專利名稱：紫外線(uv)后固化熱傳移標簽、制作和使用方法
背景技術：
本發(fā)明涉及熱轉移標簽。更詳細地講，本發(fā)明涉及可施用于各種基材上的熱轉移標簽，該標簽被印刷在臨時載體膜或紙上，之后由UV固化以提供耐化學性和耐磨損性。
標簽廣泛使用于幾乎每種行業(yè)中。例如，標簽可用于將標記轉移到各種形式的耐用消費品上，從移動電話到高爾夫球桿。典型的，一個標簽由熱塑性顏料組成，可以經加熱和壓力作用其上而被熱激活以粘附在基材上。大部分這些施用標記的物品都是剛性或半剛性的，因此，允許采用熱轉移方法實現標簽的轉移。
轉移到物品上的標記或記號需具有很高的質量，這一點至關重要。在很多情況下，物品都計劃要使用很長一段時間。例如，移動電話計劃至少使用幾年的時間，同樣的還有高爾夫球桿。在這種情況下，印刷的標記(例如生產商的名字，商標或其它類似的標記)，應該持久，不易于磨損，對化學因素和環(huán)境因素的降解作用具有抗性。
為達到這樣的實施目的，目前用于如石墨或一些塑料基材上的典型的熱轉移標簽需要在200下烘烤大約60分鐘。這對標簽達到所需耐化學性和耐磨損性來說是必需的。但是必須平衡(也就是避免)因過熱對基材的破壞。同樣的，用于玻璃和金屬基材上的熱轉移標簽在施用于基材后也需要在升高的溫度(例如，400下烘烤10分鐘)下延長烘烤過程，使之能夠獲得良好的耐化學性和耐磨損性。
此外，許多知名的高質量的熱轉移標簽在施用和固化之前并不是足夠穩(wěn)定的。就是說，這些標簽可能具有一個相對短的保存期，在延長的儲存期后這些標簽可能達不到所需的質量要求。
相應的，現在需要一種具有高耐化學性和耐磨損性的高質量的熱轉移標簽。理想的，這種標簽可以采用直接在市場上購得的材料很容易的制造(例如，印刷)。更理想的，使用該標簽，通過充分減少固化期時間和傳導于物品的熱量的過程，將標記轉移到物品或目標上。最理想的，這種標簽穩(wěn)定且具有延長的保存期。
發(fā)明簡述施用于物品上的紫外線后固化熱轉移標簽包含載體坯料，可選擇的涂布于載體坯料上的剝離涂層，和含有涂在剝離涂層上的陽離子紫外線固化油墨組合物。該油墨含有溶劑，其占油墨的濃度為至少約20重量％，優(yōu)選為約40重量％。油墨干燥后可在載體坯料上形成耐保存的膜。
通過熱轉移過程例如熱燙，部分組合物被轉移到物品上(以標簽的形式)，將標簽轉移到物品上之后通過施加紫外線能量將油墨固化。
該組合物配制有有機溶劑。在這種方式下，印刷標簽并干燥(揮發(fā)溶劑形成膜)，可以在較長時間內保存。然后標簽轉移到物品上，并只在轉移到物品上之后被固化。
優(yōu)選的組合物包括可以進行陽離子聚合的成分，例如環(huán)醚、乙烯基醚或含羥基化合物。組合物進一步包含光引發(fā)劑，例如鎓鹽，和光敏劑，如一種噻噸酮衍生物。標簽采用不具有任何保護性表面亮涂層或熱激活粘合劑的顏料以避免暈圈的產生并減少印刷臺的總數。
本發(fā)明同樣公開了標簽制作方法和用來自熱燙標簽的標記標識物品的方法。
結合以下詳細描述和權利要求書，將很明顯了解本發(fā)明這些和其他特征以及優(yōu)點。
附圖簡述對相應領域普通技術人員來說，在閱讀以下詳細描述并結合附圖后可以更容易理解本發(fā)明的效果和優(yōu)點，其中附

圖1為具有本發(fā)明原理的標簽的截面圖，該標簽表示為形成于載體或坯料上。
發(fā)明詳述盡管各種形式的實施例本發(fā)明都是可以接受的，在附圖中表示的和本文下而所描述的是優(yōu)選的實施例，應當理解的是，本公開應被看作是本發(fā)明的一個例舉，而并不意味著將本發(fā)明局限在所說明的特定實施例中。
需要理解的是，本說明書部分的標題“發(fā)明詳述”與美國專利局的要求有關，并不意味也不應被認為該標題意為將此處公開的主題加以局限。
在此處公開內容中，單詞“商品”，“物品”，“目標”和“產品”可相互替換使用，以描述被生產的具有商業(yè)價值的事物，例如，物品即表示商業(yè)交易的主體。
簡單參考附圖1，如按照本發(fā)明的熱轉移標簽10，由溶劑型(solvent borne)陽離子紫外線(UV)能量固化油墨12形成，該油墨被印刷在臨時的載體膜或紙14上。油墨可以在不受紫外線照射的情況下在空氣中干燥成不粘頁(non-blocking)的膜。這種標簽可以在延長的保存期下儲存，例如，至少12個月，而不會在標記質量和轉移能力方面有任何退化。
可采用已知的熱轉移方法將標簽轉移到基材上，例如，往復熱燙(reciprocalhot stamping)，通過加熱輥或其它類似的設備轉移。在轉移到基材上后，用UV照射處理標簽(即施加UV)以使標簽固化從而產生耐化學性和耐磨損性。
標簽在臨時支持層、載體或坯料上形成。在支持層上涂有可選擇的剝離層16，在剝離層上涂有一種或多種溶劑性陽離子UV固化油墨。當采用周圍環(huán)境空氣或加熱的空氣干燥后，該油墨可以形成一種不粘頁的膜。也就是說，油墨并沒有經UV能量照射即在載體上干燥。標簽可自己使用也可以以成卷的形式，采用已知的熱轉移方法施用到所需的基材上。在施用到基材上后，采用UV能量(以UV光的形式)處理標簽在產生最少熱量的情況以提供標簽的耐化學性和耐磨損性。已發(fā)現可以采用低于20秒的固化時間成功固化基材上的油墨。
臨時支持層(載體)為紙或塑料膜。合適的材料有聚丙烯膜，也可以是聚酯膜，聚酯膜具有更好的抗熱性。MYLAR和MELINEX為兩種可購買的商品的商標。紙比塑料膜的成本低，然而，紙的尺寸穩(wěn)定性不是很令人滿意，除非在相應的溫度和相對濕度控制環(huán)境下進行印刷。
位于載體和油墨之間的可選擇的剝離層一般為硅樹脂涂層，可以在對支持層的背后加熱和加壓的情況下，使油墨從臨時支持層“干凈”地轉移到所需基材上。如果沒有剝離層，標簽(油墨)的局部有可能無法從支持層上分離，結果標簽可能粘住而不能完全轉移到基材上。本領域技術人員可以認識到除了硅樹脂外還有其它的涂層材料用作剝離層，例如QUILLON，可從E.I.DuPont deNemours和Wilminton，DE公司購買，還有多種蠟可以應用，例如石蠟，微晶的或聚乙二醇。這些蠟涂層很多隨著標簽一起轉移到所需的基材上，可能造成負面影響，除非隨后將基材暴露于火焰中，燙平蠟以改善其表面光澤和透明度。
溶劑型陽離子UV固化油墨含有潤濕劑能使油墨在硅樹脂涂覆的支持物上均勻沉淀，目的在于減輕蠟剝離層的使用和隨后的后火焰處理。適合的潤濕劑包括硅樹脂-硅石混合物，例如，TEGOFoamex N，可從Hopewell，VA的Degussa Goldschmidt商業(yè)購買。
可以在UV照射情況下進行陽離子聚合的油墨組份包括環(huán)醚，優(yōu)選的為環(huán)氧化物，以及乙烯基醚和含羥基化合物。適合的環(huán)氧化物包括芳香族、脂肪族和環(huán)脂肪族的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂在分子中至少含有一個，優(yōu)選的含有兩個環(huán)氧基。脂環(huán)族雙環(huán)氧化合物，例如，UVACURE(一種純度級別很高的3，4-環(huán)氧環(huán)己基-甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己烷羧化物)具有約134的環(huán)氧化物當量，因為其具有低粘度和快速固化特性是適合的。此外，這些脂環(huán)族雙環(huán)氧化合物當固化時，對外界暴露具有良好的抵抗性。乙烯基醚也是適合的，但較昂貴，可以作為反應稀釋劑使用以降低粘性。適合的含羥基化合物包括聚酯多元醇、乙烯基樹脂如UCAR VAGH(從Dow化學公司(Dow Chemical Co.)商業(yè)購買)、丙烯酸樹脂如JONCRYL587(可從美國威斯康星州Sturtevant市Johnsonpolymer公司購買)、環(huán)氧樹脂如EPON 1009(可從德克薩斯州休斯頓市的Resolution Performance Products商業(yè)購買)、乙酸-丁酸纖維素樹脂、苯氧基樹脂和其它類似物等。其他含有羥基的樹脂可以溶解在溶劑中，在不暴露給紫外射線下在環(huán)境空氣或加熱的空氣中烘干形成不粘頁的膜。其他可進行陽離子UV聚合的組分在Green等申請的專利號為4,299,938的美國專利和Misev申請的專利號為6,235,807的美國專利中公開。
陽離子光引發(fā)劑包括一些三芳基锍鹽和二芳基碘鎓鹽。優(yōu)選的光引發(fā)劑為IRGACURE250，這是一種碘鎓鹽(可從美國紐約州Tarrytown市Ciba Specialty化學公司(Ciba Specialty Chemicals Corporation of Tarrytown，NY)購買)，其在碳酸丙烯中在75％的活性下是可用的。本發(fā)明的配方包括的光引發(fā)劑在全部配方的重量中占約0.10％到15％，優(yōu)選的為約0.5％到5％。IRGACURE250因其不含有重金屬及其具有良好的反應平衡性、合成途徑和在典型的環(huán)氧化物的溶解性等方面，成為一個理想的選擇。在前述Misev的專利中公開了其他適合的陽離子光引發(fā)劑。
在現有標簽中使用的光敏劑包括噻噸酮衍生物，例如異丙基噻噸酮(ITX)和1-氯-4-丙氧基-噻噸酮(CPTX)(可從英國哈羅門市的Lambson Group有限公司(Lambson Group Ltd.OfHarrogate，U.K.)購買)，以及蒽的衍生物，例如2-乙基-9，10-二甲氧基-蒽(EDMA)和9-羥基-甲基-蒽(HMA)(可從密蘇里州的圣路意斯的西格馬-奧爾德利希公司(Sigma-Aldrich Co.of.St.Louis，MO)購買)。本配方包括的光敏劑在全部配方的重量中為約0.1％到10％，優(yōu)選的為約0.5％到2.0％。
α-羥劑-酮的衍生物，例如IRGACURE184，DAROCUR1173和IRGACURE2959(都可以從以上提到的Ciba Specialty化學公司(Ciba SpecialtyChemicals)購買)，可應用于本配方中，占總配方重量的約0.1％到10％，優(yōu)選的為約0.5％到2.0％。
本配方中的著色劑包括染料、有機顏料和無機顏料。二氧化鈦的金紅石改性物是一種優(yōu)選的白色顏料，可以達到最佳不透明性。
本發(fā)明采用陽離子UV后固化油墨，與傳統(tǒng)的UV油墨的區(qū)別在于它采用的約20％到70％的溶劑作為揮發(fā)性的有機成份VOC。在沒有UV能量照射下即可形成不粘頁的膜。將標簽印刷在臨時的載體膜或紙上，在周圍環(huán)境空氣或加熱空氣中干燥，并以卷或片的形式儲存。標簽可在加熱和壓力(熱轉移)下施用于多種基材上，并在UV照射(以UV光形式)下在少于約二十秒內固化。這種固化過程可以提供良好的耐熱性和耐化學性，而不需要熱烘烤過程，后者需時約10到60分鐘，并可能因過熱引起基材的損害，本發(fā)明的UV照射少于約20秒。
傳統(tǒng)的陽離子UV固化油墨一般不含有溶劑，這是因為這些油墨按常規(guī)配制以減少或消除VOC的散發(fā)。傳統(tǒng)的UV固化油墨不形成不粘頁的膜，直到經UV能量照射。而且，一旦陽離子UV固化油墨經UV能量照射后，將不能被熱轉移到另一基材上且不能被制成耐熱和耐化學品。
而且，傳統(tǒng)的陽離子UV固化油墨一般包含至少一種能夠在暴露于UV照射下進行聚合的化合物，至少一種锍鹽或碘鎓鹽作為光引發(fā)劑，至少一種顏料或染料，以及至少一種光敏劑。然而，在傳統(tǒng)的陽離子UV固化配方中溶劑的使用被限制的，即使使用的話，用量很少以減低粘度，使該配方可以被噴涂之后經波長為200到600毫微米的UV光照射固化形成不粘頁的膜。UV照射源可以是，例如，包含汞汽燈，FUSIONTMD和V燈泡及類似物。
本發(fā)明的標簽采用不具有任何保護性亮涂層或熱激活粘合劑的顏料。這樣避免了暈圈的產生并減少了印刷臺的總數。
本發(fā)明標簽的印刷方法包括柔性版印刷，凹版印刷和絲網印刷。凹版印刷因印刷機滾筒成本很高通常需要長時間運行。柔性版印刷和凹版印刷所使用的溶劑比絲網印刷使用的溶劑的沸點要低得多，而且絲網印刷提供的油墨沉積最厚。期望還可以采用熱印箔和壓印用于本標簽。
根據本發(fā)明可以制備標簽和將標簽施用到基材上。配方顏料膏(配制為包括39.64重量％的環(huán)己酮，3.14重量％的γ丁內酯，14.26重量％的UCARVAGH，5.70重量％的丁基苯甲基鄰苯二甲酸鹽(增塑劑)，0.37重量％的Solsperse 20000(一種顏料潤濕劑，可從Avecia Pigments & Additices ofWilmington，DE購買)和11.14重量％的Irgazine DPP Red BO(一種紅色顏料，可從Ciba Specialty Chemicals購買))，UV固化組分包括UCAR VAGH和12.09重量％的脂環(huán)族雙環(huán)氧化合物，可購買上述UVACURE1500，2.54重量％的陽離子UV光引發(fā)劑(Irgacure 250)，0.47重量％的光敏劑(Speedcyre CPTX)，0.47重量％的自由基光引發(fā)劑和α羥基酮(Irgacure2959)，3.81重量％的疏水氣相法白炭黑(可從Cabot Corporation of Boston，MA購買商品名為CabosilTS-610的產品)，6.00重量％的特氟隆蠟(可從Shamrock Technologies，Inc.購買商品名為SST-3的產品)和0.37重量％的消沫劑(Foamex N)來形成油墨。
通過一個每英寸帶有270線的不銹鋼筋網將油墨絲網印刷于0.001英寸(千分之一寸)厚的聚酯膜上，該聚酯膜外涂有硅樹脂剝離涂層。在100到200下強制通風干燥油墨1-2分鐘，然后冷卻。
然后用一個加熱的輥將標簽施用到0.25英寸厚的黑色丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)板上。輥外用0.125英寸到0.25英寸的RTV硅橡膠。硅橡膠的表面溫度為200到450。滾筒的速度在約1.5Mpa到5.5Mpa的壓力下調整為每分鐘約6到90英尺?？梢灶A見的，如果在標簽面積在100平方厘米以內，可以使用垂直熱燙機器來代替加熱的輥。
在波長為約200到600nm的光照射ABS基材上的標簽，UV燈下傳送帶的速度為每分鐘約6到90英寸。UV照射源可以是，本領域已知的并且包括汞汽燈及Fusion D和V泡。
本文參考的所有專利，此處全文引入作為參考，不管是否在本文公開內容中特別提及。
在公開內容中，單詞“一(a或an)”所指內容包含單數的和復數的。相反的，所指的任何復數項目，在適合的情況下都包括單數情況。
從前述內容可以看到，在沒有背離本發(fā)明真實本質和新穎特征范圍的情況下可以實現多種修改和變化?？梢岳斫獾氖?，針對描述的特定實施方案并沒有意圖限制或不應推斷為限制。本公開通過所附的權利要求書意在覆蓋落在權利要求書保護范圍內的所有修改方式。
權利要求
1.一種用于施用在物品上的紫外線后固化熱轉移標簽，包含載體坯料；涂于載體坯料上的剝離涂層；和組合物，其包括涂在載體坯料上的陽離子紫外線固化油墨，該油墨含有溶劑，溶劑的濃度至少為油墨重量的約20％，油墨被干燥以形成載體坯料上的可儲存的膜，其中，組合物被轉移到物品上，并在轉移到物品上之后通過施加紫外線能量而使油墨被固化。
2.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，其中，所述溶劑存在的濃度是組合物重量的約20％到70％。
3.根據權利要求2所述的熱轉移標簽，其中，所述溶劑存在的濃度是組合物重量的約40％。
4.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，其中，所述溶劑為有機溶劑。
5.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，其中所述組合物含有能夠進行陽離子聚合的組分，其包括一種或多種環(huán)醚，乙烯基醚或含羥基的化合物。
6.根據權利要求5所述的熱轉移標簽，其中所述組合物含有環(huán)氧化合物，該化合物為芳香族的、脂肪族的、脂環(huán)族的環(huán)氧樹脂。
7.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，其中所述組合物含有光引發(fā)劑。
8.根據權利要求7所述的熱轉移標簽，其中所述光引發(fā)劑為鎓鹽。
9.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，其中所述組合物含有光敏劑。
10.根據權利要求9所述的熱轉移標簽，其中所述光敏劑為噻噸酮衍生物。
11.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，包含著色劑。
12.根據權利要求11所述的熱轉移標簽，其中所述著色劑為染料、有機顏料或無機顏料。
13.根據權利要求1所述的熱轉移標簽，包括在載體坯料上的剝離涂層，其中該組合物涂在載體坯料的剝離涂層上。
14.一種制作用于施用在物品上的紫外線后固化熱轉移標簽的方法，其步驟包括在載體坯料上涂含有陽離子紫外線固化油墨的組合物，該油墨含有溶劑，該溶劑的濃度至少為油墨重量的約20％；通過施加非-UV、熱干燥過程干燥載體坯料，以在該載體坯料上形成可儲存的膜。
15.根據權利要求14所述的方法，其中干燥步驟包括將其上有組合物的載體坯料置于加熱的空氣流中。
16.根據權利要求14所述的方法，包含干燥后儲存標簽的步驟。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述載體坯料由其上有剝離涂層的聚合材料制成，并且其中該組合物被涂在剝離涂層上。
18.一種用來自熱燙標簽的標記標識物品的方法，包括步驟提供位于載體坯料上的紫外線后固化熱轉移標簽，在標簽上有非-UV的、熱干燥的膜；將部分膜從載體坯料上轉移到物品上；并且通過將已轉移的部分膜以預定的時間暴露給紫外線能量，使該物品上已轉移的部分膜固化。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述轉移步驟為熱燙步驟。
20.根據權利要求18所述的方法，其中，將已轉移的部分膜暴露給紫外線能量的時間少于約1分鐘。
21.根據權利要求20所述的方法，其中膜暴露給紫外線能量的時間少于約20秒。
22.根據權利要求20所述的方法，其中通過在載體坯料上涂液體組合物并熱干燥該液體形成膜以提供標簽。
23.根據權利要求21所述的方法，其中液體被印刷在載體坯料上。
24.根據權利要求23所述的方法，其中印刷通過柔性版印刷、凹版印刷或絲網印刷進行。
25.一種根據權利要求18所述的方法用標記標識的物品。
全文摘要
一種施用于物品的紫外線后固化熱轉移標簽，該標簽包括載體坯料，涂于載體坯料上的剝離涂層和涂在剝離涂層上的組合物，該組合物包括陽離子紫外線固化油墨。該油墨含有溶劑，該溶劑的濃度至少為油墨重量的約20％。油墨在非－UV過程中干燥以在載體坯料上形成可儲存的膜。組合物被轉移到物品上，并在轉移到物品上后通過施加紫外線能量將油墨固化。同時公開了一種制備標簽的方法和一種標識物品的方法。
文檔編號B44C1/17GK101048474SQ200580036844
公開日2007年10月3日 申請日期2005年10月26日 優(yōu)先權日2004年11月17日
發(fā)明者阿蘭·C.·格羅特芬德, 保羅·朱斯托, 邁克爾·B.·科萊拉 申請人:伊利諾斯器械工程公司