专利名称：用于喷墨记录的纸的制作方法
用于喷墨记录的纸本发明涉及无触点印刷领域，且更具体地讲涉及用于喷墨印刷的印刷介质和制造这种印刷介质的方法。数字印刷是绘图通信领域中发展最快的部分。与传统印刷方法相比较，它是通过在低成本和低环境影响下提供按需印刷的增值方法。另外，可使用个性化印刷工艺作为用于直接销售和出版的推销材料。由于该新技术，打印速度和印刷品质已经上升到了传统胶印印刷确实会受到挑战的水平。通常，用于出版和商业印刷的光泽纸等级在胶印印刷中印刷。这种纸通常含有包含诸如碳酸钙的颜料以及诸如丁苯胶乳的粘合剂的涂料。从技术上讲，在喷墨印刷中不可能使用光泽胶版纸，这主要是由于纸涂层的吸收容量 低和阴离子表面电荷。已知这些缺点在用喷墨技术印刷时导致高渗色和色斑。另一方面，同样不可能用设计用来制造胶版纸的常规大型纸涂布机来制造涂布的光泽喷墨纸。这主要是由于喷墨品质涂布的纸具有吸收性预涂层和表面涂层，诸如由高孔隙度沉淀的氧化硅组成的预涂层和基于超吸收性聚合物的表面涂层，其中的任一者或两者具有不良的流变性、低固含量和在用基于染料的油墨的最终用途的情况下的阳离子特性。另外，当前的喷墨纸对于未来印刷需求过度设计，因为吸收容量高于新型印刷技术所需要。当前的产品的生产也非常昂贵，因为它们全部使用如上述氧化硅颜料的特殊材料和大量的特殊粘合剂和添加剂。另外，与氧化硅相关的严格流变学限制减少了涂布固体的量且增加了布氏粘度。包含具有沉淀的碳酸钙的多孔底层的喷墨记录介质描述在EP1996408和EP1963445 中。WO 2009/095697描述用于喷墨印刷的涂布的纸片，其包含颜料、粘合剂、包含大比例的在其侧链中带有o-、co-、-oco-和/或-COO-基团的聚合物的粘合剂及II族、III族或过渡金属的水溶性盐。为了完整，本申请人想要以其名称提到以下申请，它们泛指适合在纸、且特别是纸涂布制剂中使用的颜料WO 99/52984、WO 00/39222、WO 01/04218、WO 2004/083316、WO2006/109168、WO 2006/109171、WO 2010/029403、申请号 09170864. 4 的未公开的欧洲专利申请、申请号10003665. 6的未公开的欧洲专利申请。在本领域中仍然需要可在喷墨印刷机中以良好效果使用且可在标准纸涂布机中生广的闻品质印刷介质。因此，本发明的一个目标在于提供适合喷墨印刷且满足更多的商品需求并且与现今喷墨涂布制剂相比可以更低的成本生产的印刷介质。本发明的另一目标在于提供可在生产胶版纸等级的标准纸涂布机上生产的印刷介质。本发明的又一目标在于提供在大型纸涂布机上具有优异操作性能的印刷介质。还将需要提供可在标准的高速大型纸涂布机上生产的印刷介质。还将需要提供适合高清晰印刷用途且适用于高速喷墨印刷的印刷介质。还将需要提供还适合影印的印刷介质，其允许纸的多种用途。
上述和其他目标通过提供以下印刷介质来解决，该印刷介质包含具有第一侧面和反向侧面的底层、与所述底层的所述第一侧面接触的吸收层和与所述吸收层接触的表面涂层，其中所述表面涂层具有大于5. OX 10_18 m2的渗透率。所述底层可充当所述吸收层和所述表面涂层的载体。所述吸收层的功能是吸收在印刷工艺过程中施用到印刷介质上的油墨溶剂，而所述表面涂层的用途在于产生充当油墨的过滤器、捕集着色的油墨粒子但允许溶剂穿过以被吸收层吸收或用于提供用于固定基于染料的油墨的吸附表面的功能层。根据本发明的另一方面，提供包括以下步骤的用于生产印刷介质的方法a)提供具有第一侧面和反向侧面的底层；b)施用液体涂布制剂以在所述底层的所述第一侧面上形成吸收层；c)施用液体涂布制剂到所述吸收层上以形成表面涂层；和 d)干燥所述吸收层和所述表面涂层，其中所述吸收层和所述表面涂层被同时干燥或者所述吸收层在步骤b)之后且在根据步骤c)施用所述表面涂层之前干燥，其中所述表面涂层具有大于5.0X 10_18 m2的渗透率。本发明的有利实施方案在相应的附属权利要求中定义。根据一个实施方案，所述底层为无木纸或含有木材的纸，其优选具有30-300g/m2
的基本重量。根据另一实施方案，所述吸收层具有IX 1(T5 ms-0·5至IX 1(T3 ms^15的吸收率和/或相对于吸收层的总体积来讲30-95体积％的体积吸收量。根据一个实施方案，所述吸收层包含颜料，当处于紧凑床形式时，所述颜料具有I X 10_5 ms_°_5至I X 10_3 ms_°_5的吸收率和/或相对于颜料的总体积来讲35-95体积%的体积吸收量。根据另一实施方案，所述颜料具有大于25m2/g、优选25-100m2/g或30_50m2/g的比表面积。根据又一实施方案，所述颜料具有大于25m2/g的比表面积、O. 3-3 μ m的值和当处于紧凑床形式时大于或等于35%的孔隙率。根据又一实施方案，所述颜料为碳酸钙、塑料颜料诸如基于聚苯乙烯的塑料颜料、二氧化钛、白云石、煅烧粘土或其混合物，或其中所述颜料为碳酸钙、二氧化钛、白云石、煅烧粘土或其混合物与滑石、非煅烧粘土或斑脱土中的一种或多种的混合物，所述颜料优选为碳酸钙，更优选为改性的碳酸钙和/或沉淀碳酸钙。根据又一实施方案，所述碳酸钙为针形、棱柱形、球形或菱面体形式或其任何组合。根据一个实施方案，所述吸收层进一步含有优选基于颜料的总重量计算1-50重量％的量的粘合剂。根据另一实施方案，所述粘合剂选自淀粉、聚乙烯醇、丁苯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳或聚乙酸乙烯酯胶乳或其混合物。根据又一实施方案，所述吸收层具有
3-50g/m2、优选3-40g/m2且最优选6_20g/m2的涂层重量。根据一个实施方案，所述表面涂层包含具有在O. 01-1. O μ m范围内的d5(l值的颜料。根据另一实施方案，所述表面涂层进一步含有基于颜料的总重量计算优选为O. 5-50重量％的量的粘合剂。根据又一实施方案，所述粘合剂选自淀粉、聚乙烯醇、丁苯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳或聚乙酸乙烯酯胶乳或其混合物。根据又一实施方案，所述表面涂层进一步包含基于颜料的总重量计算为小于I重量％的量的流变改性剂。根据又一实施方案，所述表面涂层具有l_50g/m2、优选3-40g/m2且最优选6_20g/m2的涂层重量。根据一个实施方案，所述印刷介质进一步包含与所述底层的反向侧面接触的第二吸收层和与所述第二吸收层接触的第二表面涂层。根据一个实施方案，本发明方法的步骤b)_d)也在所述底层的反向侧面上进行，以生产在所述第一侧面和所述反向侧面上被涂布的印刷介质。根据另一实施方案，用于形成吸收层和/或表面涂层的液体涂布制剂具有基于该制剂的总重量计算10-80重量％、优选30-60重量％且更优选45-55重量％的固含量。根据又一实施方案，用于形成吸收层的液体涂布制剂进一步含有以基于颜料的总重量计算O. 05-5重量％的量且优选以O. 5-5重量％的量的分散剂，该分散剂优选为聚丙烯酸盐。根据一个实施方案，所述涂布制剂使用分散的碳酸钙的水性悬浮液来制备，该分散的碳酸钙的水性悬浮液具有基于分散的碳酸钙的水性悬浮液的总重量计算在10重量％至82重量％之间、优选在50重量％至81重量％之间且更优选在70重量％至78重量％之间的固含量。根据另一实施方案，所述涂布制剂具有在20-3000mPas、优选250_3000mPas且更优选1000-2500mPas范围内的粘度。根据又一实施方案，所述涂布制剂通过高速涂布、计量施胶压制(meter size press)、幕涂、喷涂或静电涂布且优选通过高速涂布来施用。·
附图
简述图I显示对于在300kN/m下砑光的具有不同涂布制剂的纸片测量的纸光泽度。图2显示在黑色喷墨印刷时对于具有不同涂布制剂的纸片测量的光学密度。图3显示在彩色喷墨印刷时对于具有不同涂布制剂的纸片测量的光学密度。图4显示在黑色喷墨印刷时对于具有不同涂布制剂的纸片测量的色斑。图5显示在彩色喷墨印刷时对于具有不同涂布制剂的纸片测量的色斑。图6显示在彩色喷墨印刷时对于具有不同涂布制剂的纸片测量的(c2c)渗色(color to color bleed)。图7显示在彩色喷墨印刷时对于具有不同涂布制剂的纸片测量的(c2c)渗色相对于纸光泽度。出于本发明的目的，术语“吸收率”是在某一时间内可被涂料或颜料吸收的液体的量的量度。如本文中使用，吸收率表示为在V(t)/A和V t之间的线性关系，其梯度为
「 d(T(Y)//0 {\ηι(η!ρ)ΙΑ)dV/ = ~dTi ~其中m(t)为在时间t下的质量吸收量，如由密度P的液体的体积V(t)所限定。数据归一化为样品的横截面积A，使得数据变成V(t)/A，每单位横截面积的样品所吸收的体积。该梯度可由通过线性回归分析得到的绘制数据直接获得且给出液体吸收量的吸收率。吸收率以Hiskk5说明。可用于测定吸收率的装置描述在Schoelkopf等“Measurementandnetwork modelling of liquid permeation into compactedmineral blocks，，· (Journalof Colloid and Interface Science 2000，227 (I)，119-131)中。“透气度”在本发明的意义中是纸内部结构的特性且可指出油墨在负压或独立润湿下将如何渗透该纸张。如在本文中所使用，透气度以mL/min说明。如在本发明中使用的术语“基本重量”定义为500片基本尺寸的纸片的重量且以g/m2说明。如在本发明的上下文中使用的术语“亮度”是从纸表面反射的漫射光的百分数的量度。越亮的纸片反射越多的光。如在本文中所使用，纸的亮度可在457nm的平均光波长下测量且以％说明。出于本发明的目的，术语“涂层”是指由主要保留在印刷介质的表面上的涂布制剂形成、产生、制备等的一个或多个层、覆盖物、膜、皮等。如在本发明的上下文中使用的术语“渗色”描述在干燥并吸收到基材中之前视所要色调而定的两种不同颜色在两个相邻的印刷区域或点中的混合。渗色降低了印刷品质。出于本发明的目的，术语“光泽度”是指纸在镜子角度下反射入射光的一部分的能力。光泽度可基于在设定角度下，例如在75°下，诸如在75°光泽度的情形下，从纸试样的表面镜面反射的光的量的测量且以％说明。“研磨碳酸钙”(GCC)在本发明的意义中是从包括大理石、白垩或石灰石的天然源中获得且经由诸如研磨、筛选和/或通过润湿和/或干燥、例如通过旋风分离器分级的处理 加工的碳酸钙。出于本发明的目的，术语“喷墨印刷”是指可通过经由印刷机喷嘴将液体油墨的微小液滴喷雾、喷射等到纸上而在纸上形成图像的数字印刷技术、方法、设备等。可使用油墨液滴的尺寸(例如，较小尺寸)、准确置放等来提供较高品质的喷墨印刷品。墨喷印刷可包括连续喷墨印刷、按需即喷喷墨印刷等。出于本发明的目的，术语“色斑”是指在印刷图像中的不均匀性，其可归因于在油墨层中的不平坦、在整个纸表面上不均匀的油墨吸收等。如在本发明的上下文中使用的术语“光学印刷密度”是以反向散射模式测量的印刷区域透射所选择的过滤光的程度的量度。光学密度是在基材上的有色层的厚度的维度。光学密度值基于光谱测量计算，因此可存在与用光密度计测量的轻微差异。该计算根据DINNorml6536_2 进行。光学印刷密度使用 Gretag-Macbeth Spektrolino 测量。“不透明度”在本发明的意义中是穿过一片纸的光的百分数的量度。纸越不透明，将有越少的展示穿过印刷而显示在纸片下面。如在本文中所使用，不透度以％说明。出于本发明的目的，术语“纸平滑度”是指(涂布的)印刷介质的表面偏离平面或基本平面的表面的程度。如在本文中所使用，纸表面的平滑度通过例如根据“帕克印刷平滑度” (Parker printsmoothness)测量且以 μπι 说明。贯穿本说明书，颜料的“粒度”由其粒度分布描述。值dx代表相对于X重量％的粒子具有小于dx的直径来讲的直径。这意味着d2(l值为所有粒子的20重量％比其小的粒度且d75值为所有粒子的75重量％比其小的粒度。d5(l值因此为重量中值粒度，即，所有粒子的50重量％比该粒度大或小。出于本发明的目的，除非另外指明，否则粒度说明为重量中值粒度d5(l。为了测定具有大于O. 5 μ m的d5(l的粒子的重量中值粒度d5(l值，可使用来自Micromeritics 公司，USA 的 Sedigraph 5100 设备。出于本发明的目的，术语“渗透率”是指液体可流过一块表面涂层的容易度。如在本文中所使用，渗透率根据达尔西(Darcy )渗透常数k表达为
di,(/) -kAAJ}——=---
d/ ] I其中dV(t)/d t定义为每单位横截面积A的通量或体积流量，ΛΡ为跨越样品所施加的压力差，H为液体的粘度且I为样品的长度。数据根据k/m2报道。渗透率测量方法的详细描述可在 Ridgway 等“A neraiethod for measuring the liquid permeabilityof coated anduncoated papers and boards，，(Nordic Pulp and Paper ResearchJournal2003,18(4) ,377-381)中见到。“颜料”在本发明的意义中可为矿物颜料或合成颜料。出于本发明的目的，“矿物颜料”为具有确定的化学组成和特征性晶体结构的固体物质，而“合成颜料”为例如基于聚合物的塑料颜料。出于本发明的目的，在颜料以紧凑床形式，即以锭片型制剂形式时，测定颜料的吸收率、孔隙率和体积吸收量。由颜料悬浮液或浆料制备紧凑床或锭片型制剂的详细描述可在 Ri dgway 等人的 “Modified calciumcarbonate coatings with rapidabsorption and extensive liquiduptake capacity，，(Colloids and Surfaces A Physiochem. and Eng. Asp. 2004, 236 (1-3), 91-102)中见到。“沉淀碳酸钙”(PCC)在本发明的意义中为通常通过在使二氧化碳和生石灰在水性环境中反应之后沉淀或通过使钙和碳酸根源在水中沉淀或通过使钙和碳酸根离子如CaCl2和Na2CO3从溶液中沉淀出来获得的合成材料。 涂布的和干法涂布制剂的“孔隙率”在本发明的意义中描述纸涂层的相对孔隙体积且以％说明。孔隙率可使用具有汞的414MPa (60000psia)的最大施加压力的Micromeritics Autopore IV 9500压萊法测定仪来测量。在各压力下使用的平衡时间为60秒。该仪器测量在O. 004 μ m-360 μ m范围内的孔径。压汞测定法基于非反应性、非润湿液体不会渗透孔隙，直至施加足够的压力以推动其进入的物理原理。在施加压力和汞将侵入的孔径之间的关系通过Young-Laplace方程给出
「 -4/COS61D = ~-
P其中P为施加的压力，D为当量毛细管的直径，Y为汞的表面张力(0.48ΝΠΓ1)且Θ为在孔与孔壁之间的接触角，通常取为140°。所需压力与孔隙尺寸成反比，仅需要低压使汞侵入大的微孔中，而需要大得多的压力推动汞进入纳米孔隙中。压汞测量法的详细描述可在 Webb 和 Orr, Analytical Methods in Fine Particle Technology,由 MicromeriticsInstrument Corporation 出版，1997，ISBN0-9656783-0-X 中见到。出于本发明的目的，“流变改性剂”是改善涂布制剂的流动性能的添加剂。矿物颜料的“比表面积(SSA)”在本发明的意义中定义为矿物颜料的表面积除以矿物颜料的质量。如在本文中所使用，比表面积通过使用BET等温线(ISO 9277:1995)吸附来测量且以m2/g说明。出于本发明的目的，层的“厚度”是指在所施用的涂布制剂已经被干燥之后层的厚度。出于本发明的目的，涉及涂布制剂的术语“粘度”是指布氏粘度。布氏粘度可通过布氏粘度计在23°C下在IOOrpm下测量且以mPas说明。术语“体积吸收量”在本发明的意义中是指可被Ig多孔固体或涂布层吸收的液体的体积。如在本文中所使用，体积吸收量定义为诸如使用压汞测定法测量的可到达的孔隙体积与样品质量的比值且以cm3/g说明。体积吸收量也可通过使用以下公式表示为％值
权利要求
1.印刷介质，其包含 a)具有第一侧面和反向侧面的底层； b)与所述底层的所述第一侧面接触的吸收层；和 c)与所述吸收层接触的表面涂层，其中所述表面涂层具有大于5.OX IO-18Hi2的渗透率。
2.权利要求2的印刷介质，其中所述底层为无木纸或含有木材的纸，其优选具有30-300g/m2的基本重量。
3.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述吸收层具有lXl(r5mS-°_5至I X 10_3ms_°_5的吸收率和/或相对于所述吸收层的总体积来讲30-95体积％的体积吸收量。
4.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述吸收层包含颜料，当处于紧凑床形式时，所述颜料具有I X 10_5ms_°_5至I X 10_3ms_°_5的吸收率和/或相对于所述颜料的总体积来讲35-95体积％的体积吸收量。
5.权利要求4的印刷介质，其中所述颜料具有大于25m2/g、优选25-100m2/g或30-50m2/g的比表面积。
6.权利要求4的印刷介质,其中所述颜料具有大于25m2/g的比表面积、O.3-3 μ m的d5Q值和当处于紧凑床形式时大于或等于35%的孔隙率。
7.权利要求4-6中任一项的印刷介质，其中所述颜料为碳酸钙、塑料颜料诸如基于聚苯乙烯的塑料颜料、二氧化钛、白云石、煅烧粘土或其混合物，或其中所述颜料为碳酸钙、二氧化钛、白云石、煅烧粘土或其混合物与滑石、非煅烧粘土或斑脱土中的一种或多种的混合物，所述颜料优选为碳酸钙，更优选为改性碳酸钙和/或沉淀碳酸钙。
8.权利要求4-7中任一项的印刷介质，其中所述碳酸钙为以针形、棱柱形、球形或菱面体形式或其任何组合。
9.权利要求4-8中任一项的印刷介质，其中所述吸收层进一步含有基于所述颜料的总重量计算优选为1-50重量％的量的粘合剂。
10.权利要求9的印刷介质，其中所述粘合剂选自淀粉、聚乙烯醇、丁苯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳或聚乙酸乙烯酯胶乳或其混合物。
11.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述吸收层具有3-50g/m2、优选3-40g/m2且最优选6-20g/m2的涂层重量。
12.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述表面涂层包含具有在O.01-1. Oym范围内的d5(l值的颜料。
13.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述表面涂层进一步含有基于所述颜料的总重量计算优选为O. 5-50重量％的量的粘合剂。
14.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述粘合剂选自淀粉、聚乙烯醇、丁苯胶乳、苯乙烯-丙烯酸酯胶乳或聚乙酸乙烯酯胶乳或其混合物。
15.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述表面涂层进一步包含基于所述颜料的总重量计算小于I重量％的量的流变改性剂。
16.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述表面涂层具有在l_50g/m2、优选3-40g/m2且最优选6-20g/m2范围内的涂层重量。
17.前述权利要求中任一项的印刷介质，其中所述印刷介质进一步包含与所述底层的反向侧面接触的第二吸收层和与所述第二吸收层接触的第二表面涂层。
18.用于生产印刷介质的方法，其包括以下步骤 a)提供具有第一侧面和反向侧面的底层； b)施用液体涂布制剂以在所述底层的所述第一侧面上形成吸收层； c)施用液体涂布制剂到所述吸收层上以形成表面涂层；和 d)干燥所述吸收层和所述表面涂层，其中所述吸收层和所述表面涂层同时干燥或者所述吸收层在步骤b)之后且在根据步骤c)施用所述表面涂层之前干燥， 其中所述表面涂层具有大于5. OX IO-18Hi2的渗透率。
19.权利要求18的方法，其中步骤b)-d)也在所述底层的反向侧面上进行以生产在所述第一侧面和所述反向侧面上被涂布的印刷介质。
20.权利要求18-19的方法，其中用于形成吸收层和/或表面涂层的所述液体涂布制剂具有基于所述制剂的总重量计算10-80重量％、优选30-60重量％且更优选45-55重量％的固含量。
21.权利要求18-20的方法，其中用于形成吸收层的所述液体涂布制剂进一步含有基于所述颜料的总重量计算为O. 05-5重量％的量且优选为O. 5-5重量％的量的分散剂，该分散剂优选为聚丙烯酸盐。
22.权利要求18-21的方法，其中所述涂布制剂使用分散的碳酸钙的水性悬浮液来制备，该分散的碳酸钙的水性悬浮液具有基于分散的碳酸钙的水性悬浮液的总重量计算在10重量％至82重量％之间、优选在50重量％至81重量％之间且更优选在70重量％至78重量％之间的固含量。
23.权利要求18-22的方法，其中所述涂布制剂具有在20-3000mPas、优选250-3000mPas且更优选1000_2500mPas范围内的粘度。
24.权利要求18-23的方法，其中所述涂布制剂通过高速涂布、计量施胶压制、幕涂、喷涂或静电涂布且优选通过高速涂布来施用。
全文摘要
本发明涉及用于喷墨印刷的印刷介质和制造这种印刷介质的方法。具体地讲，本发明涉及印刷介质，其包含具有第一侧面和反向侧面的底层、与所述底层的所述第一侧面接触的吸收层和与所述吸收层接触的表面涂层。
文档编号B41M5/50GK102958703SQ201180032206
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月2日
发明者P·A·C·甘恩, V·库卡莫, C·J·里奇韦 申请人:Omya发展股份公司