Brevet FR2470008A1 — publié le 19810529

La présente invention concerne un élément de transfert thermosensible qui est de préférence utilisé dans un dis- positif d'impression thermique tel qu'une imprimante thermique. Il a récemment été proposé, comme procédé d'im- pression utilisant le dispositif d'impression thermique, le procédé consistant à superposer deux feuilles de papier thermique et former des images imprimées du même modèle sur chaque surface de dévelop- pement de couleur des deux feuilles de papier thermique à partir de la chaleur dégagée par effet Joule d'une tête d'impression thermique. Ce procédé d'impression présente différents inconvénients comme cela est indiqué ci-dessous. D'abord, selon ce procédé, il est impossible d'imprimer sur un papier classique. Deuxièmement, puisqu'une importante quantité de chaleur dégagée par effet Joule est nécessaire pour développer la couleur par chauffage, une impulsion doit être classiquement produite à une durée d'impulsion supérieure à 15 millièmes de seconde pour qu'il soit possible d'obtenir une image imprimée fine et nette, de sorte que l'impression doit s'effectuer à une vitesse d'environ 30 caractères par seconde. Troisièmement, l'image imprimée formée sur chaque surface de développement de couleur des feuilles de papier thermique supérieure et inférieure a une moindre durabilité et s'al- tère facilement. Quatrièmement, pour permettre la reproduction d'une-image imprimée fine et nette sur la feuille de papier thermique inférieure, il faut que les deux feuilles de papier thermique soient mises en étroit contact l'une avec l'autre. Le but principal de l'invention est de proposer un élément de transfert thermosensible qui permet de faire des repro- ductions sur un papier classique à une vitesse d'impression élevée. Un autre but de l'invention est de proposer un élément de transfert thermosensible pour lequel l'image-reproduite qui est formée eur un papier classique a une durabilité supérieure et une bonne résistance à l'altération. La description suivante, conçue à titre d'il- lustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe agrandie en perspective montrant partiellement un mode de réalisation d'élément de transfert thermosensible selon l'invention; et - les figures 2 et 3 sont des vues en perspec- tive explicatives montrant la relation existant entre l'élément de transfert thermosensible de l'invention et une feuille de reproduc- tion, respectivement pendant et après l'impression. Comme le montre la figure 1, l'élément de trans- fert thermosensible de l'invention comprend une base 1 dont la sur- face postérieure a un poli de Bekk (norme JIS P 8119) de 60 à 20 000 secondes, une couche de développement de couleur thermique 2 étant disposée sur la face antérieure de la base 1, et une couche d'encre fusible à chaud 3, qui présente la propriété de pouvoir être transféréepar action de la chaleur, étant disposée sur la face posté- rieure de la base 1. La couche d'encre fusible à chaud 3 comporte essentiellement un matériau en poudre conducteur de la chaleur, comme un pigment coloré noir, un pigment de poudre métallique, etc., qui possède une conductivité thermique de 6,0 x 10-4 à 25,0 x 10 cal/ (s.cm. C), et une cire solide présentant un coefficient de pénétration de 10 à 30 à la température de 250C, la couche 3 ayant une viscosité de 20 à 200 cP, mesurée à 1000C au moyen d'un viscosimètre de Brook- field. Selon l'invention, la base 1 utilisée présente, sur sa surface postérieure, un poli de Bekk de 60 à 20 000 s, de préférence 200 à 16 000 s. Cette base 1 est un papier, comme un papier cristal, un papier mousseline, un papier d'isolation électrique, un papier sulfurisé, un papier indien ou papier Bible, une matière pre- mière pour papier paraffiné, etc., possédant une épaisseur de 20 à microns, de préférence de 30 à 50 microns, et une masse spécifique 3 3 de 0,75 à 1,3 g/cm, de préférence de 0,8 à 1,2 g/cm. Lorsque le poli de Bekk de la surface posté- rieure de la base 1 est en deçà de l'intervalle précité, sa rugosité supérieure réduit l'adhésivité vis-à-vis de la couche d'encre fusible à chaud 3, de sorte que la conductivité thermique de la base 1 per- mettant la fusion de la couche d'encre 3 devient inférieure et qu'il s'ensuit un transfert par fusion irrégulier de la couche d'encre 3 sur la feuille de reproduction 5. D'autre part, lorsque le poli de Bekk de la surface postérieure de la base 1 se trouve au-delà de l'intervalle précité, même si la transférabilité à l'état fondu de la couche d'encre 3 s'accroit, il s'ensuit que la couche d'encre 3 se libère aisément pendant l'impression ou le stockage, ce qui peut compromettre l'obtention d'une image reproduite 12 uniforme. Dans de tels cas, pour empêcher que la couche d'encre 3 ne s'enlève, on ajoute à la couche d'encre 3 différents matériaux résineux, comme un agent de ramollissement ayant des pro- priétés d'adhésivité. De plus, lorsque l'épaisseur de la base 1 est inférieure aux valeurs précitées, l'encre fusible à chaud pénètre dans la base 1 jusqu'à sa surface, ce qui diminue la blancheur de la surface, tandis que la tête thermique 7 se souille au contact de l'encre fusible à chaud ayant ainsi transpiré. D'autre part, lorsque l'épaisseur de la base 1 est supérieure aux valeurs préci- tées, l'image reproduite 12 qui est obtenue présente une résolution inférieure du fait de la diffusion de la chaleur, ce qui entraîne l'absence de toute finesse. De plus, lorsque la masse spécifique de la base 1 se trouve en deçà de l'intervalle précité, la base 1 a une conductivité thermique inférieure du fait de la rugosité de sa surface. D'autre part, lorsque la masse spécifique de là base 1 se trouve au-delà de l'intervalle précité, sa surface est étroite- ment tassée et présente une capacité thermique accrue si bien qu'une puissance électrique importante est nécessaire pour fondre et assurer le transfert de la couche d'encre fusible à chaud 3. La couche d'encre fusible à chaud 3 a un pouvoir 2 2 de revêtement de 1 à 15 g/cm, de préférence de 3 à 10 g/cm, et on la prépare en effectuant le dépôt, après fusion à la chaleur, d'une composition comprenant le matériau conducteur de la chaleur, un matériau colorant, un matériau liant et l'agent de ramollissement, ou bien en effectuant le dépôt, à l'état de solution, d'un liquide obtenu en mettant en suspension la composition indiquée ci-dessus dans un solvant approprié. Lorsque le pouvoir de revêtement de la couche fusible à chaud 3 est inférieur aux valeurs précitées, la quantité d'encre transférée au cours d'une seule impression est si petite que l'on obtient une image reproduite 12 faible. D'autre part, lorsque le pouvoir de revêtement de la couche fusible à chaud 3 est supérieur aux valeurs précitées, il s'ensuit que l'image reproduite 12 s'étale, ce qui réduit la finesse. De plus, la couche-d'encre fusible à chaud 3 a une conductivité thermique de 4 x 10 à 15 x 10 cali(cm.s.0C), de préférence de 5 x 10 4 à 9 x 104 çal/tcm.s.0C). Lorsque la conduc- tivité thermique de la couche d'encre 3 est inférieure aux valeurs précitées, il faut, pour l'échauffement momentané-à réaliser pendant une seule impression, une grande quantité d'énergie thermique pour assurer le transfert à l'état fondu de la couche d'encre fusible à chaud. D'autre part, lorsque la conductivité thermique de la couche d'encre 3 est supérieure aux valeurs précitées, bien que l'emploi ne soit pas limité, la production est difficile et n'est pas pratique. Ainsi, le matériau conducteur de la chaleur préféré qui est utilisé selon l'invention est un pigment coloré noir, commne du noir d'acétylène, du noir de lampe, du graphite, du noir d'aniline, du noir "Ketjen"(narque déposée de la société Lion Akzo Company Lmi- ted), etc., ou bien une poudre de métal, comme d'aluminium, de cuivre, d'étain, de zinc, etc., et à une conductivité thermique de 6,0 x -4 cal/(s.cm.0C). Ce matériau conducteur de la chaleur a pour fonction d'accélérer les propriétés de fusion, de ramollissement et de sublimation de la couche d'encre fusible à chaud 3 qui est appli- quée à la surface postérieure de la base 1, et peut abréger le temps nécessaire pour fondre, ramollir et sublimer l'encre. Le matériau conducteur de la chaleur est de préférence utilisé dans des quanti- tés comprises entre 2 et 30 parties pondérales pour 100 parties pon- dérales de la quantité totale d'encre. Ainsi, la couche d'encre fu- sible à chaud 3 contenant une quantité de matériau conducteur de la chaleur comprise dans les limites précitées est supérieure du point de vue des propriétés de transfert à l'état fondu et peut donc aisé- ment produire l'image reproduite 12 par simple contact léger avec la feuille de reproduction 5, en plus du fait que l'image reproduite 12 ainsi obtenue est la plus nette possible, Une cire solide ayant un coefficient de pénétra- tion de 10 à 30 à la température de 250C est utilisée comme matériau liant pour augmenter la sensibilité à la chaleur de la couche d'encre obtenue. La cire solide utilisée est choisie parmi des cires telles que la cire du Japon, la cire d'ozocérite purifiée, ou cire minérale, la cire d'abeilles, le blanc de baleine ou spermacéti, etc. De plus, si cela est nécessaire, il est possible d'utiliser, en même temps que les cires indiquées ci-dessus, d'autres matériaux de fusion à chaud, comme du polyéthylène à faible poids moléculaire, une cire oxydée et une cire esthérisée. En outre, comme agent de ramollissement, on utilisera de façon appropriée un matériau fondant facilement à chaud> tel que polyacétate de vinyle, polystyrène, copolymère styrène-buta- diène, ester de cellulose, éther de cellulose> résine acrylique, ou huile lubrifiante. De plus, comme matériau colorant, on peut utiliser, sans restrictions particulières, les colorants ou pigments normaux classiques employés dans les papiers de reproduction clas- siques. De préférence, on utilise, pour 100 parties pondérales de la quantité totale formant la couche d'encre fusible à chaud 3, de 5 à 35 parties pondérales de matériau liant, de 5 à parties pondérales d'agent ramollissant et de 5 à 25 parties pondérales de matériau colorant. Ainsi, la couche d'encre 3 obtenue est notablement excellente du point de vue de ses propriétés de transfert à l'état fondu. Alors que, selon l'invention, la couche d'encre fusible à chaud 3 ellemême est ramollie par la chaleur puis fondue, cette couche d'encre 3 présente l'inconvénient de produire une image reproduite 12 dont l'encre s'étale dans l'état parfaitement fondu. Ainsi, il est souhaitable que, lorsque la couche d'encre 3 commence à se ramollir, la couche 3 soit transférée et possède en outre> à ce stade, des propriétés d'adhésivité. Selon l'invention, on prépare la couche d'encre fusible à chaud 3 décrite ci-dessus de manière qu'elle présente une viscosité de 20 à 200 cP à 100C0, telle qu'on peut la mesurer à l'aide d'un viscosimètre Brookfield. Il a ainsi été découvert que, 2470008! lorsque la viscosité de la couche d'encre 3 était inférieure à 20 cP, l'image reproduite 12 montrait un étalement de l'encre, et, dans le cas contraire, lorsque la viscosité était supérieure à 200 cP, la transférabilité de la couche d'encre 3 devenait médiocre. La viscosité de la couche d'encre 3 au moment du transfert à l'état fondu affecte notablement sa transférabilité. Ainsi, l'intervalle de viscosité de la couche d'encre 3 pendant le trans- fert doit être imposé. A la suite de diverses études, il a été démontré que la couche d'encre 3 possédant une viscosité comprise dans l'in- tervalle indiqué ci-dessus à la température de 1000C se ramollisait sans complètement fondre sous l'effet de la chaleur produite par la tête thermique 7 et possédait une excellente viscosité à l'état ramolli, si bien que la couche d'encre présentait une propriété de transfert à l'état fondu notablement excellente. De plus, la couche de développement de couleur thermique 2 a une épaisseur inférieure à 10 microns, et on la pré- pare en dispersant dans un matériau liant approprié un précurseur de colorant permettant de développer la couleur par réaction avec un acide et un acide organique ou non organique qui est solide ou semi-solide à la température ambiante, puis en appliquant, en couche de revêtement, la suspension homogène ainsi obtenue sur la base 1. Dans la couche de développement de couleur thermique 2, l'acide en suspension, qui est solide ou semi-solide, se liquéfie sous l'effet de la chaleur produite par effet Joule par la tête thermique 7, puis réagit avec le précurseur de colorant de manière à former une image imprimée Il nette. Comme précurseur de colorant, on utilise divers précurseursde colorant tels que, de préférence, phénothiazines, fluoranes, leucoauramines, triphénylméthanes, spiropyranes, etc. De plus, comme acide organique ou inorganique, on utilise de pré- férence l'acide benzoique, l'acide tartarique, l'acide citrique, l'acide salicylique, l'acide stéarique, l'acide gallique, le bis- phénol A, l'acide naphtoique, l'acide pyrophosphorique, l'acide métaphosphorique, etc. 24700C En outre, on peut préparer l'élément de transfert thermosensible de l'invention à partir d'un papier thermique disponible dans le commerce et, dans ce cas, on dépose la couche d'encre fusible à chaud 3 sur l'envers de la surface de développement de couleur du papier thermique. De plus, on peut préparer l'élément de transfert de l'invention à partir de la base 1, dans laquelle on a fait péné- trer par avance un liquide de revêtement comprenant des cires ou des résines synthétiques destinées à empêcher la pénétration de la couche d'encre, ou bien, si cela est nécessaire, on peut préparer l'élément de transfert en disposant, entre la base 1 et la couche de dévelop- pement de couleur 2 une couche obtenue à partir du liquide indiqué ci-dessus pour empêcher la pénétration. On va maintenant décrire la fonction et les avantages de l'élément de transfert thermosensible de l'invention dans le cas d'une impression par imprimante thermique. La figure 2 montre la relation existant entre l'élément de transfert thermosensible de l'invention et la feuille de reproduction pendant l'impression. Sur la figure 2, l'élément de transfert thermosensible de l'invention est indiqué par la référence 4, et comprend la base 1, la surface de développement de couleur ther- mique 2 et la couche d'encre fusible à chaud 3, la feuille de repro- duction est désignée par la référence 5, le rouleau est désigné par la référence 6, la tête thermique est désignée par la référence 7 et contient un élément résistant exothermique qui est conç'u sous la forme d'une matrice de points du type 1 x 7, 5 x 7, 7 x 9, etc, suivant le modèle d'impression, les bornes permettant d'appliquer l'impulsion électrique sont désignées par les références 8 et 9, et l'image imprimée qui est ainsi formée est désignée par la réfé- rence 10. L'élément 4 de transfert thermosensible est fixé à l'imprimante thermique de manière que le côté de la couche d'encre fusible à chaud 3 soit en contact avec la feuille de repro- duction 5. La couche de développement de couleur 2 est en contact avec la tète thermique 7, tandis que la feuille de.reproduction 5 est en contact avec le rouleau 6. Comme feuille de reproduction, on utilise un papier classique. Lorsque l'impulsion correspondant au modèle d'impression est délivrée par les bornes 8 et 9, la tête thermique 7 produit de la chaleur par effet Joule à partir des points correspondants au modèle d'impression. La chaleur produite par effet Joule est transmise à la couche de développement de couleur ther- mique 2 et fond l'acide organique ou inorganique, qui est solide ou semi-solide et qui est dispersé dans la couche de développement de couleur thermique 2, afin de faire réagir l'acide fondu avec le précurseur de couleur, de sorte que l'image imprimée 10 correspon- dant au modèle d'impression se forme. De plus, la chaleur dégagée par effet Joule est instantanément transmise via la base 1 à la couche d'encre fusible à chaud 3 et fond partiellement la couche d'encre fusible à chaud 3 en correspondance avec le modèle d'impres- sion. - La figure 3 montre la situation existant après la délivrance de l'impulsion électrique, et lesnumérosde référence 1 à 9 désignent sur la figure 3 les mêmes matériaux que les numéros 1 à 9 de la figure 2. L'image imprimée parfaitement formée est désignée par la référence 11, et l'image reproduite est désignée par la référence 12. Après application de l'impulsion électrique, la tête thermique 7, l'élément de transfert thermosensible 4 et la feuille de reproduction 5 sont séparés, et une partie de la couche d'encre fusible à chaud 3 qui a fondu en concordance avec - le modèle d'impression est libérée par la base 1 et est transférée à la feuille de reproduction 5, de sorte que l'image reproduite 12 correspondant au modèle d'impression est formée. D'autre part, dans la couche de développement de couleur thermique 2, la réaction de développement de couleur entre le précurseur de colorant et l'acide organique ou inorganique a déjà eu lieu, si bien que l'image imprimée 11 nette s'est formée. Ainsi, on répète l'application de l'impulsion et on réalise successivement les différentes phases de -l'impression. De plus, les figures 2 et 3 montrent le mode de réalisation correspondant au cas o l'élément de transfert thermo- sensible 4 est placé sur la feuille de reproduction 5 de façon à produire l'image reproduite 12. Inversement, si la feuille de reproduction 5 a une excellente conductivité thermique, il est pos- sible de la placer sur l'élément de transfert thermosensible, en contact avec la tête thermique par sa surface postérieure. L'image imprimée 11 ainsi obtenue a un profil précis et peut se déchiffrer aisément. De plus, relativement à l'image reproduite 11, puisque la propriété de transfert à l'état fondu de la couche d'encre fusible à chaud 3 a été accrue par le rôle joué par le matériau con- ducteur de la chaleur, et que la couche 3 a un pouvoir de revêtement de 1 à 15 g/cm2 autorisant un excellent transfert à l'état fondu, ainsi que cela a été mentionné ci-dessus, l'image reproduite 11 se forme sur la feuille de reproduction 5 avec facilité, et, puisque la quantité d'encre transférée est appropriée, l'image reproduite 12 nette qui est obtenue par transfert de l'encre fusible à chaud solide est extrêmement durable et difficile à altérer. Par conséquent, cette image reproduite 12 convient parfaitement au cas o elle doit être conservée pendant une longue durée. De plus, selon l'invention, puisque la face posté- rieure de la base 1 présente un excellent poli et une très bonne conductivité thermique et puisque, de plus, l'acide organique ou inorganique de la couche de développement de couleur 2 ainsi que le matériau liant et l'agent de ramollissement contenus dans la couche d'encre fusible à chaud 3 présentent une très bonne vitesse de fu- sion, l'image imprimée Il et l'image reproduite 12 avec une netteté suffisante peuvent être classiquement formées par une impulsion thermique d'environ 6 millièmes de seconde. Par conséquent, l'élément de transfert thermosensible 4 de l'invention peut être utilisé à une vitesse d'impression élevée d'environ 60 caractères par seconde et peut reproduire une image 12 nette avec facilité à une vitesse d'im- pression valent environ deux fois celle qui correspond au cas o l'on utilise deux feuilles de papier thermique classique, du fait de son excellente propriété de transfert à l'état fondu, si bien que l'on utilise de préférence cet élément comme élément de transfert dans les dispositifs d'impression thermique, tels qu'imprimantes thermiques et dispositifs analogues, nécessitant une vitesse d'im- pression élevée. 2470008 1 1o Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, di- verses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'in- vention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1o Elément de transfert thermosensible caractérisé en ce qu'il comprend une base (1) dont la surface postérieure a un poli de Bekk de 60 a 20 000 secondes, une couche de développement de couleur thermique (2) portée par la surface antérieure de la base, et une couche d'encre fusible à chaud (3) portée par sa surface posté- rieure; la couche d'encre fusible à chaud comportant un matériau en poudre conducteur de la chaleur qui a une conductivité thermique de 6,0 x 10 4 a 25,0 x 10-4 cal/(socmo C) et une cire solide qui possède un coefficient de pénétration de 10 à 30 à la température de 25 C comme matériau liant, la-couche d'encre fusible a chaud ayant une viscosité de 20 à 200 cP à la température de 100' Co 2. Elément selon la revendication 1s caractérisé en ce que la couche de développement de couleur thermique (2) est une couche de revêtement préparée par dispersion dans un matériau liant d'un précurseur de colorant et d'un acide qui est solide ou semi-solide, et a une épaisseur inférieure à 10 microns environ. 3e Elément selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la couche d'encre fusible à chaud (3) comporte en outre un matériau colorant et un agent de ramollissement et a un pou- voir de revêtement d'environ 1 à 15 g/cm2o 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise, pour 100 parties pondérales de la quantité to- tale formant la couche d'encre fusible a chaud, de 2 a 30 parties pondérales du matériau conducteur de la chaleur, de 5 a 25 parties pondérales du matériau colorant, de 5 à 85 parties pondérales du matériau liant et de 5 a 35 parties pondérales de l'agent de ramol- lissement. 5. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface postérieure de la base (1) a un poli de Bekk de 200 à 16 000 secondes. 6. Elément selon la revendication I, caractérisé en ce que la base est un papier d'une épaisseur de 20 à 60 microns et d'un poids spécifique de 0,75 à 1,3 g/cm. 7. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de revêtement fusible à chaud (3) a une conduc- tivité thermique de 4 x 10î4 à 15 x 10î4 cal/(cm.so C).