專利名稱：使用在噴墨記錄介質(zhì)涂料中的顏料及其制備方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及用在特別適用于噴墨印刷的墨記錄介質(zhì)涂料組合物中的顏料，以及制備和使用該顏料和涂料組合物的方法。
背景技術(shù)：
在高速電子印刷中，噴墨記錄工藝過程是最重要、應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。噴墨打印機(jī)通常包括多個與供應(yīng)的液態(tài)墨水相連的噴嘴。根據(jù)要求可對噴嘴施加能量，使其噴出極小的墨水液滴。通常，對一系列的噴嘴加以控制，使其噴射出的墨水液滴具有圖案特征或在紙面上成影像(image)。熱泡打印機(jī)和壓電打印機(jī)是現(xiàn)階段打印機(jī)制造商普遍采用的兩種主要噴墨技術(shù)。通常，噴墨打印機(jī)使用水基油墨。通常油墨含有少量的油墨顏料和大量的作為介質(zhì)的水。
用在噴墨打印機(jī)中的紙很大程度的決定著印刷的影像的質(zhì)量。適合用在噴墨打印機(jī)中的紙通常涉及一種涂敷有一種組合物的原紙，該組合物能夠改進(jìn)紙對油墨的接受性能。用于油墨接受涂層的原紙通常由漂白的化學(xué)紙漿料制成，并向紙漿料中加入填充料、染料，如果需要的話，還加入上漿劑和強(qiáng)度增強(qiáng)劑。施涂到原紙上的常規(guī)油墨接受涂料組合物一般包括粘合劑和能夠吸收涂敷在紙表面上的油墨的多孔細(xì)粉末。消光的和高光澤度的噴墨紙目前以比未涂敷的紙高得多的價格購得。
紙的光亮度和吸收性能很大程度上影響著影像質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)的未涂敷的紙通常不適用于高分辨的噴墨印刷。粗糙或原生的紙與表面平整的紙相比，通常使光向更多的方向散射。較為平整的紙使印刷在它上面的影像看上去更亮一些，而其它方面都是一樣的。關(guān)于吸收性，理論上，當(dāng)油墨噴涂到紙上時，它會停留在緊密的、對稱的點(diǎn)中。油墨不應(yīng)該被紙吸收得太深，因?yàn)閲娡康狞c(diǎn)會失去其在紙表面上的光學(xué)密度，從而呈“羽狀”?！俺视馉睢敝赣湍膰娡奎c(diǎn)以這樣的方式被紙所吸收，即它以無規(guī)則的方式沿側(cè)向鋪開，從而覆蓋了比指定區(qū)域稍大的區(qū)域。結(jié)果，印刷的影像看上去有些模糊，特別是在邊緣處。高質(zhì)量的噴墨紙實(shí)際上要預(yù)先涂敷上一層膜，該膜使油墨緊靠在紙面上，得到光學(xué)密度得到提高的印刷影像，而同時允許水介質(zhì)或載色體更深的吸收到紙體中去，以加速油墨的固定和干燥。這提供更快的印刷速率，減少了由較淺的載色體吸收性所引起的粘臟(set-off)或油墨轉(zhuǎn)移問題。因此，需要改進(jìn)印刷質(zhì)量和加快油墨干燥的時間。這些性質(zhì)很難達(dá)到的一個恰當(dāng)?shù)钠胶?，特別是較高的打印機(jī)分辨率和較小的點(diǎn)直徑。
目前，二氧化硅是最常用在制造經(jīng)涂敷的噴墨紙中的涂層顏料。結(jié)構(gòu)化二氧化硅是合成產(chǎn)物。二氧化硅通常能在噴墨印刷性和油墨干燥性之間產(chǎn)生一個可接受的平衡。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，二氧化硅用作此目的也存在一些缺點(diǎn)。二氧化硅對于制造來說，成本相對較高。除了二氧化硅的成本較高以外，在施加涂層的過程中，與二氧化硅相關(guān)的研磨除塵也必須作為材料的處理問題加以解決。而且，二氧化硅具有較高的表面積，含有它們的涂層往往在二氧化硅含量只有少量增加時，其粘度就迅速增加。因此，對于使用二氧化硅的噴墨紙用品涂層，二氧化硅的固體含量通常被調(diào)制為較低的數(shù)值，同時需要大量的粘合劑，以得到足夠高的粘合強(qiáng)度。涂料粘度增加往往造成與使用二氧化硅相關(guān)的顏料含量較低，因?yàn)榧埻繉又械奈疹伭鲜乖谶@些低固體含量下難以控制涂層的重量。二氧化硅的高表面積是有用的，因?yàn)樗谶B續(xù)的粘合劑相中產(chǎn)生敞開式結(jié)構(gòu)。這種敞開式結(jié)構(gòu)加速了油墨的吸收，使噴墨打印機(jī)具有較好的油墨干燥性能。
美國專利第4478910號中描述了噴墨紀(jì)錄紙，其包括具有涂層的、大小特定的原紙片，其中涂層包括二氧化硅細(xì)顆粒和水溶性的聚合物粘合劑。
美國專利第6140406號和第6129785號描述了一種用于噴墨紀(jì)錄介質(zhì)的涂料組合物，其包括吸水性二氧化硅顏料、聚乙烯醇粘合劑和陽離子固定劑的水性懸浮液。優(yōu)選的顏料是75％或更多的孔體積為0.5-2.0cc/g的硅膠和10％或更多的氧化鋁或三水合氧化鋁的混合物。
美國專利第5985424號中描述了用于噴墨印刷的涂敷紙，其中，底層對于油墨載色體具有較好的吸收性，頂層是油墨接受涂層。在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，底層含有分散在標(biāo)準(zhǔn)的涂料粘合劑中的沉淀碳酸鈣和煅燒粘土的混合物，而頂層包括分散在乳液中的熱解法二氧化硅或火成二氧化硅，該乳液由苯乙烯在聚乙烯吡咯烷酮(非標(biāo)準(zhǔn)的粘合劑)存在下聚合來制備。
除二氧化硅以外，還開發(fā)了其它類型的顏料，用于紙用的涂料組合物。例如，常規(guī)的碳酸鈣粉末用作紙涂料顏料，不能起到提高噴墨涂敷紙印刷性能的作用。因此，可將常規(guī)碳酸鈣有效的加入到紙涂料中，以使其具有光學(xué)效應(yīng)，例如，提高光亮度和平整度，但是通常會對印刷性能和油墨干燥性能造成不利的影響。
美國專利第6441076號中描述了可施涂到噴墨紙上的紙涂料組合物的生產(chǎn)，其中組合物含有高固體含量的、粒徑極小的碳酸鈣和溶解的粒徑較小的、部分水解的、低分子量聚乙烯醇。在此應(yīng)用中，碳酸鈣的表面積較高，以模擬高表面積二氧化硅的性能。但是，顏色的復(fù)現(xiàn)性和油墨的干燥性仍然與硅涂敷的紙片不一致。
美國專利第5397619號中描述了一種噴墨紀(jì)錄紙，其包括在至少一個面上有記錄層的原紙，該記錄層含有至少40重量％的顏料和不超過60重量％的粘合劑，通過測量記錄層表面的十點(diǎn)高度(ten point height)得到其表面粗糙度不超過5微米，且空氣滲透率不超過1000秒。顏料可以是通過濕法制得的二氧化硅、白碳或硅膠、由干法制得的超細(xì)二氧化硅，或者是顆粒結(jié)構(gòu)主要由二氧化硅結(jié)晶在碳酸鈣晶體中形成的碳酸鈣二氧化硅復(fù)合物。
美國專利第6274226號中描述了中孔硅鋁酸鹽顏料，其與聚乙烯醇粘合劑配制使用，用在噴墨和無碳的紙涂層中。
美國專利第5997625號中描述了用在噴墨印刷中的涂料顏料，其包括水合粘土、腐蝕性瀝濾過的煅燒粘土和多孔礦物質(zhì)。
美國專利第5882396號中描述了一種用在制備噴墨印刷中所用的涂敷紙的紙涂料組合物，其包括一種復(fù)合顏料和親水性聚合物膠粘劑，其中復(fù)合顏料選自高嶺土、煅燒的高嶺土、白云石、研磨天然碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、硫酸鈣或滑石中的一種或多種，優(yōu)選含有具有一定規(guī)定粒徑分布的1-50重量％的粗顏料和99-50重量％的細(xì)顏料。
美國專利第4554181號中描述了具有雙組分陽離子記錄表面的噴墨記錄片，其包括具有記錄表面的基底，該記錄表面含有與水溶性多價金屬鹽組合使用的陽離子聚合物，其中，聚合物使表面具有陽離子基團(tuán)，用來與陰離子顏料發(fā)生離子相互作用，而不溶解它。對于涂料組合物含有顏料的程度，’181專利中沒有描述任何與該類組分同其它組分混合的順序相關(guān)的重要性，并說明了用于配制涂料組合物的單釜混合步驟。另外，’181專利只描述了非陰離子型粘合劑在涂料組合物中的應(yīng)用。
大部分陽離子聚合物在它們呈液體形式時是略帶顏色的，從淺橙色到深橙紅色。用在紙涂料組合物中的陽離子聚合物的固有顏色可以影響最終涂敷片的光亮度和色調(diào)。而且，使用特定的陽離子顏料，能夠使帶有顏色的噴墨組分具有不同的活性，產(chǎn)生較好的油墨保存，但卻能改變要印刷圖畫的顏色。期望提供一種涂料組合物，該組合物使用的陽離子聚合物含量減少，同時仍然符合性能需要。
需要找到一種成本較低的顏料替代品來取代合成二氧化硅用在紙涂料用品中，特別是噴墨紙中，該顏料替代品對于高固體用品提供所需的涂料流變性，同時得到均一的印刷性能，這些印刷性能包括(但不限于)顏色復(fù)現(xiàn)性、印刷密度和油墨干燥性能。如果這些涂料顏料能與標(biāo)準(zhǔn)紙涂料粘合劑一起作用，并能以高速應(yīng)用到現(xiàn)代造紙機(jī)中，則也是所期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及適用在油墨記錄介質(zhì)涂料組合物中的顏料，其包括通過使無機(jī)微粒表面與可水溶性的多價金屬鹽在含水介質(zhì)中接觸而進(jìn)行表面處理過的無機(jī)微粒，其中，處理過的表面具有陽離子表面電荷，所述鹽是元素周期表中族II或族III的金屬的鹽。
涂敷有包含顏料的處理物的紙?zhí)峁┛焖俚赜湍d色體吸收性、染料在表面上固定的性能，以及因?yàn)橥苛现姓澈蟿┑男枰繙p少所帶來的表面性能的增強(qiáng)。被含有上述顏料的涂料組合物處理過的噴墨記錄介質(zhì)提供高密度、快速干燥、以及耐水性(water fastness)增加的非羽狀油墨影像。本發(fā)明的顏料是相對更貴的硅質(zhì)顏料的有效功能替代品，并可以較高的固體含量在標(biāo)準(zhǔn)造紙機(jī)上施涂。
在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的涂料組合物可以含有約45重量％至約70重量％、更佳的為約50重量％至約65重量％的表面處理過的顏料，并且可以繼續(xù)加工，且性能良好。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，涂料組合物通過一種方法來制備，在該方法中，在顏料與陽離子聚合物接觸之前，無機(jī)顏料單獨(dú)用元素周期表中族II或族III的金屬的多價鹽進(jìn)行預(yù)處理，促使水溶性多價金屬鹽與無機(jī)微粒的表面接觸，得到在接觸面上具有陽離子表面電荷的、表面處理過的無機(jī)微粒，接著在隨后的步驟中，表面處理過的顏料在涂料組合物中與陽離子聚合物混合。已發(fā)現(xiàn)該方法可以允許固體含量高達(dá)60重量％或更多，以使涂料組合物中可以不出現(xiàn)凝膠化問題。陽離子聚合物優(yōu)選包括季胺化合物，更優(yōu)選表氯醇多胺化合物。
本文所用的術(shù)語“凝膠化”指發(fā)生了顏料的高度凝結(jié)，以至于混合操作無法繼續(xù)，這是由于高粘度的快速形成。
在另一個實(shí)施方式中，在無機(jī)物用元素周期表中族II或族III的金屬鹽進(jìn)行接觸并表面處理之前，顏料單獨(dú)與包括季胺化合物的陽離子聚合物混合，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該實(shí)施方式允許涂料組合物中固體含量可以高達(dá)45重量％或更多，而不出現(xiàn)凝膠化問題。
如果依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的無機(jī)物的混合不按此順序進(jìn)行，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，固體含量至少為45％的涂料組合物是無法在由陽離子聚合物和顏料所制備的涂料組合物中得到。另外，本發(fā)明使涂料組合物中所需的陽離子聚合物的量減少成為可能。
使用本發(fā)明的涂料制劑還可以得到更均一的涂層外觀。另外，本發(fā)明使在噴墨涂料中使用標(biāo)準(zhǔn)粘合劑類型和使用的粘合劑含量減少成為可能。
制劑的簡化和成本的降低是因?yàn)橛迷诒景l(fā)明中的顏料的表面積減小。本發(fā)明的表面積低的顏料通過涂料結(jié)構(gòu)得到油墨干燥性能。在一個實(shí)施方式中，使用依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的涂料顏料可以在噴墨記錄介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)挠湍嗷プ饔茫渲蓄伭蟻碜员砻娣e較低的無機(jī)微粒，諸如，比表面積小于約15平方米/克的沉淀碳酸鈣(PCC)或研磨碳酸鈣(GCC)。上述所得的這種能力對于在紙涂料中傾向使用高比表面積碳酸鈣(即，＞30平方米/克)的噴墨紙涂料領(lǐng)域來說是出乎意料的。本文中“比表面積”用BET方法測定。
另外，當(dāng)用高酸性的多價金屬鹽表面處理物如氯化鋁水合物(ACH)(pH 4-5)依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式對堿性的PCC或GCC進(jìn)行處理時，令人驚喜的是在表面處理過程中，ACH并不溶解碳酸鈣顆粒。而且，由于ACH處理而在顆粒表面上形成的高陽離子電荷，在表面處理后即使在高堿性pH范圍內(nèi)也仍然保持，而沒有引起Ca2+含量的過度增加，而這是顆粒溶解的一個標(biāo)志性特征。涂敷有此顏料的紙表現(xiàn)得就像其表面天生是陽離子性的。結(jié)果，高密度的影像可以印刷在涂敷的紙上，特別是使用陰離子型的噴墨油墨染料時。另外，使用ACH的結(jié)果是得到所有油墨染料的均一吸收，這帶來更可靠的顏色復(fù)現(xiàn)性。
而且，本發(fā)明的陽離子電荷顏料可以令人驚喜地與紙涂料組合物中的陰離子粘合劑一起使用，而不引起高粘度。因此，該顏料可與標(biāo)準(zhǔn)陰離子膠乳一起使用，諸如那些基于苯乙烯-丁二烯橡膠粘合劑、聚乙酸乙烯酯粘合劑等等的陰離子膠乳。從成本和便利的角度來看，聚乙酸乙烯酯和其它的陰離子膠乳也是有吸引力的。結(jié)果，紙涂料組合物中的顏料固體含量可以提高到45重量％或更多，同時伴隨著粘合劑含量的減少，這有助于所述涂料組合物用在現(xiàn)代造紙機(jī)中。
顏料的低比表面積和紙涂料組合物中的低粘合劑含量使被覆力得到提高，被覆力以高涂料白度來表示，而高涂料白度被認(rèn)為與印刷基底上所得到的涂層的不透明性有關(guān)。另外，顏料無色差，同時氣味要小，并且呈水懸浮液狀時流體粘度要低。
本發(fā)明的顏料可用來提高范圍廣泛的各種印刷基底的印刷性，諸如涂敷的和未涂敷的紙片和紙卷、塑料纖維紙、塑料膜、金屬箔、涂敷的板材、未涂敷的板材等等。用于消光紙的噴墨紙涂料可以特別有利地進(jìn)行配制，以采用依據(jù)本發(fā)明的非硅質(zhì)的顏料。本發(fā)明的顏料也適用于高光澤度紙所用的涂料組合物。上述有利之處和優(yōu)點(diǎn)都可以轉(zhuǎn)化為降低用于噴墨紙的紙涂料組合物的成本。
本發(fā)明還涉及涂料制劑，因?yàn)樵撏苛现苿┰谄溆米麝庪x子膠乳粘合劑以及低含量的這些粘合劑在噴墨涂料中的應(yīng)用是非常獨(dú)特的。


圖1是示意依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造和使用顏料和紙涂料工藝過程的流程圖。
圖2是示意依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造紙涂料工藝過程的流程圖。
圖3是示意依據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方式制造紙涂料工藝過程的流程圖。
圖4是表示各種細(xì)又結(jié)構(gòu)化的粘土摻混物，以及它們對所述實(shí)施例中印刷油墨密度和油墨干燥速率的影響。
圖5表示實(shí)施例中所述的超細(xì)研磨碳酸鈣(UFGCC)的粒徑分布。
具體實(shí)施例方式
依據(jù)前述的發(fā)明內(nèi)容，本發(fā)明涉及一種獨(dú)一無二的用在紙涂料組合物中的表面處理過的顏料。表面處理過的顏料具有陽離子表面電荷，其將會有效地吸引陰離子油墨染料等。其中包括，文中所述的用含有表面被處理過的顏料的涂料處理過的紙符合商業(yè)如下要求，比如高質(zhì)量、耐水性，以及在紙或其它印刷基底上的高速印刷性，其中，所述其它印刷基底涂敷有以文中所述的表面處理過的顏料為基礎(chǔ)的組合物。文中所述的表面處理過的顏料還提供較低的成本的硅顏料的替代品，含有它們的紙涂料具有較低的粘合要求和得到改進(jìn)的流變性質(zhì)。另外，本發(fā)明包括用于制備涂料組合物的技術(shù)，其中所制備的涂料組合物包括表面處理過的顏料和可以提高固體含量的陽離子聚合物。這樣，本發(fā)明可以使成本降低、固體含量增加，而高度有效涂敷的適用于數(shù)字印刷的噴墨紙和其它基底。
參考圖1，顯示了示范性的、非限制性的工藝過程示意方案100，該方案用來制造具有大量陽離子表面電荷的、表面處理過的顏料，以及該顏料在其它中間物和最終產(chǎn)品中的應(yīng)用。
無機(jī)微粒原材料是以固體粉末形式存在的增白劑。在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，無機(jī)微粒包括碳酸鈣(CaCO3)顆粒。顆粒碳酸鈣或者作為機(jī)械處理過的天然碳酸鈣材料提供，或者作為化學(xué)合成的反應(yīng)產(chǎn)物來提供。
碳酸鈣顆?？梢允茄心ヌ烊惶妓徕}(GCC)，如步驟101中所示。大理石、石灰石、白堊和珊瑚是碳酸鈣的天然源材料。這些碳酸鈣的天然源材料經(jīng)過包括粉碎在內(nèi)的機(jī)械處理，得到此材料的微粒形式，諸如超細(xì)的研磨碳酸鈣(UFGCC)。通常，可以進(jìn)行非分散性的研磨，或者在研磨中使用揮發(fā)性的分散劑。
或者，碳酸鈣顆?？勺鳛楹铣煞磻?yīng)產(chǎn)物以沉淀碳酸鈣(PCC)形式提供，如步驟102中所示。碳酸鈣的粒徑可在很廣的范圍內(nèi)變化，顆粒形狀可經(jīng)沉淀過程通過化學(xué)方法來形成。沉淀碳酸鈣產(chǎn)物比市場上購得的GCC具有更加均一的粒徑分布、更高的化學(xué)純度。但是，GCC的成本更低。
碳酸鈣通常以方解石的形式沉淀，其中晶體形狀通常是菱形、立方形或偏三角面體，或者以文石的形式沉淀，其中的晶體是針形的。球霞石(Vaterite)是本領(lǐng)域中已知的碳酸鈣的另一種亞穩(wěn)態(tài)沉淀形式。
沉淀碳酸鈣通常由水合的石灰漿料或“石灰的牛奶狀液”(通過熟化生石灰(CaO)來產(chǎn)生)在反應(yīng)器中進(jìn)行碳酸鹽化來制造，然后通過脫水/過濾反應(yīng)產(chǎn)物并對產(chǎn)物進(jìn)行研磨，得到所需的粒徑和粒徑分布。合適的用于沉淀碳酸鈣的技術(shù)一般是已知的和這里可用的。盡管對于此應(yīng)用一般不需要，但是粗合成的碳酸鈣顆粒也可以通過所述的加工技術(shù)被篩選或研磨到所需的粒徑分布范圍，例如美國專利第6134065和6402824(Freeman等)中所描述的，其說明書通過引用包括于此。
然后可以將未處理的碳酸鈣顆粒以先前存在的水漿料形式提供到步驟103的表面處理階段?；蛘撸梢詫⑽刺幚淼奶妓徕}以干粉末的形式提供到表面處理階段中，其中，碳酸鈣干粉末分散在含水介質(zhì)中，形成作為表面處理起始步驟中的漿料。
提供給表面處理的未處理碳酸鈣顆粒一般具有中等的粒徑，約為0.1微米至約5.0微米，更具體的是在約0.5微米至約2.0微米。由斜率(陡度因子)所定義的粒徑分布優(yōu)選小于約1.8。術(shù)語“斜率”指75％的顆粒直徑小于該數(shù)值的直徑值(作為分子)除以25％的顆粒直徑小于該數(shù)值的直徑值(作為分母)的比值，其中粒徑由Sedigraph粒度分析器(Particle SizeAnalyze)測量。沉淀碳酸鈣(PCC)或研磨碳酸鈣(GCC)通常比表面積小于約15平方米/克。在所述的表面處理前和表面處理后，碳酸鈣顆粒的TAPPI光亮度至少都約為96，依據(jù)本發(fā)明，可進(jìn)行表面處理的無機(jī)白色顏料的原料并不限于碳酸鈣。例如，還可以是三水合鋁(ATH)和/或氫氧化鎂(Mg(OH)2)微粒等等。但是，碳酸鈣是特別優(yōu)選的，因?yàn)樗粌H有助于進(jìn)行文中所述的能使顆粒具有陽離子表面電荷的表面處理，而且碳酸鈣能夠提高乳濁化、光亮度，以及提高使用它的涂敷紙對泛黃和老化的耐受性。
然后對由步驟101或102產(chǎn)生的碳酸鈣顆粒進(jìn)行表面處理步驟，給予或增加碳酸鈣顆粒表面的陽離子電荷，達(dá)到有利于印刷應(yīng)用的水平，如步驟103中所示。
碳酸鈣顏料用分散在通常含水介質(zhì)中的水溶性多價金屬鹽進(jìn)行表面處理，其中金屬來自元素周期表中族II或族III中。
在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，多價金屬鹽是氯化鋁水合物。本文中的氯化鋁水合物有時簡寫為“ACH”。
ACH的化學(xué)結(jié)構(gòu)為Al2(OH)nCl6-n。ACH可通過水合氧化鋁與鹽酸依據(jù)下列方程式反應(yīng)來制得，其中1≤n＜6。ACH產(chǎn)物的相對活性定義為(％)＝n/6×100。本發(fā)明中，優(yōu)選使用的反應(yīng)產(chǎn)物將是能夠生成活性大于約50％或者甚至75％的產(chǎn)物的反應(yīng)所生成的產(chǎn)物。例如，當(dāng)“n”是5時，化學(xué)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于Al2(OH)5Cl(CAS Number12042-91-0)。ACH也可以粉末或溶液的形式從市場上購得，例如購自Reheis，Berkeley，NJ 07922，美國。
將ACH加在碳酸鈣顆粒的表面上，ACH加入的量應(yīng)能夠有效促進(jìn)陽離子表面電荷增加到一定的水平，從而使涂敷有涂料組合物的噴墨紙的印刷密度或油墨干燥性能得到可觀察/可測量的提高，其中該涂料組合物含有表面處理過的顏料。為得到這些改進(jìn)所需的加入量可以通過應(yīng)用本文中所提供的技術(shù)來經(jīng)驗(yàn)性地確定。以碳酸鈣的干重為基準(zhǔn)計，ACH的加入量通常為(但不總是必需的)約0.1％至約5％。碳酸鈣優(yōu)選在其加入到紙涂料組合物之前用ACH進(jìn)行處理，ACH可以濕或干的形式加入。
表面經(jīng)ACH處理過的顏料所增加的陽離子電荷數(shù)，可直接通過使用電荷滴定分析器如Mpttek PCD02顆粒電荷檢測器來進(jìn)行定性和定量的測量。還通過如下比較來表明，即比較涂敷有兩種不同涂料組合物的紙的印刷性質(zhì)，諸如印刷密度、油墨干燥等，其中一種涂料組合物含有表面處理過的顏料，另一種涂料組合物含有未處理的顏料。
另外，當(dāng)堿性材料PCC或GCC被高酸性多價金屬鹽表面處理劑如氯化鋁水合物(ACH)(pH4-5)依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行處理時，令人十分驚喜的是ACH在表面處理過程中并不會溶解碳酸鈣顆粒。而且，經(jīng)ACH處理在顆粒表面上形成的高陽離子電荷，在表面處理后即使在高堿性pH值范圍內(nèi)仍然能夠保持，而不會引起Ca+2含量的過度增加，而這是顆粒溶解的一個標(biāo)志性特征。涂敷有此顏料的紙表現(xiàn)得就像其表面天生是陽離子性的。結(jié)果，高密度、耐水性的影像可以印刷在涂敷的紙上，特別是使用陰離子型的噴墨油墨時，以使顏料表面和油墨具有相反的因而互相吸引的離子電荷。在碳酸鈣顆粒表面和依據(jù)本發(fā)明用于處理它們的高酸性ACH之間發(fā)生并被觀察到的有益的、非破壞性的相互作用是出乎意料。
由步驟103中得到的表面處理過的碳酸鈣顆粒產(chǎn)物呈漿料狀。它是表面處理過的碳酸鈣顆粒的水性分散體，其固體含量約為30％。
來自步驟103中，含有表面處理過的微粒的漿料產(chǎn)物可以通過適合提供表面處理過的無機(jī)微粒的干燥粉末狀而不減少其功效的漿料干燥技術(shù)來脫水。干燥粉末可在配制紙涂料組合物中用作顏料源組分，如步驟104所示。顏料可通過噴霧干燥或閃蒸干燥技術(shù)干燥成粉末狀。用作此一般用途的設(shè)備和條件包括那些通常已知的、用在微粒礦物漿料中的設(shè)備和條件。
或者，如步驟109中所示，在步驟103中，由表面被多價金屬鹽處理過同時又分散在含水介質(zhì)中的顏料所產(chǎn)生的漿料可以在紙涂料組合物配制中直接用作顏料源組分。此漿料含有高達(dá)約60重量％或者甚至70重量％的由表面處理過的顏料所組成的固體含量，而不出現(xiàn)高粘度所涉及的問題。
作為另一種選擇，可以將市場上購得的干ACH與干燥的顏料粉末在干摻混操作中進(jìn)行混合。此干燥的混合物可制成漿料，產(chǎn)生表面活性相同的碳酸鈣材料。
在步驟105中，用合適又便利的方法對由步驟104制得的干粉狀的顏料進(jìn)行封裝?；蛘?，將直接來自步驟103(步驟109)的含有表面處理過的顏料的漿料以液體的形式封裝在防液體泄漏容器中，并進(jìn)行裝運(yùn)和處理。在另一個實(shí)施方式中，封裝步驟105在某些情況下可完全省略，即當(dāng)表面處理過的顏料被制造和用在紙涂料組合物中的地點(diǎn)與制造廠的位置相同或在其附近時。在這種情況下，產(chǎn)物可以散裝的形式通過傳送帶、卡車或機(jī)動軌道車(粉末)等或通過管道(漿料)在不同的制造位置或地點(diǎn)之間進(jìn)行運(yùn)輸。
在步驟106中，用表面處理過的顏料與粘合劑和其它任選的添加劑的組合來配制紙涂料組合物。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，如圖2的工藝方案過程示意200中所示，涂料組合物通過一種方法來制備，在該方法中，在顏料與陽離子聚合物接觸之前，無機(jī)顏料單獨(dú)用元素周期表中族II或族III金屬的多價鹽進(jìn)行預(yù)處理，以促使水溶性多價金屬鹽與無機(jī)微粒的表面接觸，得到在接觸面上具有陽離子表面電荷的、表面處理過的無機(jī)微粒，與圖1中的步驟103類似。然后，在步驟201中，將表面處理過的顏料與水混合，得到一漿料，隨后進(jìn)行步驟202，該步驟基本上可對應(yīng)于圖1中的步驟106，表面處理過的顏料漿料與陽離子聚合物在制備涂料組合物或制備可加入到涂料組合物中的中間體組合物的過程中相混合。根據(jù)此方法制備的涂料組合物可用在紙涂敷步驟中，如圖1中的步驟107。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，此方法可以允許涂料組合物中的表面處理過的顏料的固體含量高達(dá)60重量％或更多。陽離子聚合物優(yōu)選包括陽離子季胺化合物，更優(yōu)選的是表氯醇多胺。在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明的涂料組合物可含有大約50重量％至約70重量％的ACH表面處理過的顏料，而仍然保持著可加工性(例如，它們不發(fā)生凝膠，且性能良好)。
在本發(fā)明的實(shí)施中，氯化二烯丙基二甲基銨(DADMAC)也可以用作陽離子季胺化合物。這些陽離子季胺化合物的商品化例子包括，例如，TRAMFLOC 864，來自Tramfloc，Inc.，Tempe，Arizona；和Nalkat 7607，來自O(shè)ndeo；和PRP 2550。
在另一個實(shí)施方式中，如圖3中所示，采用過程示意工藝方案300，其中，水和包括季胺化合物的陽離子化合物的混合物在步驟301中制備，該混合物與還沒有用ACH進(jìn)行表面處理的顏料在步驟302中進(jìn)行徹底地混合，從而得到均一的混合物。然后，在步驟303中，用元素周期表中族II或族III金屬的鹽接觸所得的陽離子聚合物和顏料的水性混合物或漿料，并對其進(jìn)行表面處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這一另選的方法允許涂料組合物中的固體含量高達(dá)45重量％或更多。在一個實(shí)施方式中，在通過本發(fā)明的另選技術(shù)制備的涂料組合物中，至少有約45重量％的表面處理過的顏料。用在此實(shí)施方式中的陽離子聚合物包括上述的季胺化合物。
已經(jīng)觀察到，如果不按照本發(fā)明實(shí)施方式的這些添加順序混合礦物，則顏料含量至少為45％的涂料組合物無法在由陽離子聚合物和顏料制得的涂料組合物中實(shí)現(xiàn)。
因此，使用陽離子的本發(fā)明實(shí)際上可用來減少涂料制劑的總成本，同時又保持著使用多價金屬離子處理的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，涂料制劑中對陽離子聚合物的需求被減少，甚至可以被消除。
其它的添加劑可包括用在噴墨紙上的涂料組合物中常用類型的添加劑，諸如粘合劑交聯(lián)劑、上漿劑、分散劑、流變改性劑、有機(jī)增亮劑、淀粉漿等等。文中給出了這些添加劑的一些說明。
重要的是，本發(fā)明的陽離子顏料可在紙涂料組合物中與陰離子粘合劑一起使用，而不會引起較高的粘度。因此，顏料可與陰離子膠乳，諸如那些基于苯乙烯-丁二烯橡膠粘合劑、聚乙酸乙烯酯粘合劑等的陰離子膠乳一起使用。從成本的角度來看，聚乙酸乙酸酯和其它的陰離子膠乳是格外有吸引力的。
因?yàn)楫?dāng)本發(fā)明表面處理過的顏料的加入量增加時，涂料粘度不會過份地增加，所以紙涂料組合物中的顏料固體含量可調(diào)配到高達(dá)約50重量％或者甚至更高，同時伴隨著粘合劑含量的減少，這有助于該涂料組合物用在現(xiàn)代造紙機(jī)中。本發(fā)明的帶有陽離子電荷的表面處理過的顏料可以使?jié){料組成中固體含量增加成為可能。
一方面，本發(fā)明的涂料組合物包括，以固體為基準(zhǔn)計，ACH處理過的顏料，其量約為25重量％至70重量％；陰離子粘合劑，其量約為2重量％至約15重量％，以及陽離子聚合物，其量約為0重量％至15重量％。更佳地，本發(fā)明的涂料組合物包括，以固體為基準(zhǔn)計，ACH處理過的顏料，其量約為45重量％至約60重量％；陰離子粘合劑，其量約為5重量％至約12重量％，以及陽離子聚合物，其量約為5重量％至約15重量％。
在步驟107中，用步驟106中配制的涂料組合物對印刷基底的至少一面或一側(cè)，通常是雙面進(jìn)行涂敷?？墒褂煤线m的涂敷技術(shù)將涂料施涂到印刷基底上，所述涂敷技術(shù)包括常規(guī)的紙涂敷技術(shù)。涂料組合物可通過使用計量涂膠壓機(jī)(metering size press)或其它合適的涂布機(jī)以較少的涂層量來涂敷。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，表面處理過的顏料可另選使用，或作為紙?zhí)畛淞涎a(bǔ)加到原紙中。
在步驟108中，噴墨打印機(jī)在涂敷的紙上或其它印刷基底上噴涂上油墨影像。對于一個特定的噴墨級別。涂層的重量一般為2gsm(克/平方米)(其中，涂料通常以較低的含固量施涂)至大于10gsm，2gsm的對應(yīng)于一個特定的噴墨級別，大于10gsm的對應(yīng)更高質(zhì)量的噴墨級別。涂層的重量一般與以片材或卷材的形式印刷的印刷基底的類型無關(guān)。
本發(fā)明可以施涂的印刷基底不需要被限定，其包括涂敷的紙和標(biāo)準(zhǔn)的未涂敷的紙，呈不連續(xù)的片材或卷材形式；塑料纖維紙(例如，TYVEK片)；塑料膜(例如，乙烯基塑料膜)；金屬箔(例如，鋁箔)；涂敷的板；未涂敷的板等等。由市場上購得的合成紙漿和合成紙漿/木質(zhì)紙漿的摻混物制得的紙是常用的，特別是那些具有均勻吸收性能的紙。特別用于消光紙的噴墨紙涂料可進(jìn)行有利的調(diào)配，以采用文中所述的非硅質(zhì)表面處理過的顏料。根據(jù)印刷的規(guī)格，本發(fā)明表面處理過的顏料也適用于高光澤度紙所用的涂料組合物中。
與含有本發(fā)明表面處理過的顏料的紙涂料一起使用的水性噴墨印刷油墨可按常規(guī)的方法進(jìn)行調(diào)配，應(yīng)理解陰離子油墨是優(yōu)選的，油墨可包括添加劑，諸如表面活性劑、溶解劑、濕潤劑等。
涂敷有含有顏料的處理物的紙?zhí)峁┛焖儆湍d色劑吸收性和油墨染料在表面上的固定性。得到高密度、均一的、快速干燥和不呈羽狀的，同時對耐水性又得到提高的油墨影像。當(dāng)在高固體低粘合劑含量的涂料中使用時，本發(fā)明的顏料是更貴的硅質(zhì)顏料的有效功能替代品。
另外，本發(fā)明的顏料以提高耐水性的方式固定染料基油墨，否則會出現(xiàn)噴墨涂料施涂中存在未反應(yīng)的碳酸酯這樣的問題。
顏料的低比表面和紙涂料組合物中粘合劑的含量較低，使被覆力得到提高，這通過由印刷基底上涂層的不透明性引起的高涂層白度來證明。
另外，依據(jù)本發(fā)明的表面處理過的顏料不會使印刷基底有色差，氣味小，并且呈水性懸浮液狀時流體粘度較低。比較而言，當(dāng)許多礦物顏料用商品化的陽離子聚合物處理時，其噴墨可印刷性、顏色密度、耐水性和涂料涂敷(makedown)的效率得到提高，所述陽離子聚合物例如季胺和表氯醇(epichlohydrin)陽離子聚合物。但是，大多數(shù)陽離子聚合物的活性組分量可在30％-50％的范圍內(nèi)變化，并且它們的粘度取決于所使用的聚合物的分子量也是不一樣的，因此在配制涂料組合物中需要嚴(yán)密的監(jiān)控。另外，作為一個嚴(yán)重的缺點(diǎn)，大多數(shù)的陽離子聚合物呈液體形式時是略帶顏色的，從淺橙色至深橙紅色。此類陽離子聚合物所固有的顏色會影響最終涂敷的紙片的光亮度。另外，有機(jī)陽離子聚合物對油墨不均勻的吸收，會導(dǎo)致在涂層中色域的復(fù)現(xiàn)性方面出現(xiàn)問題。本發(fā)明允許減少陽離子聚合物的使用量，或者減少它們不利的副作用。
比較而言，例如對于制造高亮度經(jīng)消光涂敷的油墨紙，氯化鋁水合物以及多價金屬鹽是優(yōu)異的用于碳酸鈣顏料的表面處理劑，因?yàn)槠渲兄坏脑蚴?，它仍然保持著透明的溶液，同時與碳酸鈣顆粒的接觸表面之間發(fā)生內(nèi)部作用，在碳酸鈣顆粒上形成正電荷，并與所有的油墨染料依照一定的方式相互作用，從而能夠精密地復(fù)現(xiàn)所需的色域。
同樣的，本發(fā)明提供改進(jìn)碳酸鈣顆粒的技術(shù)，以使它們高度適用于噴墨印刷的應(yīng)用。
實(shí)施例以下實(shí)施例用來說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。在下列實(shí)施例中，除非有相反指示，份數(shù)以重量計。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試比較用于噴墨打印紙的涂料制劑，即比較用標(biāo)準(zhǔn)的噴墨制劑施涂的和用本發(fā)明所述的含有表面處理過的顏料的涂料制劑施涂的涂料制劑。
實(shí)施例1作為對照試驗(yàn)，開始的一系列測試是在表面沒有用族II或族III金屬的多價金屬鹽處理過的多個不同種類的顏料上進(jìn)行。
涂料制劑含有100份表1中所示的顏料以及8(份)％(pph)的苯乙烯-丁二烯膠乳(即，每100份顏料)。用線繞棒將涂料施涂到原紙上，所涂敷的涂層重量大約為10克/平方米。
分別用各個顏料制備在實(shí)驗(yàn)室涂敷的消光終涂紙樣品，然后用HP型820Cse噴墨打印機(jī)進(jìn)行打印。打印機(jī)設(shè)置為正常的打印速度。
下表1中表示了各個顏料在印刷密度(黃色(Y)、深紅色(M)、深藍(lán)色(C)和黑色)、油墨干燥和印刷光澤度以及其它性質(zhì)方面所觀察到的效果。
表1

顏料標(biāo)識HG90Hydragloss90是細(xì)粒徑的、高光亮度的涂料高嶺土，由J.M.Huber Corporation出售；CG90Covergloss是粒徑分布較窄的、高光澤度、高光亮度的涂料高嶺土，J.M.Huber Corporation出售；HCHydrocarb 90是細(xì)粒徑涂料級的研磨碳酸鈣(GCC)，由OMYA，Inc.出售；CS40HubercarbCS-40是細(xì)粒徑涂料PCC，由J.M.Huber Corporation生產(chǎn)；CS80HubercarbCS-80是粗粒徑涂料PCC，由J.M.Huber Corporation生產(chǎn)；Nyacol F膠狀硅酸鹽；8044C超細(xì)含水高嶺土，粒徑為99％＜1微米，由J.M.HuberCorporation生產(chǎn)。
性質(zhì)定義″印刷密度″由X射線(X-rite)反射密度計測量。
″復(fù)合油墨密度″由三種顏色密度(C.M.Y.)的總和來確定。
″反向版本(reversed text)″由白色文字在顏色背景中的收縮來確定。
″羽狀″由直線的保真度即沒有產(chǎn)生油墨擴(kuò)散的膺像來確定。
″油墨滲出″由黑色直線在黃色背景中的保真度來確定。油墨滲出是干燥速率的指示。
″光澤度″由測量表面鏡面反射的Hunter光澤計來測定。
″印刷干燥″通過目視固體印刷區(qū)域來確定。
表1中的結(jié)果表明未處理過的礦物顏料的彩色印刷密度較低。如HG90、Covergloss和CS40之類的細(xì)顆粒涂料顏料表現(xiàn)出良好的紙片和印刷光澤效應(yīng)，但是它們的油墨干燥速率比其它的顏料慢得多。當(dāng)印刷的紙片在輸送盤上堆積起來的時候，油墨干燥速率慢會導(dǎo)致粘臟的問題。當(dāng)用快速噴墨打印機(jī)打印印刷品的多個拷貝時，粘臟問題就成為一個較大問題。因此，認(rèn)為HG90、Covergloss和CS40不適合用來制造消光的、經(jīng)終涂敷的噴墨紙。但是，它們對于替代有光澤的噴墨級是很好的顏料選擇。
表1還顯示了未處理過的GCC、Nyacl處理過的噴霧干燥的粘土(DP-8044)和Nyacol處理過的煅燒粘土，所有這些顏料產(chǎn)生干燥速率令人滿意的消光終涂層。未處理的研磨碳酸鈣在顏色上比粘土顏料亮得多。
圖4說明使用細(xì)顆粒和煅燒粘土的各種不同摻混物時，噴墨打印色料密度與油墨干燥速率之間的反比關(guān)系。
細(xì)顏料提供更好的顆粒封裝，在涂層表面上油墨的保持性更好。油墨密度增加，而油墨干燥速率卻下降，這兩者之間總是交替換位。這種關(guān)系也表明達(dá)到最佳的油墨密度和干燥速率的涂敷的最佳化需要涂料孔結(jié)構(gòu)的非常細(xì)致的平衡。
實(shí)施例2進(jìn)行另一系列實(shí)驗(yàn)，來比較使用表面處理過的UFGCC顏料所得到的印刷性能。
表2列舉了用來對四種不同的超細(xì)研磨碳酸鈣(UFGCC)的樣品進(jìn)行表面處理的四種不同類型的陽離子材料，其中測量和報導(dǎo)了噴墨色料密度。這里的數(shù)據(jù)是以使用2重量％的在表面處理介質(zhì)中的陽離子劑進(jìn)行的表面處理為基礎(chǔ)的，其中GCC顆粒分散在表面處理介質(zhì)中。ACH用來處理一種UFGCC樣品，而另外三種樣品用幾種類型多季胺中的一種進(jìn)行處理，這些多季胺是AGEFLOC B50LV，由Ciba Specialty chemical water treatmentLtd.生產(chǎn)；261LV，由Nalco生產(chǎn)；和CP-2。
使用的UFGCC是商品化的產(chǎn)品Hubercarb FG-1，由J.M.HuberCorporation生產(chǎn)。此材料通過將GCC放在5h.p.Cowles溶解器(W-14-2型)中進(jìn)行分散來制備，該溶解器由Design，Inc制造。將樣品放入裝有水的15英寸方形罐中，然后加入UFGCC，UFGCC加入的量應(yīng)足以達(dá)到30％的含固量。然后將該混合物在3000rpm下混合20分鐘。然后向混合物中緩慢加入8％(作為補(bǔ)給)ACH組分，同時繼續(xù)以減慢的速度(～1500rmp)混合?；蛘?，將一種多季胺加入到給定的樣品中。將速度再次提高到3000rmp，材料再混合60分鐘，然后用Niro Spray Dryer噴霧干燥該材料。
用實(shí)施例1中描述的方法制備的各種表面處理過的UFGCC涂料組合物來制備實(shí)驗(yàn)室級涂敷的消光終涂紙樣品，然后用HP型820Cse噴墨打印機(jī)進(jìn)行印刷。噴墨打印機(jī)設(shè)置為正常的打印速度。
表2

當(dāng)比較表1和表2時，注意到，所有經(jīng)陽離子化處理過的顏料比未處理過的顏料顯示出高得多的顏色油墨密度。陽離子材料被認(rèn)為是涂敷過的和未涂敷過的噴墨紙的主要組分。表2還表明，用ACH處理過的UFGCC顯示出的噴墨印刷密度雖然有些低，但是依然是有競爭力和有效的，而它突出的成本優(yōu)勢和電荷效率使其成為用于處理UFGCC涂料顏料的更優(yōu)選的化學(xué)品。
實(shí)施例3
在另一系列的實(shí)驗(yàn)中，通過實(shí)驗(yàn)研究了ACH陽離子材料的用量對印刷色料密度和油墨干燥速率的影響。
以前述實(shí)施例中相似的方法進(jìn)行數(shù)字印刷，彩色印刷的結(jié)果總結(jié)在下表3中。
表3

從表3中結(jié)果可以看出，當(dāng)顏料中ACH的使用量增加時，涂敷的紙中印刷色料密度也成比例增加。除印刷分辨率、油墨羽狀、顏色對顏色相互滲透和油墨干燥速率以外，高印刷色料密度也是噴墨印刷質(zhì)量關(guān)鍵的參數(shù)之一。ACH的用量可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行最優(yōu)化選擇，以得到最好的全面的噴墨印刷質(zhì)量，并且可與其它聚合物組合來降低成本。
實(shí)施例4另外再進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，來檢驗(yàn)各種包括ACH處理過的UFGCC涂料顏料的涂料制劑組合物的制備，然后用不同的這些涂料組合物作用到市場上購得的消光涂敷的噴墨紙上，來進(jìn)行印刷性能的測試。
UFGCC以干燥的、非分散的超細(xì)研磨碳酸鈣(UFGCC)從Georgia的Fairmount購得。此顏料的平均粒徑大約為1.5微米。圖5表示了在此實(shí)施例中所述的ACH-表面處理后，由Malvern粒徑測量儀測得的UFGCC的粒徑分布。
制備此處理過的產(chǎn)品的步驟開始于漿料/水的制造(makedown)。將未處理的UFGCC與水在一個混合槽中、從而用帶罩槳葉(cowl blade)進(jìn)行溫和攪拌下混合，得到30％顏料固體。然后向混合漿料中逐漸加入氯化鋁水合物(50％活性)。繼續(xù)混合，盡管ACH加入到水/顏料漿料中可能會導(dǎo)致少量初始顏料發(fā)生絮凝。但是，這些軟性絮凝物在混合的過程環(huán)中很快就會被打散。
嘗試通過實(shí)驗(yàn)室努力來提高UFGCC/水漿料固體，但是產(chǎn)生凝膠，即發(fā)生了高度的顏料凝結(jié)，并且因?yàn)楦哒扯鹊目焖倮鄯e而使混合操作無法繼續(xù)。這些嘗試也說明高固體的ACH處理過的UFGCC顏料漿料不能僅僅通過向高固體的未處理過的UFGCC/水漿料中加入ACH來得到?；蛘?，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，ACH可以加入到干顏料所加入的液體中去。作為另一個可選的方法，在ACH也被順利加入之前，可首先用陽離子聚合物來分散顏料。陽離子聚合物是表氯醇多胺。也可以使用DADMAC聚合物或其它季胺多胺。
處理過的UFGCC顏料漿料在噴霧干燥機(jī)中干燥，形成干粉。也可以在合適的閃蒸干燥設(shè)備中進(jìn)行閃蒸干燥。
噴墨涂料色料按照以下方法制備。
ACH處理過的UGFCC可以制成60％漿料固體，以制造涂料顏色。為了形成一種噴墨涂料色料，向漿料中加入其它涂料組分，諸如粘合劑、粘度調(diào)節(jié)劑、光學(xué)增亮劑和交聯(lián)劑。當(dāng)設(shè)計涂料色料時，需要特別小心，因?yàn)檎姾深伭先缣幚磉^的UFGCC可被負(fù)電荷組分如粘合劑、不溶粘料和OBA所中和。從一個實(shí)驗(yàn)室操作中，當(dāng)稀釋的ACH溶液與每個涂料組分混合時，觀察到涂料漿如PG290和聚乙烯醇粘合劑是相容的。大部分的苯乙烯丁二烯膠乳是稍微不相容的，但是其它類型的膠乳如乙酸乙烯酯和丙烯酸乙烯酯是不相容的。如AZC之類的交聯(lián)劑與ACH是不相容的，會導(dǎo)致嚴(yán)重的涂料沉淀發(fā)生。不相容的涂料組分不應(yīng)該用在涂料制劑中，因?yàn)闀l(fā)生絮凝，形成顆粒的聚集。有時，可以觀察到粘度的快速上升，導(dǎo)致無法混合。SB膠乳應(yīng)該在上漿之后立即加入，以避免粘度的突然累積。
以下的涂料組合物1、2、3是不同涂料制劑的例子，涂料制劑使用依據(jù)本發(fā)明的表面處理過的顏料，該涂料制劑用來涂敷消光的終涂噴墨紙。
涂料組合物1消光、涂敷的噴墨涂料制劑8％ACH處理過的UFGCC 100份陽離子聚合物(PRP2550) 16.8份ACH303(溶膠～50％ACH固體) 13份交聯(lián)劑(Cartabond TSI) 1-2份烷基乙烯酮二聚物1份(AKD)(Raisofob8105)苯乙烯-丁二烯(SB)6份膠乳(Dow 383NA)聚乙烯醇6份(PVA)(Airvol 205)共～144份注1份＝1干克所用的干燥材料。ACH303是以Summit ACH-303為名供貨的商品。
顏料漿料和以下的組分以它們各自的分散形式使用在涂料組合物1中，具有的固體含量如下顏料漿料60％；陽離子聚合物固體50％；ACH303固體50％；Cartabond TSI固體45％；AKD(陽離子上漿劑)固體50％；SB膠乳固體50％；PVA固體20％。
涂料組合物2消光、涂敷的噴墨涂料制劑8％ACH處理過的UFGCC 100份陽離子聚合物(PRP2550) 16.8份ACH303 19.5份交聯(lián)劑(Cartabond TSI) 1-2份AKD(Raisofob8105) 1份聚乙酸乙烯酯(Airflex7200) 12份PVA(Airvol 205) 4份共～155份注1份＝1千克所用的干燥材料。
顏料漿料和以下的組分以它們各自的分散形式使用在涂料組合物2中，具有的固體含量如下顏料漿料60％；陽離子聚合物固體50％；ACH303固體50％；Cartabond TSI固體45％；AKD固體50％；PVAC(Airflex 7200)固體72％；PVA固體20％。
涂料組合物3消光、涂敷的噴墨涂料制劑8％ACH處理過的UFGCC 100份陽離子聚合物(PRP2550) 16.8份ACH30319.5份交聯(lián)劑(Cartabond TSI) 1-2份AKD(Raisofob8105) 1份聚乙酸乙烯酯(Airflex1082) 15份共～154份注1份＝1千克所用的干燥材料顏料漿料和以下的組分以它們各自的分散形式使用在涂料組合物3中，具有的固體含量如下顏料漿料60％；陽離子聚合物固體50％；ACH303固體50％；Cartabond TSI固體45％；AKD固體50％；PVAC(Airflex 1082)固體50％；PVA固體20％。
對于紙涂敷和終涂，應(yīng)該用高亮度的、內(nèi)部已少許上膠的原紙片來制造消光的終涂敷的噴墨紙。根據(jù)原紙片的平整度，通常建議每一面的涂層重量為每平方米16-20克。越平整的原紙片需要越少的涂料，就能達(dá)到完全被覆蓋，而粗糙的紙片則需要更多的涂料。涂料的顏色可根據(jù)不同種類的涂布機(jī)刮板、噴氣刮刀或輥等來進(jìn)行修整。
對涂敷的紙片輕度砑光可用來提高最終紙片的平整度，但是決不推薦過度的砑光，因?yàn)樗鼤p慢油墨干燥的速度，并且可導(dǎo)致臟粘或色污。
對實(shí)驗(yàn)室涂敷的紙樣品的印刷測試在HP彩色噴墨打印機(jī)型號820Cse和Epson 1270觸針式打印機(jī)上進(jìn)行。打印模式設(shè)置為正常的打印速度、正常的打印質(zhì)量和相片紙。如果施涂的話，用線繞棒將涂料施涂到原紙上，涂敷的涂層重量大約為10克/平方米。
表4顯示了使用二氧化硅顏料的商品化消光的、終涂敷的相片級噴墨紙(C1)的噴墨印刷測試結(jié)果，該紙從供貨商店購得。表4還顯示了使用代表本發(fā)明的ACH處理過的UFGCC涂料顏料的經(jīng)涂敷的紙1(″1″)的結(jié)果，使用在涂敷的紙1中的原紙是普通的復(fù)印紙(即，24磅紙，由WeyerhaeuserCorporation生產(chǎn))，使用的涂料組合物是上述的涂料組合物1。用于進(jìn)行UFGCC表面處理的步驟和涂敷的方案(protocol)與前述實(shí)施例3中所描述的一樣。
在實(shí)施例中的下表中，所列的紙型只表示其未涂敷有這些實(shí)施例中所述的組合物的樣品，而所列的涂料組合物指一種樣品，其中，將所列的涂料組合物施涂到標(biāo)準(zhǔn)復(fù)印紙(在60-80gsm)，該復(fù)印紙在實(shí)驗(yàn)涂料被施涂之前沒有用任何表面處理劑處理過。

表4中的結(jié)果表明，與使用較貴的二氧化硅顏料的涂敷過的商品紙相比，用含有ACH表面處理過的UFGCC的涂料組合物涂敷的消光紙顯示出更有效和更有競爭力的彩色印刷性能，并且以較低的固體含量涂敷。
噴墨印刷機(jī)的設(shè)計可顯著地影響印刷質(zhì)量。印刷機(jī)的差別包括油墨類型、印刷機(jī)速度、成像增強(qiáng)法則(imaging enhancement algorithm)和像點(diǎn)大小。Epson stylus1270打印機(jī)似乎是更快的彩色噴墨打印機(jī)，它的印刷頭在兩個方向上移動?？焖俚拇蛴∷俣仁沟脤τ湍稍锼俾实囊蟾?。
實(shí)施例5在另一系列實(shí)驗(yàn)中，重復(fù)實(shí)施例4中的方案，然后以前述實(shí)施例中相似的方式進(jìn)行數(shù)字印刷，不同的是彩色印刷在商品化的Epson Photo QualityInkjet紙，HP BrightWhite和Epson Premium Bright White紙上進(jìn)行，并且印刷用HP1220C Deskjet打印機(jī)和Epson Stylus Photo1270打印機(jī)進(jìn)行。在單個樣品中，標(biāo)準(zhǔn)復(fù)印紙用涂料組合物1、2、3中的一種進(jìn)行涂敷，用來評價涂料組合物對紙印刷性質(zhì)的影響。彩色印刷結(jié)果總結(jié)在下表5中。
表5

實(shí)施例6在另一系列實(shí)驗(yàn)中，重復(fù)實(shí)施例4中的方案，然后以前述實(shí)施例中相似的方式進(jìn)行數(shù)字印刷，不同的是取代使用的是大約2gsm(克/平方米)的涂層，彩色印刷在作為基底紙的HP Brightwhite Epson Photo Quality Inkjet紙、Epson Premium Bright White紙和未涂敷的不含木槳的原紙(“復(fù)印紙”)上進(jìn)行，并且印刷用HP950C Deskjet打印機(jī)和HP1220C Deskjet打印機(jī)進(jìn)行。彩色印刷結(jié)果總結(jié)在下表6中。
表6

涂料制劑4(組分/份數(shù))8％ACH處理過的UFGCC100TRAMFLOC F864 8季胺Cartabond TSI(50％固體)3Airvol 203(PVA)7.2涂料制劑5(組分/份數(shù))17％ACH處理過的UFGCC 100TRAMFLOC F864季胺 6.8Cartabond TSI(50％固體)1.9Airvol 203 6.1實(shí)施例7在另一系列實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)不同的加料方案來制備三種獨(dú)立的顏料組合物，以研究陽離子聚合物加入的時機(jī)選擇的影響和顏料的表面處理對顏料組合物粘度和觸變性質(zhì)的影響。在此方面，進(jìn)行下列不同的制備步驟。步驟1一般按照圖2中所示的工藝過程方案進(jìn)行，其中，顏料(UFGCC)在與陽離子聚合物(TRAMFLOC 864)混合之前，先用多價金屬鹽(ACH)進(jìn)行表面處理。步驟2一般按照圖3中所示的工藝過程方案進(jìn)行，其中，未處理的顏料在用ACH對顏料進(jìn)行處理之前，先與陽離子聚合物混合。在對比步驟A中，加入ACH和陽離子聚合物，并同時與顏料的漿料混合。在這些步驟中，陽離子聚合物向顏料中加入的速率為55cc/分鐘/500克顏料。對于這些步驟，用8％的ACH按照與前述實(shí)施例4中相同的方法對OFGCC顏料進(jìn)行表面處理。這些組合物中不包括其它組分。表7中顯示了在兩種不同的速度下測得的粘度結(jié)果和％固體值，在此％固體值時，上述不同組合會發(fā)生凝膠，從而使粘度變得可測。
表7

如上述實(shí)施例所闡述的，用于制造氯化鋁水合物處理過的超細(xì)研磨碳酸鈣顏料的方法在實(shí)驗(yàn)上能夠成功地實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明的處理UFGCC的工藝過程是容易做到的，只需要簡單的高剪切混合機(jī)，以及任選供出售的干燥材料干燥用于出售。使用特定的GCC材料，用多價金屬離子對其進(jìn)行處理，并與高固體低粘合劑涂料組合，這對于得到高涂料固體是極其關(guān)鍵的，提高了關(guān)鍵性的印刷性質(zhì)，諸如印刷油墨密度、印刷分辨率和耐水性。表明氯化鋁水合物處理過的UFGCC是一種有效的取代二氧化硅顏料的涂料顏料。該顏料也最大程度地減少了使用二氧化硅所引起的粉塵問題，并且可以避免復(fù)雜的涂料制備過程。ACH處理過的UFGCC也可以提高最終涂料色料的固體含量，使其達(dá)到45重量％或更高，甚至是50重量％或更高；因此，使得其它的涂敷工藝，諸如刮板式涂布機(jī)、噴射涂布機(jī)等可用于生產(chǎn)消光級的紙等。
應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對用來解釋本發(fā)明性質(zhì)的、文中所描述和說明的部分的細(xì)節(jié)、材料和配置進(jìn)行各種修改，而不背離所附權(quán)利要求中所表述的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種適合用在油墨記錄介質(zhì)涂料組合物中的顏料，其包括一種無機(jī)微粒，所述無機(jī)微粒具有通過使無機(jī)微粒的表面與水溶性多價金屬鹽在含水介質(zhì)中接觸而得到的處理過的表面，其中，所述處理過的表面具有陽離子表面電荷，所述鹽是元素周期表中族II或族III金屬的鹽。
2.如權(quán)利要求1所述的顏料，其特征在于，所述無機(jī)微粒選自碳酸鈣、三水合鋁、氫氧化鎂、高嶺土中的單獨(dú)一種或它們的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的顏料，其特征在于，所述無機(jī)微粒包括研磨碳酸鈣(GCC)。
4.如權(quán)利要求1所述的顏料，其特征在于，所述無機(jī)微粒包括沉淀碳酸鈣(PCC)。
5.如權(quán)利要求1所述的顏料，其特征在于，所述無機(jī)微粒包括表面積小于15平方米/克的碳酸鈣顆粒。
6.如權(quán)利要求1所述的顏料，其特征在于，所述水溶性多價鹽包括氯化鋁水合物。
7.如權(quán)利要求1所述的顏料，其特征在于，表面處理過的所述無機(jī)微粒呈干粉狀。
8.一種制造用于油墨記錄介質(zhì)的顏料組合物的方法，其包括i)摻混無機(jī)微粒和水溶性的多價金屬鹽，促使水溶性的多價金屬鹽與無機(jī)微粒的表面相接觸，得到在所述接觸面上具有陽離子表面電荷的表面經(jīng)過處理的無機(jī)微粒，其中，所述鹽是元素周期表中族II或族III金屬的鹽；ii)在水性組合物中將所述表面處理過的無機(jī)微粒與包含季胺化合物的陽離子聚合物相混合。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述摻混包括無機(jī)微粒的含水漿料與水溶性多價金屬鹽相混合。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述摻混包括干摻混無機(jī)微粒和包括水溶性多價鹽的顆粒。
11.一種制造用于油墨記錄介質(zhì)的顏料組合物的方法，其包括a)提供一種第一漿料，所述第一漿料含有分散在含水介質(zhì)中的無機(jī)微粒；b)向第一漿料中以一定量和一定方式加入水溶性的多價金屬鹽，進(jìn)行混合，所述加料的量和方式可有效地產(chǎn)生第二漿料，其中，所述水溶性多價金屬鹽接觸無機(jī)微粒的表面，以得到在其接觸表面上具有陽離子表面電荷的表面處理過的無機(jī)微粒，其中所述鹽是元素周期中族II或族III金屬的鹽；c)將含有表面處理過的無機(jī)微粒的第二漿料與包括季胺化合物的陽離子聚合物在含水介質(zhì)中相混合，得到顏料組合物。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述顏料組合物含有約45重量％至約70重量％的表面處理過的無機(jī)微粒。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述陽離子聚合物包括表氯醇多胺。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述無機(jī)微粒以大約1重量％至約30重量％的量加入到第一漿料中。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述無機(jī)微粒以大約20重量％至約30重量％的量加入到第一漿料中。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述多價金屬鹽以大約1重量％至約30重量％的量加入到第二漿料中。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將所述多價金屬鹽以大約3重量％至約20重量％的量加入到第二漿料中。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其還包括干燥第二漿料，促使形成包括表面處理過的無機(jī)微粒的粉末。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，第一漿料中提供的所述無機(jī)微粒選自研磨天然碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、三水合鋁、高嶺土和氫氧化鎂中的單獨(dú)一種或它們的組合。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，第一漿料中提供的無機(jī)微粒包括碳酸鈣，所述多價金屬鹽包括氯化鋁三水合物。
21.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述無機(jī)微粒包括表面積小于15平方米/克的碳酸鈣顆粒。
22.一種制造用于油墨記錄介質(zhì)的顏料組合物的方法，其包括1)摻混無機(jī)微粒和包括季胺化合物的陽離子聚合物，得到第一漿料；2)使第一漿料與水溶性的多價金屬鹽混合，通過混合促使得到第二漿料，其中，所述水溶性多價金屬鹽接觸無機(jī)微粒的表面，得到在其接觸表面上具有陽離子表面電荷的表面處理過的無機(jī)微粒，其中所述第二漿料含有的鹽是元素周期中族II或族III金屬的鹽，所述第二漿料含有至少約45重量％所述的表面處理過的無機(jī)微粒。
23.一種用于噴墨記錄介質(zhì)的水性涂料組合物，其包括無機(jī)微粒和粘合劑的水性懸浮液，其中，所述表面處理過的無機(jī)微粒通過在無機(jī)微粒引入到懸浮液中前，無機(jī)微粒表面與水溶性的多價金屬鹽之間在含水介質(zhì)中發(fā)生接觸來制得，所述處理過的表面具有陽離子表面電荷，所述鹽是元素周期表中族II或族III金屬的鹽，所述粘合劑包括選自陰離子粘合劑或非離子粘合劑的材料。
24.如權(quán)利要求23所述的涂料組合物，其特征在于，所述無機(jī)微粒包括碳酸鈣，所述多價金屬鹽包括氯化鋁水合物，所述粘合劑選自苯乙烯-丁二烯橡膠、淀粉漿、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸聚合物、或聚乙烯醇中的單獨(dú)一種或它們的組合。
25.如權(quán)利要求23所示的涂料組合物，其特征在于，所述無機(jī)微粒包括表面積小于15平方米/克的碳酸鈣顆粒，所述多價金屬鹽包括氯化鋁水合物，所述粘合劑選自苯乙烯-丁二烯橡膠、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸聚合物、聚乙烯醇中的單獨(dú)一種或它們的組合。
26.如權(quán)利要求23所述的涂料組合物，其特征在于，以固體為基準(zhǔn)計，所述涂料組合物含有約45重量％至約70重量％的表面處理過的無機(jī)微粒。
27.如權(quán)利要求23所述的涂料組合物，其特征在于，所述粘合劑包括陰離子粘合劑和包括季胺化合物的陽離子聚合物，以固體為基準(zhǔn)，所述陰離子在組合物中的量為約5重量％至約12重量％，所述陽離子聚合物的量為約5重量％至15重量％。
28.如權(quán)利要求23所述的涂料組合物，其可通過刮板式涂布機(jī)、棒式涂布機(jī)、薄膜涂布機(jī)、計量涂膠壓機(jī)、噴涂機(jī)、氣刀涂布機(jī)或其它高固體涂布設(shè)備來施涂。
29.一種油墨記錄介質(zhì)，所述油墨記錄介質(zhì)的至少一面上涂敷有如權(quán)利要求23所述的涂料組合物。
30.如權(quán)利要求29所述的油墨記錄介質(zhì)，其特征在于，所述記錄介質(zhì)片包括噴墨紙。
31.如權(quán)利要求29所述的油墨記錄介質(zhì)，其特征在于，所述記錄介質(zhì)包括消光終涂噴墨紙。
全文摘要
適合用在涂料組合物中的顏料，該涂料組合物用于噴墨記錄介質(zhì)。無機(jī)微粒的表面與水溶性多價金屬鹽在含水介質(zhì)中相互作用。處理過的顆粒表面具有大量的賦予它們的陽離子表面電荷。所述鹽是元素周期表中族II或族III金屬的鹽。用含有上述顏料的涂料組合物處理過的噴墨記錄介質(zhì)提供高密度、快速干燥、以及耐水性合適的非羽狀油墨影像，同時該涂料組合物還具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，并且與基于二氧化硅顏料的涂料相比，改進(jìn)了較高顏料含量下的流變性。
文檔編號B41M5/00GK1826394SQ200480021229
公開日2006年8月30日 申請日期2004年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者C·－Y·陳, R·L·吉登斯, R·D·卡特 申請人:J·M·休伯有限公司