专利名称：具有改善印刷质量的纸张及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有提高δ光泽度的改善印刷质量的纸张及其制备方法。
日本专利申请公开JP5-230795披露了一种包含颜料和粘合剂作为主要组分的纸张涂布组合物，其中颜料包括含有作为主要组分的乙烯基芳族单体和烯属单体的塑性颜料；所述塑性颜料的含量以100重量份总颜料计为2-10重量份，其平均粒径从30-100nm。将所述涂布组合物涂布至纸基上以便生产出无光泽涂布纸，在涂布之后，所述涂布纸有很低的再生光泽的可能性，与此同时，具有优异的平滑度和强度。所述纸基可以是顶级质量的纸张，中等质量的纸张，定量从40-300g/m2的纸页，或通过预先将涂布组合物施加至纸张的一个或两个表面上，对涂层进行干燥然后对涂布过的干燥的纸张进行压光而得到的涂布纸。如工作实施例中所示，本发明的涂布组合物以固含量为60％重量的水分散体的形式制备，并且以15g/m2干重量的涂布率进行涂布。
EP0842992A2披露了一种低光泽涂布组合物，并提供纸页光泽度为50％或更低的涂布纸；所述组合物可用于改善施加至用其涂布的纸张上的油墨的印刷质量，特别是δ光泽度，即利用本发明组合物涂布的基材与施加至如此涂布的基材上的油墨之间的光泽度差。低光泽涂布组合物包含一种或多种聚合物颗粒和一种或多种颜料；其中聚合物颗粒包含至少一个聚合物芯相，至少部分包围所述芯的至少一个聚合物壳相和至少一连接芯中的空隙至颗粒外表面的通道，所述芯相包含至少一个空隙；并且其中每100重量份颜料，涂布组合物包含1.0至50重量份聚合物颗粒。优选的是，所述涂布组合物含有水，溶剂或其混合物。优选添加水或溶剂，以便使固含量从40-80％重量。以0.15-45g/m2的用量将涂布组合物施加至基材上。合适的基材包括例如纸张；纸板；用于新闻纸，广告，海报，书本或杂志的纸产品；以及如壁纸，壁板或天花板这样的建筑基材。在工作实施例中，利用固含量在52％和58％重量之间的本发明的涂布组合物，以14.8g/m2的涂布率，对常用的北美不合磨木浆的原纸页进行涂布，所述纸页的定量约为61g/m2。
US5,922,457和EP0825296A1均披露了无光泽涂布纸，所述涂布纸包含在至少一面上备有表面涂层的纸页，所述表面涂层含有聚烯烃树脂颗粒、粘合剂和颜料。所述颜料包括有机颜料的多孔颗粒和碳酸钙颗粒。当根据JIS K5101进行测量时，所述有机颜料的多孔颗粒的油吸收性从80至400毫升/100克；每个碳酸钙颗粒的平均粒径为1.0-10微米；并且每个聚烯烃颗粒的平均粒径从8-30微米。然而，必须对无光泽涂布纸的表面涂层进行整饰，从而满足如下三个条件(ⅰ)当根据JIS P 8142进行测量时光泽度在1-10％的范围内(测量条件75°)；(ⅱ)当根据JIS P8119进行测量时平滑度在1-25秒的范围内；(ⅲ)当根据JIS B0601进行测量时表面粗糙度Ra在2.0至6.0微米的范围内。
US4,751,111披露了一种低光泽度涂布纸的制备方法，其中用来涂布纸张的合成聚合物胶乳粘合剂是羧化的胶乳，所述胶乳在含水涂布组合物制备期间基本上溶胀并在随后对涂布纸进行干燥时收缩，借此得到了细微的表面粗糙度，从而得到了低光泽的涂布纸，与此同时保留高的油墨光泽度。
WO99/31320披露了一种低光泽涂布纸及其制备方法。所述涂层具有如下所述的局部表面轮廓，其中平均峰-谷高度Ra从0.1-0.5微米，最大峰-谷高度Rt从1.0-4.5微米，并且波高Wt小于5.0微米。在所述涂布纸的生产过程中，将含有颜料和粘合剂的含水涂布组合物施加至原纸的至少一个表面上，使涂布表面与受热烘缸的表面上接触，并将涂层与烘缸进行接触干燥，然后从烘缸表面上取下干燥的纸张。所述烘缸表面具有如下的局部表面轮廓，其中平均峰-谷高度Ra从0.1-0.6微米，且最大峰-谷高度Rt从1.0-5.0微米。施加至原纸上的含水涂布组合物的用量以干燥后涂布量从10-30g/m2为准。
由于所述组合物能提供与高光泽度，高质量，肉眼看得清楚的图象和文本相结合的容易阅读，低刺眼的背景，因此，人们希望在低光泽度基材上得到高印刷光泽度和高印刷质量。然而，在这两者之间很难达到适当的平衡。涂布基材的印刷区和非印刷区之间的光泽度差(称之为“δ光泽度”或“突变”)用来对低光泽度基材的印刷质量进行定量分析最为重要的参数。较大δ光泽度是人们所希望的。在低光泽度基材上印刷的其它挑战是得到不均匀的油墨密度和油墨不下渗性。所有上述的主要困难可能是由于低光泽基材往往粗糙所致。低光泽涂布的基材的75°纸页光泽度为50％或更低。在造纸工业中，对于纸页光泽度而言，低光泽涂布的基材被称为丝状、无光泽或暗淡的。
业已采用两种主要的技术来改善低光泽涂布基材的印刷质量。一种技术是将特定颜料如滑石或氧化铝，或特定粘合剂如高度羧化的苯乙烯/丁二烯胶乳混入无光泽的涂布组合物中。另一种技术是使用特定的压光技术。借助这两种技术所达到的改进往往低于希望值。
现已发现，借助涂布低固含量、轻质的顶层涂布组合物，涂布基材的δ光泽度能够明显地改善。
在本发明的第一方面，提供了一种具有改善印刷质量的纸张，所述纸张包含(ⅰ)纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米且表面光泽度从5-80％；和(ⅱ)布置在所述表面上的顶涂层，所述顶涂层包含流变性改性剂/粘合剂组分和至少一种颜料；所述的流变性性剂/粘合剂组分的含量为每100重量份所述至少一种颜料，5至200重量份；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层。
在本发明的第二方面，提供了一种具有改善印刷质量的纸张的制备方法，所述方法包括(ⅰ)提供一纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米且表面光泽度从5-80％；(ⅱ)将含水顶涂层涂布至所述表面上，所述含水顶涂层的固含量为1-40％重量，所述含水顶涂层包含水，流变性剂/粘合剂组分和至少一种颜料，所述的流变性剂/粘合剂组分的含量为每100重量份所述至少一种颜料，5至200重量份；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层；和(ⅲ)对所述含水顶涂层进行干燥。
在本发明的第三方面，提供发一种含水涂布组合物，所述组合物包含流变性剂/粘合剂组分和至少一种颜料，所述的流变性剂/粘合剂组分的含量为每100重量份所述至少一种颜料，10至200重量份；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述含水涂布组合物的固含量为1-40％重量。
在本发明的第四方面，提供了一种具有改善印刷质量的纸张，所述纸张包含(ⅰ)纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米且表面光泽度从5-80％；和(ⅱ)布置在所述表面上的顶涂层，所述顶涂层包含至少一种粘合剂涂布的颜料；所述粘合剂的含量为以所述至少一种颜料的重量计1-50％重量；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层。
在本发明的第五方面，提供了一种具有改善印刷质量的纸张的制备方法，所述方法包括(ⅰ)提供一纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米且表面光泽度从5-80％；(ⅱ)将含水顶涂层涂布至所述表面上，所述含水顶涂层的固含量为1-40％重量，所述含水顶涂层包含水和至少一种粘合剂涂布的颜料，所述粘合剂的含量以所述至少一种颜料的重量计为1-50％重量；所述的至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层；和(ⅲ)对所述含水顶涂层进行干燥。
在本发明的第六方面，提供了一种含水涂布组合物，所述组合物包含至少一种粘合剂涂布的颜料，所述粘合剂的含量，以至少一种颜料的重量计为1-50％重量；所述的至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述含水涂布组合物的固含量为1-40％重量。
在本发明中使用的纸基可以包括任何常规的纸页，例如定量从40-300g/m2的纸页。
所述纸基有在其正面和/或反面上形成的一表面。所述表面的表面粗糙度小于6微米，通常小于5微米，并且表面光泽度从5-80％，例如从10-50％。所述表面可借助在纸基的正面和/或反面上布置的常规纸张涂布组合物如无机涂布组合物而形成。在这种情况下，无机涂布的基材可以经受压光操作，例如光泽压光；所述压光使用受热辊，并且压区负荷通常在约87.5-175KN/M(500-1000磅/线性英寸)；这将使得压区压力从6890KN/M2至13780KN/M2(1000-2000psi)。合适的光泽压光技术披露于US3,124,504；3,124,480；3,124,481；3,190,212；和3,254,593中。
另外，所述表面可以通过对纸基的压光例如超级压光或借助热梯度平滑化而形成。
超级压光通常包括在很高压力下，使纸基通过一系列由对着棉填充辊进行压榨的钢辊形成的压区，例如压区负荷在175KN/M至437.5KN/M(1000-2500磅／线性英寸)，这将使得压区压力从13780KN/M2至27560KN/M2(2000-4000psi)。传统的超级压光辊不是外部加热的，但是，当在压区中经受超高压力的棉填充辊借助每次旋转而间断地弯曲时，将产生热量。在所述超级压光中的压区温度通常将达到约71℃。此外，当基材通过超级压光机时，必须具有高水份含量。通常水份含量是绝干纤维重量的7％-9％，或更高。其中压光辊被加热至相对高温的超级压光披露于US3,442,685和3,451,331中。
热梯度平滑化通常需要造纸纤维幅事先通过由平滑金属整饰转筒和弹性背辊形成的压区；并加热转筒至足以将纤维幅基材部分加热至其中光泽度和平滑度随温度的增加而迅速增加的足够高的温度，这是由于在所述表面下和在高于借助对纸幅表面的模制得到基本上光泽和平滑时的温度下对基材的热塑性模塑所致。所述方法披露于US4,624,744和4,749,445和WO87/02722中。
将本发明的顶涂层组合物布置在于纸基的正面和/或反面形成的表面上。以颜料颗粒的部分单层的形式形成本发明的顶涂层。(对于本发明，将单层定义为颜料颗粒或其聚集体(团)的层，如果颜料颗粒在涂布条件下聚集的话，所述层为一个颗粒(或聚集体)的厚度并且其中颗粒(聚集体)经受最密装填，例如在基本上球形颗粒(聚集体)的情况下，六角形密实充填。通常，本发明的部分单层将提供5-959％的表面覆盖率，它是通过最密装填，优选20-80％的最密装填，更优选30-70％的最密装填而取得的。能够借助扫描电子显微术来监测所述部分单层的取得。)顶涂层的干重量(涂布量)可以从0.01-5g/m2，例如从0.01-4g/m2，通常从0.2-3g/m2，通常从0.2-2g/m2。正如人们应当认识的那样，为取得上述部分单层结构，所要求的涂布量取决于颜料密度，颜料粒径以及颜料颗粒是否聚集。例如，对于密度为0.61g/m3且粒径为0.6微米的中空球形塑性颜料，最密装填的5-95％覆盖率相当于0.01g/m2-0.21g/m2涂布量；而对于密度为2.65g/m3且粒径为1微米的碳酸钙颜料，最密装填的5-95％覆盖率相当于0.16g/m2-3.04g/m2涂布量。
在一实施方案中，顶涂层包含流变性改性剂/粘合剂组分和至少一种颜料。流变性剂/剂粘合剂组分的含量为每100重量份颜料5-200重量份，通常为每100重量份颜料10-120重量份，更通常为每100重量份颜料从20-100重量份。所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000纳米，优选从200-1000纳米，更优选从300-1000纳米。
流变性性剂/粘合剂组分可以包含流变性剂，流变性改性剂和粘合剂，或粘合剂。通常，正如本领域普通技术人员已知的那样，流变性改性剂/粘合剂提供适合于所选应用方法的顶涂层组合物粘度；并且还将起将颜料粘结至表面上的粘合剂的作用。
熟知的流变性改性剂是通常用来调节或改性含水组合物的流变性的材料。所述性能包括粘度，流速，粘度随时间改变的稳定性，以及颗粒悬浮于含水组合物中的能力。合适的流变性改性剂包括例如碱溶的或碱可溶胀的乳液丙烯酸共聚物(ASEs)，例如RHOPLEX ASE-60,ASE-75,ASE-95NP和ASE-108NP(Rohm and Haas公司，Philadelphia,PA)；疏水改性的ASEs(HASEs)，例如RHOPLEXTT-935(Rohm and Haas公司，Philadelphia,PA)；非离子环氧乙烷基氨基甲酸乙酯嵌段共聚物(HEURs)，例如RHOPLEX RM-825(Rohm andHaas公司，Philadelphia,PA)；聚乙烯醇；淀粉；蛋白质；纤维素衍生物如羧甲基纤维素(CMC)，羟乙基纤维素(HEC)和甲基纤维素；以及马来酸酐共聚物。其中，对于本发明而言，ASEs是最优选的流变性剂。
由于本发明顶涂层组合物的低固含量和高流变性改性剂负载，因此，用于顶涂层中的流变性改性剂一般足以提供涂层和表面的适当粘结强度。在由流变性改性剂提供的粘结强度不足的情况下，可以添加常规的粘结剂，例如苯乙烯-丁二烯聚合物，丙烯酸聚合物，苯乙烯-丙烯酸聚合物和乙酸乙烯酯和乙烯-乙酸乙烯酯的聚合物，其添加量为每100重量份颜料至多40重量份。所述粘结剂的通常例子包括丙烯酸聚合物，如RHOPLEX B-15和RHOPLEX P-376，和乙酸乙烯酯/丙烯酸聚合物，如Polyco 2152和Polyco 3250，它们均由Rohmand Haas公司(Philadelphia,PA)制造；和苯乙烯/丁二烯聚合物，如由道化学公司(Midland,MI)制造的CP 620。
能提供希望粘度和粘结强度的粘结剂包括碱可溶胀的乙酸乙烯酯/丙烯酸聚合物，如Polyco 3250，和自增稠的苯乙烯丙烯酸聚合物，如Primal 425GTB，这两种物质均由Rohm and Haas公司(Philadelphia,PA)制造。
用于本发明顶涂层组合物中的至少一种颜料包括无机颜料和合成塑性颜料。合适的合成塑性颜料包括例如中空球形颜料，如ROPAQUE HP543,HP91和P1055，它们均由Rohm and Haas公司(Philadelphia,PA)制造；固体聚苯乙烯珠粒，如DOW711和DOW722，它们均由道化学公司(Midland,MI)制造；固体聚甲基丙烯酸甲酯珠粒；具有US5,510,422和EP0842992A2中限定的形态和组成的聚合物颗粒(所述颗粒包含至少一聚合物芯相，所述芯相至少含一空隙；至少一聚合物壳相，该壳相至少部分包围芯相；和至少一通道，该通道将芯中的空隙连接至颗粒的外表面)；以及玻璃化转变温度大于40℃的任何聚合物颗粒。对于聚苯乙烯颗粒，希望其平均粒径大于300纳米，更希望的是大于500纳米，最希望的是大于700纳米。对于聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，希望其平均粒径大于200纳米，更希望的是大于400纳米，最希望的是大于500纳米。合适的无机颜料包括例如粉碎碳酸钙和沉淀碳酸钙，高岭土，煅烧高岭土，层状和结构高岭土，氧化钛，硅酸铝，硅酸镁，碳酸镁，无定形二氧化硅，氧化锌，氢氧化锌，氧化铝，氢氧化铝，滑石，缎白，硫酸钡和硅酸钙。
在另一实施方案中，顶涂层至少包含一粘结剂涂布的颜料。以颜料的重量计，所述粘结剂的含量从1-50％重量。所述粘结剂的含量可以在上述范围内改变，通常，颜料密度较高时，需要较少粘结剂，而当颜料密度较低时，需要较多的粘结剂。如先前实施方案，所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000纳米，优选从200-1000纳米，更优选从300-1000纳米。合适的粘结剂包括例如苯乙烯-丁二烯聚合物，丙烯酸聚合物，苯乙烯-丙烯酸聚合物，和乙酸乙烯酯和乙烯-乙酸乙烯酯聚合物。颜料颗粒或聚集体的外表面可以用粘结剂聚合物部分或完全涂布，以致使个别的颜料颗粒或聚集体以足够的强度粘结至基材的表面上，使得在压光，印刷或使用期间不被除去。粘结剂涂布的颜料的例子是由Rohm and Haas公司(Philadelphia,PA)制造的Ropaque BC-643。粘结剂在颜料颗粒外表面上的涂布例如可以这样来实现使单体聚合至颜料表面上，使聚合物由溶液沉积或如US6,080,802使胶乳聚合物颗粒胶态缔合至颜料颗粒的表面上。
同样，所述至少一种颜料包括无机颜料，合成塑性颜料及其混合物。合适的合成塑性颜料包括例如中空球形颜料，如ROPAQUE HP543,HP91和HP1055，它们均由Rohm and Haas公司(Philadelphia,PA)制造；固体聚苯乙烯基颗粒，如DOW711和DOW722，它们均由道化学公司(Midland,MI)制造；固体聚甲基丙烯酸甲酯珠粒；具有如US5,510,422和EP0842992A2中限定的形态和组成的聚合物颗粒(所述颗粒包含至少一聚合物芯相，所述芯相至少含一空隙；至少一聚合物壳相，该壳相至少部分包围芯相；和至少一通道，该通道将芯中的空隙连接至颗粒的外表面)；以及玻璃化转变温度大于40℃的任何聚合物颗粒。对于聚苯乙烯颗粒，希望其平均粒径大于300纳米，更希望的是大于500纳米，最希望的是大于700纳米。对于聚甲基丙烯酸甲酯颗粒，希望其平均粒径大于200纳米，更希望的是大于400纳米，最希望的是大于500纳米。合适的无机颜料包括例如粉碎碳酸钙和沉淀碳酸钙，高岭土，煅烧高岭土，层状和结构高岭土，氧化钛，硅酸铝，硅酸镁，碳酸镁，无定形的二氧化硅，氧化锌，氢氧化锌，氧化铝，氢氧化铝，滑石，缎白，硫酸钡和硅酸钙。
另外，本发明的顶涂层组合物还可包括其它的常规纸张涂布材料，尤其是表面性能增强材料，例如光学增亮剂(OBAs)以及其常规助剂，只要所述材料不损害本发明。由于所述材料集中于外表面上的轻质顶涂层中，所述涂层相对较薄，而不是存在于纸张上的相对较厚的重质涂层中或渗透在整个纸张中，因此，在使用所述表面性能增强材料时，将产生更大的效率。
光学增亮剂的用量为每100重量份所述至少一种颜料0.1-20重量份，优选为每100重量份所述至少一种颜料0.1-10重量份。用于光学增亮剂的助剂例如载体，例如聚乙烯醇，也可以在该组合物中使用，其用量为每100份所述至少一种颜料1-30重量份。
以固含量从1-40％重量，优选从10-40％重量，最优选从25-35％重量的含水组合物的形式来配制本发明的顶涂层组合物。
借助任何常规的纸张涂布工艺，或借助喷涂或借助印刷压制例如轮转凹版印刷，然后用常规的方式进行干燥，而将该含水组合物涂布至纸张的表面上。
如果需要，在干燥之后，可以对干燥纸张进行压光，以便使表面光泽度不大于50％。通常，例如以600英尺/分钟(fpm)的速度，130°F的温度，和10-30磅/英寸2(psi)的压力，以单压区或多压区进行所述压光操作。通常，压光将增强平滑度和适印性。
实施例将本发明的含水顶涂层组合物涂布至下面的预涂布纸张上纸张-A用常规无光泽涂布配方涂布(13.5g/m2)的不含磨木浆的原纸，由International Paper提供。
纸张-B在Finnish Pulp and Paper Reserch Institute的实验室涂布机上，用表Ⅰ所示配方Ⅰ涂布(7.5g/m2)的磨木浆原纸。
纸张-C在Finnish Pulp and Paper Reserch Institute的实验室涂布机上，用表Ⅰ所示配方Ⅱ涂布(10.5g/m2)的不含磨木浆的原纸。表Ⅰ
(1)重量份(2)亮度为87.5-89的规则层状粘土(Engelhard Mineral & ChemicalCorp.)(3)亮度为85.5-86，粒径为80％小于2微米的#2粘土(Engelhard Mineral& Chemical Corp.)(4)碳酸钙，亮度为95-97，平均粒径=0.55微米，其中99％小于2微米(ECCInternational)(5)#1高亮度涂布粘土，亮度为90-92，粒径为90-94％小于2微米(Engelhard Mineral & Chemical Corp.)(6)煅烧粘土，亮度为92.5-93.5，粒径为88-90％小于2微米(EngelhardMineral & Chemical Corp.)(7)淀粉粘结剂(Raisio Chemicals)(8)胶乳粘结剂(Dow Chemicals)(9)交联剂(Clariant)(10)羧甲基纤维素(Metsa Specialty Chemicals)(11)光学增亮剂(Bayer)实施例1-6首先，用自来水将预分散的颜料或有机颗粒胶乳稀释至希望的浓度，然后，在搅拌下添加流变性改性剂乳液或溶液和所有的其它成份，以便形成涂布组合物。在将所有成份混合之后，用氢氧化铵水溶液(28％重量)将涂布组合物的pH值调节至8.5-9。
将每种涂布组合物施加至许多预涂布的纸页(9英寸×12英寸)上。利用#4,#5或#6绕金属线的迈耶棒，用手将组合物刮涂至纸页上。由于涂布组合物的低固含量，因此涂布量太低，以致无法精确测量。估测的涂布量通常低于1.5g/m2，典型地低于1.0g/m2。对每一种涂布纸于80℃的烘箱中干燥一分钟，然后于约22℃和50％相对湿度调节过夜。
在相同和/或不同的条件下对各纸页进行压光，以便产生恒定的纸页光泽度。在压光之前和之后，对纸页的各种性能进行评估。
利用S4-M型Technidyne亮度仪(Technidyne,New Albany,Indiana)测量亮度。测量亮度的测试方法是出版于“TAPPI测试法1994-1995”(TAPPI出版社，Atlanta,Georgia)中的TAPPI测试法T-452。
利用Technidyne T480光泽度仪(Technidyne,New Albany,Indiana)测量纸页的光泽度和印刷光泽度。测量光泽度的测试方法是出版于“TAPPI测试法1994-1995”(TAPPI出版社，Atlanta,Georgia)中的TAPPI测试法T-480。
利用Technidyne BNL-2不透明度仪(Technidyne,New Albany,Indiana)测量不透明度。测量不透明度的测试方法是出版于“TAPPI测试法1994-1995”(TAPPI出版社，Atlanta,Georgia)中的TAPPI测试法T-425。
如下测量δ光泽度，即基材的印刷区和非印刷区之间的光泽度差将涂布过的、压光的纸页切成4.7cm×23cm的纸条。在沿每个纸条的五个点处测量每个条的纸页光泽度。然后，利用Prufbau印刷机(Prufbau，德国慕尼黑)对纸条进行印刷，以便用油墨复盖纸条的整个表面，其中印刷机的印刷速度为0.5米/秒，送墨辊上的压力为800牛顿，油墨体积为0.15毫升，在橡胶辊上的油墨分布时间为45秒，在送墨辊上的油墨分布时间为15秒。油墨为黑色热固着油墨。在印刷之后，于约50℃对纸条加热干燥2分钟。然后在约22℃和50％相对湿度对印刷的纸条调节过夜。用与印刷之前用于纸条相同的方法，测量每个印刷过的纸条的光泽度。借助将印刷纸条的平均印刷光泽度减去印刷之前纸条的平均纸页光泽度而计算δ光泽度。
利用Messmer Instruments,Ltd.制造的Parker Print-SURF粗糙度测试仪(ME-90型)测量平滑度。选择五份纸样并在每个纸页的四个不同位置处测量表面粗糙度。将二十个位置的表面粗糙度的平均值作为平滑度值。
利用Brookfield LVF粘度计(锭子3,60rpm)，测量涂布组合物的粘度。组合物的粘度从700至约2000厘泊。
下表1列出了用于实施例1-6含水顶涂层组合物的涂布组合物。表1
*对比例没有任何顶涂层的纸页-A1 EXP3637-具有EP0842992A2中限定的形态和组成的试验用有机颗粒颜料，其平均粒径为600纳米(Rohm and Haas公司)2 ASE-60(Rohm and Haas公司)表2列出了实施例1-6的涂布纸页在压光之前的性能。
表2
*对比例没有任何顶涂层的纸页-A。
所有配方均具有相同的流变性改性剂浓度(1％)，并且具有从0.5-4％的不同用量的有机颗粒颜料EXP3637。总的固含量从1-5％。1％的ASE-60流变性改性剂提供在涂布期间组合物足够的粘度和在干燥状态下足够的粘结强度。令人惊奇的是，如此涂布的组合物将在不增加印刷的表面粗糙度或改变其它性能如亮度和不透明度的情况下，明显地降低纸页的光泽度。在0.5％颜料用量时，光泽度降低已很明显，而在更高用量时光泽度也只是稍稍好一点。
表3列出了实施例1-6涂布纸在压光之后的性能。纸页被压光至30％的目标光泽度。表3
*对比例没有任何顶涂层的纸页A。1实施例1是在30psi,130°F和600fpm下利用一个压区进行压光。
实施例2是在10psi,130°F和600fpm下利用一个压区进行压光。
而实施例3-6是在30psi,130°F和600fpm下利用四个压区进行压光。2δ光泽度变化=(实施例n(n=2,3,4,5或6)的δ光泽度)减去(实施例1的δ光泽度)。
与没有顶涂层的对比例(实施例1)和仅用流变性改性剂ASE-60涂布的对比例(实施例2)相比，实施例3-6的纸页极为抗纸页的光泽度增加。它们需要更为苛刻的压光条件才能达到目标光泽度，因此，它们提供了低光泽度但仍然平滑的印刷表面。与没有顶涂层的对比例相比(实施例1)，实施例3-6的δ光泽度改善了约11-17个单位。
表4列出了实施例1-6的涂布纸在压光之后的性能。所有纸页均在相同的条件下进行压光(20psi,130°F和600fpm)。表4
*对比例没有任何顶涂层的纸页A。
2δ光泽度变化=(实施例n(n=2,3,4,5或6)的δ光泽度)减去(实施例1的δ光泽度)。
在与表4所使用的相同的压光条件下，与没有顶涂层的对比例相比，实施例3-6纸页的δ光泽度改善了约14-18个单位。
实施例7-16除另外指出的以外，按照实施例1-6制备涂布纸并进行测试。表5列出了用于实施例7-16的含水顶涂层组合物的涂布组合物。
表5
*对比例没有任何顶涂层的纸页A1ASE-60(Rohm and Haas公司)2具有EP0842992A2中限定的形态和组成的试验用有机颗粒颜料，其平均粒径为600纳米(Rohm and Haas公司)3平均粒径为1000纳米的中空球形丙烯酸塑性颜料(Rohm and Haas公司)4平均粒径为500纳米的中空球形丙烯酸塑性颜料(Rohm and Haas公司)5平均粒径等于500纳米的聚苯乙烯塑性颜料(道化学公司)。
表6列出了实施例7-16的涂布纸在压光之前的性能。
表6
*对比例没有任何顶涂层的纸页-A在降低纸页光泽度方面，EXP3637颜料是最为有效的，而DOW722固体珠粒的效果最差。
表7列出了实施例7-16的涂布纸在压光之后的性能。所有纸页均在不同的条件下压光至30％的目标光泽度。
表7
*对比例没有任何顶涂层的纸页A。
**δ光泽度变化=(实施例n(n=8,9,10,11,12,13,14,15或16)的δ光泽度)减去(实施例7的δ光泽度)。
(1)5psi一个压区和10psi两个压区。
(2)5psi一个压区，10psi两个压区和30psi四个压区。
(3)5psi一个压区，10psi三个压区和30psi三个压区。
(4)5psi一个压区。
(5)5psi一个压区和10psi一个压区。
(6)5psi一个压区和10psi两个压区。
含有EXP3637颜料的组合物最能阻止光泽度的增加并且当压光至30％的目标光泽度时产生最为平滑的印刷表面。与EXP3637颜料相比，DOW722固体珠粒排名第二，而HP1055颜料在阻止光泽度增加方面是最差的。对于含EXP3637颜料的配方，其δ光泽度改善了约12-13个单位，对于含固体珠粒的配方而言，改善了约6-8个单位，而对于含1％HP543的配方而言，改善了约5个单位。
实施例17-26将实施例7-16的相同组合物涂布至不同的预涂布基材上，即纸页-B上(在磨木浆原纸上涂布的表Ⅰ的配方Ⅰ)。除另外指出的以外，按照实施例1-6制备涂布纸页并进行测试。表8列出了用于实施例17-26的含水顶涂层组合物的涂布组合物。由这些纸页可以看出类似的趋势，但对于本实施例的基材甚至将取得更好的δ光泽度改善。表8
*对比例没有任何顶涂层的纸页B1 ASE-602具有EP0842992A2中限定的形态和组成的试验用有机颗粒颜料，其平均粒径为600纳米(Rohm and Haas公司)3平均粒径为1000纳米的中空球形丙烯酸塑性颜料(Rohm and Haas公司)4平均粒径为500纳米的中空球形丙烯酸塑性颜料(Rohm and Haas公司)5平均粒径等于500纳米的聚苯乙烯塑性颜料(道化学公司)。
表9列出了实施例17-26的涂布纸页在压光之前的性能。
表9
*对比例没有任何顶涂层的纸页B。
表10列出了实施例17-26的涂布纸在压光之后的性能。在各种条件下将所有纸页压光至约30％的目标光泽度。
表10
*对比例没有任何顶涂层的纸页B。
**δ光泽度变4化=(实施例n(n=18,19,20,21,22,23,24,25或26)的δ光泽度)减去(实施例17的δ光泽度)。
实施例27-34利用不同的基材，即纸页-C(在不含磨木浆的原纸上涂布的表Ⅰ的配方Ⅱ)制备涂布纸。除另外指出的以外，按照实施例1-6制备涂布纸页并进行测试。表11列出了用于实施例27-34的含水顶涂层组合物的的涂布组合物。表11
*对比例没有任何顶涂层的纸页C1 ASE-60(Rohm and Haas公司)2光学增亮剂-Blankophor p(Bayer)3聚乙烯醇4具有EP0842992A2中限定的形态和组成的试验用有机颗粒颜料，其平均粒径为600纳米(Rohm and Haas公司)5平均粒径等于500纳米的聚苯乙烯塑性颜料(道化学公司)。
表12列出了实施例27-34的涂布纸页在压光之前的性能。
表12
*对比例没有任何顶涂层的纸页C。
包含EXP3637颜料的组合物在不改变其它性能的情况下，在降低纸页光泽度方面将起最佳作用。此外，光学增亮剂的掺入将使亮度明显增加，尤其是在聚乙烯醇助剂的存在下。
表13和14列出了实施例27-34的涂布纸在压光之后的各种性能。所有纸页均在相同的条件下(30psi,130°F和600fpm)进行压光。表13
*对比例没有任何顶涂层的纸页C。
表14
*对比例没有任何顶涂层的纸页C。
**δ光泽度变化=(实施例n(28,29,30,31,32,33或34)的δ光泽度)减去(实施例27的δ光泽度)。
在压光期间，含EXP3637颜料的组合物极为抗纸页的光泽度增加。此外，与没有顶涂层的对比例(实施例27)相比，含EXP3637颜料的组合物的δ光泽度改善约22至25个单位，而含固体珠粒颜料的组合物的δ光泽度改善约9至10个单位。
表15和16列出了实施例27-34的涂布纸在压光之后的各种性能。所有纸页在不同条件下压光至约30％的目标光泽度。表15
*对比例没有任何顶涂层的纸页C。
表16
*对比例没有任何顶涂层的纸页C。
**δ光泽度变化=(实施例n(28,29,30,31,32,33或34)的δ光泽度)减去(实施例27的δ光泽度)。
当在相同压光条件时，将观察到类似的趋势和改进。
实施例35-42另外指出的以外，按照实施例1-6制备涂布纸页并进行测试。表17列出了实施例用于实施例35-42的含水顶涂层组合物的涂布组合物。
表17
*对比例没有任何顶涂层的纸页A。1 ASE-60(Rohm and Haas公司)2 DOW615-苯乙烯/丁二烯粘合剂(道化学公司)
3具有EP0842992A2中限定的形态和组成的试验用有机颗粒颜料，其平均粒径为600纳米(Rohm and Haas公司)4平均粒径为300纳米的聚苯乙烯塑性颜料(道化学公司)5平均粒径为500纳米的聚苯乙烯塑性颜料(道化学公司)6平均粒径等于300纳米的聚甲基丙烯酸甲酯固体颗粒(Rohm and Haas公司)。
7平均粒径等于500纳米的聚甲基丙烯酸甲酯固体颗粒(Rohm and Haas公司)。
8平均粒径等于1000纳米的聚甲基丙烯酸甲酯固体颗粒(Rohm and Haas公司)。
表18列出了实施例35-42的涂布纸在压光之前的纸页光泽度和压光条件。
表18
*对比例没有任何顶涂层的纸页A。
表19
*对比例没有任何顶涂层的纸页A。
**δ光泽度变化=(实施例n(n=36,37,38,39,40,41或42)的δ光泽度减去(实施例35的δ光泽度)。
一般来说，在降低纸页光泽度，阻止光泽度增加以及改善δ光泽度方面，丙烯酸颜料要好于苯乙烯颜料，并且较大颗粒的颜料要好于较小颗粒的颜料。
实施例43-49除另外指出的以外，按照实施例1-6制备涂布纸页并进行测试。表20列出了用于实施例43-49的含水顶涂层组合物的涂布组合物。
表20
*对比例1没有任何顶涂层的纸页A。
**对比例没有任何顶涂层的纸页C。
1 Hydrocarb HG-平均粒径等于350纳米的的超细碳酸钙，其中99％小于2000纳米(OMYA,Inc.)2 ASE-75(Rohm and Haas公司)3 ASE-60(Rohm and Haas公司)4涂布至纸页C上表21示出了实施例43-49的涂布纸在压光之前的各种性能。
表21
*对比例1没有任何顶涂层的纸页A。
**对比例2没有任何顶涂层的纸页C。
***δ光泽度变化=(实施例n(n=45,46,47,48或49)的δ光泽度减去(实施例44的δ光泽度)。
4涂布至纸页C上。
表22示出了实施例43-49的涂布纸在压光之后的各种性能。
表22
*对比例1没有任何顶涂层的纸页A。
**对比例2没有任何顶涂层的纸页C。
***δ光泽度变化=(实施例n(n=45,46,47,48或49)的δ光泽度减去(实施例44的δ光泽度)。
4涂布至纸页C上。
实施例50-59按照实施例1-6制备涂布纸页并进行测试，所不同的是，用于含水顶涂层的涂布组合物只包含水和颜料，尽管处于不同的固含量(颜料是粘合剂涂布的并因此本身粘结至其基体上)，并且原纸类似于纸页-C，但压光至69.6的TAPPI75度光泽度。表23示出了实施例50-59的涂布纸在没有压光时的各种性能。
表23
*对比例原纸，类似于纸页-C，但压光至69.6个单位的纸页光泽度。
**δ光泽度变化=(实施例n(n=51,52,53,54,55,56,57,58或59)的δ光泽度减去(实施例50的δ光泽度)。
1粘合剂涂布的中空球形颜料BC-643(Rohm and Haas公司)在0.5％-1.5％的颜料浓度范围内，压光的原纸光泽度从69.6个单位下降至20个单位以下，即下降约50个单位，而印刷光泽度只下降15个单位或更少。这将使得印刷δ光泽度的改善大于35个单位。在10％(固体)颜料浓度时，顶涂层将变成不是单层的涂层，并且未压光纸页的光泽度将再次达到相当高的值，即59.4。
权利要求
1．一种具有改善印刷质量的纸张，包含(ⅰ)纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米且表面光泽度从5-80％；和(ⅱ)布置在所述表面上的顶涂层，所述顶涂层包含流变性剂/粘合剂组分和至少一种颜料；所述的流变性改性剂/粘合剂组分的含量为每100重量份所述至少一种颜料，5至200重量份；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层。
2．如权利要求1所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述至少一种颜料是无机颜料。
3．如权利要求1所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述至少一种颜料是合成塑性颜料。
4．如权利要求1所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述至少一种颜料包含合成塑性颜料颗粒，所述颗粒包含至少一种聚合物芯相，至少部分包围所述芯的至少一种聚合物壳相和至少一连接所述芯中的空隙至颗粒外表面的通道，所述芯相包含至少一个空隙。
5．如权利要求1所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述的顶涂层还包含每100重量份所述至少一种颜料，0.1至20重量份光学增亮剂。
6．如权利要求1所述的具有改善印刷质量的纸张，其中已对所述的顶涂层进行压光，以使其纸页光泽度增加至不大于50％。
7．如权利要求1所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述表面通过将至少一涂层布置在所述纸基的所述正面和所述反面的至少一个表面上而形成。
8．一种具有改善印刷质量的纸张的制备方法，包括(ⅰ)提供一纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面且所述表面的表面粗糙度小于6微米，表面光泽度从5-80％；(ⅱ)将含水顶涂层涂布至所述表面上，所述含水顶涂层的固含量为1-40％重量，所述含水顶涂层包含水，流变性剂/粘合剂组分和至少一种颜料，所述的流变性剂/粘合剂组分的含量为每100重量份所述至少一种颜料，5至200重量份；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层；和(ⅲ)对所述含水顶涂层进行干燥。
9．如权利要求8所述的方法，其中所述含水顶涂层组合物的固含量从10-40％重量。
10．如权利要求8所述的方法，其中所述含水顶涂层组合物的固含量从25-35％重量。
11．如权利要求8所述的方法，还包括对所述的干燥顶涂层进行压光，以使表面光泽度不大于50％。
12．如权利要求11所述的方法，其中对所述的干燥顶涂层进行压光，以使表面光泽度不大于30％。
13．如权利要求8所述的方法，其中所述的含水顶涂层还包括光学增亮剂，其含量为每100重量份颜料0.1-20重量份。
14．一种含水组合物，包含流变性改性剂/粘合剂组分和至少一种颜料，所述的流变性改性剂/粘合剂组分的含量为每100重量份所述至少一种颜料，5至200重量份；所述的至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述含水组合物的固含量为1-40％重量。
15．如权利要求14所述的含水组合物，其中所述固含量从25-35％重量。
16．如权利要求14所述的含水组合物，还包括光学增亮剂，其含量为每100重量份至少一种颜料0.1-20重量份。
17．一种具有改善印刷质量的纸张，所述纸张包含(ⅰ)纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米且表面光泽度从5-80％；和(ⅱ)布置在所述表面上的顶涂层，所述顶涂层包含至少一种粘合剂涂布的颜料；所述粘合剂的含量以所述至少一种颜料的重量计为1-50％重量；所述至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层。
18．如权利要求17所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述的至少一种颜料是无机颜料。
19．如权利要求17所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述的至少一种颜料是合成塑性颜料。
20．如权利要求17所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述至少一种颜料包含合成塑性颜料颗粒，所述颗粒包含至少一种聚合物芯相，至少部分包围所述芯的至少一种聚合物壳相和至少一连接所述芯中的空隙至颗粒外表面的通道，所述芯相包含至少一个空隙。
21．如权利要求17所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述的顶涂层还包含每100重量份所述至少一种颜料，0.1至20重量份光学增亮剂。
22．如权利要求17所述的具有改善印刷质量的纸张，其中已对所述的顶涂层进行压光，以使其纸页光泽度增加至不大于50％。
23．如权利要求17所述的具有改善印刷质量的纸张，其中所述表面通过将至少一涂层布置在所述纸基的所述正面和所述反面的至少一个表面上而形成。
24．一种具有改善印刷质量的纸张的制备方法，所述方法包括(ⅰ)提供一纸基，所述纸基有正面和反面，和在所述纸基的所述正面和反面的至少一个面上的表面，所述表面的表面粗糙度小于6微米，表面光泽度从5-80％；(ⅱ)将含水顶涂层涂布至所述表面上，所述含水顶涂层的固含量为1-40％重量，所述含水顶涂层包含水和至少一种粘合剂涂布的颜料，所述粘合剂的含量以所述至少一种颜料的重量计为1-50％重量；所述的至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述顶涂层是所述至少一种颜料的颗粒或所述至少一种颜料的所述颗粒的团的部分单层；和(ⅲ)对所述含水顶涂层进行干燥。
25．如权利要求24所述的方法，其中所述含水顶涂层组合物的固含量从10-40％重量。
26．如权利要求24所述的方法，其中所述含水顶涂层组合物的固含量从25-35％重量。
27．如权利要求24所述的方法，另外还包括对所述的干燥顶涂层进行压光，以使表面光泽度不大于50％。
28．如权利要求24所述的方法，其中对所述的干燥顶涂层进行压光，以使表面光泽度不大于30％。
29．如权利要求24所述的方法，其中所述的含水顶涂层还包括光学增亮剂，其含量为每100重量份颜料0.1-20重量份。
30．一种含水组合物，所述组合物包含至少一种粘合剂涂布的颜料，所述粘合剂的含量以至少一种颜料的重量计为1-50％重量；所述的至少一种颜料的平均粒径从200至2000nm；所述含水顶涂层的固含量为1-40％重量。
31．如权利要求30所述的含水组合物，其中所述固含量从25-35％重量。
32．如权利要求30所述的含水组合物，还包括光学增亮剂，其含量为每100重量份至少一种颜料0.1-20重量份。
全文摘要
本发明披露了一种具有改善印刷质量的纸张,包含一纸基,所述纸基有粗糙度小于6微米且表面光泽度为5－80%的表面,所述表面已用轻质、低固含量的顶涂层涂布过。所述顶涂层包含:(ⅰ)流变性改性剂/粘合剂组分和至少一种颜料或(ⅱ)至少一种粘合剂涂布的颜料。所述顶涂层将明显地改善如此处理过的纸张的δ光泽度。
文档编号B41M5/50GK1318667SQ0111929
公开日2001年10月24日 申请日期2001年4月12日 优先权日2000年4月12日
发明者B·R·鲍博森, J·T·布朗, 付振文, J·D·温迪斯彻 申请人:罗姆和哈斯公司