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JP5351265B2 - 液体電子写真印刷で使用される複合コーティング及び基体並びに方法 - Google Patents

液体電子写真印刷で使用される複合コーティング及び基体並びに方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
該当なし。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
該当なし。
本発明は、液体電子写真印刷（liquid electrophotographic printing）に関する。特に、本発明は、液体電子写真印刷で使用される基体のための複合コーティング（複合被覆物、composite coating）に関する。
デジタル印刷は、以前は利用できなかった多数の選択肢を消費者に提供する。デジタル印刷は、デジタルデータから直接的に印刷された画像を生成することができる。例えば、デスクトップパブリッシングプログラムは、電子レイアウトのテキスト及び画像であって、基体に転移（転送）されて印刷された形式とされるものを提供することができる。デジタル印刷プロセスでは、各画像は、印刷された情報の迅速でダイナミックな生成を可能にするために電子的に相違し得る。デジタルオフセット印刷は、オフセット胴（ブランケット胴）を利用するデジタル印刷の１つのタイプである。いくつかのデジタルオフセット印刷機に関して言えば、電子文書は、デジタル式に、ワークステーションから直接的に印刷機に転送される。従来のオフセット印刷に関連するいくつかのステップ及びそれに伴うコスト、例えばフィルム出力、フィルムアセンブリ及び刷版工程（plating processing）が省略される。いくつかのデジタル印刷機におけるオフセット胴は、そのデジタル印刷機の印刷版を保護し得る。さらに、このようなオフセット胴は、印刷版の耐用年数も伸ばし得る。さらに、オフセット胴は、印刷される基体の印刷表面の不均一を補償し得る。よって、デジタルオフセット印刷は、広範な様々な基体に使用することができる。
デジタル電子写真印刷は、電子デジタル印刷（electro-digital printing）（ＥＤＰ）としても知られているデジタル印刷の一形態である。ＥＤＰの一形態は、液体電子写真式（ＬＥＰ）印刷として知られている。液体電子写真式（ＬＥＰ）印刷は、従来のインクジェット印刷及びレーザデジタル印刷とは、当該印刷が液体トナーベースのインクを使用するという点で異なり、そのインクを、ここでは、乾燥トナーベースのインクに対して「ＬＥＰインク」と呼ぶ。
ＬＥＰ印刷で使用される基体は、非限定的に、紙、様々なプラスチック及び金属を含む。この基体は、コートされていてもよいしコートされていなくてもよい。様々な基体コーティングを、例えば、基体の外観を改善するため、印刷された画像の画像品質を改善するため、及びデジタル印刷の際の基体耐性を改善するために使用することができる。例えば、紙基体は、紙印刷のための紙基体の強化のために紙製造業者によって塗布されるコーティング（被覆物）を有していてよい。紙製造の段階で、基体とそのようなコーティングとの間の付着性（若しくは接着性）を改善するために、多くのことが行われている。
しかし、ＬＥＰ印刷で使用されるコートされた又はコートされていない基体とＬＥＰインクとの間の付着を改善するために行われていることは少ない。その代わりに、いくつかの製造業者は、ＬＥＰ印刷前若しくは印刷の際に、印刷される基体にユーザが塗布する又は基体製造業者が基体に塗布する処理剤又はプライマーを提供している。ユーザが塗布する場合、それは、ＬＥＰ印刷プロセスにおいて追加的なステップとなる。基体製造業者が塗布する場合には、処理された又は下塗りされた基体の保存可能期間に制限が生じ得る。表面処理剤又はプライマーは、ＬＥＰインクと基体との間の付着を改善するよう設計されている。ＬＥＰ印刷の段階で行うのが極めて効果的ではあるが、ＬＥＰと適合性のある基体とＬＥＰインクとの改善された付着は、ユーザによりデジタル印刷段階で行われる代わりに、基体の製造段階で行われるべきである。
本発明のいくつかの態様では、液体電子写真式（ＬＥＰ）印刷における基体のための複合コーティングが提供される。複合コーティングは、鉱物性顔料４．５％〜９．５重量％を含み、該鉱物性顔料は、１ミクロン未満の粒径を有する。複合コーティングは、有機バインダ０．５％〜２重量％をさらに含む。鉱物性顔料及び有機バインダは、水中に均一に拡散されている。有機バインダは、５０，０００を超える平均分子量を有するヒドロキシル化ポリマーを含む。ヒドロキシル化ポリマー中のヒドロキシル基の重量パーセントは、ＬＥＰインク中の酸性基の重量パーセント以上である。複合コーティングは、ＬＥＰインクと、基体の表面上で乾燥せしめられた複合コーティングを備えている基体との付着を増大させる。
本発明の別の態様では、液体電子写真（ＬＥＰ）印刷のためのデジタル印刷基体が提供される。デジタル印刷基体は、ＬＥＰ印刷と適合性のある基体材料、及び該基体材料上に組み込まれた複合コーティングを含む。複合コーティングは、鉱物性顔料４．５％〜９．５重量％及び有機バインダ０．５％〜２重量％の均一な分散液を含む。鉱物性顔料は、１ミクロン未満の粒径を有する。有機バインダは、５０，０００を超える平均分子量を有するヒドロキシル化ポリマーを含む。ヒドロキシル化ポリマー中のヒドロキシル基の重量パーセントは、ＬＥＰインク中の酸性基の重量パーセント以上である。複合コーティングは、液体電子写真（ＬＥＰ）印刷において、ＬＥＰインクと基体材料との付着を増大させる。
本発明の別の態様では、ＬＥＰ印刷において、基体と、液体電子写真式（ＬＥＰ）インクとの付着を改善する方法が提供される。この方法は、基体材料を複合コーティングでコートすることを含む。複合コーティングは、水性媒体中に均一に拡散されている鉱物性顔料４．５％〜９．５重量％及び有機バインダ０．５％〜２重量％を含む。鉱物性顔料は、１ミクロン未満の粒径を有する。有機バインダは、５０，０００を超える平均分子量を有するヒドロキシル化ポリマーを含む。ヒドロキシル化ポリマー中のヒドロキシル基の重量パーセントは、ＬＥＰインク中の酸性基の重量パーセント以上である。この方法はさらに、基体材料上の複合コーティングを乾燥させ、複合コート基体（composite-coated substrate）を形成することを含む。
特定の本発明の態様は、追加的に、また上述の特徴の代わりに別の特徴を有する。これらの及び別の本発明の特徴を、以下に説明する図面を参照して詳細に明らかにする。
本発明の態様の様々な特徴を、添付の図面と関連させた以下の詳細な説明を参照することでより容易に理解されるであろう。ここで、同様の参照番号は、同様の構造的な要素を示す。
本発明の一態様による複合コーティングの均一分散液を示す。 本発明の一態様による、ＬＥＰ印刷における液体電子写真式（ＬＥＰ）インクへの基体の付着を改善する方法のフローチャートを示す。
本発明の態様は、液体電子写真式（ＬＥＰ）印刷の際に付着を容易にする。特に、本発明によれば、印刷される基体とＬＥＰインクとの間の付着性を増大させることができる。本発明の態様は、基体製造業者によって塗布されることを意図した複合コーティングを含む。複合コーティングは、鉱物性顔料と、極性成分及び非極性の成分を有するポリマー有機バインダとを含む。ＬＥＰインクも、極性成分及び非極性の成分を有する。複合コーティングは、増大せしめられた付着相互作用を利用して、ＬＥＰインクと基体との付着を容易にする。増大せしめられた付着相互作用は、複合コーティングの各非極性の成分とＬＥＰインクとの間の分散エネルギー相互作用、及び複合コーティングの各極性成分とＬＥＰインクとの間の極性相互作用の両方を含む。いくつかの態様では、分散エネルギー相互作用及び極性相互作用の合計が、複合コーティングによって最大となる。分散エネルギー相互作用及び極性相互作用が最大化することによって、ＬＥＰ印刷におけるＬＥＰインクと基体との間の最短時間での付着が助成される。
複合コーティングは、分散エネルギー相互作用を乱すことなく、ＬＥＰインクによって供せられる利用可能な極性官能基と適合性をもって相互作用する極性官能基の所定量を提供する。さらに、有機バインダは、複合コーティングの鉱物性顔料及び基体表面の両方と相互作用する十分な極性官能基を有する。有機バインダによって提供される極性官能基の量は、複合コーティングの各非極性成分とＬＥＰインクとの間の分散エネルギー相互作用を阻害するものではない。各極性成分との間の前記相互作用は、水素結合、酸塩基相互作用（つまりイオン結合）及びファンデルワールス力の１つ以上を含む。特に、有機バインダは、ヒドロキシル化ポリマーを含む。ヒドロキシル化ポリマーは、ＬＥＰインク中の利用可能な酸性基と相互作用し、且つ鉱物性顔料及び基体表面と相互作用する十分なヒドロキシル基を有する。
ＬＥＰインクは、キャリア液体と、キャリア液体中に分散させたポリマーベースの顔料粒子とを含み、しばしば「液体トナー」と呼ばれる。ポリマーベースの顔料粒子は、帯電しているか又は少なくとも帯電可能である。顔料粒子の荷電は、ＬＥＰ印刷の際に粒子の堆積位置を制御するために利用される。ＬＥＰインク及びその構成成分である顔料粒子の例は、非限定的に、米国特許第４，７９４，６５１，４，８４２，９７４，６，１４６，８０３，６，６２３，９０２及び７，０７８，１４１を含む多数の米国特許に記載されており、前記特許は全て参照によりここで援用される。いくつかの態様では、ＬＥＰインクは、市販のポリマーベースのＬＥＰインク、例えば、非限定的にHP Electrolnkを含む。Electrolnk（登録商標）は、オランダのIndigo,N.V.の登録商標であり、本発明の譲受人であるテキサスのHewlett-Packard Development Company（以下「ヒューレット−パッカード」又は「ＨＰ」）によって所有され販売されている。
ＨＰは、デジタルＬＥＰ印刷機、及びＨＰデジタルＬＥＰ印刷機と共に使用されるＬＥＰインクの両方を製造している。ＨＰにより製作されたデジタルＬＥＰ印刷機の中には、デジタルHP Indigo印刷機と呼ばれるものがある。HP Electrolnkは、液体キャリア中に、ミクロンの大きさの極めて小さな粒径を有する帯電ポリマーベース顔料粒子を含む。例えば、HP Electrolnkは、キャリア液体としてのイソパラフィン液体溶剤（例えばIsopar（登録商標））中の異なる樹脂の組合せを含んでいてよい。Isopar（登録商標）は、ニュージャージーのExxonMobileの登録商標である。以下、議論を簡単にするために、キャリア液体を「オイルベース」キャリア液体と呼ぶ。
樹脂は、例えば、レシチン、塩基性バリウムペトロネート及びスルホネート安定化剤を併用して帯電されている。HP Electrolnkで使用される典型的な樹脂は、非限定的に、ポリエチレンメタクリル酸（ＰＥＭＡＡ）コポリマー及びポリエチレンアクリル酸（ＰＥＡＡ）コポリマーである。例えば、その全体が参照によりここに援用される米国特許第７，０７８，１４１号を参照されたい。よって、HP Electrolnk ＬＥＰインクの極性官能基はカルボン酸基を含み、非極性の成分はポリエチレン炭化水素鎖である。他のポリマー樹脂は、ポリマーのブレンド、コポリマーのブレンド並びにポリマー及びコポリマーのブレンド（つまり「ポリマーブレンド」）を含んでいてよい。
ここで、「ＬＥＰインク」と云う場合、別途記載がない限り、明確に全ての液体トナー、詳細には、非限定的に、HP Electrolnk又はそれと同等のものとして販売されているものを含む。上述のHP Electrolnkのエチレンアクリル酸及びメタクリル酸コポリマーに加えて、ポリマーブレンドは、様々なポリマー及びコポリマー樹脂を含んでいてよく、それには、非限定的に、エチレンアクリル酸コポリマー、酸改質エチレンアクリレートコポリマー、エチレン−グリシジルメタクリレートのコポリマー、エチレン−メチルアクリレート−グリシジルメタクリレートのターポリマー、並びに同様の関連する樹脂化合物が含まれる。
上述のように、HP Electrolnk及び他の同等の液体トナー（つまりＬＥＰインク）は、一般に、１ミクロン以下の範囲のサイズのトナー粒子を利用する。比較すると、乾燥トナーは、典型的には、ずっと大きなトナー粒子（例えば、典型的には３〜１０ミクロン）を使用し、それは、乾燥トナーとしてより小さな粒子を利用すると、印刷の際に容易に制御及び効果的な誘導ができないからである。液体トナーは、他の機構の中でも、この小さな粒子の制御の問題を、液体キャリアの添加によって解決したものである。さらに、HP Electrolnkは、摂氏１００度（Ｃ）より低い温度で融解する。Isopar（登録商標）キャリア液体の沸点は１８９度Ｃであるが、約１００度Ｃで気化を始め、１２０〜１３０度Ｃの温度範囲で比較的高い気化率を示す。乾燥トナーは、典型的には、融解のためには１４０〜１６０度Ｃが必要であり、それにより、使用できる基体材料の選択を著しく狭め得る。HP ElectrolnkのようなＬＥＰインクの使用により、特にＬＥＰ印刷のためのフレキシブルな且つ／又は有機材料ベースの基体を考慮した場合、基体材料のより広範な選択が容易となる。同様に、ポリマーベースの液体トナーは、典型的に、乾燥トナーを用いた時に可能であるものよりフレキシブルな印刷画像を生成し、それにより、フレキシブルな基体を用いるＬＥＰ印刷用途のためのＬＥＰインクの使用がさらに容易となる。
サーマルオフセットＬＥＰ印刷は、ＬＥＰ印刷の１つのタイプである。サーマルオフセットＬＥＰ印刷では、パターン（例えばマスクパターン）が生成され、電子写真式感光性の画像板（ＰＩＰ）に光学的に書き込まれる。例えば、ＰＩＰは、デジタル式に規定されたパターンの制御下で、レーザのアレイによってスキャンすることができる。その後、ＬＥＰインクをスプレーし、ロールし、又は所定のインク付け操作においてＰＩＰに塗布する。ＰＩＰ上での所望の画素パターンを、現像ローラによって生成する。ＬＥＰインクの帯電トナー粒子は、ＰＩＰの画像領域に優先的に付着し、非画像領域からは除去され、それにより、残っているＬＥＰインクは、ＰＩＰの所望の画素パターンを呈する。
パターン化されたＬＥＰインクは、帯電したオフセットのブランケット又は渡し胴（中間胴）に転移される。パターン化されたＬＥＰインクは、渡し胴上で加熱され、それにより、キャリア液体を除去し、トナー粒子を部分的に溶融及び融解させる。溶融及び融解によって、トナー粒子は融合して、比較的滑らかな連続するフィルムとなる。融解せしめられたトナー粒子は、本質的に、パターンを維持しながら、渡し胴ブランケット上で熱接着剤様のプラスチック（hot melt-like plastic）を形成する。最後に、渡し胴のブランケット上の融解したトナー粒子を、基体と接触させ、基体へと転移させる。本発明による基体上のパターン化されたトナーとしてＬＥＰインクを堆積させるために使用することができるオフセットＬＥＰプリンタの例は、非限定的に、HP Indigo印刷機 ws4050、HP Indigo印刷機 ws4500及びHP Indigo 印刷機 5000シリーズプリンタを含み、これらは全てヒューレット−パッカードの製品である。
加えて、オフセットサーマルＬＥＰプリンタのほとんどは、ＬＥＰインクのいくつかの色のそれぞれを基体へ堆積させることができるカラープリンタである。そのようなＬＥＰプリンタは大抵の場合、カラー画像の印刷の通常の部分として、カラー画像を基体へ転写させる前に渡し胴上に複数のカラーを堆積させる。そして、この元来の能力を利用して、異なる色を表すＬＥＰインクを「積層（stacking）」させることによってマルチカラーを印刷し、ＬＥＰインクの所望の複数の層を作り出すことができる。積層の際、いくつかの色のそれぞれを表すＬＥＰインクは、画像の共通の領域に上下に重ね合わされて印刷される。ＬＥＰ印刷中の、積層されたＬＥＰインク層の基体への付着は、ユーザ又はＬＥＰの印刷物の受容者に特に重要である。
単に議論を簡単にするため、「基体」という用語は、別途記載がない限り、「被覆された基体」及び「被覆されていない基体」の１つの又は両方を指す。「被覆された基体」は、例えば、非限定的に増白、耐性及び滑らかさを含む特徴を追加するために、基体製造業者によって被覆された基体である。「被覆されていない基体」は、そのような任意の追加された特徴を有していない基体である。さらに、ここに示す全ての量は、概算の値であり、例えば、特定の量の１％〜８０％の間で変動のあるものである。さらに、ここで用いる限り、冠詞「a」は、本特許の分野での普通の意味、つまり「１つ以上の」を有することが意図されている。例えば、「a pigment」は、１つ以上の顔料を意味し、そして、「the pigment」はここでは「the pigment(s)」を意味する。さらに、ここで例えば「上部（top）」、「底部（bottom）」、「上方（upper）」、「下方（lower）」、「左（left）」又は「右（right）」の参照はいずれも、ここでは制限を意図するものではない。さらに、ここに記載の例は、例示を意図するにすぎず、制限のためでなく議論を目的として提示しているものである。
本発明のいくつかの態様では、基体のための複合コーティングが提供される。図１に、本発明の一態様による複合コーティング１００の均一分散液を示す。複合コーティング１００は、鉱物性顔料１１０及び有機バインダ１２０を含む。鉱物性顔料１１０及び有機バインダ１２０は、混合の際、水（図示せず）中で均一に拡散される。「均一に拡散される」又は「均一な分散」とは、図１に例示するように、有機バインダ１２０が、鉱物性顔料１１０の粒子の周りを密に包み、それ自体で絡み合い結びつくことを意味する。いくつかの態様では、混合の際に、成分の均一分散を促進させるために界面活性剤（図示せず）を添加することができる。例えば、ナトリウムドデシルサルフェート（ＳＤＳ）のような界面活性剤を添加することができる。さらに、複合コーティング１００の水性媒体は、成分の混合及び複合コーティング１００の基体への塗布のいずれもを容易にする。塗布の後、水を基体の表面から気化させて、それにより、基体は、基体表面内又は上に組み込まれた乾燥した複合コーティングを備えるようになる。
いくつかの態様では、鉱物性顔料１１０は、二酸化チタン、沈降炭酸カルシウム、摩砕された炭酸カルシウム及びクレーのうち１つ以上を含む。別の態様では、鉱物性顔料１１０はさらに、タルク、アルミナ及び石膏のうち１つ以上を含む。複合コーティング１００中の鉱物性顔料１１０の量は、水性混合物の４．５重量パーセント（％）〜９．５重量％の範囲にある。いくつかの態様では、鉱物性顔料１１０の量は、水性混合物の５重量％である。鉱物性顔料１１０は、１ミクロン未満の粒径を有する（つまり、鉱物性顔料１１０はナノ粒子を含む）。特に、いくつかの態様では、鉱物性顔料１１０の粒径は、５０ナノメートル〜３５０ナノメートルの範囲にある。別の態様では、鉱物性顔料１１０の平均粒径は、２００ナノメートル〜８００ナノメートルの範囲にある。
例えば、鉱物性顔料１１０は、オクラホマ州、オクラホマシティーのTronox，Inc.（Kerr-McGee Chemical Corporationの子会社）の二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んでいてよい。例えば、製造番号ＣＲ−８２８のＴｉＯ２は、０．１９ミクロンのの粒径を有する。別の例では、鉱物性顔料１１０は、ペンシルバニア州、ベツレヘムのSpecialty Mineralsの沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ又は沈降ＣａＣＯ３）を含んでいてよい。例えば、Albaglos（登録商標） ＰＣＣスラリーは、０．８ミクロンの平均粒径を有する。Albaglos（登録商標）は、Specialty Mineralsの登録商標である。
鉱物性顔料１１０は、複合コーティング１００の構造的な完全性（統合性）を増大させ、印刷されたＬＥＰインクの表面粗さに適合可能な最終的な表面粗さ（つまり、基体上の乾燥した複合コーティング１００の）を促進する。それは、すなわち、複合コーティング１００が、印刷されたＬＥＰインクの表面粗さに適合可能な顔料の粒径の任意の変動を容易にする又はそれに対処する最終的な表面トポグラフィーを有する。いくつかの態様では、複合コーティング１００の、５０ナノメートル〜５００ナノメートルの範囲の二乗平均平方根表面粗さを有する最終的な表面トポグラフィーが、ＬＥＰインク粒子の粒径の変動を容易にするのに適切である。
有機バインダ１２０は、５０，０００を超える平均分子量を有する（つまり高重合体）ヒドロキシル化ポリマー１２２を含む。いくつかの態様では、ヒドロキシル化ポリマー１２２の平均分子量は、１００，０００〜２００，０００である。ヒドロキシル化ポリマー１２２は、比較的フレキシブルな炭素骨格及び空間的に到達可能な（spatially accessible）官能基を含む。ヒドロキシル化ポリマー１２２のそれらの性質は、鉱物性顔料１１０の粒子の周りを包み、さらにそれ自体が絡まり合って結びつくことを促進する。さらに、それらの性質は、基体との相互作用を促進し、基体との増大せしめられた機械的なインターロック若しくは噛み合い（interlocking）及びファンデルワールス相互作用を提供する。複合コーティング１００中の有機バインダ１２０の量は、水性混合物の０．５重量％〜２重量％である。いくつかの態様では、有機バインダ１２０の量は、水性混合物の少なくとも１重量％〜２重量％である。
いくつかの態様では、複合コーティング１００中の有機バインダ１２０の鉱物性顔料１１０に対する比は、疎水性基の親水性基に対する比が、複合コーティング１００で被覆された基体上に最終的にＬＥＰ印刷されるＬＥＰインクの、疎水性基の親水性基に対する比に少なくとも適合するように、目標が定められている。「疎水性基」という語により、有機バインダ１２０が、基本的には非極性の有機部分を含むことが意味されている。「親水性基」という語によっては、有機バインダ１２０が、基本的には極性である（例えば、高い電気陰性の要素、例えば酸素及び窒素を含む）有機部分及びヒドロキシル基１２４を含むことが意味されている。
さらに、ヒドロキシル化ポリマー１２２中のヒドロキシル基１２４の重量パーセントは、ＬＥＰインク中の酸性基の重量パーセント以上である。ヒドロキシル化ポリマー１２２の官能基とＬＥＰインクとの関係は、液体電子写真（ＬＥＰ）印刷の際の、ＬＥＰインクの基体材料への付着相互作用を促進する。例えば、ＬＥＰインク粒子が、酸性基１０重量％を有する場合、複合コーティング１００は、ヒドロキシル基１２４を少なくとも１０重量％、多くとも７０重量％有しているべきである。ヒドロキシル化ポリマー１２２中の追加的なヒドロキシル基１２４のいくつかは、さらに、複合コーティング１００の基体への付着相互作用を促進し、その一方で、別の追加的なヒドロキシル基１２４は、混合の際の、有機バインダ１２０の鉱物性顔料１１０への付着相互作用を増大させる。
いくつかの態様では、ヒドロキシル化ポリマー１２２の分子量は、鉱物性顔料１１０の粒径に応じて決められる。例えば、複合コーティング１００で使用される鉱物性顔料１１０の粒径が３５０ナノメートルより大きい場合、それに伴い、使用されるヒドロキシル化ポリマー１２２の平均分子量を増大させる。別の例で、さらに大きな鉱物性顔料１１０では、複合コーティング１００中のヒドロキシル化ポリマー１２２の量は大きくなる。鉱物性顔料１１０とヒドロキシル化ポリマー１２２との間のこの相関関係によって、均一な混合を確実にすること、及び均一に拡散された複合コーティング１００の成分の目標とする構造上の配置及び構成を提供することの１つ又は両方が達成される。
いくつかの態様では、ヒドロキシル化ポリマー１２２は、一般的な化学構造Ｒ１−（ＣＲ３Ｒ４−ＣＲ５ＯＨ）ｎ−Ｒ２を有し、Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５は、それぞれ化学的な置換体１２４、１２６である。化学的な置換体Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５のそれぞれは、独立して、水素（Ｈ）、ヒドロキシル基（ＯＨ）１２４及び有機化合物１２６のうち１つである。いくつかの態様では、有機化合物１２６は、１〜１０、０００個の炭素を有し、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミン基、アミド基、アクリレート、エステル、フェノール、ペプチド、有機ハロゲン化物、炭水化物、第４級アンモニウム化合物、複素環式化合物及び多環式化合物のうちの１つ以上を含む。ｎの大きさは１〜１０，０００である。いくつかの態様では、ヒドロキシル化ポリマー１２２は、アタクチック巨大分子である。ここで「アタクチック」とは、１つ以上の置換基が、ポリマー骨格に沿ってランダムに配置されていることを意味する。例えば、−（ＣＲ３Ｒ４−ＣＲ５ＯＨ）ｎ−基が、アタクチックポリマー骨格に沿って不規則に繰り返されている。
いくつかの態様では、有機バインダ１２０のヒドロキシル化ポリマー１２２は、ポリビニルアルコールを含む。ポリビニルアルコールは、９８〜９９％加水分解されており、１３０，０００以上の平均分子量を有する。９８〜９９％加水分解されたポリビニルアルコール（例えば、ＣＡＳ＃９００２−８９−５）は、例えば、ミズーリ州セントルイスのSigma Aldrichから入手可能である。いくつかの態様では、ポリビニルアルコールは、少なくともヒドロキシル（ＯＨ）基１２４がポリマー骨格に沿ってランダムに配置されているアタクチックポリマーである。そして、いくつかの態様では、ポリビニルアルコールの−（ＣＨ２−ＣＨＯＨ）ｎ−基が、ポリマー骨格に沿って不規則に繰り返されている。
いくつかの態様では、有機バインダ１２０のヒドロキシル化ポリマー１２２は、澱粉１％〜２重量％を含む。澱粉は、溶解性の加水分解澱粉、例えば、ニュージャージー州フェアローンのFisher Scientificの製品番号Ｓ−５１６（例えば、コーンスターチ、ＣＡＳ＃９００５−２５−８）である。別の態様では、有機バインダ１２０は、ポリビニルアルコール（９８−９９％加水分解され、分子量は１３０，０００以上）及び澱粉を両方含み、それぞれ水性混合物の１重量％の量である。いくつかの態様では、有機バインダ１２０は、ヒドロキシル化ポリマー１２２、並びにポリアミド、ポリウレタン、スチレンブタジエンコポリマー及びポリエチレンのうちの１つ以上を含む。別の態様では、ヒドロキシル化ポリマー１２２は、化学的置換基Ｒ１２６（つまり、Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５の１つ以上）として、ポリアミド、ポリウレタン、スチレンブタジエンコポリマー及びポリエチレンの１つ以上を含む。そして、有機バインダ１２０は、鉱物性顔料の周りを包み、それ自体が絡まり合い結びつくことを容易にする複雑な分枝鎖の化学的構造を有していてよい。この複雑な分枝鎖構造は、結合及び他の付着型の相互作用が形成され易い親油性のＲ基１２６及び親水性のＲ基１２４を提供する。
本発明のいくつかの態様では、ＬＥＰ印刷のためのデジタル印刷用基体が提供される。デジタル印刷用基体は、ＬＥＰ印刷プロセス及び装置の両方に適合性のある基体材料を含む。基体材料は、非限定的に、紙、様々なプラスチック及び金属を含む。いくつかの態様では、基体材料は、特別な市販紙、つまりデジタルペーパー（デジタル紙）である。デジタル紙の製造業者は、非限定的に、韓国のHansol Paperによって全額出資されているニュージャージー州のGlobal Fibres, Inc.（例えば、Titan Plus紙）、オハイオ州マイアミズバーグのNewPage Corporation（例えば、Sterling Ultra Indigo及びSterling Ultra Digital紙）、オハイオ州ハミルトンのSMART Papers（例えば、KromeKote C2S、KromeKote CIS及びPegasus紙）、フィンランド国ヘルシンキのStora Enso（例えば、Futura Laser Gloss紙）、並びにフランス国パリのCondat（例えば、Condat：Digital 135 gsm）である。
デジタル印刷用基体はさらに、基体の表面材料上に又は内に組み込まれた複合コーティングを含む。「上に又は中に組み込まれた」とは、複合コーティングが、基体材料の製造の際に又は製造後に塗布されることを意味する。基体の表面材料は、ＬＥＰ印刷の際にＬＥＰインクを受容するために使用される基体表面である。複合コーティングは、本発明による上述した複合コーティング１００の、水又は水性媒体を気化させた後の任意の態様である。例えば、デジタル印刷用基体のいくつかの態様では、複合コーティングの水性混合物は、製造後未処理の基体材料に塗布し、その後、基体表面上で乾燥させる。別の例では、複合コーティングの水性混合物は、基体材料の製造における最後のステップの際に又はそれに近い段階で、基体材料に塗布され、その後、基体材料及び複合コーティングを乾燥して、それにより、複合コート基体を形成する。いずれの例でも、デジタル印刷用基体は、不粘着であり、直ちに使用可能である。
デジタル印刷用基体（つまり、複合コート基体）は、デジタル印刷用基体とＬＥＰインクとの付着を促進する表面微少粗さ及び多孔性を有する。例えば、ＬＥＰインクは、上述のように、オイルベースキャリア液体中の顔料粒子を含む。基体上へ印刷がされると、キャリア液体は、基体表面の表面トポグラフィにおける比較的下方の位置を求め、一方、顔料粒子は、ＬＥＰ印刷の際に、互いに融解し且つデジタル印刷基体に融着する。デジタル印刷用基体上の複合コーティングは、キャリア液体がＬＥＰインク顔料粒子をよけて移動し最終的には気化するための十分な微少表面粗さ及び多孔性の一方又は両方を提供する。詳細には、キャリア液体は、複合コート基体表面の微少の隙間中に定着するか複合コート基体表面の孔内へと拡散するかの一方又は両方となり得、この場合、ＬＥＰインク顔料粒子が融解してデジタル印刷用基体と結合する一方で、キャリア液体が気化することができるようになっている。
いくつかの態様では、デジタル印刷用基体の基体材料は、既にコーティングを有している。例えば、基体材料は、増白剤、補強剤、及びさらには、例えば基体材料又は印刷基体の表面材料上に組み込まれる付着促進剤（つまり、表面処理剤又はプライマー）のうち任意の１つ以上を有する上述のデジタル紙であってよい。本発明の態様の複合コーティング１００は、本発明の態様のデジタル印刷用基体による、被覆されていない基体材料及び被覆されている基体材料とＬＥＰインクとの付着を促進させる。
いくつかの態様では、複合コーティング１００は、基体のための様々な表面処理剤又はプライマーに置き代えられる。上述のように、市販の表面プライマーは、ＬＥＰ印刷印刷機のユーザによって塗布することが意図されているか、又は基体製造業者によって塗布され、しかしそれは、基体には保存可能期間が付された。例えば、そのような表面処理剤は、非限定的に、Hewlett−PackardのIndigo Sapphire、Hewlett−PackardのIndigo Topaz及びオハイオ州シンシナティのMichelman,Inc.のDigiPrime（登録商標）基体プライマー（例えば、製品番号DP 4431又はDP 1000E）を含む。DigiPrime（登録商標）は、Michelman,Incの登録商標である。
本発明のいくつかの態様では、ＬＥＰ印刷において基体とＬＥＰインクとの付着を改善する方法が提供される。図２に、本発明の一態様による付着を改善する方法の２００フローチャートを示す。方法２００は、基体材料に複合コーティングの水性混合物をコートし２１０、基体材料上の水性混合物を乾燥させ、複合コート基体を形成する２２０ことを含む。複合コーティングの水性混合物は、上述の任意の態様による複合コーティング１００の水性混合物である。基体材料は、上述の基体材料の任意の態様である。さらに、複合コート基体は、上述の任意の態様によるデジタル印刷用基体である。
いくつかの態様では、基体材料を複合コーティングの水性混合物でコートすること２１０は、鉱物性顔料を有機バインダと水中で混ぜ、複合スラリーを形成することを含む。基体材料をコートすること２１０は、さらに、混ぜ合わせた原料を５時間〜２４時間にわたり又は鉱物性顔料及び有機バインダが水性混合物中に均一に拡散されるまで振とうにより複合スラリーを混合することを含む。いくつかの態様では、振とうにより複合スラリーを混合することは、市販のオービタルシェーカーを使用することを含む。例えば、イリノイ州ヴァーノンヒルズのCole-Parmer Instrument Companyは、多数の、複合スラリーを混合するためのオービタルシェーカーを製造している。
基体材料をコートすること２１０は、さらに、１０分〜３０分の時間にわたり水性混合物を超音波処理して、水性混合物中の凝集体を全て破壊させることを含む。超音波処理器又はデアグロメレータ（deagglomerators）は、例えばニュージャージー州リングウッドのHielscher USA,Incにより市販されている。超音波処理は、水性混合物の混合後直ちに行うことができる。追加的に又は別態様で、超音波処理は、水性混合物を基体材料に塗布する直前に行ってもよい。超音波処理により、水性混合物は本質的に凝集体不含となる。
基体材料をコートすること２１０は、さらに、凝集体不含の水性混合物の所定量を基体材料へ塗布することを含む。いくつかの態様では、水性混合物は、湿式ドローダウンロッド（draw down rod）、例えば、イリノイ州シカゴのUS Process Supply,Inc.から市販されているものを使用して自動式又は手動で基体材料に塗布される。ドローダウンロッドを使用して塗布される水性混合物の量は、塗布の間、制御可能である。いくつかの態様では、塗布される水性混合物の量は、基体の表面材料を均一にコートするために十分なものであり、１平方メートル当たり２０ミリグラムの複合コーティングが乾燥後に存在するような量である。塗布を薄くするほど、複合コーティングの極性成分及び非極性の成分が、基体材料及びＬＥＰインクのそれぞれと相互作用するのに有効となる傾向が強くなる。
いくつかの態様（図示せず）では、付着を改善する方法２００は、さらに、ＬＥＰ印刷を使用して複合コート基体上にＬＥＰインクを印刷することを含む。例えば上述のような任意の市販のＬＥＰ印刷印刷機を、ＬＥＰインクを印刷するために使用することができ、それは例えば、HP Indigo印刷機である。さらに、ＬＥＰインクは、上述のHP Electrolnkの任意のものであってよく、それは、これらのＬＥＰインクの極性成分が理由である。例えば、Electrolnk 4.0を使用することができる。
複合コーティングは、様々な本発明の態様による基体材料とＬＥＰインクとの間のファンデルワールス力、分散エネルギー相互作用、水素結合、イオン性結合及び酸塩基相互作用の１つ以上を促進させる。付着を改善する方法２００は、さらに、複合コート基体を加熱し、印刷されたＬＥＰインク中に残された任意の揮発性物質を気化させることを含む。例えば、加熱は、上述のオイルベースキャリア液体の気化を促進させる。
本発明によれば、例示的な複合コーティング１００が、準備され、紙基体上に塗布される。複合コート基体は、ＬＥＰインクで印刷され、ＬＥＰインクの付着が評価される。ＬＥＰインクの本発明のデジタル印刷用基体への付着は、いくつかのやり方で評価される。ASTM F2226-03規格に類似の剥離試験を使用して、「短期付着（short term adhesion）」を、例えば基体に印刷した後直ちに測定した。例えば、印刷後、３Ｍブランド230テープを、オハイオ州のCheminstruments Inc.の4.5 Ib HR-100ゴムローラによって、特別に準備された印刷試料上に、異なる時間間隔で１０サイクルで押し付けた。そのテープを、特定の速度で１８０度で剥離させた。その後、剥離されたインク試料を画像処理して表面に残されたインクを見つけ、剥離番号を付与した。この剥離試験は、印刷品質の短期性能（short-time performance）を評価するのに有用である。
さらに、本発明のデジタル印刷用基体からインクを引き出すのに必要な力を測定する、規格ASTM D3330に類する試験を使用して、「長期付着（long term adhesion）」を、例えば基体の印刷の２時間後に測定した。ずっとより強力な接着テープ（付着テープ）を使用し、インク及び紙の上面上に十分に押し付けた。このずっとより強力な接着テープを取り外すのに使われる力を、CheminstrumentsのAR-1000付着−解放テスタ（adhesion-release tester）を使用して測定した。基体からインクの１００％の取り去りは常に可能ではなく、インク損傷の閾値は１０％全損傷と考えられる。テープの引張り速度と、ユニット長さ当たりの力（つまり、AR-1000のロードセルによって測定された全力を接着テープの幅によって除したもの）との関係をプロットした。そして、得られたデータポイントを直線に適合させ、その線を、ゼロのテープ引張り速度に数学的に補間し、付着仕事（接着仕事）（ＷＡ）を得た。
HP Electrolnkに対して比較的弱い付着を有することから、市販のデジタル紙を選択した。紙の試料を、本発明の態様の様々な複合コーティング１００で試料を準備し、その後、HP Electrolnkで印刷した。これらの試料を、対照として、同様にElectrolnkで印刷された、本発明の態様の任意の複合コーティングなしの紙の試料と比較した。この対照紙試料は、３０８Ｎ／メートル（Ｎ／ｍ）の付着の仕事を有した。概して、複合コーティングの態様では、対照紙試料と比較して付着の仕事が著しく改善された。
複合コーティング１００の態様のほとんどが、少なくとも約２倍、付着仕事を向上させた。例えば、デジタル紙上の複合コーティング１００の様々な態様のほとんどが、同じHP Electrolnkに対する付着仕事を少なくとも倍増させた。ヒドロキシル化ポリマーとして澱粉１重量％を含む複合コーティング１００試料は、２倍未満の付着仕事を有し、澱粉２重量％を含む試料では、約２倍の増加があった。さらに、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む複合コーティング１００の態様は、ほとんどの試料についてその付着仕事を約４倍にした。ＰＶＡ及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）コポリマーを含む複合コーティング１００の態様のみは、より低い付着仕事を有していたが、それでも、対照の紙試料に対して２倍を超えるものであった。表１で、本発明の複合コーティング１００のいくつかの例示的な態様について付着仕事を比較する。
Figure 0005351265
表１：おおよその付着仕事（ＷＡ）に関する、複合コーティングの様々な態様の比較。（％）で示す量は、おおよその重量パーセントである。
以上、基体材料とＬＥＰインクとの間の付着を促進する、複合コーティング、デジタル印刷用基体及びＬＥＰ印刷において付着を改善する方法の態様を述べた。しかし、上述の態様は単に、本発明の原則を代表する多くの特定の態様のいくつかを例示したものであることを理解されたい。明らかに、当業者は、以下の特許請求の範囲に規定した本発明の範囲から逸脱することなく多数の他の変更若しくは変形を容易に考え出すことができる。

Claims (13)

  1. 液体電子写真印刷（ＬＥＰ）システムであって
    ａ）キャリア液体と、酸性基を有するポリマーベースの顔料粒子とを含むＬＥＰインク、並びに
    ｂ）ＬＥＰ印刷に適合する基体材料と、当該基体材料上に組み込まれている複合コーティング（１００）とを有する基体であって、当該複合コーティング（１００）が、
    １ミクロン未満の粒径を有する鉱物性顔料（１１０）を４．５％〜９．５重量％、及び
    有機バインダ（１２０）を０．５％〜２重量％含み、
    前記鉱物性顔料（１１０）及び前記有機バインダ１２０が、水中で均一に拡散されており、前記有機バインダ（１２０）が、５０，０００を超える平均分子量を有するヒドロキシル化ポリマー（１２２）を含み、該ヒドロキシル化ポリマー（１２２）中のヒドロキシル基（１２４）の重量パーセントが、前記ＬＥＰインク中のポリマーベースの顔料粒子の酸性基の重量パーセント以上である、基体
    を備えており、
    前記ＬＥＰインクと、前記基体の表面上で乾燥させた当該複合コーティング（１００）を備えている前記基体との付着が増大されている、システム。
  2. 前記鉱物性顔料（１１０）の粒径が、５０ナノメートル〜３５０ナノメートルである、請求項１に記載のＬＥＰシステム。
  3. 前記ヒドロキシル化ポリマー（１２２）が、９８〜９９％加水分解されているポリビニルアルコール（１２２）からなり、前記ポリビニルアルコール（１２２）の平均分子量が、１００，０００〜２００，０００である、請求項１から２のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  4. 前記ヒドロキシル化ポリマー（１２２）中のヒドロキシル基（１２４）の重量パーセントが、７０重量パーセント以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  5. 前記ヒドロキシル化ポリマー（１２２）が、一般的な化学的構造
    Ｒ１−（ＣＲ３Ｒ４−ＣＲ５ＯＨ）ｎ−Ｒ２
    を有し、
    Ｒｌ、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４及びＲ５が、独立して、水素、ヒドロキシル基（１２４）及び１〜１０，０００個の炭素を有する有機化合物（１２６）うちの１つであり、前記有機化合物（１２６）が、アルキル、アルコキシ、アリール、アミン、アミド、アクリレート、エステル、フェノール、ペプチド、有機ハロゲン化物、炭水化物、第４級アンモニウム化合物、複素環式化合物及び多環式化合物のうちの１つ以上を含み、ｎが１〜１０，０００である、請求項１から４のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  6. 前記ヒドロキシル化ポリマー（１２２）が、アタクチック巨大分子である、請求項１から５のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  7. 前記鉱物性顔料（１１０）が、二酸化チタン、沈降炭酸カルシウム、摩砕炭酸カルシウム及びクレーのうちの１つ以上を含み、溶液中の鉱物性顔料（１１０）の量が５重量％であり、前記鉱物性顔料（１１０）の粒径が、０．８ミクロン以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  8. 前記鉱物性顔料（１１０）の量が５重量％であり、前記鉱物性顔料（１１０）が、沈降炭酸カルシウム及び二酸化チタンの一方又は両方を含み、前記鉱物性顔料（１１０）の粒径が、０．８ミクロン以下であり、
    有機バインダ（１２０）の量が１％〜２重量％であり、前記有機バインダ（１２０）が、ポリビニルアルコール（１２２）及び溶解性の澱粉（１２６）を含み、前記ポリビニルアルコール（１２２）が９８％〜９９％加水分解されており、ポリビニルアルコール（１２２）の平均分子量が１３０，０００である、請求項１から７のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  9. 前記ヒドロキシル化ポリマー（１２２）の疎水性基（１２６）の親水性基（１２４、１２６）に対する比が、ＬＥＰインクの疎水性基の親水性基に対する比と同等であり、であり、前記疎水性基（１２６）が、当該複合コーティング（１００）を備えている基体とＬＥＰインクとの間の追加的な付着相互作用を促進する、請求項１から８のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  10. 前記複合コーティング（１００）が、前記ＬＥＰインクとの付着を促進する表面粗さ及び多孔性の一方又は両方を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載のＬＥＰシステム。
  11. ＬＥＰ印刷における基体の、液体電子写真（ＬＥＰ）インクへの付着を改善する方法（２００）であって、
    基体材料を複合コーティング（１００）でコートし（２１０）、前記複合コーティング（１００）が、水性媒体中に均一に拡散されている鉱物性顔料（１１０）４．５％〜９．５重量％及び有機バインダ（１２０）０．５％〜２重量％含み、前記鉱物性顔料（１１０）が、１ミクロン未満の粒径を有し、前記有機バインダ（１２０）が、５０，０００を超える平均分子量を有するヒドロキシル化ポリマー（１２２）を含み、
    前記基体材料上の複合コーティング（１００）を乾燥し（２２０）、それにより、複合コート基体を形成し、
    ＬＥＰ印刷を利用して前記複合コーティング基体上にＬＥＰインクを印刷し、当該ＬＥＰインクが、キャリア液体と、酸性基を有するポリマーベースの顔料粒子とを含む、方法であって、
    ヒドロキシル化ポリマー（１２２）中のヒドロキシル基（１２４）の重量パーセントが、ＬＥＰインク中のポリマーベースの顔料粒子の酸性基の重量パーセント以上である、方法。
  12. 前記複合コーティング（１００）が、前記記基体材料と前記ＬＥＰインクとの間のファンデルワールス力、分散エネルギー、水素結合、イオン性結合及び酸塩基相互作用のうちの１つ以上を増大させ、
    前記方法が、前記複合コート基体を加熱し、それにより、印刷されたＬＥＰインクに残された任意の揮発性物質を気化させることをさらに含む、請求項１１に記載の付着を改善する方法（２００）。
  13. 前記基体材料をコートすること（２１０）が、
    前記鉱物性顔料（１１０）を水中で前記有機バインダ（１２０）と混ぜ合わせ、それにより、複合スラリーを作り、
    前記複合スラリーを、５時間〜２４時間、前記鉱物性顔料（１１０）及び有機バインダ（１２０）が均一に拡散されるまで振とうによって混合し、
    前記水性均一分散液を１０分〜３０分の時間、超音波処理し、それにより、任意の凝集体を破壊し、
    前記基体の表面材料をコートする（２１０）するのに十分な量の凝集体不含の水性均一分散液（１００）を前記基体材料へ塗布することを含む、請求項１１又は１２に記載の付着を改善する方法（２００）。
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