熱紫成像的方法和用紙以及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱紫成像的方法和用紙以及設(shè)備，包括：a.在成像面上涂覆熱紫外顯色涂料，并加熱使熱紫外顯色涂料顏色變化；b.通過紫外線照射具有圖案的透明平面到成像面的熱紫外顯色涂料上；c.熱紫外顯色涂料在紫外線照射下與析出的液態(tài)水發(fā)生聚合反應(yīng)，使發(fā)生聚合反應(yīng)的熱紫外顯色涂料在所述熱源移除后不能再次與水結(jié)合恢復(fù)原有顏色，未發(fā)生聚合反應(yīng)的熱紫外顯色涂料能夠恢復(fù)原有顏色，從而在成像面上通過顏色的區(qū)分顯示出與透明平面上的圖案相對應(yīng)的圖像。本發(fā)明能夠?qū)崦麸@色技術(shù)和光感應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，在成像時不需要打印頭和墨盒的成像方法，并且成像效果穩(wěn)定，環(huán)保，同時所應(yīng)用的設(shè)備體積小，非常方便攜帶或集成到現(xiàn)有的電子設(shè)備中。
【專利說明】熱紫成像的方法和用紙以及設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在紙張上成像的技術(shù)，具體的講是熱紫成像的方法和用紙以及設(shè)備?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]打印機作為一種極有用的輸出設(shè)備已被廣大家庭用戶所接受，普及率也日漸提高。各種場所包括辦公室、家庭、超市、銀行等通常都配備有打印機。從分類上看，當(dāng)前的打印機分為四類:一類是針式打印機，一類是噴墨打印機，一類是激光打印機，另外一類是熱轉(zhuǎn)換打印機。其中針式打印機、噴墨打印機和激光打印機通常體積較大，一般只能放在固定的地方，不便攜帶。熱轉(zhuǎn)印打印機是利用透明染料進行打印的，它的優(yōu)勢在于專業(yè)高質(zhì)量的圖像打印方面，可以打印出近于照片的連續(xù)色調(diào)的圖片來，一般用于專業(yè)圖形輸出，但同樣體積較大，不便于攜帶。隨著人們的需求，目前還出現(xiàn)了可移動計算機、手機、移動執(zhí)法系統(tǒng)等現(xiàn)場打印執(zhí)法文書、保險行業(yè)的現(xiàn)場車輛定損系統(tǒng)打印定損單等便攜設(shè)備的出現(xiàn)，這一現(xiàn)象凸顯了對便攜式打印機的強烈需求。
[0003]傳統(tǒng)的打印技術(shù)由于需要墨盒、打印頭或感光鼓等裝置，因此打印機的體積比較大，而且很難縮小?，F(xiàn)有的便攜式打印機主要有熱敏打印機，Zink打印機等，由于這些便攜式打印機使用了特殊的紙張，因而這些便攜打印機可以脫離墨盒結(jié)構(gòu)，所以尺寸大大縮小。但是現(xiàn)有的便攜打印機仍受打印頭和其它機械元件的限制，雖然寬度或者長度可以大大縮小，但是仍然具有相當(dāng)?shù)暮穸?，使其很難集成到便攜設(shè)備中。
[0004]熱敏打印機的工作原理是打印頭上安裝有半導(dǎo)體加熱元件，打印頭加熱并接觸熱敏打印紙后就可以打印出需要的圖案。打印原理是，在淡色材料上(通常是紙)覆上一層透明膜，將膜加熱一段時間后變成深色(一般是黑色，也有藍色)。圖像是通過加熱，在膜中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而生成的。這種化學(xué)反應(yīng)是在一定的溫度下進行的。高溫會加速這種化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)溫度低于60°C時，膜需要經(jīng)過相當(dāng)長，甚至長達幾年的時間才能變成深色；而當(dāng)溫度為200°C時，這種反映會在幾微秒內(nèi)完成。熱敏打印機有選擇地在熱敏紙的確定位置上加熱，由此就產(chǎn)生了相應(yīng)的圖形。加熱是由與熱敏材料相接觸的打印頭上的一個小電子加熱器提供的。加熱器排成方點或條的形式由打印機進行邏輯控制，當(dāng)被驅(qū)動時，就在熱敏紙上產(chǎn)生一個與加熱元素相應(yīng)的圖形。控制加熱元素的同一邏輯電路，同時也控制著進紙，因而能在整個標(biāo)簽或紙張上印出圖形。
[0005]Zink打印機是另外一種常見的便攜打印機。這種打印技術(shù)的關(guān)鍵在于使用的紙張，它由包含有黃、品紅、青三種數(shù)億個微型染料的晶體層以及具有保護作用的表面涂層和紙基層組成。當(dāng)加熱的打印頭與專用紙張接觸時，紙張內(nèi)的晶體就會受熱而改變顏色，從而在紙張上顯示出不同的色彩。Zink紙張在打印之前，含有染料的晶體是無色的，所以Zink紙張看上去與普通相紙一樣，當(dāng)加熱的打印點接觸紙張時，激活這些晶體從而在紙張上著色。
[0006]由于不再使用墨盒和色帶，所以Zink打印機非常小巧，操作也非常簡單，整個機器只需要加熱元件就能打印出圖片，不易褪色。Zink紙張也可以加工在塑料片基和不干膠背紙上，其應(yīng)用范圍很廣。但是因為Zink仍舊需要熱敏加熱頭，通過要顯示的字符來控制熱敏加熱頭要加熱的地方，使得其顯示顏色。熱敏加熱頭的分辨率決定了打印的分辨率，采用熱敏頭加熱的結(jié)構(gòu)，使得其體積有所限制。
[0007]墨盒和打印頭是限制打印機尺寸的關(guān)鍵元件，因此要想打印機的尺寸進一步縮小，必須突破現(xiàn)有的打印技術(shù)的限制，尋找沒有墨盒和打印頭的打印方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種熱紫成像的方法和用紙以及設(shè)備，將熱敏顯色技術(shù)和光感應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，形成不需要打印頭和墨盒的成像方法，并且將這種方法應(yīng)用到體積小便于攜帶的成像設(shè)備中。
[0009]本發(fā)明熱紫成像的方法，包括:
[0010]a.在成像面上涂覆熱紫外顯色涂料，并通過熱源對所述熱紫外顯色涂料加熱，使熱紫外顯色涂料受熱失去 結(jié)晶水產(chǎn)生液態(tài)水并發(fā)生顏色變化；
[0011]b.通過紫外線照射具有圖案的透明平面，紫外線根據(jù)透明平面上的圖案照射到所述成像面的熱紫外顯色涂料上，可以是具有圖案的部分不通過紫外線，其它部分通過，也可以是具有圖案的部分通過紫外線，其它部分不通過；
[0012]c.熱紫外顯色涂料在紫外線照射下與析出的液態(tài)水發(fā)生聚合反應(yīng)，使發(fā)生聚合反應(yīng)的熱紫外顯色涂料在所述熱源移除后不能再次與水結(jié)合恢復(fù)原有顏色，未發(fā)生聚合反應(yīng)的熱紫外顯色涂料在熱源移除后能夠再次與水結(jié)合恢復(fù)原有顏色，從而在成像面上通過顏色的區(qū)分顯示出與透明平面上的圖案相對應(yīng)的圖像。
[0013]普通的熱顯色材料的特點是根據(jù)溫度的不同顯示出不同的顏色，可以分成可逆型和不可逆型兩種。不可逆熱顯示材料一旦加熱無法恢復(fù)原來的顏色，如果使用平面加熱源，材料會全部顯色，無法顯示字符。所以不可逆熱顯色材料要顯示字符，無法脫離高精度的熱敏加熱頭，如熱敏打印紙。對于可逆的熱顯色材料，其中含有內(nèi)結(jié)晶水的無機示溫材料在加熱到一定溫度時失去結(jié)晶水引起顏色變化，當(dāng)冷卻時重新吸收環(huán)境中的水分，逐漸恢復(fù)到原來的顏色。這類物質(zhì)多數(shù)是帶結(jié)晶水的Co、Ni的無機鹽。如六次甲基四胺合氯化鎳十水鹽在常溫下為綠色，在110°C左右開始失去結(jié)晶水而呈黃色，一經(jīng)冷卻，該物質(zhì)又能吸收空氣中的水分，逐漸恢復(fù)原來的顏色。其化學(xué)反應(yīng)式為:
[0014]
NiCl2-2C6H12N4-1OH2Oj...............Mg......................^NiCl2-2C6H|2N4 +IOH2O
[0015]由于可逆熱顯色材料具有在熱源除去以后恢復(fù)原來顏色的特點，使得顯示的圖像不穩(wěn)定。但是如果使感光材料的一部分在受熱后發(fā)生一種變化，使其無法恢復(fù)成原來的顏色，而沒有感光的部分還是可以恢復(fù)原來的顏色，那么就可以實現(xiàn)圖像穩(wěn)定顯示的功能了。
[0016]因此將熱顯色技術(shù)和紫外線光反應(yīng)作用可以使得物質(zhì)發(fā)生聚合交聯(lián)反應(yīng)的特點相結(jié)合。在光感應(yīng)材料中，紫外光感應(yīng)材料被廣泛使用，因為紫外線波長短，能量高，很多光感應(yīng)材料在特定波長的紫外線中可以受激發(fā)，產(chǎn)生可以和其他分子連接的鍵。光引發(fā)劑(光敏劑)的感光性在紫外光照射下形成激發(fā)生態(tài)分子，分解成自由基或是離子，使不飽和有機物產(chǎn)生聚合、接技、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，達到固化連接的目的。當(dāng)含有內(nèi)結(jié)晶水的無機熱顯色材料在加熱到一定溫度時，由于其失去結(jié)晶水產(chǎn)生液態(tài)水引起顏色變化，這個時候?qū)в袌D像信息的紫外線照射到成像面(如紙張)上，使得液態(tài)水和其它成分發(fā)生反應(yīng)，那么熱顯色材料在熱源除去以后就無法再次與水進行結(jié)合而永遠顯示出顏色，沒有被紫外線照射的地方，當(dāng)熱源除去以后會再次與水進行結(jié)合而恢復(fù)原來的顏色，這樣成像面上就可以穩(wěn)定顯示出所要的圖像了。
[0017]進一步的，所述的熱紫外顯色涂料是通過復(fù)相乳液相分離方法制作的微膠囊乳液。由于在普通的環(huán)境中，失去液態(tài)水的熱顯色材料會逐漸從空氣中重新得到水分而恢復(fù)原來的顏色。因此為了使涂料顯色穩(wěn)定，本發(fā)明采用了微膠囊技術(shù)將熱紫外顯色涂料微膠囊化，由此把其中的熱顯成分與其它成分隔絕，以提高成像的穩(wěn)定性，同時也增強了涂料的可逆性、相容性及環(huán)境適應(yīng)性。選擇恰當(dāng)?shù)氖緶夭牧献髂倚?，采用性能穩(wěn)定的聚合物作殼材，運用復(fù)相乳液相分離的微膠囊制備方法，制備出示溫溫度范圍很廣的示溫型微膠囊。其中微膠囊有很多種制作工藝，例如超市和銀行小票用的熱敏打印紙是通過微膠囊工藝制成的，微膠囊的制作有界面聚合法、空氣懸浮發(fā)、液相分離法等幾十種制作方法。
[0018]具體的，所述的熱紫外顯色涂料的制作方法包括:
[0019]3.1.在避陽光處將每30g無機熱敏可逆熱顯色材料溶解于每50mL水中形成第一溶液；將每1.5g感光劑(光引發(fā)劑)和每30g環(huán)氧樹脂溶解于第一溶液中；
[0020]3.2.將每20g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和每80mL丙酮溶解于約20mL水；其中聚甲基丙烯酸甲酯是作為最終微膠囊的殼材；
[0021]3.3.將重量比約為1:2的3.1和3.2所得的溶液混合形成內(nèi)乳液；
[0022]3.4.將每150g液體石蠟置于每IOmL乳化劑中混合加熱至液體石蠟完全溶解，得到外乳液；
[0023]3.5.將所述的內(nèi)乳液和外乳液迅速混合形成第二溶液并靜置設(shè)定的時長；
[0024]3.6.將所述第二乳液在遠低于大氣壓的環(huán)境中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至第二乳液呈藍色，得到微膠囊乳液；
[0025]3.7.將所述的微膠囊乳液離心分離出液體石蠟和純凈微膠囊乳液，并靜置使液體石蠟和純凈微膠囊乳液分層；
[0026]3.8.所得到的純凈微膠囊乳液通過水洗去除沒有包裹和未包裹完全的囊心材料，得到微膠囊乳液成品。水洗是化學(xué)制備中常用的方法，通常是在混合液體中加入適量水(一般需要水比較多)進行沖洗。
[0027]微膠囊乳液的制作總體思路為，首先將殼材和芯材溶解在一個蒸氣壓比水高、沸點比水低、與水相容的共溶劑A中，經(jīng)攪拌形成內(nèi)乳液。然后在高速攪拌條件下，將內(nèi)乳液乳化到高沸點的液體石蠟分散介質(zhì)中，該分散介質(zhì)中含有一種適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣?，且與共溶劑A不互溶；當(dāng)形成穩(wěn)定的外乳液后，含有殼材、芯材、水和共溶劑的滴珠會漂浮在石蠟中，通過減壓移去共溶劑A，之前溶解的聚合物從體系中分離出來，在滴珠中成聚合物相液滴，向油水界面遷移。由于殼材和芯材的表面張力不同，此時，若表面張力平衡，聚合物在外乳液界面形成囊殼，形成微膠囊。
[0028]可選的，所述的無機熱敏可逆熱顯色材料為帶結(jié)晶水的鈷鹽或鎳鹽；所述的感光劑為安息香丁醚；所述的乳化劑為Span80或Span60。無機熱敏可逆熱顯色材料多為帶結(jié)晶水的鈷鹽或鎳鹽，通過結(jié)晶水得失可逆變色。但鎳鹽比鈷鹽毒性大，其應(yīng)用受到限制，因此優(yōu)選是鈷鹽。安息香丁醚是一種應(yīng)用廣泛的光引發(fā)劑，可以在紫外光照射下產(chǎn)生均裂，產(chǎn)生兩個自由基，自由基引發(fā)不飽和基團，使得其它成分如基礎(chǔ)樹脂和活性單體與不飽和基團相連接，聚合成新的分子結(jié)構(gòu)，其分子式為c18h2(io2。裂解反應(yīng)機理原理為:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.熱紫成像的方法，其特征包括: a.在成像面上涂覆熱紫外顯色涂料，并通過熱源對所述熱紫外顯色涂料加熱，使熱紫外顯色涂料受熱失去結(jié)晶水產(chǎn)生液態(tài)水并發(fā)生顏色變化； b.通過紫外線照射具有圖案的透明平面，紫外線根據(jù)透明平面上的圖案照射到所述成像面的熱紫外顯色涂料上； c.熱紫外顯色涂料與在紫外線照射下與析出的液態(tài)水發(fā)生聚合反應(yīng)，使發(fā)生聚合反應(yīng)的熱紫外顯色涂料在所述熱源移除后不能再次與水結(jié)合恢復(fù)原有顏色，未發(fā)生聚合反應(yīng)的熱紫外顯色涂料在熱源移除后能夠再次與水結(jié)合恢復(fù)原有顏色，從而在成像面上通過顏色的區(qū)分顯示出與透明平面上的圖案相對應(yīng)的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的熱紫成像的方法，其特征為:所述的熱紫外顯色涂料是通過復(fù)相乳液相分離方法制作的微膠囊乳液。
3.如權(quán)利要求2所述的熱紫成像的方法，其特征為:所述的熱紫外顯色涂料的制作方法包括: 3.1.在避陽光處將每30g無機熱敏可逆熱顯色材料溶解于每50mL水中形成第一溶液；將每1.5g感光劑和每30g環(huán)氧樹脂溶解于第一溶液中； 3.2.將每20g聚甲基丙烯酸甲酯和每80mL丙酮溶解于約20mL水； 3.3.將重量比約為1:2的3.1和3.2所得的溶液混合形成內(nèi)乳液； 3.4.將每150g液體石蠟置于每IOmL乳化劑中混合加熱至液體石蠟完全溶解，得到外乳液； 3.5.將所述的內(nèi)乳液和外乳液迅速混合形成第二溶液并靜置設(shè)定的時長； 3.6.將所述第二乳液在遠低于大氣壓的環(huán)境中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至第二乳液呈藍色，得到微膠囊乳液； 3.7.將所述的微膠囊乳液離心分離出液體石蠟和純凈微膠囊乳液，并靜置使液體石蠟和純凈微膠囊乳液分層； 3.8.所得到的純凈微膠囊乳液通過水洗去除沒有包裹和未包裹完全的囊心材料，得到微膠囊乳液成品。
4.如權(quán)利要求3所述的熱紫成像的方法，其特征為:所述的無機熱敏可逆熱顯色材料為帶結(jié)晶水的鈷鹽或鎳鹽；所述的感光劑為安息香丁醚；所述的乳化劑為SpanSO或Span60o
5.如權(quán)利要求4所述的熱紫成像的方法，其特征為:所述的無機熱敏可逆熱顯色材料為氯化鈷。
6.用于權(quán)利要求1所述方法的用紙，其特征包括:在紙張的受光面均勻涂覆有熱紫外顯色涂料的膜層。
7.如權(quán)利要求6所述的用紙，其特征為:在所述熱紫外顯色涂料膜層的表面還設(shè)有由聚對二甲苯通過化學(xué)氣相沉積形成的保護膜。
8.用于權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征為:包括通過接口電路與控制芯片連接數(shù)據(jù)傳輸模塊和透明顯像平面，控制芯片還與加熱源和紫外光源連接，其中紫外光源與透明顯像平面軸向間隔設(shè)置。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征為:所述的熱源的發(fā)熱部件為碳纖維發(fā)熱膜。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征為:所述的紫外光源的發(fā)光部件為發(fā)射紫外光的LED陣列結(jié) 構(gòu)。
【文檔編號】C09D163/00GK103935149SQ201410189691
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】龔杪昕, 費亦歐, 左羽 申請人:費亦歐