專利名稱：具有壓紋表面的噴墨打印接受片的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本申請(qǐng)涉及一種噴墨打印介質(zhì)，用于縮短噴射油墨的干燥時(shí)間、改進(jìn)干燥后噴墨圖像的耐磨性，并用于防止油墨成滴、油墨擴(kuò)散或顏料層龜裂導(dǎo)致的視覺(jué)缺陷，改進(jìn)打印質(zhì)量。
發(fā)明的背景圖像圖形存在于現(xiàn)代生活的每個(gè)角落。用于警示、教育、娛樂(lè)、廣告等的圖像和數(shù)據(jù)被施加在各種內(nèi)表面和外表面、豎直和水平表面上。圖像圖形的非限定性例子包括墻壁或車(chē)身廣告、新影片海報(bào)、樓梯邊的警示標(biāo)記。
隨著廉價(jià)和有效的噴墨打印機(jī)、油墨釋放體系等的加速發(fā)展，近年來(lái)廣泛使用熱和壓力(piezo)噴射油墨。
熱噴墨硬件可從許多跨國(guó)公司購(gòu)得，包括但不限于惠普公司(Pala Alto，CA，USA)、Encad Corporation of San Diego，CA，USA、施樂(lè)公司(Rochester，NY，USA)、ColorSpan Corporation of Eden Prairie，MN，USA、以及MimakiEngineering Co.，Ltd.of Tokyo，Japan。由于打印機(jī)的生產(chǎn)商隨時(shí)為用戶改進(jìn)其產(chǎn)品，因此打印機(jī)的型號(hào)和種類(lèi)快速變化。根據(jù)所需的最終圖像圖形的大小，打印機(jī)可制成臺(tái)式的和寬幅的。工業(yè)級(jí)別的主流熱噴墨打印機(jī)的非限定性例子有Encad的Novajet Pro打印機(jī)和惠普的650C、750C和2500C打印機(jī)。寬幅的主流熱噴墨打印機(jī)的非限定性例子包括惠普的DesignJet打印機(jī)。其中2500C由于其分辨率為600×600點(diǎn)/英寸(dpi)、墨滴大小約為20皮升左右而是較好的。
美國(guó)3M公司推向市場(chǎng)的制圖噴墨軟件用于將互聯(lián)網(wǎng)、ClipArt或數(shù)碼相機(jī)的數(shù)碼圖像轉(zhuǎn)化成熱噴墨打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以打印這種圖像圖形。
噴射油墨也可從許多跨國(guó)公司購(gòu)得，尤其是美國(guó)3M公司推出了8551、8552、8553和8554系列的顏料基噴射油墨。使用四基色青、洋紅、黃和黑(一般簡(jiǎn)稱為CMYK)能在數(shù)碼圖像中形成多達(dá)256色或更多的色彩。
用于噴墨打印機(jī)的介質(zhì)也獲得了快速發(fā)展。由于噴墨成象技術(shù)快速流行于工業(yè)和個(gè)人用途，因此使用個(gè)人計(jì)算機(jī)在紙張和其它接受介質(zhì)上打印彩色圖像的能力已從染料基油墨擴(kuò)展至顏料基油墨。接受介質(zhì)必須適應(yīng)這種變化。由于與染料分子相比顏料基油墨具有較大的著色劑，從而形成更耐久的圖像。
噴墨打印機(jī)總體上例如在工程制圖和建筑制圖這些應(yīng)用中使用寬幅電子打印。由于噴墨打印機(jī)操作簡(jiǎn)單并且經(jīng)濟(jì)，因此這種成象技術(shù)具有驚人的成長(zhǎng)潛力，使得打印工業(yè)能按需要提供寬幅的圖像，形成質(zhì)量耐久的圖像。
因此，用于形成圖像的噴墨體系的組件可主要分成三組1.計(jì)算機(jī)、軟件、打印機(jī)；2.油墨；3.接受介質(zhì)。
計(jì)算機(jī)、軟件和打印機(jī)控制油墨滴的大小、數(shù)量和位置，以及通過(guò)打印機(jī)傳送接受介質(zhì)。油墨含有形成圖像的著色劑和該著色劑的載體。接受介質(zhì)提供接受并保持油墨的儲(chǔ)存點(diǎn)。噴墨圖像的質(zhì)量與整個(gè)體系有關(guān)。但是，在噴墨體系中油墨和接受介質(zhì)的組成和相互作用是最重要的。
圖像質(zhì)量是觀看者和消費(fèi)者所需要的。圖像圖形的制造者對(duì)打印車(chē)間的噴墨介質(zhì)/油墨體系還有許多其它隱晦的要求。放置的環(huán)境還會(huì)對(duì)介質(zhì)和油墨提出其它要求(取決于圖像的用途)。
根據(jù)PCT國(guó)際專利公布WO 97/17207(Warner等)所述以及美國(guó)3M公司推向市場(chǎng)的以3MTMScotchcalTM為商標(biāo)的不透明圖像介質(zhì)3657-10和3MTMScotchcalTM半透明圖像介質(zhì)3637-20，現(xiàn)有的油墨接受介質(zhì)直接涂覆一種雙層接受層。另一種油墨接受介質(zhì)公開(kāi)在PCT WO 97/33758中，它將一層吸濕層結(jié)合在親水性微孔介質(zhì)上。
噴射油墨一般是完全或部分水基的(參見(jiàn)美國(guó)專利5,271,765)。這些油墨的典型接受介質(zhì)是普通紙，或者最好是專業(yè)噴墨接受紙，這種專業(yè)接受紙經(jīng)處理或涂覆以改進(jìn)其接受性能或者形成的圖像質(zhì)量(例如參見(jiàn)美國(guó)專利5,213,873)。
業(yè)已公開(kāi)了許多噴墨接受介質(zhì)組合物，它適合于涂覆在塑料上使之可接受?chē)娔湍?。頂置投影幻燈片的用途是本領(lǐng)域已知的。這些材料是由透明塑料材料(如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)組成，該材料本身不能接受水性油墨，因此要涂覆接受層。這些接受層通常是由能吸收組成噴射油墨的水性混合物的水溶性聚合物的混合物組成的。如美國(guó)專利4,379,804、4,903,041和4,904,519例舉的那樣，這些接受層通常是含有聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的親水性層。還已知在接受層中交聯(lián)親水性聚合物的方法(如美國(guó)專利4,649,064、5,141,797、5,023,129、5,208,092和5,212,008所述)。含有吸水顆粒(如無(wú)機(jī)氧化物)的其它涂料組合物可參見(jiàn)美國(guó)專利5,084,338、5,023,129和5,002,825。美國(guó)專利4,935,307和5,302,437描述了還含有顆粒(如玉米淀粉)的噴墨紙接受涂層具有相似的性能。
用于形成圖像圖案的許多這些類(lèi)型的噴墨接受介質(zhì)的缺點(diǎn)在于它們包括對(duì)水敏感的聚合物層。即使隨后疊合保護(hù)層(overlaminate)，但是其仍含有水溶性或水溶脹層。隨時(shí)間的推移這種水敏感層會(huì)受水萃取，導(dǎo)致圖像受損和保護(hù)疊層脫層。另外，這些親水性涂層的一些常見(jiàn)組分含有的水溶性聚合物不能很好地適應(yīng)室外環(huán)境的熱和紫外光照射，從而影響其室外壽命。最后，這些材料打印后的干燥速率顯得緩慢，因?yàn)楦稍锴埃繉邮窃鏊艿?，或者甚至被油墨溶?主要是水)部分溶解，導(dǎo)致圖像容易受損并且干燥前發(fā)粘。
近年來(lái)將目光集中在以微孔膜作為噴墨接受介質(zhì)以克服部分或全部上述缺點(diǎn)。Warner等和Steelman等的專利申請(qǐng)進(jìn)一步發(fā)展了上述微孔膜。如果薄膜能吸收油墨，打印后油墨通過(guò)毛細(xì)管作用被吸入薄膜的孔穴中，并且由于油墨遠(yuǎn)離打印圖像的表面而在感覺(jué)上非?？斓馗稍?。該薄膜無(wú)需含有水溶性或水溶脹性聚合物，從而可抗熱和紫外(UV)光，并且不會(huì)受水的侵害。
當(dāng)多孔膜本身具有疏水性時(shí)，則該材料不需要能接受水基油墨，使之具有親水性的方法例舉在PCT WO 92/07899中。
由于薄膜材料的緣故(例如購(gòu)自PPG Industries的TeslinTM，一種二氧化硅填充的聚烯烴微孔薄膜，以及美國(guó)專利4,861,644所述的薄膜)，其它薄膜本身具有水性油墨接受性。這種類(lèi)型的材料可能的問(wèn)題是當(dāng)與染料基油墨一起使用時(shí)，圖像密度會(huì)很低(取決于干燥后孔穴中所留存的著色劑的量)。避免該缺陷的一種方法是如PCT WO 92/07899所述在打印后熔凝該薄膜。
其它方法有用接受層涂覆微孔薄膜(參見(jiàn)PCT WO 97/33758(Steelman等)和美國(guó)專利5,605,750)。
如上所述，油墨和接受介質(zhì)的關(guān)系是圖像圖案質(zhì)量的關(guān)鍵。目前的打印機(jī)達(dá)到1400×720dpi的精度，因此噴射油墨滴的大小比過(guò)去更小。如前面所述，這種dpi精度的具體油墨滴大小約為20皮升，為以前用于寬幅噴墨打印機(jī)(尤其并通常是EncadTMNovaJet III、IV及Pro等型)的140皮升油墨滴大小的數(shù)分之一。一些打印機(jī)生產(chǎn)商甚至追求更小的油墨滴大小，盡管其它打印機(jī)制造商保持較大的墨滴用于寬幅圖案。對(duì)于顏料基噴射油墨，墨滴大小決定駐留在各滴中并被導(dǎo)至介質(zhì)預(yù)定區(qū)域中的顏料顆粒的量。
當(dāng)噴射油墨滴與接受介質(zhì)接觸時(shí)，墨滴的擴(kuò)散同時(shí)出現(xiàn)兩方面的情況噴射油墨滴垂直擴(kuò)散進(jìn)入接受介質(zhì)和沿接受介質(zhì)表面水平擴(kuò)散。
但是，對(duì)于粒徑合適的顏料基油墨并且當(dāng)用于孔徑合適的薄膜時(shí)，在薄膜表面部分著色劑會(huì)受過(guò)濾，導(dǎo)致良好的密度和色彩飽和。但是，由于“條紋現(xiàn)象”(此時(shí)留存的油墨不足以產(chǎn)生濃淡點(diǎn)圖像)當(dāng)墨滴鋪展率太低時(shí)得到的圖像仍然很差。如果墨滴尺寸太小，由于接受介質(zhì)移動(dòng)(advancement)或打印頭噴嘴缺陷造成的誤差會(huì)產(chǎn)生條紋。在大墨滴尺寸的打印機(jī)中未發(fā)現(xiàn)這種問(wèn)題，因?yàn)檩^大的墨滴能掩蓋所述打印誤差。但是，當(dāng)墨滴太大時(shí)，會(huì)喪失邊緣清晰度。為了得到邊緣清晰度要求提高dpi圖像精度。因此在噴墨接受介質(zhì)中控制墨滴直徑的能力是重要的性能。
美國(guó)專利5,605,750例舉了施涂在填充二氧化硅的微孔薄膜(如TeslinTM)上的擬勃姆石涂層。該涂層含有孔徑為10-80埃的擬勃姆石氧化鋁顆粒。該文獻(xiàn)還公開(kāi)了羥基丙基甲基纖維素附加保護(hù)層。
使用上述接受涂層存在幾個(gè)問(wèn)題。油墨吸收速率最高為8-10ml/sec/M2，與油墨滴施加速率相比該速率太低，其次，許多流行的寬幅噴墨打印機(jī)施加的140pL/滴墨滴體積(惠普250020皮升/滴，但是160皮升/點(diǎn))會(huì)產(chǎn)生例如油墨“羽毛狀邊滲”、“分層”和合并。
最后，使用顏料基油墨會(huì)使打印質(zhì)量產(chǎn)生其它問(wèn)題(最顯著是顏料層龜裂)。術(shù)語(yǔ)顏料層龜裂用于描述可溶脹的接受涂層通過(guò)將顏料顆粒過(guò)濾在其表面而吸收顏料顆粒并且溶脹以適應(yīng)載體溶劑，干燥后溶脹消除從而使顏料顆粒膜開(kāi)裂的現(xiàn)象。圖像猶如干枯的湖底淤泥開(kāi)裂成為碎片。
發(fā)明的概述本發(fā)明適用于采用寬幅噴墨打印機(jī)和顏料基油墨形成圖像圖形。本發(fā)明通過(guò)控制油墨滴在噴墨接受介質(zhì)上的接觸和干燥方式，意想不到地解決了噴墨打印體系中噴墨打印機(jī)的常見(jiàn)問(wèn)題，例如羽毛狀邊滲、條紋和油墨層龜裂。
本發(fā)明的一個(gè)方面是接受介質(zhì)，它包括具有一個(gè)設(shè)計(jì)的壓紋主表面的片材，其中該片材是無(wú)孔的并且設(shè)計(jì)的壓紋表面的各元件的容量至少約20皮升。
術(shù)語(yǔ)“設(shè)計(jì)的”是指壓紋是有計(jì)劃的并且可復(fù)現(xiàn)的，而與壓紋的圖案無(wú)關(guān)。
術(shù)語(yǔ)“無(wú)孔”是指未壓紋的片材不是明顯有孔的，或者圖像表面壓紋前具有網(wǎng)狀的外表面。
術(shù)語(yǔ)“壓紋容量”是指在圖像表面上的各個(gè)壓紋元件中或元件附近圖像表面至少能接納兩種噴射油墨顏色。
所述接受介質(zhì)較好是噴墨接受介質(zhì)。
較好在成像表面區(qū)所述壓紋圖像表面包括重復(fù)的圖案。壓紋成像表面更好具有微壓紋的圖案。壓紋成像表面最好包括側(cè)面完全被壁圍繞并且相互緊密排列的空穴，從而使(1)所述壁頂部的厚度為10微米或更小，(2)空穴體積相當(dāng)于選定打印機(jī)噴出油墨體積的100-300％，(3)每英寸中空穴數(shù)等于或大于選定打印機(jī)每英寸的點(diǎn)數(shù)(dpi)。另外，當(dāng)要求基片是透明的時(shí)，所述壁與基片表面法線的夾角盡可能接近0度。
本發(fā)明另一方面是一種圖像噴墨接受介質(zhì)，它包括具有壓紋圖像表面的片材，并且顏料或染料顆粒干燥在該壓紋圖像表面上。
本發(fā)明另一方面是一種噴墨接受介質(zhì)的制造方法，它包括下列步驟(a)選擇模塑表面具有微復(fù)制幾何形狀的壓紋模具，(b)使該模具的模塑表面與聚合物片接觸，在該片材上形成與所述微復(fù)制幾何形狀鏡面對(duì)稱的壓紋表面。
本發(fā)明另一方面是一種噴墨接受介質(zhì)的制造方法，它包括下列步驟(a)選擇模塑表面具有微復(fù)制幾何形狀的壓紋模具，(b)將聚合物擠出在該模具的模塑表面上，形成具有與所述微復(fù)制幾何形狀鏡面對(duì)稱的壓紋表面的聚合物片。
本發(fā)明的一個(gè)特征是一個(gè)具有用于在噴墨打印過(guò)程中接納與該表面接觸的油墨滴的空穴或坑的圖案的壓紋圖像表面，空穴或坑的數(shù)量與打印在圖像表面上預(yù)期的圖像分辨率相符。
本發(fā)明另一個(gè)特征是一個(gè)具有從表面上突起的柱圖案的壓紋圖像表面，該表面可將液體噴射油墨夾持在所述柱與片面片表面相交的該柱底部。
本發(fā)明另一個(gè)特征是將圖案壓紋在噴墨接受介質(zhì)上的能力，選擇所述圖案使得空穴體積與即將沉積在該空穴中的油墨總量最佳匹配。
本發(fā)明另一個(gè)特征是利用油墨的表面張力使噴墨圖像的表面積最小化，使墨滴僅存在于壓紋圖像表面上能使圖像精度最高的區(qū)域。
本發(fā)明另一個(gè)特征是能設(shè)計(jì)壓紋噴墨接受介質(zhì)，使空穴數(shù)達(dá)到或超過(guò)噴墨打印所需的分辨率。例如，可通過(guò)使接受片至少具有90,000空穴/平方英寸而使本發(fā)明接受介質(zhì)與300×300點(diǎn)/英寸(dpi)的打印分辨率相匹配。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)改變噴墨接受介質(zhì)的接受表面而非改變噴射油墨的配方來(lái)使噴墨打印機(jī)的常見(jiàn)問(wèn)題(如條紋狀、羽毛狀邊滲、滲出和龜裂)最少。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能容易地形成壓紋圖像表面。
本發(fā)明另一個(gè)目的是能控制顏料水基油墨形成的噴墨圖像的外觀。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能在噴墨接受介質(zhì)表面上防止噴墨圖像磨損，因?yàn)闃?gòu)成圖像的著色體駐留在壓紋圖像表面的幾何形狀空穴中或在柱基底附近。因此，本發(fā)明接受介質(zhì)提供耐磨、耐抹和抗羽毛狀邊滲或滲出的圖像。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述壓紋圖像表面適用于有機(jī)溶劑基、水基、相變或可輻照聚合的油墨。所述油墨還包括染料或顏料基著色劑。
本發(fā)明下列實(shí)例將說(shuō)明其其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是設(shè)想的噴射墨滴沉積、干燥次序和最終外觀的剖面圖，其中圖1A代表空穴圖案，圖1B代表柱的圖案；圖2是成象的本發(fā)明介質(zhì)的50倍顯微照片，其中圖2A是對(duì)照介質(zhì)，圖2B是本發(fā)明已打印的介質(zhì)；圖3是本發(fā)明介質(zhì)的50倍顯微照片，其中圖3A是已打印的市售涂覆基片作為對(duì)照試樣，而圖3B是根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步處理后同一基片的剖面；圖4本發(fā)明介質(zhì)的另一個(gè)實(shí)例，其中圖4A是用于測(cè)試介質(zhì)性能的圓形圖案，而圖4B是相同的圖案，放大后顯示油墨駐留在壓紋空穴中；圖5是放大100倍后的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)例，圖5A表示打印前的介質(zhì)，而圖5B表示打印后的試樣；圖6是打印有圓形圖案的本發(fā)明接受介質(zhì)，其中圖6A表示打印在未微壓紋的對(duì)照介質(zhì)上的照片，而圖6B表示相同放大倍數(shù)下同一打印在本發(fā)明微壓紋介質(zhì)上的照片；圖7是本發(fā)明圖像介質(zhì)的133倍顯微照片，圖7a表示打印在對(duì)照介質(zhì)上的直線，圖7b表示相同打印條件下打印在本發(fā)明介質(zhì)上的同一直線；圖8是放大33倍的本發(fā)明介質(zhì)打印試驗(yàn)照片的局部，圖8A是在對(duì)照介質(zhì)上的打印照片，圖8B是同樣介質(zhì)根據(jù)本發(fā)明微壓紋后進(jìn)行同樣打印的情況；圖9是未放大的打印試驗(yàn)照片的局部，圖9A表示對(duì)照介質(zhì)上的打印試驗(yàn)照片，圖9B表示在本發(fā)明介質(zhì)上的同樣打印照片。
本發(fā)明的實(shí)例壓紋圖像表面圖1表示本發(fā)明的前提噴墨接受介質(zhì)10可構(gòu)造成一個(gè)具有多個(gè)空穴或坑14以及多個(gè)峰16的壓紋圖像表面12，所述空穴或坑14用于駐留并保護(hù)噴射油墨中所含的顏料顆粒。
在圖1A的左邊，可看見(jiàn)一滴油墨20(典型尺寸約為10-150pL，較好約20-140pL)在接近壓紋的圖像表面12。
在圖1A的中間，可看見(jiàn)墨滴30在一個(gè)空穴14中，此時(shí)根據(jù)噴射油墨滴的性能該墨滴開(kāi)始干燥、固化或用其它方式凝聚。
在圖1A的右邊，可看見(jiàn)墨滴40已經(jīng)干燥并駐留在空穴14中，從而使其受到在宏觀上構(gòu)成介質(zhì)10最外層表面的許多峰16的保護(hù)而免遭與物體接觸而造成的磨損。
圖1B是本發(fā)明的一個(gè)柱的圖案實(shí)例。在圖1B的左邊，可看見(jiàn)一個(gè)墨滴50(其典型尺寸約為10-150pL，較好約為20-140pL)在接近壓紋的圖像表面52。
在圖1B的中間，可看見(jiàn)墨滴60在該表面52上，此時(shí)根據(jù)噴射油墨制劑的性能墨滴30開(kāi)始干燥、固化或用其它方式凝聚。
在圖1B的右邊，可看見(jiàn)已經(jīng)干燥的油墨70在柱72的附近，從而使其受到在宏觀上構(gòu)成介質(zhì)10最外層表面的許多峰16的保護(hù)而免遭與物體接觸而造成的磨損。
圖1A和圖1B還顯示了本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)利用油墨表面張力減小在噴墨接受介質(zhì)上干燥油墨的表面積。根據(jù)空穴、峰或柱的形狀，在圍繞單個(gè)峰的連接空穴中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例發(fā)現(xiàn)存在連續(xù)的干燥油墨層。這使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能利用界面張力進(jìn)行各種精確的噴墨打印，例如利用不同的濃淡點(diǎn)圖和控制墨滴放大率，將油墨固定在空穴中。
如有必要，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可形成從噴墨接受介質(zhì)的一個(gè)方向觀察是一種圖像，而從其它方向觀察是第二種或多種圖像的圖案。例如，可從介質(zhì)的最左邊觀看到一種圖像(因?yàn)樵诒砻鎻埩ψ饔孟掠湍畏e聚在空穴的左坡(slop)上)，而可從介質(zhì)的最右邊觀看到第二種圖像(因?yàn)樵诓煌谋砻鎻埩ψ饔孟虏煌浞降挠湍尉奂诳昭ǖ挠覀?cè))。
圖1A還顯示一個(gè)本發(fā)明的重要因素將多于1滴油墨指定駐留在單個(gè)空穴中，因?yàn)樾枰旌锨?、黃和洋紅色來(lái)形成油墨噴射所需的無(wú)數(shù)種顏色。因此，應(yīng)規(guī)劃空穴的體積以預(yù)期依次放置多達(dá)3滴不同顏色的墨滴以滿足多色打印的需要。空穴的體積可約為20-1000pL，較好約60-600pL。
空穴的設(shè)計(jì)體積取決于空穴所需的形狀和打印的墨滴體積。盡管圖1A顯示在相鄰兩個(gè)峰16之間空穴14底部具有曲線的斜率，但是在本發(fā)明范圍內(nèi)可選擇各種壓紋圖案。
空穴14的幾何形狀的非限定性例子可由帶平行的垂直平壁的立方空穴至半球狀的空穴，以及在這兩種極端情況之間的任何可能的實(shí)心壁幾何構(gòu)造?？昭?4幾何形狀的較好實(shí)例包括具有斜平面壁的最小空穴、具有斜平面壁的棱臺(tái)空穴和立方角形的空穴。
一種可接受的空穴結(jié)構(gòu)的表征方法是限定其高寬比?！案邔挶取笔侵缚昭ǖ纳疃扰c寬度之比?？昭?4的高寬比可約為0.3-2，較好約為0.5-1。
空穴14的總深度取決于空穴的上述形狀、高寬比和所需的空穴體積。對(duì)于立方形空穴，深度約為25-75微米。對(duì)于半球狀空穴，深度約為35-70微米。給定體積的其它形狀空穴的深度在這兩種極端情況之間。
例如，一個(gè)75微米寬和深、5微米壁的立方其高寬比為1，空穴體積為420pL，能容納3滴惠普51626打印機(jī)墨盒的油墨。
更好的是，空穴14在其頂部具有85微米見(jiàn)方的表面，深75微米，空穴14的頂部壁厚為5微米或更小，壁與法向呈15°夾角(即空穴底部為44微米見(jiàn)方)。這種實(shí)心結(jié)構(gòu)總體上是棱臺(tái)狀的。
下列運(yùn)算法則可算得各種形狀空穴的體積和深度(1)輸入油墨滴體積和打印機(jī)dpi(2)選擇圖案(立方角棱柱、立方體、棱錐、棱臺(tái)或半橢圓)(3)由輸入的dpi決定空穴中央與中央之間的間距，其目標(biāo)是將為壓紋的表面積降至最小，將每平方英寸的空穴數(shù)保持在等于或大于100％填充時(shí)每平方英寸沉積的油墨滴數(shù)。例如，對(duì)于300dpi的打印機(jī)，300×300＝90,000空穴/平方英寸或更高是適用的。
(4)算得三滴油墨的體積(5)算得所選形狀的每個(gè)空穴的體積。隨后選擇每個(gè)空穴的深度使得各空穴的體積盡可能接近步驟(4)算得的體積。
聚合物膜用于所述噴墨介質(zhì)的聚合物片材可由能用本發(fā)明方法壓紋的任何聚合物制得。該片材可以是實(shí)心膜。根據(jù)所需的用途，該片材可以是透明的、半透明的或不透明的。根據(jù)所需的用途，該片材可以是無(wú)色的或有色的。根據(jù)所需的用途，該片材可以是透光的、反光的或者是逆向反光的。
聚合物薄膜的非限定性例子包括熱塑性聚合物，如聚烯烴、聚氯乙烯、乙烯與乙酸乙烯酯或乙烯醇的共聚物，含氟熱塑性聚合物，如六氟丙烯的共聚物和三聚物及其經(jīng)表面改性的聚合物，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯及其共聚物，聚氨酯，聚酰亞胺，丙烯酸類(lèi)和用填料(如硅酸鹽、鋁酸鹽、長(zhǎng)石、滑石、碳酸鈣、二氧化鈦等)填充的上述聚合物。本申請(qǐng)還可使用用上述聚合物材料制得的非織造物、共擠出薄膜和層壓薄膜。
更具體地說(shuō)，聚烯烴可以是乙烯均聚物或共聚物，如購(gòu)自Union Carbide Co.of Houston，Texas，USA的7C50牌乙烯-丙烯共聚物。其它具體適用的薄膜包括Dyneon LLC的THV-500增塑聚氯乙烯、購(gòu)自Eastman的Eastar 6763聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共聚物、購(gòu)自Dow Chemical的Affinity PL 1845和購(gòu)自杜邦的SurlynTM丙烯酸共聚物。
可通過(guò)用改進(jìn)油墨接受介質(zhì)10的壓紋圖像表面12的受控油墨接受性的外涂層來(lái)增強(qiáng)本發(fā)明聚合物片的性能。如上面發(fā)明背景部分所述，各種涂層是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的?？蓪⑦@些涂層與本發(fā)明壓紋圖像表面一起組合使用。
較好可選用具有各種表面活性劑或聚合物的流體管理體系為特定的顏料基噴射油墨流體組分提供特別合適的表面。表面活性劑可以是陽(yáng)離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可從各種途徑得到各種表面活性劑。因此，可使用能使所述基片具有親水性的各種表面活性劑、表面活性劑的混合物或一種或多種聚合物。
這些表面活性劑可被吸入壓紋基片的空穴表面。在涂層體系中已經(jīng)采用了各種表面活性劑。它們包括但不限于含氟化合物、硅或烴基表面活性劑，所述表面活性劑可以是陽(yáng)離子的、陰離子的或非離子的。另外，可單獨(dú)使用非離子表面活性劑或者將其與另一種陰離子表面活性劑在有機(jī)溶劑中或在有機(jī)溶劑與水的混合物中組合使用，所述有機(jī)溶劑選自醇、酰胺、酮等。
可使用各種非離子表面活性劑，包括但不限于杜邦的Zonyl含氟烴(如ZonylFSO)、3M的FC-170或171表面活性劑、BASF(Pluronic)的乙烯和環(huán)氧丙烷形成乙二醇基嵌段共聚物、ICI(Tween)的聚氧乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯、Rohm和Haas(Triton X系列)的辛基苯氧基聚乙氧乙醇、Air Products and Chemicals，Inc.(Surfynol)的四甲基癸二醇以及Union Carbide的Silwet L-7614和L-7607硅表面活性劑等本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的表面活性劑。
也可使用各種烴基陰離子表面活性劑，包括但不限于AmericanCyanamid(Aerosol OT)的表面活性劑，如二辛基磺基琥珀酸鈉鹽或二烷基磺基琥珀酸銨鹽。
也可使用各種陽(yáng)離子表面活性劑，包括但不限于氯化benzalkonium(一種典型的季胺鹽)。
可使用用于改進(jìn)壓紋及打印的基材的外觀和耐久性的其它涂料。可在專利文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)許多噴墨接受涂料的例子，例如不應(yīng)將勃姆石-氧化鋁基涂料、氧化硅基涂料等劃出本發(fā)明范圍之外。如果指定的打印機(jī)打印水性染料油墨，則可將合適的媒染劑涂覆在壓紋表面上以便阻止染料流動(dòng)即固定染料。適用的媒染劑一般由例如美國(guó)專利4,500,631、5,342,688、5,354,813、5,589,269和5,712,027所述組分組成，但是不限于這些組分。這些組分與其中所列的其它涂料的各種摻混物也在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
另外，本發(fā)明也可使用本領(lǐng)域已知的方法直接處理基片。例如，可對(duì)經(jīng)電暈處理的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或表面脫氯化氫的聚氯乙烯進(jìn)行壓紋并作為可打印的基片。
任選的粘合劑層和任選的剝離襯里在片材與壓紋圖像表面12相反的主表面上接受介質(zhì)10任選地但較好具有粘合劑層，并且該粘合劑層任選地但較好用剝離襯里進(jìn)行保護(hù)。成象后，可將接受介質(zhì)10粘附在水平或垂直的內(nèi)表面或外表面上用于警示、教育、娛樂(lè)、廣告等。
粘合劑和剝離襯里的選擇取決于圖像圖案所需的用途。
壓敏粘合劑可以是粘附在聚合物片材和預(yù)定放置具有永久精確圖像的油墨接受介質(zhì)的物體表面上的任何常規(guī)壓敏粘合劑。壓敏粘合劑總體上描述在Satas，ED.，壓敏粘合劑手冊(cè)2nd Ed(Von Nostrand Reinhold 1989)。壓敏粘合劑可從各種來(lái)源購(gòu)得。較好是購(gòu)自美國(guó)St.Paul，Minnesota 3M公司并且總體上描述在美國(guó)專利5,141,790、4,605,592、5,045,386和5,229,207以及歐洲專利公布EP0 570 515B1(Steelman等)的丙烯酸酯壓敏粘合劑。
剝離襯里也是已知的并且可購(gòu)自各種來(lái)源。剝離襯里的非限定性例子包括涂覆硅氧烷的牛皮紙、涂覆硅氧烷的聚乙烯涂層紙、涂覆或未涂覆硅氧烷的聚合物材料，如聚乙烯或聚丙烯，以及涂覆聚合物剝離劑(如硅氧烷脲、氨基甲酸乙酯和長(zhǎng)鏈丙烯酸烷酯)的上述基底材料(參見(jiàn)美國(guó)專利3,957,724、4,567,073、4,313,988、3,997,702、4,614,667、5,202,190和5,290,615)，以及可購(gòu)自RexamRelease of Oakbrook，IL，USA的Polyslik牌剝離襯里和可購(gòu)自P.H.GlatfelterCompany of Spring Grove，PA，USA的EXHERE牌剝離襯里。
壓紋圖像表面的形成方法可使用任何接觸技術(shù)(如鑄塑、涂覆或壓制技術(shù))制得壓紋圖像表面。更具體地說(shuō)，使用至少一種下列方法可進(jìn)行微復(fù)制(1)使用具有微壓紋圖案的模具進(jìn)行鑄塑，(2)將流體涂覆在具有這種微復(fù)制圖案的基片上，或者(3)通過(guò)夾輥在具有微壓紋圖案的基片上壓制熱塑性薄膜。可部分根據(jù)模具材料和所需的圖案特征，選擇已知的技術(shù)在該模具中形成所需的壓紋圖案。說(shuō)明性的技術(shù)包括蝕刻(例如化學(xué)蝕刻、機(jī)械蝕刻或其它燒蝕法如激光燒蝕或活性離子蝕刻等)、照相平版印刷法、立體平版印刷法(stereolithography)、微機(jī)械加工、滾花(如切割滾花或酸助滾花)、刻痕或切割等。公開(kāi)這些技術(shù)的專利文獻(xiàn)包括美國(guó)專利5,183,597(Lu)、4,588,258(Hoopman)和5,175,030(Lu等)以及PCT WO 96/33839。
較好的是，將雙組分可固化的硅氧烷材料流延在原模具上制得壓紋模具，所述原模具與噴墨接受介質(zhì)10的壓紋圖像表面12具有相同的圖案。因此該硅氧烷模具具有鏡面圖像(空穴構(gòu)成幾何突起)。隨后可將該模具用于熱壓或擠出或者鑄塑操作。擠出壓紋是將該模具通過(guò)夾輥，在擠出薄膜上形成壓紋部分。更好的擠出壓紋是使用本身帶有與要壓紋在熱塑性片上的圖案呈鏡面對(duì)稱的圖案的金屬澆鑄輥。
壓制方法在壓機(jī)中施加的壓力可約為4.1×104-1.38×105kPa，較好約6.9×104-1.0×105kPa。
壓機(jī)模具表面溫度可約為100-200℃，較好約110-150℃。
在壓機(jī)的溫度和壓力下的停留時(shí)間可約為1-5分鐘，較好約90-150秒?？墒褂萌魏问惺鄣臒釅簷C(jī)，如購(gòu)自Wabash MPI of Wabash，Indisna，USA的20-122TM2WCB型Wabash壓機(jī)。
擠出方法本發(fā)明典型的擠出方法包括使擠出基片通過(guò)由一根驟冷輥和一個(gè)表面帶有與所需壓紋圖像表面相反圖案的輥形成的輥隙，所述兩更輥以相反的方向旋轉(zhuǎn)。
可使用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)?？蛇x擇條件以滿足本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的通用條件。代表性但非限定性的條件如下根據(jù)樹(shù)脂的熔融特性，擠出機(jī)的溫度分布為100-200℃。
根據(jù)樹(shù)脂的熔體強(qiáng)度，模頭的溫度為150-230℃。
施加在輥隙上的壓力可約為140-1380kPa，較好約350-550kPa。
輥隙的輥溫度約為5-30℃，較好約10-15℃，流延輥的溫度約為25-60℃，較好約40-50℃。
經(jīng)過(guò)輥隙的移動(dòng)速度約為0.25-10M/min，較好約為1-5m/min。
用于所述擠出方法的設(shè)備的非限定性例子包括單螺桿擠出機(jī)，如裝有齒輪泵(如Zenith齒輪泵以控制流量)的1英寸Killion(Killon Extruders，Inc.ofCeder Grove，NJ)擠出機(jī)，同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)(如25mmBerstoff(BerstoffCorporation of Charlotte，NC))和逆向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)(如30mmLeistritz(American Leistritz Extruder Corporation of Somervbille，NJ))?？墒褂脺p量加料器(如K-tron(K-tron America of Pitman，NJ))將原料加至擠出機(jī)以控制雙螺桿擠出機(jī)的流量。使用可調(diào)狹縫的薄膜模頭以便使擠出機(jī)輸出均勻的薄膜。
本發(fā)明的用途本發(fā)明噴墨接受介質(zhì)可用于要求形成精確、穩(wěn)定、快速干燥和耐磨的噴墨圖像的任何場(chǎng)合。工業(yè)圖像的用途包括不透明的標(biāo)記和標(biāo)識(shí)。
本發(fā)明噴墨接受介質(zhì)能接受各種噴射油墨，形成快速干燥和精確的噴墨圖像。根據(jù)各種因素，例如墨滴體積、油墨液載體組成、油墨類(lèi)型(顏料或顏料和染料的摻混物)和制造技術(shù)(機(jī)器速度、分辨率、輥的配置)等，可改變噴墨接受介質(zhì)壓紋圖像表面的形狀以獲得最佳的結(jié)果。
通常，噴墨制劑含有在摻混其它溶劑的水中的顏料。水和其它溶劑將顏料載帶至圖像層，隨后再進(jìn)入薄膜以便快速干燥圖像層中的圖像，形成精確的圖像。
本發(fā)明的成像層是為了控制(control)點(diǎn)(dot)的位置將其保持在表面12各分立的空腔14中。
例如，打印在本發(fā)明噴墨接受介質(zhì)上的基色(青、洋紅、黃)、第二級(jí)色(紅、綠、藍(lán))和第三級(jí)色(黑)的三個(gè)疊合的園的試驗(yàn)圖像在介質(zhì)上表現(xiàn)出精確的顏色對(duì)照和顏料位置。
圖2b是打印在壓紋圖像表面上的紅、綠、黑和黃色交錯(cuò)的試驗(yàn)圖案的放大50倍顯微照片，所述壓紋圖像表面具有立方角形微壓紋的圖案，深約為87微米，空穴三角形表面上頂?shù)紫嗑嗉s175微米。
圖2b左下方的黃色是由一種顏料形成的，而紅色和綠色是由兩種基色顏料混合而成的，黑色是由三種顏料混合而成的。相鄰兩種顏色之間的邊界線的清晰度和精確度以及各種顏色區(qū)中的顏色連貫性可看出本發(fā)明令人驚奇的優(yōu)點(diǎn)。
另外，由于顏料顆粒位于噴墨接受介質(zhì)標(biāo)稱宏觀表面下方，因此顏料顆粒是耐磨的，因?yàn)槟Σ敛粫?huì)深入至顏料顆粒所處位置那么深。打印后圖像操作過(guò)程中偶爾的磨損是非常微小的。
空穴的幾何形狀對(duì)圖像圖案的最終外觀具有很大的影響，因?yàn)閳D像的外觀是由顏料滯留于相對(duì)觀察線具有不同幾何形狀的空穴14中造成的。也就是說(shuō)，觀察者可看見(jiàn)沉積在斜面的平面壁上的顏料而看不到與觀察線平行的壁上的顏料。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在噴墨接受介質(zhì)的表面上控制由該介質(zhì)圖像表面的形狀產(chǎn)生的圖像的可能性是非常大的，因?yàn)橥瑯拥谋砻嫘螤顭o(wú)需覆蓋介質(zhì)的整個(gè)表面。例如，可在噴墨接受介質(zhì)的一個(gè)區(qū)域逐步地、逐漸地或無(wú)規(guī)地使用不同的表面形狀，以便產(chǎn)生構(gòu)造的或未構(gòu)造的外觀用來(lái)打印在其上的圖像。
另外，隨著噴墨打印技術(shù)(墨滴大小和油墨噴射位置)的發(fā)展，可以使半色調(diào)打印的圖案非常精細(xì)，以致于能逐滴地將油墨圖案逐個(gè)空穴地排列在介質(zhì)的壓紋圖案中。這完全有理由使打印過(guò)程與顯示在數(shù)碼彩色監(jiān)視器上的圖像相似。
本發(fā)明介質(zhì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在各空穴中墨滴受控的干燥速率。干燥可定義為圖像不發(fā)粘或輕抹不能抹去所需的時(shí)間。通常，成象后圖像在約2分鐘內(nèi)感覺(jué)干燥，較好在約30秒內(nèi)感覺(jué)干燥。使用單獨(dú)的空穴將干燥過(guò)程中顏色遷移降至最小是本發(fā)明接受介質(zhì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這是本領(lǐng)域從未出現(xiàn)過(guò)的。
可使用各種市場(chǎng)上可得打印技術(shù)形成精確的噴墨圖像。其非限定性例子包括熱噴墨打印機(jī)，如DeskJet牌、PaintJet牌、Deskwriter牌、DesignJet牌和購(gòu)自Hewlett Packard Corporation of Palo Alto，California的其它打印機(jī)。還包括壓力型噴墨打印機(jī)，如購(gòu)自Selko-Epson、Raster Graphics和Xerox的打印機(jī)，噴射噴墨打印機(jī)和連續(xù)噴墨打印機(jī)。任何這種市場(chǎng)上可得的打印技術(shù)均將某一具體的噴墨圖像的油墨加至本發(fā)明介質(zhì)中。與施加在相似的但非壓紋的介質(zhì)上的圖像層相比，本發(fā)明圖像層更快地干燥。
本發(fā)明接受介質(zhì)可使用各種市售的噴射油墨。應(yīng)理解每種這些油墨具有不同的配方，甚至同樣一族油墨具有不同的顏色也如此。油墨的非限定性來(lái)源包括美國(guó)3M公司，Encad Corporation，惠普公司，NuKote等。這些油墨較好與上述噴墨打印機(jī)和背景技術(shù)部分所述的打印機(jī)一起使用，盡管必須閱讀打印機(jī)和油墨的說(shuō)明書(shū)以發(fā)現(xiàn)合適的油墨體積和dpi以便進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明使用效果。
本發(fā)明介質(zhì)還可與其它可噴墨的材料(即能通過(guò)噴墨打印頭的材料)一起使用?？蓢娔牧系姆窍薅ㄐ岳影ㄕ澈蟿⑸锪黧w、化學(xué)分析試劑、藥物、顆粒分散液、蠟及它們的混合物。
本發(fā)明介質(zhì)還可與不可噴墨材料一起使用，只要不需要使用噴墨打印頭將該材料沉積在壓紋表面上即可。例如，美國(guó)專利5,658,802(Hayes等)公開(kāi)了使用電機(jī)的分散劑陣列打印出NDA、免疫測(cè)定劑等陣列，它們利用設(shè)備形成相當(dāng)小的液滴并將其以微排列的方式精確地置于基片表面上。
下列實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)例。
實(shí)施例壓紋圖案的定義
試驗(yàn)圖案這些實(shí)施例使用的內(nèi)部試驗(yàn)圖案(用于觀察打印100％、200％和300％青、洋紅和黃色打印油墨)被稱為CIRCLE圖案。分別形成100％打印的三種顏色的圓，使黃色和洋紅色圓交疊成紅色，洋紅色和青色交疊層藍(lán)色，黃色和青色交疊成綠色。在圖案的中央，將所有三種圓交疊并沉積300％油墨以形成黑色。使用這種試驗(yàn)圖案可定性地觀察各種打印性能，包括干燥時(shí)間、吸收容量、一種顏色在另一種顏色中的滲色和顏色密度。
實(shí)施例1-涂覆然后壓紋的可溶脹的基片從末道輥輥上取下帶涂層、粘合劑和襯里的3M熱噴墨介質(zhì)3657-10，將其整體放置在熱壓機(jī)中的CCP壓紋模具中。對(duì)3657-10和8502介質(zhì)較好的工作條件為兩塊壓板均為143℃，1.0×105kPa，時(shí)間為2分鐘。從而在施涂噴墨接受涂層后對(duì)介質(zhì)進(jìn)行壓紋。
壓紋后，冷卻片材再插入NovaJet III打印機(jī)中進(jìn)行打印試驗(yàn)。NobaJet III中的墨盒是惠普51626A型墨盒，它帶有3M的青、洋紅、黃和黑顏料基油墨(黃色TB14002，批號(hào)01×2；洋紅TB14003，批號(hào)01×2A；青色TB14001，批號(hào)01×2；黑色TB14004，批號(hào)2A)。稱為CIRCLES的打印試驗(yàn)是三基色(青、洋紅、黃)的一種簡(jiǎn)單圖案，它們以200％的油墨交疊形成次級(jí)顏色(藍(lán)、紅、綠)以及三級(jí)顏色(300％油墨，黑色)。除了顯示油墨混合和顏料層龜裂以外，該圖案是小的，這意味著打印機(jī)回車(chē)時(shí)間短，從而意味著例如羽毛狀邊滲、條紋狀和油墨合并的問(wèn)題最大。
在通過(guò)壓紋的3657-10離開(kāi)輥時(shí)比較CIRCLE圖案時(shí)，可發(fā)現(xiàn)數(shù)處差異。圖1a和圖1b分別是這兩種試樣的黃色/紅色/綠色/黑色界面的放大50倍的顯微照片。
1.羽毛狀邊滲，三色黑色明顯滲入2色(紅色)消失了。
2.在可溶脹介質(zhì)上的顏料涂層微開(kāi)裂消失了。
3.顏料顆粒分離和/或合并明顯減少。次級(jí)顏色(紅色、綠色、藍(lán)色)和三色黑色的連續(xù)性比未壓紋介質(zhì)上更好(斑污少)。這使色彩更深沉，更飽和。
在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，如上所述取出3657-10介質(zhì)，壓制并打印，但是將壓紋模具的光滑一側(cè)轉(zhuǎn)向壓機(jī)中的接受介質(zhì)。形成的CIRCLE打印圖像與未壓紋的圖像相似。
使用3M 8502接受介質(zhì)和EncadTMNovaInks(GS型)在EncadTMNovaJet Pro噴墨繪圖儀上重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上面相似，但是該染料油墨未產(chǎn)生顏料層龜裂問(wèn)題。結(jié)果見(jiàn)圖3a和3b的50倍顯微照片。圖3a顯示在8502接受介質(zhì)上的三園圖案的紅/黑界面，該相片可明顯看見(jiàn)顏色滲入。作為比較，圖3b顯示在壓紋的8502接受介質(zhì)上的相同打印區(qū)，該試樣未發(fā)現(xiàn)顏色滲入。
實(shí)施例2-壓紋和涂覆鹽/表面活性劑的烯烴將CUBE和PYR1圖案擠出壓紋在Union Carbide 7C50(一種丙烯-乙烯無(wú)規(guī)共聚物)上。在該壓紋片材上涂覆鹽/表面活性劑分散液，其組成列于下表。涂覆是使用3號(hào)Mayer棒(一種涂覆棒，RD Specialties of Webster，NY制)，隨后用熱槍低溫干燥而實(shí)現(xiàn)的。
7C50 涂層配方
使用裝有3M顏料基打印油墨的Encad NovaJet 4對(duì)涂覆的7C50片進(jìn)行打印。使用CIRCLES圖案說(shuō)明打印性能。作為對(duì)照，用相同方法打印壓紋的未涂覆片(第二對(duì)照試樣，在平的7C50上的涂覆不能實(shí)施形成的干涂層析出大量鹽晶體和粘性的表面活性劑膠粒。壓紋的空穴能使材料沉積而無(wú)視覺(jué)或觸覺(jué)上的變化)。
壓紋和涂覆的試樣形成很高圖像質(zhì)量的試驗(yàn)圖案。未發(fā)現(xiàn)羽毛狀邊滲。帶有CUBE空穴的涂覆試驗(yàn)其干燥時(shí)間對(duì)于CMY小于1分鐘，對(duì)于RGB為2-3分鐘，對(duì)于黑色為5-10分鐘。術(shù)語(yǔ)“干燥”是指承受輕微指壓抹去的能力。將這些結(jié)果與未涂覆的片材相比，顯然增加涂料制劑導(dǎo)致良好的干燥并消除了羽毛狀邊滲和濺污；同時(shí)相比之下對(duì)照試樣的三色黑色呈深綠色。
相比之下，使用相同的油墨在相同的打印機(jī)上壓紋CUBE的未涂覆試樣打印出令人滿意的圖像，但是打印后圖像褪色并且數(shù)小時(shí)后200％和300％油墨打印區(qū)的油墨觸覺(jué)濕潤(rùn)。
第二天，觀察到帶有CUBE和PYR1空穴的涂覆并打印試樣具有防水性，能承受自來(lái)水流的硬摩擦。隨后在水中浸泡48小時(shí)仍呈現(xiàn)穩(wěn)定的圖像。而未涂覆的片材不具防水性，所有油墨均容易洗脫。
圖4A是惠普2500CP打印機(jī)在涂覆的PYR1空穴的7C50上產(chǎn)生的CIRCLE圖案的分辨率。圖4B是4A中黑色、紅色、綠色和黃色打印的交疊區(qū)的25倍顯微照片。請(qǐng)注意圖像的分辨率非常好。顏色密度也非常好。
實(shí)施例3壓紋片材在頂置投影儀上的幻燈片將購(gòu)自Eastman Chemicals的Eastar 6763 PET共聚物擠出壓紋有4種圖案，在頂置投影儀上將其投射至白色背景上進(jìn)行觀察，用于與擠出的未壓紋的Eastar6763試樣進(jìn)行比較。使用3M 9600投影儀。第一圖案(CUBE)產(chǎn)生的投影圖像與對(duì)照試樣一樣清晰。RECT也產(chǎn)生清晰的投影圖像。PYR2形成灰色的圖像，CCP形成黑色的圖像。
還觀察壓紋POST圖案的4mil(0.101微米)PET片試樣，在相同條件下它給出清晰的投影圖像。
實(shí)施例4在柱狀(突起而非凹陷)壓紋片上打印使壓紋POST圖案的4mil(0.101微米)PET片試樣未改性地通過(guò)惠普DeskJet855Cse打印機(jī)，打印青色、紅色、藍(lán)色、紫色、黃色和洋紅色的實(shí)心顏色區(qū)。
觀察到圖像會(huì)褪色但是具有良好的分辨率。從打印機(jī)直接出來(lái)該圖像已不能抹去。相比之下，同樣在未改性的光滑PET片上進(jìn)行打印未形成可分辨的圖像，在室溫(21℃)放置24小時(shí)后油墨觸覺(jué)上尚未干燥。圖5A是未打印的柱狀試樣的100倍顯微照片。圖5b是打印后的同一試樣，表示干燥后的青色油墨基本位于柱的底部周?chē)?，其它區(qū)域基本無(wú)油墨存在。
實(shí)施例5-用水基油墨在烯烴基片上打印擠出Union Carbide 7C50膜試樣并壓紋PYR1棱臺(tái)形空穴。還擠出不壓紋的試樣作為對(duì)照。
將這些薄膜未改性地通過(guò)裝有惠普青色、洋紅、黃色和黑色水性顏料基油墨(黑色C1806A，青色C1807A，洋紅C1808A；黃色C1809A)的惠普2500CP打印機(jī)。在兩種片材上打印CIRCLE試驗(yàn)圖案。發(fā)現(xiàn)未壓紋的片材不能以任何方式接納油墨，形成不可分辨的打印圖案，打印24小時(shí)后圖案仍舊濕潤(rùn)，觸摸可抹去。壓紋的片材形成質(zhì)量良好的打印圖案，具有優(yōu)良的分辨率，無(wú)羽毛狀邊滲或色彩混合的跡象。尤其是CM和Y區(qū)以及紅色、綠色和藍(lán)色區(qū)在取出打印機(jī)后觸覺(jué)上立即干燥。黑色區(qū)在5分鐘內(nèi)觸覺(jué)干燥并且不可抹去。
每種這些打印試樣的圖片示于圖6a和圖6b。在圖6a中，對(duì)照(光滑)7C50試樣的放大倍數(shù)為100倍，可見(jiàn)基片缺乏油墨接納性。圖6b顯示相同放大倍數(shù)下壓紋PYR1的7C50片，其說(shuō)明了壓紋的效果直接打印在微壓紋的基片上的結(jié)果是油墨完全保留在空穴中，從而具有良好的分辨率并且無(wú)羽毛狀邊滲，并且觸覺(jué)干燥快。
對(duì)比例A使用帶顏料水基油墨的NovaJet III打印機(jī)進(jìn)行對(duì)比，本對(duì)比對(duì)普通乙烯-丙烯共聚物膜(7C50)和帶紋理的7C50進(jìn)行打印。所使用的紋理是由交叉互聯(lián)的長(zhǎng)溝道構(gòu)成的。每平方英寸的溝道體積等于100％覆蓋1平方英寸的油墨體積。無(wú)紋理的膜輸出打印機(jī)后外觀濕潤(rùn)，油墨能容易地從膜表面上擦去。數(shù)天后該膜仍保持濕潤(rùn)并可抹去。同時(shí)，圖像發(fā)生混色滲入。帶紋理的薄膜從打印機(jī)上輸出后在基色區(qū)觸覺(jué)干燥。油墨不能從表面上抹去。但是，沿溝道吸收的油墨導(dǎo)致混色滲入并導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。本比較例說(shuō)明將具有適當(dāng)體積的結(jié)構(gòu)加入膜表面不足以得到改進(jìn)的圖像質(zhì)量，形成的結(jié)構(gòu)必須形成分立的不連通空穴。
實(shí)施例6-相變油墨將購(gòu)自Tektronix Company of Oregon的相變油墨打印在平的和壓紋的PVC、7C50膜和填充40％長(zhǎng)石的7C50上。使用CCP圖案。使用Tektronix Phaser 300x打印Tektronix蠟油墨。對(duì)于光滑的基片，油墨打印良好；但是，用指甲很容易從表面上刮去固化的油墨這是蠟基油墨的一個(gè)主要缺點(diǎn)。有多個(gè)公司推出了特殊涂覆的基片，這種基片主要形成凹凸不平的表面以形成機(jī)械粘性。
壓紋基片表現(xiàn)出顯著改進(jìn)的耐磨性，顏色密度無(wú)損失。尤其是填充的和未填充的7C50材料，它們的耐指甲刮去性幾近完美，僅在最大的指甲壓力下才從表面上刮去油墨。
實(shí)施例7-溶劑油墨使用Epson Stylus 500和溶劑基油墨對(duì)數(shù)種微壓紋的聚氯乙烯薄膜試樣和作為對(duì)照的普通聚氯乙烯流延膜進(jìn)行打印。油墨含有中度揮發(fā)性溶劑。從打印機(jī)輸出的普通聚氯乙烯打印膜看上去并且觸覺(jué)濕潤(rùn)，其中的溶劑還未揮發(fā)。離開(kāi)打印機(jī)約2分鐘后這些圖像仍保持濕潤(rùn)。另一方面，具有PYR1或CCP壓紋的聚氯乙烯膜在相同條件下打印后，從打印機(jī)中輸出時(shí)看上去并且觸覺(jué)干燥。
實(shí)施例8-UV固化油墨使用安裝在x-y繪圖儀上的MIT打印頭(Modular Ink Technology，Jarfalla，Sweden)將100％可UV固化的油墨打印在由擠出聚氯乙烯、乙烯-丙烯共聚物、PETG、EVAL和Affinity制成的普通和微壓紋薄膜上。在這些試樣上打印線條圖像。在UV固化前，使用棉頂端的施涂器對(duì)打印的線條進(jìn)行抹去和吸干試驗(yàn)，此時(shí)使棉頂端摩擦圖像，并評(píng)價(jià)線段的抹去和轉(zhuǎn)移至面頂端上的油墨。所有普通膜均表現(xiàn)出嚴(yán)重的抹去性，打印的線段被完全從膜表面上擦除，并且所有油墨均轉(zhuǎn)移至棉頂端上。所有微壓紋的膜均無(wú)抹去跡象(只要微壓紋的體積大得足以容納一滴油墨)。在膜表面上面積最小的形狀(如CCP)無(wú)油墨轉(zhuǎn)移至棉頂端上，而在膜表面上具有大面積的圖案(如立方體)有少量油墨轉(zhuǎn)移至棉頂端上。固化時(shí)，普通和壓紋的打印膜的固化速度、固化所需能量和固化圖像的質(zhì)量定性地相似。
圖7A和圖7B是打印在普通擠出聚氯乙烯薄膜和微壓紋的聚氯乙烯薄膜上的線段的顯微照片。對(duì)產(chǎn)生40微米墨滴，360dpi分辨率的MIT打印頭，微壓紋的RECT結(jié)構(gòu)是最佳的。圖7a是平膜上的線的顯微照片，線段寬120-150微米(墨滴鋪散超過(guò)300％)，這種線段寬度與流延聚氯乙烯薄膜上線的寬度相等。微壓紋的薄膜形成的線段寬度為50微米(墨滴鋪散25％)，與微壓紋結(jié)構(gòu)的寬度相等。本實(shí)施例表明微復(fù)制可精確地控制墨滴鋪散。
實(shí)施例9用熱壓機(jī)將RECT圖案壓紋在共擠出的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和Eastar 6763薄膜上。壓紋前將該膜2×2雙軸取向。取向膜的總厚度為50微米，其中Eastar 6763層的厚度約21微米。壓機(jī)溫度不高于165℃，該溫度不足以弛豫該雙軸取向的PET層。未經(jīng)進(jìn)一步頂涂等改性就使用該膜。
在HP855Cse桌面噴墨打印機(jī)中對(duì)該圖案片進(jìn)行打印試驗(yàn)。作為對(duì)照，用相同的試驗(yàn)方式打印3M CG3460幻燈片透明產(chǎn)品。在兩種情況下，選擇的打印模式為“常用”/“普通紙”。這種打印模式表示打印機(jī)以可能的最快打印速度打印。
CG3460打印試驗(yàn)的缺陷在于吸收的油墨不足以使用該打印模式形成高質(zhì)量的圖像。圖8是打印試驗(yàn)圖像的一個(gè)區(qū)域的33倍顯微照片，說(shuō)明兩種膜吸收機(jī)理的差異。圖8a表示打印在CG3460薄膜上的紅線與藍(lán)色實(shí)心區(qū)的交匯情況。圖8b表示微壓紋片材的相應(yīng)區(qū)。圖8a顯示由于油墨匯成小珠而使打印質(zhì)量差，認(rèn)為油墨匯成小珠是快速打印造成的。使用“幻燈片”打印模式在CG3460上可獲得良好的打印質(zhì)量。圖8b未出現(xiàn)油墨小珠，未涂覆的壓紋試樣表現(xiàn)出良好的線段寬度控制和試驗(yàn)圖案的分辨率。
圖9還顯示在相同打印試驗(yàn)下微壓紋的優(yōu)點(diǎn)。圖9A表示未放大時(shí)打印在CG3460試樣上的黑色實(shí)心色塊，圖9B是在RECT壓紋試樣上相應(yīng)區(qū)的顯微照片。在惠普DeskJet 855Cse中使用顏料基油墨以快速打印模式在CG3460上形成的黑色打印區(qū)顯示出嚴(yán)重的顏料層龜裂。相應(yīng)的微壓紋試樣完全沒(méi)有顏料層龜裂，黑色色塊看上去連續(xù)、密實(shí)并且鮮明。同時(shí)，CG3460試樣的黑色和著色區(qū)出現(xiàn)顏料小珠圖像(也認(rèn)為是快速打印造成的)，而微壓紋試樣無(wú)這種小珠。
本發(fā)明不限于上述實(shí)例。權(quán)利要求如附。
權(quán)利要求
1.一種接受介質(zhì)，包括具有一個(gè)設(shè)計(jì)壓紋的表面作為一個(gè)主表面的片材，所述片材是無(wú)孔的并且設(shè)計(jì)壓紋表面上的每個(gè)元件的容量至少約20pL。
2.如權(quán)利要求1所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述壓紋表面包括在主表面區(qū)的重復(fù)圖案，并且該片材是透明的、半透明的或不透明的，所述片材是無(wú)色的或半色調(diào)的，所述片材是透光的、反光的或者是逆向反光的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述壓紋表面具有微壓紋的圖案。
4.如權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述壓紋表面包括側(cè)面完全被壁圍繞并且相互緊密排列的空穴，從而使(1)所述壁頂部的厚度為10微米或更小，(2)空穴體積相當(dāng)于油墨體積的100-300％，(3)每英寸中空穴數(shù)等于或大于特定打印機(jī)每英寸的點(diǎn)數(shù)(dpi)。
5.如權(quán)利要求1所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述壓紋表面包括從片材表面上突起的柱的圖案。
6.如權(quán)利要求1所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述壓紋表面的形狀用于保護(hù)材料免遭與該壓紋表面接觸的物體的磨損，在宏觀上形成介質(zhì)的最外層表面。
7.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述壓紋表面具有空穴的圖案以控制噴射油墨的墨滴鋪散。
8.如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)，其特征在于壓紋表面具有空穴的圖案，并且任何一個(gè)空穴的體積預(yù)計(jì)足以至少放置兩滴油墨，空穴的長(zhǎng)寬比可約為0.3-2，并且所述圖案包括立方角棱柱、立方體、棱錐、棱臺(tái)或半橢圓。
9.如權(quán)利要求8所述的接受介質(zhì)，其特征在于空穴體積可約為20-1000pL。
10.如權(quán)利要求8所述的接受介質(zhì)，其特征在于空穴的形狀由立方體狀，深約25-75微米，空穴之間的壁與法向的夾角接近0度至半球狀，深約35-70微米。
11.如權(quán)利要求2-5中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)，其特征在于所述片材是聚合物膜，它選自聚烯烴、聚氯乙烯、乙烯與乙酸乙烯酯或乙烯醇的共聚物、六氟丙烯的共聚物和三聚物及其表面改性的聚合物、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯及其共聚物、聚氨酯、聚酰亞胺、丙烯酸類(lèi)，及它們中混有填充劑的材料，填充材料使用的填充劑選自硅酸鹽、鋁酸鹽、長(zhǎng)石、滑石、碳酸鈣和二氧化鈦。
12.如權(quán)利要求1-11中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)，在與壓紋表面相反的主表面上它還包括一層粘合劑層。
13.一種帶圖案的接受介質(zhì)，它包括如權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)和沉積在壓紋表面上的材料。
14.如權(quán)利要求13所述的接受介質(zhì)，其中所述材料是可噴射的并選自油墨、粘合劑、生物流體、藥物、化學(xué)分析試劑、顆粒分散液、蠟及其混合物。
15.一種如權(quán)利要求1-14中任何一項(xiàng)所述接受介質(zhì)的制造方法，它包括下列步驟(a)選擇壓紋圖案，用于用微復(fù)制技術(shù)在接受介質(zhì)上形成壓紋表面；(b)使模具的模塑表面與聚合物片接觸，在該片材上形成與所述微復(fù)制形狀鏡面對(duì)稱的壓紋表面。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述接觸步驟選自鑄塑、涂覆和壓制技術(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，它還包括使所述微壓紋的片材與頂涂層接觸。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述選擇步驟包括決定可噴射材料的每滴體積和打印機(jī)的每英寸滴數(shù)，以及選擇包括立方角棱柱、立方體、棱錐、棱臺(tái)或半橢圓的圖案。
19.一種形成圖像的方法，它包括通過(guò)噴墨打印頭將可噴射的材料打印至權(quán)利要求1-14中任何一項(xiàng)所述的接受介質(zhì)上。
全文摘要
一種具有一個(gè)壓紋的成像表面作為主表面的接受介質(zhì)。它可接受可噴射的材料(包括油墨、粘合劑、生物流體、化學(xué)分析試劑、顆粒分散液、蠟及其混合物)。壓紋接受介質(zhì)通過(guò)控制墨滴與接受介質(zhì)的接觸和干燥,意想不到地解決了噴墨打印體系中噴墨打印機(jī)的常見(jiàn)問(wèn)題,如出現(xiàn)羽毛狀、條紋狀和顏料龜裂?？傻玫脚忣伾g有清晰分界線的顏料基噴墨圖像。這里還公開(kāi)了噴墨接受介質(zhì)的制造和使用方法。
文檔編號(hào)B41M5/50GK1307524SQ99808032
公開(kāi)日2001年8月8日 申請(qǐng)日期1999年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者C·M·伊利塔洛, L·P·恩格爾, V·J·勒米爾, P·R·弗萊明 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司