用于产生安全色粉基图像的系统和方法

专利名称：用于产生安全色粉基图像的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于印刷和复制文件的系统和方法。更具体的，本发明涉及用于以安全方式印刷和复制文件的色粉基成像系统，以使该文件难以伪造并且文件的原本容易验证，和涉及使用和制造该系统的方法。所述文件包括衬底如纸张或者聚合物基膜，并且可在衬底上另外包括印刷油墨，其与色粉内的染料相互作用形成更加安全的文件。
背景技术：
色粉基文件成像，例如电子照相、离子记录、磁记录以及类似的成像技术，通常涉及如下操作在带电或磁化的光导板或鼓上形成静电或者磁图像，用带电或磁化的色粉刷涂该板或鼓，将图像转移到衬底如纸张上，并且用热、压力和/或溶剂将色粉熔融到衬底上。使用该技术，可在衬底表面上容易地形成相对廉价的图像。因为色粉基成像是用于产生图像副本的相对快捷和廉价的技术，该技术经常用于制造传统上使用其他印刷和成像形式(例如击打式印刷或者喷墨印刷)形成的文件。例如近些年来，色粉基成像已经用于制造财务文件，例如个人支票、股票和钞票；法律文件如遗嘱和契约；医学文件例如药方和医生处方等等。不幸的是，因为图像是在衬底表面上形成的，使用色粉基成像技术制造的文件相对容易伪造和/或复制。这些年来已经开发了用于印刷或形成安全文件的各种技术。早期的安全印刷技术一般包括对在其上印刷或书写素材的纸张进行改进。例如，在1929年9月10日授予Snyder的美国专利号1，727，912中公开了一种用于制造安全文件的纸张，该纸张包括具有相对低油墨吸收性能的涂层和容易吸收油墨的纸体部分。在书写过程中通过撕开或者撕裂该涂层来形成安全文件，从而使油墨穿透纸张的吸收部分。在1985年I月29日授予Devrient的美国专利号4，496, 961中公开了另外一种纸张相关的安全印刷技术。Devrient公开了一种支票纸张，其包括含无色油墨和颜色接收体的可压微囊。当图像被书写到纸张表面时，所述微囊被压破并且所述无色油墨与颜色接收体反应从而在支票纸体内产生图像，使该图像难以伪造。1990年7月26日授予&*111^^的美国专利号4，936，607和1991年7月21日授予Brunea的美国专利号5，033，733中，都公开了另一种安全文件印刷技术，其包括含有溶剂和着色剂的微囊。在冲压作用下，该微囊破裂从而对印刷到文件表面的图像周围产生晕色效果，使得印在文件表面的图像更难于伪造。虽然这些技术对于冲压型印刷或者复印的效果较好，但是该技术与色粉基印刷方法相联系时效果并不好。
用于产生安全图像的其他技术包括提供特殊纸张涂层以提高通过静电过程产生图像的抗污性。1990年7月17日授予Fitch的美国专利号4，942，410和1990年9月18日授予Fitch的美国专利号4，958，173中，都公开了一种包括聚合物粘合剂和尺寸大于一微米的无机填料的色粉接受性衬底涂层。该涂层的目的是与其他传统衬底相比显示高耐久性抗污性，因此使通过移除一部分印刷图像而进行的伪造更为困难。但是在Fitch等专利中描述的所述涂层好像并不影响添加素材到文件中或者鉴别原始文件的能力。1992年6月23日授予Honnorat等的美国专利号5，123，999公开了另外一种防伪造纸张。Honnorat等的纸张包括芳族化合物和粘合剂和/或活化剂。该芳族化合物和粘合剂或活化剂与通常在去墨毡中的还原剂反应从而产生着色效果，该效果指示对印刷在纸张上的一部分图像的意图性擦除，这种技术不影响形成文件副本或鉴别原本的能力。美国专利号5，523，167公开了一种使用含惰性背衬的膜来产生安全的磁性字符识别(MICR)符号的技术，所述惰性背衬涂布有树脂、填料、磁性颜料、非干性油和油溶性染料的混合物。在冲压作用下，一部分转移层转移到文件表面以形成磁性可读字符图像。在转移之后，在已转移的涂层中所含的非干性油开始扩散入衬底中。该油携带可见的油溶性 染料通过衬底，从而在衬底的相反面出现MICR图像。1992年6月23日授予Gruber的美国专利号5，124，217公开了用于电子照相处理的安全印刷色粉。当该色粉接触常用于文件伪造的溶剂如甲苯时，该色粉即产生指示意图伪造的颜色污点。该色粉只用于揭露使用特定溶剂去除一部分印刷图像时的意图性伪造。因此，该色粉并不能减少通过添加素材到文件中而进行的文件复制或伪造。最后，1998年2月3日授予Marinello的美国专利号5，714，291公开了一种包括亚微米紫外光敏性粒子的色粉。该文件的真实性可以使用紫外扫描仪来鉴定。需使用紫外扫描仪一般是不令人期望的，因为这会增加防伪分析的成本并且需要其他的仪器。鉴于上述原因，使用色粉基处理形成安全文件的、相对简易和廉价的改进方法和设备，已为公众所期望。

发明内容
本发明提供了使用色粉基成像过程产生安全图像的改进系统和形成、使用该系统的改进方法。除解决了现有公知系统和方法的各种缺点之外，通常，本发明还提供了产生难于改变的图像并且易于视觉评定图像是否被改变的色粉基印刷系统。按照本发明的一个实施方式，安全文件印刷系统包括衬底和色粉。该色粉包括着色剂和染料，该着色剂在衬底的第一表面上形成印刷图像，该染料迁移通过衬底从而形成该图像的潜像形式，所述潜像在该衬底的第二表面上可见。按照该实施方式的一个方面，该色粉包括热塑性粘合树脂、电荷控制剂、脱模剂、以及着色剂和染料。按照该实施方式的另一个方面，该衬底包括在衬底如纸张或聚合物基膜之上或者之内形成的迁移促进剂。示例性的迁移促进性包括油、增塑剂和其他聚合物材料。通常，该迁移促进剂促进了染料从衬底的第一表面迁移到衬底的第二表面，且起到染料的溶剂作用。按照该实施例的其他方面，该衬底包括油墨，其促进了染料迁移通过一部分衬底。示例性的合适油墨包括溶剂基油墨、水基油墨、植物油油墨、大豆油油墨、和辐射固化油墨。该油墨通常含有油、增塑剂和其他聚合物材料。可使用该色粉和衬底的组合来产生安全图像，所述图像难于伪造，并且通过比较在衬底第一表面形成的印刷图像和从衬底第二表面可见的该图像的染料形成副本而容易地确定该图像是否是文件的原本。按照本发明另一实施方式，安全的色粉基印刷系统包括衬底和色粉，该色粉包括着色剂和染料，该着色剂在衬底的第一表面上形成印刷图像，该染料迁移通过一部分衬底并形成从衬底的第一表面可见的图像副本。可将所述印刷图像与由染料形成的副本比较，以确定原始印刷图像是否已被改动。按照本发明的其他实施方式，色粉和/或衬底包括无色的染料形成剂、和与染料形成剂反应产生印刷图像的潜像的共反应物。按照本发明另一个实施方式，通过将迁移促进剂混合到纸浆混合物中而形成含迁移促进剂的衬底。按照该实施方式的一个方面，该迁移促进剂包括油、增塑剂、液体聚合物或者其任意组合。按照本发明的另一个实施方式，通过用迁移促进剂物质涂布基底而形成含迁移促 进剂的衬底。按照该实施方式的一个方面，所述迁移促进剂包括油、增塑剂、液体聚合物或者其任意组合。按照该实施方式的另一个方面，该基底的第一表面和第二表面都涂布迁移促进剂物质。按照本发明另一个实施方式，通过用染料形成剂和/或共反应物涂布一部分衬底，从而形成含无色染料形成剂和/或共反应物的衬底。按照本发明另一实施方式，通过将染料形成剂和/或共反应物添加到浆状混合物(用于纸衬底)中或者添加到聚合物挤出工艺(用于聚合物基衬底)，从而形成含无色染料形成剂和/或共反应物的衬底。按照本发明实施方式的一个方面，染料形成剂和/或共反应物之一或者两者被包封并且占衬底材料的约1-5重量％。按照本发明另一个实施方式，形成色粉的方法包括将粘合剂树脂粒子、混合着色剂粒子、电荷控制剂、脱模剂、染料和迁移剂与树脂粒子熔融共混，冷却该混合物，将该混合物分粒，并且将分粒的混合物与无机材料干态共混。按照本发明的替换性实施方式，使用熔融分散、分散聚合、悬浮聚合或者喷雾干燥形成该色粉。按照本发明的另一实施方式，通过将图像静电转移到衬底的第一表面、和通过将含迁移染料的色粉施用到衬底上形成从该衬底的第二表面可见的该图像副本，从而在衬底上形成图像。根据本实施方式的一个方面，形成图像的方法包括提供含迁移促进剂的衬底。


通过参考发明详述和权利要求并与附图结合考虑可获得对本发明的更完全理解，其中所有附图中相同的标号表示相同的元件。图I所示为按照本发明印刷安全文件的系统；图2(a)和图2(b)所示为采用本发明系统形成的支票；图3所示为按照本发明一个实施方式的衬底；图4所示为按照本发明另一实施方式的衬底；图5所示为按照本发明的另一衬底；和图6所示为按照本发明用于印刷安全文件的另一系统。本领域技术人员将会理解，图中所示元件是为简单和清楚起见，并未必须地按比例画出。例如，图中某些元件的尺寸可相对于其他元件放大以有助于提高对本发明实施方式的理解。发明详述本发明提供如下说明，以使本领域技术人员能制造和使用本发明并能阐述本发明人所构思的实施本发明的最佳模式。但对该说明书的不同改动对于本领域技术人员是显而易见的，因为形成用于在文件上形成安全图像的色粉基系统的一般原理、及形成和使用该系统的方法此处已经定义。图I所示为按照本发明一个实施方式用于印刷安全文件的系统100。系统100包括色粉102和衬底104，其共同作用从而在衬底104的第一表面106上产生印刷图像以及在印刷图像之下的潜像，该潜像从衬底的第一(106)和/或第二(108)表面是可见的。使用系统100形成的文件难以伪造并且文件副本容易检测，因为印刷图像和潜像之间的任何不匹配均显示出伪造，并且缺少潜像即表示其为文件副本。
使用系统100、例如用静电或者电子复印过程通过将色粉102转移到衬底104上，从而在衬底上印刷图像。在这种情况下，色粉转移到一部分衬底上以产生所需图像，并且使用如加热和/或蒸汽溶剂处理将该图像熔融到衬底上。染料毛细或色谱迁移到在文件印刷表面之下的区域，其结果形成了印刷图像的潜像。图2 (a)和2 (b)所示为使用系统100所形成的支票200。具体地，图2 (a)说明了在帐单的第一表面204上印刷的图像202，和形成于支票相反面208上或从相反面208可见的、由迁移染料形成的图像206。再次参见附图1，按照本发明的一个实施方式，色粉102包括热塑性粘合树脂、着色剂、电荷控制剂和迁移染料110。热塑粘合树脂、着色剂和电荷控制剂各自均可与典型色粉中所用的那些相同。色粉102还可包括其他成分如迁移剂112。迁移剂112可设计成辅助染料110迁移通过衬底，和/或辅助染料在初始迁移之后原位熔融，从而例如减少染料的侧向扩散。图I中仅分别图示了染料和迁移剂，这仅是例述的目的。尽管所示色粉是单组分色粉，但是多组分色粉组成(例如色粉和显影剂)也可用于形成此处所述的安全文件。适用于本发明的色粉描述于美国专利申请序列号10/437,816中，题目为“用于产生安全图像的色粉以及形成和使用该色粉的方法”，该申请由其受让人于2003年5月14日提交，其内容在此引入作为参考。热塑性粘合树脂辅助将色粉熔融到衬底上。按照本发明的一个实施方式，粘合树脂在125°C具有约lg/10min-50g/10min的熔融指数，以及具有约50°C -约65°C之间的玻璃转化温度。适用于热塑性粘合树脂的材料例子包括聚酯树脂，苯乙烯共聚物和/或均聚物如丙烯酸苯乙烯酯、甲基丙烯酸苯乙烯酯、苯乙烯-丁二烯，环氧树脂，胶乳基树脂等等。热塑性粘合树脂的特定实例是由Eliokem以商品名Pliolite S5A树脂出售的苯乙烯-丁二烯共聚物。用于色粉102的着色剂可为用于电子照相处理的任何着色剂，例如氧化铁、其他磁性材料、碳黑、二氧化锰、氧化铜和苯胺黑。着色剂的一个特定实例是由R0CkwoodPigments以商品名Mapico Black所售的氧化铁。电荷控制剂辅助在色粉内保持所需的电荷，以有利于图像从例如静电鼓转移到衬底。按照本发明的一个实施方式，电荷控制剂包括带负电的控制化合物，其为金属负载或者无金属络合盐，例如铜酞菁颜料、铝络合物盐、含氟季铵盐、铬络合物盐型偶氮染料、铬的络合物盐以及杯芳烃化合物。如上所述，该色粉还可包括例如蜡的脱模剂。该脱模剂可包括低分子量聚烯烃或其衍生物，例如聚丙烯蜡或聚乙烯蜡。按照本发明的优选染料显示通过衬底的强吸色性、在迁移流体中的良好溶解性、以及良好的稳定性。此外，环境热、光和湿度条件优选对色粉的显色性能不产生有害影响，该色粉是无毒的。此外，该染料优选是不能擦除的。用于色粉102的示例性可溶染料包括吩嗪、均二苯乙烯、亚硝基物、三芳基甲烷、二芳基甲烷、花青、二萘嵌苯、酒石黄、氧杂蒽、偶氮物、重氮物、三苯基甲烷、荧烷、蒽醌、吡唑啉酮、喹啉、以及酞菁。按照本发明一个实施方式，所述染料为红色且由氧杂蒽形成，由BASF以商品名Baso Red 546出售，尽管其他染料也适用于本发明。按照本发明其他实施方式，使用成色染料如三苯基甲烷或者荧烷形成潜像，并且在色粉或者衬底内含有相应的共反应物。该共反应物如酸性或者电子接收化合物，与成色 染料反应以产生印刷图像的潜像。示例性的共反应物材料包括双酚A或者对羟基苯甲酸丁酯，其也可起到电荷控制剂的作用。成色染料通常是带正电的，因而用于带正电的色粉中。按照如下更详细描述的本发明替换性实施方式，成色染料和/或共反应物可在衬底上或衬底内，并且设计成例如在熔融过程中互相反应，从而形成安全图像。当该色粉包括迁移促进剂时，该试剂可以直接掺入其他色粉组分，或者与染料混合然后与其他色粉组分混合，或者吸附至二氧化硅或类似化合物上、然后添加到其他色粉组分中，或者用在熔融过程中熔融的材料包封，或者用染料包封。示例性的色粉首先是通过将粘合树脂粒子熔融共混而形成的。通过机械摩擦将着色剂、电荷控制剂、脱模剂、染料、以及任选的迁移剂混入粘合树脂粒子中。然后该混合物冷却，然后通过空气摩擦而微粉化。该粒径在约O. 1-15微米的微粉化粒子被分粒以去除细小粒子，保留具有粒径范围约6-15微米的最终混合物。然后将该分粒后的色粉与微细分散的无机材料如二氧化硅和二氧化钛粒子进行干态共混。无机材料添加到色粉表面主要用于改善色粉粒子的流动性，改善感光成像表面的刮刀清洁性，提高色粉结块温度以及辅助该色粉粒子的装料。或者，该安全色粉可由此处没有详细描述的其他混合技术而制得。这种替换性技术包括熔融分散、分散聚合、悬浮聚合以及喷雾干燥。
具体实施例方式以下非限制性实施例说明按照本发明各实施方式用于形成色粉的材料和方法的不同组合。这些实施例只是例示性的，并不意味着本发明限制为这些示例性实施例。色粉实施例I以下实施例说明用于电子照相印刷的8微米安全色粉的制备。将含有下表所示特定组成的色粉组合物首先完全预混合，然后在辊式磨机内熔融混合。所得的聚合物混合物冷却，然后通过Bantam预研磨机进行粉碎(通过Hosokawa Micron Powder System)。较大的研磨粒子通过空气摩擦转化为色粉，且分粒为具有约8微米中值体积(使用CoulterMultisizer测量)的粒径。然后在Henschel混合机内，用以约O. 5%的二甲基二氯娃烧处理的二氧化娃(购自Nippon Aerosil Co.商品名为Aerosil R976)通过干混对色粉表面
权利要求
1.使用色粉基成像法用于制造安全文件的系统，该系统包括 具有第一表面和第二表面的聚合物基衬底； 选自溶剂基油墨、水基油墨、植物油油墨和福射固化油墨的油墨，该油墨以预定的网线密度被印刷到衬底的第一表面上；和 含有着色剂和染料的色粉，用于将图像印刷到衬底上，该着色剂在衬底的第一表面上形成图像，该染料与第一表面上的油墨反应并迁移通过衬底形成被印刷到衬底的第一表面上的不可擦除图像副本。
2.权利要求I的系统，其中色粉进一步包含热塑性粘合树脂和电荷控制剂。
3.权利要求2的系统，其中热塑性树脂组分包含选自如下的一种或者多种材料聚酯树脂、苯乙烯均聚物或共聚物、环氧树脂以及胶乳基树脂。
4.权利要求2的系统，其中电荷控制剂包含选自如下的材料铜酞菁颜料、铝络合物盐、含氟季铵盐、铬络合物盐型偶氮染料、铬的络合物盐、以及杯芳烃化合物。
5.权利要求I的系统，其中着色剂包含选自如下的材料氧化铁、磁性材料、碳黑、二氧化锰、氧化铜、以及苯胺黑。
6.权利要求I的系统，其中染料包含选自如下的材料吩嗪、均二苯乙烯、亚硝基物、三芳基甲烷、二芳基甲烷、花青、二萘嵌苯、酒石黄、氧杂蒽、偶氮物、重氮物、三苯基甲烷、蒽醌、吡唑啉酮、喹啉、以及酞菁。
7.权利要求6的系统，其中染料含有氧杂蒽。
8.权利要求I的系统，其中染料从衬底的第一表面迁移到衬底的第二表面，从而在第一表面上形成在第二表面可见的不可擦除的图像副本。
9.权利要求I的系统，其中聚合物基衬底包含选自如下的热塑性聚合物聚乙烯、聚砜、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酯、以及纤维素酯。
10.权利要求I的系统，其中着色剂包括适于形成磁性字符识别图像的磁性材料。
11.使用色粉基成像法制造安全文件的方法，该方法包含如下步骤 提供具有第一表面和第二表面的聚合物基衬底； 将选自溶剂基油墨、水基油墨、植物油油墨和辐射固化油墨的油墨以预定的网线密度印刷到衬底的第一表面上； 使用含着色剂和染料的色粉将图像印刷到衬底上，该着色剂在衬底的第一表面上形成图像，该染料与第一表面上的油墨反应并迁移通过衬底形成在衬底中的不可擦除的表面图像副本。
全文摘要
本发明公开了用于产生安全色粉基图像的系统和方法。本发明涉及用于印刷难以伪造并且容易视觉验证的安全文件的系统和方法。所述系统包括用于在文件表面上印刷图像的着色剂，用于在表面之下形成潜像形式图像的染料，衬底，和促进染料迁移通过至少一部分衬底的迁移剂。迁移剂可涂布到一部分衬底上或嵌入衬底内。油墨可起迁移剂作用，在这种情况下，油墨含有用于染料的溶质。
文档编号G03G9/097GK102854762SQ201210033939
公开日2013年1月2日 申请日期2005年10月17日 优先权日2004年10月25日
发明者凯文·L·海尔曼, 迈克尔·R·赖利 申请人:特洛伊集团公司