专利名称：多层涂布产品及其帘式涂布方法
技术领域：
本发明涉及适用于表面印刷的涂布产品，该产品至少包含两个不同涂层，这些涂层赋予所述的涂布产品非常明显的特性，即良好的机械特性和良好的油墨吸收性。本发明也涉及一个用于制造适用于表面印刷的涂布产品的湿压湿(wet-on-wet)单道(one pass)多层帘式涂布方法。本发明也涉及上述定义的适用于表面印刷的涂布产品的用途。
背景技术：
在印刷用纸的制造过程中，应用有颜色的涂布组分制造方法，例如，刮刀式、棒式、气刀式或者反转辊式等涂布方法的速度通常在200m/min以上，甚至高于1000m/min。然而，上述涂布方法(除了气刀式涂布方法外)并不与原始底层的轮廓相吻合，这意味着任何不规则的底层表面将导致不均匀的涂布厚度，从而导致在印刷过程中产生不规则的涂布结果。帘式涂布方法是摄影领域中所熟知的应用于一个或者多个液体层在移动支持体的表面的涂布方法。帘式涂布方法是基于从位于所涂布的表面上的涂布头自由流涂到该表面上的。涂布头定义为采用涂布流的特性，以便在机械的直向运动和横向运动的过程中尽可能地获得比较一致的涂层高度。在摄影工业中，多层摄影感光乳剂在底层上的应用或者滑动涂布技术都已被广泛应用。目前，帘式涂布方法仍在发展中，并应用于造纸业。国际专利申请WO 2004/063464A中披露了一种制造具有彩虹色外观的纸片的方法，该纸片包括由彩虹色颜料混合中空塑料微球体形成的层。国际专利申请WO 02/084029A2披露了另一种制造特别适合于印刷、包装和标签目的的多层涂布纸和涂布纸板的方法。在该方法中，将至少两个选自含水乳液或含水悬浮液的帘幕层形成复合的自由降落的帘幕，用该复合帘幕涂布连续的基纸或基板卷。
申请人发现，这些涂层底层的一个缺点是当要保持良好印刷特性时，它们就不能同时产生高光学特性，而这是低成本要求。人们迫切需要适用于表面印刷的涂布产品，该产品既能产生诸如有光泽的外观和/或彩虹色的外观、不光滑的外观、有颜色的外观等的高光学特性，又能同时具备诸如涂布到底层的良好粘附性等的良好机械特性，并且也是成本低廉的。特别地，需要适用于表面印刷的涂布基底，其在保持良好印刷特性的同时，能产生双重光学效果。
因此，本发明的目的是提供一种适用于表面印刷的涂布产品，该产品包含至少两个不同的涂层，这些涂层赋予所述产品高光学特性，同时具备良好的机械特性和油墨吸收特性。
申请人已经证实如果具有至少两个分开的具有不同特性的涂布层的涂布产品是采用对于底层的湿压湿单道帘式涂布方法来制造，该适用于印刷的涂布产品将具有高的双重光学特性，例如高光泽和高彩虹色效果的结合，并可以低成本来制造。
发明内容
本发明涉及适用于表面印刷的涂布产品，其包括一个底层和至少两个不同的具有不同特性的涂层，一个涂层靠近底层，称为低涂层(low-coat layer)，所述的低涂层可以用于油墨吸收(印刷干燥时间)以及其他印刷要求(例如印刷的光密度)，另一个不同的涂层远离底层，称为顶涂层(top-coat layer)，所述的顶涂层用于产生产品表面的光学特性。
因此，本发明提供了一种适用于表面印刷的涂布产品，包括底层和至少两种不同的具有不同特性的涂层，其特征在于，该产品包括一个靠近底层的涂层，优选是有颜色的涂层，具备印刷特性和可能的光学特性，以及另一个远离底层的涂层，赋予光学效果特性，这两个涂层的涂布干重都是在0.1至12g/m2的范围内。
本发明所述的涂布产品具有良好的表面质量(均匀涂覆)、吸收性、多孔性、对底层的粘附性，以及特别的光学特性，例如光泽、金属效果和根据颜料布置不同而产生的彩虹色。
根据本发明所述的涂布产品包括一个靠近底层的涂层，该涂层赋予所述产品印刷特性，并使该涂层与底层粘附在一起，具有良好的表面湿润特性。
特别地，所述的靠近底层的涂层(优选是有颜色的)称为低涂层，能用于将涂料粘附于底层，也能用于吸收油墨(影响印刷干燥时间)，以及其它印刷要求，如印刷的光密度等。
根据本发明的一个特殊实施例，所述的靠近底层的涂层(称为低涂层)可进一步具有光学特性，例如有光泽等。
根据本发明，所述的涂布产品包括一个远离底层的涂层，称为顶涂层，赋予所述产品表面的特殊光学性能，例如有光泽的外观、彩虹色效果和/或金属效果。
特别地，本发明所述的低涂层是由涂布颜料和粘合剂组成的涂布组分，其涂布干重范围是0.1至12g/m2。优选地，所述有颜色的低涂层中的颜料是选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、二氧化钛、硅土、氧化铝、水软石氧化铝、硫酸钡、氧化锌、石膏，以及它们的混合物。
优选地，所述涂布产品的顶涂层包括光学颜料，这些光学颜料选自带有光泽特性的塑料颜料与光干涉变色颜料，例如金属效果颜料或者彩虹色效果的颜料等。
所谓“光干涉变色颜料(optical variable pigments)”，根据本发明的内容可以被认为是包括那些能表明不同可视效果的颜料，这些可视效果取决于观察的角度，特别地，这些颜料的已知的变化，包括反射、淡色或者阴影等，均取决于观察的角度。作为光干涉变色颜料，这些颜料可产生以下效果金属的、彩虹色的、闪烁的、发亮的或者多色的外观。
所述的顶涂层还可包括其他颜料，例如可改进其特性的无定形硅土或者碳酸钙，所改进的特性例如印刷质量、油墨吸收性或者其他的光学特性。通常，这些颜料的使用量少。
优选地，所述的光学颜料选自带有光泽特性的塑料颜料、金属颜料或者彩虹色效果的颜料，所述光学颜料的含量以干重计算，为全部顶涂层的涂层干重的50-98％。更优选地，所述光学颜料的含量以干重计算，为顶涂层的涂层干重的70％至90％。
根据本发明，所述的涂布产品的不同涂层中可以包括粘合剂。优选地，所述的粘合剂选自苯乙烯共聚物，例如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-丙烯酸酯、苯乙烯-马来酸酐、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、淀粉、蛋白质、多乙酸乙烯酯、聚亚安酯、聚酯或者丙烯酸，以及它们的混合物。
根据本发明，所述的低涂层与顶涂层分别具有0.1-12g/m2的涂布干重。优选地，所述的顶涂层具有0.1-5g/m2的干重，更优选的是0.1-2.5g/m2的干重。优选地，所述的低涂层具有0.1-7g/m2的干重，更优选的是0.1-3g/m2的干重。
优选地，本发明所述的涂布产品可以是一种具有高光泽的涂布产品，所述的顶涂层包含带有光泽特性的塑料颜料，赋予所述产品高光泽的外观。因此，所述的适用于表面印刷的涂布产品包括一个底层和至少两个不同的分别具有不同特性的涂层，即包括一个靠近底层的有颜色的低涂层，具有如前所述的印刷特性，以及一个包含塑料颜料的顶涂层，赋予所述产品高光泽的外观，所述的低涂层和顶涂层均具有0.1至12g/m2范围的涂布干重。根据本发明的一个优选合成例，所述的带有光泽特性的塑料颜料是中空塑料微球体，它们尤其是基于苯乙烯-丙烯酸聚合物。根据本发明的一个特殊实施例，所述微球体的平均直径是在0.2μm至1.3μm之间。
更优选地，所述的包含中空塑料微球体的顶涂层可给所述涂布产品提供高光泽的外观，其顶涂层的涂布干重返为是0.1至5g/m2。
优选地，所述的用于表面印刷的涂布产品包括一个底层和至少两个分别具有不同特性的涂层，即包括一个靠近底层的涂层(称为低涂层)，优选是有颜色的涂层，赋予产品印刷特性，以及一个远离底层的涂层(称为顶涂层)，包含光干涉变色颜料，赋予所述产品表面特殊的光学效果特性，所述的低涂层和顶涂层具有0.1至12g/m2范围的涂布干重。
更优选地，所述光干涉变色颜料是彩虹色效果的颜料。所述的颜料是根据光衍射原理产生彩虹色效果，导致色调改变的光反射取决于观察角度，将白光分离为覆盖整个彩虹光谱的颜色。因此，所述的涂布产品是一种适用于表面印刷的高彩虹色产品，其中，顶涂层包含彩虹色颜料，单独地给所述产品提供一个高彩虹色的外观。
更优选地，所述的包含彩虹色颜料的顶涂层给所述产品提供一个高彩虹色外观，该顶涂层的涂布干重范围是0.1至5g/m2。
在经常使用的彩虹色物质中，尤其可由以下物质制成珍珠层提取物、涂布的氧化钛云母颜料，和干涉的多层塑料颜料。
更优选地，根据本发明所述的涂布产品可以是一种适用于表面印刷的具有高光泽的彩虹色涂布产品，其中，所述的低涂层还包含带有光泽特性的塑料颜料，以及含有彩虹色颜料的顶涂层。
根据本发明所述的一个特殊实施例，所述的涂布产品包括一个有颜色的低涂层，其具有印刷特性，例如油墨吸收性(印刷干燥时间)，该低涂层靠近底层，所述的有颜色的低涂层还包含具有光学特性的中空塑料微球体；以及一个顶涂层，其包含具有特殊光学效果特性的彩虹色颜料；所述的低涂层和顶涂层均具有0.1至12g/m2范围的涂布干重。在本特殊实施例中，所述的低涂层和顶涂层所具有的涂布干重优选为0.1至3g/m2的范围，更优选为0.1至2g/m2的范围。
根据本发明所述的这个特殊实施例，当所述涂布产品的低涂层包含带有光泽特性的塑料颜料时，改善了最终涂布产品的彩虹色效果，而不会改变所述产品的可印刷性。
一旦被涂布后，所述的涂布产品，尤其是为了开发所述塑料颜料的光泽的光学特性，可再放入砑光机中进行砑光，该砑光机包含钢辊、橡胶辊或者棉质辊，以及这些辊的混合体。在一系列多夹上施加压力。可选地，所述的砑光机的辊都是可加热的。
特别地，所述的涂布产品的顶涂层包含带有光泽特性的塑料颜料，根据ISO2813标准在75度下计算，在砑光后呈现的光泽值大于或者等于90。
根据本发明的一个优选方面，所述基底层可以是任何纤维性材料，如从纤维素(天然)纤维和/或合成纤维制备的材料。在目前优选的形式中，本发明的这个方面是实施于基于片状的纸。然而，本发明也可以应用于其它材料构成的底层，例如以特定聚烯烃制成的塑料。这些都包括在所谓“合成纸”中，例如，制造的塑料片材(例如聚乙烯)，其模仿天然纤维素纸，具有类似于天然纤维素纸的可印刷性、硬度、处理性以及其他特性；以及一类特别制造的可印刷的聚乙烯片材，用于图形领域和相关包装和文具用品。可用的合成纸，如英国Arjobex有限公司的“Polyart”商标的产品。前述所指的可印刷的聚乙烯片材，如法国PRIPLAK公司的“Priplak”商标的产品。这些产品是透明的、半透明的或者不透明的，具有多种表面质地。
多层帘幕是在连续的基底层上的涂布，所述基底层是未涂布的或者预涂布的。基底层的每平方米重量是直接取决于最终使用的产品的应用。通常，对于所用的底层的(每平方米)克重是没有限制的，同时，用于本说明书的术语“纸(paper)”应当理解为包含更重的重量的纸，这类纸通常也指“纸板(boards)”。然而，在涂布之前的所述底层的克重优选是在45至300g/m2之间。
根据本发明的一个特殊实施例，所述的基底层可以是以一种或者几种常用的有颜色的预涂料在它的至少一个表面上进行预涂布。优选地，所述有颜色的预涂料的沉淀是通过常用的涂布方法，例如刮刀式、棒式、气刀式或者反转辊式的涂布方法，或者通过帘式涂布方法。可选地，所述预涂布的基层可以进行砑光，以改善所应用的涂布物上的表面光滑度。
根据本发明的一个特殊实施例，所述基底层是一种基纸，其中，在涂布前的所述纸底层的克重是等于或者小于150g/m2，优选的克重是等于或者小于80g/m2。
在一个优选例子中，所述基底层是一种预涂布纸，其中，所述纸底层是以包含颜料和粘合剂的涂布组合物来进行两面涂布的，表面的预涂布量是等于或者小于40g/m2的干重，优选是等于或者小于20g/m2。在想得到的最终高光泽产品的情况下，预涂布的纸基优选是进行砑光的。特别地，预涂层的粘合剂可选自苯乙烯共聚物，例如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-丙烯酸酯、苯乙烯-马来酸酐、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、淀粉、蛋白质、多乙酸乙烯酯、聚亚安酯、聚酯或者丙烯酸，以及它们的混合物。优选地，预涂层的颜料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、二氧化钛、硅土、氧化铝、水软石氧化铝、硫酸钡、氧化锌、石膏，以及它们的混合物。
因此，本发明提供了一种适用于表面印刷的涂布纸(卷纸或片纸)，尤其是一种高光泽的纸和/或一种高彩虹色外观的纸。特别地，本发明也提供了一种具有结合了高光泽和高彩虹色外观的纸。
本发明的另一个目的是提供一种制造如上所述的适用于表面印刷的涂布产品的多层帘式涂布方法。
因此，在这里描述的是一种用于制造适用于表面印刷的涂布产品的多层帘式涂布方法，其中，至少两个不同的具有不同特性的涂层是通过一个单道湿压湿帘式涂布方法来同步涂布的。
根据第一个方面，本发明提供了一种用于制造适用于表面印刷的涂布产品的多层帘式涂布方法，所述涂布产品包括一个底层和至少两个不同的具有不同特性的涂层，所述涂布是以单道方式同时应用在被涂布的底层上的。
更具体地说，这是一个制造适用于表面印刷的涂布产品的工艺，该涂布产品具有光学特性，包括至少两个不同的具有不同特性的涂层在湿压湿单道中的同步帘式涂布一个靠近底层的涂层(称为低涂层)，优选是有颜色的，具有印刷特性和可能的光学特性；以及一个不同的远离底层的涂层(称为顶涂层)，包含赋予光学效果特性的光学颜料；其中，对于所述的每个特殊涂层，所述的底层被涂布的干重范围是0.1至12g/m2。
本申请人已惊喜地发现以帘式涂布机应用单道湿压湿涂布方法得到的具有不同特性的至少两个分离涂层的涂布产品，与配方相同但工艺不同的涂布产品相比，在增强光学特性、涂层与底层间的良好粘附性、原材料、工艺成本等方面均显示出明显的优势；作为对比的产品是采用在两个分离道的帘式涂布方法或者其他涂布方法，或者以单层结合两种所需的不同特性的工艺。
确实，用滑动式或者狭槽式帘式涂布头，同步地以湿压湿单道工艺来涂布具有不同特性的至少两个分离涂层，可使涂布产品适合于印刷并具有高光学特性，例如光泽和/或彩虹色外观、不光滑外观、色彩、低干重和低成本。
特别的，所述的低涂层可以满足吸收油墨(打印干燥时间)以及其他印刷需求，例如印刷的光密度，而所述的顶涂层可以增强光学特性，例如光泽、色彩、无光泽的、光学效果，例如彩虹色的、金属色的光学效果。
确实，根据本发明所述的低涂层提供了所述产品的印刷特性，并提供了涂层与底层间的粘附性。
根据本发明所述的帘式涂布方法的一个特殊实施例，所述顶涂层包含带有光泽特性的塑料颜料(例如中空塑料微球体)和单独地向涂布产品提供有光泽的外观。这可以通过以帘式涂布机在单道中同步地涂布两个具有不同特性的涂层来获得，与以结合的“特性”层在单道中涂布的产品相比，本法所获得的产品具有明显的优势。在一个特殊实施例中，所述低涂层可用于吸收油墨(印刷干燥时间)，而所述顶涂层可用于产生有光泽的外观。
根据本发明所述的帘式涂布方法的另一个实施例，所述的顶涂层包含彩虹色效果的颜料，并单独地对涂布产品提供高彩虹色的外观。
另外，也已惊喜地发现当所述包含带有光泽特性的塑料颜料的低涂层，和包含光干涉变色颜料的顶涂层，都通过一种湿压湿单道帘式涂布方法同步地应用在一个移动底层上时，各涂层均具有低的涂布干重，也确实改善了产品表面的光学效果特性，且不会影响产品的可印刷性。这里的术语“改善的(improved)”应理解为是指通过所述的特殊涂层在产品表面产生了高的光学效果。确实，根据本发明所述的多层湿压湿单道帘式涂布方法的一个特殊实施例，提供了一种适于表面印刷的具有特别高光泽的彩虹色外观的涂布产品，其中，所述低涂层(优选是有颜色的并具有印刷特性)还包括具有光泽特性的塑料颜料，而所述顶涂层包含彩虹色效果的颜料，用于产生彩虹色光学效果。
根据本发明所述的这个特殊实施例，所述的湿压湿单道帘式涂布方法给涂布产品提供了两个高价值的需求，即高光泽和彩虹色表面效果。
根据本发明所述方法的一个特殊实施例，所述低涂层和顶涂层均具有0.1至5g/m2范围的涂布干重。根据另一个特殊实施例，所述顶涂层优选的涂布干重范围是0.1至2.5g/m2，而低涂层优选的涂布干重范围是0.1至5g/m2。根据本发明所述方法的另一个特殊实施例，所述顶涂层与低涂层的更优选的涂布干重范围是0.1至2g/m2。
根据本发明的一个实施例，所述的方法还包括一个涂布产品的涂层的干燥步骤，因此获得的涂布产品可以被砑光。根据本发明所述的一个产生光泽的方法的特殊实施例，所述的涂布产品是通过多夹来砑光的，砑光机包含钢辊或者橡胶辊或者棉质辊，或者这些辊的混合体。
根据本发明，所述的涂布产品还可包括一个或者多个位于低涂层之下的涂层，所述涂层可具有特殊性能，例如底层的湿润性、底层的粘附性、油墨吸收性或者光泽增强性，或者常见特性，例如印刷性能或者色彩。
本发明也提供了一种根据所述方法获得的适用于表面印刷的涂布产品(卷或者片)，尤其是一种高光泽和/或彩虹色的产品。
本发明也涉及上述定义的涂布产品的用途，用于涂布从纤维素和/或合成纤维制造的纸，以及用于涂布纸板或者塑料制品(片或者卷)，并使其可印刷。
本发明将通过以下非限制性的实施例来得以更明确的理解。
1.具有印刷和光泽“功能性”的涂布组分的实施例表3中概述了均一涂布于纸底层的涂布样品的实施例，表4中概述了印刷和光泽“功能性”的实施例。
涂布组分具有两种不同功能性(印刷性能与光学性能)的涂布组分被涂布在纸基上，以一种单道湿压湿帘式涂布方法进行涂布，如下面的实施例1至实施例6所述。
对比混合物(Comparative Mix)是一种对比涂布组分(Mix 1)，该组分包含两种功能性，并作为一个单层被涂布在纸基上。
低涂层(Mix 2)与顶涂层(Mix 3)都是根据本发明所述的涂布组分，这些组分分别具有印刷性能和光泽性能。
对比混合物(Mix 1)将碳酸钙颜料(82.3kg)分散在水中(34.1kg)。接着将无定性硅土(0.79kg)分散在该混合物中0.5小时。然后将塑料颜料(33.1kg)加入混合物中，搅拌0.25小时。之后，聚乙烯醇(粘合剂)(3.4kg)加入混合物中，搅拌10分钟。再加入乳胶粘合剂(15.3kg)。接着将流变改性剂(0.5kg)加入混合物中，搅拌0.5小时。最后加入烷基乙炔二醇表面活性剂(510g)，搅拌混合物0.5小时。
低涂层(Mix 2)将碳酸钙颜料(64.2kg)分散在水中(35.1kg)。接着将无定性硅土(1.16kg)分散在该混合物中0.5小时。然后加入乳胶粘合剂(16.9kg)。再加入聚乙烯醇粘合剂(2.34kg)，搅拌混合物10分钟。接着将流变改性剂(0.34kg)加入混合物中，再搅拌10分钟。然后加入烷基乙炔二醇表面活性剂(240g)，搅拌混合物0.5小时。
顶涂层(Mix 3)将塑料颜料(102kg)加入水(5.4kg)中，搅动混合物0.25小时。接着加入乳胶粘合剂(12.6kg)，搅拌混合物0.25小时。然后加入烷基乙炔二醇表面活性剂(300g)，搅拌混合物0.25小时。
表1.混合物参数
纸基(用于实施例1至6)所述纸基是由原始纸基形成的预涂布的150g/m2的纸底层，该纸基是双面涂布和砑光的(钢或者钢夹)。所述的预涂布组分包括75份碳酸钙，15份粘土和10份乳胶粘合剂，在14g/m2下涂布。有关物理数据记录在下面的表2种。
表2
对比实施例1(现有技术)实施例1是制备对比混合物(Mix 1)的例子，其中，印刷和光泽“功能性”都表现在单一层中。
Mix 1(对比混合物)是以600m/min的卷速帘式涂布在纸基上，其涂布干重达到8g/m2。由此获得一个均一涂布样品。
本发明所述涂布样品将概述于实施例2至实施例6中。
实施例2将Mix 2(低涂层)在230l/h流速下(涂布干重为7g/m2)涂布在纸基上得到一种稳定的帘幕。将Mix 3(顶涂层)在50l/h流速下(涂布干重为1.1g/m2)涂布在纸基上得到另一种帘幕。从这两种混合物结合的帘幕(流速为280l/h)是稳定的。在所述底层上获得了一种均一涂布样品。
实施例3将Mix 2(低涂层)在230l/h流速下(涂布干重为7g/m2)涂布在纸基上得到一种稳定的帘幕。将Mix 3(顶涂层)在100l/h流速下(涂布干重为2.2g/m2)涂布在纸基上得到另一种帘幕。从这两种混合物结合的帘幕(流速为330l/h)是稳定的。在所述底层上获得了一种均一涂布样品。
实施例4将Mix 2(低涂层)在230l/h流速下(涂布干重为7g/m2)涂布在纸基上得到一种稳定的帘幕。将Mix 3(顶涂层)在150l/h流速下(涂布干重为3.3g/m2)涂布在纸基上得到另一种帘幕。从这两种混合物结合的帘幕(流速为380l/h)是稳定的。在所述底层上获得了一种均一涂布样品。
实施例5将Mix 2(低涂层)在230l/h流速下(涂布干重为7g/m2)涂布在纸基上得到一种稳定的帘幕。将Mix 3(顶涂层)在200l/h流速下(涂布干重为4.3g/m2)涂布在纸基上得到另一种帘幕。从这两种混合物结合的帘幕(流速为430l/h)是稳定的。在所述底层上获得了一种均一涂布样品。
实施例6将Mix 2(低涂层)在230l/h流速下(涂布干重为7g/m2)涂布在纸基上得到一种稳定的帘幕。将Mix 3(顶涂层)在250l/h流速下(涂布干重为5.4g/m2)涂布在纸基上得到另一种帘幕。从这两种混合物结合的帘幕(流速为480l/h)是稳定的。在所述底层上获得了一种均一涂布样品。
实施例1至6的有关数据以及它们的均一涂布样品总结在表3中，其中，所提及的关于低涂层和顶涂层的涂布干重表示为“低+顶涂布干重”。
表3.涂布评价
介质的物理特性在实施例1至4中的样品在1200pli(磅/线英寸，pounds per linear inch)及45℃，50m/min的条件下进行砑光以增加外观的光泽。如表4所示，2-层1-道涂布产品具有比1-层1-道产品更高的光泽。由于含有较大比例的塑料颜料，随着顶涂层的涂布干重的增加，光泽度的值也增加。与1-层1-道涂层(对比实施例1)相比，2-层1-道涂层(实施例2至实施例4)与底层的粘附性也有显著改善。
表4.光泽数据
因此，可以清楚地看到将涂层分离为不同功能性的涂层的优点是增强了涂布产品的光泽外观。从所有实施例中得到的样品的印刷性能也是比对比混合物(对比实施例1)更优质。
显微镜分析本发明在下面给出了实施例2的显微镜横截面(
图1)、实施例3的显微镜横截面(图2)与实施例4的显微镜横截面(图3)。
如图1、图2和图3所示，用于增强光泽的中空球体在砑光过程后，在涂层顶部是清晰可见的。
II.用于获得具有印刷特性与带光泽的彩虹色外观特性的涂布产品的涂布组分的实施例表7中概述了均一涂布于纸基的涂布样品的实施例，表8中概述了印刷和带光泽的彩虹色外观的“功能性”的实施例。
涂布组分具有不同特性(印刷、光泽和彩虹色的性能)的涂布组分被涂布在纸基上，以一种单道湿压湿帘式涂布方法进行涂布，如下面的实施例所述。
对比混合物(Mix 4)是一种对比涂布组分，其包含所有功能性，并作为一个单层被涂布在纸基上。
低涂层(Mix 5)与顶涂层(Mix 6或者Mix 7)都是根据本发明所述的涂布组分，这些组分分别具有印刷性能、光泽性能和彩虹色性能。
对比混合物(Mix 4)将无定性硅土(4.08kg)分散在水中(61.63kg)中0.5小时。接着加入塑料颜料(55.44kg)并搅拌。然后将彩虹色颜料(12.58kg)加入混合物中。再加入聚乙烯醇(粘合剂)(66kg，12％溶液)。然后加入烷基乙炔二醇表面活性剂(0.264kg)，搅拌混合物0.5小时。
将碳酸钙颜料(82.3kg)分散在，搅拌0.25小时。之后，加入混合物中，搅拌10分钟。再加入乳胶粘合剂(15.3kg)。接着将流变改性剂(0.5kg)加入混合物中，搅拌0.5小时。
低涂层(Mix 5)将无定性硅土(4.1kg)分散在水中(64.4kg)中0.5小时。之后，加入塑料颜料(91.4kg，35％固体)。然后加入聚乙烯醇(粘合剂)(40kg，10％固体)。搅拌混合物0.5小时。再加入烷基乙炔二醇表面活性剂(0.20％)。接着搅拌混合物0.5小时。
顶涂层(Mix 6)将无定性硅土(0.83kg)分散在水中(155.2kg)中0.5小时。接着加入彩虹色颜料(155.2kg)。然后加入聚乙烯醇(粘合剂)(32kg，10％溶液)，搅拌混合物0.5小时。再加入烷基乙炔二醇表面活性剂(0.25％)，搅拌混合物0.5小时。
顶涂层(Mix 7)将无定性硅土(0.153kg)分散在水中(89.75kg)中0.5小时。接着加入彩虹色颜料(12.60kg)。然后加入聚乙烯醇(粘合剂)(22.5kg，10％溶液)，搅拌混合物0.5小时。再加入烷基乙炔二醇表面活性剂(0.25％)，搅拌混合物0.5小时。
表5.混合物参数
纸基(用于实施例7至21)所述纸基是由原始纸基形成的预涂布的150g/m2的纸底层，该纸基是双面涂布和砑光的(钢或者钢夹)。所述的预涂布组分包括75份碳酸钙，15份粘土和10份乳胶粘合剂，在14g/m2下涂布。有关物理数据记录在下面的表2种。
表6
对比实施例7(现有技术)实施例7是制备对比混合物(Mix 4)的例子，其中，印刷、光泽和彩虹色“功能性”都合并在一层中。
Mix 4(对比混合物)是以600m/min的卷速帘式涂布在纸基上，其涂布干重达到5.0g/m2。由此获得一个均一的涂布样品。
在实施例8至10，不同涂层是同步涂布的(2层在1道)，其中，低涂层(Mix 5)的涂布干重为2g/m2，而顶涂层(Mix 6)的涂布干重是变化的。
实施例8(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在120l/h流速下(涂布干重为0.5g/m2)涂布Mix 6得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为300l/h)是稳定的。在所述底层上获得了一种均一涂布样品。
实施例9(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。接着在200l/h流速下(涂布干重为0.8g/m2)涂布Mix6得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为380l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
实施例10(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在250l/h流速下(涂布干重为1.2g/m2)涂布Mix 6得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为430l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
在以下的对比实施例11至16，不同涂层是分别涂布的(2层在2道)，其中，低涂层(Mix 5)先涂布到纸基上，再在分开的第二道中涂布顶涂层。
实施例11(对比实施例)首先将Mix 5作为低涂层在一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，并干燥。然后将Mix 6作为顶涂层在另一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，涂布干重为0.5g/m2。在260l/h流速下形成稳定的帘幕。这相当于约1.1g/m2的涂布干重。该涂布样品是非常差的和不均一的。
实施例12(对比实施例)首先将Mix 5作为低涂层在一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，并干燥。然后将Mix 6作为顶涂层在另一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上。在增加的流速400l/m下形成更加稳定的帘幕。这相当于1.68g/m2的涂布干重。该涂布样品仍是差的和不均一的。
实施例13(对比实施例)首先将Mix5作为低涂层在一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，并干燥。然后将包含0.5％藻酸钠的Mix 6作为顶涂层在另一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，涂布干重为0.5g/m2。在减少的流速140l/m下形成一个稳定的帘幕。这相当于0.6g/m2的涂布干重。然而，该涂布样品仍是差的，在底层上带有“遗漏(skip)”的迹象。
实施例14(对比实施例)首先将Mix5作为低涂层在一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，并干燥。然后将包含0.25％流变改性剂的Mix 6作为顶涂层在另一个道中以帘式涂布方法在200l/h流速下涂布在纸基上。这相当于0.8g/m2的涂布干重。由此形成Mix6的稳定帘幕。然而，该涂布样品是差的，在底层上带有“遗漏(skip)”的迹象。
实施例15(对比实施例)首先将Mix 5作为低涂层在一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，并干燥。然后将包含0.25％流变改性剂的Mix 6作为顶涂层在另一个道中以帘式涂布方法在300l/h流速下涂布在纸基上。这相当于1.2g/m2的涂布干重。由此形成Mix 6的稳定帘幕。然而，该涂布样品是差的，在底层上带有“遗漏(skip)”的迹象。
实施例16(对比实施例)首先将Mix 5作为低涂层在一个道中以帘式涂布方法涂布在纸基上，并干燥。然后将包含0.25％流变改性剂的Mix 6作为顶涂层在另一个道中以帘式涂布方法在400l/h流速下涂布在纸基上。这相当于1.6g/m2的涂布干重。由此形成Mix 6的稳定帘幕。然而，该涂布样品是差的，在底层上带有“遗漏(skip)”的迹象。
在以下的实施例17至21，不同涂层是同步涂布的(2层在1道)，其中，低涂层Mix 5)的涂布干重为2g/m2，而顶涂层(Mix 7)的涂布干重是变化的。
实施例17(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在50l/h流速下(涂布干重为约0.35g/m2)涂布Mix 7得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为230l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
实施例18(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在100l/h流速下(涂布干重为约0.69g/m2)涂布Mix 7得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为280l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
实施例19(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在150l/h流速下(涂布干重为约1.04g/m2)涂布Mix7得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为330l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
实施例20(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在200l/h流速下(涂布干重为约1.38g/m2)涂布Mix7得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为380l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
实施例21(本发明)将Mix 5在180l/h流速下(涂布干重为2.0g/m2)涂布在纸基上得到稳定的帘幕。在300l/h流速下(涂布干重为约2.07g/m2)涂布Mix 7得到帘幕。由这两种混合物结合的帘幕(流速为480l/h)是稳定的。由此获得了一种均一涂布样品。
在涂布试验中应用真空箱(在捕获盘下)以助于在帘幕的涂布过程中将空气夹带效应最小化。
表7.涂布评价
应用一个具有印刷和光泽特性涂层(作为低涂层)与一个具有彩虹色特性的涂层(作为顶涂层)以滑动帘式涂布头采用一个湿压湿单道工艺涂布在纸底层上，赋予该涂布产品具有高光泽的彩虹色外观，以及较低涂布干重和较低成本。
以所述“低涂层”(涂布干重为2.0g/m2)涂布一个薄的彩虹色顶涂层(涂布干重范围是0.35g/m2至2.07g/m2)，产生一个高度均一的涂布样品，并使彩虹色颜料保持在涂层表面，涂层方向平行于底层表面，这里所述的都是需要的，以便有效地形成彩虹色外观。
以50l/h流速制备实施例17中的顶涂层(Mix 7)，得到一种均一涂布外形。可观察到明显的彩虹色外观，平均为0.35g/m2。小量地增加流速至300l/h，获得了均一涂布样品。相对于更高涂布量，可观察到增加的彩虹色外观。
对于彩虹色顶涂层的形成，分别涂布两个“功能性”涂层会产生差的涂布均一性。顶涂层Mix 6将只在260l/h流速下形成稳定的帘幕。然而，在帘幕冲击区可观察到在介质上获得的一个不平坦的涂布样品和“遗漏(skip)”的涂布。该遗漏涂布的原因可能是在所应用的卷速下由于空气夹带效应和帘幕的不稳定性而造成的。还可将流速增加至400l/h以稳定所得的帘幕，但该涂布样品仍是差的。这种特别的顶涂层不能采用帘式涂布模块在一个道中进行涂布。即使以0.5％藻酸钠(作为增稠剂)来增加顶涂层混合物的粘度(Brookfield粘度为204cps，21℃)，也不能改善该涂布质量(实施例13)。添加0.25％流变改性剂以增加混合物的高剪切性和高延伸粘度，虽然可形成一个稳定的帘幕，这仍不能改善在200至400l/h流速下的涂布样品。
然而，当在湿压湿工艺中应用顶涂层混合物结合于低涂层混合物，可获得一个均一涂布产品。所述低涂层混合物结合顶涂层混合物的有效流变性，使获得这种均一涂布样品是可能的。
比色法数据实施例7、9、10、17和19的颜色数据，决定于一个具有固定的-45°照明角度的(L，a，b)系统，所测量的角度范围是-75°至75°。
对比样品(对比实施例7)在45°测量角度显示了一个更黄的颜色。一旦移动到2-层1-道产品，彩虹色的绿效应变得更显著。因此，实施例9具有0.8g/m2彩虹色的顶涂层(Mix 6)，该顶涂层在低涂层之上。实施例10具有1.2g/m2彩虹色的顶涂层(Mix 6)，该顶涂层具有增强的彩虹色。将Mix 7应用为顶涂层，会产生更宽的颜色域(黄-绿)，可见实施例17和19。
介质的物理特性样品在1200pli(45℃，50m/min)条件下砑光(钢/合成物)以增加其光泽和彩虹色外观。正如表8所示，与当顶涂层以一个分离的层的方式来应用时的产品相比，2-层1-道的产品具有更高的光泽(光泽值可能受到差的涂布均一性的影响)。顶涂层的涂布量增加而光泽值降低，是因为彩虹色颜料的微粒尺寸(5至25μm)造成，但该彩虹色外观变得更显著。
表8.光泽数据
从所有实施例中得到的样品的印刷性能都比对比样品(对比实施例)更优质。干燥时间和采集速度也都得到类似的改善。
显微镜(SEM)分析本发明在下面给出了对比实施例7的显微镜横截面(图4和图4a)、实施例9的显微镜横截面(图5和图5a)、实施例19的显微镜横截面(图6)和实施例21的显微镜横截面(图7)。
如图5a、图6和图7所示，2-层-1-道的彩虹色纸品的彩虹色颜料板在纸面是清晰可见的。相反，1-层-1-道的彩虹色纸品的彩虹色颜料都是掩盖在涂层中的(图4和图4a)。
测试方法粘附性测试一层粘胶布(Scotch)(1cm×10cm)，稳固地粘贴在涂布纸上，接着用手从纸表面拉离该胶布。然后评判沉积在胶布上的涂布量，并相应地评为1至5级。1级是指在胶布上没有涂布物(极好的粘附性)，5级是指涂布物可完全被胶布拉脱(差的粘附性)。
粘度采用Brookfield RVT粘度计来测量。所选的轴速为100rpm。对于实施例1至6的混合物，轴尺寸为Sp3；对于实施例7至21的混合物，轴尺寸为Sp2或者Sp3。在粘度测量过程中，记录混合物的温度。
密度采用100mL比重计来测量。在密度测量过程中，记录温度。
pH采用HI 9024微电脑pH计(Hanna器械公司)来测定。在pH测定过程中，记录温度。
固体含量(％)采用CEM Labwave 9000微波湿气/固体分析仪才测定。
接触角度采用FibroDAT 1100来测量。
表面张力采用带有铂板的DCA 132(Wilhelmy板)仪器来测定。
纸光泽采用光泽仪(德国BYK Gardner股份有限公司)在20°、60°、75°的固定角度下来测定。
纸光滑度采用Bekk光滑度测试仪和Parker表面印刷测试仪(Messmer仪器有限公司)来测定(pps粗糙度)。
空气渗透性采用Bendtsen测试仪(Lorentzen & Wettre公司)来测定。
流变性采用CV0120高分辨率流变仪(Bohlin仪器公司)，在40μm缝隙、25+/-1℃下用平行板来测定流数据。剪切率范围是10至100000s-1。
有效延伸粘度在Paar自动高剪切粘度计HVA 6上进行测定，该仪器的毛细管长度为10mm和5mm，毛细管直径为0.6mm。
扫描电镜(SEM)日立S-4000电镜。
混合物制备与涂布方法所有份都是以湿重来计算。所有配方都是采用Greaves GM分散仪来混合的。搅拌以确保好的混合，但避免过多的空气夹带。所用的帘式涂布头是滑动式，宽度为49cm，模具狭缝为300μm。所述帘式涂布头装备有从各侧边流水的边导，还装备有真空抽气机以去除在边导底部的水。捕获盘也作为障碍，一种机械屏障以限制在冲击区的空气夹带。可选的，可应用真空抽气机(0.3bar)以减少在冲击区穿过帘卷的运动，还可限制空气夹带的发生。帘卷的帘幕高度是150mm。每个涂布样品的涂布量决定于已知的泵的测定体积的流速，该泵将混合物传递到帘式涂布头，并决定于卷速、密度和混合物的固体含量％，以及帘幕的宽度。重量测定的涂布量可通过以下方式来测定在烤箱内放置1m2涂布的和未涂布的底层样品，在150℃放置10分钟，并测定两个样品在重量上的差异。本领域技术人员所熟知，每层都可被精确地计算，根据涂布速度、涂布头的宽度、每个混合物或者每层流入涂布头的流速、固体含量以及这里给出的混合物的密度。
每种混合物是已除去空气的，优于用除去空气仪器涂布的产品。
用于配方的原料塑料颜料双分布峰的中空塑料微球体，具有1.3μm和0.2μm的微粒尺寸，35％固体。这些颜料还可作为砑光中的不透明剂和光泽增强剂。
无定形硅土微粒平均尺寸为5-6μm的硅土粉末。分散在水中0.5小时，可形成混合物。
彩虹色颜料彩虹色“干涉”颜料板，其颗粒尺寸范围为5-25μm。
聚乙烯醇粘合剂聚乙烯醇是88％水溶性的。在25℃，4％溶液的粘度是40cps。聚乙烯醇粘合剂被用作10％溶液，通过在95℃的水中加热聚乙烯醇颗粒0.5小时而获得的。
乳胶粘合剂苯乙烯丁二烯乳剂，其颗粒尺寸为140nm。
一种表面活性剂非离子烷基苯乙氧基醚，可降低动态表面张力。
流变改性剂丙烯酸盐/丙烯酸共聚物的一种阴离子的水-油乳剂。
印刷评估在Heidelburg GTO52印刷压力下进行印刷。
在印刷室测定PIRA油墨干燥时间(BASF Flashdri 3000管道稳定油墨)。
IGT抽样检测(Pick-Test)。
权利要求
1.一种用于表面印刷的涂布产品，包括一底层和至少两个不同的具有不同特性的涂层，其特征在于所述产品包含一个靠近底层的低涂层，该层具有印刷特性和可能的光学特性，该层最好是有颜色的；以及一个不同的远离底层的顶涂层，该层包含具有光学效果特性的光学颜料，每个涂层的涂布干重均在0.1-12g/m2的范围内。
2.根据权利要求1所述的涂布产品，其特征在于所述的顶涂层包含光学颜料，该颜料选自带有光泽特性的塑胶颜料或者光干涉变色颜料。
3.根据权利要求1或2所述的涂布产品，其特征在于所述的低涂层包含涂布颜料和赋予印刷特性的粘合剂。
4.根据权利要求3所述的涂布产品，其特征在于所述的低涂层的涂布颜料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、二氧化钛、硅土、氧化铝、水软石氧化铝、硫酸钡、氧化锌、石膏，以及它们的混合物。
5.根据权利要求1至4之一所述的涂布产品，其特征在于所述的顶涂层包含带有光泽特性的塑料颜料。
6.根据权利要求1至4之一所述的涂布产品，其特征在于所述的顶涂层包含光干涉变色颜料。
7.根据权利要求2所述的涂布产品，其特征在于所述的光干涉变色颜料选自金属效果的颜料或者彩虹色效果的颜料。
8.根据权利要求3所述的涂布产品，其特征在于所述的有颜色的低涂层还包含赋予光学特性的塑料颜料。
9.根据权利要求8所述的涂布产品，其特征在于所述的低涂层包含带有光泽特性的塑料颜料，而顶涂层包含光干涉变色颜料。
10.根据权利要求9所述的涂布产品，其特征在于所述的光干涉变色颜料是彩虹色效果颜料。
11.根据权利要求9所述的涂布产品，其特征在于所述的光干涉变色颜料是金属效果颜料。
12.根据权利要求7或10所述的涂布产品，其特征在于所述的彩虹色效果颜料选自珍珠层提取物、涂布的氧化钛云母颜料，和干涉的多层塑料颜料。
13.根据前述的任一个权利要求所述的涂布产品，其特征在于所述的底层是纤维性底层或者塑料性底层。
14.根据权利要求13所述的涂布产品，其特征在于所述的纤维性底层是一种基于纤维素纤维的材料。
15.根据权利要求14所述的涂布产品，其特征在于所述的底层是纸或者纸板。
16.根据权利要求15所述的涂布产品，其特征在于所述的纸底层的每平方米克重是等于或者小于150g/m2，优选的克重是等于或者小于80g/m2，如果是预涂布的纸底层，这里的克重是指涂布前的克重。
17.根据权利要求13所述的涂布产品，其特征在于所述的底层选自a)未涂布的或者最初的底层；b)预涂布的或者预先准备的底层；c)预涂布后砑光的底层。
18.根据前述任一个权利要求所述的涂布产品，其特征在于所述的低涂层具有0.1至7g/m2的涂布干重，而所述的顶涂层具有0.1至5g/m2的涂布干重。
19.根据权利要求5所述的涂布产品，其特征在于所述的低涂层具有7g/m2的涂布干重，而所述的顶涂层具有0.1至5g/m2的涂布干重。
20.根据权利要求9所述的涂布产品，其特征在于所述的低涂层具有0.1至5g/m2的涂布干重，而所述的顶涂层具有0.1至2.5g/m2的涂布干重。
21.根据前述任一个权利要求所述的涂布产品，其特征在于所述的涂布产品的不同涂层包括粘合剂。
22.根据权利要求21所述的涂布产品，其特征在于所述的粘合剂选自苯乙烯共聚物，例如苯乙烯-丁二烯、苯乙烯-丙烯酸酯、苯乙烯-马来酸酐、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、淀粉、蛋白质、多乙酸乙烯酯、聚亚安酯、聚酯或者丙烯酸，以及它们的混合物。
23.根据权利要求5所述的涂布产品，其特征在于所述的带有顶涂层的涂布产品包含带有光泽特性的塑料颜料，在砑光后的光泽值等于或者大于90，该光泽值是根据ISO 2813标准在75度测定的。
24.一种用于制造适用于表面印刷的具有光学特性的涂布产品的方法，包括至少两个不同的具有不同特性的涂层在湿压湿单道中的同步帘式涂布，在底层上涂布一个低涂层，优选是有颜色的，具有印刷特性和可能的光学特性；以及一个不同的顶涂层，包含赋予光学效果特性的光学颜料；其中，对于每个所述特殊涂层，所述的底层被涂布的干重范围是0.1至12g/m2。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述的涂布方法还包括干燥步骤。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于所述的底层是一种基于纤维素纤维的材料。
27.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于所述的底层是塑料膜或者塑料片。
28.根据权利要求24至27之一所述的方法，其特征在于所述的低涂层包含涂布颜料和赋予印刷特性的粘合剂。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于所述低涂层的涂布颜料选自碳酸钙、粘土、高岭土、滑石粉、二氧化钛、硅土、氧化铝、水软石氧化铝、硫酸钡、氧化锌、石膏，以及它们的混合物。
30.根据权利要求24至29之一所述的方法，其特征在于所述的顶涂层包含光学颜料，该颜料选自带有光泽特性的塑胶颜料或者光干涉变色颜料。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于所述的顶涂层包含带有光泽特性的塑胶颜料。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于为了开发所述顶涂层的塑料颜料的光泽光学特性，在干燥后获得所述的涂布产品，然后进行砑光。
33.根据权利要求30所述的方法，其特征在于所述的顶涂层包含光干涉变色颜料。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于所述的光干涉变色颜料选自金属效果颜料或者彩虹色效果颜料。
35.根据权利要求24至30之一所述的方法，其特征在于所述的有颜色的低涂层还包含赋予光学特性的塑料颜料。
36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于所述的光干涉变色颜料是彩虹色效果颜料。
37.根据权利要求24至36之一所述的方法，其特征在于所述的低涂层具有0.1至7g/m2的涂布干重，而所述的顶涂层具有0.1至5g/m2的涂布干重。
38.根据权利要求24至37之一所述的方法，其特征在于还包括干燥所获得的涂布产品。
全文摘要
本发明涉及适用于表面印刷的涂布产品，该产品包括一个底层和至少两个不同具有不同特性的涂层，即包括一个靠近底层的低涂层，具有印刷特性和可能的光学特性，该层最好是染色的，以及一个不同的远离底层的顶涂层，该层包含赋予光学反应特性的光学染料，每个涂层的涂布干重均在0.1－12g/m
文档编号D21H23/00GK101040085SQ200580033175
公开日2007年9月19日 申请日期2005年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者理查德·A·巴可克 申请人:阿尔诺维根斯精细纸品有限公司