專利名稱：含有被嵌入的粘土顆粒的圖像層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含底材和圖像層的成像元件，該圖像層中含有嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并分散于聚環(huán)氧乙烷之中的蒙脫石粘土顆粒。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有透明圖像層的噴墨圖像記錄元件，該圖像層提供的是圖像質(zhì)量?jī)?yōu)異且快速干燥的印制圖像。
為保證良好的圖像質(zhì)量，記錄片材必須快速吸收印墨，并同時(shí)將印墨染料固定在片材表面上。良好的吸收減小了印墨轉(zhuǎn)移到片材操作輥和其它印刷機(jī)械部件上的能力，而印墨染料的固定保證了高的光密度。
遺憾的是，吸收性高的成像介質(zhì)將印墨吸引到深入介質(zhì)內(nèi)部，從而損失了光密度。另外，這類記錄片材具有邊緣發(fā)毛和清晰度差的缺點(diǎn)。還有，吸收性低的高質(zhì)量紙常受污損之害，因?yàn)橛∧荒芎芸煳?，常常發(fā)生蹭臟。
由于高質(zhì)量、低成本的彩色噴墨印刷機(jī)的出現(xiàn)和工業(yè)造紙的進(jìn)步，需要達(dá)到高的彩色密度和清晰的色調(diào)分辨力。在這種噴墨印刷中作為記錄片材使用的紙無(wú)須迅速吸收印墨，而且無(wú)須沒(méi)有印墨流淌，即使在剛印完后接觸紙也不會(huì)有沾染的危險(xiǎn)。另外，無(wú)須防止印墨在記錄片材上的側(cè)向擴(kuò)散以實(shí)現(xiàn)沒(méi)有圖像位移的高分辨力。因此，為得到彩色圖像，通過(guò)保證快速干燥的良好吸收性能而具有的優(yōu)異彩色密度和分辨率以及光學(xué)白度是所要達(dá)到的關(guān)鍵要求。
在典型的噴墨記錄或印刷系統(tǒng)中，墨滴從噴嘴以高速向記錄元件或介質(zhì)噴射以便在介質(zhì)上形成圖像。墨滴或記錄液體一般包含一種記錄劑如染料或顏料，以及大量的溶劑。該溶劑或載液通常由水、有機(jī)物(如一元醇或多元醇)或水與其它水可混溶的溶劑(如一元醇或多元醇)的混合物構(gòu)成。
記錄元件一般包含在其至少一個(gè)表面上有一接收印墨層或成像層的載體或載體材料。該元件包括供反射觀看的元件和供用透射光觀看的元件，前者通常有不透明的或反射的載體，后者通常有透明的載體。
美國(guó)專利5,045,864、5,084,338、5,126,1 93、5,126,194、5,126,195、5,139,867和5,147,717提到有關(guān)的成像層含有不同添加劑的聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化烯和聚乙烯醇，例如不同表面活性劑、惰性顆粒和各種不同特性的聚酯顆粒。
美國(guó)專利5,624,482描敘了底材上的一種多孔水合氧化鋁層，它可引起印墨中水溶性聚合物膠凝。
美國(guó)專利5,660,622描敘了用于噴墨記錄片材的涂料組合物，其中包括合成的水合無(wú)定形二氧化硅、合成的粘合劑、陽(yáng)離子試劑、流平性調(diào)節(jié)劑、分散劑和光學(xué)增白劑的組合，形成多孔的吸水性成像層。
美國(guó)專利5,686,602描敘了與金屬離子交聯(lián)的纖維素聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中嵌入含金屬氧化物/氫氧化物顆粒的膠體溶膠，形成一種微孔膜。
美國(guó)專利5,759,673描敘了一種兩層結(jié)構(gòu)，其中有一個(gè)泡沫狀的聚合物粘合劑底涂層和一個(gè)含50-90％無(wú)定形二氧化硅的圖像接收層。
美國(guó)專利5,750,200描敘了一種兩層澆涂結(jié)構(gòu)，其中有一個(gè)顏料和粘合劑構(gòu)成的圖像接收層和一個(gè)顏料與膠乳提供的光澤層。
美國(guó)專利5,688,603描敘了一種兩層結(jié)構(gòu)，其中有一個(gè)是吸水聚合物與帶有交聯(lián)劑的可交聯(lián)聚合物的吸收層和一個(gè)含有羥基纖維素、碳氟表面活性劑和金屬螯合物的光學(xué)透明的頂涂層。
美國(guó)專利5,576,088描敘了一種兩層澆涂結(jié)構(gòu)，其中包括含顏料和粘合劑的圖像接收層和一個(gè)含粒度小于300nm的顏料(或膠體二氧化硅或聚苯乙烯小球)和苯乙烯-丁二烯膠乳的提供光澤層。
美國(guó)專利5,171,626描敘了一種兩層結(jié)構(gòu)，兩層中皆有氧化鋁，但下層中粒度＜20μm，上層中粒度＜70μm。
美國(guó)專利5,560,996描敘了一種染料接收層，其中含有一種嵌入化合物，它能通過(guò)基于離子交換的嵌入作用將水溶性染料固定在印刷紙上。所提出的嵌入化合物對(duì)于水溶性陽(yáng)離子染料是蒙脫石類，而對(duì)于水溶性陰離子染料是水滑石類礦物。
歐洲專利申請(qǐng)EP 0 732 218 A1描述了一種含有有或沒(méi)有聚合物粘合劑合成粘土的印墨接收涂層。
歐洲專利申請(qǐng)EP 0 709 221 A1公開了一種印墨接收涂層，其中含有聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸共聚物和季銨化的丙烯酸酯共聚物、羥乙基纖維素和羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇和乙烯基吡咯烷酮共聚物。
歐洲專利申請(qǐng)EP 0 818 322 A1公開了一種噴墨記錄片材，其中包括一個(gè)用陽(yáng)離子型化合物浸漬或涂覆的底材，一個(gè)含顏料和粘合劑的印墨接收層和一個(gè)含有由乙烯類不飽和單體制得的聚合物樹脂的光澤層。
雖然有關(guān)的專利文獻(xiàn)充滿了發(fā)明，但是在工藝技術(shù)上仍存在許多問(wèn)題。例如，使用親水性聚合物作為成像層常出現(xiàn)干燥慢的粘性表面，對(duì)于印制片材的多層堆積不利。多孔/微孔成像層有時(shí)會(huì)改善這一狀況，但其代價(jià)是大大降低了底材的光澤或圖像的“質(zhì)量”。另外，這些層推廣應(yīng)用于例如透明片時(shí)，不可能完全無(wú)灰霧。提出過(guò)利用多層以改進(jìn)性能，但是各個(gè)功能層的共同優(yōu)化、保證各層相容及層間粘結(jié)、以及這類成像元件的堅(jiān)固制造，常常成為難以克服的問(wèn)題。
一般，對(duì)于噴墨記錄的圖像記錄介質(zhì)或元件的要求是非常必要的。眾所周知，為了在這樣一種圖像記錄元件上得到并保持照相質(zhì)量的圖像，該記錄元件無(wú)須(1)容易潤(rùn)濕，因此不存在攪混，即，相鄰墨點(diǎn)的聚結(jié)，以致造成密度不勻；
(2)不呈現(xiàn)圖像滲色現(xiàn)象；(3)顯示吸收高濃度印墨和導(dǎo)速干燥的能力，當(dāng)貼著隨后的印件或其它表面堆積時(shí)，避免元件粘在一起。
(4)提供高水平的光澤度，而且在典型的印墨溶劑中完全不溶，以避免不均勻光澤度的發(fā)生。
(5)不呈現(xiàn)由于載體和/或?qū)又g的相互作用造成的間斷或缺陷，例如裂紋、疏液性和梳形線等；(6)不會(huì)讓未吸收的染料在自由表面上聚結(jié)引起染半結(jié)晶，這會(huì)在已成像區(qū)造成圖像發(fā)暈或變成古銅色。
(7)是最優(yōu)化的圖像牢度，以避免因與水接觸或由于日光、鎢燈光線或熒光照射引起的褪色。
雖然此前曾提出過(guò)很多不同類型用于噴墨裝置的圖像記錄元件，但在工藝技術(shù)上仍有很多未解決的問(wèn)題，在已知產(chǎn)品中也有很多缺陷，這些都嚴(yán)重地限制了它們的工業(yè)實(shí)用性。本發(fā)明要解決的問(wèn)題仍然需要研制一種成像元件，它具有一個(gè)無(wú)混濁、透明、快速干燥、不發(fā)粘、有光澤、光滑成像層，能帶有高光學(xué)密度的照相質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的另一目的是提供可以在典型的噴墨記錄或印刷系統(tǒng)中記錄或印刷的成像元件。
本發(fā)明的又一目的是提供一種光滑、無(wú)粘性、迅速干燥和無(wú)霧狀混濁的成像層，它可用于反射成像載體，也可用于透明的成像載體。
本發(fā)明的再一目的是提供一種形成具有上述質(zhì)量的圖像接收層的方法。
本發(fā)明的這些目的和其它目的是通過(guò)提供一種含有底材和圖像層的成像元件而實(shí)現(xiàn)的，該圖像層中含有嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并分散在聚環(huán)氧乙烷之中的蒙脫石粘土顆粒。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供一種當(dāng)成像元件在典型的噴墨印刷機(jī)中印刷時(shí)，能達(dá)到極高光學(xué)密度具有照相質(zhì)量的圖像的成像元件。
圖2表示嵌入了不同重量％的聚環(huán)氧乙烷的蒙脫石粘土干樣品的XRD圖。
圖3表示蒙脫石粘土(001)間距隨聚合物重量％的變化(a)蒙脫石粘土-聚乙烯吡咯烷酮復(fù)合物，(b)蒙脫石粘土-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物。
圖4表示蒙脫石粘土(001)間距隨聚環(huán)氧乙烷重量％的變化(a)蒙脫石粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物，(b)蒙脫石粘土-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物。
圖5表示干樣品的XRD圖(a)純聚環(huán)氧乙烷；(b)粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷納米復(fù)合物，其中含80％聚環(huán)氧乙烷；(c)粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷納米復(fù)合物，其中含50％聚環(huán)氧乙烷。
發(fā)明詳述與現(xiàn)有的工藝實(shí)踐相比，本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供了一種含圖像層的成像元件，該圖像層含有嵌入了聚乙烯吡咯烷酮(組分B)并分散在聚環(huán)氧乙烷(組分C)中的蒙脫石粘土顆粒(組分A)。本發(fā)明的圖像層是透明的，快速干燥，和可以在常規(guī)噴墨印刷系統(tǒng)中印刷的能具有照相質(zhì)量的圖像。本發(fā)明的成像層無(wú)霧狀混濁，因此對(duì)透明介質(zhì)和反射介質(zhì)都適用。該成像元件在印制后能迅速干燥，從而可以將成像元件多重堆積和立即轉(zhuǎn)運(yùn)，而不會(huì)發(fā)生印墨蹭臟/轉(zhuǎn)移或者粘結(jié)。這一特性使噴墨印刷系統(tǒng)的產(chǎn)量有可能增加。在其最簡(jiǎn)單的實(shí)施方案之一中，與本領(lǐng)域很多發(fā)明提出的多層不同，本發(fā)明提供了單一的成像層。這些優(yōu)點(diǎn)及其它優(yōu)點(diǎn)在下面的詳述中將顯而易見(jiàn)。
任何蒙脫石粘土都可在本發(fā)明中作為組分A使用，但特別優(yōu)選的是在結(jié)構(gòu)和組成兩方面都與天然粘土礦物鋰蒙脫石十分相似的合成蒙脫石粘土。鋰蒙脫石是一種天然的膨脹粘土，它相當(dāng)稀有，并且混雜著去除困難且花費(fèi)昂貴的其它礦物，例如石英。合成的蒙脫石粘土是在受控條件下制得，不含天然雜質(zhì)。一種這類合成蒙脫石粘土由英國(guó)的Laporte Industries，Ltd通過(guò)其美國(guó)分公司Southern ClayProducts，Inc.以Laponite的商品名稱上市，它是3層結(jié)構(gòu)的水合硅酸鎂，其中鎂離子部分地被合適的一價(jià)離子如鋰、鈉、鉀和/或空位取代，與氧和/或羥基離子以八面體形式鍵合，某些氧和羥基離子可以被氟離子取代，形成中心八面體層，這樣一個(gè)八面體層是夾在兩個(gè)以四面體形式鍵合的硅氧離子四面體層之間。適合本發(fā)明的合成蒙脫石粘土由橫向大小為0.005-10μm、厚度為0.0005-0.1μm的顆粒構(gòu)成。優(yōu)選的橫向大小為0.005-1μm，優(yōu)選的厚度為0.001-0.1μm。合成蒙脫石粘土的最優(yōu)選的橫向大小是0.005μm-0.05μm。
有很多等級(jí)的Laponite，例如RD、RDS、J、S等，每種有其獨(dú)特的性質(zhì)，均可用于本發(fā)明。這些產(chǎn)品中有一些含有聚磷酸鹽膠溶劑，例如提供快速分散能力的焦磷酸四鈉；或者也可以在之后向Laponite中摻入合適的膠溶劑用于同一目的。
本發(fā)明中作為組分B使用的聚乙烯吡咯烷酮優(yōu)選是水溶的，并能嵌入到粘土晶格中。美國(guó)專利5,552,469指出，聚乙烯吡咯烷酮可以用來(lái)嵌入粘土。聚乙烯吡咯烷酮是通過(guò)N-乙烯基吡咯烷酮的自由基引發(fā)鏈聚合制備的。聚合反應(yīng)常在水溶液中進(jìn)行，生成含30％聚合物的溶液。聚乙烯吡咯烷酮以液體形式或干燥的粉末形式在市場(chǎng)銷售。關(guān)于聚乙烯吡咯烷酮的詳細(xì)介紹可在合適的文獻(xiàn)中查到，例如M.Chanda和S.K.Roy，塑料技術(shù)手冊(cè)(Plastics TechnologyHandbook)，Marcel Dekker，Inc.，New York(1993)，P.432。本發(fā)明的組分B也可以是乙烯基吡咯烷酮與可共聚的單體(例如乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰胺、甲基甲基丙烯酰胺和氯乙烯)的共聚體。但是，重要的是這些共聚物也能嵌入到粘土晶格的內(nèi)部。為用于本發(fā)明，這些合物的典型分子量要求為100-1,000,000，優(yōu)選為1000-500,000，最優(yōu)選為20,000-50,000。有各式各樣的乙烯基吡咯烷酮聚合物在市場(chǎng)銷售和/或公開于許多美國(guó)專利中，包括美國(guó)專利4,741,969、4,503,111、4,555,437和4,578,285。
在本發(fā)明中作為組分C使用的聚環(huán)氧乙烷是水溶性聚合物，它能嵌入到蒙脫石粘土內(nèi)部。聚環(huán)氧乙烷的純凈形式是具有單斜晶結(jié)構(gòu)的半晶體，其鏈呈7/2螺旋構(gòu)型(c.p.Buckley和A.J.Kovas，晶志聚合物的結(jié)構(gòu)(Structure of Cnystalline Polymers)，I.H.Hall編，Elsevier Applied Science Pub.，New York(1984)，P.267)。聚環(huán)氧乙烷可以作為市售產(chǎn)品從許多來(lái)源得到，例如SeitetsuKagaku Company，Ltd(Japan)的PEO，Meisei chemical Works，Ltd.(Japan)的Alkox，或Union Carbide(USA)的Polyox。低分子量(即小于3000)的聚環(huán)氧乙烷主要由羥基結(jié)尾，常稱為聚乙二醇。商品聚環(huán)氧乙烷樹脂可以從100,000到1,000,000和更高的分子量范圍供應(yīng)。正如在文獻(xiàn)中指出的[M，Chanda和S.K.Roy，塑料技術(shù)手冊(cè)(Plastics Technology Handbook)，Marcel Dekker，Inc.，New York，(1933)，P510]，這些物質(zhì)是自由流動(dòng)的干粉，可溶于多種溶劑中，包括水。適用于本發(fā)明的聚環(huán)氧乙烷的分子量范圍是1,000-5,000,000，優(yōu)選范圍是100,000-500,000。
蒙脫石粘土在任何聚合物基質(zhì)中的分散在含粘土層的性能中起著關(guān)鍵作用。粘土顆粒在聚合物中的分散，如Lan等人所討論的(T.Lan，P.D.Kariratna和T.J.Pinnavia，材料化學(xué)(chem.Mater)I，2144(1995)，可以導(dǎo)致形成三種一般類型的復(fù)合材料(1)常規(guī)復(fù)合物，其中可含各層以面對(duì)面形式聚結(jié)的未被嵌入的粘土。此時(shí)粘土小片聚集體簡(jiǎn)單地以宏觀分離的形式被分散；(2)嵌入的粘土復(fù)合物是由一或多層聚合物分子嵌入到粘土主體通道中形成的確定結(jié)構(gòu)的嵌入化合物；(3)最后，剝離的粘土-聚合物復(fù)合物，其中單個(gè)粘土小片分散在連續(xù)的聚合物基質(zhì)中。
粘土的嵌入和剝離可以如美國(guó)專利5,554,670、5,891,611和5,981,126中示例說(shuō)明的，通過(guò)使用X-射線衍射技術(shù)測(cè)定粘土片晶基面(001)間距，方便地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隨著聚合物嵌入粘土通道，觀察到粘土基面間距加大。當(dāng)完全剝離時(shí)，由于失去了晶體有序性，衍射峰消失。
已知聚乙烯吡咯烷酮和聚環(huán)氧乙烷都能嵌入到粘土晶格內(nèi)。但是，本發(fā)明出乎意料地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土進(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中時(shí)，得到一種獨(dú)特的復(fù)合材料，它能被制成具有極其理想特性的成像元件的圖像層。下面描述由X-射線衍射法鑒定的這種復(fù)合材料的獨(dú)特形貌。
利用X-射線衍射，鑒定含有蒙脫石粘土的復(fù)合材料，特別是粘土嵌入狀態(tài)和聚環(huán)氧乙烷的晶化度。使用裝備了銅陽(yáng)極、衍射光束石墨單色器和閃爍探測(cè)器的Rigaku RU-300衍射代測(cè)定衍射圖。具體地說(shuō)，合成的蒙脫石粘土在20％相對(duì)濕度的環(huán)境條件下顯示出晶面間距為13的(001)基面衍射峰。如果粘土被嵌入，則如美國(guó)專利5,891,611和5,981,126中所公開的，此基面間距增大，表現(xiàn)為X-射線衍射峰朝衍射圖中更低的2θ衍射峰角方向移動(dòng)。


圖1表示聚乙烯吡咯烷酮重量％不同的各種蒙脫石粘土-聚乙烯吡咯烷酮復(fù)合物干樣品的XRD圖。隨著聚乙烯吡咯烷酮重量％的增加，可觀察到粘土(001)峰朝較低的2θ移動(dòng)，顯示出隨聚合物數(shù)量的增加，粘土晶格中嵌入了更多數(shù)量的聚合物。圖2表示聚環(huán)氧乙烷重量％不同的蒙脫石粘土-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物各種干樣品的類似的XRD圖。同樣，隨著聚環(huán)氧乙烷重量％的增加，可以觀察到粘土(001)峰朝較低的2θ方向移動(dòng)，顯示出粘土晶格的嵌入增多。因此，圖1和2證實(shí)了聚乙烯吡咯烷酮和聚環(huán)氧乙烷都可以獨(dú)立地嵌入到晶格內(nèi)部。
在圖3中，蒙脫石粘土的(001)間距作為聚合物重量％的函數(shù)作圖，以比較(a)蒙脫石粘土-聚乙烯吡咯烷酮復(fù)合物和(b)蒙脫石粘土-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物。顯然，對(duì)于同樣重量％的聚合物，聚乙烯吡咯烷酮在粘土晶格內(nèi)嵌入得比聚環(huán)氧乙烷多。還可清楚地看出，隨聚環(huán)氧乙烷的增加，蒙脫石粘土(001)間距在最初的增大之后達(dá)到一個(gè)平臺(tái)，而隨著聚乙烯吡咯烷酮數(shù)量的增加，粘土的這一間距隨聚合物量增加而單調(diào)地連續(xù)增大。
將一個(gè)這樣的蒙脫石粘土-聚乙烯吡烷酮復(fù)合物，即粘土∶聚乙烯吡咯烷酮重量比為70∶30的復(fù)合物，以不同的重量比進(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中，形成蒙脫石粘土-聚乙烯吡烷酮-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物。在圖4中，將蒙脫石粘土的(001)間距作為聚環(huán)氧乙烷重量％的函數(shù)作圖，對(duì)于這些3組分的蒙脫石粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物作圖結(jié)果為“a”。將蒙脫石粘土-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物的相應(yīng)數(shù)據(jù)(得自圖3b)也畫在圖4上作為“b”以便直接比較。顯然，已經(jīng)嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土可以進(jìn)一步嵌入聚環(huán)氧乙烯，并達(dá)到單獨(dú)嵌入聚環(huán)氧乙烷時(shí)達(dá)不到的程度?？梢宰⒁獾?，對(duì)于只是在聚環(huán)氧乙烷中的分散體，蒙脫石粘土(001)間距在20％RH下測(cè)定時(shí)達(dá)到的約20的平臺(tái)值，這相當(dāng)于比未嵌入狀態(tài)增大約50％。如果將蒙脫石粘土先用聚乙烯吡咯烷酮嵌入，然后再分散于聚環(huán)氧乙烷中，則粘土(001)間距的上述平臺(tái)被遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)。
這些X-射線數(shù)據(jù)證實(shí)，嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土當(dāng)分散在聚環(huán)氧乙烷中時(shí)，形成了只用蒙脫石粘土和聚環(huán)氧乙烷時(shí)任何組合都達(dá)不到的獨(dú)特的納米復(fù)合材料。顯然，聚乙烯吡咯烷酮通過(guò)它的最初嵌入打開了蒙脫石粘土的晶格，使其容易被聚環(huán)氧乙烷進(jìn)一步嵌入。估計(jì)是本發(fā)明的納米復(fù)合材料的這種獨(dú)特的形貌有助于在噴墨系統(tǒng)中印刷時(shí)印墨的最有效的吸收，結(jié)果形成諸如迅速干燥和高光學(xué)密度等優(yōu)點(diǎn)?！凹{米復(fù)合材料”是一種復(fù)合物，其中組分之一處在小于400納米的量級(jí)。
蒙脫石粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷納米復(fù)合物的另一重要方面是聚環(huán)氧乙烷的結(jié)晶度。已知聚環(huán)氧乙烷，特別是高分子量的聚環(huán)氧乙烷，保持相當(dāng)大量的結(jié)晶度。這種晶相會(huì)有害地散射光，因此產(chǎn)生不良的霧狀混濁。聚環(huán)氧乙烷的結(jié)晶度可以通過(guò)在用CuKa輻射時(shí)存在或不存在2θ角為19.2°和23.2°的主衍射峰來(lái)判斷，如圖5所示。圖5表示以下體系的X-射線衍射峰(a)純聚環(huán)氧乙烷，(b)粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物，含80％聚環(huán)氧乙烷，和(c)粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物，含50％聚環(huán)氧乙烷。粘土-聚乙烯吡咯烷酮-聚環(huán)氧乙烷復(fù)合物中的聚環(huán)氧乙烷的結(jié)晶度可以通過(guò)測(cè)定歸屬于聚環(huán)氧乙烷的在Bragg角23.2°2θ的X-射線衍射峰的高度與歸屬于粘土的X-射線衍射(001)峰的高度之比確定。此峰高比是結(jié)晶度的量度，以后稱作“IPEO/IClay”比。為了確定本發(fā)明材料的透明性或者無(wú)霧狀混濁，IPEO/IClay比應(yīng)小于0.6，優(yōu)選小于0.3，更優(yōu)選小于0.1，以使混濁最小。
歐洲專利申請(qǐng)EP 0 732 218 A1描述了一種含或不含聚合物粘合劑的含合成粘土的印墨接收層。但是，在聚合物粘合劑不存在時(shí)，這樣的層不大可能具有足夠的物理完整性。
美國(guó)專利5,560,996描敘了一種含嵌入化合物的染料接收層，它可以是用于陽(yáng)離子染料的蒙脫土類或用于陰離子染料的水滑石類。但是，該專利提到，無(wú)機(jī)離子或季銨化合物在蒙脫土類中的嵌入會(huì)使它們更疏水，結(jié)果印墨干燥慢。美國(guó)專利5,560,996未提到本發(fā)明中提供的用聚乙烯吡咯烷酮嵌入并進(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中的粘土。蒙脫石粘土在聚乙烯吡咯烷酮中的嵌入在本發(fā)明的一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可以用以下方式完成聚乙烯吡咯烷酮對(duì)蒙脫石粘土的嵌入粘土和聚乙烯吡咯烷酮在水中的第一分散體可以制備成固體總含量小于99％，優(yōu)選小于50％，更優(yōu)選小于10％。此分散體可以通過(guò)將干的蒙脫石粘土、聚乙烯吡咯烷酮和水按任何次序混合來(lái)制備?；蛘呤?，可以將水基粘土溶膠(粘土在水中的分散體)與干的聚乙烯吡咯烷酮或其水溶液以任何次序混合。粘土∶聚乙烯吡咯烷酮比可以在80∶20至20∶80之間變化，為得到最佳透明度，優(yōu)選比例為70∶30至50∶50。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，將固體含量少于10％重量的水基粘土溶膠緩慢地加到固體少于10％重量的聚乙烯吡咯烷酮水溶液中，保持粘土∶聚乙烯吡咯烷酮之比為70∶30。將此第一分散體攪拌，以確保聚乙烯吡咯烷酮嵌入到粘土晶格內(nèi)。這一嵌入反應(yīng)可以通過(guò)攪拌少于1小時(shí)至幾小時(shí)來(lái)完成，這取決于第一分散體的粘度。重要的是要保證嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土在其干燥形式和20％相對(duì)濕度下，與相同條件下的未嵌入狀態(tài)比較時(shí)，(001)間距至少增加50％。或者是，為了獲得聚合物復(fù)合物的最佳透明度，嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土在其干燥形式和20％相對(duì)濕度下，(001)間距應(yīng)至少為20。
除了粘土、聚乙烯吡咯烷酮和水之外，第一分散體還可含有另外的組分。這些另外的組分包括但不限于表面活性劑、涂布助劑、分散劑、其它溶劑、增塑劑、無(wú)機(jī)或有機(jī)顆粒、消光物、導(dǎo)電或不導(dǎo)電物質(zhì)、鹽、電解質(zhì)、其它聚合物和粘土嵌入劑(能嵌入粘土晶格內(nèi)的物質(zhì))、潤(rùn)滑劑、交聯(lián)劑、著色劑和染料、增容劑、生物殺生劑、pH控制劑、消泡劑、粘度調(diào)節(jié)劑、防水劑、UV吸收劑、防霉劑、抗氧化劑、光學(xué)增白劑、控制釋放劑、藥物、提供芳香或風(fēng)味的試劑等。因此，嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土可以包含上述任何另外的組分，只要這些試劑不損害所關(guān)心的性能。嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土在聚環(huán)氧乙烷中的分散體嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的蒙脫石粘土之后可以分散在聚環(huán)氧乙烷中以形成第二分散體，其中第二分散體的固體總含量保持低于99％，優(yōu)選低于50％，更優(yōu)選低于30％。該第二分散體可以通過(guò)向第一分散體中加入干的聚環(huán)氧乙烷，或者向第一分散體中加入聚環(huán)氧乙烷的水溶液，或者將第一分散體的干成分、聚環(huán)氧乙烷和水以任何次序混合來(lái)形成。第二分散體的干固體成分中聚環(huán)氧乙烷的干重％可以是1-75％，優(yōu)選為10-70％，更優(yōu)選為30-65％。將第二分散體攪拌以保證在已經(jīng)嵌入了聚乙烯吡咯烷酮的粘土晶格內(nèi)進(jìn)一步嵌入聚環(huán)氧乙烷。這可以通過(guò)攪拌少于1小時(shí)至幾小時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，取決于第二分用體的粘度。
為了成功地實(shí)施本發(fā)明，優(yōu)選保證嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并進(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中的蒙脫石粘土，在其干燥形式和20％相對(duì)濕度下與相同情況下的未嵌入狀態(tài)比較時(shí)，其(001)間距至少增大50％。(001)間距優(yōu)選增加至少50％，以后被認(rèn)為是蒙脫石粘土被“充分嵌入”的指示?；蛘呤牵度肓司垡蚁┻量┩橥⑦M(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中的蒙脫石粘土，在其干燥形式和20％相對(duì)濕度下，(001)間距應(yīng)至少為20。另外，為了用于無(wú)霧狀混濁涂層，重要的是要保證嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并進(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中的蒙脫石粘土，在其干燥形式和20％相對(duì)濕度下，其IPEO/IClay比小于0.6，優(yōu)選小于0.3，更優(yōu)選小于0.1。
除粘土、聚乙烯吡咯烷酮、聚環(huán)氧乙烷和水之外，第二分散體中還可含有另外的組分。這些另外的組分包括但不限于表面活性劑、涂布助劑、分散劑、其它溶劑、增塑劑、無(wú)機(jī)或有機(jī)顆粒、消光物、導(dǎo)電或不導(dǎo)電物質(zhì)、鹽、電解質(zhì)、其它聚合物和粘土嵌入劑(能嵌入粘土品格內(nèi)的物質(zhì))、潤(rùn)滑劑、交聯(lián)劑、著色劑和染料、增容劑、生物殺生劑、pH控制劑、消泡劑、粘度調(diào)節(jié)劑、防水劑、UV吸收劑、防霉劑、抗氧化劑、光學(xué)增白劑、控制釋放劑、藥物、提供芳香或風(fēng)味的試劑等。因此，嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并進(jìn)一步分散在聚環(huán)氧乙烷中的蒙脫石粘土，可以含有上述的任何另外組分，只要這些試劑不損害所關(guān)心的性能。
在一項(xiàng)優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用第二分散體作為本發(fā)明成像元件的圖像層的涂料組合物。該涂料組合物可以用任何已知的技術(shù)，包括浸涂、繞線輥涂、料斗涂布、刮涂、輥涂、凹版和逆輥涂布、滑動(dòng)涂布、液滴涂布、落簾涂、噴涂等，施加在合適底材的一面或兩面上。在研究報(bào)告(Research Disclosure)308119(1989年12月)，1007-1008頁(yè)有對(duì)于已知的涂布和干燥方法的進(jìn)一步詳細(xì)描敘。涂布后，涂層可用簡(jiǎn)單的蒸發(fā)使其干燥，可以利用已知技術(shù)例如對(duì)流和/或紅外線加熱加速干燥。干的圖像層的厚度可以從0.1μm到100μm變化，但優(yōu)選為1-25μm，因?yàn)檫@樣成本低，且能有效吸收印墨。
在本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施方案中，圖像層可以位于一個(gè)多孔或微孔層之上，或者最好是在之下，以便加強(qiáng)干燥而又不損害圖像的照像般質(zhì)量。這些層可以從本領(lǐng)域技術(shù)中任何公開的，例如美國(guó)專利5,955,185、5,605,750、5,683,784、5,624,482等中選擇。
任何上面可以施加圖像層的載體或底材，透明的或反射的，均可用于本發(fā)明的成像元件。這包括普通紙或砑光紙，涂料紙或無(wú)涂料紙，合成紙如聚丙烯和聚苯乙烯紙，薄膜如纖維素酯、聚對(duì)對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚1，4-環(huán)己烷二亞甲基對(duì)苯二甲酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚酰亞胺和聚碳酸酯，涂有樹脂的紙，包含紙作為底材、兩面涂覆成膜樹脂，如聚烯烴、聚氯乙烯等。上述的樹脂層優(yōu)選含有合適組合的各種添加劑，例如，白顏料如二氧化鈦、氧化鋅、滑石、碳酸鈣等；分散劑如脂族酰胺，例如硬脂酰胺等；脂肪酸的金屬鹽，例如脂酸鋅、硬脂酸鎂等；顏料和染料，例如群青、鈷紫等；抗氧化劑，熒光增白劑和紫外吸收劑。
按照本發(fā)明的涂有聚烯烴樹脂紙可以通過(guò)在紙基上擠壓涂布或疊層一層或多層聚烯烴樹脂來(lái)制備。紙基的表面可以在涂布樹脂之前用本領(lǐng)域技術(shù)中已知的任何方法，例如酸蝕劑、火焰處理、電暈放電處理、輝光放電處理等進(jìn)行處理，以改進(jìn)粘結(jié)性。涂有聚烯烴樹脂的紙可以具有光澤表面、毛面表面、絲光表面等。
適用于本發(fā)明的聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、聚丁烯及它們的混合物。也可以使用聚烯烴共聚物，包括丙烯和乙烯以及已烯、丁烯及辛烯的共聚物。本發(fā)明特別適合于如美國(guó)專利5,853,965、5,866,282和5,874,205中公開的含雙軸定向的微孔聚丙烯層的紙。
用于本發(fā)明的含紙底材可以包含普通的天然紙漿紙和/或合成紙，后者是由合成樹脂薄膜制成的模擬紙。但是，優(yōu)選主要由木漿構(gòu)成的天然紙漿紙，這些木漿包括軟木漿、硬木漿和軟木與硬木的混合漿。天然紙漿可含有任意組合的各種高分子量化合物和添加劑，例如干燥強(qiáng)度增加劑、膠粘劑、濕強(qiáng)度增強(qiáng)劑、穩(wěn)定劑、顏料、染料、熒光增白劑、膠乳、無(wú)機(jī)電解質(zhì)、pH調(diào)節(jié)劑等。
底材中還可以含有美國(guó)專利5,605,750(本文作為參考)中描敘的微孔材料。這些材料的實(shí)例、制備方法及其性質(zhì)在下述美國(guó)專利中有說(shuō)明U.S.
2,772,322；3,351,495；3,696,061；3,725,520；3,862,030；3,903,234；3,967,978；4,024,323；4,102,746；4,169,014；4,210,709；4,226,926；4,237,083；4,335,193；4,350,655；4,472,328；4,585,604；4,613,643；4,681,750；4,791,144；4,833,172；4,861,644；4,892,779；4,927,802；4,872,779；4,927,802；4,937,115；4,957,787；4,959,208；5,032,450；5,035,886；5,071,645；5,047,283；和5,114,438.
底材可具有任何合適的厚度，但優(yōu)選為1-500μm，更優(yōu)選為25-250μm，因?yàn)檫@一厚度以合理的費(fèi)用提供足夠的強(qiáng)度。如果需要，可以向底材中摻入抗氧化劑、抗靜電劑、增塑劑和其它的已知添加劑。為了改善圖像層對(duì)底材的粘結(jié)，可以將本領(lǐng)域已知的那些技術(shù)用于此目的，例如酸蝕刻、火焰處理、電暈放電處理、輝光放電處理等對(duì)底材進(jìn)行處理，或者用合適的涂底層或底膠層涂覆底材。
可以在底材中加入輔助層，用于運(yùn)送、機(jī)械處理、控制卷曲、耐磨損、防粘連、控制摩擦、電阻及靜電控制、光澤度、光密度、防水、防光和防紫外線、媒染、相容性等。本領(lǐng)域已知技術(shù)中的任何提供這些功能的物質(zhì)均可加入到這些輔助層中。
雖然本文公開的成像元件對(duì)于噴墨印刷系統(tǒng)被認(rèn)為是理想的，它對(duì)于描筆式繪圖儀也是可取的。描筆式繪圖儀通過(guò)用由一束與墨水容器接觸的毛細(xì)管構(gòu)成的筆直接在成像元件表面上書寫進(jìn)行工作。
以下實(shí)施例示例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施。它們不打算將本發(fā)明的所有可能的變化都包羅在內(nèi)。除非另外指明，份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均指重量。
目測(cè)檢查各樣品的混濁度、光滑性、不均勻度和印刷質(zhì)量。
各樣品上涂層的光澤度用Gardner Microgloss Meter在與樣品表面的法線成60°的角度測(cè)量。
對(duì)于干燥時(shí)間，在噴墨印刷完畢后，于印好的樣品上放一張粘著紙，用一個(gè)光滑的重物滾動(dòng)。然后將粘著紙與印好的樣品分開，檢查轉(zhuǎn)移的印墨并與標(biāo)準(zhǔn)圖樣比較。對(duì)樣品指定等級(jí)數(shù)1-5，其中1表示沒(méi)有印墨轉(zhuǎn)移或立即干燥，5表示印墨沿印制條帶的整個(gè)長(zhǎng)度轉(zhuǎn)移。等級(jí)1-3被認(rèn)為是本發(fā)明的合格干燥時(shí)間。
印刷的青、品紅、黃和黑色條帶的光密度用X-Rite感光密度計(jì)測(cè)定。光密度計(jì)是用來(lái)測(cè)定圖像亮度或暗度的光學(xué)儀器。它的測(cè)定輸出數(shù)據(jù)稱為光密度，與目測(cè)觀察的亮度或暗度很好相關(guān)。1.5及更高的光密度被認(rèn)為是合乎要求的。涂料組合物A將Laponite RDS(合成的蒙脫石粘土，來(lái)自Southern ClayProducts)的水溶膠與分子量30,000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液按70∶30的比例混合，形成第一分散體。將第一分散體攪拌足夠時(shí)間以保證如用XRD所檢驗(yàn)的PVP嵌入到蒙脫石粘土內(nèi)。
將第一分散體與Polyox 750(分子量200,000的聚環(huán)氧乙烷(PEO)，Union Carbide生產(chǎn))的水溶液混合，形成第二分散體。第二分散體固體內(nèi)含物中PEO的濃度保持為50％。具體地說(shuō)，第二分散體的固體內(nèi)含物的PEO∶粘土∶PVP之比為50∶35∶15。將第二分散體攪拌足夠時(shí)間以保證如XRD所檢驗(yàn)的粘土中進(jìn)一步嵌入PEO。這時(shí)的第二分散體是涂料組合物A。
實(shí)施例1是在用含1，1-二氯乙烯的聚合物打底的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜的帶底涂層一面上施加涂料組合物A而制成。該涂層的干厚度保持為15μm。
表1A列出了由按照本發(fā)明制備的實(shí)施例1-4收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。顯然，本發(fā)明的涂層產(chǎn)生了能以良好的干燥時(shí)間印刷的透明涂層。本發(fā)明的涂層能在樹脂涂料紙上形成很光澤的表面，如實(shí)施例1和2。涂層的透明性通常增大底材的光澤度。即使對(duì)于低光澤(1-4)的底材例如紙，如實(shí)施例4的情表，本發(fā)明的圖像層能使光澤度增大20左右。表1A顯示了本發(fā)明的圖像層的多功能性，因?yàn)樗捎糜跓o(wú)光澤底材或光澤底材，并像所希望的那樣，產(chǎn)生具有毛面或光澤表面涂層的成像元件。
表1A
表1B列出了印刷在實(shí)施例1和2上的黑色、青色、品紅和黃色條帶的光密度。1.5及更高的光密度被認(rèn)為是合格的。很顯然，本發(fā)明實(shí)施例上的印刷圖像超額滿足了這一要求，顯示了本發(fā)明圖像層印上照相質(zhì)量圖像的能力。
表1B
涂料組合物B涂料組合物B的制備方法與組合物A相似，只是第二分散體的固體內(nèi)含物中PEO濃度保持為65％。具體地說(shuō)，第二分散體中固體內(nèi)容物的PEO∶粘土∶PVP比為65∶24.5∶10.5。
表2列出了由按照本發(fā)明制備的實(shí)施例5收集的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)。顯然，實(shí)施例5形成了能以良好的干燥時(shí)間印刷的透明涂層。
表2
涂料組合物C涂料組合物C的制備方法與組合物A相似，只是其中第二分散體的固體內(nèi)含物中PEO濃度保持為95％。具體地說(shuō)，第二分散體的固體內(nèi)容物的PEO∶粘土∶PVP比為95∶3.5∶1.5。對(duì)照例1與實(shí)施例1相似，對(duì)照例1對(duì)照樣品是通過(guò)在帶底涂層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯底材上施加涂料組合物C來(lái)制備。對(duì)照例2與實(shí)施例4相似，對(duì)照例2對(duì)照樣品是通過(guò)在Georgia Pacific紙上施加涂料組合物C來(lái)制備。
表3列出了由對(duì)照例1和2的對(duì)照樣品收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。顯然，在IPEO/IClay比遠(yuǎn)大于0.6的同時(shí)，對(duì)照例1和2形成不理想的有霧狀混濁涂層。
表3
涂料組合物D-G涂料組合物D、E、F和G是通過(guò)將PEO的水溶液與蒙脫石粘土在不加任何PVP的情況下混合制備的，PEO∶粘土比分別為100∶0，75∶25，50∶50和25∶75。對(duì)照例3-4對(duì)照樣品3，4，5和6是與實(shí)施例1相似地，通過(guò)將涂料組合物D、E、F和G分別施加到帶底涂層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯底材上制得的。
如表4所示，對(duì)照樣品3-6形成有霧狀的帶白色涂層，說(shuō)明是無(wú)PVP的涂料組合物(不是本發(fā)明的)造成低劣的質(zhì)量。
表4
涂料組合物H涂料組合物H的制備與組合物A相似，只是用聚乙烯醇(PVOH)代替PEO。具體地說(shuō)，其中第二分散體固體內(nèi)各物中PVOH∶粘土∶PVP之比為50∶35∶15。對(duì)照例7對(duì)照樣品7是與實(shí)施例1相似地通過(guò)向帶底涂層的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯底材上施加涂料組合物H而制得。
如表5所示，對(duì)照樣品7形成干燥時(shí)間差的粘性表面，表明不屬于本發(fā)明的無(wú)聚環(huán)氧乙烷的涂料組合物造成性能低劣。
表5
實(shí)施例6和7將涂料組合物A以干厚度分別為4μm和6.5μm涂布在一個(gè)微孔底材上，即PPG Industries銷售的7密耳Teslin載體上，制成實(shí)施例6和7。對(duì)照例8對(duì)照例8是實(shí)施例6和7中的空白的Teslin載體，無(wú)任何涂層。
如表6所示，本發(fā)明的實(shí)施例6和7像對(duì)照樣品8一樣瞬時(shí)干燥，但實(shí)施例6和7的光密度比對(duì)照例8優(yōu)越得多，表明本發(fā)明的微孔底材上的圖像層的理想性。
表6
對(duì)照例9對(duì)照樣品9是按照美國(guó)專利5,955,185的方法，在7密耳的Teslin載體上施加一個(gè)干厚度為5μm的微孔層而制備的，該微孔層中包含勃姆石結(jié)構(gòu)的水合氧化鋁及聚乙烯醇粘合劑。
如表7所示，按本發(fā)明制備的實(shí)施例8和9顯示出優(yōu)于對(duì)照樣品9的光澤度和光密度。這些結(jié)果表明，將本發(fā)明的圖像層加入在美國(guó)專利5,955,185的微孔層之下，在噴墨系統(tǒng)中印刷時(shí)，可以顯著增加其光澤度和光密度，同時(shí)保持快速干燥。
表權(quán)利要求
1.一種含有底材和圖像層的成像元件，該圖像層中含有嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并分散于聚環(huán)氧乙烷中的蒙脫石粘土顆粒。
2.權(quán)利要求1的成像元件，其中該蒙脫石粘土具有至少為20的(001)間距。
3.權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)的成像元件，其中IPEO/IClay比小于0.6。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的成像元件，其中蒙脫石粘土是選自蒙脫土、鋰蒙脫土和皂石。
5.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的成像元件，其中蒙脫石粘土包括合成蒙脫石粘土。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的成像元件，其中圖像層含有重量比為80∶20至20∶80的蒙脫石粘土和聚乙烯吡咯烷酮。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的成像元件，其中聚環(huán)氧乙烷占圖像層的1-75％重量。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的成像元件，其中圖像層的厚度為1-25μm。
9.權(quán)利要求1的成像元件，其中底材包括涂樹脂的紙。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的成像元件，其中圖像層與至少另一個(gè)含微孔材料層相鄰接。
11.一種形成圖像接收層的方法，該方法包括提供一種合成粘土，將該粘土與聚乙烯吡咯烷酮接觸以嵌入粘土，使嵌入的粘土與聚環(huán)氧乙烷接觸，并將該組合物涂布在底材上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含底材和圖像層的成像元件,該圖像層含有嵌入了聚乙烯吡咯烷酮并分散于聚環(huán)氧乙烷中的蒙脫石粘土顆粒。
文檔編號(hào)B41M5/00GK1334201SQ01123379
公開日2002年2月6日 申請(qǐng)日期2001年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
發(fā)明者D·馬宗達(dá), D·W·施瓦克, R·J·克雷斯, T·N·布蘭頓 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司