.0×108至约1.0×1012OHM cm，且可选择地优选为约1.0×109至约5.0×1010OHM cm。在温度和湿度分别低于15℃和10％的另一个可选实施方案中，表面电阻率优选为约5.0×1012至约1.0×1015OHM/平方，且可选择地优选为约7.0×1012至1.0×1014OHM/平方；体积电阻率优选为约1.0×1013至约1.0×1015OHM cm，且可选择地优选为约5.0×1013至约5.0×1014OHM cm。普通的纸料和表面涂敷配方的电阻率一般要高于这里的实施方案中的电阻率。
电子照相介质组合物12的实施方案中包括用于配制图像接收层22的摩擦控制剂和离子导电助剂。应该理解，任何合适的离子导电助剂都可以使用。在一个实施方案中，离子导电助剂是一种无机电解质和有机电解质。应该理解电解质将有助于控制组合物12和体系10的电阻率。合适的电解质的非限制性实例包括氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、季铵盐、聚合物电解质、聚苯乙烯磺酸钠盐、聚苯乙烯磺酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酸铵盐、聚甲基丙烯酸钠盐、聚甲基丙烯酸铵盐、聚乙烯基磺酸钠盐、聚乙烯基磺酸铵盐、聚乙烯基磷酸钠盐、聚乙烯基磷酸铵盐和/或其组合。
在高温和高的相对湿度环境下(如30℃和80％相对湿度下)，湿气进入介质储存器中介质间的缝隙中，和或者在涂层和基料的内部，或者在已涂布的纸的最外层的表面上将湿气吸收。至少部分由于在表面和空气之间的水压平衡的不同，纸粘附在一起。为了基本上控制介质表面上的湿气度和为了降低表面张力，该组合物12(例如图像接收层22)还包括摩擦控制剂以及电荷控制剂(即前述的离子导电助剂)。该摩擦控制剂可以是聚合乳剂、聚合物分散体或它们的组合的物理形式。在另一个实施方案中，该摩擦控制剂可以是聚合粉末的物理形式。该摩擦控制剂的非限制性实例包括巴西棕榈蜡、褐煤腊、石蜡、来自原油馏分的微晶蜡、合成聚合物和/或它们的组合。
合成的聚合物例子包括，但是不限于这些具有聚烯烃主链结构的聚合物，例如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯。其它合成的聚合物例子包括聚卤代烃化合物和聚氟代烃化合物如聚四氟乙烯。
除了上述摩擦控制剂和电荷控制剂(离子导电助剂)之外，图像接收层22可以包括其它化学成分如无机颜料、聚合物粘合剂和特殊功能的涂料添加剂。
无机颜料包括粉末状或浆料状颗粒物。这些材料的非限制性实例包括二氧化钛、水合氧化铝、碳酸钙、硫酸钡、硅石、粘土、硅铝酸盐、氧化铝、勃姆石、假勃姆石、氧化锌及它们的组合。
聚合粘结剂通常指用于在图像接收层22的无机颗粒和其它组份之间提供粘附力的聚合物组份。粘结剂也可以在图像接收层22和其它层(如图2中所示的底涂层20)之间提供粘附力。在一个实施方案中，该粘合剂可以是水溶性聚合物或水分散聚合胶乳。合适的粘合剂的非限制性实例包括苯乙烯丁二烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯、其共聚物以及它们的组合。
应该理解，当通过片材转换处理(converting processing)所得的片材硬度和周边质地在该实施方案中的范围时，片材运行能力可以用片材之间以及片材和橡胶(如果用橡胶引纸辊引纸纸张)之间的摩擦系数(COF)来表征。该COF是指示介质化学和物理性质的综合指数，其实例包括，但是不限于表面极性、表面光滑度、空气渗透率、介质的湿润度等。在一个实施方案中，在23℃和50％湿度下片材之间的静COF为约0.30至约0.55，且可选择地为约0.35至约0.50，在23℃和50％湿度下片材之间的动COF为约0.15至约为0.50，且可选择地为约0.20至约为0.45。不限于任何理论，相信太高或太低(即此处实施方案中以外的范围)的COF有时会引起多纸或“未引纸”堵塞。
图像接收层22中摩擦控制剂的加入可有助于将体系10的COF值维持在实施方案中合适的范围内。在一个非限制性例子中，使用非极性烃合成聚合物乳液或分散液，如高密度或低密度聚乙烯。聚乙烯的合适的例子包括MICHEMEmulsion乳液、MICHEM Lube润滑剂和MICHEM Shield，它们均可从俄亥俄州辛辛那提的Michelman Inc.获得。该摩擦控制剂可以作为润滑剂、抗滑剂和防水剂，这样将COF值控制在优选范围内，并且可以显著缩小COF值随环境变化带来的变动。在该实施方案中，该摩擦控制剂为乳液或分散液的形式，其平均粒径为约0.1至约1微米，在另一个实施方案中为约0.3至约0.5微米。在该实施例中，基于层22中100份干重颜料，摩擦控制剂在图像接收层22中的含量为约0.2至约2重量份。
在另一个实施方案中，该摩擦控制剂是物理形状为固态微粒的具有高分子量的合成聚合物，例如高密度聚乙烯粉末。在该例子中，摩擦控制剂的粒径为约1微米至约20微米，且可选择地优选为约5微米至约10微米。在使用聚烯烃的具体例子中，该摩擦控制剂是平均分子量为约300,000至约600,000的碳氢主链聚合物。
在一个实施方案中，图像接收层22中基于100份干重无机颜料，摩擦控制剂的含量为约0.5至约5重量份，且可选择地为约0.7至约2.0重量份。
应该理解，该摩擦控制剂(例如，粉末状)至少部分可以基于机械性能选择。在一个实施方案中，弹性模量(通过ASTM D790测量)值的范围为约180Mpa至约300Mpa，而Shore硬度为约40至约60(通过ASTM D2240方法测量)。而且，该摩擦控制剂的熔点一般在约50℃至约150℃之间，在一个实施方案中，熔点为约90℃至约130℃之间。
如图2所示，该体系10可任选地包括一建立在图像接受层22和基材18两侧14、16之间的底涂层20，图像接受层22建立在涂层上。由此，如图2所示的构图12’包括图像接受层22和底涂层20。在一个实施方案中，该底涂层20包括一离子导电辅助物，如上文中提到的无机和有机电解质。该底涂层20也可包括上述的那些聚合物粘合剂和无机颜料。
而且，在涂层20和图像接受层22的之一或二者可有少量的涂布添加剂。这些添加剂包括但不局限于如下物质：控制纸色的染料，光学增亮剂，表面活性剂，流变改性剂，交联剂，消泡剂，和/或分散剂，和或它们的组合。
在生成体系10的方法的实施方案中，图像接受层22形成(establish)于基材12相对侧14与16中之一或二者上。在一替代方案中，该底涂层20形成于基材18相对侧14，16中之一或二者上，且该图像接受层22形成在每个涂层20上。应该理解，任选的涂层20和图像接受层22可以通过任何合适的方式形成。在一实施方式中，层20、层22可以通过沉积或制备方法形成。沉积技术/制备过程的一些非限定的例子包括：辊式涂布、常规的缝口喷注过程(slot-die)，刮刀涂布、挠性刮刀涂布、刮棒涂布、剪切刮棒涂布、缝口喷注级联涂布、料坑涂布、帘式涂层和/或其他可比的方式，包括那些使用循环和非循环涂布技术。在一些情况下，喷涂、浸涂、和/或流延涂布(cast-coating)技术也适用于沉积。
而且，尽管图2表示在基材18上14、16两侧的任选涂层20和图像接受层22(组成5层体系)，但应该理解具有或没有涂层20的图像接受层22，根据需要，可以单独在基材18的一侧14或16上。在另一个实施方式中，该图像接受层22可以直接形成在基材18的16、14侧上，16、14侧与形成了层20、22的14、16侧相反。
应理解，如果存在涂层20时，涂层20和/或图像接收层22可以是任意合适的厚度。在一个实施方案中，层20、22的厚度各为约5μm至约30μm，且在另一可选实施例中，层20、22的厚度各为约81μm至约15μm。
任选的底涂层20以及图像接收层22可以以一层或多层同时施加，位于14、16侧的层20、22的各涂层重量为约5g/m2至约30g/m2，或可选择地约8g/m2至约15g/m2。在一个实施方案中，形成各层20、22的涂层色料(即在涂布并干燥前呈液态的涂料)的固含量为约60wt％至约75wt％。形成各层20、22的涂层色料的粘度用低剪切力Brookfield粘度计在100rpm转速下测得为约300cps至约1500cps，或用高剪切力Hercules粘度计在4500rpm转速下测得为约30cps至约40cps。
应该理解，一旦层22(且任选为20)形成时，它们可以通过对流、传导、红外辐射、大气暴露或其它方法干燥。而且，一旦需要应用层22(且任选为20)时，可以用砑光方法获得所需的光泽度或表面光滑度。该砑光设备可以是一台独立的超级砑光机、在线软压(soft nip)砑光单元、脱线软压(soft nip)砑光机等。
电子照相介质组合物12，12’以及体系10的实施方案包括，但不限于以下优点。该组合物12，12’可以形成于基材18上，这可以用在高速彩色电子照相印刷上。不限于任何理论，据信摩擦控制剂、基材18硬度控制、通过离子导电助剂进行静电荷控制等手段之一或这些手段的结合，为高速电子照相印刷设备提供了在宽广环境条件下具有良好运行性能的印刷介质。
尽管本发明详细描述了几个实施方案，但是对于所披露的实施方案进行变换对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，前述描述是示例性的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种用于电子照相印刷的体系(10)，该体系(10)包括：
基材(18)；和
形成于基材(18)至少一侧(14，16)的图像接收层(22)，图像接收层(22)中具有至少一种摩擦控制剂和至少一种离子导电助剂。
2.如权利要求1所述的体系(10)，其中涂层(20)形成于图像接收层(22)与基材(18)的至少一侧(14，16)之间，该涂层(20)具有至少一种离子导电助剂。
3.如权利要求2所述的体系(10)，其中第二涂层(20)形成于与基材(18)的一侧(14，16)相反的一侧(16，14)上，且其中第二图像接收层(22)形成于第二涂层(20)上，从而形成五层的体系(10)。
4.如权利要求1至3任一项所述的体系(10)，其中离子导电助剂包括无机或有机电解质，其中图像接收层(22)和涂层(20)中的至少一层还包括至少一种无机颜料和聚合物粘合剂。
5.如权利要求1至4任一项所述的体系(10)，其中体系(10)在纸加工方向的硬度在约1泰伯硬度单位(克厘米)至约25泰伯硬度单位范围，而与抄纸垂直方向的硬度在约1泰伯硬度单位至约15泰伯硬度单位范围。
6.如权利要求1至5任一项所述的体系(10)，其中体系(10)在约23℃和约50％湿度下片材之间的静摩擦系数为约0.30至约0.55。
7.如权利要求1至6任一项所述的体系(10)，其中体系(10)在约23℃和约50％湿度下片材之间的动摩擦系数为约0.15至约0.50。
8.如权利要求1至7任一项所述的体系(10)，其中离子导电助剂适于基本上控制体系(10)的电阻率。
9.如权利要求8所述的体系(10)，其中在约23℃和约50％相对湿度下，电阻控制成表面电阻率在约7×108至约5×1010OHM/平方，且体积电阻率控制在约5.0×108至约1.0×1012OHM cm范围内。
10.如权利要求8所述的体系(10)，其中在约15℃和约10％相对湿度下，电阻控制成表面电阻率在约5×1012至约1×1015OHM/平方，且体积电阻率在约1.0×1013至约1.0×1015OHMcm范围内。
11.一种电子照相介质组合物(12，12’)，包含：
摩擦控制剂；和
与摩擦控制剂混合的离子导电助剂。
12.如权利要求11所述的电子照相介质组合物(12，12’)，其中摩擦控制剂和离子导电助剂形成第一层(22)，以及该组合物(12，12’)还包括第二层(20)，第二层(20)包括离子导电助剂以及至少一种无机颜料和聚合粘合剂。
13.如权利要求11和12任一项所述的电子照相介质组合物(12，12’)，进一步包括至少一种无机颜料和聚合粘合剂。
14.如权利要求11至13任一项所述的电子照相介质组合物(12，12’)，其中离子导电助剂包括无机或有机电解质，其中电解质是氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、季铵盐、聚合物电解质、聚苯乙烯磺酸钠盐、聚苯乙烯磺酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酸铵盐、聚甲基丙烯酸钠盐、聚甲基丙烯酸铵盐、聚乙烯基磺酸钠盐、聚乙烯基磺酸铵盐、聚乙烯基磷酸钠盐、聚乙烯基磷酸铵盐中和/或它们的组合中的至少一种。
15.一种制备电子照相印刷的体系(10)的方法，该方法包括：
提供具有两相对侧(14，16)的基材(18)；和
在基材(18)的两个相对侧(14，16)中的至少一侧上形成图像接收层(22)，图像接收层(22)中含有摩擦控制剂和离子导电助剂。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括在图像接收层(22)与基材(18)的两相对侧(14，16)的至少一侧之间形成涂层(20)，涂层(20)中含有电解质。
17.如权利要求16所述的方法，在图像接收层(22)与基材(18)的两相对侧(14，16)的至少一侧之间形成涂层(20)之前，进一步包括将至少一种电解质与至少一种无机颜料和聚合粘合剂混合形成涂层(20)。
18.如权利要求15所述的方法，在基材(18)的两相对侧(14，16)的至少一侧上形成图像接收层(22)之前，进一步包括将摩擦控制剂、电解质与至少一种无机颜料和聚合粘合剂混和形成图像接收层(22)。
19.如权利要求15至18任一项所述的方法，其中层的形成通过刮刀涂布、挠性刮刀涂布、刮棒涂布、剪切刮棒涂布、帘式涂布、缝口喷注涂布、料坑涂布、或铸涂方法完成。
20.如权利要求15至18任一项所述的方法，其中电解质用来基本上控制体系(10)的电阻率。
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