专利名称：使用在喷墨记录介质涂料中的颜料及其制备方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及用在特别适用于喷墨印刷的墨记录介质涂料组合物中的颜料，以及制备和使用该颜料和涂料组合物的方法。
背景技术：
在高速电子印刷中，喷墨记录工艺过程是最重要、应用最广的技术之一。喷墨打印机通常包括多个与供应的液态墨水相连的喷嘴。根据要求可对喷嘴施加能量，使其喷出极小的墨水液滴。通常，对一系列的喷嘴加以控制，使其喷射出的墨水液滴具有图案特征或在纸面上成影像(image)。热泡打印机和压电打印机是现阶段打印机制造商普遍采用的两种主要喷墨技术。通常，喷墨打印机使用水基油墨。通常油墨含有少量的油墨颜料和大量的作为介质的水。
用在喷墨打印机中的纸很大程度的决定着印刷的影像的质量。适合用在喷墨打印机中的纸通常涉及一种涂敷有一种组合物的原纸，该组合物能够改进纸对油墨的接受性能。用于油墨接受涂层的原纸通常由漂白的化学纸浆料制成，并向纸浆料中加入填充料、染料，如果需要的话，还加入上浆剂和强度增强剂。施涂到原纸上的常规油墨接受涂料组合物一般包括粘合剂和能够吸收涂敷在纸表面上的油墨的多孔细粉末。消光的和高光泽度的喷墨纸目前以比未涂敷的纸高得多的价格购得。
纸的光亮度和吸收性能很大程度上影响着影像质量。标准的未涂敷的纸通常不适用于高分辨的喷墨印刷。粗糙或原生的纸与表面平整的纸相比，通常使光向更多的方向散射。较为平整的纸使印刷在它上面的影像看上去更亮一些，而其它方面都是一样的。关于吸收性，理论上，当油墨喷涂到纸上时，它会停留在紧密的、对称的点中。油墨不应该被纸吸收得太深，因为喷涂的点会失去其在纸表面上的光学密度，从而呈“羽状”。“呈羽状”指油墨的喷涂点以这样的方式被纸所吸收，即它以无规则的方式沿侧向铺开，从而覆盖了比指定区域稍大的区域。结果，印刷的影像看上去有些模糊，特别是在边缘处。高质量的喷墨纸实际上要预先涂敷上一层膜，该膜使油墨紧靠在纸面上，得到光学密度得到提高的印刷影像，而同时允许水介质或载色体更深的吸收到纸体中去，以加速油墨的固定和干燥。这提供更快的印刷速率，减少了由较浅的载色体吸收性所引起的粘脏(set-off)或油墨转移问题。因此，需要改进印刷质量和加快油墨干燥的时间。这些性质很难达到的一个恰当的平衡，特别是较高的打印机分辨率和较小的点直径。
目前，二氧化硅是最常用在制造经涂敷的喷墨纸中的涂层颜料。结构化二氧化硅是合成产物。二氧化硅通常能在喷墨印刷性和油墨干燥性之间产生一个可接受的平衡。但是，现有技术中，二氧化硅用作此目的也存在一些缺点。二氧化硅对于制造来说，成本相对较高。除了二氧化硅的成本较高以外，在施加涂层的过程中，与二氧化硅相关的研磨除尘也必须作为材料的处理问题加以解决。而且，二氧化硅具有较高的表面积，含有它们的涂层往往在二氧化硅含量只有少量增加时，其粘度就迅速增加。因此，对于使用二氧化硅的喷墨纸用品涂层，二氧化硅的固体含量通常被调制为较低的数值，同时需要大量的粘合剂，以得到足够高的粘合强度。涂料粘度增加往往造成与使用二氧化硅相关的颜料含量较低，因为纸涂层中的吸收颜料使在这些低固体含量下难以控制涂层的重量。二氧化硅的高表面积是有用的，因为它在连续的粘合剂相中产生敞开式结构。这种敞开式结构加速了油墨的吸收，使喷墨打印机具有较好的油墨干燥性能。
美国专利第4478910号中描述了喷墨纪录纸，其包括具有涂层的、大小特定的原纸片，其中涂层包括二氧化硅细颗粒和水溶性的聚合物粘合剂。
美国专利第6140406号和第6129785号描述了一种用于喷墨纪录介质的涂料组合物，其包括吸水性二氧化硅颜料、聚乙烯醇粘合剂和阳离子固定剂的水性悬浮液。优选的颜料是75％或更多的孔体积为0.5-2.0cc/g的硅胶和10％或更多的氧化铝或三水合氧化铝的混合物。
美国专利第5985424号中描述了用于喷墨印刷的涂敷纸，其中，底层对于油墨载色体具有较好的吸收性，顶层是油墨接受涂层。在一个优选的实施方式中，底层含有分散在标准的涂料粘合剂中的沉淀碳酸钙和煅烧粘土的混合物，而顶层包括分散在乳液中的热解法二氧化硅或火成二氧化硅，该乳液由苯乙烯在聚乙烯吡咯烷酮(非标准的粘合剂)存在下聚合来制备。
除二氧化硅以外，还开发了其它类型的颜料，用于纸用的涂料组合物。例如，常规的碳酸钙粉末用作纸涂料颜料，不能起到提高喷墨涂敷纸印刷性能的作用。因此，可将常规碳酸钙有效的加入到纸涂料中，以使其具有光学效应，例如，提高光亮度和平整度，但是通常会对印刷性能和油墨干燥性能造成不利的影响。
美国专利第6441076号中描述了可施涂到喷墨纸上的纸涂料组合物的生产，其中组合物含有高固体含量的、粒径极小的碳酸钙和溶解的粒径较小的、部分水解的、低分子量聚乙烯醇。在此应用中，碳酸钙的表面积较高，以模拟高表面积二氧化硅的性能。但是，颜色的复现性和油墨的干燥性仍然与硅涂敷的纸片不一致。
美国专利第5397619号中描述了一种喷墨纪录纸，其包括在至少一个面上有记录层的原纸，该记录层含有至少40重量％的颜料和不超过60重量％的粘合剂，通过测量记录层表面的十点高度(ten point height)得到其表面粗糙度不超过5微米，且空气渗透率不超过1000秒。颜料可以是通过湿法制得的二氧化硅、白碳或硅胶、由干法制得的超细二氧化硅，或者是颗粒结构主要由二氧化硅结晶在碳酸钙晶体中形成的碳酸钙二氧化硅复合物。
美国专利第6274226号中描述了中孔硅铝酸盐颜料，其与聚乙烯醇粘合剂配制使用，用在喷墨和无碳的纸涂层中。
美国专利第5997625号中描述了用在喷墨印刷中的涂料颜料，其包括水合粘土、腐蚀性沥滤过的煅烧粘土和多孔矿物质。
美国专利第5882396号中描述了一种用在制备喷墨印刷中所用的涂敷纸的纸涂料组合物，其包括一种复合颜料和亲水性聚合物胶粘剂，其中复合颜料选自高岭土、煅烧的高岭土、白云石、研磨天然碳酸钙、沉淀碳酸钙、硫酸钙或滑石中的一种或多种，优选含有具有一定规定粒径分布的1-50重量％的粗颜料和99-50重量％的细颜料。
美国专利第4554181号中描述了具有双组分阳离子记录表面的喷墨记录片，其包括具有记录表面的基底，该记录表面含有与水溶性多价金属盐组合使用的阳离子聚合物，其中，聚合物使表面具有阳离子基团，用来与阴离子颜料发生离子相互作用，而不溶解它。对于涂料组合物含有颜料的程度，’181专利中没有描述任何与该类组分同其它组分混合的顺序相关的重要性，并说明了用于配制涂料组合物的单釜混合步骤。另外，’181专利只描述了非阴离子型粘合剂在涂料组合物中的应用。
大部分阳离子聚合物在它们呈液体形式时是略带颜色的，从浅橙色到深橙红色。用在纸涂料组合物中的阳离子聚合物的固有颜色可以影响最终涂敷片的光亮度和色调。而且，使用特定的阳离子颜料，能够使带有颜色的喷墨组分具有不同的活性，产生较好的油墨保存，但却能改变要印刷图画的颜色。期望提供一种涂料组合物，该组合物使用的阳离子聚合物含量减少，同时仍然符合性能需要。
需要找到一种成本较低的颜料替代品来取代合成二氧化硅用在纸涂料用品中，特别是喷墨纸中，该颜料替代品对于高固体用品提供所需的涂料流变性，同时得到均一的印刷性能，这些印刷性能包括(但不限于)颜色复现性、印刷密度和油墨干燥性能。如果这些涂料颜料能与标准纸涂料粘合剂一起作用，并能以高速应用到现代造纸机中，则也是所期望的。
发明内容
本发明涉及适用在油墨记录介质涂料组合物中的颜料，其包括通过使无机微粒表面与可水溶性的多价金属盐在含水介质中接触而进行表面处理过的无机微粒，其中，处理过的表面具有阳离子表面电荷，所述盐是元素周期表中族II或族III的金属的盐。
涂敷有包含颜料的处理物的纸提供快速地油墨载色体吸收性、染料在表面上固定的性能，以及因为涂料中粘合剂的需要量减少所带来的表面性能的增强。被含有上述颜料的涂料组合物处理过的喷墨记录介质提供高密度、快速干燥、以及耐水性(water fastness)增加的非羽状油墨影像。本发明的颜料是相对更贵的硅质颜料的有效功能替代品，并可以较高的固体含量在标准造纸机上施涂。
在一个实施方式中，本发明的涂料组合物可以含有约45重量％至约70重量％、更佳的为约50重量％至约65重量％的表面处理过的颜料，并且可以继续加工，且性能良好。
在本发明的一个实施方式中，涂料组合物通过一种方法来制备，在该方法中，在颜料与阳离子聚合物接触之前，无机颜料单独用元素周期表中族II或族III的金属的多价盐进行预处理，促使水溶性多价金属盐与无机微粒的表面接触，得到在接触面上具有阳离子表面电荷的、表面处理过的无机微粒，接着在随后的步骤中，表面处理过的颜料在涂料组合物中与阳离子聚合物混合。已发现该方法可以允许固体含量高达60重量％或更多，以使涂料组合物中可以不出现凝胶化问题。阳离子聚合物优选包括季胺化合物，更优选表氯醇多胺化合物。
本文所用的术语“凝胶化”指发生了颜料的高度凝结，以至于混合操作无法继续，这是由于高粘度的快速形成。
在另一个实施方式中，在无机物用元素周期表中族II或族III的金属盐进行接触并表面处理之前，颜料单独与包括季胺化合物的阳离子聚合物混合，已经发现该实施方式允许涂料组合物中固体含量可以高达45重量％或更多，而不出现凝胶化问题。
如果依据本发明实施方式的无机物的混合不按此顺序进行，已经发现，固体含量至少为45％的涂料组合物是无法在由阳离子聚合物和颜料所制备的涂料组合物中得到。另外，本发明使涂料组合物中所需的阳离子聚合物的量减少成为可能。
使用本发明的涂料制剂还可以得到更均一的涂层外观。另外，本发明使在喷墨涂料中使用标准粘合剂类型和使用的粘合剂含量减少成为可能。
制剂的简化和成本的降低是因为用在本发明中的颜料的表面积减小。本发明的表面积低的颜料通过涂料结构得到油墨干燥性能。在一个实施方式中，使用依据本发明实施方式的涂料颜料可以在喷墨记录介质中实现适当的油墨相互作用，其中颜料来自表面积较低的无机微粒，诸如，比表面积小于约15平方米/克的沉淀碳酸钙(PCC)或研磨碳酸钙(GCC)。上述所得的这种能力对于在纸涂料中倾向使用高比表面积碳酸钙(即，＞30平方米/克)的喷墨纸涂料领域来说是出乎意料的。本文中“比表面积”用BET方法测定。
另外，当用高酸性的多价金属盐表面处理物如氯化铝水合物(ACH)(pH 4-5)依据本发明的实施方式对碱性的PCC或GCC进行处理时，令人惊喜的是在表面处理过程中，ACH并不溶解碳酸钙颗粒。而且，由于ACH处理而在颗粒表面上形成的高阳离子电荷，在表面处理后即使在高碱性pH范围内也仍然保持，而没有引起Ca2+含量的过度增加，而这是颗粒溶解的一个标志性特征。涂敷有此颜料的纸表现得就像其表面天生是阳离子性的。结果，高密度的影像可以印刷在涂敷的纸上，特别是使用阴离子型的喷墨油墨染料时。另外，使用ACH的结果是得到所有油墨染料的均一吸收，这带来更可靠的颜色复现性。
而且，本发明的阳离子电荷颜料可以令人惊喜地与纸涂料组合物中的阴离子粘合剂一起使用，而不引起高粘度。因此，该颜料可与标准阴离子胶乳一起使用，诸如那些基于苯乙烯-丁二烯橡胶粘合剂、聚乙酸乙烯酯粘合剂等等的阴离子胶乳。从成本和便利的角度来看，聚乙酸乙烯酯和其它的阴离子胶乳也是有吸引力的。结果，纸涂料组合物中的颜料固体含量可以提高到45重量％或更多，同时伴随着粘合剂含量的减少，这有助于所述涂料组合物用在现代造纸机中。
颜料的低比表面积和纸涂料组合物中的低粘合剂含量使被覆力得到提高，被覆力以高涂料白度来表示，而高涂料白度被认为与印刷基底上所得到的涂层的不透明性有关。另外，颜料无色差，同时气味要小，并且呈水悬浮液状时流体粘度要低。
本发明的颜料可用来提高范围广泛的各种印刷基底的印刷性，诸如涂敷的和未涂敷的纸片和纸卷、塑料纤维纸、塑料膜、金属箔、涂敷的板材、未涂敷的板材等等。用于消光纸的喷墨纸涂料可以特别有利地进行配制，以采用依据本发明的非硅质的颜料。本发明的颜料也适用于高光泽度纸所用的涂料组合物。上述有利之处和优点都可以转化为降低用于喷墨纸的纸涂料组合物的成本。
本发明还涉及涂料制剂，因为该涂料制剂在其用作阴离子胶乳粘合剂以及低含量的这些粘合剂在喷墨涂料中的应用是非常独特的。
图1是示意依据本发明的实施方式制造和使用颜料和纸涂料工艺过程的流程图。
图2是示意依据本发明的实施方式制造纸涂料工艺过程的流程图。
图3是示意依据本发明的另一个实施方式制造纸涂料工艺过程的流程图。
图4是表示各种细又结构化的粘土掺混物，以及它们对所述实施例中印刷油墨密度和油墨干燥速率的影响。
图5表示实施例中所述的超细研磨碳酸钙(UFGCC)的粒径分布。
具体实施例方式
依据前述的发明内容，本发明涉及一种独一无二的用在纸涂料组合物中的表面处理过的颜料。表面处理过的颜料具有阳离子表面电荷，其将会有效地吸引阴离子油墨染料等。其中包括，文中所述的用含有表面被处理过的颜料的涂料处理过的纸符合商业如下要求，比如高质量、耐水性，以及在纸或其它印刷基底上的高速印刷性，其中，所述其它印刷基底涂敷有以文中所述的表面处理过的颜料为基础的组合物。文中所述的表面处理过的颜料还提供较低的成本的硅颜料的替代品，含有它们的纸涂料具有较低的粘合要求和得到改进的流变性质。另外，本发明包括用于制备涂料组合物的技术，其中所制备的涂料组合物包括表面处理过的颜料和可以提高固体含量的阳离子聚合物。这样，本发明可以使成本降低、固体含量增加，而高度有效涂敷的适用于数字印刷的喷墨纸和其它基底。
参考图1，显示了示范性的、非限制性的工艺过程示意方案100，该方案用来制造具有大量阳离子表面电荷的、表面处理过的颜料，以及该颜料在其它中间物和最终产品中的应用。
无机微粒原材料是以固体粉末形式存在的增白剂。在一个优选的实施方式中，无机微粒包括碳酸钙(CaCO3)颗粒。颗粒碳酸钙或者作为机械处理过的天然碳酸钙材料提供，或者作为化学合成的反应产物来提供。
碳酸钙颗粒可以是研磨天然碳酸钙(GCC)，如步骤101中所示。大理石、石灰石、白垩和珊瑚是碳酸钙的天然源材料。这些碳酸钙的天然源材料经过包括粉碎在内的机械处理，得到此材料的微粒形式，诸如超细的研磨碳酸钙(UFGCC)。通常，可以进行非分散性的研磨，或者在研磨中使用挥发性的分散剂。
或者，碳酸钙颗粒可作为合成反应产物以沉淀碳酸钙(PCC)形式提供，如步骤102中所示。碳酸钙的粒径可在很广的范围内变化，颗粒形状可经沉淀过程通过化学方法来形成。沉淀碳酸钙产物比市场上购得的GCC具有更加均一的粒径分布、更高的化学纯度。但是，GCC的成本更低。
碳酸钙通常以方解石的形式沉淀，其中晶体形状通常是菱形、立方形或偏三角面体，或者以文石的形式沉淀，其中的晶体是针形的。球霞石(Vaterite)是本领域中已知的碳酸钙的另一种亚稳态沉淀形式。
沉淀碳酸钙通常由水合的石灰浆料或“石灰的牛奶状液”(通过熟化生石灰(CaO)来产生)在反应器中进行碳酸盐化来制造，然后通过脱水/过滤反应产物并对产物进行研磨，得到所需的粒径和粒径分布。合适的用于沉淀碳酸钙的技术一般是已知的和这里可用的。尽管对于此应用一般不需要，但是粗合成的碳酸钙颗粒也可以通过所述的加工技术被筛选或研磨到所需的粒径分布范围，例如美国专利第6134065和6402824(Freeman等)中所描述的，其说明书通过引用包括于此。
然后可以将未处理的碳酸钙颗粒以先前存在的水浆料形式提供到步骤103的表面处理阶段。或者，可以将未处理的碳酸钙以干粉末的形式提供到表面处理阶段中，其中，碳酸钙干粉末分散在含水介质中，形成作为表面处理起始步骤中的浆料。
提供给表面处理的未处理碳酸钙颗粒一般具有中等的粒径，约为0.1微米至约5.0微米，更具体的是在约0.5微米至约2.0微米。由斜率(陡度因子)所定义的粒径分布优选小于约1.8。术语“斜率”指75％的颗粒直径小于该数值的直径值(作为分子)除以25％的颗粒直径小于该数值的直径值(作为分母)的比值，其中粒径由Sedigraph粒度分析器(Particle SizeAnalyze)测量。沉淀碳酸钙(PCC)或研磨碳酸钙(GCC)通常比表面积小于约15平方米/克。在所述的表面处理前和表面处理后，碳酸钙颗粒的TAPPI光亮度至少都约为96，依据本发明，可进行表面处理的无机白色颜料的原料并不限于碳酸钙。例如，还可以是三水合铝(ATH)和/或氢氧化镁(Mg(OH)2)微粒等等。但是，碳酸钙是特别优选的，因为它不仅有助于进行文中所述的能使颗粒具有阳离子表面电荷的表面处理，而且碳酸钙能够提高乳浊化、光亮度，以及提高使用它的涂敷纸对泛黄和老化的耐受性。
然后对由步骤101或102产生的碳酸钙颗粒进行表面处理步骤，给予或增加碳酸钙颗粒表面的阳离子电荷，达到有利于印刷应用的水平，如步骤103中所示。
碳酸钙颜料用分散在通常含水介质中的水溶性多价金属盐进行表面处理，其中金属来自元素周期表中族II或族III中。
在一个优选的实施方式中，多价金属盐是氯化铝水合物。本文中的氯化铝水合物有时简写为“ACH”。
ACH的化学结构为Al2(OH)nCl6-n。ACH可通过水合氧化铝与盐酸依据下列方程式反应来制得，其中1≤n＜6。ACH产物的相对活性定义为(％)＝n/6×100。本发明中，优选使用的反应产物将是能够生成活性大于约50％或者甚至75％的产物的反应所生成的产物。例如，当“n”是5时，化学结构对应于Al2(OH)5Cl(CAS Number12042-91-0)。ACH也可以粉末或溶液的形式从市场上购得，例如购自Reheis，Berkeley，NJ 07922，美国。
将ACH加在碳酸钙颗粒的表面上，ACH加入的量应能够有效促进阳离子表面电荷增加到一定的水平，从而使涂敷有涂料组合物的喷墨纸的印刷密度或油墨干燥性能得到可观察/可测量的提高，其中该涂料组合物含有表面处理过的颜料。为得到这些改进所需的加入量可以通过应用本文中所提供的技术来经验性地确定。以碳酸钙的干重为基准计，ACH的加入量通常为(但不总是必需的)约0.1％至约5％。碳酸钙优选在其加入到纸涂料组合物之前用ACH进行处理，ACH可以湿或干的形式加入。
表面经ACH处理过的颜料所增加的阳离子电荷数，可直接通过使用电荷滴定分析器如Mpttek PCD02颗粒电荷检测器来进行定性和定量的测量。还通过如下比较来表明，即比较涂敷有两种不同涂料组合物的纸的印刷性质，诸如印刷密度、油墨干燥等，其中一种涂料组合物含有表面处理过的颜料，另一种涂料组合物含有未处理的颜料。
另外，当碱性材料PCC或GCC被高酸性多价金属盐表面处理剂如氯化铝水合物(ACH)(pH4-5)依据本发明的实施方式进行处理时，令人十分惊喜的是ACH在表面处理过程中并不会溶解碳酸钙颗粒。而且，经ACH处理在颗粒表面上形成的高阳离子电荷，在表面处理后即使在高碱性pH值范围内仍然能够保持，而不会引起Ca+2含量的过度增加，而这是颗粒溶解的一个标志性特征。涂敷有此颜料的纸表现得就像其表面天生是阳离子性的。结果，高密度、耐水性的影像可以印刷在涂敷的纸上，特别是使用阴离子型的喷墨油墨时，以使颜料表面和油墨具有相反的因而互相吸引的离子电荷。在碳酸钙颗粒表面和依据本发明用于处理它们的高酸性ACH之间发生并被观察到的有益的、非破坏性的相互作用是出乎意料。
由步骤103中得到的表面处理过的碳酸钙颗粒产物呈浆料状。它是表面处理过的碳酸钙颗粒的水性分散体，其固体含量约为30％。
来自步骤103中，含有表面处理过的微粒的浆料产物可以通过适合提供表面处理过的无机微粒的干燥粉末状而不减少其功效的浆料干燥技术来脱水。干燥粉末可在配制纸涂料组合物中用作颜料源组分，如步骤104所示。颜料可通过喷雾干燥或闪蒸干燥技术干燥成粉末状。用作此一般用途的设备和条件包括那些通常已知的、用在微粒矿物浆料中的设备和条件。
或者，如步骤109中所示，在步骤103中，由表面被多价金属盐处理过同时又分散在含水介质中的颜料所产生的浆料可以在纸涂料组合物配制中直接用作颜料源组分。此浆料含有高达约60重量％或者甚至70重量％的由表面处理过的颜料所组成的固体含量，而不出现高粘度所涉及的问题。
作为另一种选择，可以将市场上购得的干ACH与干燥的颜料粉末在干掺混操作中进行混合。此干燥的混合物可制成浆料，产生表面活性相同的碳酸钙材料。
在步骤105中，用合适又便利的方法对由步骤104制得的干粉状的颜料进行封装。或者，将直接来自步骤103(步骤109)的含有表面处理过的颜料的浆料以液体的形式封装在防液体泄漏容器中，并进行装运和处理。在另一个实施方式中，封装步骤105在某些情况下可完全省略，即当表面处理过的颜料被制造和用在纸涂料组合物中的地点与制造厂的位置相同或在其附近时。在这种情况下，产物可以散装的形式通过传送带、卡车或机动轨道车(粉末)等或通过管道(浆料)在不同的制造位置或地点之间进行运输。
在步骤106中，用表面处理过的颜料与粘合剂和其它任选的添加剂的组合来配制纸涂料组合物。
在本发明的一个优选的实施方式中，如图2的工艺方案过程示意200中所示，涂料组合物通过一种方法来制备，在该方法中，在颜料与阳离子聚合物接触之前，无机颜料单独用元素周期表中族II或族III金属的多价盐进行预处理，以促使水溶性多价金属盐与无机微粒的表面接触，得到在接触面上具有阳离子表面电荷的、表面处理过的无机微粒，与图1中的步骤103类似。然后，在步骤201中，将表面处理过的颜料与水混合，得到一浆料，随后进行步骤202，该步骤基本上可对应于图1中的步骤106，表面处理过的颜料浆料与阳离子聚合物在制备涂料组合物或制备可加入到涂料组合物中的中间体组合物的过程中相混合。根据此方法制备的涂料组合物可用在纸涂敷步骤中，如图1中的步骤107。已经发现，此方法可以允许涂料组合物中的表面处理过的颜料的固体含量高达60重量％或更多。阳离子聚合物优选包括阳离子季胺化合物，更优选的是表氯醇多胺。在一个实施方式中，本发明的涂料组合物可含有大约50重量％至约70重量％的ACH表面处理过的颜料，而仍然保持着可加工性(例如，它们不发生凝胶，且性能良好)。
在本发明的实施中，氯化二烯丙基二甲基铵(DADMAC)也可以用作阳离子季胺化合物。这些阳离子季胺化合物的商品化例子包括，例如，TRAMFLOC 864，来自Tramfloc，Inc.，Tempe，Arizona；和Nalkat 7607，来自Ondeo；和PRP 2550。
在另一个实施方式中，如图3中所示，采用过程示意工艺方案300，其中，水和包括季胺化合物的阳离子化合物的混合物在步骤301中制备，该混合物与还没有用ACH进行表面处理的颜料在步骤302中进行彻底地混合，从而得到均一的混合物。然后，在步骤303中，用元素周期表中族II或族III金属的盐接触所得的阳离子聚合物和颜料的水性混合物或浆料，并对其进行表面处理。已经发现，这一另选的方法允许涂料组合物中的固体含量高达45重量％或更多。在一个实施方式中，在通过本发明的另选技术制备的涂料组合物中，至少有约45重量％的表面处理过的颜料。用在此实施方式中的阳离子聚合物包括上述的季胺化合物。
已经观察到，如果不按照本发明实施方式的这些添加顺序混合矿物，则颜料含量至少为45％的涂料组合物无法在由阳离子聚合物和颜料制得的涂料组合物中实现。
因此，使用阳离子的本发明实际上可用来减少涂料制剂的总成本，同时又保持着使用多价金属离子处理的优点。根据本发明，涂料制剂中对阳离子聚合物的需求被减少，甚至可以被消除。
其它的添加剂可包括用在喷墨纸上的涂料组合物中常用类型的添加剂，诸如粘合剂交联剂、上浆剂、分散剂、流变改性剂、有机增亮剂、淀粉浆等等。文中给出了这些添加剂的一些说明。
重要的是，本发明的阳离子颜料可在纸涂料组合物中与阴离子粘合剂一起使用，而不会引起较高的粘度。因此，颜料可与阴离子胶乳，诸如那些基于苯乙烯-丁二烯橡胶粘合剂、聚乙酸乙烯酯粘合剂等的阴离子胶乳一起使用。从成本的角度来看，聚乙酸乙酸酯和其它的阴离子胶乳是格外有吸引力的。
因为当本发明表面处理过的颜料的加入量增加时，涂料粘度不会过份地增加，所以纸涂料组合物中的颜料固体含量可调配到高达约50重量％或者甚至更高，同时伴随着粘合剂含量的减少，这有助于该涂料组合物用在现代造纸机中。本发明的带有阳离子电荷的表面处理过的颜料可以使浆料组成中固体含量增加成为可能。
一方面，本发明的涂料组合物包括，以固体为基准计，ACH处理过的颜料，其量约为25重量％至70重量％；阴离子粘合剂，其量约为2重量％至约15重量％，以及阳离子聚合物，其量约为0重量％至15重量％。更佳地，本发明的涂料组合物包括，以固体为基准计，ACH处理过的颜料，其量约为45重量％至约60重量％；阴离子粘合剂，其量约为5重量％至约12重量％，以及阳离子聚合物，其量约为5重量％至约15重量％。
在步骤107中，用步骤106中配制的涂料组合物对印刷基底的至少一面或一侧，通常是双面进行涂敷。可使用合适的涂敷技术将涂料施涂到印刷基底上，所述涂敷技术包括常规的纸涂敷技术。涂料组合物可通过使用计量涂胶压机(metering size press)或其它合适的涂布机以较少的涂层量来涂敷。在本发明的另一个实施方式中，表面处理过的颜料可另选使用，或作为纸填充料补加到原纸中。
在步骤108中，喷墨打印机在涂敷的纸上或其它印刷基底上喷涂上油墨影像。对于一个特定的喷墨级别。涂层的重量一般为2gsm(克/平方米)(其中，涂料通常以较低的含固量施涂)至大于10gsm，2gsm的对应于一个特定的喷墨级别，大于10gsm的对应更高质量的喷墨级别。涂层的重量一般与以片材或卷材的形式印刷的印刷基底的类型无关。
本发明可以施涂的印刷基底不需要被限定，其包括涂敷的纸和标准的未涂敷的纸，呈不连续的片材或卷材形式；塑料纤维纸(例如，TYVEK片)；塑料膜(例如，乙烯基塑料膜)；金属箔(例如，铝箔)；涂敷的板；未涂敷的板等等。由市场上购得的合成纸浆和合成纸浆/木质纸浆的掺混物制得的纸是常用的，特别是那些具有均匀吸收性能的纸。特别用于消光纸的喷墨纸涂料可进行有利的调配，以采用文中所述的非硅质表面处理过的颜料。根据印刷的规格，本发明表面处理过的颜料也适用于高光泽度纸所用的涂料组合物中。
与含有本发明表面处理过的颜料的纸涂料一起使用的水性喷墨印刷油墨可按常规的方法进行调配，应理解阴离子油墨是优选的，油墨可包括添加剂，诸如表面活性剂、溶解剂、湿润剂等。
涂敷有含有颜料的处理物的纸提供快速油墨载色剂吸收性和油墨染料在表面上的固定性。得到高密度、均一的、快速干燥和不呈羽状的，同时对耐水性又得到提高的油墨影像。当在高固体低粘合剂含量的涂料中使用时，本发明的颜料是更贵的硅质颜料的有效功能替代品。
另外，本发明的颜料以提高耐水性的方式固定染料基油墨，否则会出现喷墨涂料施涂中存在未反应的碳酸酯这样的问题。
颜料的低比表面和纸涂料组合物中粘合剂的含量较低，使被覆力得到提高，这通过由印刷基底上涂层的不透明性引起的高涂层白度来证明。
另外，依据本发明的表面处理过的颜料不会使印刷基底有色差，气味小，并且呈水性悬浮液状时流体粘度较低。比较而言，当许多矿物颜料用商品化的阳离子聚合物处理时，其喷墨可印刷性、颜色密度、耐水性和涂料涂敷(makedown)的效率得到提高，所述阳离子聚合物例如季胺和表氯醇(epichlohydrin)阳离子聚合物。但是，大多数阳离子聚合物的活性组分量可在30％-50％的范围内变化，并且它们的粘度取决于所使用的聚合物的分子量也是不一样的，因此在配制涂料组合物中需要严密的监控。另外，作为一个严重的缺点，大多数的阳离子聚合物呈液体形式时是略带颜色的，从浅橙色至深橙红色。此类阳离子聚合物所固有的颜色会影响最终涂敷的纸片的光亮度。另外，有机阳离子聚合物对油墨不均匀的吸收，会导致在涂层中色域的复现性方面出现问题。本发明允许减少阳离子聚合物的使用量，或者减少它们不利的副作用。
比较而言，例如对于制造高亮度经消光涂敷的油墨纸，氯化铝水合物以及多价金属盐是优异的用于碳酸钙颜料的表面处理剂，因为其中之一的原因是，它仍然保持着透明的溶液，同时与碳酸钙颗粒的接触表面之间发生内部作用，在碳酸钙颗粒上形成正电荷，并与所有的油墨染料依照一定的方式相互作用，从而能够精密地复现所需的色域。
同样的，本发明提供改进碳酸钙颗粒的技术，以使它们高度适用于喷墨印刷的应用。
实施例以下实施例用来说明本发明，但本发明不限于此。在下列实施例中，除非有相反指示，份数以重量计。
进行实验测试比较用于喷墨打印纸的涂料制剂，即比较用标准的喷墨制剂施涂的和用本发明所述的含有表面处理过的颜料的涂料制剂施涂的涂料制剂。
实施例1作为对照试验，开始的一系列测试是在表面没有用族II或族III金属的多价金属盐处理过的多个不同种类的颜料上进行。
涂料制剂含有100份表1中所示的颜料以及8(份)％(pph)的苯乙烯-丁二烯胶乳(即，每100份颜料)。用线绕棒将涂料施涂到原纸上，所涂敷的涂层重量大约为10克/平方米。
分别用各个颜料制备在实验室涂敷的消光终涂纸样品，然后用HP型820Cse喷墨打印机进行打印。打印机设置为正常的打印速度。
下表1中表示了各个颜料在印刷密度(黄色(Y)、深红色(M)、深蓝色(C)和黑色)、油墨干燥和印刷光泽度以及其它性质方面所观察到的效果。
表1
颜料标识HG90Hydragloss90是细粒径的、高光亮度的涂料高岭土，由J.M.Huber Corporation出售；CG90Covergloss是粒径分布较窄的、高光泽度、高光亮度的涂料高岭土，J.M.Huber Corporation出售；HCHydrocarb 90是细粒径涂料级的研磨碳酸钙(GCC)，由OMYA，Inc.出售；CS40HubercarbCS-40是细粒径涂料PCC，由J.M.Huber Corporation生产；CS80HubercarbCS-80是粗粒径涂料PCC，由J.M.Huber Corporation生产；Nyacol F胶状硅酸盐；8044C超细含水高岭土，粒径为99％＜1微米，由J.M.HuberCorporation生产。
性质定义″印刷密度″由X射线(X-rite)反射密度计测量。
″复合油墨密度″由三种颜色密度(C.M.Y.)的总和来确定。
″反向版本(reversed text)″由白色文字在颜色背景中的收缩来确定。
″羽状″由直线的保真度即没有产生油墨扩散的膺像来确定。
″油墨渗出″由黑色直线在黄色背景中的保真度来确定。油墨渗出是干燥速率的指示。
″光泽度″由测量表面镜面反射的Hunter光泽计来测定。
″印刷干燥″通过目视固体印刷区域来确定。
表1中的结果表明未处理过的矿物颜料的彩色印刷密度较低。如HG90、Covergloss和CS40之类的细颗粒涂料颜料表现出良好的纸片和印刷光泽效应，但是它们的油墨干燥速率比其它的颜料慢得多。当印刷的纸片在输送盘上堆积起来的时候，油墨干燥速率慢会导致粘脏的问题。当用快速喷墨打印机打印印刷品的多个拷贝时，粘脏问题就成为一个较大问题。因此，认为HG90、Covergloss和CS40不适合用来制造消光的、经终涂敷的喷墨纸。但是，它们对于替代有光泽的喷墨级是很好的颜料选择。
表1还显示了未处理过的GCC、Nyacl处理过的喷雾干燥的粘土(DP-8044)和Nyacol处理过的煅烧粘土，所有这些颜料产生干燥速率令人满意的消光终涂层。未处理的研磨碳酸钙在颜色上比粘土颜料亮得多。
图4说明使用细颗粒和煅烧粘土的各种不同掺混物时，喷墨打印色料密度与油墨干燥速率之间的反比关系。
细颜料提供更好的颗粒封装，在涂层表面上油墨的保持性更好。油墨密度增加，而油墨干燥速率却下降，这两者之间总是交替换位。这种关系也表明达到最佳的油墨密度和干燥速率的涂敷的最佳化需要涂料孔结构的非常细致的平衡。
实施例2进行另一系列实验，来比较使用表面处理过的UFGCC颜料所得到的印刷性能。
表2列举了用来对四种不同的超细研磨碳酸钙(UFGCC)的样品进行表面处理的四种不同类型的阳离子材料，其中测量和报导了喷墨色料密度。这里的数据是以使用2重量％的在表面处理介质中的阳离子剂进行的表面处理为基础的，其中GCC颗粒分散在表面处理介质中。ACH用来处理一种UFGCC样品，而另外三种样品用几种类型多季胺中的一种进行处理，这些多季胺是AGEFLOC B50LV，由Ciba Specialty chemical water treatmentLtd.生产；261LV，由Nalco生产；和CP-2。
使用的UFGCC是商品化的产品Hubercarb FG-1，由J.M.HuberCorporation生产。此材料通过将GCC放在5h.p.Cowles溶解器(W-14-2型)中进行分散来制备，该溶解器由Design，Inc制造。将样品放入装有水的15英寸方形罐中，然后加入UFGCC，UFGCC加入的量应足以达到30％的含固量。然后将该混合物在3000rpm下混合20分钟。然后向混合物中缓慢加入8％(作为补给)ACH组分，同时继续以减慢的速度(～1500rmp)混合。或者，将一种多季胺加入到给定的样品中。将速度再次提高到3000rmp，材料再混合60分钟，然后用Niro Spray Dryer喷雾干燥该材料。
用实施例1中描述的方法制备的各种表面处理过的UFGCC涂料组合物来制备实验室级涂敷的消光终涂纸样品，然后用HP型820Cse喷墨打印机进行印刷。喷墨打印机设置为正常的打印速度。
表2
当比较表1和表2时，注意到，所有经阳离子化处理过的颜料比未处理过的颜料显示出高得多的颜色油墨密度。阳离子材料被认为是涂敷过的和未涂敷过的喷墨纸的主要组分。表2还表明，用ACH处理过的UFGCC显示出的喷墨印刷密度虽然有些低，但是依然是有竞争力和有效的，而它突出的成本优势和电荷效率使其成为用于处理UFGCC涂料颜料的更优选的化学品。
实施例3
在另一系列的实验中，通过实验研究了ACH阳离子材料的用量对印刷色料密度和油墨干燥速率的影响。
以前述实施例中相似的方法进行数字印刷，彩色印刷的结果总结在下表3中。
表3
从表3中结果可以看出，当颜料中ACH的使用量增加时，涂敷的纸中印刷色料密度也成比例增加。除印刷分辨率、油墨羽状、颜色对颜色相互渗透和油墨干燥速率以外，高印刷色料密度也是喷墨印刷质量关键的参数之一。ACH的用量可以根据经验进行最优化选择，以得到最好的全面的喷墨印刷质量，并且可与其它聚合物组合来降低成本。
实施例4另外再进行一系列的实验，来检验各种包括ACH处理过的UFGCC涂料颜料的涂料制剂组合物的制备，然后用不同的这些涂料组合物作用到市场上购得的消光涂敷的喷墨纸上，来进行印刷性能的测试。
UFGCC以干燥的、非分散的超细研磨碳酸钙(UFGCC)从Georgia的Fairmount购得。此颜料的平均粒径大约为1.5微米。图5表示了在此实施例中所述的ACH-表面处理后，由Malvern粒径测量仪测得的UFGCC的粒径分布。
制备此处理过的产品的步骤开始于浆料/水的制造(makedown)。将未处理的UFGCC与水在一个混合槽中、从而用带罩桨叶(cowl blade)进行温和搅拌下混合，得到30％颜料固体。然后向混合浆料中逐渐加入氯化铝水合物(50％活性)。继续混合，尽管ACH加入到水/颜料浆料中可能会导致少量初始颜料发生絮凝。但是，这些软性絮凝物在混合的过程环中很快就会被打散。
尝试通过实验室努力来提高UFGCC/水浆料固体，但是产生凝胶，即发生了高度的颜料凝结，并且因为高粘度的快速累积而使混合操作无法继续。这些尝试也说明高固体的ACH处理过的UFGCC颜料浆料不能仅仅通过向高固体的未处理过的UFGCC/水浆料中加入ACH来得到。或者，已经发现，ACH可以加入到干颜料所加入的液体中去。作为另一个可选的方法，在ACH也被顺利加入之前，可首先用阳离子聚合物来分散颜料。阳离子聚合物是表氯醇多胺。也可以使用DADMAC聚合物或其它季胺多胺。
处理过的UFGCC颜料浆料在喷雾干燥机中干燥，形成干粉。也可以在合适的闪蒸干燥设备中进行闪蒸干燥。
喷墨涂料色料按照以下方法制备。
ACH处理过的UGFCC可以制成60％浆料固体，以制造涂料颜色。为了形成一种喷墨涂料色料，向浆料中加入其它涂料组分，诸如粘合剂、粘度调节剂、光学增亮剂和交联剂。当设计涂料色料时，需要特别小心，因为正电荷颜料如处理过的UFGCC可被负电荷组分如粘合剂、不溶粘料和OBA所中和。从一个实验室操作中，当稀释的ACH溶液与每个涂料组分混合时，观察到涂料浆如PG290和聚乙烯醇粘合剂是相容的。大部分的苯乙烯丁二烯胶乳是稍微不相容的，但是其它类型的胶乳如乙酸乙烯酯和丙烯酸乙烯酯是不相容的。如AZC之类的交联剂与ACH是不相容的，会导致严重的涂料沉淀发生。不相容的涂料组分不应该用在涂料制剂中，因为会发生絮凝，形成颗粒的聚集。有时，可以观察到粘度的快速上升，导致无法混合。SB胶乳应该在上浆之后立即加入，以避免粘度的突然累积。
以下的涂料组合物1、2、3是不同涂料制剂的例子，涂料制剂使用依据本发明的表面处理过的颜料，该涂料制剂用来涂敷消光的终涂喷墨纸。
涂料组合物1消光、涂敷的喷墨涂料制剂8％ACH处理过的UFGCC 100份阳离子聚合物(PRP2550) 16.8份ACH303(溶胶～50％ACH固体) 13份交联剂(Cartabond TSI) 1-2份烷基乙烯酮二聚物1份(AKD)(Raisofob8105)苯乙烯-丁二烯(SB)6份胶乳(Dow 383NA)聚乙烯醇6份(PVA)(Airvol 205)共～144份注1份＝1干克所用的干燥材料。ACH303是以Summit ACH-303为名供货的商品。
颜料浆料和以下的组分以它们各自的分散形式使用在涂料组合物1中，具有的固体含量如下颜料浆料60％；阳离子聚合物固体50％；ACH303固体50％；Cartabond TSI固体45％；AKD(阳离子上浆剂)固体50％；SB胶乳固体50％；PVA固体20％。
涂料组合物2消光、涂敷的喷墨涂料制剂8％ACH处理过的UFGCC 100份阳离子聚合物(PRP2550) 16.8份ACH303 19.5份交联剂(Cartabond TSI) 1-2份AKD(Raisofob8105) 1份聚乙酸乙烯酯(Airflex7200) 12份PVA(Airvol 205) 4份共～155份注1份＝1千克所用的干燥材料。
颜料浆料和以下的组分以它们各自的分散形式使用在涂料组合物2中，具有的固体含量如下颜料浆料60％；阳离子聚合物固体50％；ACH303固体50％；Cartabond TSI固体45％；AKD固体50％；PVAC(Airflex 7200)固体72％；PVA固体20％。
涂料组合物3消光、涂敷的喷墨涂料制剂8％ACH处理过的UFGCC 100份阳离子聚合物(PRP2550) 16.8份ACH30319.5份交联剂(Cartabond TSI) 1-2份AKD(Raisofob8105) 1份聚乙酸乙烯酯(Airflex1082) 15份共～154份注1份＝1千克所用的干燥材料颜料浆料和以下的组分以它们各自的分散形式使用在涂料组合物3中，具有的固体含量如下颜料浆料60％；阳离子聚合物固体50％；ACH303固体50％；Cartabond TSI固体45％；AKD固体50％；PVAC(Airflex 1082)固体50％；PVA固体20％。
对于纸涂敷和终涂，应该用高亮度的、内部已少许上胶的原纸片来制造消光的终涂敷的喷墨纸。根据原纸片的平整度，通常建议每一面的涂层重量为每平方米16-20克。越平整的原纸片需要越少的涂料，就能达到完全被覆盖，而粗糙的纸片则需要更多的涂料。涂料的颜色可根据不同种类的涂布机刮板、喷气刮刀或辊等来进行修整。
对涂敷的纸片轻度砑光可用来提高最终纸片的平整度，但是决不推荐过度的砑光，因为它会减慢油墨干燥的速度，并且可导致脏粘或色污。
对实验室涂敷的纸样品的印刷测试在HP彩色喷墨打印机型号820Cse和Epson 1270触针式打印机上进行。打印模式设置为正常的打印速度、正常的打印质量和相片纸。如果施涂的话，用线绕棒将涂料施涂到原纸上，涂敷的涂层重量大约为10克/平方米。
表4显示了使用二氧化硅颜料的商品化消光的、终涂敷的相片级喷墨纸(C1)的喷墨印刷测试结果，该纸从供货商店购得。表4还显示了使用代表本发明的ACH处理过的UFGCC涂料颜料的经涂敷的纸1(″1″)的结果，使用在涂敷的纸1中的原纸是普通的复印纸(即，24磅纸，由WeyerhaeuserCorporation生产)，使用的涂料组合物是上述的涂料组合物1。用于进行UFGCC表面处理的步骤和涂敷的方案(protocol)与前述实施例3中所描述的一样。
在实施例中的下表中，所列的纸型只表示其未涂敷有这些实施例中所述的组合物的样品，而所列的涂料组合物指一种样品，其中，将所列的涂料组合物施涂到标准复印纸(在60-80gsm)，该复印纸在实验涂料被施涂之前没有用任何表面处理剂处理过。
表4中的结果表明，与使用较贵的二氧化硅颜料的涂敷过的商品纸相比，用含有ACH表面处理过的UFGCC的涂料组合物涂敷的消光纸显示出更有效和更有竞争力的彩色印刷性能，并且以较低的固体含量涂敷。
喷墨印刷机的设计可显著地影响印刷质量。印刷机的差别包括油墨类型、印刷机速度、成像增强法则(imaging enhancement algorithm)和像点大小。Epson stylus1270打印机似乎是更快的彩色喷墨打印机，它的印刷头在两个方向上移动。快速的打印速度使得对油墨干燥速率的要求更高。
实施例5在另一系列实验中，重复实施例4中的方案，然后以前述实施例中相似的方式进行数字印刷，不同的是彩色印刷在商品化的Epson Photo QualityInkjet纸，HP BrightWhite和Epson Premium Bright White纸上进行，并且印刷用HP1220C Deskjet打印机和Epson Stylus Photo1270打印机进行。在单个样品中，标准复印纸用涂料组合物1、2、3中的一种进行涂敷，用来评价涂料组合物对纸印刷性质的影响。彩色印刷结果总结在下表5中。
表5
实施例6在另一系列实验中，重复实施例4中的方案，然后以前述实施例中相似的方式进行数字印刷，不同的是取代使用的是大约2gsm(克/平方米)的涂层，彩色印刷在作为基底纸的HP Brightwhite Epson Photo Quality Inkjet纸、Epson Premium Bright White纸和未涂敷的不含木桨的原纸(“复印纸”)上进行，并且印刷用HP950C Deskjet打印机和HP1220C Deskjet打印机进行。彩色印刷结果总结在下表6中。
表6
涂料制剂4(组分/份数)8％ACH处理过的UFGCC100TRAMFLOC F864 8季胺Cartabond TSI(50％固体)3Airvol 203(PVA)7.2涂料制剂5(组分/份数)17％ACH处理过的UFGCC 100TRAMFLOC F864季胺 6.8Cartabond TSI(50％固体)1.9Airvol 203 6.1实施例7在另一系列实验中，根据不同的加料方案来制备三种独立的颜料组合物，以研究阳离子聚合物加入的时机选择的影响和颜料的表面处理对颜料组合物粘度和触变性质的影响。在此方面，进行下列不同的制备步骤。步骤1一般按照图2中所示的工艺过程方案进行，其中，颜料(UFGCC)在与阳离子聚合物(TRAMFLOC 864)混合之前，先用多价金属盐(ACH)进行表面处理。步骤2一般按照图3中所示的工艺过程方案进行，其中，未处理的颜料在用ACH对颜料进行处理之前，先与阳离子聚合物混合。在对比步骤A中，加入ACH和阳离子聚合物，并同时与颜料的浆料混合。在这些步骤中，阳离子聚合物向颜料中加入的速率为55cc/分钟/500克颜料。对于这些步骤，用8％的ACH按照与前述实施例4中相同的方法对OFGCC颜料进行表面处理。这些组合物中不包括其它组分。表7中显示了在两种不同的速度下测得的粘度结果和％固体值，在此％固体值时，上述不同组合会发生凝胶，从而使粘度变得可测。
表7
如上述实施例所阐述的，用于制造氯化铝水合物处理过的超细研磨碳酸钙颜料的方法在实验上能够成功地实现。依据本发明的处理UFGCC的工艺过程是容易做到的，只需要简单的高剪切混合机，以及任选供出售的干燥材料干燥用于出售。使用特定的GCC材料，用多价金属离子对其进行处理，并与高固体低粘合剂涂料组合，这对于得到高涂料固体是极其关键的，提高了关键性的印刷性质，诸如印刷油墨密度、印刷分辨率和耐水性。表明氯化铝水合物处理过的UFGCC是一种有效的取代二氧化硅颜料的涂料颜料。该颜料也最大程度地减少了使用二氧化硅所引起的粉尘问题，并且可以避免复杂的涂料制备过程。ACH处理过的UFGCC也可以提高最终涂料色料的固体含量，使其达到45重量％或更高，甚至是50重量％或更高；因此，使得其它的涂敷工艺，诸如刮板式涂布机、喷射涂布机等可用于生产消光级的纸等。
应理解，本领域技术人员可对用来解释本发明性质的、文中所描述和说明的部分的细节、材料和配置进行各种修改，而不背离所附权利要求中所表述的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种适合用在油墨记录介质涂料组合物中的颜料，其包括一种无机微粒，所述无机微粒具有通过使无机微粒的表面与水溶性多价金属盐在含水介质中接触而得到的处理过的表面，其中，所述处理过的表面具有阳离子表面电荷，所述盐是元素周期表中族II或族III金属的盐。
2.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述无机微粒选自碳酸钙、三水合铝、氢氧化镁、高岭土中的单独一种或它们的组合。
3.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述无机微粒包括研磨碳酸钙(GCC)。
4.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述无机微粒包括沉淀碳酸钙(PCC)。
5.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述无机微粒包括表面积小于15平方米/克的碳酸钙颗粒。
6.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，所述水溶性多价盐包括氯化铝水合物。
7.如权利要求1所述的颜料，其特征在于，表面处理过的所述无机微粒呈干粉状。
8.一种制造用于油墨记录介质的颜料组合物的方法，其包括i)掺混无机微粒和水溶性的多价金属盐，促使水溶性的多价金属盐与无机微粒的表面相接触，得到在所述接触面上具有阳离子表面电荷的表面经过处理的无机微粒，其中，所述盐是元素周期表中族II或族III金属的盐；ii)在水性组合物中将所述表面处理过的无机微粒与包含季胺化合物的阳离子聚合物相混合。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述掺混包括无机微粒的含水浆料与水溶性多价金属盐相混合。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述掺混包括干掺混无机微粒和包括水溶性多价盐的颗粒。
11.一种制造用于油墨记录介质的颜料组合物的方法，其包括a)提供一种第一浆料，所述第一浆料含有分散在含水介质中的无机微粒；b)向第一浆料中以一定量和一定方式加入水溶性的多价金属盐，进行混合，所述加料的量和方式可有效地产生第二浆料，其中，所述水溶性多价金属盐接触无机微粒的表面，以得到在其接触表面上具有阳离子表面电荷的表面处理过的无机微粒，其中所述盐是元素周期中族II或族III金属的盐；c)将含有表面处理过的无机微粒的第二浆料与包括季胺化合物的阳离子聚合物在含水介质中相混合，得到颜料组合物。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述颜料组合物含有约45重量％至约70重量％的表面处理过的无机微粒。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述阳离子聚合物包括表氯醇多胺。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述无机微粒以大约1重量％至约30重量％的量加入到第一浆料中。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述无机微粒以大约20重量％至约30重量％的量加入到第一浆料中。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述多价金属盐以大约1重量％至约30重量％的量加入到第二浆料中。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述多价金属盐以大约3重量％至约20重量％的量加入到第二浆料中。
18.如权利要求11所述的方法，其还包括干燥第二浆料，促使形成包括表面处理过的无机微粒的粉末。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一浆料中提供的所述无机微粒选自研磨天然碳酸钙、沉淀碳酸钙、三水合铝、高岭土和氢氧化镁中的单独一种或它们的组合。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，第一浆料中提供的无机微粒包括碳酸钙，所述多价金属盐包括氯化铝三水合物。
21.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述无机微粒包括表面积小于15平方米/克的碳酸钙颗粒。
22.一种制造用于油墨记录介质的颜料组合物的方法，其包括1)掺混无机微粒和包括季胺化合物的阳离子聚合物，得到第一浆料；2)使第一浆料与水溶性的多价金属盐混合，通过混合促使得到第二浆料，其中，所述水溶性多价金属盐接触无机微粒的表面，得到在其接触表面上具有阳离子表面电荷的表面处理过的无机微粒，其中所述第二浆料含有的盐是元素周期中族II或族III金属的盐，所述第二浆料含有至少约45重量％所述的表面处理过的无机微粒。
23.一种用于喷墨记录介质的水性涂料组合物，其包括无机微粒和粘合剂的水性悬浮液，其中，所述表面处理过的无机微粒通过在无机微粒引入到悬浮液中前，无机微粒表面与水溶性的多价金属盐之间在含水介质中发生接触来制得，所述处理过的表面具有阳离子表面电荷，所述盐是元素周期表中族II或族III金属的盐，所述粘合剂包括选自阴离子粘合剂或非离子粘合剂的材料。
24.如权利要求23所述的涂料组合物，其特征在于，所述无机微粒包括碳酸钙，所述多价金属盐包括氯化铝水合物，所述粘合剂选自苯乙烯-丁二烯橡胶、淀粉浆、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸聚合物、或聚乙烯醇中的单独一种或它们的组合。
25.如权利要求23所示的涂料组合物，其特征在于，所述无机微粒包括表面积小于15平方米/克的碳酸钙颗粒，所述多价金属盐包括氯化铝水合物，所述粘合剂选自苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸聚合物、聚乙烯醇中的单独一种或它们的组合。
26.如权利要求23所述的涂料组合物，其特征在于，以固体为基准计，所述涂料组合物含有约45重量％至约70重量％的表面处理过的无机微粒。
27.如权利要求23所述的涂料组合物，其特征在于，所述粘合剂包括阴离子粘合剂和包括季胺化合物的阳离子聚合物，以固体为基准，所述阴离子在组合物中的量为约5重量％至约12重量％，所述阳离子聚合物的量为约5重量％至15重量％。
28.如权利要求23所述的涂料组合物，其可通过刮板式涂布机、棒式涂布机、薄膜涂布机、计量涂胶压机、喷涂机、气刀涂布机或其它高固体涂布设备来施涂。
29.一种油墨记录介质，所述油墨记录介质的至少一面上涂敷有如权利要求23所述的涂料组合物。
30.如权利要求29所述的油墨记录介质，其特征在于，所述记录介质片包括喷墨纸。
31.如权利要求29所述的油墨记录介质，其特征在于，所述记录介质包括消光终涂喷墨纸。
全文摘要
适合用在涂料组合物中的颜料，该涂料组合物用于喷墨记录介质。无机微粒的表面与水溶性多价金属盐在含水介质中相互作用。处理过的颗粒表面具有大量的赋予它们的阳离子表面电荷。所述盐是元素周期表中族II或族III金属的盐。用含有上述颜料的涂料组合物处理过的喷墨记录介质提供高密度、快速干燥、以及耐水性合适的非羽状油墨影像，同时该涂料组合物还具有成本低的优点，并且与基于二氧化硅颜料的涂料相比，改进了较高颜料含量下的流变性。
文档编号B41M5/00GK1826394SQ200480021229
公开日2006年8月30日 申请日期2004年4月8日 优先权日2003年6月17日
发明者C·－Y·陈, R·L·吉登斯, R·D·卡特 申请人:J·M·休伯有限公司