施胶组合物的制作方法
【专利说明】施胶组合物
[0001] 发明背景 在造纸过程中，通常添加施胶组合物以合意地影响纸张的性质。例如，该施胶组合物可 以改善表面对要印刷在该纸张上的墨水或调色剂的吸收能力，可以改善拒水性，并可以降 低表面粘性。一些施胶组合物包含氯化钙，其特别适于喷墨印刷中使用的纸张。特别地，可 溶性钙离子在接触时溶解到墨水中，并促进了墨水颜料的快速絮凝，这又减轻了颜色之间 的渗色并强化了黑色的光密度和颜色的饱和度。
[0002] 附图概述 本公开的实例的特征与优点将参照以下详述和附图变得显而易见。
[0003] 图1是例示减少造纸过程中腐蚀的方法的一个实例的流程图； 图2是例示包含不同盐的各种施胶组合物的黑色光学密度（KOD)结果的图； 图3是例示包含不同盐的各种施胶组合物的色域结果的图； 图4是例示具有不同浓度的丙酸钙施胶组合物与氯化钙施胶组合物的腐蚀速率的图； 图5是例示pH对丙酸钙施胶组合物和氯化钙施胶组合物在碳钢上的腐蚀速率的作用 的图； 图6是例示pH对丙酸钙施胶组合物和氯化钙施胶组合物在不锈钢上的腐蚀速率的作 用的图；和 图7是例示具有不同百分比的丙酸钙和氯化钙的施胶组合物的腐蚀速率的图。
[0004] 发明详述 虽然氯化钙改善了纸张用于喷墨印刷的特性，但已经偶尔发现会导致造纸中使用的部 件的腐蚀。当不能很好地控制氯离子含量时，氯化钙常常会引起腐蚀。本发明人已经预料不 到地发现，并非所有钙盐在改善纸张特性并同时还降低部件腐蚀方面均是等效的。事实上， 本发明人已经发现，单独使用或与特定量的氯化钙组合使用的丙酸钙(也称为丙酸钙盐）提 供可溶性钙离子的有益效果，同时还具有较低的腐蚀性(例如当与其它钙盐相比时)。
[0005] 已经提出，任何水溶性钙盐可用在纸张施胶组合物中以增强印刷效果并减少对造 纸机部件的腐蚀。基于此，可以预期的是，钙盐如乙酸钙、乙二胺四乙酸钙（EDTA)、乳酸钙 (其可以缓慢溶解)、硝酸钙、酒石酸钙(其略微可溶)和硬脂酸钙(其略微可溶)可用于纸张施 胶组合物以增强印刷效果并减少腐蚀。本文中公开的(一个或多个)实施例的测试结果表明 并非这种情况。事实上，结果表明，一些水溶性盐，包括乙酸钙和硝酸钙，不会如丙酸钙那样 多地减少不锈钢或碳钢的腐蚀，并且乳酸钙不会如丙酸钙那样多地减少碳钢的腐蚀。其它 盐(例如酒石酸钙和硬脂酸钙）据信不适于该施胶组合物，至少部分因其在水溶液中的溶解 度较低。低溶解度会阻止使用高到足以改善印刷品质的载量并会导致其它问题，如形成沉 淀物。
[0006] 此外，不被任何理论束缚，据信氯化钙与丙酸钙的共混物产生了使氯化钙的腐蚀 效应最小化的协同结果(至少在碳钢上)。例如，单独使用的氯化物可以通过在点缺陷处削 弱氧化铁钝化膜(这又形成了点蚀)从而在施胶机中造成腐蚀。点蚀通常在其中具有低PH， 丙酸盐可能具有导致腐蚀速率降低的缓冲效果。如本文中公开的(一个或多个)实施例中所 示，包含25:75至75:25的丙酸钙对氯化钙的施胶组合物与具有更高氯化钙量的溶液相比 显著降低了对碳钢的腐蚀。
[0007] 本文中公开的施胶组合物的一些实例包括单一钙盐，即丙酸钙，不含任何其它盐。 本文中公开的施胶组合物的其它实例包括两种钙盐，即丙酸钙和氯化钙，不含任何其它盐。 无论单独使用丙酸钙还是与氯化钙组合使用丙酸钙，盐的总量为大约3千克/吨纸至大约 15千克/吨纸。在一些实例中，盐的总量为大约5千克/吨纸至大约9千克/吨纸。丙酸 钙对氯化钙的比为100:0 (即，无氯化钙）至50:50中的任何值。
[0008] 该组合物还可以包含一种或多种选自淀粉、荧光增白剂、杀生物剂、消泡剂、表面 施胶剂、湿强度添加剂和颜料填料的添加剂。要理解的是，可以使用这些添加剂中的一种， 或可以使用这些添加剂的任意组合。
[0009] 可以以大约15千克/吨纸至大约50千克/吨纸的量包含淀粉。该淀粉可以是玉 米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉等等。可以使用改性或未改性淀粉。改性淀粉的实例包括氧 化淀粉、乙基化淀粉、阳离子淀粉、酯化淀粉、酶变性淀粉等等。淀粉添加剂的一个具体实例 是2-轻乙基淀粉醚，其可以以商标PENFORD? Gum 270购得（Penford Products, Co.)。 [0010] 荧光增白剂（即光学增白剂或0ΒΑ)的实例包括三嗪-芪类(二-、四-或六-磺 化的)、香豆素类、咪唑啉类、二唑类、三唑类、苯并噁唑啉类、吡唑啉类和联苯-芪类。许 多市售荧光增白剂基于芪、香豆素和吡唑啉化学。一些实例包括4, 4' -双-(三嗪基氨 基）-芪-2, 2' -二磺酸、4, 4' -双-(三唑-2-基）芪-2, 2' -二磺酸、4, 4' -二苯并呋喃基-联 苯、4, 4' -(联苯）-芪、4, 4' -联苯乙烯-联苯、4-苯基-4' -苯并噁唑基-芪、芪基-萘三 唑、4-苯乙烯基-芪、双-(苯并噁唑-2-基）衍生物、双-(苯并咪唑-2-基）衍生物、萘酰 亚胺、三嗪基-芘、2-苯乙烯基-苯并噁唑、2-苯乙烯基-萘噁唑、苯并咪唑-苯并呋喃或 苯并咪唑-草酰替苯胺。可以以大约1千克/吨纸至大约10千克/吨纸的量包含任选的 荧光增白剂。
[0011] 当包含杀生物剂时，该杀生物剂可以以大约0. 01千克/吨纸至大约0. 5千克/吨 纸的量存在。适于该施胶组合物的杀生物剂包括例如PR〇XEL?GXL (Lonza)、KORDEK? MLX (Rohm and Haas)和 / 或 BIOBAN? CS-1246 (The Dow Chemical Co. )〇
[0012] 该消泡剂可以以大约0. 01千克/吨至大约0. 5千克/吨的量包含在该施胶组合 物中。合适的消泡剂基于二氧化硅、硅油、聚二醇或亚乙基双-硬脂酰胺化学。消泡剂的实 例包括 F0AMASTER? 1410、1420、1430,其均可获自 BASF Corp.，FlorhamPark, NJ0
[0013] 如上所述，该施胶组合物还可以包含表面施胶剂。可以以大约0. 5千克/吨纸至 大约5千克/吨纸的量包含这种添加剂。合适的施胶剂的实例包括丙烯酸乳液制品、聚氨 酯、苯乙烯丙烯酸溶液、苯乙烯丙烯酸酯乳液、乙烯丙烯酸和苯乙烯马来酸酐。
[0014] 该施胶组合物还可以以大约0. 01千克/吨纸至大约0. 5千克/吨纸的量包含湿 强度添加剂。湿强度添加剂的合适实例包括双醛淀粉和聚胺-聚酰胺-表氯醇树脂(例如 聚酰胺-胺-表氯醇，PEA)。
[0015] 在一个实例中，该施胶组合物还包含颜料填料。合适的颜料填料的实例包括碳酸 钙(例如沉淀碳酸钙（PCC)或重质碳酸钙（GCC))、硫酸钡、粘土或二氧化钛。当包含在该施 胶组合物中时，该颜料填料可以以该组合物干重量的最高大约60%的任意量存在。
[0016] 该组合物的余量为水。要理解的是，水的用量足以令该施胶组合物具有大约8%至 大约15%的总固含量。
[0017] 合意的是，该施胶组合物的pH为7至8。在一个实例中，该pH为7. 2至7. 5。如 果该组合物酸性过高，可以添加碱性pH缓冲剂(例如三（羟甲基）氨基甲烷（TRIS));且如 果该组合物碱性过高，可以添加酸性PH缓冲剂。中性至略微碱性的pH对造纸过程是合意 的。酸性PH会不利地导致更高的腐蚀速率。要理解的是，可以添加足够的pH缓冲剂以实 现合意的pH。
[0018] 本文中公开的施胶组合物的一些实例除了所列举的(一种或多种）盐、所列举的 (一种或多种）添加剂和水之外不包含任何其它组分。
[0019] 本文中公开的施胶组合物可用于产生适用于喷墨印刷或激光印刷的纸张。据信， 该施胶组合物对于喷墨印刷有助于提高印刷性能(例如黑色光学密度和色域)，对于激光印 刷有助于提高墨粉转印。
[0020] 在造纸过程中，该施胶组合物可用于减少腐蚀。该方法100的一个实例显示在图 1中。如附图标记102所示，该方法包括选择本文中公开的施胶组合物。
[0021] 如附图标记104所示，所选择的施胶组合物用于生成记录片材(例如喷墨打印纸、 激光打印纸等)。在造纸过程中，该施胶组合物通常在施胶机处添加，该施胶机可以是例如 池式施胶机（puddle size press)或计量施胶机。如附图标记106所示，该施胶组合物将 与该施胶机的一个或多个部件连续接触。当造纸机以高吞吐速率运行时，该施胶组合物还 可能飞溅在施胶机外部。至少一部分接触施胶机溶液的部件可以由不锈钢或碳钢构成，其 易受腐蚀。如实施例中例示的那样，本文中公开的施胶组合物对于施胶机部件的腐蚀表现 出特别合意的结果。
[0022] 除了该施胶组合物之外，所形成的该记录片材/纸张可以包含纤维(例如化学或 热机械制浆的硬木和/或软木纤维）和填料(例如二氧化钛（TiO 2)、沉淀碳酸钙、重质碳酸 钙、滑石、粘土（例如煅烧粘土、高岭土或其它页硅酸盐）、硫酸钙或其组合)。
[0023] 为了进一步例示本公开，在本文中给出了实施例。要理解的是，为了说明目的而提 供这些实施例，并且这些实施例不应解释为限制本公开的范围。 实施例
[0024] 实施例1 使用钙盐或硫酸镁制造各种施胶组合物。以相当于1重量％的〇&(：12溶液的摩尔浓度 用水制备该钙盐溶液和该硫酸镁溶液。该钙盐包括丙酸钙作为样品，并包括氯化钙、乙酸 钙、乳酸钙和硝酸钙作为对比样品。各溶液包含0. 1%的PROXEL? GXL (Lonza)和0. 1%的 TRIS缓冲剂，并且各溶液的pH为7. 2至7. 5。
[0025] 测量各溶液的电化学腐蚀速率。该实验涉及跨越开路电位（0CP，测得的系统电位 和零施加电压）的线性扫描电位扫描。该电压跨越该电位区域从-250 mV扫描至+250 mV， 并对所得电流绘图（以塔菲尔曲线)。在该OCP (作为该曲线的阳极和阴极线（leg)的交点 获得)处，该电流量1。。"用于计算腐蚀速率。该腐蚀速率在表1中以毫英寸/年（mpy)为单 位报道。所有溶液在抛光金属测试电极的新鲜区域上进行测试。
[0026] 表 1
[0027] 合意的是，该施胶组合物在不锈钢和碳钢上均能提供合适的腐蚀速率结果。如表1 中所示，丙酸钙是仅有的提供这些结果的盐。氯化钙、硫酸镁、乳酸钙和硝酸钙的性能在碳 钢上不佳，而硫酸镁、乙酸钙和硝酸钙的性能在不锈钢上不佳。
[0028] 各溶液用于处理纸张。该施胶溶液施加到原纸的两侧上以便在每一侧上形成