用于喷墨打印的涂层介质的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是于2012年1月30日进入中国，中国申请号为201080034049. 9,发明名 称为"用于喷墨打印的涂层介质"的PCT申请（国际【申请号】PCT/US2010/054787 ;国际申请 日：2010年10月29日）的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种用于喷墨打印的涂层介质，其包括支撑基底和在其至少一面上形 成的涂层。该涂层包括至少一种粘合剂和至少两种不同的无机颜料：改性碳酸钙（MCC)，以 及沉淀碳酸钙（PCC)或粘土。
【背景技术】
[0003] 数码喷墨技术的一些最近趋势包括从染料分子到颜料粒子，油墨着色剂的改进， 以及在商业或工业打印业务中应用的高速数码打印的改进。用于胶版印刷和其它模拟打印 工业的传统涂布纸，在使用数码喷墨打印机打印时，不能提供好的图像质量、打印质量和/ 或持久性。喷墨打印机使用的介质或纸张决定了打印于其上的图像质量。
[0004] 用于喷墨打印机的油墨一般为水性油墨，其包括少量的染料或颜料着色剂，以及 大量的水和助溶剂作为油墨载体。因此，纸张的吸收性能很大程度上影响了打印质量。喷 墨打印纸张通常具有原纸，其涂布有油墨接收层，即，墨滴在其上沉淀的层，以提高纸张的 亲墨性。该油墨接收层一般包括具有大表面积或多孔性的颜料粒子作为主要颜料。常用的 颜料包括二氧化硅、氧化铝和其它金属氧化物。这些颜料能够为喷墨打印提供具有快速吸 收性和足够容量的涂层。另一方面，这些颜料花费更高，因此，基于这些颜料的涂布纸，与传 统模拟打印中相同等级的产品或电子照相技术中数码打印的涂层介质相比，不是很具有竞 争力。另一缺点在于，当涂层配方基于这些大表面积的颜料时，因为颜料分散需要大量的水 或溶剂，所以颜料的总固体含量一般较低。因而，在制造涂层介质过程中，需要很多能量用 于去除涂层中的水份或溶剂，因此涂布速度受到干燥能力的限制。这导致了高额的机器运 行成本和增加了最终产品的总成本。
[0005] 为了能和传统的模拟打印或数字相片冲印竞争，低成本的涂布纸是帮助喷墨技术 降低其每页总成本，和扩大其在打印工业上应用的关键因素之一。在现有涂布纸工业中，低 成本的涂层颜料包含沉淀碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土及其它。基于这些传统颜料的涂层 配方的原材料成本较低。基于这些低成本颜料的配方一般具有较高的固体含量，通常范围 为60 - 70 wt. %。因为这样高的固体含量，所以这些配方，在涂布之后，用于移除水份需要 的能量大大减少了，保证了高速涂布。因此，总的生产运行成本可以保持在较低的水平。然 而，基于这些低成本颜料的涂布纸通常具有相对稠密的涂层结构，尤其，是在与基于大表面 积的二氧化硅颜料的喷墨涂布纸相比较时。因此，这种涂布纸的吸收率低，并且吸收量也不 够高，不能达到喷墨打印的要求。当使用喷墨打印机打印这种涂布纸时，被打印出的纸张有 多个缺点，包括漫长的干燥时间、图像中大量的聚点和颗粒、不理想的洇纸图案、印刷色斑、 低耐磨擦度和低耐水性，等等。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种新型的，用于喷墨介质的着色涂层组合物。当涂布有这种新型涂 层组合物的打印介质应用于喷墨打印时，该打印介质具有高油墨吸收率（即，快速吸收油墨 中的液体组分，例如，水)，在打印后，能提高图像质量，包括减少颗粒感并提高图像光泽度。 同时，涂层组合物不需要依靠使用高价颜料，例如二氧化硅或氧化铝。本发明还提供了制造 涂层打印介质的方法，其包括：提供支撑基底；将该基底的一面或者两面涂布上新型涂层 组合物；干燥涂层基底；并可选择地轧光涂布后的基底。
[0007] 本发明的这种新型涂层组合物是水性着色分散体，包括至少两种不同的无机颜 料，其中一种是改性碳酸钙（MCC)，和至少一种亲水性或水溶性粘合剂。另一种无机颜料是 沉淀碳酸钙（PCC)或粘土。适合的粘土材料包括：煅烧粘土、高岭土或其它适合涂层的层状 硅酸盐。在一个实施方式中，该新型涂层组合物包括3种不同的无机颜料:MCC、PCC和粘 土的结合。在这所用的"改性碳酸钙"是指现有的碳酸钙(重质的或沉淀的)，其经过磷酸和 CO2气体以及多种其它添加剂的后处理，例如可溶硅酸盐，用于改变原始粒子的化学组成和 结构。这种后处理导致，颜料粒子由多种钙化合物的壳包围原始的碳酸盐分子核组成。合 适的MCC材料可以表现的形式为结构化钙矿物的淤浆分散体，所述结构化钙矿物主要包括 碳酸钙[CaCO 3]、磷酸钙和/或硅酸钙[Ca2SiO4]。磷酸钙包括含钙离子和磷酸根离子的化 合物，包括但不限于：磷酸八钙[Ca 8H2 (PO4)6-5H20]。作为一个非限制性的例子，这种形式的 MCC是Omya公司的Omyajet 5010。涂层组合物中无机颜料的总量为20 wt. % - 50 wt. %。 〃wt. %〃是指干燥重量百分比，是基于干燥的涂层组合物总重量。
[0008] 为了与喷墨打印一致，涂层介质应该具有快速吸收性和大吸收容量。传统的PCC 不能满足这些需求，因为它们趋向于在涂布层中形成一种相对稠密堆积的结构，归因于小 型粒子的尺寸和粒子的规律取向。粘土通常更为扁平，当它们包含在涂层内时，它们在涂层 中的定位是，趋向于产生特别密封的和渗透性差的涂层。单独的MCC不会产生理想的打印 效果，因为其粒子尺寸大，吸收快速。只用MCC作为无机颜料涂布，通常的结果是渗透性太 厉害，导致在打印介质上产生显著的透墨和渗墨。另外，MCC也可能相当易碎，需要强效的 轧光。强效的轧光导致粒子破裂，进一步导致斑驳的打印图像。研究发现，包括在此所述的 MCC与PCC或粘土之一组合或者与两者组合的复合颜料涂层，能够达到理想的吸收率和打 印质量。
[0009] 本发明的新型涂层组合物还包括，作为可选成分的聚合辅颜料。合适的聚合辅颜 料包括塑性颜料(例如，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、它们的共聚物和/或它们 的组合)。合适的固体球形塑性颜料在商业上，从Dow Chemical公司可购买，例如DPP 756A 或HS 3020。涂层组合物中聚合辅颜料可以为1份一 10份，基于100份无机颜料计。
[0010] 这种新型涂层组合物还包括一种或多种粘合剂，其包括，但不限于，亲水或水溶性 粘合剂，例如：聚乙烯醇及其衍生物(例如羧基化聚乙烯醇、磺化聚乙烯醇、乙酰乙酰基化聚 乙烯醇、及它们混合物)、聚苯乙烯一丁二烯、聚乙烯一聚醋酸乙烯酯共聚物、淀粉、明胶、酪 蛋白、海藻酸盐/酯、羧基纤维素材料、聚丙烯酸及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、酪蛋白、 聚乙二醇、聚氨酯(例如，改性聚氨酯树脂分散体)、聚酰胺树脂(例如，含表氯醇的聚酰胺)、 聚（乙烯基吡咯烷酮一醋酸乙烯酯）共聚物、聚（醋酸乙烯酯一乙烯）共聚物、聚（乙烯 醇一环氧乙烷）共聚物、苯乙烯丙烯酸酯共聚物、树脂乳胶、苯乙烯丁二烯乳胶或它们的混 合物，但不限于此。总之，加入粘合剂的量应足够结合无机颜料，在优选实施方式中，粘合剂 的用量范围约为10-20份，基于100份无机颜料计。
[0011] 该新型涂层组合物还包括其他涂层添加剂，例如表面活性剂、流变改性剂、消泡 剂、光学增白剂、灭微生物剂、pH调节剂、染料和其他用于进一步加强涂层性能的添加剂。可 选择加入的添加剂总量范围为〇 - 10份，基于100份无机颜料计。
[0012] 在这些添加剂中，流变改性剂有益于解决流动性问题。合适的流变改性剂包括聚 羧酸酯基化合物、聚羧酸酯基碱溶胀性乳液、或它们的衍生物。在一定的PH值下，该流变改 性剂有助于粘度的增长，发生在低切力下、在高切力下或者在高、低切力两种情况下。在一 些实施方式中，加入流变改性剂，在低切力下，用于维持相对低的粘度；在高切力下，用于增 加粘度。希望提供一种涂层配方，在混合期间、抽吸期间和储存阶段，不是太粘，但在高切力 的作用下，有合适