ES2237152T3 - Pelicula coextruida receptora de tinta. - Google Patents
Pelicula coextruida receptora de tinta.Info
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Abstract
Un proceso que comprende: a) coextruir una capa de resina de polipropileno y una capa de copolímero de etileno-ácido acrílico o una capa de copolímero de etileno-ácido metacrílico para formar una película con dos capas, en donde el copolímero de etileno- ácido acrílico o el copolímero de etileno-ácido metacrílico tiene un contenido en ácido de 2% en peso a 6% en peso; b) posteriormente, orientar la capa de polipropileno en al menos la dirección de la máquina; y, c) formar una imagen en la capa de copolímero de etileno- ácido acrílico o de copolímero de etileno-ácido metacrílico con un tóner de impresión electrostática proveniente de una composición de tóner líquido.
Description
Película coextruida receptora de tinta.
Esta invención se refiere a un método de
elaboración de películas termoplásticas que son capaces de admitir
tinta proveniente de tóner líquido, especialmente el tóner líquido
empleado en la impresión electrostática.
La impresión electrostática es un método muy
eficaz de transferencia de imágenes, usado comúnmente en fotocopiado
e impresión fototipográfica. Típicamente, en la impresión
electrostática se forma una imagen electrostática potencial en una
superficie de formación de imágenes que lleva una carga
electrostática uniforme. La carga electrostática uniforme se puede
crear mediante la exposición de la superficie a descarga de corona.
La carga electrostática uniforme se descarga luego selectivamente,
exponiéndola a un haz modulado de luz que corresponde a una imagen
formada a partir de un original. Las superficies descargadas forman
el fondo, mientras que las superficies cargadas forman la imagen
impresa. La imagen impresa se elabora mediante la aplicación de
partículas de tóner pigmentadas, que se adhieren a las porciones
"impresas" cargadas de la superficie. El pigmento se transfiere
posteriormente, mediante diversas técnicas, a una hoja de copia.
El tóner seco es el más usado comúnmente en la
impresión electrostática. La calidad y la claridad de la imagen y la
resolución de la imagen están relacionadas con el tamaño de las
partículas de tóner. Aunque se considera que las partículas muy
finas producirán una imagen más fina, hay una limitación práctica en
el tamaño de las partículas de tóner que se pueden usar. Las
partículas de tóner seco deben ser del suficiente peso y tamaño como
para ser depositadas sobre la superficie de impresión sin llegar a
ser aerotransportadas, lo que se considera que conduce a atascar la
maquinaria y, posiblemente, a problemas medioambientales.
Adicionalmente, en la fijación de la imagen, las partículas de tóner
seco se fusionan sobre el papel mediante exposición a temperaturas
muy altas, p. ej. más de 204ºC. Esta demanda de energía es un
inconveniente significativo.
Generalmente se usa papel como elemento receptor
de la imagen en la formación de imágenes electrostáticas. Sería
ventajoso usar plástico como elemento receptor. Entre otras ventajas
frente al papel, el plástico es resistente a la humedad, flexible y
con capacidad de sellado térmico, y los substratos plásticos pueden
ser o transparentes u opacos. Sin embargo, las altas temperaturas
necesarias para la formación de imágenes con los tóneres secos
fundirán las películas plásticas y los tóneres líquidos no se
transfieren bien ni se adhieren al plástico sin recubrir.
Se han descrito películas plásticas que pueden
admitir tintas de impresión; sin embargo, estas películas requieren
un tratamiento especializado para capacitarlas para admitir el tóner
seco. Por ejemplo, se describe una capa de película plástica usada
como un estratificado para cartones corrugados en la patente nº
4.871.406. La película es una película polímera
co-extruída termoplástica, tal como polipropileno
con etileno y ácido acrílico. Esta película puede admitir tintas de
impresión sólo después de ser tratada con un dispositivo de descarga
de corona o con una llama de alta velocidad. Otro ejemplo es la
patente nº 4.853.290, la cual describe estratificados de película de
polipropileno, preparados mediante la coextrusión de una composición
polímera sobre una película de polipropileno. Esta película de
polipropileno requiere tratamiento de corona después de imprimir
sobre su superficie.
Los tratamientos de corona y llama oxidan una
superficie plástica a fin de permitir la fijación de tintas de
impresión secas. Además del tiempo, del dinero y de los
inconvenientes añadidos al proceso de producción, estos tratamientos
plantean riesgos de seguridad y medioambientales. Un proceso de
tratamiento de corona genera ozono tóxico, de manera que la
atmósfera en la etapa de tratamiento debe ser retenida y extraída de
la zona de operación. A elevadas velocidades de película, una capa
de aire que contiene ozono se adhiere a la película al salir ésta
del recinto de tratamiento. Esta capa se debe separar de la película
mediante deflectores ajustados o un sistema de vacío. En algunos
casos, el tratamiento de corona requiere cámaras especiales y
necesita realizarse aparte. El tratamiento de llama implica que una
llama incida directamente en una superficie de película al mover la
película a través de un rodillo refrigerante. La complejidad del
control del proceso de tratamiento de llama presenta riesgos de
seguridad.
Para superar estos inconvenientes, se han
desarrollado tóneres líquidos, en los que el tóner está disperso en
un disolvente. El disolvente se separa en la última etapa de
impresión mediante el mecanismo de la impresora. Debido al medio
líquido, se pueden emplear partículas de tintura muy finas sin
preocuparse porque las partículas lleguen a ser aerotransportadas.
Así, se pueden hacer copias de muy alta resolución y no se requieren
las elevadas temperaturas necesarias para fusionar los tóneres
secos. Se describen tóneres líquidos para la formación de imágenes
electrostáticas en las patentes de EE.UU. nº^{s} 5.225.306;
5.276.492; 5.346.769 y 5.407.771.
A fin de permitir que se imprima sobre películas
plásticas con tóner líquido, se pueden aplicar recubrimientos que
son capaces de admitir tintas (véase la patente nº 5.215.817). Sin
embargo, el uso de recubrimientos presenta dificultades. El proceso
de recubrimiento añade tiempo, dinero e inconvenientes al proceso de
producción, y presenta limitaciones prácticas.
Los procesos de recubrimiento por dispersión, por
disolvente y por extrusión, son sistemas típicos usados para
recubrir películas plásticas.
El sistema de recubrimiento por dispersión es un
proceso multi-etapa, complejo, que requiere una
vigilancia cuidadosa.
El proceso de recubrimiento por dispersión
conlleva desenrollar la película, aplicar el recubrimiento
uniformemente hasta el espesor deseado, esperar hasta que se seque
el recubrimiento y rebobinar la película en un rollo uniforme. El
espesor de recubrimiento se debe medir a través de la película, como
parte de la secuencia de recubrimiento. Esto se puede hacer usando
absorción por radiación. Esta medición se hace cada vez más difícil,
cuanto más se aproxima la naturaleza química del recubrimiento a la
del substrato.
Las condiciones del proceso de recubrimiento por
dispersión deben ser cuidadosamente controladas a fin de asegurar
una adecuada coalescencia del recubrimiento. El polímero de
recubrimiento por dispersión se dispersa en agua, a menudo con un
tensioactivo. Una vez que se aplica el recubrimiento, se evapora el
agua. Para que se forme una película, se necesita controlar muy bien
las condiciones. Si se produce evaporación a temperatura ambiente,
el polímero seco forma normalmente un recubrimiento frágil, sin
conglutinarse. Las partículas necesitan estar en estrecho contacto
unas con otras, a fin de que tenga lugar la coalescencia. Luego,
debe tener lugar fácilmente la difusión y la interpenetración de las
moléculas de polímero a través de las zonas interfaciales de las
partículas. La eficacia de esta difusión depende de la movilidad de
las moléculas de polímero, la cual, a su vez, depende de la
temperatura y de la viscosidad de la partícula licuada, lo cual es
una función del peso molecular. Por tanto, se debe alcanzar un
equilibrio entre un peso molecular lo suficientemente bajo para la
coalescencia, pero lo suficientemente alto para unas adecuadas
resistencia y flexibilidad de la película de recubrimiento. Además,
el tensioactivo usado para crear una dispersión estable, puede
actuar como una barrera a la interpenetración en la superficie de
las partículas. Por lo tanto, se debe encontrar un óptimo en la
concentración del tensioactivo.
El sistema de recubrimiento por disolvente
también implica un proceso multi-etapa. Este
proceso conlleva desenrollar la película, aplicar el recubrimiento
uniformemente hasta el espesor deseado, esperar hasta que se seque
el recubrimiento y rebobinar la película en un rollo uniforme. El
espesor de película deseado se puede lograr mediante el uso de
absorción por radiación.
Un ejemplo de un proceso de recubrimiento por
disolvente para películas plásticas, que proporciona una superficie
que admitirá tóneres líquidos, es una solución de poliamida vendida
bajo el nombre TOPAZ por Indigo Company.
En el proceso de recubrimiento por disolvente, el
polímero de recubrimiento se disuelve en un disolvente. El
disolvente se evapora una vez que se aplique el recubrimiento,
dejando atrás una película de recubrimiento. Sin embargo, al
desarrollarse el recubrimiento, éste actúa como una barrera de
disolvente, lo que dificulta que escapen los últimos rastros de
disolvente residual. Un inconveniente adicional en el proceso de
recubrimiento por disolvente es que la solución es sensible a las
condiciones ambientales. La solución es difícil de manejar a bajas
temperaturas (tiende a perder solubilidad) y el recubrimiento
absorbe humedad atmosférica, lo cual pone pegajosa la película
después incluso del secado. Esto puede plantear problemas de
obstrucción, entre otros.
Las poliamidas usadas en el proceso de
recubrimiento por disolvente pueden presentar riesgos
medioambientales de forma significativa. La eliminación del
disolvente se debe realizar de manera apropiada. Además, la
recuperación de disolvente, el cual llega a ser aerotransportado, es
compleja.
En el proceso de recubrimiento por extrusión, la
película substrato se debe desenrollar, alimentar a través de un
rodillo de enfriamiento o entre un rodillo de enfriamiento y un
rodillo de pinza para admitir la caída de la masa fundida de
polímero, y luego la película se debe rebobinar de nuevo en un
rollo.
Adicionalmente, el campo donde se puede utilizar
el proceso de recubrimiento por extrusión se reduce por
consideraciones prácticas. Dada la elevada temperatura de la masa
fundida de polímero, la película de substrato debe tener una elevada
estabilidad térmica. Adicionalmente, hay una limitación sobre lo que
se puede usar como un polímero de recubrimiento en masa fundida. Se
excluyen polímeros de fusión muy elevada, polímeros con baja
resistencia en estado fundido, y polímeros sensibles al calor.
Además, el espesor de recubrimiento está limitado como mínimo a 5
micras bajo las mejores condiciones. (Más exhaustivamente revisado
en Plastic Films por K. R. Osborn y W. A. Jenkins 1992.)
El documento EP 0 789 281 describe una película
termoplástica recubierta, la cual es capaz de admitir tinta
proveniente de un tóner líquido empleado en la impresión
electrostática y comprende una capa recubierta para admitir la
tinta.
El documento US 5.728.502 describe un medio
polímero de formación de imágenes, que comprende una capa receptora
y una capa opcional de refuerzo, útil en fototipógrafos
electrofotográficos con tóneres líquidos. El copolímero de
etileno-ácido acrílico o de etileno-ácido metacrílico descrito en el
mismo generalmente contiene no menos de 8% en peso de ácido y
preferiblemente entre 8 y 20% en peso de ácido.
Así, es un objeto de la presente invención
superar las dificultades encontradas actualmente en la técnica,
proporcionando una película termoplástica coextruída que sea capaz
de admitir tinta proveniente de tóner líquido sin necesidad de,
entre otras cosas, recubrimiento(s) y/o procesos de
post-extrusión o post-impresión.
La presente invención proporciona un proceso para
elaborar un substrato de soporte de una imagen basada en tinta. Este
substrato incluye una película termoplástica coextruída, que tiene
al menos una capa hecha de un polímero derivado de polipropileno y
otra capa hecha de un polímero que porta un grupo funcional ácido.
La capa que incluye el polímero derivado del polipropileno se
orienta en al menos la dirección de la máquina. La capa que incluye
el polímero que porta un grupo funcional ácido es la capa que recibe
la impresión. La tinta de tóner líquido se imprime
electrostáticamente en la capa que incluye el polímero que porta un
grupo funcional ácido. El polímero que porta un grupo funcional
ácido es preferiblemente etileno-ácido acrílico o etileno-ácido
metacrílico.
La capa de copolímero de etileno-ácido acrílico
de la película tiene un contenido en ácido acrílico en el intervalo
de 2,0 a 6,0% en peso.
La capa de copolímero de etileno-ácido
metacrílico de la película tiene un contenido en ácido metacrílico
en el intervalo de 2,0 a 6,0% en peso.
Además, la capa que recibe la impresión tiene
preferiblemente un punto de reblandecimiento en el intervalo de
82,2-104,4ºC, el cual es más bajo que la temperatura
de orientación para polipropileno orientado.
Es una ventaja de esta invención el que cuando
una película termoplástica tiene una capa hecha de un polímero que
porta un grupo funcional ácido, especialmente con un contenido en
ácido óptimo, se puede usar tóner líquido en la formación de
imágenes electrostáticas de la película sin las dificultades
planteadas por los procesos de recubrimiento.
La aplicación de recubrimientos de películas
termoplásticas añade tiempo, dinero e inconvenientes al proceso de
producción. Los sistemas de recubrimiento son procesos
multi-etapa, complejos, que requieren una extensa
manipulación física de las películas de substrato. Tales procesos
incluyen desenrollar la película de substrato, aplicar el
recubrimiento, dejar que se seque el recubrimiento y rebobinar la
película en un rollo uniforme. Lograr el espesor deseado para un
recubrimiento puede implicar el uso de absorción por radiación.
Además, el proceso de recubrimiento por
dispersión requiere una vigilancia cuidadosa de las condiciones de
proceso, incluyendo la temperatura y la viscosidad de las partículas
licuadas.
Los recubrimientos basados en disolventes
plantean los problemas adicionales de riesgos medioambientales que
están relacionados con la eliminación del disolvente. Además, las
soluciones usadas en estos recubrimientos basados en disolventes son
sensibles a las condiciones ambientales, tal como temperatura y
humedad atmosférica, lo que complica más el proceso de
producción.
Los sistemas de recubrimiento por extrusión
plantean limitaciones adicionales con respecto a las películas de
substrato y masas fundidas de polímeros que se pueden usar.
La presente invención proporciona un proceso para
elaborar un substrato de soporte de una imagen basada en tinta. Este
substrato incluye una película termoplástica coextruída que tiene al
menos una capa hecha de un polímero derivado de polipropileno y otra
capa hecha de un polímero que porta un grupo funcional ácido. La
capa que incluye el polímero derivado de polipropileno se orienta en
al menos la dirección de la máquina. La capa que incluye el polímero
que porta un grupo funcional ácido no se somete a orientación, ya
que tiene un punto de fusión menor que la capa que incluye el
polímero derivado del polipropileno. La capa que incluye el polímero
que porta un grupo funcional ácido es la capa que recibe la
impresión. La tinta de tóner líquido se imprime electrostáticamente
en esta capa que incluye el polímero que porta un grupo funcional
ácido. Esta capa receptora de tinta debe ser substancialmente
resistente al soporte líquido hidrocarbonado usado en el tóner
líquido. El polímero que porta un grupo funcional ácido es
etileno-ácido acrílico o etileno-ácido metacrílico. Estas películas
no requieren tratamiento de oxidación ni procesos de recubrimiento
para la impresión electrostática.
Esta invención mejora significativamente los
procedimientos conocidos, al utilizar una capa que incluye un
polímero que porta un grupo funcional ácido. El intervalo de
contenido en ácido es de 2,0 a 6,0% en peso. El polímero que porta
un grupo funcional ácido es etileno-ácido acrílico o etileno-ácido
metacrílico. El etileno-ácido acrílico tiene un contenido en ácido
acrílico en un intervalo de 2,0 a 6,0% en peso. El etileno-ácido
metacrílico tiene un contenido en ácido metacrílico en un intervalo
de 2,0 a 6,0% en peso. El contenido en etileno del copolímero puede
variar desde 94,0 hasta 98,0% en peso de etileno, mientras que el
ácido acrílico o el ácido metacrílico pueden variar desde 2,0 hasta
6,0% en peso.
Los copolímeros de etileno-ácido pertenecen a una
familia de copolímeros de etileno, en los que la cadena de
polietileno se modifica por la presencia de grupos carboxilo
colgantes. Estos copolímeros se caracterizan por tener buenas
resistencia y adherencia a diversos substratos metálicos y no
metálicos. Los copolímeros de etileno-ácido se producen por la
elevada presión de copolimerización por radicales libres de ácido
acrílico o ácido metacrílico con etileno para formar etileno-ácido
acrílico o etileno-ácido metacrílico. Cuando se copolimeriza etileno
con ácido acrílico o ácido metacrílico, la estructura molecular se
altera significativamente por la inclusión aleatoria de grupos ácido
carboxílico voluminosos a lo largo de las cadenas principal y
secundarias del copolímero. Los grupos carboxilo tienen libertad
para formar enlaces e interactuar con cualquier substrato polar. Los
grupos carboxilo rompen la linearidad de la cadena principal de
polietileno y reducen la cristalinidad total. Un copolímero de
etileno-ácido acrílico disponible comercialmente es Primacor 4983
vendido por Dow Chemical Co. El etileno-ácido acrílico se suministra
a menudo como una resina.
Polipropilenos comercialmente adecuados para esta
invención incluyen Fina 3371 (disponible de Fina Oil and Chemical
Co. de Dallas, Texas), Exxon 4612 y Exxon 4252 (disponible de Exxon
Chemical Co. de Houston, Texas) y Amoco 6361 (disponible de Amoco
Chemical Co. de Chicago, Illinois).
La expresión "tóner líquido" cubre una
composición en la cual las partículas de tóner se dispersan en una
base líquida. Típicamente, la base líquida es no polar, tal como una
fracción de hidrocarburo alifático. Se describen tóneres típicos de
este tipo, y procesos para usarlos en la formación de imágenes, en
las patentes de EE.UU. nº^{s} 5.225.306; 5.276.492; 5.346.769 y
5.407.771. Las películas coextruídas de esta invención,
sorprendentemente, son capaces de admitir tóner proveniente de estas
composiciones de tóner líquido.
La capa de copolímero de etileno-ácido acrílico
de la película tiene un punto de reblandecimiento en el intervalo de
82,2-104,4ºC, el cual es más bajo que la temperatura
de orientación para polipropileno orientado. Esta característica
permite un alisado adicional de la superficie de etileno-ácido
acrílico, lo cual aumenta la capacidad para la impresión de la
superficie.
De forma opcional, las películas de esta
invención pueden contener un aditivo de carga en forma de
partículas, relativamente inerte. Una carga que ha encontrado
utilidad específica en la película coextruída de esta invención es
sílice pirógena. La sílice pirógena se compone de partículas que son
aglomeraciones de partículas más pequeñas y que tienen un tamaño
medio de partícula de, por ejemplo, 2 a 9 micras, preferiblemente 3
a 5 micras. Generalmente, cualesquiera materiales sólidos
inorgánicos finamente divididos, tal como sílice, se considera como
una carga útil para los propósitos de la presente película
coextruída. Estos materiales incluyen talco, carbonato cálcico,
tierras diatomeas, silicato cálcico, bentonita y arcilla. La
cantidad total de carga varía típicamente desde 0,1% hasta 80%,
específicamente desde 0,3% hasta 7,0% basado en el peso total de la
película coextruída. Cuando se necesita una película transparente,
la concentración de partículas será relativamente baja, por ejemplo
desde 0,1% hasta 10,0%, específicamente desde 0,3% hasta 7,0%. Los
materiales en partículas son generalmente de pequeño tamaño,
variando típicamente desde 1 \mum hasta 10 \mum, específicamente
desde 3 \mum hasta 7 \mum. Otros ejemplos de cargas incluyen
caolín, sílice, silicatos de aluminio, arcilla y talco. También se
considera la pasta.
Cargas preferidas entre las anteriores son
aquéllas que actúan como agentes antibloqueo/deslizantes. La sílice
es un ejemplo específico de una carga que se sabe que actúa de esta
manera.
También se pueden emplear partículas que aumentan
la opacidad. Éstas son sustancias relativamente inertes. El
carbonato cálcico se usa ampliamente en materiales termoplásticos,
ya que es relativamente barato y fácil de usar. Se puede usar en su
estado natural, pero se puede emplear "carbonato cálcico
precipitado", el cual se prepara mediante procesos químicos. A
veces, se recubren partículas de carbonato cálcico con una resina
para reducir la absorción de plastificante y esta forma también se
puede emplear.
La carga también puede incluir partículas que
imparten pigmentos. Los pigmentos considerados son sustancias
orgánicas o inorgánicas con tamaños de partícula que rara vez son
menores de 1 micra de diámetro. Pigmentos típicos incluyen negro de
carbono y dióxido de titanio. El carbonato cálcico también puede
actuar como un pigmento. Otros pigmentos que no son excluidos por
esta invención son pigmentos metálicos, tales como partículas de
aluminio, cobre, oro, bronce o zinc. Estos pigmentos son usualmente
partículas en forma de escamas, las cuales reflejan la luz cuando se
incorporan a la película coextruída.
Las cargas, incluyendo agentes
deslizantes/antibloqueo de materiales en partículas inertes, agentes
para opacar y/o pigmentos pueden usarse de forma combinada,
dependiendo del grado deseado de translucidez u opacidad.
Típicamente, cuando se usan materiales en partículas para opacar y/o
pigmentos, la concentración es menor que 70% de la concentración
total de materiales en partículas de la película, específicamente
20% a 50% de la concentración total de partículas de la
película.
Otros ejemplos específicos de partículas que se
pueden emplear además de los indicados arriba, incluyen negro de
acetileno, alfa-celulosa, silicatos de aluminio,
sulfato de bario, silicato cálcico, sulfato cálcico, celulosa,
arcillas, diatomita, vidrio en escamas, queratina, lignina, litopón,
mica, microglobos, disulfuro de molibdeno, nefelina sienita, papel,
pasta, cuarzo, harina de cáscaras, talco, vermiculita y madera.
En un método preferido para elaborar el substrato
de soporte de una imagen basada en tinta, se coextruyen una capa de
resina de polipropileno y una capa de resina de etileno-ácido
acrílico para formar una película con dos capas. La película se
enfría luego echándola en una columna de enfriamiento. Tras el
recalentamiento de la película, la película se estira de 3 a 7 veces
en la dirección de la máquina. El estiramiento permite la
orientación de la capa que contiene polipropileno. La capa que
contiene etileno-ácido acrílico no se orienta durante el
estiramiento debido a que tiene una temperatura de fusión más baja
que la capa que contiene polipropileno. A continuación, se forma una
imagen en la capa de etileno-ácido acrílico de la película con un
tóner de impresión electrostática proveniente de una composición de
tóner líquido.
Claims (3)
1. Un proceso que comprende:
- a)
- coextruir una capa de resina de polipropileno y una capa de copolímero de etileno-ácido acrílico o una capa de copolímero de etileno-ácido metacrílico para formar una película con dos capas, en donde el copolímero de etileno-ácido acrílico o el copolímero de etileno-ácido metacrílico tiene un contenido en ácido de 2% en peso a 6% en peso;
- b)
- posteriormente, orientar la capa de polipropileno en al menos la dirección de la máquina; y,
- c)
- formar una imagen en la capa de copolímero de etileno-ácido acrílico o de copolímero de etileno-ácido metacrílico con un tóner de impresión electrostática proveniente de una composición de tóner líquido.
2. Un proceso conforme a la reivindicación 1, en
el que la capa de copolímero de etileno-ácido acrílico o de
copolímero de etileno-ácido metacrílico tiene un punto de
reblandecimiento que es más bajo que el de la capa de
polipropileno.
3. Un proceso conforme a las reivindicaciones 1 ó
2, en el que la capa de copolímero de etileno-ácido acrílico o de
copolímero de etileno-ácido metacrílico tiene un punto de
reblandecimiento entre 82,2ºC-104,4ºC.
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