Термобумага

Термобумага (часто поставляемая в рулонах, иногда называемая контрольным рулоном ) представляет собой специальную тонкую бумагу , покрытую материалом, предназначенным для локального изменения цвета при воздействии тепла. Он используется в термопринтерах , особенно в недорогих устройствах, таких как счетные машины , кассовые аппараты , терминалы для кредитных карт , а также в небольших, легких портативных принтерах.

Поверхность бумаги покрыта веществом, которое меняет цвет при нагревании выше определенной температуры. Принтер по существу состоит из транспортного механизма, который протягивает бумагу через термоматричную печатающую головку . (Очень маленькие) точки головки очень быстро нагреваются, чтобы отпечатать точку, а затем так же быстро остывают.

Покрытия большинства термобумаг чернеют при нагревании, но иногда используются покрытия, которые становятся синими или красными, а также многоцветные покрытия. Непреднамеренный источник тепла, например кофейная чашка, может обесцветить бумагу и скрыть печать. Быстрое протирание ногтя по бумаге может привести к выделению достаточного количества тепла от трения, чтобы оставить след.

История

Самые ранние виды бумаги для прямой термопечати были разработаны корпорациями NCR Corporation (с использованием красителей) и 3M (с использованием солей металлов). Технология NCR со временем стала лидером рынка, хотя ее имидж довольно быстро потускнел по сравнению с гораздо более дорогой, но долговечной технологией 3M.

Компания Texas Instruments изобрела термопечатающую головку в 1965 году, а в 1969 году на рынке был выпущен Silent 700 , компьютерный терминал с термопринтером. Silent 700 была первой системой термопечати, которая печатала на термобумаге. В 1970-х годах компания Hewlett-Packard интегрировала термобумажные принтеры в конструкцию своих настольных компьютеров серии HP 9800 , а также в верхнюю часть ЭЛТ-терминалов серии 2600, а также в плоттеры.

В 1970-х и начале 1980-х годов японские производители, в том числе Ricoh , Jujo и Kanzaki, используя аналогичную химию на основе красителей , сформировали партнерские отношения с производителями принтеров для штрих-кодов , включая TEC и Sato, и вошли в развивающуюся глобальную индустрию штрих-кодов, в первую очередь для принтеров для чеков супермаркетов. Американские производители, включая Appleton (лицензия NCR), Nashua Corporation и Graphic Controls, боролись за долю рынка. Пользователи самоклеящихся этикеток , например, производства Avery Dennison, стали основными потребителями этикеток для прямой термопечати.

В конце 1980-х и начале 1990-х годов термоперенос (в отличие от прямого термопереноса и стабильный), лазерная печать , электрофотография и, в меньшей степени, струйная печать начали вытеснять промышленные и складские приложения для штрих-кодов из-за большей стабильности и долговечности. отпечатки. Прямая термопечать вернулась с появлением печати чеков в точках продаж.

В 1998 году Nintendo использовала технологию термобумаги для своего принтера Game Boy .

Механизм действия

Принтер по существу состоит из транспортного механизма, который протягивает бумагу через термоматричную печатающую головку . (Очень маленькие) точки головки очень быстро нагреваются, чтобы отпечатать точку, а затем так же быстро остывают.

Химия

В термочувствительной бумаге используются четыре различных типа химикатов для визуализации: лейкокрасители, проявители, сенсибилизаторы и стабилизаторы. ^{[ 1 ]}

Лейкокрасители: Лейкокрасители , используемые в бумаге для прямой термопечати, обычно представляют собой триарилметанфталидные красители, такие как Yamamoto Blue 4450, или флуорановые красители, такие как Pergascript Black 2C. Третий широко используемый лейкокраситель — кристаллический фиолетовый лактон . Красный или пурпурный цвет можно получить с помощью таких красителей, как Yamamoto Red 40. Желтый можно получить путем протонирования триарилпиридина, например Copikem Yellow 37. Эти красители имеют бесцветную лейкоформу в кристаллическом состоянии или в среде с нейтральным pH. но окрашиваются при растворении в расплаве и воздействии кислой среды.
Разработчики: Лейкокрасители, как правило, при плавлении дают слабый цвет, если только они не расплавлены в сочетании с одной или несколькими органическими кислотами. Примерами органических кислот, подходящих для термохромной бумаги, являются фенолы, такие как бисфенол А (BPA) и бисфенол S (BPS) . Другими подходящими кислотными материалами являются сульфонилмочевины, такие как BTUM и Pergafast 201. В качестве проявителей также коммерчески используются цинковые соли замещенных салициловых кислот, такие как ди-трет-бутилсалицилат цинка.
Сенсибилизаторы: Лейкокрасителя и проявителя, смешанных вместе, достаточно для получения цвета. Однако термический порог слоя покрытия, содержащего красящие компоненты, определяется наиболее легкоплавким компонентом слоя. Кроме того, проявители и лейкокрасители часто плохо смешиваются при плавлении. Чтобы оптимизировать температуру окраски и облегчить смешивание, к слою изображения обычно добавляют третье химическое вещество, называемое сенсибилизатором. Сенсибилизаторами обычно являются простые эфирные молекулы, такие как 1,2-бис-(3-метилфенокси)этан или 2-бензилоксинафталин . Эти два материала плавятся при температуре примерно 100°C, что является практическим нижним пределом термического окрашивания. Эти недорогие эфиры являются отличными растворителями низкой вязкости для лейкокрасителей и проявителей, что способствует образованию цвета при четко определенной температуре и с минимальными затратами энергии.
Стабилизаторы: Красители в термочувствительной бумаге часто нестабильны и возвращаются к своей исходной бесцветной кристаллической форме при хранении в жарких или влажных условиях. ^{[ 2 ]} Чтобы стабилизировать метастабильное стекло, образованное лейкокрасителем, проявителем и сенсибилизатором, в термобумагу часто добавляют четвертый тип материала, называемый стабилизатором. Стабилизаторы часто имеют сходство с проявителями и часто представляют собой сложные многофункциональные фенолы, которые ингибируют рекристаллизацию красителя и проявителя, тем самым стабилизируя напечатанное изображение.

Бумага

Бумага поставляется в рулонах или (особенно для более широких принтеров формата Letter) в листах. Они могут иметь клейкую основу для использования в качестве этикеток и аналогичных целей. Бумага может быть белой, других цветов или прозрачной.

В 2006 году подразделение Systemedia корпорации NCR представило технологию двусторонней термопечати, получившую название «2ST».

Защитное покрытие

Для большинства видов бумаги для прямой термопечати требуется защитное верхнее покрытие, чтобы:

уменьшить выцветание теплового изображения, вызванное воздействием ультрафиолетового света , воды, масел и жиров, пластификаторов и других причин
уменьшить износ печатающей головки
уменьшить или устранить остатки термопокрытия на термопечатающих головках
обеспечивают лучшее закрепление красок для флексографской печати, нанесенных на термобумагу
сосредоточить тепло от термопечатающей головки на активном покрытии.

Разноцветная бумага

Многоцветная термобумага впервые стала доступна в 1993 году с появлением системы Fuji Thermo-Autochrome (TA). ^{[ 3 ]}

В 2007 году компания Polaroid разработала систему Zink («нулевые чернила»). ^{[ 4 ]} Оба эти метода основаны на многослойных покрытиях с тремя отдельными окрашивающими слоями, при этом для независимой активации каждого слоя используются разные методы. ^{[ 5 ]} Бумага используется в компактных фотопринтерах . Он имеет несколько слоев: защитный слой с дополнительным клеем, чувствительным к давлению , термочувствительные слои с голубым, пурпурным и желтым пигментами в бесцветной форме, а также верхнее покрытие. Технология Zink позволяет печатать полноцветные изображения за один проход без использования чернильных картриджей. Цветовая адресация достигается за счет управления длиной и интенсивностью теплового импульса. ^{[ 6 ]} Цветообразующие слои содержат бесцветные кристаллы аморфохромных красителей. Эти красители образуют микрокристаллы своих бесцветных таутомеров , которые переходят в цветную форму при плавлении и сохраняют цвет после повторного затвердевания. ^{[ 7 ]} Желтый слой — самый верхний, чувствительный к коротким тепловым импульсам высокой температуры. Пурпурный слой находится посередине и чувствителен к более длительным импульсам умеренной температуры. Голубой слой находится внизу, чувствителен к длинным импульсам низкой температуры. Слои разделены тонкими прослойками, выполняющими роль теплоизоляции и снижающими теплоотдачу. ^{[ 8 ]}

Проблемы здоровья и окружающей среды

Некоторые виды термобумаги покрыты BPA – химическим веществом, которое считается разрушительным для эндокринной системы . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Этот материал может загрязнять переработанную бумагу. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} BPA может легко переноситься на кожу в небольших количествах:

При удерживании квитанции, состоящей из бумаги для термопечати, в течение пяти секунд на указательный и средний пальцы переносилось примерно 1 мкг BPA (0,2–0,6 мкг), если кожа была достаточно сухой, и примерно в десять раз больше, если эти пальцы были мокрыми или очень жирными. Воздействие на человека, который неоднократно прикасается к бумаге для термопринтера в течение примерно десяти часов в день, например, у кассового аппарата, может достигать 71 микрограмма в день, что в 42 раза меньше нынешней допустимой суточной дозы (TDI). ^{[ 13 ]}

Химический бисфенол А (БФА) используется для покрытий термобумаги из-за его стабильности и термостойкости. Это позволяет осуществлять бескрасочную печать чеков из кассовых аппаратов. Люди, которые часто контактируют с чеками, покрытыми BPA, имеют более высокий уровень BPA в организме, чем люди со средним контактом. Поэтому округ Саффолк штата Нью-Йорк подписал постановление о запрете использования BPA в термочековых бумагах. Нарушение этого нового закона, «Закона о безопасных продажах», влечет за собой штраф в размере 500 долларов США. Закон вступил в силу 3 января 2014 года. ^{[ 14 ]}

Примерно с 2013 года бисфенол S (БПС), аналог БФА, который, как было показано, имеет in vitro эстрогенную активность, аналогичную БФА, ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]} использовался в покрытиях для термобумаги. Переработка термобумаги с покрытием БПС может привести к внедрению БПС в цикл производства бумаги и вызвать загрязнение БПС других видов бумажной продукции. ^{[ 12 ]} Доступны более новые составы, в которых используются либо мочевины соединения на основе , либо витамин С , и они «не содержат фенола». ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]} Они могут иметь сопоставимое или даже улучшенное качество печати, но стоят дороже.

Ссылки

^ Химия и применение лейкокрасителей , изд. Рамайя Мутхьяла, Plenum Press, Нью-Йорк, стр. 125–203 (1997).
^ «Как правильно хранить термобумагу» . 30 января 2017 г.
^ Патент США 5 216 438, Метод прямой цветной термопечати для оптической и термической записи полноцветного изображения на термочувствительный носитель записи , авторы С. Накао, Н. Кацума и А. Нагата, Fuji Photo Film Co. (1993), патент США 5 216 438.
^ Патент США 7 166 558, Система тепловидения , Бхатт и др., (2007 г.), патент США 7 166 558.
^ Патент США 7 166 558, Тепловизионная система , Бхатт и др. (2007).
^ «Как работают мобильные фотопринтеры без чернил» . Howstuffworks.com . 24 июня 2008 г.
^ Питер Бэмфилд; Майкл Г. Хатчингс (2010). Хромовые явления: технологические применения химии цвета . Королевское химическое общество. п. 114. ИСБН 978-1-84755-868-8 .
^ «ТЕПЛОВИЗИОННАЯ СИСТЕМА» . freepatentsonline.com .
^ Бабу С., Уппу С.Н., Мартин Б., Агу О.А. и Уппу Р.М. (2015). «Необычно высокие уровни бисфенола А (BPA) в кассовых чеках (CR) на термобумаге: разработка и применение надежного метода LC-UV для количественного определения BPA в CR». Токсикологические механизмы и методы . 25 (5): 410–6. дои : 10.3109/15376516.2015.1045661 . ПМИД 26024012 . S2CID 20335285 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Ляо С., Каннан К. (август 2011 г.). «Высокие уровни бисфенола А в бумажных валютах нескольких стран и последствия воздействия на кожу». Окружающая среда. наук. Технол . 45 (16): 6761–8. Бибкод : 2011EnST...45.6761L . дои : 10.1021/es200977t . ПМИД 21744851 .
^ Фукадзава Х, Гонконг; Хосино, К.; Сиодзава, Т.; Мацусита, Х.; Терао, Ю. (2001). «Идентификация и количественное определение хлорированного бисфенола А в сточных водах заводов по переработке макулатуры». Хемосфера . 44 (5): 973–979. Бибкод : 2001Chmsp..44..973F . дои : 10.1016/S0045-6535(00)00507-5 . ПМИД 11513431 .
^ Jump up to: ^а ^б Пивненко Константин; Педерсен, Джорджия; Эрикссон, Э.; Аструп, Т.Ф. (2015). «Бисфенол А и его структурные аналоги в бытовой макулатуре» (PDF) . Управление отходами . 44 : 39–47. дои : 10.1016/j.wasman.2015.07.017 . ПМИД 26194879 . S2CID 217938141 .
^ Бидерманн, Сандра; Чудин, Патрик; Гроб, Кони (сентябрь 2010 г.). «Перенос бисфенола А с бумаги для термопринтера на кожу». Аналитическая и биоаналитическая химия . 398 (1): 571–576. дои : 10.1007/s00216-010-3936-9 . ПМИД 20623271 . S2CID 7412010 .
^ «В округе Саффолк введен запрет на использование кассовых аппаратов BPA» . Проверено 6 декабря 2015 г.
^ Виньяс, Р.; Уотсон, CS (2013). «Бисфенол S нарушает индуцированную эстрадиолом негеномную передачу сигналов в линии клеток гипофиза крыс: влияние на функции клеток» . Перспективы гигиены окружающей среды . 121 (3): 352–8. дои : 10.1289/ehp.1205826 . ПМК 3621186 . ПМИД 23458715 .
^ Джи, К.; Хонг, С.; Хо, Ю.; Чой, К. (2013). «Влияние воздействия бисфенола S на эндокринные функции и воспроизводство рыбок данио». Экологические науки и технологии . 47 (15): 8793–8800. Бибкод : 2013EnST...47.8793J . дои : 10.1021/es400329t . ПМИД 23806087 .
^ «Рулоны термобумаги без фенола» . Thermalroll.com . 6 января 2022 г.
^ «Неожиданные преимущества и недостатки рулонов термобумаги, не содержащей BPA» . paperrollproducts.com . 31 мая 2017 г.

Внешние ссылки

Texas Instruments-Компьютеры, программное обеспечение и промышленные средства управления
Электронные терминалы передачи данных Silent 700, 1976 г. ( PDF ) (архивировано 1 октября 2007 г.)
аппарат с двусторонней термопечатью 2ST Национальный кассовый (архивировано 24 сентября 2011 г.)
Термобумага

[1] Химия и применение лейкокрасителей , изд. Рамайя Мутхьяла, Plenum Press, Нью-Йорк, стр. 125–203 (1997).

[2] «Как правильно хранить термобумагу» . 30 января 2017 г.

[Patent1-3] Патент США 5 216 438, Метод прямой цветной термопечати для оптической и термической записи полноцветного изображения на термочувствительный носитель записи , авторы С. Накао, Н. Кацума и А. Нагата, Fuji Photo Film Co. (1993), патент США 5 216 438.

[Patent2-4] Патент США 7 166 558, Система тепловидения , Бхатт и др., (2007 г.), патент США 7 166 558.

[autogenerated2007-5] Патент США 7 166 558, Тепловизионная система , Бхатт и др. (2007).

[6] «Как работают мобильные фотопринтеры без чернил» . Howstuffworks.com . 24 июня 2008 г.

[7] Питер Бэмфилд; Майкл Г. Хатчингс (2010). Хромовые явления: технологические применения химии цвета . Королевское химическое общество. п. 114. ИСБН 978-1-84755-868-8 .

[8] «ТЕПЛОВИЗИОННАЯ СИСТЕМА» . freepatentsonline.com .

[BPAinBatonRouge-9] Бабу С., Уппу С.Н., Мартин Б., Агу О.А. и Уппу Р.М. (2015). «Необычно высокие уровни бисфенола А (BPA) в кассовых чеках (CR) на термобумаге: разработка и применение надежного метода LC-UV для количественного определения BPA в CR». Токсикологические механизмы и методы . 25 (5): 410–6. дои : 10.3109/15376516.2015.1045661 . ПМИД 26024012 . S2CID 20335285 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[pmid21744851-10] Ляо С., Каннан К. (август 2011 г.). «Высокие уровни бисфенола А в бумажных валютах нескольких стран и последствия воздействия на кожу». Окружающая среда. наук. Технол . 45 (16): 6761–8. Бибкод : 2011EnST...45.6761L . дои : 10.1021/es200977t . ПМИД 21744851 .

[11] Фукадзава Х, Гонконг; Хосино, К.; Сиодзава, Т.; Мацусита, Х.; Терао, Ю. (2001). «Идентификация и количественное определение хлорированного бисфенола А в сточных водах заводов по переработке макулатуры». Хемосфера . 44 (5): 973–979. Бибкод : 2001Chmsp..44..973F . дои : 10.1016/S0045-6535(00)00507-5 . ПМИД 11513431 .

[Gehring_2004-12] Jump up to: ^а ^б Пивненко Константин; Педерсен, Джорджия; Эрикссон, Э.; Аструп, Т.Ф. (2015). «Бисфенол А и его структурные аналоги в бытовой макулатуре» (PDF) . Управление отходами . 44 : 39–47. дои : 10.1016/j.wasman.2015.07.017 . ПМИД 26194879 . S2CID 217938141 .

[13] Бидерманн, Сандра; Чудин, Патрик; Гроб, Кони (сентябрь 2010 г.). «Перенос бисфенола А с бумаги для термопринтера на кожу». Аналитическая и биоаналитическая химия . 398 (1): 571–576. дои : 10.1007/s00216-010-3936-9 . ПМИД 20623271 . S2CID 7412010 .

[14] «В округе Саффолк введен запрет на использование кассовых аппаратов BPA» . Проверено 6 декабря 2015 г.

[15] Виньяс, Р.; Уотсон, CS (2013). «Бисфенол S нарушает индуцированную эстрадиолом негеномную передачу сигналов в линии клеток гипофиза крыс: влияние на функции клеток» . Перспективы гигиены окружающей среды . 121 (3): 352–8. дои : 10.1289/ehp.1205826 . ПМК 3621186 . ПМИД 23458715 .

[16] Джи, К.; Хонг, С.; Хо, Ю.; Чой, К. (2013). «Влияние воздействия бисфенола S на эндокринные функции и воспроизводство рыбок данио». Экологические науки и технологии . 47 (15): 8793–8800. Бибкод : 2013EnST...47.8793J . дои : 10.1021/es400329t . ПМИД 23806087 .

[17] «Рулоны термобумаги без фенола» . Thermalroll.com . 6 января 2022 г.

[18] «Неожиданные преимущества и недостатки рулонов термобумаги, не содержащей BPA» . paperrollproducts.com . 31 мая 2017 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]