涂料组合物的制造方法、涂料组合物及其应用的制作方法

涂料组合物的制造方法、涂料组合物及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于印刷基材的涂料组合物的制造方法。该方法包括将胶体二氧化硅颗粒和合成聚合物的水性分散体和/或聚合氯化铝以及粘合剂溶液混合在一起。所获得的混合物用于形成待涂覆至包含木质纤维素纤维的印刷基材上的涂料组合物。本发明还涉及包含粘合剂和衍生自合成聚合物的分散的阳离子组分和胶体二氧化硅颗粒的涂料组合物。
【专利说明】涂料组合物的制造方法、涂料组合物及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及涂料组合物的制造方法、涂料组合物及其应用。
【背景技术】
[0002]由于水基油墨环境友好，其广泛应用于印刷领域中。例如，柔版印刷、轮转影印(rotogravure)和喷墨打印使用水基油墨。
[0003]柔版印刷使用柔性凸版，其包括待生成的图像的正镜面化的原版(positivemirrored master)。柔版印刷特别用于印刷不同类型的食品包装,印刷基材是例如纸板。
[0004]轮转影印使用凹版圆筒，其上雕刻有待生成的图像。其用于例如印刷杂志和包装。
[0005]喷墨打印是数码印刷方法之一。其被广泛用于办公室用和家用打印机中，以及用于商业印刷中。在数码印刷中，由于不需要印刷板，印刷的文件直接从电子数据文件产生，从而每次打印可以彼此不同。在喷墨打印中，墨滴高速地朝自喷嘴印刷板材方向喷出。喷墨打印对印刷基材有特殊要求，印刷基材通常是由纸或纸板制成的印刷板材。例如，油墨颜色密度、吸墨性、油墨干燥时间和色域值是重要的参数，针对喷墨记录板材(inkjetrecording sheets)对这些参数进行优化。由于对数码印刷的兴趣与日俱增，可以预期对于适于高速喷墨打印机的印刷基材的需求也会增加。
[0006]在上述印刷方法中使用水基油墨也可能会广生新的问题。水基油墨可具有闻的表面张力，使得更难润湿印刷基材。如果油墨保持在印刷基材的表面上太长时间，则这可能会导致在柔版印刷和轮转影印中被印刷的图像模糊。
[0007]喷墨打印中使用颜料油墨和染料基油墨两者。颜料基油墨不被记录基材吸收，而是保留在表面上，而染料油墨则被吸收到记录板材中。此差别导致在所获得的印刷图像中产生差异，例如，在颜色密度和稳定性上的差异。一般而言，针对颜料油墨或染料油墨对喷墨记录板材的性质进行优化。归因于颜料油墨和染料油墨的不同表现，难以提供一种对两种油墨最佳化的喷墨打印板材。
[0008]EP1775141公开了一种图像干燥时间得到改善的记录板材。该记录板材具有至少一个表面，该表面涂覆有含有一种或多种水溶性二价金属盐(优选地与一种或多种淀粉混合)的液体组合物。然而，该液体组合物会容易被吸附进入记录板材，这样会降低预期的改善。其提出的记录板材更适合于颜料油墨，且当在喷墨打印中使用染料基油墨时不一定提供最佳化结果。

【发明内容】

[0009]本发明的一个目的是使存在于现有技术中的缺点最小化或甚至消除。
[0010]本发明的一个目的是提供一种方法，用该方法可以制造用于不同印刷方法的经改善的涂料组合物。
[0011]本发明的又一个目的是提供一种涂料组合物，其改善印刷(尤其是喷墨打印)中纸张或纸板的印刷效果。[0012]这些目的通过具有以下特征的本发明来实现。
[0013]本发明用于制造适于印刷基材的涂料组合物的典型方法至少包括以下步骤:
[0014]将以下物质混合在一起:
[0015]-胶体二氧化硅颗粒，和
[0016]-合成聚合物的水性分散体和/或聚合氯化铝，以及
[0017]-粘合剂溶液，
[0018]以及利用所获得的混合物形成待涂覆至包含木质纤维素纤维的印刷基材上的涂料组合物。
[0019]本发明的典型的涂料组合物通过使用本发明的方法制备，且其包含粘合剂和分散的衍生自合成聚合物和/或聚合氯化铝的阳离子组分以及胶体二氧化硅颗粒。 [0020]现在已令人惊奇地发现，可以获得一种涂料组合物，当将其涂覆至记录板材表面上时，特别是当使用水基油墨时，其产生意想不到的良好的印刷性能。该涂料组合物可简单地通过将胶体二氧化硅颗粒和合成聚合物的水性分散体和/或聚合氯化铝以及粘合剂溶液混合而获得。据推测，而不希望被理论约束，胶体二氧化硅颗粒当与混合物的其它成分相互作用时形成絮凝物(floes)。这些絮凝物足够大，因此它们会保持在记录板材的表面，并假定其具有高的表面积，这提供了合适的用于与板状印刷基材的印刷中使用的颜料油墨和染料油墨相互作用的活性表面。
【具体实施方式】
[0021]由胶体二氧化硅颗粒、合成聚合物/聚合氯化铝和粘合剂的总干重计算，胶体二氧化硅的用量可以是10 - 90重量％，优选20 - 90重量％，更优选30 - 85重量％，更优选50 - 80重量％。根据本发明的一个实施方式，胶体二氧化硅颗粒的粒径在0.5 - 150nm范围内，优选0.5 - 50nm,更优选1- 15nm,再更优选2 - 7nm,有利地为3 - 5nm。本文中胶体二氧化硅理解为无定形的非多孔二氧化硅颗粒的稳定的水性悬浮液。胶体二氧化硅分散体的干固含量一般为10 - 25重量％，优选15 - 20重量％。典型地，单独的胶体二氧化硅颗粒为球状的或几乎为球状的。根据本发明的一个优选的实施方式，可以使用阴离子性胶体二氧化硅。胶体二氧化硅通过从碱金属的硅酸盐，一般为硅酸钠的悬浮液开始，和使二氧化硅聚合并形成颗粒来制备。胶体二氧化娃不应该与气相二氧化娃(fumed silica)混为一谈,气相二氧化硅为例如通过燃烧四氯化硅而热解产生的。
[0022]根据本发明的一个优选实施方式，合成聚合物是阳离子聚合物，特别是阳离子聚丙烯酰胺。胶体二氧化硅颗粒和合成聚合物一般具有相反电荷。因此，根据本发明的一个优选实施方式，假如胶体二氧化硅颗粒是阴离子性的，则合成聚合物是阳离子聚合物。合成阳离子聚合物的电荷密度可以是≥5meq/g,—般为5 - 20meq/g,优选5.5 - 8meq/g,更优选5.5-6.5meq/g。电荷密度通过使用标准方法SCAN W12:04来测量。
[0023]阳离子合成聚合物可选自阳离子聚丙烯酰胺、乙醛酰化的聚丙烯酰胺(glyoxylated polyacrylamide)、聚乙烯亚胺、聚胺、聚乙烯胺、聚-二烯丙基二甲基氯化铵(聚-DADMAC)、丙烯酰胺和二烯丙基二甲基氯化铵(DACMAC)的共聚物、聚酰氨基胺表卤代醇，及其任意混合物。本文中，聚胺理解为二甲胺和表氯醇的共聚物。
[0024]阳离子聚丙烯酰胺可通过使丙烯酰胺与阳离子单体或使甲基丙烯酰胺与阳离子单体共聚而制得。阳离子单体可选自甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、3-(甲基丙烯酰氨基)丙基三甲基氯化铵、3-(丙烯酰氨基)丙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、二甲基氨基乙基丙烯酸酯、二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺，或类似的单体。根据本发明的一个优选实施方式，阳离子聚丙烯酰胺是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺与(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚物。阳离子聚丙烯酰胺还可以包含其它单体，条件是其净电荷为阳离子性，且其具有丙烯酰胺/甲基丙烯酰胺骨架。丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺基聚合物还可以在聚合后进行处理以赋予其阳离子性，例如通过使用霍夫曼反应(Hofmann reaction)或曼尼希反应(Mannich reaction)。
[0025]根据本发明的一个实施方式，合成聚合物的水性分散体可以通过在凝结剂基质内使单体聚合而获得。适用于本发明的合成聚合物分散体是通过使用在凝结剂基质内聚合的受控分子量阳离子聚丙烯酰胺来合成的。这些分散体聚合物为表现出非常低线性的高结构性聚合物。这主要是由于合成过程中疏水性缔合基团的纳入。最终结果是具有低摩尔质量的高阳离子电荷密度聚合物和具有高分子量的中等阳离子电荷密度聚合物的分散体聚合物体系。这些分散体聚合物不含有挥发性有机化合物(VOC’s)或烷基酚乙氧基化物。该分散体聚合物的分子量可以是5 - 7.7百万道尔顿且其电荷密度值可以为3 - 6meq/g。
[0026]根据本发明的一个实施方式，由胶体二氧化硅颗粒的干重计算，合成聚合物的用量为5 - 40重量％，优选7.5 - 35重量％，更优选10 - 30重量％。所用的合成聚合物的水性分散体的干固含量一般为20 - 45重量％,优选30 - 40重量％。
[0027]合成聚合物的平均分子量可以是>100000道尔顿，优选100000 - 2000000道尔顿，更优选100000 - 1000000道尔顿，再更优选120000 - 200000道尔顿。平均分子量可以通过使用凝胶渗透色谱法(GPC)或特性粘度来测量。这些方法本身是本领或技术人员已知的。
[0028]根据本发明的一个实施方式，可使用聚合氯化铝替代合成聚合物的水性分散体。根据本发明的另一实施方式，可以同时使用聚合氯化铝和合成聚合物的水性分散体二者。
[0029]在本申请中，聚合氯化铝理解为无机聚合物，在水溶液中，其一般呈现为高电荷态铝络合物Al13O4 (OH)24 (H2O)127+或AlO4Al12 (OH)24 (H2O) 247'对于聚合氯化铝，中和度(即OH离子取代Cl离子的程度)可以用单位碱性度(basicity)来表示。聚合铝化合物的碱性度一般可以以下式来表示:
[0030]% 碱性度=100 X [0H] /3 [Al]
[0031]碱性度越高，中和度越高。聚合氯化铝通过使用标准方法ENl302测量的碱性度可以在10 - 70%范围内，更优选10 - 50%O
[0032]根据本发明，用于形成涂料组合物的混合物除了胶体二氧化硅颗粒和合成聚合物的水性分散体/聚合氯化铝外，还包含粘合剂溶液。优选地，首先通过将胶体二氧化硅颗粒和合成聚合物的水性分散体和/或聚氯化铝混合来形成它们的预混物，然后将所得预混物与粘合剂溶液混合。该组合物在添加单独的组分期间被充分混合。当涂料组合物的组分以上述顺序添加时，涂料组合物在制备期间的粘性保持在可接受的水平。
[0033]由胶体二氧化硅颗粒、合成聚合物和粘合剂的总干重计算，粘合剂溶液的用量为5-50重量％，优选7.5 - 25重量％，更优选10 - 50重量％。
[0034]适用于本发明的粘合剂可选自聚乙烯醇、乳液聚合物，如苯乙烯丙烯酸胶乳、聚乙酸乙烯酯胶乳、苯乙烯丁二烯胶乳、聚氨酯和聚丙烯酰胺，及其任意混合物。根据本发明的一个优选实施方式，粘合剂溶液是淀粉溶液。本文中淀粉溶液理解为通过本领域技术人员已知的方法制备(例如蒸煮)的淀粉的水溶液。
[0035]可用于本发明的淀粉可以是任何合适的原淀粉，例如马铃薯、大米、玉米、糯玉米、小麦、大麦或木薯淀粉。支链淀粉含量大于70%，优选>75%，更优选>85%的淀粉是有利的。优选地，淀粉溶液包含阳离子淀粉，其包含阳离子基团，例如季铵化的铵基团。用于表明淀粉中平均每葡萄糖单元上的阳离子基团的数目的取代度(DS) —般为0.01-0.20，优选>0.06，更优选0.07 - 0.15。当使用阳离子淀粉时，其优选仅稍降解或不降解，且仅通过阳离子化而改性。
[0036]然而，根据另一实施方式，可以使用通过使淀粉经受氧化降解、热降解、酸降解或酶促降解而获得的降解淀粉，其中热降解或酶促降解是优选的。次氯酸盐、过氧化硫酸盐、过氧化氢或它们的混合物可用作氧化剂。降解淀粉的平均分子量(Mn) —般为500 - 10000,其可以通过已知的凝胶色谱法来测定。特性粘度一般为0.05至0.12dl/g，其可通过例如已知的粘度测定方法来测定。
[0037]另外，也可以采用化学改性的淀粉，例如羟乙基或羟丙基淀粉和淀粉衍生物。另夕卜，其它的多糖，例如白色或黄色糊精，可用来完全或部分替代淀粉。
[0038]根据本发明的一个实施方式，涂料组合物中可混入水溶性二价金属盐，优选碱土金属盐。可用的二价金属盐是钙和镁盐，如氯化钙、甲酸钙、氯化镁或甲酸镁，或它们的任意混合物。基于涂料组合物的干固含量，二价金属盐的用量可以为2 - 25重量％，优选5 - 15重量％，更优选6 - 12重量％。已观察到，当向本发明的涂料组合物添加二价金属盐时，由二价金属盐所获得的效果可以得到提高。假定了二价盐更有效地保持在表面上，从而也可以降低其使用量。
[0039]该组合物还可以包含一种或多种常规的纸涂层或表面施胶添加剂。可用的添加剂例如是防腐剂、生物杀灭剂、分散剂、消泡剂、润滑剂和/或硬化剂。
[0040]当使用水溶性二价金属盐时，可以将二价金属盐(如氯化钙)与胶体二氧化硅颗粒预混合。这可以改善最终获得的涂料组合物的均匀性，以及二价金属盐的用量。
[0041]在本申请的公开内容中，印刷基材是板材形式，且包含木或木质纤维素纤维材料。基材可以包含来自硬木树木或软木树木的纤维或两种纤维的组合。纤维可以通过造纸领域中通常使用的任何合适的制浆或精炼技术获得，例如热磨机械制浆(TMP)、化学机械制浆(CMP)、化学热磨机械制浆(CTMP)、磨木制浆、碱性硫酸盐(牛皮纸)制浆、酸性亚硫酸盐法制浆和半化学法制浆。基材可以仅包括原生纤维或再生纤维，或二者的组合。印刷板基材(printing sheet substrate)的重量为 30 - 800g/m2,—般为 30 - 600g/m2,更一般为50 - 500g/m2,优选 60 - 300g/m2,更优选 60 - 120g/m2,再更优选 70 - 100g/m2。
[0042]根据本发明的一个实施方式，涂料组合物用于涂覆适于水基油墨的板状印刷基材。
[0043]根据本发明的另一个实施方式，涂料组合物用于涂覆适于喷墨打印的板状印刷基材。
[0044]根据本发明的又一个实施方式，涂料组合物用于涂覆适于柔性凹版印刷或轮转影印的板状印刷基材。[0045]根据本发明的一个实施方式，涂料组合物可以以下列的量涂覆至板状印刷基材的至少一个表面:0.1 - 7g/m2/面,优选0.2 - 5g/m2/面，更优选0.3 - 3g/m2/面。如果板状印刷基材是用于喷墨打印，则涂覆至板状印刷基材的至少一个表面的涂料组合物的量可以为
0.1 - 5g/m2/ 面,优选 0.4 - 4g/m2/ 面,更优选 0.6 - 3g/m2/ 面。
[0046]实施例
[0047]本发明的实施方式在下面的非限定性实施例中作进一步描述。
[0048]涂料组合物通过使用低剪切混合器制备。首先，将淀粉预先蒸煮，从而向涂布容器中加入规定量的水和淀粉，且将混合物加热到接近沸点。
[0049]预先蒸煮淀粉后，在适当的剪切作用下加入其它组分，即合成聚合物的水性分散体和胶体二氧化硅颗粒，这确保组分间彼此充分混合。根据下表1制备组合物。涂料组合物的期望固含量是15 - 16重量％。实施例中所用的聚合物是阳离子聚丙烯酰胺。
[0050]表1:不同测试组合物的组分
[0051]
【权利要求】
1.用于印刷基材的涂料组合物的制造方法，其包括: 将以下物质混合在一起: -胶体二氧化硅颗粒，和 -合成聚合物的水性分散体和/或聚合氯化铝，以及 -粘合剂溶液， 以及利用所获得的混合物形成待涂覆至包含木质纤维素纤维的印刷基材上的涂料组合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用的胶体二氧化硅颗粒的粒径在0.5 -150nm范围内，优选0.5 - 50nm,更优选1- 15nm,再更优选2 - 7nm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述胶体二氧化硅颗粒的用量基于胶体二氧化硅颗粒、合成聚合物和/或聚合氯化铝以及粘合剂的总干重为20 - 90重量％，优选25 - 85重量％，更优选30 - 80重量％。
4.根据前述权利要求1- 3中任一项所述的方法，其特征在于使用阴离子性胶体二氧化硅。
5.根据前述权利要求1- 4中任一项所述的方法，其特征在于所述合成聚合物选自由以下组成的组:阳离子聚丙烯酰胺、乙醛酰化的聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺、聚乙烯胺、聚-二烯丙基二甲基氯 化铵(聚-DADMAC)、丙烯酰胺和二烯丙基二甲基氯化铵(DACMAC)的共聚物和聚酰氨基胺表卤代醇。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述合成聚合物的用量基于胶体二氧化硅颗粒、合成聚合物、任选的聚合氯化铝、以及粘合剂的总干重为5 - 40重量％，优选7.5 - 35重量％，更优选10 - 30重量％。
7.根据权利要求1- 6中任一项所述的方法，其特征在于所述粘合剂选自聚乙烯醇、乳液聚合物，如苯乙烯丙烯酸胶乳、聚醋酸乙烯胶乳、苯乙烯丁二烯胶乳、聚氨酯和聚丙烯酰胺，及其任意混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将水溶性二价金属盐，优选碱土金属盐，如氯化钙、氯化镁、甲酸钙或甲酸镁，混合至涂料组合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于二价金属盐的用量基于所述涂料组合物的干固含量为2-25重量％，优选5-15重量％，更优选6-12重量％。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于首先通过将胶体二氧化硅颗粒和所述合成聚合物的水性分散体和/或聚氯化铝混合来形成它们的预混物，然后使所述预混物与所述粘合剂溶液混合。
11.由权利要求1- 10中任一项所述的方法制备的涂料组合物在印刷基材的涂层中的应用，所述组合物包含粘合剂和衍生自合成聚合物的分散的阳离子组分和胶体二氧化硅颗粒。
12.根据权利要求11所述的涂料组合物的应用，其用于涂覆适于水基油墨的板状印刷基材O
13.根据权利要求11所述的涂料组合物的应用，其用于涂覆适于喷墨打印的板状印刷基材O
14.根据权利要求11所述的涂料组合物的应用，其用于涂覆适于柔性凹版印刷或轮转影印的板状印刷基材。
15.根据权利要求12、13或14所述的应用，其特征在于涂覆至所述板状印刷基材的至少一个表面的涂料组合物的量为0.1 - 7g/m2/面，优选0.2 - 5g/m2/面，更优选0.3 - 3g/m2/面。
【文档编号】D21H19/40GK103835183SQ201310073098
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】扬-卢伊肯·黑梅斯, 萨米·普托宁, 基莫·胡赫塔拉, 凯·维尔塔拉 申请人:凯米罗总公司