專利名稱：全息圖像的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息圖像的制造方法，更具體地涉及促進(jìn)通過壓花來制造全息圖像的涂覆組合物。這種全息圖像可以用于裝飾作用，或者作為很難偽造的安全特征。
背景技術(shù)：
全息圖像可以通過熱軟化的熱塑材料直接壓花來產(chǎn)生。熱塑材料典型地是連續(xù)或切片形式，并且自身可以構(gòu)成片材?；蛘撸瑹崴懿牧峡梢栽谄瑺罨咨弦酝繉哟嬖?，基底本身不是熱塑性的或者僅在有限的程度上是熱塑性的。適當(dāng)?shù)幕装埢蚰撤N聚酯薄膜。熱塑性涂層可擠壓到基底上，或者作為水或溶劑基涂覆組合物通過常規(guī)涂覆技術(shù)來應(yīng)用。熱塑性涂覆基底的全息壓花在例如WO 89/03760號和US5756183號中公開。
我們對非擠壓熱塑涂覆組合物在紙基底上全息壓花的經(jīng)驗(yàn)是壓花圖案并不能隨時間而滿意地保留，和/或所需的壓花條件是如此苛刻以至于可能傷害基底或涂層或者兩者。
我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些問題可以通過在涂覆組合物中結(jié)合部分塑性顏料粒子來消除或減少，并且這種方便的方法還通過降低墨水的干燥時間增強(qiáng)了壓花材料的壓花和非壓花區(qū)的可印刷性?？捎∷⑿缘脑鰪?qiáng)對于壓花產(chǎn)物的某些最終應(yīng)用是非常重要的，例如壓花圖案用于裝飾包裝用的印刷紙，或者用于需要吸引人或具有不尋常的片狀外觀的其它用途，或者用于安全應(yīng)用。因?yàn)樗苄灶伭狭Ｗ幼陨硎菬崴苄缘?，所以如果需要，他們能在涂覆組合物中構(gòu)成所有熱塑材料，盡管我們并不認(rèn)為這是優(yōu)選的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明第一方面提供了一種通過將圖像壓花入基底上的熱塑涂料中來制造全息成像產(chǎn)品的方法，其特征在于涂層包含塑性顏料粒子，并且優(yōu)選地除了所述粒子外還包含熱塑性聚合物或共聚物。
第二方面，本發(fā)明提供了通過如上定義的方法制造的全息成像產(chǎn)品。
第三方面，本發(fā)明提供了在片材或其它基底的熱塑涂料中，將塑性顏料粒子用于增強(qiáng)涂層接受并保留全息圖像的用途。
第四方面，本發(fā)明提供了適于用全息圖像壓花的涂覆基底，基底上的涂料包括熱塑性聚合物或者共聚物，并且除了所述聚合物或共聚物還包含部分塑性顏料粒子。
塑性顏料粒子優(yōu)選地是中空類型。
包括中空塑性顏料粒子的塑性顏料粒子在造紙工業(yè)中作為涂覆組合物的組分是公知的。固體塑性顏料粒子是1976年出版的標(biāo)題為“Paper Coating Pig ments”的Tappi Monograph第38期的主題內(nèi)容，并且也是John Wiley & Sons在1983年出版的James P.Casey編輯的“Pulp & Paper-Chemistry & Chemical Technology”第三版第四卷第2073和2074頁小節(jié)的主題?？伤茴伭虾?或其在造紙涂料中的用途的專利實(shí)例是英國專利第1229503、1468398和1488554號。中空可塑顏料及其在造紙涂料中的用途例如在英國專利第1270632和1389122號；在1984年Tappi Coating Conference by C.P.Hemenway，J.J.Latimer and J.E.Young entitled ″Hollow-Sphere Polymer Pig ment inPaper Coating″中給定的論文；在文章“Hollow-Sphere Pig mentImproves Gloss，Printability of Paper”by W.J.Haskins and D.I.Lundein“Pulp & Paper”，May 1989 edition中公開。相似的中空可塑顏料還是Rohm & Haas Company of Philadelphia，U.S.A出版的產(chǎn)品信息文獻(xiàn)的主題，其產(chǎn)品以商標(biāo)“Ropaque”銷售。本發(fā)明中使用的適當(dāng)中空可塑顏料顆粒材料的具體實(shí)例是由苯乙烯-丙烯酸聚合顆粒構(gòu)成的“Ropaque HP1055”。
本發(fā)明特別適合用于紙或塑料薄膜基底。如果需要，它們可以具有一層或更多涂層，例如用于增強(qiáng)熱塑性涂層的平滑度或?qū)⑵浣Y(jié)合到基底上。紙基底典型地是涂覆或未涂覆的無木漿紙。它們可以白色或者彩色的，并且可以是不透明或者半透明的(最后提到的紙可以是天然高度精制的描圖紙或用化學(xué)方法使之透明的紙)。適當(dāng)基紙的一些實(shí)例，包括未涂覆和涂覆的紙?jiān)谙挛牡木唧w實(shí)例中給出。
熱塑性聚合物或共聚物在化學(xué)性質(zhì)和熱軟化特性方面可以廣泛變化。后者方便地以玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg值)定義。優(yōu)選地，Tg值應(yīng)該在約20℃到約110℃的范圍內(nèi)。使用具有太低Tg值的(共)聚合物可能導(dǎo)致涂層太粘，結(jié)果難于或不可能從壓花涂層中除去壓花表面而不損壞涂層和/或底層基底。另一方面，如果Tg值太高，軟化涂層所需的熱量可能過多的。
為了避免引起懷疑，本說明書中的“共聚物”表述指源于兩種或多種共聚物的聚合物，因此包括三元聚合物等。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)醋酸乙烯酯和支鏈烷烴羧酸的共聚物(有時稱作Veova共聚物)特別適合用作本發(fā)明涂層的熱塑材料。其它合適的聚合物或共聚物包括丙烯酸類聚合物、苯乙烯-丙烯酸或其他丙烯酸類共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯三元共聚物、聚醋酸乙烯酯及聚乙烯醇。甚至例如淀粉的天然聚合物具有某些熱塑性質(zhì)，可以被使用，盡管它本身不是優(yōu)選的。
熱塑性涂層優(yōu)選地在含水媒介物中制成，或者還包含無機(jī)顏料和涂覆淀粉。這些無機(jī)顏料可以是在紙張涂層中使用的常規(guī)顏料，例如沉淀碳酸鈣(PCC)、研磨的重質(zhì)碳酸鈣，或者高嶺土或其他粘土。這些顏料被用作補(bǔ)充劑，并且還可以增強(qiáng)涂層的可印刷性。淀粉被用作補(bǔ)充劑來降低成本，從而改善涂層操作的可操作性并且消除或控制從存在熱塑材料而獲得的最終涂層的任何粘性。除了包括所述任選組分的組合物外，熱塑性涂層組分的相對比例可以廣泛變化，它典型地基于干重為40重量％～60重量％的聚合物、25重量％～35重量％的中空塑性顏料粒子、20重量％～25重量％的玉米或者其它淀粉以及10重量％～15重量％的PCC。具體配方在下文的實(shí)施例中給出。
通過實(shí)驗(yàn)確定可以使用的塑性顏料粒子的最小有效量，但是我們的經(jīng)驗(yàn)表明它可以是基于干重約5～10重量％。優(yōu)選地使用更多的量，例如至少15～20重量％。
熱塑涂料的涂覆重量同樣可以十分廣泛地變化，但是基于干重2gm-2通常是足夠了。當(dāng)然可以多于該量。用于應(yīng)用熱塑涂料的涂覆技術(shù)并不關(guān)鍵。適當(dāng)?shù)耐扛布夹g(shù)包括氣刀、刮刀、Meyer棒、凹版印刷和一定大小的壓力涂覆。
與不含塑性顏料粒子相比，使用塑性顏料粒子提供了改善的可壓花性，容許(a)更快的壓花和(b)所用熱塑(共)聚合物的更低涂覆重量。
壓花優(yōu)選地通過全息雕刻墊片直接在熱塑性涂層上實(shí)施。典型地，墊片被通過高壓鉗，其表面壓住熱塑性涂層。高壓鉗可以是一對壓延機(jī)滾筒。或者，壓花可以使用帶有加熱板的靜壓機(jī)實(shí)施，加熱板壓著全息墊片的待壓花表面。在任何一種情況下的壓花壓力取決于熱塑性涂層的性質(zhì)和軟化溫度。典型地，壓力是5×106Pa(50巴)或更高的量級。
熱塑性涂層優(yōu)選地在壓花操作前被預(yù)加熱，取決于所用的聚合物，典型地被加熱到80～150℃的溫度。在連續(xù)片材中，通過將材料通過低壓加熱鉗或者通過紅外加熱器而常規(guī)地實(shí)現(xiàn)這種預(yù)加熱。優(yōu)選墊片也被預(yù)加熱，例如通過將墊片設(shè)置在滾筒或其它載體上來常規(guī)加熱。
盡管我們想象以連續(xù)的網(wǎng)狀形式壓花片材是最可行的，但原則上可以在切片材料上靜態(tài)或者動態(tài)地實(shí)施壓花，同時通過例如與加熱的表面低壓接觸而進(jìn)行任何所需的預(yù)加熱。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將由下面的實(shí)施例來闡述本發(fā)明，其中除非具體說明，所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)都是重量百分?jǐn)?shù)。
實(shí)施例1制造兩種41％固體含量的含水熱塑涂覆組合物，一種根據(jù)本發(fā)明制造并且包含中空塑性顏料粒子，而另一種不含塑性顏料粒子的組合物用作對照。組分如下(基于干重的重量份)

*在本實(shí)施例和隨后的實(shí)施例中，星號表示供應(yīng)者的商標(biāo)。
在每種情況下以約8gm-2的目標(biāo)涂覆重量通過實(shí)驗(yàn)室的Meyer棒涂覆器將每種涂覆組合物涂覆到100gm-2平滑的白色未涂覆基紙片上。所得紙?jiān)跓犸L(fēng)爐中干燥，然后按如下所述壓花。
一小片全息墊片被全息面朝下地放在紙的涂覆面上，并且未涂覆的100gm-2紙片被放在上面。然后通過在低壓下將整個三層如述組裝體在靜態(tài)壓力機(jī)的加熱板間，將待壓花的紙和墊片預(yù)加熱至約100℃。然后組裝體立即通過實(shí)驗(yàn)室的鋼-鋼鉗壓延機(jī)(steel-steel nipcalender)，以至于全息圖像被壓花入涂層中。壓延機(jī)壓力是107Pa(100巴)并且壓花速度約為每分鐘20米。
所得每片壓花紙具有非常顯著的全息圖像，但對照紙上的全息圖像沒有像根據(jù)本發(fā)明的紙上全息圖像一樣可見。觀察到對照紙上的全息圖像隨時間而褪色，并且在5天后不可見。相反，根據(jù)本發(fā)明的紙上全息圖像甚至在3個月后也沒有顯著地變化。
兩種紙的可印刷性(依據(jù)膠印油墨的干燥時間)使用BASFFirecrest*Plus墨水用IGT設(shè)備來評價。根據(jù)本發(fā)明的紙的墨水干燥時間約為4～5小時，而對照紙的干燥時間約為8小時。
實(shí)施例2重復(fù)實(shí)施例1中的程序，區(qū)別在于(a)用Tg值為15℃的交聯(lián)丙烯酸聚合物(Vinamul Limited，Carshalton，UK供應(yīng)的“Vinacryl*4345”，固體含量44％～46％)代替Veova共聚物，干重對干重；(b)涂覆組合物由39％固體含量組成，及(c)沒有進(jìn)行可印刷性試驗(yàn)。
根據(jù)本發(fā)明的紙上的全息圖像是耐用的，并且在3個月后沒有顯著褪色，而對照紙上的全息圖像快速褪色并在1天后消失。
實(shí)施例3重復(fù)實(shí)施例1中的程序，區(qū)別是(a)用Tg值約為60℃的交聯(lián)氯乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯三元共聚物(Vinamul Limited，供應(yīng)的“Vinacryl*3525”，固體含量49％～51％)代替Veova共聚物；(b)使用64重量份三元聚合物和36重量份中空塑性顏料粒子，(c)涂覆組合物由39％固體含量組成，及(d)目標(biāo)干涂覆重量約為7gm-2以外。
根據(jù)本發(fā)明的紙上的全息圖像具有非常良好的質(zhì)量，并且表現(xiàn)持久，在3周后沒有顯著變化。相反，對照紙上的全息圖像僅開始具有中等的質(zhì)量并且在10天后消失。
根據(jù)本發(fā)明的紙上的全息圖像和對照紙上的全息圖像的膠印油墨干燥時間分別為約3小時和約5小時。
實(shí)施例4本實(shí)施例包括無機(jī)顏料粒子和中空塑性顏料粒子。
從下面的組分制造44％固體含量的含水涂覆組合物(基于干重的重量份)實(shí)施例3中的三元聚合物 56中空塑性顏料粒子(“Ropaque*HP1055”) 30PCC(Rhone Poulenc供應(yīng)的“Calopake*F”) 14該組合物按照實(shí)施例3所述涂覆并試驗(yàn)，并且目標(biāo)干涂覆重量為6gm-2。獲得非常好的全息圖像，沒有觀察到褪色。膠印油墨干燥時間為2小時。
實(shí)施例5本實(shí)施例使用固體而不是中空塑性顏料粒子。
重復(fù)實(shí)施例4中的程序，區(qū)別在于(a)平均粒子直徑為70納米且Tg值為70～80℃的苯乙烯-丙烯酸可塑顏料(Mitsui Chemicals Inc.供應(yīng)的“X CPP100”，固體含量30％)用來以干重對干重代替中空塑性顏料粒子；(b)涂覆組合物的固體含量為39％，及(c)目標(biāo)干涂覆重量為8gm-2。
所得全息圖像的質(zhì)量是良好的(盡管沒有實(shí)施例4中的好)，并且在3周后沒有觀察到褪色。膠印油墨干燥時間與實(shí)施例4相同。
實(shí)施例6本實(shí)施例闡述了在帶有塑性顏料粒子的涂覆組合物中包括淀粉和無機(jī)顏料。
從下面的組分制造24％固體含量的含水涂覆組合物(基于干重的重量份)Veova共聚物(“Emultex*W579”)45中空塑性顏料粒子(“Ropaque*HP1055”) 25玉米淀粉(Cerestar供應(yīng)的“Cerestar*05590”) 20PCC(“Calopake*F”) 10100通過風(fēng)刀涂覆器以3～8gm-2范圍的目標(biāo)涂覆重量將涂覆組合物涂覆到光滑顏料涂覆的160gm-2紙(由Arjo Wiggins Papiers Couches，Issy-les-Moulineaux，F(xiàn)rance生產(chǎn)的Alter Ego*)。
所得紙按照前面實(shí)施例所述來試驗(yàn)。在每種情況下，全息圖像的質(zhì)量都是良好的，并在2周后沒有觀察到褪色。觀察到涂覆重量對全息圖像質(zhì)量具有很小的影響，即在3gm-2涂覆重量紙上獲得的全息圖像沒有明顯不同于那些在更高涂覆重量下獲得的全息圖像、實(shí)施例7除了不使用淀粉外，本實(shí)施例與實(shí)施例6相似。涂覆組合物由25％固體含量組成，具有58.2份Veova共聚物、31.8份中空塑性顏料粒子和10份PCC。涂覆操作期間的可操作性輕微劣于實(shí)施例6。
所得全息圖像壓花質(zhì)量與實(shí)施例6所述相同，但壓花涂層略微更粘性一點(diǎn)，因此更難從全息墊片中剝離。還觀察到涂覆圖案輕微劣于實(shí)施例8本實(shí)施例闡述了使用中空塑性顏料粒子作為涂層中唯一的熱塑材料。
基于干重的21％固體含量的含水涂覆組合物由65份中空塑性顏料粒子和35份玉米淀粉(兩者都在前面實(shí)施例中使用)組成。該組合物以約5gm-2的目標(biāo)涂覆重量使用Meyer棒涂覆器將該涂覆組合物涂覆到100gm-2平滑的白色未涂覆的無木漿基紙上。干燥后如前所述將所得紙壓花。
盡管它沒有那些存在其它熱塑性聚合物下獲得的圖像好，但也獲得了可接受質(zhì)量的全息圖像。全息圖像在2周后沒有觀察到褪色。
實(shí)施例9從下面的組分制造27％固體含量的含水涂覆組合物(基于干重的重量份)Tg為105℃的丙烯酸系共聚物(BaxendenChemicals Ltd.Baxenden，United Kingdom供應(yīng)的“Xenacryl*DP9B/1335”，40％固體含量)45中空塑性顏料粒子(“Ropaque*HP1055”) 20玉米淀粉(“Cerestar*05590”) 25PCC(“Calopake*F”)10該組合物被按照實(shí)施例8所述以5gm-2目標(biāo)涂覆重量涂覆到紙上。干燥后，通過與加熱板以極低壓力接觸而將紙預(yù)加熱至約150℃，然后按前述實(shí)施例但在1.5×107Pa(150巴)下被壓花。
獲得良好質(zhì)量的全息圖像，并且在3后沒有觀察到全息圖像褪色。
權(quán)利要求
1.一種通過將圖像壓花入基底上的熱塑性涂層中來制造全息成像產(chǎn)品的方法，其特征在于所述涂層包括塑性顏料粒子。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中除了所述粒子外，所述涂層還包括熱塑性聚合物或共聚物。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述聚合物或共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg值)為約20℃-約110℃。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中所述聚合物或共聚物是醋酸乙烯酯和支鏈烷烴羧酸的共聚物、丙烯酸類聚合物、苯乙烯-丙烯酸或其他丙烯酸系共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯三元共聚物、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇。
5.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述熱塑性涂層還含有無機(jī)顏料，例如沉淀碳酸鈣(PCC)、研磨的重質(zhì)碳酸鈣、或者高嶺土或其他粘土。
6.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述熱塑性涂層含有淀粉粘合劑。
7.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述熱塑性涂層含有基于干重的至少5重量％、優(yōu)選至少10重量％、更優(yōu)選至少15重量％的塑性顏料粒子。
8.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中至少一些所述塑性顏料粒子是中空型的。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述涂層含有基于干重的40～60重量％的熱塑性聚合物或共聚物、25～35重量％的中空塑性顏料粒子、20～25重量％的淀粉以及10～15重量％沉淀碳酸鈣。
10.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述熱塑性涂層的涂覆重量基于干重至少為2gm-2。
11.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中直接在所述熱塑性涂層上通過全息雕刻墊片來實(shí)施壓花。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中所述壓花壓力為5×106Pa(50巴)或更高。
13.如權(quán)利要求11或12的方法，其中將所述墊片預(yù)加熱，例如通過將所述墊片設(shè)置在滾筒或其它載體上來常規(guī)加熱。
14.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述熱塑性涂層在壓花操作前預(yù)加熱。
15.如前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述基底是紙或塑料薄膜。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中所述基底是任選經(jīng)涂覆的白色或彩色的不透明或者半透明的無木漿紙。
17.如權(quán)利要求15或16的方法，其中所述基底附有一層或多層涂層，從而增強(qiáng)熱塑性涂層的平滑度或其對基底的粘合。
18.一種通過前述權(quán)利要求之一的方法制造的全息成像產(chǎn)品。
19.塑性顏料粒子用于片材或其它基底的熱塑性涂層中在增強(qiáng)涂層接受并保留全息圖像的能力中的用途。
20.一種適于用全息圖像壓花的涂覆基底，該基底上的涂層包括熱塑性聚合物或共聚物，并且除了所述聚合物或共聚物外，還包括部分塑性顏料粒子，以及任選的淀粉粘合劑和/或無機(jī)顏料。
21.如權(quán)利要求20的涂覆基底，其中所述聚合物或共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg值)為約20℃-約110℃。
22.如權(quán)利要求21的涂覆基底，其中所述聚合物或共聚物是醋酸乙烯酯和支鏈烷烴羧酸的共聚物、丙烯酸類聚合物、苯乙烯-丙烯酸或其他丙烯酸系共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯酯-乙烯三元共聚物、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇。
23.如權(quán)利要求20-22之一的涂覆基底，其中所述熱塑性涂層含有基于干重的至少5重量％、優(yōu)選至少10重量％、更優(yōu)選至少15重量％的塑性顏料粒子。
24.如權(quán)利要求20-23之一的涂覆基底，其中至少一些塑性顏料粒子是中空型的。
25.如權(quán)利要求24的涂覆基底，其中所述涂層包括基于干重的40重量％～60重量％的熱塑性聚合物或共聚物、25重量％～35重量％的中空塑性顏料粒子、20重量％～25重量％的淀粉以及10重量％～15重量％的沉淀碳酸鈣。
全文摘要
通過將圖像從上面壓花入包含塑性顏料粒子的熱塑性涂層而生產(chǎn)耐用的全息成像紙。塑性顏料粒子優(yōu)選地是中空的，但可以是實(shí)心的。涂層優(yōu)選地還包含熱塑性聚合物或共聚物，例如醋酸乙烯酯和支鏈烷烴羧酸的共聚物、丙烯酸類聚合物、苯乙烯－丙烯酸或其他丙烯酸系共聚物、氯乙烯－醋酸乙烯酯－乙烯三元共聚物、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇。優(yōu)選地，聚合物或共聚物具有在20℃到110℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg值)。熱塑性涂層還可以包含無機(jī)顏料，例如沉淀碳酸鈣(PCC)、研磨的重質(zhì)碳酸鈣，或者高嶺土或其他粘土、和/或淀粉粘合劑。壓花優(yōu)選地通過全息雕刻墊片直接在熱塑性涂層上實(shí)施。
文檔編號C09D129/04GK1525908SQ02813171
公開日2004年9月1日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者馬克·維克托·沃森, 彼得·辛克萊, 辛克萊, 馬克 維克托 沃森 申請人:阿爾若威金斯精細(xì)紙品有限公司