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JP2002524781A - インキ受理性同時押出フィルム - Google Patents

インキ受理性同時押出フィルム

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JP2002524781A
JP2002524781A JP2000569995A JP2000569995A JP2002524781A JP 2002524781 A JP2002524781 A JP 2002524781A JP 2000569995 A JP2000569995 A JP 2000569995A JP 2000569995 A JP2000569995 A JP 2000569995A JP 2002524781 A JP2002524781 A JP 2002524781A
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JP
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ink
polymer
film
acidic functional
ethylene
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JP2000569995A
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リュー、パン−チャ
クレックナー、マイケル・デイル
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ExxonMobil Oil Corp
Original Assignee
Mobil Oil AS
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、インキベースの像を担持する基材を開示する。この基材は、ポリプロピレン由来のポリマーから製造された少なくとも1層と、酸性官能基を担持するポリマーから製造された別の層とを有する同時押出熱可塑性フィルムを含む。ポリプロピレン由来のポリマーを含む層は、少なくとも機械方向に延伸される。酸性官能基を担持するポリマーを含む層は、印刷受理層である。酸性官能基を担持するポリマーは、好ましくはエチレン−アクリル酸またはエチレン−メタクリル酸である。液体トナーインキは、酸性官能基担持ポリマーを含む層上に静電的に印刷される。さらに、本発明は、インキベースの像を担持する基材を提供する方法を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、液体トナー、特に静電印刷において使用される液体トナー由来のイ
ンキを受理することができる熱可塑性フィルムに関する。
【0002】 静電印刷は、フォトコピーおよび写真印刷において一般に用いられる像転写の
非常に有効な方法である。典型的に、静電印刷においては、均一な静電電荷を有
するイメージング(像形成)表面上に潜在的な静電像が形成される。均一な静電
電荷は、その表面をコロナ放電に曝すことによって作り出すことができる。次に
、均一な静電電荷は、それを、オリジナルから形成された像に相当する調節され
た光のビームに曝すことによって選択的に放電される。放電された表面はバック
グラウンドを形成し、荷電した表面は印刷像を形成する。印刷像は、その表面の
荷電した「印刷」部分に付着する着色トナー粒子を適用することによって現像さ
れる。顔料は、続いて種々の技術によってコピーシートに転写される。
【0003】 ドライトナーは、静電印刷において最も一般的に使用される。像の質および鮮
明度、および解像性は、トナー粒子のサイズに関連する。非常に細かい粒子はよ
り優れた像を生み出すと考えられているが、使用することができるトナー粒子の
サイズには実務的な限界がある。ドライトナー粒子は、空中浮遊性になることな
く、印刷表面に沈着するのに充分な重量およびサイズのものでなければならない
。空中浮遊性になることは、機械の汚染や、おそらく環境問題をももたらすと考
えられている。さらに、像を固定する際に、ドライトナー粒子は、例えば400
°F(204℃)を超える、非常に高い温度に曝すことによって、紙の上で融合
する。このエネルギーの必要性は、有意な欠点である。
【0004】 紙は、静電印刷において像受理性要素として広く使用されている。受理性要素
としてプラスチックを使用することは、有利であろう。紙に優る他の利点のなか
でも、プラスチックは、耐湿性、柔軟性およびヒートシール性であり、かつ、プ
ラスチック基材は、透明でも不透明でもあることができる。しかし、ドライトナ
ーを用いてイメージング(像形成)するために必要な高温はプラスチックフィル
ムを溶融し、液体トナーは充分に転写されず、コーティングされていないプラス
チックに付着するであろう。
【0005】 印刷インキを受理することができるプラスチックフィルムは、開示されていた
。しかし、これらのフィルムは、それらがドライトナーを受理できるようにする
特殊な処理を必要とする。例えば、段ボールのためのラミネートとして使用され
るプラスチックフィルムの層が特許第4,871,406号に開示されている。
そのフィルムは、ポリプロピレンとエチレンアクリル酸のような、熱可塑性同時
押出ポリマーフィルムである。このフィルムは、コロナ放電装置または高速火炎
(high velocity flame)で処理された後にのみインキを受
理することができる。別の例は、特許第4,853,290号であり、これは、
ポリプロピレンフィルム上にポリマー組成物を同時押出しすることによって製造
されるポリプロピレンフィルムのラミネートを開示する。このポリプロピレンフ
ィルムは、その表面上に印刷された後にコロナ処理を必要とする。
【0006】 コロナ処理および火炎処理は、ドライ印刷インキの固定を可能にするために、
プラスチック表面を酸化する。製造プロセスに時間、費用および不都合を付加す
ることに加えて、これらの処理は、安全性および環境への害を与える。コロナ処
理プロセスは毒性のオゾンを生じるので、この処理工程における大気は、密封さ
れ、作業領域から排気されなければならない。高いフィルム速度では、オゾンを
含む空気の層が、フィルムが処理用密封物を出るのにつれてフィルムに付着する
。この層は、締り嵌め(クローズ・フィット;close−fitting)の
バフル(そらせ板)または真空系によってフィルムから除去されなければならな
い。いくつかの場合においては、コロナ処理は、特別のチャンバーを必要とし、
オフラインで行われる必要がある。火炎処理は、フィルムが冷却ロールを横断し
て移動する際にフィルム表面に直接火炎を衝突させることを伴う。火炎処理プロ
セスを制御する複雑さは、安全性の害を呈する。
【0007】 これらの欠点を克服するために、トナーが溶剤中に分散されている液体トナー
が開発されてきた。溶剤は、プレスのメカニズムによって最終の印刷工程におい
て除去される。液体媒体のため、非常に細かい染料粒子を、粒子が空中浮遊性に
なる心配なしに使用することができる。したがって、非常に高い解像度のコピー
を作製することができ、ドライトナーを融合させるために必要とされる高温は不
要である。静電印刷のための液体トナーは、米国特許第5,225,306号、
第5,276,492号、第5,346,769号および第5,407,771
号に記載されている。
【0008】 液体トナーを用いてプラスチックフィルムが印刷され得るようにするためには
、インキを受理することができるコーティングを適用することができる(特許第
5,215,817号を参照されたい)。しかし、コーティングの使用は困難を
呈する。コーティングプロセスは、製造プロセスに時間、費用および不都合を加
え、実務上の制限を呈する。
【0009】 プラスチックフィルムをコーティングするために使用される典型的な系は、分
散、溶剤および押出コーティングプロセスである。
【0010】 分散液コーティング系は、多段階の複雑なプロセスであり、注意深いモニタリ
ングを必要とする。
【0011】 分散液コーティングプロセスは、フィルムの巻戻し工程、コーティングを望ま
しい厚さで均一に適用する工程、コーティングの乾燥を待つ工程、および均一な
ロールにフィルムを再度巻き取る工程を含む。コーティング厚は、コーティング
系列の一部としてフィルムを横断して測定されるべきである。これは、放射線吸
収を用いて行うことができる。コーティングの化学的性質として、基材により近
く近づくと、この測定はますます困難になる。
【0012】 分散液コーティングプロセスの条件は、コーティングの適切な融合を確実にす
るためには、注意深くモニタリングされなければならない。分散液コーティング
ポリマーは、しばしば界面活性剤を含む水中に分散される。コーティングが一旦
適用されると、水は蒸発させられる。フィルムが形成されるためには、条件は、
高度に調節される必要がある。蒸発が室温で起こる場合、乾燥したポリマーは、
通常、脆く、融合していないコーティングを形成する。融合が起こるためには、
粒子が互いに密接な接触を作る必要がある。次に、ポリマー分子の拡散および相
互浸透が粒子の界面を横切って容易に起こらなければならない。この拡散の有効
性は、ポリマー分子の移動性に依存し、それは次に、分子量の関数である粒子を
流動化する粘度および温度に依存する。したがって、融合のために充分に低いが
、コーティングフィルムの適切な靭性および柔軟性のために充分に高い分子量の
間で、あるバランスが達成されなければならない。さらに、安定な分散液を生じ
るために使用される界面活性剤は、粒子の表面で相互浸透に対するバリアとして
作用し得る。したがって、界面活性剤の濃度において最適条件を見出さなければ
ならない。
【0013】 溶剤コーティング系もまた、多段階プロセスを必要とする。このプロセスは、
フィルムの巻戻し工程、望ましい厚さで均一にコーティングを適用する工程、コ
ーティングが乾燥するのを待つ工程およびフィルムを均一なロールに再び巻く工
程を含む。望ましいフィルム厚は、放射線吸収を使用することによって達成する
ことができる。
【0014】 液体トナーを受理する表面を提供するプラスチックフィルムについての溶剤コ
ーティングプロセスの一例は、Indigo CompanyによってTOPA
Zという名前で販売されているポリアミド溶液である。
【0015】 溶液コーティングプロセスにおいて、コーティングポリマーは、溶剤中に溶解
される。溶剤は、一旦コーティングが適用されると蒸発させられ、その後にコー
ティングフィルムが残される。しかし、コーティングが生じるにつれて、それは
、溶剤バリアとして作用し、残存する溶剤の最後の痕跡を除去することを困難に
する。溶剤コーティングプロセスのさらなる欠点は、溶液が周囲条件に感受性で
あることである。溶液は、低温で取り扱うことが難しく(それは溶解性を失う傾
向がある)、コーティングは、大気中の湿気を吸収し、そのことにより乾燥後で
さえフィルムが粘着性になり得る。これは、中でも特にブロッキング問題を与え
る。
【0016】 重要なことに、溶剤コーティングプロセスにおいて使用されるポリアミドは、
環境に危害を呈し得る。溶剤の廃棄は、適正な方法で行わなければならない。さ
らに、空中浮遊性になってしまった溶剤の回収は複雑である。
【0017】 押出コーティングプロセスにおいて、基材フィルムは、巻戻され、冷却ロール
を通過してまたは冷却ロールと落下するポリマー溶融物を受けるニップロールと
の間を供給されなければならず、次にフィルムは、ロール上で再び巻き取られな
ければならない。
【0018】 さらに、実務的な配慮により、押出コーティングプロセスが用いられ得る分野
が狭められる。ポリマー溶融物の高温が存在すると、基材フィルムは、高い熱安
定性を有さなければならない。さらに、溶融コーティングポリマーとして何を使
用することができるかについて制限がある。非常に高温で溶融するポリマー、低
い溶融強度のポリマー、および熱感受性ポリマーは除外される。その上、コーテ
ィング厚は、最適条件下で下限0.2milまでに制限される。(より包括的に
は、K. OsbornおよびW.A. Jenkinsによる「Plasti
c films」(1992年)において論評されている。)
【0019】 したがって、液体トナーに由来するインキを受理することができる同時押出熱
可塑性フィルムを、なかでも特に、コーティングおよび/または押出後もしくは
印刷後プロセスの必要性なしに提供することによって、当該技術分野において遭
遇する困難を克服することは、本発明のひとつの目的である。
【0020】 本発明は、インキベースの像を担持する基材を提供する。この基材は、ポリプ
ロピレン由来のポリマーから製造されている少なくとも1つの層と、酸性官能基
を担持するポリマーから製造されている別の層とを有する、同時押出熱可塑性フ
ィルムを含む。ポリプロピレン由来ポリマーを含む層は、少なくとも機械方向に
延伸される。酸性官能基を担持するポリマーを含む層は、印刷受理層である。液
体トナーインキは、酸性官能基を担持するポリマーを含む層上に静電印刷される
。酸性官能基を担持するポリマーは、好ましくは、エチレン−アクリル酸または
エチレンメタクリル酸である。さらに、本発明は、インキベースの像を担持する
基材を提供する方法を含む。
【0021】 フィルムのエチレン−アクリル酸コポリマー層は、好ましくは、1.0〜18
.0重量%の範囲のアクリル酸含量を有し、最も好ましい範囲は、2.0〜6.
0重量%である。
【0022】 フィルムのエチレン−メタクリル酸コポリマー層は、好ましくは、1.0〜1
8.0重量%の範囲のメタクリル酸含量を有し、最も好ましい範囲は、2.0〜
6.0重量%である。
【0023】 さらに、印刷受理層は、180°〜220°F(82.2〜104.4℃)の
範囲の軟化点を有し、これは延伸ポリプロピレンの延伸温度よりも低い。
【0024】 熱可塑性フィルムが酸性官能基を(特に、最適の酸含量で)担持するポリマー
から製造された層を有する場合、コーティングプロセスによって与えられる困難
なしにフィルムの静電イメージングにおいて液体トナーを使用することができる
ことは、本発明の利点のひとつである。
【0025】 熱可塑性フィルムへのコーティングの適用は、時間、費用および不都合を製造
プロセスに付加する。コーティング系は多段階の複雑なプロセスであり、基材フ
ィルムの広範な物理的操作を必要とする。このようなプロセスは、基材フィルム
の巻戻し工程、コーティングの適用工程、コーティングを乾燥させる工程および
フィルムを均一なロールに再び巻き取る工程を含む。コーティングについて望ま
しい厚さを達成することは、放射線吸収の使用を含み得る。
【0026】 さらに、分散液コーティングプロセスは、液化粒子の温度および粘度を含め、
プロセス条件の注意深いモニタリングを必要とする。
【0027】 溶剤ベースのコーティングは、溶剤の廃棄に伴う環境への害というさらなる問
題を呈する。さらに、これらの溶剤ベースのコーティングにおいて使用される溶
液は、温度および大気中の湿気のような周囲条件に感受性であり、そのことによ
って製造プロセスがさらに複雑になる。
【0028】 押出コーティング系は、使用することができる基材フィルムおよびポリマー溶
融物に関してさらに制限を呈する。
【0029】 本発明は、インキベース像担持基材を提供する。この基材は、ポリプロピレン
由来のポリマーから製造された少なくとも1つの層と酸性官能基を担持するポリ
マーから製造された別の層とを有する同時押出熱可塑性フィルムを含む。ポリプ
ロピレン由来のポリマーを含む層は、少なくとも機械方向に延伸される。酸性官
能基を担持するポリマーを含む層は、ポリプロピレン由来のポリマーを含む層よ
り低い融点を有するので、延伸を受けない。酸性官能基を担持するポリマーを含
む層は、印刷受理層である。液体トナーインキは、酸性官能基を担持するポリマ
ーを含むこの層上に静電的に印刷される。このインキ受理層は、液体トナー中で
使用される炭化水素液体キャリアに対して実質的に耐性であるべきである。酸性
官能基を担持するポリマーは、好ましくはエチレン−アクリル酸またはエチレン
−メタクリル酸である。これらのフィルムは、静電印刷のために酸化処理または
コーティングプロセスを必要としない。
【0030】 本発明は、酸性官能基を担持するポリマーを含む層を用いることにより、公知
の手順を有意に改良する。酸含量の好ましい範囲は、1.0〜18.0重量%、
最も好ましくは2.0〜6.0重量%である。酸性官能基を担持するポリマーは
、好ましくはエチレン−アクリル酸またはエチレン−メタクリル酸である。エチ
レン−アクリル酸は、好ましくは1.0〜18.0重量%の範囲のアクリル酸含
量を有し、最も好ましくは2.0〜6.0重量%のアクリル酸含量を有する。エ
チレン−メタクリル酸は、好ましくは1.0〜18.0重量%の範囲のメタクリ
ル酸含量を有し、最も好ましくは2.0〜6.0重量%のメタクリル酸含量を有
する。コポリマーのエチレン含量は、82.0〜99.0重量%、好ましくは9
4.0〜98.0重量%のエチレンであることができ、一方、1〜18.0重量
%はアクリル酸またはメタクリル酸のものであることができる。
【0031】 エチレン酸コポリマーは、ポリエチレン鎖がペンダント状のカルボキシル基の
存在によって修飾されているエチレンコポリマーの系統に属する。これらのコポ
リマーは、良好な靭性および種々の金属または非金属基材への付着性を特徴とす
る。エチレン酸コポリマーは、エチレンとアクリル酸またはメタクリル酸との高
圧フリーラジカル共重合によって製造され、エチレン−アクリル酸またはエチレ
ン−メタクリル酸が形成される。エチレンがアクリル酸またはメタクリル酸と共
重合される場合、その分子構造は、コポリマーの骨格鎖および側鎖に沿った嵩高
いカルボン酸基のランダムな取り込みによって有意に変更される。カルボキシル
基は、自由に結合を形成し、任意の極性基材と相互作用する。カルボキシル基は
、ポリエチレン骨格の直鎖性を妨害し、総結晶化度を低減させる。市販のエチレ
ン−アクリル酸コポリマーのひとつは、Dow Chemical Co.によ
って販売されているPrimacor 4983である。エチレン−アクリル酸
は、しばしば樹脂として供給される。
【0032】 本発明について商業的に好適なポリプロピレンとしては、Fina 3371
(Fina Oil and Chemical Co.、Dallas,Te
x.から入手可能)、Exxon 4612およびExxon 4252(Ho
uston,TexのExxon Chemical Co.から入手可能)、
およびAmoco 6361(Chicago,IllのAmoco Chem
ical Co.から入手可能)が挙げられる。
【0033】 「液体トナー」という用語は、トナー粒子が液体ベース中に分散している組成
物をカバーする。典型的には、液体ベースは、脂肪族炭化水素画分のように非極
性である。この種の典型的なトナー、およびイメージングにおいてそれらを使用
する方法は、米国特許第5,225,306号、第5,276,492号、第5
,346,796号および第5,407,771号に記載されている。本発明の
同時押出フィルムは、驚くべきことに、これらの液体トナー組成物由来のトナー
を受理することができる。
【0034】 フィルムのエチレン−アクリル酸コポリマー層は、180°〜220°F(8
2.2〜104.4℃)の範囲内に軟化点を有し、これは、延伸ポリプロピレン
についての延伸温度より低い。この特徴は、エチレン−アクリル酸表面のさらな
る平滑化を可能にし、表面の印刷性能を強化する。
【0035】 場合によっては、本発明のフィルムは、比較的不活性な粒子状充填剤の添加剤
を含有することができる。本発明の同時押出フィルムにおいて特異的な利用性を
見出された充填剤は、ヒュームドシリカである。ヒュームドシリカは、より小さ
い粒子の凝集である、例えば2〜9ミクロン、好ましくは3〜5ミクロンの平均
粒子径を有する粒子から構成されている。一般に、シリカのような任意の細かく
分割された無機固体材料は、本発明の同時押出フィルムの目的のために有用な充
填剤として企図される。これらとしては、タルク、炭酸カルシウム、珪藻土、カ
ルシウムシリケート、ベントナイトおよびクレーが挙げられる。充填剤の総量は
、典型的には、同時押出フィルムの全重量に基づいて0.1%〜80%、特に0
.3%〜7.0%の範囲にわたる。透明なフィルムが必要な場合、粒子状物濃度
は、比較的低く、例えば0.1%〜10%、特に0.3%〜7.0%である。粒
子状物は、一般にサイズが小さく、典型的には1μm〜10μm、特に3μm〜
7μmの範囲にわたる。充填剤のさらなる例としては、カオリン、シリカ、アル
ミニウムシリケート、クレーおよびタルクが挙げられる。パルプもまた企図され
る。
【0036】 前述の充填剤のなかで好ましいのは、粘着防止剤/滑り防止剤として機能する
ものである。シリカはこのようにして機能することがわかっている充填剤の具体
例である。
【0037】 不透明度強化粒子もまた用いることができる。これらは、比較的不活性な物質
である。炭酸カルシウムは、比較的安価で使用が容易であるので、熱可塑性プラ
スチックにおいて広範に使用されている。それは、その天然形態で使用すること
ができるが、化学プロセスによって製造された「沈降炭酸カルシウム」を使用す
ることができる。場合によっては、炭酸カルシウムの粒子は可塑剤吸収を低減さ
せるために樹脂でコーティングされ、この形態もまた使用することができる。
【0038】 充填剤は、着色付与粒子状物をも含むことができる。企図される顔料は、有機
または無機の物質であり、ほとんど直径1ミクロン未満ではない粒子径のもので
ある。典型的な顔料としては、カーボンブラックおよび二酸化チタンが挙げられ
る。炭酸カルシウムもまた顔料として作用し得る。本発明において排除されるべ
きではない他の顔料は、アルミニウム、銅、金、ブロンズまたは亜鉛の粒子のよ
うな金属顔料である。これらの顔料は、通常、フレークの形状の粒子であり、同
時押出フィルム中に取り込まれると光を反射する。
【0039】 不活性粒子状滑り防止剤/粘着防止剤、不透明剤、および/または顔料を含め
、充填剤は、望ましい半透明性または不透明度の程度に応じて、組み合わせて使
用することができる。典型的には、不透明剤粒子および/または顔料が使用され
る場合、その濃度は、フィルムの総粒子濃度の70%未満、特にフィルムの総粒
子濃度の20%〜50%である。
【0040】 上述のものに加えて用いてもよい粒子状物のさらなる具体例としては、アセチ
レンブラック、α−セルロース、珪酸アルミニウム、硫酸バリウム、珪酸カルシ
ウム、硫酸カルシウム、セルロース、クレー、珪藻土、ガラスフレーク、ケラチ
ン、リグニン、リトポン、雲母、マイクロバルーン、二硫化モリブデン、あられ
石閃長岩、紙、パルプ、水晶、殻粉、タルク、バーミキュライトおよび木が挙げ
られる。
【0041】 さらに、本発明は、インキベース像担持基材を提供する方法を含む。ひとつの
好ましい方法においては、ポリプロピレン樹脂およびエチレン−アクリル酸樹脂
を同時押出しして、2層のフィルムを形成する。次に、このフィルムを、冷却ド
ラム上に流延することにより冷却する。このフィルムを再加熱すると、フィルム
は機械方向に3〜7倍引き伸ばされる。伸長により、ポリプロピレン含有層の延
伸が可能になる。エチレン−アクリル酸含有層は、ポリプロピレン含有層よりも
低い融点を有することのため、伸長の間に延伸されない。次に、フィルムのエチ
レン−アクリル酸層上に液体トナー組成物由来の静電印刷トナーで像を形成する
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B29L 9:00 B29L 9:00 (72)発明者 クレックナー、マイケル・デイル アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14471 −9708、ハニオイ、イースト・レイク・ロ ード 165 Fターム(参考) 4F100 AA20B AK01B AK07A AK70B BA02 BA10A BA10B BA15 BA26B CA23B EH202 EJ37A GB90 HB31 JA04B JA20B JD14B YY00B 4F210 AA04E AA11 AG01 AG03 QC02 QG01 QG15 QG18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも機械方向に延伸された同時押出ポリプロピレンを
    含有する層、酸性官能基担持ポリマーを含有する層、および前記酸性官能基担持
    ポリマーを含有する層上に液体トナーにより静電的に印刷されたインキ像を含む
    、インキベースの像を担持する基材。
  2. 【請求項2】 前記酸性官能基担持ポリマーが、1.0重量%〜18.0重
    量%のアクリル酸含量を有するエチレン−アクリル酸である、請求項1記載のイ
    ンキベースの像を担持する基材。
  3. 【請求項3】 前記アクリル酸含量が、2.0重量%〜6.0重量%である
    、請求項2記載のインキベースの像を担持する基材。
  4. 【請求項4】 前記酸性官能基担持ポリマーが、1.0重量%〜18.0重
    量%のメタクリル酸含量を有するエチレン−メタクリル酸である、請求項1記載
    のインキベースの像を担持する基材。
  5. 【請求項5】 前記メタクリル酸含量が、2.0重量%〜6.0重量%であ
    る、請求項4記載のインキベースの像を担持する基材。
  6. 【請求項6】 前記酸性官能基担持ポリマー層が、ポリプロピレン層よりも
    低い軟化点を有する、請求項1記載のインキベースの像を担持する基材。
  7. 【請求項7】 請求項1記載のインキベースの像を担持する基材を提供する
    方法であって、前記各層を集成する工程に続いて静電印刷する工程を含む方法。
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